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Physikalisch-chemische Eigenschaften |
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Platin
ist ein silbrig glänzendes, sehr zähes und relativ weiches Schwermetall.
Im Vergleich zum Palladium ist es edler und beständiger. Vergleicht
man Schmelzperlen aus Palladium und Platin,
die längere Zeit an der Luft liegen, dann erhält das Palladium
eine deutlichen Gelbschimmer. Platin ist auch stabiler als Gold
und wird daher für Fassungen von teuren Edelsteinen verwendet. Es
lässt sich gut zu feinen Drähten und Folien verarbeiten. Aus
30g Platin kann ein 3,2km langer Draht hergestellt werden.
Nach Osmium und Iridium besitzt Platin die drittgrößte Dichte aller Elemente. Das Metall kann große Mengen an Wasserstoff und auch Sauerstoff absorbieren. Da diese Elemente dabei aktiviert werden, besitzt das Platin eine bedeutende Rolle als Katalysator. In fein verteilter Form glüht Platin in Wasserstoffgas oder Methanoldampf auf und vermag diese zu entzünden.
Das Edelmetall ist an der Luft gegen Wasser und nichtoxidierende Säuren beständig. Bei starkem Erhitzen bilden sich geringe Mengen an Platinoxid PtO2, das sich verflüchtigt. Mit Salzsäure, rauchender Salpetersäure, Flusssäure und Perchlorsäure reagiert es ab 100°C, mit Schwefelsäure ab 300°C und mit Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Natriumcyanid ab 400°C. In Königswasser löst es sich unter Bildung von Hexachloroplatin(IV)-säure, die aus einer wässrigen Lösung in Form von gelben Kristallen auskristallisiert. Von Fluor und Brom wird Platin bereits bei Zimmertemperatur und von Chlor ab 250°C angegriffen, wobei die entsprechenden Salze entstehen. Bei höheren Temperaturen kann es mit anderen Metallen legiert werden.
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Toxikologie |
| Fein verteilte Platinstäube gelangen zusammen mit Palladiumstäuben aus dem Autokatalysator in die Umwelt. Durch die Einführung des Katalysators hat die messbare Platinstaubkonzentration erheblich zugenommen. In wie weit die Metallstäube als Allergen oder Umweltgift in Frage kommen, ist noch nicht abschließend geklärt. |
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Vorkommen |
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Mit
einem sehr geringen Anteil von 5 x 10-7 %
steht Platin nach Gold an 76. Stelle der Elementhäufigkeit.
Platin findet sich in der Natur als Gemisch fünf stabiler Isotope
und einem sehr langlebigen radioaktiven Isotop: Pt-190 (0,01%), Pt-192
(0,79%), Pt-194 (32,9%), Pt-195 (33,8%), Pt-196 (25,3%) und Pt-198 (7,2%).
Natürliches Platin kommt meist zusammen mit anderen Platinmetallen
als gediegen Platin vor (mit Palladium,
Rhodium, Iridium,
Osmium, Ruthenium).
Reines Platin kristallisiert nach dem kubischen
Kristallsystem.
Es existieren einige Platinminerale wie Sperrylith (Platinarsenid) oder Geversit (Platinsulfid), die für die Platingewinnung von Bedeutung sind. Die wichtigsten Vorkommen für gediegen Platin finden sich im Merensky Reef in der Republik Südafrika, sowie in Sudbury/Kanada, im Ural und in Stilwater/USA. Im Ural wurde 1843 ein 12kg schwerer Platinnugget gefunden.
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Geschichte |
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| Das
Metall wurde im 1.-3. Jahrhundert nach Christus von den südamerikanischen
Indianern der Mayavölker zur Herstellung von Plastiken verwendet.
