Pt

Platina


Het zilverwitte edelmetaal platina is voor chemici een favoriet katalysatormateriaal. Het zit bijvoorbeeld in autokatalysatoren die uitlaatgassen reinigen. De naam platina gaat terug tot de Spaanse ontdekkingsreizigers, die het aantroffen in een regio van het huidige Colombia. Platina komt meestal voor in combinatie met andere metalen, die dan ook de platina-metalen genoemd worden: osmium, iridium, ruthenium, rhodium en palladium. De Britse chemicus die in de negentiende eeuw het metaal als eerste wist te zuiveren is er erg rijk mee geworden.
Symbool Pt Protonen/elektronen 78
Groep 10 Isotopen 192Pt, 194Pt, 195Pt, 196Pt, 198Pt
Periode Elektronenconfiguratie [Xe] 6s2 4f14 5d8
Blok d Elektronegativiteit 1,4 (Pauling)
Bij kamertemperatuur vast Atoomstraal 138 10-12m
Dichtheid 21500 kg m-3 Relatieve atoommassa 195.09
Smeltpunt 1769 oC
(2042 K)
Soortelijke warmte 133 J kg-1K-1
Kookpunt 3825 oC
(4098 K)
Warmtegeleidingscoëfficiënt 71.6 W m-1K-1

Juwelen

In de edelsmeedkunst is platina een populair materiaal. Het wordt gelegeerd met koper (tot 10 %) en ruthenium (tot 5 %) of iridium (tot 10 %) om de hardheid te verbeteren. Het metaal is bestand tegen corrosie en heeft een mooi glimmend uiterlijk.

 

Katalysator salpeterzuurproductie

Salpeterzuur ontstaat bij de verbranding van am­moniakgas (NH3). Daarbij dient platina als katalysator. Men past het toe in de vorm van een metersgroot ­net van dun platinadraad (met een doorsnede minder dan een tiende millimeter). Zo heeft de katalysator een zeer groot reactief oppervlak.

Toevoegingen van rhodium (tot ca. 10 %) en goud verbeteren de mecha­ni­sche sterkte en het smeltpunt. De werk­tem­pera­tuur van de katalysator bedraagt 650 °C - 900 °C.

Reactievergelijkingen voor de salpeterzuurbereiding:

4 NH3 + 5 O2               -->   4 NO + 6 H2O (Pt als katalysa­tor; ca. 830 °C) 
2 NO  + O2                  -->   2 NO2     
4 NO2 + O2  + 2 H2O   -->   4 HNO3

Platina is ook voor veel andere chemische omzettingen een geschikte katalysator, zoals bijvoorbeeld het kraken van aardolie, en hydro­generings- en isomerisa­tiereacties. Het wordt dan in zuivere of gelegeerde vorm in zeer fijn verdeelde vorm aangebracht op inerte dra­germaterialen zoals Al2O3, SiO2, C, BaSO4, CaCO3.

 

Je vindt platina ook in de autokatalysatoren voor de reiniging van uitlaatgassen. Per auto is ongeveer twee gram platina nodig.

Laboratoriumkroes

Laboratoriumkroezen en andere laboratoriummaterialen moeten corrosiebesten­dig zijn en niet worden aangetast door zuurstof en allerlei andere stoffen. Platina (zowel zuiver als gelegeerd met andere metalen) voldoet in de meeste gevallen aan die vereisten. Bovendien heeft het een zeer hoog smeltpunt (1.773 °C). In deze toepassing wordt platina vaak gemengd met geringe hoeveel­heden (tot 3 %) iridium, rhodium of goud om de mechanische sterkte te verbete­ren.

Tandheelkunde: kroon

Voor kronen en andere tandheelkundige elementen gebruikt men materiaal dat hard is, niet corrodeert, geen krimp of uitzetting vertoont en uiteraard veilig is. Kronen uit composietmaterialen op basis van kunsthars zijn het meest populair omdat ze niet van echte tanden te onderscheiden zijn. Toch kiezen mensen uit esthetische overwegingen ook wel voor metalen. Dit zijn legeringen uit goud, zilver, platina en geringe hoeveelheden andere metalen.

 

Glasgietvat

De eisen aan laboratoriumkroezen gelden ook voor een vat waarin glas wordt gegoten. Vloeibaar glas is sterk corrosief en eroderend. Belangrijk is dat het vat (vrijwel) dezelfde uitzet­tingscoëfficiënt heeft als het glas. Een legering van platina met 5-10% rhodium of een legering van platina, goud en palladium in de verhouding 1:1:2 voldoet aan deze eisen.

