Platinschwamm

Platinschwamm
Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Platin, Pt, 78
Serie Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block 10, 6, d
Aussehen grau-weiß
CAS-Nummer 7440-06-4
Massenanteil an der Erdhülle 5 · 10−7 %
Atomar
Atommasse 195,084 u
Atomradius (berechnet) 135 (177) pm
Kovalenter Radius 138 pm
Van-der-Waals-Radius 175 pm
Elektronenkonfiguration [Xe] 4f145d96s1
Elektronen pro Energieniveau 2, 8, 18, 32, 17, 1
Austrittsarbeit 5,7–6,35 eV
1. Ionisierungsenergie 870 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1791 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur kubisch flächenzentriert
Dichte 21,45 g/cm3
Mohshärte 4,3
Magnetismus paramagnetisch
Schmelzpunkt 2045 K (1772 °C)
Siedepunkt 4100 K (3827 °C)
Molares Volumen 9,1 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme 510 kJ/mol
Schmelzwärme 19,6 kJ/mol
Dampfdruck 0,0312 Pa bei 2045 K
Schallgeschwindigkeit 2680 m/s bei 293,15 K
Spezifische Wärmekapazität 130 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit 9,66 · 106 A/(V · m)
Chemisch
Oxidationszustände 0, +2, +4, +6
Oxide (Basizität) PtO, PtO2 (leicht basisch)
Normalpotential 1,118 V (Pt2+ + 2e− → Pt)
Elektronegativität 2,28 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE MeV ZP
188Platin

{syn.}

 10,2 d ε 0,507 188Ir
189Platin

{syn.}

 10,87 h ε 1,971 189Ir
190Platin

0,01 %

 6,5 · 1011 a α 3,249 186Os
191Pt

{syn.}

 2,96 d ε 1,019 191Ir
192Pt

0,79 %

 Stabil
193Pt

{syn.}

 50 a ε 0,057 193Ir
194Pt

32,9 %

 Stabil
195Pt

33,8 %

 Stabil
196Pt

25,3 %

 Stabil
197Pt

{syn.}

 19,8915 h β− 0,719 197Au
198Pt

7,2 %

 Stabil
199Pt

{syn.}

 30,80 min β− 1,702 199Au
200Pt

{syn.}

 12,5 h β− 0,660 200Au
NMR-Eigenschaften
  Spin γ in
rad·T−1·s−1		 E fL bei
B = 4,7 T
in MHz
195Pt 1/2 5,751 · 107 0,00994 43
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung [1]

Pulver

Leichtentzündlich
Leicht-
entzündlich
(F)
R- und S-Sätze R: 11
S: 16
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Platin ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Pt und der Ordnungszahl 78.

Platin ist ein schweres, schmiedbares, dehnbares, grau-weißes Übergangsmetall. Das Edelmetall ist sehr korrosionsbeständig und wird zur Herstellung von Schmuckwaren, Fahrzeugkatalysatoren, Laborgeräten, Zahnimplantaten und Kontaktwerkstoffen verwendet.

Platin-Blech

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Der Name leitet sich vom spanischen Wort platina, der negativ besetzten Verkleinerungsform von plata „Silber“, ab. Die erste europäische Erwähnung stammt von dem italienischen Humanisten Julius Caesar Scaliger. Er beschreibt ein mysteriöses weißes Metall, das sich allen Schmelzversuchen entzog. Eine ausführlichere Beschreibung der Eigenschaften findet sich in einem 1748 veröffentlichten Bericht von Antonio de Ulloa.

Platin wurde wahrscheinlich erstmals um 3000 vor Chr. im Alten Ägypten verwendet. Der britische Forscher Sir William Matthew Flinders Petrie (1853–1942) entdeckte im Jahr 1895 altägyptischen Schmuck und stellte fest, dass Platin in kleiner Menge mitverwendet wurde.

