Ædelmetaller

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 21. marts 2022; verifikation kræver 1 redigering . Placering af ædelmetaller i det periodiske system af kemiske grundstoffer
H   Han
Li Være   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 Ge Som Se Br kr
Rb Sr Y Zr NB Mo Tc Ru Rh Pd Ag CD I sn Sb Te jeg Xe
Cs Ba La * hf Ta W Vedr Os Ir Pt Au hg Tl Pb Bi Po På Rn
Fr Ra AC ** RF Db Sg bh hs Mt Ds Rg Cn Nh fl Mc Lv Ts Og
 
* Ce Pr Nd Om eftermiddagen sm Eu Gd Tb D y Ho Eh Tm Yb Lu
** Th Pa U Np Pu Er cm bk jfr Es fm md ingen lr

Ædelmetaller  - metaller , der er let modtagelige for korrosion og oxidation , og som ikke reagerer med saltsyre , hvilket adskiller dem fra de fleste " uædle " metaller. I en serie af elektrokemiske potentialer svarer alle metaller til højre for brint til dette . I den russiske tradition er denne liste halvt så kort - den inkluderer for eksempel ikke kobber . Et andet navn - ædle metaller  - på grund af deres sjældenhed. De vigtigste ædle metaller  er guld , sølv , samt platin og de andre 5 metallerplatingruppe  - ruthenium , rhodium , palladium , osmium , iridium .

Historie

De fik navnet "ædelmetaller" på grund af deres høje kemiske resistens (oxiderer praktisk talt ikke i luft) og glans i produkter. Guld, sølv, ren platin og palladium har høj duktilitet, og resten af ​​ædelmetallerne har desuden meget høj ildfasthed .

Oldtiden

Indfødt guld og sølv har været kendt af menneskeheden i adskillige årtusinder; dette bevises af produkter fundet i gamle begravelser og primitive minedrift, der har overlevet den dag i dag. I oldtiden var de vigtigste centre for udvinding af ædle metaller Øvre Egypten , Nubien , Spanien , Colchis ( Kaukasus ); der er tegn på minedrift i Central-, Sydamerika , Asien ( Indien , Altai , Kasakhstan , Kina ). På Ruslands territorium blev guld udvundet allerede i det 2.-3. årtusinde f.Kr. e. Metaller blev udvundet fra placers ved at vaske sand på dyreskind med trimmet uld (for at fange guldkorn), samt ved at bruge primitive tagrender, bakker og øser . Fra malme blev metaller udvundet ved at opvarme klippen til revner, efterfulgt af knusning af blokke i stenmørtler , afslibning med møllesten og vask. Separation ved finhed blev udført på sigter. I det gamle Egypten var en metode kendt til at adskille guld- og sølvlegeringer med syrer , adskille guld og sølv fra en blylegering ved cupellation, udvinde guld ved sammenlægning med kviksølv eller opsamle partikler ved hjælp af en fedtoverflade (det antikke Grækenland ). Cupellation blev udført i lerdigler, hvor bly [1] og salpeter [2] blev tilsat .

I XI-VI århundreder f.Kr. e. sølv blev udvundet i Spanien i floddalene Tejo , Duero , Minho og Guadyaro. I VI-IV århundreder f.Kr. e. udvikling af primære og alluviale guldforekomster begyndte i Transsylvanien og de vestlige Karpater .

Minedrift i middelalderen

I middelalderen (indtil det 18. århundrede ) blev sølv hovedsageligt udvundet , guldudvinding faldt på grund af udtømning af tilgængelige forekomster. Fra det 16. århundrede begyndte spanierne at udvikle ædelmetaller i Sydamerika : fra 1532 - i Peru og Chile og fra 1537 - i New Granada (moderne Colombia ). I Bolivia begyndte minedrift i 1545 på "sølvbjerget" i Potosi . I 1577 blev guldplacere opdaget i Brasilien . Ved midten af ​​det 16. århundrede blev der udvundet fem gange mere guld og sølv i Amerika end i Europa før opdagelsen af ​​den nye verden .

