Характеристики и свойства драгоценных металлов - От идеи, до результата!

Перейти к контенту

Главное меню:

Характеристики и свойства драгоценных металлов

Местоположение драгоценных металлов в периодической системе элементов и их атомно-структурное строение определяют их свойства. Многие из этих свойств сходны между собой, другие же, наоборот, существенно различаются.
Так, атомные массы золота, платины, иридия, и осмия почти в два раза больше атомных масс рутения, родия, палладия, и серебра. Плотность серебра, палладия, рутения, иридия и осмия, из которых два последних наиболее плотные вещества. Твердость у рутения, родия и иридия высокая, у серебра и золота низкая, тогда как платина и палладий по твердости занимают среднее положение.
По пластичности и ковкости золото среди всех металлов занимает первое место. Если принять за единицу максимальную, а за 10 единиц минимальную степень ковкости и пластичности металлов, то получится следующий ряд:


Металлы

Au

Ag

Pt

Fe

Ni

Cu

Al

Zn

 Пластичность

1

2

3

4

5

6

7

8

 Ковкость

1

2

6

9

10

3

4

8

Палладий также значительно пластичен и ковок, зато остальные металлы платиновой группы (Rh, Os, Ir, Ru) хрупкие.
Относя одни драгоценные металлы к пластичным, а другие к хрупким, следует одновременно отметить, что из этого положения нельзя делать выводы о том, что пластичность и хрупкость того или иного металла есть незыблемое свойство, раз и навсегда характерное и присущее этим металлам. Понятие пластичности и хрупкости не абсолютно, а относительно и характеризует не свойства, а лишь состояние вещества в данных условиях обработки.
В современных представлениях пластичность определяется комплексом взаимосвязанных факторов. Особо значительная роль принадлежит химическому составу вещества (характеру и соотношению входящих в него компонентов и особенно степени его чистоты по содержанию примесей и загрязнений), структурные (фазности, величине зерен и их ориентировки, равномерности и распределения и форме хрупких и легкоплавких составляющих), и многим другим факторам.
При определенном сочетании для каждого данного вещества в отдельности этот комплекс факторов может весьма существенно влиять на способность вещества к пластической деформации, т.е. в одних случаях он будет повышать, а в других понижать эту способность, причем это в равной степени относится как к пластичным, так и непластичным (в обыденном понимании) веществам.

Например, родий¸ иридий при комнатной температуре непластичны, но могут быть прокатаны или протянуты в проволоку при 1200-1400С. Изменение состава по компонентам золотосеребряных или серебряно золотых сплавов, известных своей высокой пластичностью, заметно влияет на изменение из пластичности, а именно с увеличением в сплавах золота до 80% она падает (относительно пластичности чистого серебра) более чем в два раза, или по 0.6% на каждый процент добавки золота, а при увеличении содержания серебра до 20% еще более резко, особенно в интервале до 10%.

На пластичность металлов и сплавов значительно влияет степень их чистоты по содержанию вредных примесей. Например, присутствие в чистом серебре до 0.3% таких элементов, как сера, бор, церий, кремний, теллур, цирконий, либо в чистом золоте таких как бор, кальций, церий, натрий, селен, торий, резко снижает их пластичность и может хрупкость при пластической деформации, в то время как без этих загрязнений серебро и золото весьма пластичны.

Кроме того, на пластичность металлов и особенно сплавов сильно влияет скорость охлаждения при литье слитков, причем, как правило, высокие скорости охлаждения обеспечивают образование мелкодисперсной структуры с более высокой пластичностью, чем у крупнозернистой структуры, получаемой при медленном отводе тепла от кристализируемого слитка.                          
По электропроводности серебро занимает первое место среди других металлов (электропроводность меди составляет 0,915 электропроводности серебра), а рутений, палладий и платина обладают высоким электрическим сопротивлением. Отражательная способность высокая у серебра и родия и низкая у остальных драгоценных металлов.

В устойчивых химических соединениях серебро одно-, двух- и трехвалентно, золото одно- и трехвалентно, иридий трех- и четырехвалентен, платина, родий и палладий проявляют переменную валентность от двух до шести, а рутений и осмий - до восьми. В периодической таблице, где максимальная валентность атомов второй половины каждого большого периода, имеющих в предпоследнем слое 18 электронов (так же как и валентность атомов с двумя или восьмью электронами в предпоследнем слое), равна числу электронов наружного слоя, исключение составляют серебро и золото, максимальная валентность которых равно трем, хотя наружный слой содержит только один электрон. Драгоценные металлы (за исключением осмия) не окисляются на воздухе при комнатной температуре и не тускнеют(кроме серебра) под воздействием сероводорода и сернистых соединений. На воздухе родий начинает окисляться лишь при 600, а иридий
выше 1000С.