Platin wurde auch von den Indianern Südamerikas benutzt. Es fand sich beim Gewinnen von Goldstaub im Waschgold als Begleitung und konnte nicht explizit abgetrennt werden. Die Schmiede seinerzeit nutzten unbewusst die Tatsache aus, dass sich native Platinkörnchen mit Goldstaub in der Glut von mit Blasebalgen angefachtem Holzkohlefeuer gut verschweißen lassen, wobei das Gold wie ein Lot wirkte und sich durch wiederholtes Schmieden und Erhitzen eine relativ homogene, helle, in der Schmiedehitze verformbare Metalllegierung erzeugen ließ. Diese konnte nicht wieder geschmolzen werden und war genauso beständig wie Gold, allerdings von weißlich-silberartiger Farbe. Schon ein ungefähr 15-prozentiger Platinanteil führt zu einer hellgrauen Farbe. Reines Platin war jedoch noch unbekannt.

Im 17. Jahrhundert wurde Platin in den spanischen Kolonien als lästiges Begleitmaterial beim Goldsuchen zu einem großen Problem. Man hielt es für „unreifes“ Gold und warf es wieder in die Flüsse Ecuadors zurück. Da es ein ähnliches spezifisches Gewicht wie Gold hat und selbst im Feuer nicht anlief, wurde es zum Verfälschen desselben verwendet. Daraufhin erließ die spanische Regierung ein Exportverbot. Sie erwog sogar, sämtliches bis dato erhaltenes Platin im Meer zu versenken, um Platinschmuggel und Fälscherei zuvorzukommen und davor abzuschrecken.

Die Alchemie des 18. Jahrhunderts war gefordert, denn das Unterscheiden vom reinen Gold und das Extrahieren gestalteten sich mit den damaligen Techniken als außerordentlich schwierig. Das Interesse aber war geweckt. 1748 veröffentlichte Antonio de Ulloa einen ausführlichen Bericht über die Eigenschaften dieses Metalls. 1750 stellte der englische Arzt William Brownrigg gereinigtes Platinpulver her.

Die Staaten mit der größten Förderung

Verschiedene Platinklumpen

Der mit Abstand bedeutendste Platinproduzent ist Südafrika, gefolgt von der Russischen Föderation (vor allem nördlicher Ural).

Die Staaten mit der größten Förderung (2003)
Quelle: Handelsblatt Die Welt in Zahlen (2005)
Rang Land Jährliche Fördermenge (in t)
1 Südafrika 140,1
2 Russische Föd. 70
3 Kanada 18,5
4 USA 4,2
5 Kolumbien 1,4
6 Simbabwe 1,3

Gewinnung und Herstellung

Metallisches Platin (Platinseifen) wird heute praktisch nicht mehr abgebaut. Platinbergwerke gibt es nur in Südafrika (Transvaal). Platinquellen sind auch die Buntmetallerzeugung (Kupfer und Nickel) in Greater Sudbury (Ontario) und Norilsk (Russland). Hier fallen die Platingruppenmetalle als Nebenprodukt der Nickelraffination an. Als Platinnebenmetall bezeichnet man fünf Metalle, die in ihrem chemischen Verhalten dem Platin so ähneln, dass die Trennung und Reindarstellung ursprünglich große Schwierigkeiten machte. 1803 wurden Iridium, Osmium, Palladium, Rhodium entdeckt; 1844 folgte Ruthenium.

Eigenschaften

Platin ist ein korrosionsbeständiges, schmiedbares und weiches Schwermetall. Sowohl Wasserstoff, Sauerstoff als auch andere Gase werden von Platin im aktivierten Zustand gebunden. Es besitzt daher bemerkenswerte katalytische Eigenschaften; Wasserstoff und Sauerstoff reagieren in seiner Anwesenheit explosiv miteinander zu Wasser. Weiterhin ist es die katalytische aktive Spezies beim katalytischen Reforming. Allerdings werden Platinkatalysatoren schnell durch Alterung und Verunreinigungen inaktiv (vergiftet) und müssen regeneriert werden. Poröses Platin, das eine besonders große Oberfläche aufweist, wird auch als Platinschwamm bezeichnet. Durch die große Oberfläche ergeben sich bessere katalytische Eigenschaften. Platinschwamm entsteht beim Glühen von Ammoniumhexachloridoplatinat oder beim Erhitzen von Papier, das mit Platinsalzlösungen getränkt ist.