Opdagelse af platin

I første halvdel af det 16. århundrede henledte de spanske kolonialister opmærksomheden på det usmeltelige tunge hvide metal, som blev fundet sammen med guld i placers af New Granada . Ifølge deres lighed med sølv ( spansk  plata ), gav de det det diminutive navn " platin " ( spansk  platina ), bogstaveligt talt - "sølv". Platin var kendt i antikken, guldklumper af dette metal blev fundet sammen med guld og kaldte dem "hvidguld" ( det gamle Egypten , Spanien , Abessinien ), "frøguld" (øen Borneo ). På grund af det faktum, at platin blev brugt til bedrageri (erstatning af guld i mønter og smykker), blev offentliggjort[ af hvem? ] regeringsdekret , der beordrede det til at blive kastet i havet . Den første videnskabelige beskrivelse af platin blev lavet af William Watson i 1741 i forbindelse med begyndelsen af ​​dets minedrift i industriel skala i Colombia (1735).

Opdagelse af palladium, rhodium, iridium, osmium og ruthenium

I 1803 opdagede den engelske videnskabsmand William Wollaston palladium og rhodium , og i 1804 opdagede den engelske videnskabsmand S. Tennant iridium og osmium . I 1808 udtog den polske videnskabsmand Andrzej Snyadetsky , mens han udforskede platinmalm fra Sydamerika, et nyt kemisk grundstof , som han kaldte budskabet . I 1844 studerede Karl Klaus , professor ved Kazan Universitet , dette grundstof grundigt og opkaldte det ruthenium efter Rusland .

Udbredelse i naturen og byttedyr

Udvindingen af ​​ædle metaller i Rusland begyndte i det 17. århundrede i Transbaikalia med udviklingen af ​​sølvmalme , som blev udført ved en underjordisk metode. Den første skriftlige omtale af guldminedrift fra Uralernes placerer går tilbage til 1669 (kronik af Dolmatovsky-klosteret) . En af de første guldforekomster i Rusland blev opdaget i Karelen i 1737; dens udvikling går tilbage til 1745. Begyndelsen af ​​guldudvinding i Ural anses for at være 1745, da E. Markov opdagede Berezovsky-malmforekomsten. I 1819 blev et "nyt sibirisk metal" (platin) opdaget i alluviale guldforekomster i Ural. I 1824 blev der fundet en rig placer af platin med guld på den østlige skråning af Uralbjergene, og den første platinmine i Rusland og Europa blev anlagt . Senere opdagede K. P. Golyakhovsky og andre Isovskaya-systemet af guld-platin placers, som blev verdensberømt. I 1828 offentliggjorde den russiske videnskabsmand V.V. Lyubarsky værker om verdens første primære forekomst af platin, opdaget nær Main Ural Range . Indtil 1915 blev 95% af platin hovedsageligt udvundet fra placers, resten blev opnået ved elektrolytisk raffinering af kobber og guld.

For at udvinde ædelmetaller fra alluviale aflejringer i det 19. århundrede blev der skabt adskillige design af guldgenvindingsmaskiner (for eksempel butara , vugge ). Butorudvikling blev meget brugt i Ural-minerne fra første halvdel af det 19. århundrede. I 30'erne. I det 19. århundrede, i minerne, blev der tilført vand under pres for at erodere placer-klipperne. Yderligere forbedringer af denne metode førte til skabelsen af ​​vandbrydere  - prototyper af hydromonitoren . I 1867 udførte A.P. Chausov nær Bajkalsøen for første gang hydraulisk minedrift af placers; senere ( 1888 ) blev denne metode anvendt af E. A. Cherkasov i Chebalsuk-flodens dal i Abakan - taigaen. I begyndelsen af ​​det 19. århundrede blev skraber brugt til at udvinde guld og platin fra oversvømmede placerer , og i 1870 i New Zealand blev en dredder brugt til dette formål .

Siden 2. halvdel af det 19. århundrede er deep placers i Rusland blevet udvundet ved hjælp af en underjordisk metode, og i 1990'erne. XIX århundrede, gravemaskiner og skrabere bliver introduceret .

