Platina

Platina (latinski: platinum) jest hemijski element, prelazni metal sa atomskim brojem 78 i hemijskim simbolom Pt. Nalazi se u 10. grupi periodnog sistema hemijskih elemenata (ili dijelu 8. sporedne grupe po starom rasporedu perioda). Platina je teški, dobro kovni, sivo-bijeli prelazni metal. Pripada plemenitim metalima i izuzetno je dobro otporna na koroziju. Koristi se za izradu nakita, automobilskih katalizatora, laboratorijskog posuđa, zubnih implantata te raznih metalnih kontakta.

Platina,  ₇₈Pt

Platina u periodnom sistemu
↓                                                                     ↓                                                             →                                                             →
Hemijski element, Simbol, Atomski broj	Platina, Pt, 78
Serija	Prelazni metali
Grupa, Perioda, Blok	10, 6, d
Izgled	sivo bijeli metal
Zastupljenost	5 · 10-7 %
Atomske osobine
Atomska masa	195,084 u
Atomski radijus (izračunat)	135 (177) pm
Kovalentni radijus	136 pm
Van der Waalsov radijus	175 pm
Elektronska konfiguracija	[Xe] 4f145d96s1
Broj elektrona u energetskom nivou	2, 8, 18, 32, 17, 1
Izlazni rad	5,65 eV
1. energija ionizacije	870 kJ/mol
2. energija ionizacije	1791 kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje	čvrsto
Mohsova skala tvrdoće	4-4,5
Kristalna struktura	kubična plošno centrirana
Gustoća	21450 kg/m3
Magnetizam	paramagnetičan ($\chi _{m}$ = 2,8 · 10−4)
Tačka topljenja	2045 K (1772 °C)
Tačka ključanja	4100 K (3827 °C)
Molarni volumen	9,1 · 10-6 m3/mol
Toplota isparavanja	510 kJ/mol
Toplota topljenja	19,6 kJ/mol
Pritisak pare	0,0312 Pa pri 2045 K
Brzina zvuka	2680 m/s pri 293,15 K
Specifična toplota	130 J/(kg · K)
Specifična električna provodljivost	9,66 · 106 S/m
Toplotna provodljivost	71,6 W/(m · K)
Hemijske osobine
Oksidacioni broj	0, +2, +4, +6
Oksid	PtO, PtO2
Elektrodni potencijal	1,118 V (Pt2+ + 2e- → Pt)
Elektronegativnost	2,28 (Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR 188Pt sin 10,2 d ε 0,507 188Ir 189Pt sin 10,87 h ε 1,971 189Ir 190Pt 0,01 % 6,5 · 1011 god. α 3,249 186Os 191Pt sin 2,96 d ε 1,019 191Ir 192Pt 0,79 % Stabilan 193Pt sin 50 god. ε 0,057 193Ir 194Pt 32,9 % Stabilan 195Pt 33,8 % Stabilan 196Pt 25,3 % Stabilan 197Pt sin 19,8915 h β− 0,719 197Au 198Pt 7,2 % Stabilan 199Pt sin 30,80 min. β− 1,702 199Au 200Pt sin 12,5 h β− 0,660 200Au
Sigurnosno obavještenje
Oznake upozorenja prah F Lahko zapaljivo
Obavještenja o riziku i sigurnosti	R: 11 S: 9-16
Ako je moguće i u upotrebi, koriste se osnovne SI jedinice. Ako nije drugačije označeno, svi podaci dobijeni su mjerenjima u normalnim uvjetima.

Historija

Naziv potiče od španske riječi platina, koja je oblik deminutiva od riječi plata što označava srebro. U Evropi prvi put se spominje u djelu italijanskog humaniste Julius Caesar Scaligera. On opisuje misteriozni bijeli metal, koji je otporan na sve pokušaje topljenja. Dosta precizniji i detaljniji opis njenih osobina dao je Antonio de Ulloa 1748. godine.

