Platynowce

Metaliczny osm.

Niektóre pierwiastki sprawiają kłopoty przy klasyfikacji. W starszych wydaniach tablic układu okresowego można zauważyć jedną grupę, ósmą poboczną, obejmującą aż dziewięć pierwiastków i podzieloną na poziome rzędy zwane triadami. Spowodowane to jest dużym podobieństwem występującym wśród sąsiadujących ze sobą pierwiastków z tego samego okresu. I tak mamy triadę żelazowców (żelazo, kobalt, nikiel), platynowców lekkich (ruten, rod, pallad) i platynowców ciężkich (osm, iryd, platyna). W końcu XX wieku pojawiła się jeszcze jedna trójka obejmująca has, meitner i darmstadt. Ale ponieważ są to bardzo krótko żyjące, sztucznie otrzymane pierwiastki (i to w liczbie zaledwie kilku atomów!), o ich własnościach nie można jeszcze nic powiedzieć. Oczywiście metale położone pod sobą, w jednej grupie, także wykazują podobieństwo własności. We współczesnych wydaniach tablic tworzą one grupy: 8. (znowu żelazowce), 9. (kobaltowce) i 10. (niklowce). W dzisiejszym artykule poznamy bliżej platynowce - szóstkę metali leżących w 5. i 6. okresie. To jedne z najrzadziej występujących na Ziemi pierwiastków (ale za to są najdroższe!). Platynowce określa się jednym mianem ze względu na bardzo podobne własności, wspólną historię odkrycia oraz pochodzenie. Wszystkie one są ciężkimi (platynowce ciężkie to substancje o największej znanej na Ziemi gęstości), szlachetnymi metalami o wysokich temperaturach topnienia.

[caption id="attachment_313" align="alignleft" width="150" caption="Samorodki platyny."][/caption]

Z ogromnym trudem ulegają działaniu odczynników chemicznych. Jak Czytelnicy zapewne wiedzą, stosowane są do wytwarzania wyrobów jubilerskich (zwłaszcza platyna), ale autor postara się wykazać, że zasługują na uwagę również z innych względów. Platyna znana była w Ameryce Łacińskiej od niepamiętnych czasów, lecz dla Europy zaistniała dopiero w połowie XVIII wieku po doniesieniach uczonych badających tamte tereny (1748 A. Ulloa, 1750 W. Watson). Co ciekawe, platyny, obecnie pierwiastka znacznie droższego od złota, używano do fałszowania wyrobów z tego metalu i, aby zapobiec owemu procederowi, niszczono nawet jej zapasy. Również sama nazwa (?platina? to z hiszpańskiego ?bezwartościowe srebro?) wskazuje na początkową niechęć do nowego pierwiastka. Ale już w następnym stuleciu awansowała do rzędu najbardziej cenionych substancji. W początkach wieku XIX dokładnie zbadano rodzimą platynę. Okazało się, że kryje ona jeszcze kilka pierwiastków.

[caption id="attachment_308" align="alignleft" width="150" caption="Kolekcjonerska moneta z platyny."][/caption]

I tak w latach 1803-04 brytyjscy chemicy odkryli osm i iryd (S. Tennant) oraz rod i pallad (W. Wollaston). Ostatni z platynowców, ruten, został otrzymany dopiero po 40 latach przez K. Klausa, chociaż wcześniej kilkakrotnie donoszono o jego odkryciu. Z historią rutenu wiąże się również polski wątek. Twórca rodzimej nomenklatury chemicznej, Jędrzej Śniadecki, także badał skład surowej platyny i w 1808 ogłosił otrzymanie nowego pierwiastka, któremu nadał nazwę west, od niedawno odkrytej planetoidy Westy. Nawiasem mówiąc, panowała wówczas ?moda? na nazywanie pierwiastków imionami pochodzącymi od ciał niebieskich - wspomniany już pallad od planetoidy Pallas, a cer od planetoidy Ceres. Niestety, Akademia Paryska, ówcześnie największy autorytet naukowy, nie potwierdziła doniesienia, a sam Śniadecki pogodził się z jej werdyktem. Szkoda, sława odkrywcy rutenu była tak blisko... Platynowce w przyrodzie tworzą nieliczne minerały, najczęściej występując w postaci naturalnego stopu - platyny rodzimej.

[caption id="attachment_312" align="alignleft" width="150" caption="Dawny wzorzec metra ze stopu platyny z irydem."][/caption]

Są również domieszkami do rud miedzi i niklu, skąd odzyskuje się je poprzez przeróbkę tzw. szlamów anodowych, pozostałych po elektrolitycznym oczyszczaniu tych metali. Ze względu na podobieństwo chemiczne oraz małą reaktywność, przeróbka i rozdzielenie platynowców stanowi jeden z najtrudniejszych do przeprowadzenia procesów chemicznych i jest ściśle chronioną tajemnicą producentów. Platynowce mają podobne własności i dlatego ich zastosowania są tak zbliżone. Tych twardych, trudno topliwych metali używa się do wytwarzania stopów odpornych na działanie agresywnych chemikaliów i wysokich temperatur, stosowanych do produkcji aparatury dla przemysłu chemicznego, a także narzędzi chirurgicznych i, oczywiście ze względu na cenę, biżuterii. Wykazują one również szczególne właściwości katalityczne w wielu reakcjach chemicznych i to jest ich najważniejsze zastosowanie. Ruten wziął swe imię od nazwy kraju odkrycia ? Rosji (po łacinie Ruthenia). Jest jednym z dwóch, oprócz osmu, metali osiągających wartościowość równą aż osiem. Jego główne zastosowania to utwardzanie stopów platyny i rutenu oraz produkcja katalizatorów.