I 1767 var F. Bakunin i Rusland den første til at anvende smeltning af sølvmalme ved hjælp af slagger som flusmidler . Den svenske kemiker K. V. Scheeles (1772) værker indeholdt en indikation af guldets overgang til opløsning under påvirkning af cyanidforbindelser . I 1843 offentliggjorde den russiske videnskabsmand P. R. Bagration et værk om opløsning af guld og sølv i vandige opløsninger af cyanidsalte i nærværelse af oxygen og oxidationsmidler, hvilket lagde grundlaget for guldhydrometallurgi .

Platinmetalteknologi

Oprensningen og behandlingen af ​​platin blev hæmmet af dets høje smeltepunkt (1773,5 °C). I første halvdel af det 19. århundrede opnåede A. A. Musin-Pushkin formbar platin ved at kalcinere dets amalgam (platin er ikke amalgameret). I 1827 foreslog russiske videnskabsmænd P. G. Sobolevsky og V. V. Lyubarsky en ny metode til rensning af rå platin, som markerede begyndelsen på pulvermetallurgi . I løbet af året blev der for første gang i verden renset omkring 800 kg platin ved denne metode, det vil sige, at platin blev forarbejdet i stor skala. I 1859 smeltede de franske videnskabsmænd A. E. St. Clair Deville og A. Debré først platin i en ovn i en ilt-brint-flamme. Det første arbejde med elektrolyse af guld går tilbage til 1863, denne metode blev introduceret i produktionen i 80'erne. XIX århundrede.

Cyanidprocessen

Ud over sammenlægning blev guld i 1886 for første gang udvundet af malme ved chlorering (Kochkarsky-minen i Ural -bjergene ). I 1896 blev det første anlæg i Rusland til udvinding af guld ved cyanidering lanceret ved den samme mine (det første sådant anlæg blev bygget i Johannesburg ( Sydafrika ) i 1890). Snart blev cyanidprocessen brugt til at udvinde sølv fra malme.

I 1887-1888. i England modtog J. S. MacArthur og brødrene R. og W. Forrest patenter på metoder til at udvinde guld fra malme ved at behandle dem med fortyndede alkaliske cyanidopløsninger og udfælde guld fra disse opløsninger med zinkspåner . I 1893 blev guld aflejret ved elektrolyse , og i 1894 af zinkstøv. I USSR udvindes guld hovedsageligt fra placers; i udlandet kommer omkring 90 % af guldet fra malmforekomster.

Med hensyn til effektiviteten af ​​at udvinde ædelmetaller fra placers, er dregemetoden den bedste, skraber-bulldozeren og hydrauliske metoder er mindre økonomiske. Underjordisk minedrift af placers er næsten 1,5 gange dyrere end uddybningsmetoden; i USSR bruges det på dybe placerer i flodens dale. Lena og Kolyma . Sølv udvindes hovedsageligt fra malmforekomster. Den findes hovedsagelig i bly-zink-aflejringer, som årligt giver omkring 50 % af alt udvundet sølv; fra kobbermalm modtage 15%, fra guld 10% sølv; omkring 25% af sølvproduktionen kommer fra sølvåreaflejringer. En betydelig del af platinmetallerne udvindes fra kobber-nikkelmalme. Platin og metallerne i dets gruppe smeltes sammen med kobber og nikkel , og når sidstnævnte renses ved elektrolyse, forbliver de i slammet .

Hydrometallurgi

For at udvinde ædelmetaller anvendes hydrometallurgiske metoder i vid udstrækning , ofte kombineret med berigelse. Gravitationsberigelsen af ​​ædle metaller gør det muligt at isolere store metalpartikler. Den er suppleret med cyanidering og sammenlægning, hvis første teoretiske underbyggelse blev givet af den sovjetiske videnskabsmand I.N. Plaksin i 1927. Til cyanidering er sølvchlorid mest gunstigt; sulfidsølvmalme er ofte cyanideret efter en foreløbig klorristning. Guld og sølv fra cyanidopløsninger udfældes normalt med zinkmetal, sjældnere med kul og harpikser (ionbyttere). Udvind guld og sølv fra malme ved selektiv flotation . Omkring 80% af sølv opnås hovedsageligt ved pyrometallurgi, resten ved sammenlægning og cyanidering.