Vermutlich hielten sie das silberglänzende Metall jedoch für
Silber. Die Spanier konnten zuerst mit dem Metall
nichts anfangen. Beim Goldwaschen setzten sich zusammen mit Gold sehr kleine
Körnchen eines grauweißen Metalls ab. Sie nannten die Kügelchen
"platina" ( = abwertende Verkleinerungsform mit der Bedeutung "kleines
Silber"). Die spanischen Goldsucher warfen die Kügelchen zurück
in die Flüsse. Zuerst wurde der Export von Platin nach Spanien verboten,
da Fälscher Münzen aus Platin herstellten und sie mit Gold überzogen.
Als eigenständiges Metall wurde es 1557 von dem italienischen Gelehrten Giulio Cesare Scaliger benannt. Zur Feststellung seiner chemischen Eigenschaften versuchten verschiedene Chemiker, das Metall zu schmelzen. Zuerst verwendeten sie einen Schmelzofen, der zur Herstellung von Porzellan diente. Der französische Chemiker Antoine Lavoisier nahm ein Brennglas mit einer Brennweite von 3 Metern und einer Linse von 1,2 Metern Durchmesser. Die Schmelzversuche schlugen fehl, obwohl Lavoisiers Brennglas eine Temperatur von 1540°C erreichte. Es gelang ihm erst nach jahrelangen Versuchen mit Hilfe von Sauerstoff, ein Platinkügelchen zu schmelzen. Um 1783 entwickelte der Franzose Guyton de Morveau eine industriell verwertbare Schmelzmethode. Danach interessierten sich erstmals Juweliere für das Metall.
Pierre Francois Chabaneau stellte Anfang des 18. Jahrhunderts in Spanien einen Würfel mit 10cm Kantenlänge her. Sein Freund konnte den 23kg schweren Würfel nicht heben und glaubte, er sei am Tisch befestigt. Im Jahre 1800 erwarben zwei Londoner Metallurgen 163kg Platin, das aus Südamerika herausgeschmuggelt worden war. Sie untersuchten den schwarzen Rückstand beim Lösen in Königswasser. Bei der Zugabe von Quecksilbercyanid erhielten sie eine gelbe Ausfällung, die nach dem Erhitzen ein neues, silbrig glänzendes Metall hervorbrachte. Es erhielt den Namen Palladium, in Anlehnung an den Planetoiden Pallas, der im selben Jahr entdeckt worden war. In den folgenden Jahren gelang es verschiedenen Chemikern, vier weitere Platinmetalle im Rückstand zu isolieren: Rhodium (nach der griechischen Bezeichnung für "Rose"), das harte Iridium, das giftige Osmium und das Ruthenium, das von dem russischen Chemiker Karl Ernst Klaus in Russland entdeckt worden war und nach einer alten Bezeichnung für Russland benannt wurde. Im Jahre 1828 erschien die erste Platinmünze zu Ehren des Zars Nikolaus I.. 1837 wurde das Edelmetall erstmals als Schaltkontakt in Telegraphengeräten eingesetzt und 1863 nahm der Erfinder Edison Platin als Glühfaden für Glühlampen. Ab 1901 diente Platin als Katalysator beim Ostwaldverfahren zur Herstellung von Salpetersäure. Seit 1889 gilt das in Paris aufbewahrte Urkilogramm als Referenz für die Maßeinheit Kilogramm. Es besteht aus einem Zylinder mit einer Legierung aus 90% Platin und 10% Iridium. Der Zylinder ist 39mm hoch und besitzt den gleichen Durchmesser. In zahlreichen Ländern befinden sich Kopien des Urkilogramms, so auch am Bundesamt für Metrologie METAS in Bern. Dieses Urkilogramm ist das Referenzgewicht für alle Eichgewichte innerhalb der Schweiz. Bis 2010/2011 gilt das Urkilogramm noch als internationale Referenz, danach tritt eine Neudefinition des Kilogramms in Kraft.