Auf Grund seiner hohen Haltbarkeit, Anlaufbeständigkeit und Seltenheit eignet sich Platin besonders für die Herstellung hochwertiger Schmuckwaren.

Platin zeigt, wie auch die anderen Metalle der Platingruppe, ein widersprüchliches Verhalten. Einerseits ist es edelmetalltypisch chemisch träge, andererseits hochreaktiv, katalytisch-selektiv gegenüber bestimmten Substanzen und Reaktionsbedingungen. Auch bei hohen Temperaturen zeigt Platin ein stabiles Verhalten. Es ist daher für viele industrielle Anwendungen interessant.

In Salz- und in Salpetersäure alleine ist es jeweils unlöslich. In heißem Königswasser, einem Gemisch aus Salz- und Salpetersäure, wird es dagegen unter Bildung von rotbrauner Hexachloroplatin(IV)-säure angegriffen. Auch von Alkali-, Peroxid-, Nitrat-, Cyanid- und anderen Salzschmelzen wird Platin angegriffen. Viele Metalle bilden mit Platin Legierungen, beispielsweise Eisen, Nickel, Kupfer, Cobalt, Gold, Wolfram, Gallium, Zinn, etc. Besonders hervorzuheben ist, dass Platin zum Teil unter Verbindungsbildung mit heißem Schwefel, Phosphor, Bor, Silicium, Kohlenstoff in jeder Form reagiert, das heißt auch in heißen Flammengasen. Auch viele Oxide reagieren mit Platin, weshalb auch nur bestimmte Werkstoffe als Tiegelmaterial eingesetzt werden können. Beim Schmelzen des Metalls mit beispielsweise Propan-Sauerstoff muss deshalb mit neutraler bis schwachoxidierender Flamme gearbeitet werden. Beste Möglichkeit ist das flammenfreie elektrisch-induktive Heizen des Schmelzgutes in Zirkonoxidkeramiken.

Verwendung

Aufgrund ihrer Verfügbarkeit und der hervorragenden Eigenschaften gibt es für Platin und Platinlegierungen zahlreiche unterschiedliche Einsatzgebiete. So ist Platin ein favorisiertes Material zur Herstellung von Laborgeräten, da es keine Flammenfärbung erzeugt. Es werden z.B. dünne Platindrähte verwendet, um Stoffproben in die Flamme eines Bunsenbrenners zu halten.

Platin wird darüber hinaus in einer nahezu unüberschaubaren Anzahl von Bereichen verwendet:

  • Platingeräte für die Spezialglasschmelze

Für die optische und technische Spezialglasschmelze werden tausende von Geräten aus Platinwerkstoffen hergestellt. Über Labortiegel aus Rein Pt, PtIr, PtRh oder PtAu Werkstoffen für die ersten Versuchsschmelzen, bis zu kompletten kontinuierlichen Wannensystemen die einige 100 Kg Platingewicht haben können. Außer den Läuterkammern, Tiegeln und Rohrsystemen aus PtIr oder PtRh kommen auch Zusatzgeräte wie Rührer, Deckel, Elektroden, Auslaufringe und Düsen zum Einsatz.

Der gebräuchlichste Werkstoff für die Geräte zur Herstellung von optischem Glas ist Rein Pt oder Pt mit 0,3 bis 1,0 % Ir für die Tiegel und Rohrsysteme sowie PtRh3 bis PtRh10 für stark mechanisch beanspruchte Geräte wie zum Beispiel Rührer.

Bei den Geräten für die Herstellung von technischem Glas verwendet man PtRh10 bis PtRh30 Werkstoffe. Diese mechanisch stabileren hochprozentigen PtRh Werkstoffe können leider in der optischen Glasschmelze nicht eingesetzt werden, da das Rh eine leicht gelbliche Färbung in der Schmelze hinterlässt die zu Transmissionsverlusten in den optischen Glasprodukten führt.