Forfining

Ædelmetaller af høj renhed opnås ved raffinering . Tabet af guld i dette tilfælde (inklusive smeltning) overstiger ikke 0,06%, guldindholdet i det raffinerede metal er normalt ikke lavere end 999,9 prøver; tab af platinmetaller er ikke højere end 0,1%. Der arbejdes på at intensivere cyanidprocessen (cyanidering under tryk eller ved udrensning af oxygen), der søges efter ugiftige opløsningsmidler til udvinding af ædelmetaller, kombinerede metoder udvikles (f.eks. flotation-hydrometallurgisk), organiske reagenser anvendes osv. Udfældning af ædelmetaller fra cyanidopløsninger og pulp udføres effektivt ved hjælp af ionbytterharpikser . Ædelmetaller udvindes med succes fra aflejringer ved hjælp af bakterier (se Bakteriel udvaskning ).

Ansøgning

Valutametaller

Det bevarer funktionerne af valutametaller, hovedsageligt guld (se Penge ). Sølv blev tidligere aktivt brugt som penge, men så, efter overdreven markedsmætning, mistede det faktisk denne funktion.

I øjeblikket opbevares sølv som en del af valutareserverne i nogle centralbanker , men i ret små mængder.

Sølv kan ligesom nogle andre ædelmetaller bruges af privatpersoner og virksomheder som opsparing. Sølvfutures bruges aktivt af handlende på ædelmetalbørsen såvel som på Forex-markedet.

Ansøgning i teknik

I den elektriske industri er kontakter lavet af ædle metaller med en høj grad af pålidelighed ( korrosionsbestandighed , modstand mod virkningen af ​​en kortvarig elektrisk lysbue dannet på kontakterne ). For eksempel øger en lille tilsætning af ruthenium (0,1%) korrosionsbestandigheden af ​​titanium , og ekstremt slidstærke elektriske kontakter er lavet af en legering med platin . Omkring 50 % af det udvundne ruthenium forbruges i produktionen af ​​tykfilmsmodstande.

Legeringen "osram" (osmium med wolfram ) blev brugt til at lave filamenter til glødelamper . Legeringen af ​​osmium med aluminium har en usædvanlig høj duktilitet og kan strækkes uden at knække 2 gange [3] .

I teknikken med lave strømme ved lave spændinger i kredsløb bruges kontakter lavet af legeringer af guld med sølv, guld med platin, guld med sølv og platin. Til svagstrøms- og mellembelastet kommunikationsudstyr er palladium-sølv-legeringer (fra 60 til 5% palladium) meget brugt. Af interesse er cermetkontakter lavet på basis af sølv som en ledende komponent. Magnetiske legeringer af ædelmetaller med en høj tvangskraft bruges til fremstilling af små elektriske apparater. Modstande ( potentiometre ) til automatiske instrumenter og strain gauges er lavet af ædelmetallegeringer (hovedsageligt palladium med sølv, sjældnere med andre metaller). De har en lav temperaturkoefficient for elektrisk modstand , lav termoelektromotorisk kraft parret med kobber, høj slidstyrke , højt smeltepunkt, de oxiderer ikke.

Anvendelser inden for kemiteknik og laboratorieteknologi

Osmiumtetroxid bruges i elektronmikroskopi til at fiksere biologiske objekter.

Modstandsdygtige metaller bruges til at fremstille dele, der opererer i aggressive miljøer - teknologiske apparater, reaktorer, elektriske varmeapparater, højtemperaturovne, udstyr til produktion af optisk glas og glasfiber, termoelementer, modstandsstandarder osv.

De bruges i ren form, som bimetal og i legeringer (se Platinlegeringer). Kemiske reaktorer og deres dele er udelukkende lavet af ædelmetaller eller er kun dækket af ædelmetalfolier. Platinbelagte enheder bruges til fremstilling af rene kemikalier og i fødevareindustrien. Når den kemiske resistens og ildfasthed af platin eller palladium ikke er nok, erstattes de af legeringer af platin med metaller, der øger disse egenskaber: iridium (5-25%), rhodium (3-10%) og ruthenium (2-10% ). Et eksempel på brugen af ​​ædelmetaller i disse teknologiområder er fremstilling af kedler og skåle til smeltning af alkalier eller arbejde med saltsyre, eddikesyre og benzoesyre; autoklaver , destillerier , kolber , omrørere mv.