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Herstellung |
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| Nach
dem Abbau unter Tag wird das Gestein, das die verschiedenen Platinmetalle
führt, einer langwierigen Behandlung unterzogen. Nach einer Anreicherung
durch Flotation wird das Konzentrat im Lichtbogen geschmolzen. Durch das
Einblasen von Sauerstoff in die Schmelze entsteht aus den enthaltenen Sulfiden
Schwefeldioxid, das zu Gewinnung von Schwefelsäure verwendet werden
kann. Nach dem Abkühlen erhält man durch eine magnetische Abtrennung
Nickel, in dem sich auch das Kupfer befindet.
Nach dem klassischen Prozess
- der heute nicht mehr so verbreitet ist - erfolgt die Trennung der Platinmetalle
durch eine Reihe von Schmelz- und Auflösungsprozessen (vgl. Binder
[4]). Die Platinmetalle werden nach einem
anfänglichen Reinigungsprozess mit Königswasser
versetzt. Dabei gehen Platin, Palladium und
Gold in Lösung, während die anderen
Platinmetalle im Rückstand verbleiben. Das Gold wird mit Eisenchlorid
FeCl2 und das Palladium mit Ammoniumchlorid (NH4Cl)
abgetrennt. Das dabei entstehende Ammoniumhexachloroplatinat wandelt sich
durch Glühen und Raffination in reines, 99,9%iges Platin um. Ein Teil
des Platins wird auch aus Abfällen und Altmaterialien wiedergewonnen.
Das modernere Verfahren
mit Hilfe der Solvent-Extraktion arbeitet viel effizienter (vgl. Trueb
[7]), es ist aber viel schwieriger zu verstehen.
Daher soll nur das Prinzip beschrieben werden: Nach dem Abtrennen von Kupfer
und Nickel wird der Metall-Filterkuchen in kochender, konzentrierter Salzsäure
unter Einblasen von Chlorgas aufgelöst. Beim Abkühlen der Lösung
fällt der Silberanteil als unlösliches Silberchlorid aus. Nach
dem Filtrieren ist neben den Platinmetallen noch Gold
enthalten. Durch die Zugabe von Oxidationsmitteln oxidieren Ruthenium
und Osmium zu den jeweiligen Oxiden. Diese
werden separat aufgefangen und in Salzsäure aufgelöst. Ein spezifisches
Oxidationsmittel oxidiert danach nur das Osmiumchlorid zu Osmiumtetroxid,
das aufgrund seines niedrigeren Siedepunktes abdestilliert werden kann.
Die Abtrennung des Goldes erfolgt durch die Zugabe von Diethylen-dibuthylether.
Das Gold geht in Lösung und kann mit Hilfe von Oxalsäure ausgefällt
werden. Dioctylsulfid ist ein selektives Extraktionsmittel für Palladium.
Durch verschiedene weitere Exktrationen und chemische Prozesse erhält
man das reine Palladium.
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Verwendung |
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Feinmaschige
Platinnetze, "Platinschwamm" oder feinverteiltes Pulver dienen im Labor
und in der chemischen Industrie zur Herstellung von Katalysatoren.
Diese ermöglichen die Salpetersäureherstellung,
die Ammoniaksynthese und zahlreiche andere Prozesse.
Beim Dreiwegekatalysator ist Platin
ein wichtiger Bestandteil zur Umwandlung der Autoabgase. Auch in den Brennstoffzellen
wird das Platin als Elektrodenmaterial eingesetzt. Platin wird zur Herstellung
von elektrischen Schaltkontakten, Heizleitern oder Thermoelementen verarbeitet.
Aufgrund seiner hohen Schmelztemperatur und Korrosionsbeständigkeit
wird es zum Bau von medizinischen und technischen Geräten wie Schalen,
Tiegel, Drähte oder Bleche verwendet. Schmuckplatin ist eine Legierung
aus 96% Platin und 4% Kupfer, vereinzelt auch 90% Platin und 10% Palladium.
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Experimente - Medien |
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| Grundbegriff:
Katalyse
Experimente mit Katalysatoren Digitale Folien zu den Elementen |
| Copyright: Thomas Seilnacht |
Gefahr