Für spezielle Anwendungen werden auch FKS (Fein Korn Stabilisiert)und ODS (Oxide Dispersion Strengthened) Werkstoffe in der optischen und technischen Spezialglasschmelze eingesetzt. Diese pulvermetallurgisch hergestellten Pt, PtRh, PtIr, und PtAu Werkstoffe werden mit ca. 0,2% Yttrium.- bzw. Zirkonoxid dotiert um ein vorzeitiges Kornwachstum bei den Platingeräten im Glasschmelzprozess zu verhindern. Das Hauptproblem bei der Bearbeitung dieser Werkstoffe ist die eingeschränkte Schweißbarkeit bei der Geräteherstellung.

Der Internationale Kilogrammprototyp, der in einem Tresor des Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) aufbewahrt wird, besteht aus einer Legierung von 90% Platin und 10% Iridium.

Aus derselben Legierung besteht das Internationale Meterprototyp von 1889, das bis 1960 das Meter definierte.

Als Platin im Sinne der Kombinierten Nomenklatur gelten gemäß Anmerkung 4.B zu Kapitel 71 Platin, Iridium, Osmium, Palladium, Rhodium und Ruthenium.

Legierungen / Werkstoffe

Fasserplatin ist eine Legierung bestehend aus ca. 96 % reinem Platin und ca. 4 % reinem Palladium (Schmelzpunkt: 1750 °C, Dichte: 20,8 g/cm³, Brinellhärte: 55, Zugfestigkeit: 314 N/mm², Bruchdehnung: 39).

Juwelierplatin ist eine Legierung bestehend aus ca. 96 % reinem Platin und ca. 4 % reinem Kupfer (Schmelzpunkt: 1730 °C, Dichte: 20,3 g/cm³, Brinellhärte: 110, Zugfestigkeit: 363 N/mm², Bruchdehnung: 25).

Beide Legierungen werden in der Schmuckindustrie häufig für Platin-Schmuck verwendet.

  • Pt1Ir ist eine Legierung aus 99% Platin und 1% Iridium für die Herstellung von Geräten für die optische Glasschmelze.
  • Pt3Ir ist eine Legierung aus 97% Platin und 3% Iridium für die Herstellung von Rührwerken für die optische Glasschmelze.
  • Pt5Rh ist eine Legierung aus 95% Platin und 5% Rhodium für die Herstellung von Rührwerken für die optische Glasschmelze.
  • Pt10Rh ist eine Legierung aus 90% Platin und 10% Rhodium für die Herstellung von Geräten für die technische Glasschmelze.
  • Pt20Rh ist eine Legierung aus 80% Platin und 20% Rhodium für die Herstellung von Geräten für die technische Glasschmelze.
  • Pt30Rh ist eine Legierung aus 70% Platin und 30% Rhodium für die Herstellung von Geräten für die technische Glasschmelze.
  • FKS Pt ist ein Werkstoff aus reinem Pt mit ca. 0,2% Zirkonoxid für die Herstellung von Geräten für die optische Glasschmelze.
  • FKS Pt10Rh ist eine Legierung aus 90% Platin und 10% Rhodium mit ca. 0,2% Zirkonoxid für die Herstellung von Geräten für die technische Glasschmelze.
  • ODS Pt ist ein Werkstoff aus reinem Pt mit ca. 0,2% Yttriumoxid für die Herstellung von Geräten für die optische Glasschmelze.
  • ODS Pt10Rh ist eine Legierung aus 90% Platin und 10% Rhodium mit ca. 0,2% Yttriumoxid für die Herstellung von Geräten für die technische Glasschmelze.
  • ODS Pt20Rh ist eine Legierung aus 80% Platin und 20% Rhodium mit ca. 0,2% Yttriumoxid für die Herstellung von Geräten für die technische Glasschmelze.

Die ODS und FKS Werkstoffe haben in etwa die gleichen physikalischen Eigenschaften, aber werden aus patentrechtlichen Gründen mit Yttrium.- bzw Zirkonoxid hergestellt.