Smatra se da je platina prvi put korištena u starom Egiptu u trećem mileniju p. n. e. Britanski istraživač Flinders Petrie otkrio je 1895. godine staroegipatski nakit koji u sebi sadrži malehne količine platine. Platinu su koristili i južnoamerički Indijanci. Dobijala se iz zlatne prašine pri ispiranju zlatonosnih riječnih tokova, ali se nije mogla jasno odvojiti od zlata. U tadašnjim kovačnicama nesvjesno su koristili činjenicu da je moguće izuzetno dobro zavariti prirodne listiće platine sa zlatnom prašinom. Pri tome, zlato je djelovalo kao lem pa se nakon brojnih ponavljanja procesa kovanja i zagrijavanja mogla dobiti relativno homogena, svijetla legura koja se mogla obrađivati u kovačnici. Ona se nije mogla ponovno rastopiti i bila je postojana poput zlata, mada srebrenasto-bijele boje. Već pri udjelu od oko 15% platine, legura poprima svijetlo sivu nijansu. Međutim, čista platina u to vrijeme nije bila poznata.

U 17. vijeku u španskim kolonijama u Americi, platina je zapravo bila prateći materijal koji je ometao njihovu potragu za zlatom. Smatrali su je kao nečisto zlato te su je, nakon što su izvadili zlato, vraćali nazad u rijeke Ekvadora. Pošto ima sličnu specifičnu težinu kao i zlato, a ne topi se na temperaturi tališta zlata, postala je omiljena kod krivotvoraca i prevaranata. Zbog toga, španska vlada je naredila zabranu njenog izvoza. Zabrana je išla čak dotle da se platina bacala u more da bi se stalo u kraj švercu i prevarama.

Na alhemiji 18. vijeka je bio zadatak da pokaže razliku platine i čistog zlata ali je pri tadašnjem stanju tehnike to bilo izuzetno teško. Međutim, probuđeno je zanimanje za platinu. Antonio de Ulloa je 1748. godine objavio iscrpan izvještaj o osobinama ovog metala. Dvije godine kasnije, 1750. engleski naučnik William Brownrigg načinio je čisti prah platine. Louis Bernard Guyton de Morveau je 1783. godine pronašao jednostavni proces industrijskog dobijanja platine.

Osobine

Fizičke

U čistom obliku je srebrnobijeli metal, kovan i lahko se izvlači u žice. Izuzetno dobro je otporna na koroziju. Ubraja se u plemenite i mehke teške metale, ne reaguje sa vodom, zrakom, većinom kiselina i baza. Reaguje samo sa carskom vodicom. Relativna gustoća platine je 21,45, a tačka topljenja između 1768,3 i 1772°C.

Zbog svoje dobre postojanosti, otpornosti na vanjske uticaje i rijetkost nalaženja u prirodi, platina je posebno prikladna za izradu vrijednog nakita.

Hemijske

Kao i drugi metali iz platinske grupe, platina ima određene kontradiktorne osobine. Sa jedne strane ima osobine tipične za plemenite metale, dok je istovremeno vrlo reaktivna i selektivno katalitična naspram određenih spojeva i u posebnim uslovima reakcije. Pri višim temperaturima, platina također pokazuje svoju stabilnost. Zbog toga je zanimljiva u mnogim industrijskim granama.

Platina se rastvara u vrućem rastvoru carske vode

U hlorovodičnoj i dušičnoj kiselini zasebno nije rastvorljiva. Međutim, u vrućoj carskoj vodici, koja je mješavina hlorovodonične i dušične kiseline, platina se rastvara dajući crveno-smeđu heksahloroplatinsku(IV) kiselinu. Platinu također napada i hlorovodična kiselina sama, u pristustvu kisika, ali i vrela dušična kiselina. Nagrizaju je i rastvori nekih soli, poput alkalnih, peroksidnih, nitratnih, sulfidnih i cijanidnih soli. Mnogi metali mogu graditi legure sa platinom, između ostalih željezo, nikl, bakar, kobalt, zlato, volfram, galij, kalaj i drugi. Izuzetno je značajna činjenica da platina djelimično reagira i daje spojeve sa sumporom, fosforom, borom, silicijem i ugljikom u bilo kojem obliku pod povišenom temperaturom. Sa platinom reagiraju i mnogi oksidi, zbog čega se za posude za topljenje platine mogu koristiti samo određeni materijali. Naprimjer pri topljenju metala pomoću propan-kisik plamena potrebno je raditi sa nekim neutralnim ili slabooksidirajućim plamenom. Najbolje rješenje bilo bi električno inducirano zagrijavanje bez plamena u keramičkoj posudi od cirkonij-dioksida.