Standaardmeter

Tot 1960 gold een metalen staaf opgeslagen in Sèvres bij Parijs als de 'standaardmeter'. Het was de referentie voor alle meetapparatuur voor lengtes en afstanden. De staaf was uitgevoerd in een legering van negentig procent platina en tien procent iridium. Deze is onaantastbaar, heeft een grote hardheid en een extreem lage uitzettingscoëfficiënt.

 

(In 1960 werd de eenheid van lengte gerelateerd aan de golflengte van het licht van de oranje-rode lijn in het spectrum van 86Kr. Sinds 1983 is de meter gedefinieerd als precies de afstand die licht aflegt in 1/299.792.458 deel van een seconde.)

Tumorbehandeling

Een bepaalde klasse medicijnen bij kankertherapie (cytostatica) is gebaseerd op platina. In het bijzonder bij de behandeling van teelbal- en eierstok­kanker gebruikt men cisplatina. (cis-diammi­nedichloor­platina(II), Pt(NH3)­2Cl2). Het remt celdeling van de kankercellen vanwege de inwerking van platina op het DNA. Gezonde cellen kunnen zich herstellen; zieke cellen niet of nauwe­lijks.

Cisplatina heeft vervelende bijwerkingen, vooral in de nieren. De nieuwe generatie cisplatina bevat daarom platina(IV). Dit bindt zich in eerste instantie niet met het DNA. Na inname zorgt zeer lokale, gerichte bestraling met blauw laserlicht voor een omzetting in de actieve vorm met platina(II). Hierdoor komen alleen de zieke cellen in contact met het actieve platina en worden schadelijke bijwerkingen zo veel mogelijk voorkomen.

Meer toepassingen


Als element en in legeringen

  • Componenten in straalmotoren
  • coating van de harddisc in computers
  • elektrisch contact, bijvoorbeeld voor telefoonrelais (met 20 % Ir of 10 % Ru)
  • elektrode voor brandstofcel (zuiver of met enkele % Rh)
  • instrumenten in de geneeskunde
  • injectienaald (met 20 - 30 % Ir; de naald kan daardoor zeer scherp geslepen worden, zodat men de prik bijna niet voelt)
  • kathodische bescherming van scheepsromp, pijpleiding (Pt-anode)
  • permanente magneten (Pt,Co; 77/23 %)
  • spinkop voor de productie van synthetische garens (met 10 % Rh, 70 % Au of 8 % Ir)
  • standaardmaat en -gewicht (ca. 10 % Ir)
  • thermokoppel (Pt/Pt-Rh, 10-13 % ; 600 °C - 1.700 °C)
  • verwarmingsspiraal van een oven (Pt/Rh 0 -100 % ; 200 °C - 600 °C)
  • vliegtuigbougie (Pt-W-14 % thoriumoxide)
  • vulpenpunt
  • weerstandsthermometer (- 200 °C tot + 700 °C)

In verbindingen

  • etsen van metalen                H2PtCl6
  • geneeskunde, radiologie      bariumtetracyanoplatinaat, Ba[Pt(CN)4].4H2O (fluorescerend voor röntgenstralen)         
  • onuitwisbare inkt                   H2PtCl

Naam

De naam platina is de verkleiningsvorm van het Spaanse woord plata voor zilver (ook wel geld, rijkdom). Het eerste platina werd aangetroffen als kleine zilverachtige deeltjes.

 

Ontdekking

Uit opgravingen is gebleken dat platina al in het Egypte van de zevende eeuw voor Christus werd gebruikt als materiaal voor sieraden. Ook in tweeduizend jaar oude graven aan de westkust van Zuid Amerika is platina aangetroffen. De geschiedenis van het metaal in Europa en Azië gaat minder ver terug.

De Italiaanse arts Julio C. Scaligero zet in 1557 de vroegst bekende beschrijving van platina op papier. Hij heeft het over een onsmeltbaar metaal uit Spaans Centraal-Amerika, dat hoogstwaarschijnlijk platina is geweest.

Wetenschappelijk onderzoek aan platina dateert van ongeveer twee eeuwen later. De Spaanse ontdekkingsreizigers en conquistadores brengen het mee naar Europa vanuit de regio Chocó in het huidige Colombia. Onder hen de Spaanse astronoom en marine-officier Antonio de Ulloa. Hij beschrijft het in 1748 als 'platina del pinto': kleine zilverachtige deeltjes die meekwamen met de winning van gouderts. Volgens een lokale traditie moesten deze deeltjes in de rivier de Pinto (terug)geworpen worden om ze te laten 'rijpen' tot echt goud.