Medicinske applikationer

I medicin bruges ædelmetaller til fremstilling af værktøj, instrumentdele, proteser samt forskellige præparater, hovedsageligt baseret på sølv.

En legering af platin (90%) og osmium (10%) bruges i kirurgiske implantater , såsom pacemakere , og til erstatning af lungeventiler [ 3 ] .

Legeringer af platin med iridium, palladium og guld er næsten uundværlige ved fremstilling af sprøjtenåle. Af de lægemidler, der indeholder ædelmetaller, er de mest almindelige lapis , protargol , osv. Ædelmetaller bruges i strålebehandling (radioaktive guldnåle til at ødelægge ondartede tumorer), samt i lægemidler, der øger kroppens beskyttende egenskaber.

I elektronik

I elektronisk teknologi bruges guld doteret med germanium , indium, gallium, silicium, tin, selen til at skabe kontakter i halvlederdioder og transistorer . Guld og sølv aflejres på overfladen af ​​bølgelederne for at reducere tab (se hudeffekt ).

I foto-filmindustrien

Før æraen med digital fotografering var sølvsalte det vigtigste råmateriale i fremstillingen af ​​lysfølsomme materialer ( chlorider , bromider eller iodider ). I fotografiets tidlige dage brugte man især salte af guld og platin ved scanning af et billede.

I smykkeindustrien

I smykker og kunst og kunsthåndværk anvendes ædelmetallegeringer (se Smykkelegeringer).

Beskyttende belægninger

Som belægninger beskytter ædelmetaller uædle metaller mod korrosion eller giver overfladen af ​​disse metaller de egenskaber, der er iboende i ædelmetaller (f.eks. reflektionsevne, farve, glans osv. ). Guld reflekterer effektivt varme og lys fra overfladen af ​​raketter og rumfartøjer. For at reflektere infrarød stråling i rummet er et tyndt lag guld på 1/60 mikron tilstrækkeligt. For at beskytte mod ydre påvirkninger samt for at forbedre observationen af ​​satellitter påføres en guldbelægning på deres ydre skal. Nogle interne dele af satellitter er dækket af guld, samt rum til udstyr for at beskytte mod overophedning og korrosion. Ædelmetaller bruges også til fremstilling af spejle (forsølvglas med opløsninger eller sølvspraybelægning i vakuum). Den tyndeste film af ædelmetaller påføres indvendigt og udvendigt på kabinetterne til flymotorer i fly i høj højde. Ædelmetaller dækker over reflektorer i infrarøde tørretumblere, elektriske kontakter og lederdele samt radioudstyr og udstyr til røntgen- og strålebehandling. Som en anti-korrosionsbelægning anvendes ædelmetaller til fremstilling af rør, ventiler og beholdere til specielle formål. En bred vifte af guldholdige pigmenter er blevet udviklet til belægning af metaller, keramik og træ.

Lodde og antifriktionslegeringer

Lodde med sølv er væsentligt overlegne i styrke i forhold til kobber-zink , bly og tin , de bruges til lodning af radiatorer , karburatorer , filtre mv .

Slidfaste knuder

Legeringer af iridium med osmium , såvel som guld med platin og palladium , bruges til at lave kompasnåle , lodning "evige" fjer. Høj hårdhed og enestående ildfasthed gør det muligt at anvende osmium som belægning i friktionsenheder.

Kemisk industri: katalysatorer

Nogle ædelmetallers høje katalytiske egenskaber gør det muligt at bruge dem som katalysatorer : platin - til fremstilling af svovlsyre og salpetersyre ; sølv  - ved fremstilling af formalin . Guld erstatter det dyrere platin som katalysator i den kemiske industri og olieindustrien. Rhodium og iridium katalyserer reaktionen under produktionen af ​​eddikesyre [4] . Osmium bruges som katalysator til syntese af ammoniak , hydrogenering af organiske forbindelser og i methanol -brændselscellekatalysatorer . Platin, palladium og rhodium bruges i biludstødningsoxidationskatalysatorer Arkiveret 20. april 2021 på Wayback Machine .

Ædelmetaller (sølv og ruthenium) bruges også til vandrensning .

