Hulp bij leren Periodiek systeem

Platina

chemisch-element

78

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

Protonen/elektronen

Groep

Isotopen

¹⁹⁰Pt, ¹⁹²Pt, ¹⁹⁴Pt, ¹⁹⁵Pt, ¹⁹⁶Pt, ¹⁹⁸Pt

Periode

Elektronenconfiguratie

[Xe] 6s² 4f¹⁴ 5d⁸

Blok

Elektronencofiguratie Bohr

2,8,18,32,17,1

Bij kamertemperatuur

vast

Elektronegativiteit

1,4 (Pauling)

Dichtheid

21500 kg m^-3

Atoomstraal

138 ^. 10^-12m

Smeltpunt

1769 ^oC (2042 K)

Relatieve atoommassa

195.09

Kookpunt

3825 ^oC (4098 K)

Soortelijke warmte

133 J kg^-1K^-1

Warmtegeleidingscoëfficiënt

71.6 W m^-1K^-1

Selecteer

Toepassingen

Naam & ontdekking

Voorkomen

Bereiding

Beeld en audio

Toepassingen

Naam & ontdekking

Voorkomen

Bereiding

Beeld en audio

Toepassingen

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:

$4 {NH}_{3} + 5 O_{2} \to 4 NO + 6 H_{2} O (Pt als katalysator; ca . 830 ° C)$

$2 NO + O_{2} \to 2 {NO}_{2}$

$4 {NO}_{2} + O_{2} + 2 H_{2} O \to 4 {HNO}_{3}$

Platina is ook voor veel andere chemische omzettingen een geschikte katalysator, zoals bijvoorbeeld het kraken van aardolie, en hydrogenerings- en isomerisatie reacties. 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 corrosie bestendig 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	H₂PtCl₆

Naam & ontdekking

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 marineofficier 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.

De EU heeft met de Critical Raw Materials Act de platina-groep metalen op de lijst van schaarse en strategische grondstoffen gezet.

Bereiding

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)₂PtCl₆ontstaat (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).

$3 {({NH}_{4})}_{2} {PtCl}_{6} \to 3 Pt + 2 {NH}_{4} Cl + 2 N_{2} + 16 HCl (bij ca 800 ° C)$

${({NH}_{4})}_{2} {PtCl}_{6} + 2 H_{2} \to Pt + + 2 {NH}_{4} Cl + 4 HCl$

${({NH}_{4})}_{2} {PtCl}_{6} + N_{2} H_{4} + 6 {OH}^{-} \to Pt + + 6 {Cl}^{-} + 2 {NH}_{3} + N_{2} + 6 H_{2} O$

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.

Bekijk foto’s en filmpjes