Katalitičke

Osim vodika i kisika, mnogi drugi gasovi se mogu vezati na platinu u aktiviranom stanju. Zbog toga platina ima značajne katalitičke osobine; u njenom prisustvu kisik i vodik burno i eksplozivno reagiraju dajući vodu. Osim toga, ona je i katalitička aktivna supstanca pri katalitičkom reformingu. Međutim, platinasti katalizatori vrlo brzo ostare i onečiste se te im katalitičke osobine opadaju (truju se), stoga se takvi katalizatori moraju obnavljati. Porozna platina, koja je nanesena na posebno veliku površinu naziva se i platinasta spužva. Zbog svoje velike površine tako pripremljena platina iskazuje mnogo bolje katalitičke osobine.

Izotopi

Ima 37 poznatih izotopa i izomera čije se atomske mase nalaze između 172 - 201. U prirodi se nalaze izotopi sa atomskim masama 190, 192, 194, 195, 196 i 198, od kojih su svi stabilni osim izotopa ¹⁹⁰Pt koji ima vrlo dugo vrijeme poluraspada.

Rasprostranjenost

Grumen platine, rudnik Konder, Habarovsk

Nekoliko grumena platine iz Kalifornije (SAD) i Sierra Leone

Platina se u prirodi može naći samorodna, tj. moguće je pronaći zrna, kamenčiće ili njihove dijelove sastavljene iz čiste elementarne platine, te se u Međunarodnoj minerološkoj asocijaciji (IMA) priznaje kao mineral. U sistematici minerala po Strunzu (9. izdanje), platina se nalazi u klasi minerala elementi, odjeljak metali i međumetalni spojevi, gdje je u pododjeljku pod nazivom platinska grupa elemenata zajedno sa iridijem, paladijem i rodijem čini grupu sa oznakom 1.AF.10. U 8. izdanju, danas zastarijelom, međutim još uvijek korištenom, platina se nalazila u sistemu broj I/A.14-70 (elementi - metali, legure i međumetalni spojevi).

Nakon što je Hans Merensky 1924. godine otkrio naslage platine u takozvanom Merensky hrbatu u Južnoj Africi, počela je njena tržišna eksploatacija. Pored Južne Afrike sa 139 tona, najveći svjetski proizvođači platine u 2011. godini bile su Rusija sa 26 tona i Kanada sa 10 tona, koje zajedno proizvode 91,1% ukupne svjetske proizvodnje platine, a koja iznosi oko 192 tone. Do 2011. godine platina je pronađena na oko 380 mjesta u svijetu, između ostalih u Etiopiji, Australiji, Bugarskoj, Njemačkoj, Francuskoj, Gvineji, Indoneziji, Italiji, Japanu, Kolumbiji, Meksiku, Norveškoj, Slovačkoj, Španiji, Filipinima, Turskoj i SAD.

Platina se može pronaći u obliku hemijskih spojeva u brojnim poznatim mineralima. Do danas je poznato oko 50 platinskih minerala.

Dobijanje

Kristali platine dobijeni putem hemijske transportne reakcije u gasnoj fazi.

Metalna platina (platinski sapun) se danas gotovo ne proizvodi. U rudnicima platina se industrijski dobija samo još u južnoafričkom kompleksu Bushveld, u manjoj mjeri u kompleksu Stillware u Montani, SAD i gorju Great Dyke u Zimbabveu. Među južnoafričkim rudnicima neki od najvećih su naprimjer Lonmin, Anglo American Platinum i Impala Platinum.

Izvor platine su također i prerađivači obojenih metala (poput bakra i nikla) u Ontariju, Kanada (Greater Sudbury) te kod ruskog grada Norilska. U ovim slučajevima platina se dobija rafiniranje nikla kao sporedni proizvod. U sporedne platinaste elemente spada pet metala, čije hemijske osobine dosta sliče platini i čije odvajanje i čišćenje iz platine ranije predstavljalo velike poteškoće kod prerađivača platine. Iridij, osmij, paladij i rodij su otkriveni 1803. godine, te rutenij 1844. godine.

Platinasta spužva nastaje žarenjem amonijheksahlorid platinata ili pri zagrijavanju papira koji je natopljen rastvorom platinastih soli. Pri recikliranju platine, ona se dobija na dva načina Prvi je oksidiranjem spojeva platine u carskoj vodi, mješavini hlorovodonične i dušične kiseline. Drugi način je da se ti spojevi rastvore u mješavini sumporne kiseline i hidrogen peroksida. U ovim rastvorima, platina se veže u obliku kompleksnih spojeva (naprimjer u slučaju rastvaranja u carskoj vodi kao heksahloroplatinska(IV) kiselina) te se iz njih može ponovno dobiti putem redukcije.

Istraživači na nacionalnom Univerzitetu Chung Hsiang na Tajvanu su otkrili i razvili novi način pri čemu se platina elektrohemijski rastvara u mješavini cink hlorida i posebne ionske tekućine. Pod ionskom tekućinom podrazumijeva se neka organska so, koja se topi pri temperaturama ispod 100 °C i koja posjeduje dobre osobine provodljivosti. Pri tome se upotrijebljena platina se koristi u obliku elektrode, priključena kao anoda te se uranja u ionsku tekućinu koja se zagrijava na oko 100 °C. Time se platina rastvara oksidativno. Kasnije se rastvorena platina u čistom obliku prikuplja na nosećoj elektrodi.

Upotreba

Zbog njene dostupnosti i odličnih osobina, platina i legure platine se koriste u brojne svrhe i na različite načine. Zbog svojih osobina, ona je najviše traženi materijal za izradu laboratorijskih uređaja i posuđa, jer ne utiče za bojenje plamena. Koristi se u vidu tankih platinskih žica kojima se pridržavaju različiti materijali pri ispitivanju sagorijevanja sa plamenikom.

Platina se, pored navedenog, koristi u velikom broju oblasti:

• Platina je plemeniti metal i jedan je od najskupljih plemenitih metala, čija je cijena na tržištu viša od cijene zlata. Oko 65 puta je skuplja od srebra. Zbog toga se platina upotrebljava za izradu skupocjenog nakita ali i kao sredstvo plaćanja pri trgovini umjesto zlata. Njena prednost u odnosu na zlato je što je ona tvrđa i mehanički postojanija od zlata, te se njome zlato obogaćuje i legira. Mnoge države izdaju posebne komemorativne i vrijedonosne kovanice od čiste platine, koje ne služe za svakodnevne platne transakcije nego predstavljaju način ulaganja u plemenite metale. Neke od tih kovanica su kanadski platinski Maple leaf (list javora), američki platinski Eagle (orao) i ruska platinska rublja, koja se kovala od platine u periodu od 1828. do 1846. godine. Ruska platinska rublja, naprimjer, kovala se u nominalnoj vrijednosti od tri rublje a sadržavala je 10,3 grama platine.
• Koristi se za termoelemente, termorezistore i toplotne otpornike
• Elektrode, alat za kontakte i automobilske svjećice
• Automobilske katalizatore, ali i katalizatore za industrijske procese i pogone. Naprimjer, koristi se u postrojenjima koja proizvode dušičnu kiselinu i topionicama gdje se izrađuju legure platine i rodija. Procjenjuje se da je 2005. godine za proizvodnju katalizatora od platine u svijetu potrošeno 3,86 miliona unci platine odnosno 120,1 tona.
• Magnetne alate
• Laboratorijsko posuđe, uređaje za analize i izradu hemijskih uređaja
• Posude za topljenje u proizvodnji stakla
• Legure koje se koriste za poboljšavanje kvaliteta stakla
• Medicinske implantate, dodatke legurama za stomatološke materijale
• Pacemakere (električke stimulatore rada srca)
• Oplate za space-shuttle i rakete
• Platinska ogledala (ogledala i poluprozirna ogledala, koja za razliku od srebrenih ogledala ne mogu potamniti)
• Dijelove za laserske štampače
• Pošto se čista platina u obliku žice zagrije u prisustvu metil alkohola, koristi se i za izradu upaljača za cigarete i grijača za ruke.

Najviše upotrebljavani alat za proizvodnju optičkog stakla je čista platina dok se platina sa dodatkom 0,3% do 1% iridija koristi za izradu posuda za topljenje i sisteme cijevi. Također se koriste i legure PtRh₃ i PtRh₁₀ za zahtjevne alate koje trebaju imati jake mehaničke osobine, poput mješalice.