[caption id="attachment_310" align="alignleft" width="150" caption="Wzorzec kilograma: walec o wysokości i średnicy podstawy 39 mm ze stopu platyny z irydem."][/caption]

Nazwa rodu pochodzi od greckiego słowa ?rhodon? oznaczającego różę, ze względu na różowy kolor jego związków. Wiele połączeń kobaltowców charakteryzuje się pięknymi barwami, nic więc dziwnego, że następny pierwiastek z tej grupy, iryd, wziął swe miano od imienia greckiej bogini tęczy - Iris. Rod jest przede wszystkim dodatkiem do katalizatorów platynowych, zwiększającym ich trwałość i wydajność. Metaliczny rod służy także do pokrywania srebrnych przedmiotów w celu zapobieżenia ich ciemnieniu pod wpływem czynników atmosferycznych, co jest szczególnie ważne w przypadku luster i reflektorów. Często wykonuje się z niego tygle do topienia metali, ponieważ z trudnością tworzy z nimi stopy. Pallad ma unikalną zdolność do pochłaniania wodoru (potrafi wchłonąć objętość tego gazu kilkaset razy większą od własnej), który, uchodząc z niego, znajduje się w niezwykle reaktywnej, atomowej postaci atomowej (?in statu nascendi?, jak mówią chemicy). Tę własność palladu wykorzystano do katalizowania reakcji uwodornienia związków organicznych, np. podczas wytwarzania margaryn, chociaż często zastępuje się go tańszym niklem (wszystkie niklowce pochłaniają wodór i są katalizatorami reakcji przebiegających z jego udziałem). Ponadto pallad stosowany jest w wyrobach jubilerskich oraz stomatologii.

[caption id="attachment_309" align="alignleft" width="150" caption="Katalizator samochodowy - platynowce w walce o czyste powietrze."][/caption]

Metaliczny osm charakteryzuje się ostrym zapachem i stąd pochodzi jego nazwa (z greckiego ?osme? oznacza woń). Jest to spowodowane tworzeniem się lotnego tlenku, mającego trujące właściwości i używanego do barwienia preparatów mikroskopowych oraz jako specyficznego odczynnika w syntezie organicznej. Ze względu na bardzo wysoką temperaturę topnienia, osm był stosowany jako drucik w żarówkach, ale został wyparty przez tańszy wolfram, zaś obecnie używany jest jako dodatek stopowy zwiększający odporność na ścieranie. Iryd to najdroższy platynowiec. Używa się go jako dodatku utwardzającego platynę. Ze stopu platyny z irydem wykonany jest obowiązujący międzynarodowy wzorzec kilograma (walec o wysokości i średnicy 39 mm) oraz, do niedawna, metra (w roku 1960 został zastąpiony wzorcem atomowym). Dodatek irydu utwardza także stopy stosowane do wytwarzania igieł do zastrzyków, końcówek wiecznych piór i ostrzy do golenia. Jest on jednym z charakterystycznych metali występujących w meteorytach. Odkrycie warstwy skalnej sprzed 65 milionów lat zawierającej podwyższony poziom tego pierwiastka świadczy, według uczonych, że w tym czasie Ziemia została trafiona przez obiekt kosmiczny o średnicy około 10 km. Wydarzenie to miało spowodować zagładę dinozaurów.

[caption id="attachment_315" align="alignleft" width="150" caption="Stalówka w wiecznym piórze z irydowego stopu."][/caption]

Z omawianych pierwiastków najwięcej zastosowań ma platyna. Z czystego metalu oraz jego stopów wyrabia się biżuterię, aparaturę naukową, elektrody i termoogniwa. Połowa światowej produkcji zużywana jest do wytwarzania katalizatorów przemysłowych i samochodowych (dopalacze spalin). Szczególnie dużą aktywność katalityczną ma rozdrobniony metal (tzw. czerń platynowa), który samoczynnie rozżarza się w kontakcie z palnym gazem przy dostępie powietrza, co wykorzystano do konstrukcji specjalnych zapalniczek. Warto wspomnieć, że związki platyny z fluorem posłużyły do otrzymania pierwszych połączeń chemicznych gazów szlachetnych. Związki platyny należą także do najsilniejszych leków antynowotworowych. Autor ma nadzieję, że Czytelnicy przekonali się, iż platynowce służą nie tylko do wyrobu ozdób. Bez ich obecności załamałby się prawie cały współczesny przemysł chemiczny (katalizatory). Z platynowcami wiążą się także meandry światowej polityki - większość ich złóż leży w niestabilnych rejonach naszego globu - głównie na południu Afryki. Nic więc dziwnego, że poszczególne państwa gromadzą ich zapasy.

[caption id="attachment_311" align="alignleft" width="150" caption="Warstwa skalna (oznaczona czerwoną strzałką) sprzed 65 milionów lat zawierająca podwyższony poziom irydu - świadek zagłady dinozaurów."][/caption]

Światowa produkcja innych pierwiastków sięga setek tysięcy i milionów ton, zaś wytworzone w ciągu roku platynowce można załadować do pociągu towarowego. Jednakże nie od dziś wiadomo, że czasem to, co jest na pierwszy rzut oka mało istotne, okazuje się najważniejsze. Także historia i współczesność chemii dostarcza wielu dowodów na potwierdzenie tej tezy.