Diese Legierungen werden von den Spezialglasherstellern wie zum Beispiel Hoya und Asahi in Japan, Corning in den USA, Saint-Gobain in Frankreich und Schott in Deutschland für unzählige Geräte in der Glasschmelztechnik verwendet.

Sicherheitshinweise

Platin ist normalerweise nicht gesundheitsschädigend. Seine Verbindungen sollten als hochtoxisch angesehen werden (s. z.B. Platinverbindungen in der Chemotherapie).

Verbindungen

  • Platin(IV)-oxid-Hydrat (PtO2 · x H2O) braunschwarzes Pulver, findet als Katalysator ausgedehnte Anwendungen in der organischen Chemie
  • Platin(VI)-oxid (PtO3)
  • Platin(II)-chlorid (PtCl2), Platin(IV)-chlorid (PtCl4)
  • Tetrachloroplatin(II)-säure (H2[PtCl4])
  • Hexachloridoplatin(IV)-säure (H2[PtCl6[)
  • Platin(IV)-fluorid (PtF4)
  • Platin(V)-fluorid (PtF5)
  • Platin(VI)-fluorid (PtF6)
  • Platin(II)-bromid (PtBr2)
  • Platin(IV)-bromid (PtBr4)
  • Platin(II)-iodid (PtI2)
  • Platin(IV)-iodid (PtI4)

Ein Beispiel für eine Verbindung mit Platin in der Oxidationstufe 0 ist

  • Tetrakis(triphenylphosphin)platin (Pt(PPh3)4)

Verbindungen mit Silizium (z. B. für Infrarot-Kameras):

  • PtSi
  • Pt2Si
  • Pt3Si

Verbindungen mit Aluminium:

  • PtAl2 ist eine kristalline, spröde, goldgelbe Verbindung
  • Pt3Al ist ebenfalls kristallin, aber silbern

Einzelnachweise

  1. ↑ Eintrag zu Platin in der GESTIS-Stoffdatenbank des BGIA, abgerufen am 28.4.2008 (JavaScript erforderlich)
  2. ↑ umicore - Edelmetall-Preisinformationen für industrielle Verbraucher

Literatur

Ältere Literatur

  • A. Gutbier, Fr. Bauriedel: Über Platin. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 42(4), S. 4243–4249 (1909), ISSN 0365-9496
  • H. Rabe: Platin und die Tentelewsche Chemische Fabrik. Zeitschrift für Angewandte Chemie 39(46), S. 1406–1411 (1926), ISSN 0932-2132
  • W. Manchot, G. Lehmann: Über einwertiges Platin. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (A and B Series), 63(10), S. 2775–2782 (1930), ISSN 0365-9496

Aktuelle Literatur

  • Anonymus: Platin. Das edelste aller Edelmetalle Geschichte, Produktion, Anwendung. Metall (Berlin) 57(12), S. 777–784 (2003), ISSN 0026-0746
  • Michael Groß: Als der Platin-Rubel rollte. Chemie in unserer Zeit 38(5), S. 308 (2004), ISSN 0009-2851
  • Ingo Ott, Ronald Gust: Medizinische Chemie der Platinkomplexe: Besonderheiten anorganischer Zytostatika. Pharmazie in unserer Zeit 35(2), S. 124–133 (2006), ISSN 0048-3664
  • Anonymus: Die Platin Referenz: Der Klassiker Pt100 wird 100. Elektronik Industrie 37(5), S. 44–45 (2006), ISSN 0174-5522

Weblinks

  • Mineralienatlas:Platin (Wiki)
Periodensystem der Elemente
H   He
Li Be   B C N O F Ne
Na Mg   Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc   Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga
As
Br Kr
Rb Sr Y   Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn
Te I Xe
Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi
Rn
Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo

Alkalimetalle Erdalkalimetalle Lanthanoide Actinoide Übergangsmetalle Metalle Halbmetalle Nichtmetalle Halogene Edelgase
 

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