Verdensproduktion og priser

Guldminedrift i verden som helhed vokser. I 2019 blev der udvundet 3.533,7 tons guld. Kina er på førstepladsen: I 2019 blev der udvundet 383,2 tons. På andenpladsen er Den Russiske Føderation med 329,5 tons produktion. På tredjepladsen er Australien: 325,1 tons. Prisen på en troy ounce guld på spotmarkedet den 14. december 2020 er $1.829.

Palladium var langt det dyreste industrielle metal i 2020, hvor LSE nåede et rekordhøjt niveau på $2.841 pr. ounce den 19. februar. Kun siden begyndelsen af ​​2020 er den steget i pris med 45%, i 2019 - med 54%, over de seneste tre år - fire gange. Dette blev muliggjort af en kraftig stigning i efterspørgslen efter metallet som katalysator i benzinmotorer. Men i modsætning til markedslovgivningen vil det strukturelle underskud af palladium ikke forsvinde i de kommende år: Der er næsten ingen nye store projekter til udvinding af det i verden, og bilproducenter fortsætter med at øge indkøbene [5] . Prisen på palladium i december 2020 er $2376.

Verdensreserver af ruthenium anslås til 5000 tons [6] . Prisen på en troy ounce ruthenium den 10. december 2020 er $270.

Osmium har den største vægtfylde af alle ædelmetaller: 22,61 g/cm 3 [7] . De største reserver af osmium i verden, der beløber sig til 127.000 tons, er placeret i Tyrkiet. Også betydelige reserver af osmium findes i Bulgarien [8] . Prisen på osmium på verdensmarkedet i hele 2020 var stabil - $400 pr. troy ounce .

Verdens største producent af platinoider i 2005: RAO Norilsk Nickel .

Tabellen er udarbejdet efter data fra magasinet "Expert" (for 2005) [9] .

Metal Primærproduktion (tons) Gennemsnitspris ($/kg) Volumen (mln $)
Sølv 20 300 236 4792
Guld 2450 14 369 35 205
Palladium 214 6839 1463
Platin 206 30 290 6240
Ruthenium 24 2401 871
Rhodium 23 66 137 1323
Iridium fire 5477 5
Osmium en 12 903 en

Se også

Noter

  1. ↑ Ph.D. T.I. Mayakova. Assayanalyse: fra den antikke verden til i dag. Oversigt  // Guldminedrift: Journal. - 2007. - December ( nr. 97 ). Arkiveret fra originalen den 21. april 2021.
  2. ↑ Kemiens historie  // Wikipedia. — 2020-11-04.
  3. ↑ 1 2 Osmium  // Wikipedia. — 2020-11-01.
  4. ↑ Eddikesyre: egenskaber og produktionsteknologi . newchemistry.ru . Hentet 15. december 2020. Arkiveret fra originalen 19. april 2021.
  5. ↑ Katalysator for vækst  // Kommersant. Arkiveret 1. november 2020.
  6. ↑ Emsley, John. Naturens byggesten: en A-Z guide til elementerne . - Oxford: Oxford University Press, 2001. - viii, 538 sider s. — ISBN 0-19-850341-5 , 978-0-19-850341-5, 978-0-19-850340-8, 0-19-850340-7, 0-19-286215-4, 978-0- 19-286215-0. Arkiveret 15. december 2020 på Wayback Machine
  7. ↑ WebElements periodiske system » Osmium » det væsentlige . www.webelements.com . Hentet 15. december 2020. Arkiveret fra originalen 26. november 2020.
  8. ↑ Osmium-187: World Market Review 2020 . marketpublishers.ru (15. januar 2020). Hentet 15. december 2020. Arkiveret fra originalen 18. april 2021.
  9. ↑ Verdensproduktion og priser på ædelmetaller i 2005 (utilgængeligt link) . expert.ru. Hentet 13. oktober 2016. Arkiveret fra originalen 13. oktober 2016. 

Litteratur

 Periodiske system
Formater
Varelister efter
Grupper
Perioder
Familier
af kemiske grundstoffer
Periodisk tabel blok
Andet
  • Det periodiske system
  • Kategori:Periodisk system
  • Portal: Kemi
  • {{ Periodisk system af elementer }}
  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger