Platin 78Pt | |||||||||
engl. Platinum; span. platina („kleines Silber“) | |||||||||
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Physikalisch-chemische Eigenschaften | ||||||||||||
Platin
ist ein silbrig glänzendes, sehr zähes Schwermetall. Es ist weicher als zum Beispiel Iridium, Osmium, Palladium oder Rhodium.
Im Vergleich zum Palladium ist Platin 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
30 Gramm Platin kann ein drei Kilometer langer Draht hergestellt werden.
Bei den schwersten chemischen Elementen belegt Platin mit seiner Dichte von 21,5 g/cm³ nach Osmium und Iridium den dritten Platz. Das Metall kann große Mengen 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 wird an der Luft von Wasser und nichtoxidierenden Säuren nicht angegriffen.
Heißes Platin
reagiert nur ganz langsam mit dem Luftsauerstoff. Das dabei in geringen Mengen entstehende Platinoxid PtO2 verflüchtigt sich. Oberhalb 100 °C findet eine Reaktion mit Salzsäure,
rauchender Salpetersäure, Flusssäure
und Perchlorsäure statt. Mit Schwefelsäure erfolgt eine Reaktion erst bei 300 °C, mit Natriumhydroxid,
Kaliumhydroxid und Natriumcyanid sogar erst ab 400 °C.
In Königswasser löst es sich langsam auf. Dabei entsteht Hexachloroplatin(IV)-säure. Aus einer wässrigen Lösung kristallisiert diese aus, dabei bilden sich orangegelbe Kristalle. Von Fluor und Brom wird Platin bereits bei Zimmertemperatur und von Chlor ab 250 °C angegriffen, wobei die entsprechenden Salze entstehen. Geschmolzenes Platin kann 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. [Lit 89]
Bekannt ist, dass lösliche Platinverbindungen eine Platinose
auslösen können. Diese äußert sich in Atemnot,
Bindehautentzündungen und Nesselsucht. |
Vorkommen | ||||||
Häufigkeit sehr selten
Platin ist etwas seltener als Gold. Es findet sich in der Natur als Gemisch fünf stabiler Isotope und einem sehr langlebigen radioaktiven Isotop. Natürliches Platin kommt meist zusammen mit anderen Platinmetallen als gediegen Platin, zum Beispiel 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 zwölf Kilogramm schwerer Platinnugget
gefunden.
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Geschichte | ||||||
Das
Metall wurde im 1. bis 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.
Der italienische Gelehrte Giulio Cesare Scaliger
(1484–1558) beschrieb 1557 ein silbrig glänzendes Metall, das „nicht im normalen Feuer schmelzbar ist". Scaliger erkannte damit als erster den speziellen Charakter des neues Metalls. Zur Feststellung seiner chemischen Eigenschaften führten in der Folgezeit verschiedene
Chemiker Schmelzversuche durch. Zuerst verwendeten sie einen Schmelzofen,
der zur Herstellung von Porzellan diente. Der französische Chemiker Antoine Lavoisier
nahm ein Brennglas mit drei Meter Brennweite und eine Linse mit 1,2
Meter Durchmesser.
Die Schmelzversuche schlugen zunächst alle fehl, obwohl Lavoisiers Brennglas
Temperaturen von bis zu 1540 °C erzeugte. Es gelang ihm erst nach jahrelangen Versuchen
mit Hilfe von Sauerstoff, ein Platinkügelchen zu
schmelzen. Um 1783
entwickelte der Franzose Guyton de Morveau (1737–1816) eine industriell
verwertbare
Schmelzmethode: Die Zugabe von Arsenpulver und Pottasche ermöglichten das Schmelzen bei geringerer Hitze. Danach interessierten sich die Juweliere
für das Metall.
Pierre Francois Chabaneau
stellte Anfang des 18. Jahrhunderts in Spanien einen Würfel mit zehn Zentimeter
Kantenlänge her. Sein Freund konnte den 23 Kilogramm schweren Würfel
nicht heben und glaubte, er sei am Tisch befestigt.
Im Jahr 1800 erwarben zwei Londoner Metallurgen 163 Kilogramm 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 Jahr 1828 erschien zu Ehren des Zars Nikolaus I. die erste Platinmünze. 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. Von 1889 bis 2019 galt das in Paris aufbewahrte Urkilogramm als Referenzgewicht für die Basis-Einheit Kilogramm. Es besteht aus einem Zylinder mit einer Legierung aus 90% Platin und 10% Iridium. Der Zylinder ist 39 Millimeter 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. Ab dem 20. Mai 2019 wird die Basis-Einheit Kilogramm von der Planckschen Konstante abgeleitet.
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Herstellung | |||
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. 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. [Lit 4]
Das modernere Verfahren
mit Hilfe der Solvent-Extraktion arbeitet viel effizienter. 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 Diethylendibuthylether.
Das Gold geht in Lösung und kann mit Hilfe von Oxalsäure ausgefällt
werden. Dioctylsulfid ist ein selektives Extraktionsmittel für Palladium.
Durch verschiedene weitere Extraktionen und chemische Prozesse erhält
man reines Palladium. Das Platin lässt sich
aus der wässrigen Lösung durch die Zugabe von Tributylphosphat
in Kerosin und Alkohol extrahieren. Aus der organischen Phase wird das
Platin zuerst mit Wasser und dann mit Salzsäure extrahiert.
Das entstehende Platinsalz lässt man als Ammonium-Hexachloroplatinat
ausfällen. Durch einfaches Erhitzen dieses Produkts entsteht schließlich
relativ reines Platin. Die übrig bleibende Lösung enthält
noch die seltenen Platinmetalle Iridium und Rhodium. Durch weitere Fällungsreaktionen,
durch Umkristallisieren und Ionenaustauscherverfahren lassen sich auch
diese voneinander trennen. Der Vorteil der Solvent-Extraktion ist, dass
man die Metalle in sehr hoher Reinheit erhält. [Lit 7]
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Verwendung | |||
Feinmaschige
Platinnetze, poröser „Platinschwamm“ und auch Platinpulver dienen im Labor
und in der chemischen Industrie zur Herstellung von Katalysatoren.
Diese ermöglichen die Salpetersäureherstellung,
die Ammoniaksynthese und zahlreiche andere Prozesse.
Platinkatalysatoren werden vor allem auch bei der Herstellung von Blausäure, Schwefelsäure oder beim Platin-Reforming benötigt. Beim Dreiwegekatalysator ist Platin
ein wichtiger Bestandteil zur Umwandlung der Autoabgase. Auch in den Brennstoffzellen wird das Platin als Elektrodenmaterial eingesetzt. Platin wird in der Elektrotechnik zur Herstellung
von Schaltkontakten, Heizwiderständen oder Thermoelementen verarbeitet.
Aufgrund seiner hohen Schmelztemperatur und Korrosionsbeständigkeit
wird es zum Bau von medizinischen und technischen Geräten wie Schalen und Schmelztiegel verwendet. Drähte und Bleche in verschiedenen Stärken werden im Labor häufig eingesetzt. Schmuckplatin ist eine Legierung
aus 96% Platin und 4% Kupfer, es kann auch aus 90% Platin und 10% Palladium bestehen.
Eine relativ neue Anwendung findet man in der Medizin zur
Behandlung von Krebstumoren. Bestimmte Platinverbindungen können
die Zellteilung der Krebszellen unterbinden.
Die Stadt Hanau gilt heute als „Platinstadt“, da dort sehr viele
Platinprodukte hergestellt werden. Heute spielt vor allem auch das
Recycling des wertvollen Edelmetalls eine bedeutende Rolle: Platin wird
nicht verbraucht, sondern nur gebraucht, es kann fast vollständig
zurückgewonnen werden. [Lit 90]
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Experimente – Medien | |
Grundbegriff:
Katalyse Experimente mit Katalysatoren Digitale Folien zu den Elementen |
Platinminerale | |||||
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