Međunarodni biro za tegove i mjere i danas u svom trezoru čuva etalon za kilogram koji je izrađen od legure 90% platine i 10% iridija.

Legure

Postoje dvije legure platine koje se upotrebljavaju za proizvodnju nakita:

• Legura od 96% čiste platine i 4% čistog paladija (vlaknasta platina, negdje se označava kao Pt960/Pd) (tačka topljenja: 1750 °C, gustoća: 20,8 g/cm³, tvrdoća po Brinellu: 55, otpor izvlačenja: 314 N/mm², razvlačenje loma: 39).
• Legura od 96% platine i 4% čistog bakra (juvelirska platina) (tačka topljenja: 1730 °C, gustoća: 20,3 g/cm³, tvrdoća po Brinellu: 110, otpor izvlačenja: 363 N/mm², razvlačenje loma: 25)

Pored ovih legura, postoje brojne legure platine za industrijske i tehničke namjene:

• Pt1Ir je legura od 99% platine i 1% iridija, koristi se za izradu uređaja za optičko topljeno staklo.
• Pt3Ir je legura od 97% platine i 3% iridija, koristi se za izradu uređaja za miješanje optičkog topljenog stakla.
• Pt5Rh je legura od 95% platine i 5% rodija, koristi se za izradu uređaja za miješanje optičkog topljenog stakla.
• Pt10Rh je legura od 90% platine i 10% rodija, koristi se za izradu uređaja za tehničko topljeno staklo.
• Pt20Rh je legura od 80% platine i 20% rodija, koristi se za izradu uređaja za tehničko topljeno staklo.
• Pt30Rh je legura od 90% platine i 30% rodija, koristi se za izradu uređaja za tehničko topljeno staklo.
• FKS Pt je materijal od čiste platine sa dodatkom od oko 0,2% cirkonij oksida, koristi se za izradu uređaja za optičko topljeno staklo.
• FKS Pt10Rh je legura od 90% platine i 10% rodija uz dodatak od oko 0,2% cirkonij oksida, koristi se za izradu uređaja za tehničko topljeno staklo.

Legura platine i kobalta ima jake magnetne osobine. Jedna od tih legura, napravljena od 76,7% platine i 23,3% kobalta (po težinskom omjeru) je ekstremno jak magnet koji pokazuje dvostruko jači proizvod maksimalne energije (proizvod gustoće magnetnog toka i jačine polja, BH(max)) od legure alnico.ref name="crc" />

Spojevi

Najvažniji spojevi platine su: heksahloroplatinska kiselina, hloridi platine i kompleksni organometalni spojevi koji nastaju iz njih, koja se masovno koriste kao katalizatori u industriji.

• Platina(IV)-oksid hidrat (PtO₂ · x H₂O) crno-smeđi prah, našao je široku primjenu kao katalizator u organskoj hemiji
• Platina(VI)-oksid (PtO₃)
• Platina(II)-hlorid (PtCl₂), Platina(IV)-hlorid (PtCl₄)
• Tetrahloro platinska kiselina (H₂[PtCl₄])
• Heksahlorido platinska kiselina (H₂[PtCl₆])
• Platina(IV)-fluorid (PtF₄)
• Platina(V)-fluorid (PtF₅)
• Platina(VI)-fluorid (PtF₆)
• Platina(II)-bromid (PtBr₂)
• Platina(IV)-bromid (PtBr₄)
• Platina(II)-jodid (PtI₂)
• Platina(IV)-jodid (PtI₄)
• Platina(II)-oksid (PtO)
• Platina(II)-sulfid (PtS)

Primjer spoja gdje je platina sa oksidacijskim brojem 0 je:

• Tetrakis(trifenilfosfin)platina (Pt(PPh₃)₄)

Spojevi sa silicijem (npr. za infracrvene kamere):

• PtSi
• Pt₂Si
• Pt₃Si

Spojevi sa aluminijem:

• PtAl₂ je kristalni spoj, zlatno-žute boje, dosta lomljiv
• Pt₃Al je također kristalni spoj, ali srebrenaste boje

Vanjski linkovi

• Platina kao sredstvo očuvanja vrijednosti osobne imovine
• Pravilnik o tehničkim zahtjevima za predmete od plemenitih metala