Платина – один из самых тяжелых (плотность 21,09-21,45 г/см3) не радиоактивных металлов, твёрдость по Бринеллю - 50 кгс/мм. Кристаллическая решётка платины кубическая гранецентрированная, как и у золота, а = 0,392 нм, z = 4.[1]
Рис.1. Платина – кристаллическая решетка
На внешней орбите атома платины находится один электрон, что определяет высокую электропроводность этого элемента.
Для гранецентрированной кубической решетки обратная решетка- объёмно-центрированный куб, и для этой структуры зона Бриллюэна представляет собой ячейку Вигнера - Зейтца. Поэтому вид обратной решетки для платины - объёмно-центрированный куб.
И параметры обратной решётки для платины
Таблица 1
|
Свойство платины |
Свойство меди |
|
Уд. теплота плавления 21,76 кДж/моль Уд. теплота испарения 470 кДж/моль Теплопроводность платина 70Вт/(м*К) |
Уд. теплота плавления 13,01 кДж/моль Уд. теплота испарения 304,6 кДж/моль Теплопроводность меди 401 Вт/(м·К) |
Из таблицы1 следует, что свойства Pt и Cu существенно отличаются:
Уд. теплота плавления отличается на почти 10 кДж/моль, Уд. теплота испарения отличается на почти 170 кДж/моль, Теплопроводность платина отличается на 330 Вт/(м·К).
Это соответствуют представлению о том,что свойства элементов зависят от топологии поверхности Ферми.Топологии поверхности Ферми для Pt и Cu отличаются и показаны на рис. 2
Рис.2. Топологии поверхности Ферми для Pt и Cu .
Изменение свойств Pt в микро и наноструктуре проведены в табл. 2
Таблица 2
|
Свойство микроструктуры платины |
Свойство наноструктуры платины[6]; |
||
|
размер частиц |
|
<50 нм (TEM) |
≤ 15 нм |
|
Плотность (при н. у.) |
21,09-21,45[2][3] г/см³ |
21.45 г/см³ |
|
|
Температура плавления |
1768,3 °C |
1772 °C |
1772 °C |
|
Температура кипения |
3825 °C |
3827 °C |
3827 °C |
|
Уде́льное электри́ческое сопротивле́ние для платины |
10.7 μΩ см |
10.6 μΩ см, 20 ° C |
10.6 μΩ см, 20 ° C |
|
форма |
твердотельный |
нанопорошка |
нанопорошка |
|
цвет |
Серебристый белый |
черный |
черный |
Плотность, температура плавления, температура кипения и уде́льное электри́ческое сопротивле́ние для платины в микро и наноструктуре значительно не изменяется.
Физические причины изменения свойств наноструктур:
-Ненасыщенность атомный связей у поверхности.
-Искажения решётки у поверхности
-Эффективный сток для кристаллических дефектов
Технология получения нанопорошка Pt[4]
Разработан оригинальный способ электрохимического диспергирования металлов и сплавов (Nb, Ta, W, Mo, Re, Pt, Ni, Cu, Fe, сталь Х18Н10Т и др.). Степень дисперсности варьируется от 10 до ~200 нанометров (по желанию) с наноразмерной составляющей от 5 до 40 %; удельная поверхность составляет от десятых долей м2/г до нескольких десятков и более.
Применение платины[5]:
Важнейшие области применения платины - химическая и нефтеперерабатывающая промышленность. В качестве катализаторов различных реакций используется около половины всей потребляемой платины. В химической промышленности платину используют в процессе производства азотной кислоты (по оценочным данным на эти цели ежегодно идет 10-20 % мирового потребления платины).
В нефтеперерабатывающей промышленности с помощью платиновых катализаторов на установках каталитического риформинга получают высокооктановый бензин, ароматические углеводороды и технический водород из бензиновых и лигроиновых фракций нефти.
В автомобильной промышленности платину также используют каталитические свойства этого металла - для дожигания и обезвреживания выхлопных газов, с целью оснащения автомобилей специальными устройствами по очистке выхлопных газов от вредных примесей.
Стабильность электрических, термоэлектрических и механических свойств плюс высочайшая коррозионная и термическая стойкость сделали этот металл незаменимым для современной электротехники, автоматики и телемеханики, радиотехники, точного приборостроения.
Незначительная часть платины идет в медицинскую промышленность. Из платины и ее сплавов изготовляют хирургические инструменты, которые, не окисляясь, стерилизуются в пламени спиртовой горелки. Некоторые соединения платины используют против различных опухолей. По структуре большинство из этих веществ - это неэлектролиты, цис-изомеры, производные двухвалентной платины. Самым эффективным соединением считается цис-дихлородиаминоплатина (II) [Pt(NH3)2Cl2]. Это активное в химическом соотношении вещество, в котором ионы Cl– частично замещаются молекулами воды с образованием иона [Pt(NH3)2(H2O)2]2+. Процесс ионизации дихлородиаминоплатины идет главным образом в клетках, где концентрация хлоридов ниже, чем в сыворотке крови. Продукт гидролиза [Pt(NH3)2Cl2] реагирует с азотистыми основаниями ДНК как бифункциональный агент, вызывая образование поперечных связей между нитями ДНК. Это служит основной причиной нарушения деления и гибели опухолевых клеток. Дополнительным механизмом противоопухолевого действия дихлородиаминоплатины является активация иммунитета организма.
Рост спроса на платину в мире является залогом
высоких цен. По оценочным данным крупнейшей в мире компании по маркетингу
металлов платиновой группы Johnson Matthey (JM) спрос на платину вырос в 1994
году на 7% и достиг уровня в 4.32 млн тройских унций. При этом с 1993 года
сокращается потребление платины в промышленности. Однако рост заказов ювелиров
и автомобилестроителей перекрывает это сокращение. Потребление платины в
ювелирном производстве оценивается в 50 т. Второй фактор повышения спроса на
этот металл - рост использования его в автокатализаторах. За это рынок платины
должен быть благодарен партии зеленых, поскольку именно введение более строгих
мер по ограничению вредных выбросов в атмосферу привело к тому, что почти все
новые автомобили оснащаются автокатализаторами.