Химическая инертность по отношению к кислороду драгоценных металлов объясняется присущим им (кроме OsO) весьма низким значением теплообразования и свободных энергий образования и окисных соединений. При температуре 273К эти константы (а также температуры плавления и разложения) для основных окисных соединений драгоценных металлов составляют в порядке убывания следующие величины, ккал/г-атом кислорода:

Энертность отн. О

Q образования

Q свободных

темп. плавления С

OsO

35.1

25.1-25.9

950

OsO2

31.0

21.5-23.5

650

(RuO)

30.5

21.3-22.1

975

RuO2

26.3

17.9-18.6

570

RhO2

(23.0)

15.3-16.0

1300

OsO4

22.9

15.2-15.9

41

Rh2O3

22.8

15.1-15.8

1100

Rh2O

22.7

15.0-15.7

1100

Ir2O3

22.7

15.0-15.7

1000

RhO

21.7

14.2-14.9

1000

OsO3

(21.5)

14.1-14.8

350

PdO

21.0

13.7-14.4

877

RuO4

20.9

13.6-14.3

25

IrO2

20.5

13.2-14.0

470

IrO3

18.0

11.3-11.9

240

RuO3

17.5

10.8-11.5

275

PtO

17.0

10.4-11.1

550

RhO3

(16.9)

10.4-11.0

265

PtO2

16.0

9.6-10.4

380

Pt3O4

16.0

9.6-10,4

530

PtO3

(12.0)

6.4-7.0

170

Ag2O

6.5-7.2

2.5-3.0

260-300

AgO

5.5-6.2

1.68-2.25

180-200

Ag2O2

2.75-3.45

(-0.5)-(+-0.0)

110

Au2O

(+-0.0)-(+-0.65)

-(2.8+_2.3)

200-205

(AuO)

-(2.1+-1.5)

-(4.5+-4.0)

30

Au2O3

-(4.27+-3.67)

-(6.3+-5.9)

160

Теплоты образования окисных соединений всех других элементов (кроме окислов азота, йода и ртути) много выше этих значений (исключая величину константы для OsO). Расплавленное серебро, платина и палладий поглощают кислород, который выделяется при застывании металлов. Наибольшая способность к поглощению водорода присуща палладию с образованием твердых растворов водорода в металле: 1 объем палладия при температуре 15С может поглотить 350-850 объемов водорода. Поглощающая способность по отношению к водороду убывает в ряду  Ir, Rh, Pt, Ru, Os.

Драгоценные металлы при комнатной температуе (за исключением серебра) не растворяются в концентрированной серной кислоте, 0.1 н. HNO3, в плавиковой и органических кислотах, а также (кроме палладия) в соляной кислоте. В царской водке не растворяются рутений, родий, осмий, и иридий, если они компактны. Палладий в отличии от других металлов платиновой группы растворяется в азотной кислоте (концентрированной и 20% -ной). В противоположность родию иридий и рутений не могут быть переведены в раствор сплавлением с пиросульфитом натрия, висмутом и свинцом. Однако иридий растворяется после сплавления с металлическим оловом и последующей обработки сплава смесью соляной кислоты и перекиси водорода, а рутений при сплавлении с едкими щелочами и окислами.

В бинарных сплавах драгоценные металлы образуют между собой или непрерывный ряд твердых растворов (Ag-Au, Ag-Pd, Au-Pd, Ru-Os, Rh-Ir, Rh-Pd, Pt-Ir и Pt-Rh) или фазы с ограниченной растворимостью (Ag-Ir, Ag-Rh, Ag-Pt, Ag-Ru, Au-Pt, Au-Ir, Au-Ru, Ru-Rh, Ru-Pd, Pd-Ir, Pt-Os). Непрерывный ряд твердых растворов драгоценные металлы образуют также с недрагоценными: кобальтом (Rh, Pd, Ir, Pt), медью и никелем (Au, Pd, Pt), рением (Ru, Os) и некоторыми другими. Значительно реже драгоценные металлы образуют между собой интерметаллические соединения, промежуточные фазы и эвтектические сплавы, хотя с недрагоценными металлами такие системы получаются в большинстве случаев. В тройных и других многокомпонентных системах драгоценные металлы между собой и недрагоценными металлами образуют в зависимости от присутствующих элементов и их соотношений сплавы с хорошими потребительскими свойствами.
Металлы платиновой группы при нагревании легко образуют с углеродом хрупкие сплавы. Небольшие добавки драгоценных металлов, как правило, повышают коррозионную стойкость основного металла. Так, стойкость платины и палладия увеличивается от добавок иридия, родия и рутения.

Особо важным свойством драгоценных металлов являются их каталитическое действие при осуществлении многих химических реакций. В аппаратах для сжигания аммиака для получения азотной кислоты применяют сетки из сплавов: Pt-7% Rh или Pt-4% Pd-3% Rh. В органическом синтезе многих соединений, а также для восстановления нитросоединений, гетероциклических соединений, получения высокооктановых бензинов и в других реакциях используют платину или палладий, для гидрогенизации циклических соединений
родий и т.д.

Самое интересное дальше, продолжение следует…..

 
 
 
 
 
Назад к содержимому | Назад к главному меню