Inmiddels was het vreemde metaal ook op andere plaatsen gevonden en in de jaren daarna kreeg het veel aandacht van allerlei Europese chemici. Zo correspondeert de Engelse chemicus/natuurkundige William Brownrigg over het metaal met zijn landgenoot William Watson (foto), die lid is van de Royal Academy of Sciences. Watsons presentatie aldaar, op 13 december 1750, geldt als de eerste 'officiële' wetenschappelijke vermelding van het nieuwe metaal.

 

In 1783 ontwikkelde en patenteerde de Franse chemicus Pierre-Francois Chabaneau een methode voor de productie van bewerkbaar platina. Dit betrof echter niet het zuivere metaal; het bevatte kleine hoeveelheden van de andere elementen uit de platinagroep (osmium, iridium, ruthenium, rhodium en palladium).

In 1803 was de Engelse chemicus William Hyde Wollaston (foto) de eerste die er in slaagde zuiver platina in handen te krijgen. Hij ontdekte daarbij ook rhodium en palladium; zijn zakenpartner Smithson Tennant komt de eer van de ontdekking toe van iridium en osmium, eveneens uit platinahoudende ertsen. Met name Wollaston was een gewiekst zakenman die jarenlang veel geld wist te verdienen aan de productie en verkoop van platina. 

 

Voorkomen

Platina is zeldzaam. Het aandeel in de aardkorst bedraagt 5.10-7% (op gewichtsbasis); het staat daarmee op plaats 74 in de lijst van meest voorkomende elementen.

Platina is in de natuur aanwezig in metallische toestand, maar is daarbij meestal gelegeerd met andere metalen uit de platina-groep. Het komt ook voor in mineralen als:

  • braggiet of cooperiet              (Pt,Pd,­Ni)S
  • ferronikkelplatinum                 Pt2FeNi
  • ferroplatinum of polyxeen       Fe,Pt
  • geversiet                                 Pt(Sb,Bi)2
  • sperry­liet (foto)                       PtAs2

 

Platinametalen zijn veelal aan nikkel-, chroom of ijzerert­sen gebonden.

Winning

De belangrijkste wingebieden liggen in Zuid-Afrika (Bush­veld), Rusland (West-Siberië, Oeral), Canada (Sudbury), de Verenigde Staten van Amerika (Stillwater) en Colombia. Platina is commercieel winbaar als ertsen per ton ongeveer 0,5 gram platina bevatten. 

Vroeger

Platina wordt bereid door het erts of het mineraal op te lossen in koningswa­ter. Daarbij ontstaan residuen met ruthenium, rhodium, iridium en zilver, die eerst verwijderd worden. In de oplos­sing kunnen de metaalzouten H2PtCl6, H2PdCl4 en HAuCl4  aanwezig zijn. Eerst wordt het goud verwij­derd met behulp van kwik. Vervolgens voegt men ammoniumchloride toe, waar­bij een neerslag van (NH4)2PtCl6 ontstaat (het palladi­umzout blijft in oplossing).

Verhit­ting van het gevorm­de platinazout leidt tot onzui­ver platina. Met konings­water en natriumchloride maakt men opnieuw een oplossing van het platinazout Na2PtCl6. Toevoegen van natriumbromaat (NaBrO3) zorgt ervoor dat eventu­eel aanwezige iridiumzouten worden om­gezet in hy­droxides.

Als vervolgens ammoniumchloride wordt toegevoegd ontstaat een neerslag van vrij zuiver platinazout (NH4)2PtCl6. Na eventue­le zuivering wordt via verhit­ting platina afgeschei­den, of wordt het neerslag gereduceerd met waterstof of hydrazi­ne (N2H4).

3 (NH4)2PtCl6                         -->  3 Pt  + 2 NH4Cl + 2 N2 + 16 HCl (bij ca 800 °C)
(NH4)2PtCl6 + 2 H2                 -->  Pt + + 2 NH4Cl + 4 HCl
(NH4)2PtCl6 + N2H4 + 6 OH-   -->  Pt + + 6 Cl- + 2 NH3 + N2 + 6 H2O

 

Tegenwoordig

In toenemende mate isoleert men platina uit het anodeslib dat ontstaat bij de nikkel- of koperwinning; bovendien wordt de 'klassieke' methode voor het scheiden van platina meer en meer vervangen door vloeistof-vloeistofextractie en ionenwisseling

Deel dit op: