فلزات گروه پلاتین

فلزات گروه پلاتین

شش فلز نزدیک به هم در گروه پلاتین معمولاً با هم در طبیعت یافت می شوند. این عناصر انتقالی در دوره های 5 و 6 گروه هشتم در جدول تناوبی به همسایگان نزدیک هستند. چگالی روتنیم، رودیوم و پالادیوم تقریباً 12 گرم بر سانتی‌متر مکعب، اسمیم، ایریدیوم و پلاتین هر کدام حدود 22 گرم بر سانتی‌متر مکعب است . فلزات گروه پلاتین جزو کمیاب‌ترین عناصر فلزی هستند و به همین دلیل قیمت آن‌ها بالاست.

آنها به عنوان آلیاژهای بومی یا در ترکیبات معدنی در رسوبات پلاسر، گاهی همراه با طلا وجود دارند. آنها همچنین در نهشته‌های لود در سنگ‌های اساسی یا اولترابازیک وجود دارند، جایی که ممکن است همراه با نیکل و مس یافت شوند. بیشتر عرضه جهانی فلزات گروه پلاتین در حال حاضر از ذخایر لود در جمهوری آفریقای جنوبی، اتحاد جماهیر شوروی و کانادا استخراج می شود.

یکی دیگر از منابع اصلی فلزات گروه پلاتین، قراضه های قدیمی است که از تجهیزات منسوخ، کاتالیزور مصرف شده و جواهرات دور ریخته شده به دست می آید. اهمیت این منبع با گسترش کاربردهای صنعتی این فلزات در حال افزایش است. مواد هر نوع را می توان با تعدادی از روش های مختلف تغلیظ کرد، سپس با هر یک از چندین فرآیند شیمیایی که با یک مرحله حرارت دادن به پایان می رسد، تصفیه می شود تا رسوبات را به فلز در شکل متخلخل و تا حدودی پودری به نام اسفنج تبدیل کند. اسفنج رایج ترین شکل در معاملات تجاری فلزات است، اگرچه شمش و شات نیز معامله می شود.

در ذخایر لود، فلزات گروه پلاتین اغلب با نیکل و سولفید مس مرتبط هستند که ممکن است محصولات اصلی معدن (مانند کانادا و اتحاد جماهیر شوروی) یا محصولات مشترک مهم (مانند جمهوری آفریقای جنوبی) باشند. در سنگ معدن، نسبت شش فلز گروه پلاتین از یک رسوب به ذخایر دیگر متفاوت است. ذخایر کانادایی در ناحیه سادبری حاوی مقادیر تقریبا مساوی پلاتین و پالادیوم است. ذخایر آفریقای جنوبی بیش از دو برابر بیشتر از پالادیوم پلاتین دارند. به طور کلی، پلاتین و پالادیوم با هم حدود 80 تا 85 درصد از فلزات گروه پلاتین موجود در هر سنگ معدنی را تشکیل می‌دهند و پس از آن (به ترتیب کاهش حضور) روتنیم، رودیم، ایریدیم و اسمیم قرار دارند.

خواص ویژه پلاتین

فلزات گرانبها ترکیبات غیرمعمولی از خواص دارند که اغلب نسبت به سایر مواد برتر است. در برخی موارد، این ترکیبات دارایی آنها را به تنها موادی تبدیل می کند که می توانند نیازهای تخصصی یک فناوری پیشرفته یا کاربرد صنعتی را برآورده کنند. سرمایه گذاری اولیه در این فلزات یا آلیاژهای آنها ممکن است زیاد باشد، اما با خدمات طولانی و قابل اعتماد و با سهولت پالایش جبران می شود. همچنین، فرآیند پالایش با نرخ بازیافت بالا مشخص می شود زیرا فلزات گرانبها عملاً تخریب ناپذیر هستند.

این نرخ بالای بازیابی می تواند استفاده از آنها را برای بسیاری از برنامه ها اقتصادی و همچنین کارآمد کند. فلزات گرانبها تعدادی ویژگی مشترک دارند که آنها را از سایر فلزات یا آلیاژها متمایز می کند، از جمله مقاومت در برابر خوردگی، هدایت الکتریکی خوب، فعالیت کاتالیزوری و بازتاب عالی. با این حال، هر یک از این فلزات همچنین دارای ویژگی های فردی متمایز است.

نقره

یک فلز سفید روشن، در شرایط آنیل شده بسیار نرم و چکش خوار است. در دمای اتاق اکسید نمی شود، اما توسط گوگرد مورد حمله قرار می گیرد. اسیدهای نیتریک، کلریدریک و سولفوریک به نقره حمله می کنند، اما این فلز در برابر بسیاری از اسیدهای آلی و هیدروکسید سدیم و پتاسیم مقاوم است.

در کاربردهای تجاری، خواص شیمیایی خاص، هدایت حرارتی و الکتریکی برتر، بازتاب پذیری بالا، چکش خواری، شکل پذیری و/یا مقاومت به خوردگی نقره، هزینه اولیه بالای آن را توجیه می کند. علاوه بر این، در عکاسی، لحیم کاری، باتری ها، داروها، دندانپزشکی، پشتی آینه ها (آینه های پشت نقره ای ممکن است با توسعه فناوری انرژی خورشیدی کاربرد مهم تری پیدا کنند)، یاتاقان ها، کاتالیزورها، ضرب سکه و میله های کنترل هسته ای استفاده شده است.

استفاده از نقره در عکاسی بر اساس توانایی نمک های هالید نقره در معرض قرار گرفتن در یک فرآیند تقویت تصویر ثانویه به نام توسعه است. در لحیم کاری نقره، عامل کنترل کننده دمای ذوب نسبتاً پایین آلیاژها و توانایی آنها در خیس کردن فلزات پایه مختلف در دماهای کمتر از نقطه ذوب فلزات مورد اتصال است. چنین آلیاژهایی در استفاده معمولی به فولاد حل نمی‌شوند یا به فولاد حمله نمی‌کنند، انعطاف‌پذیر هستند، در طیف وسیعی از دماها دارای استحکام کافی هستند و می‌توانند طیف وسیعی از مواد را به هم متصل کنند.

آلیاژهای نقره به‌عنوان جایگزینی برای لحیم‌های سرب-قلع که به‌طور سنتی در لوله‌کشی‌های مسکونی استفاده می‌شوند، کاربرد بیشتری پیدا می‌کنند.

نقره ای که حاوی مقادیر مختلفی از اکسید کادمیوم پراکنده (≤20% CdO) است در کنتاکت های الکتریکی متوسط ​​و سنگین استفاده می شود (به مقاله “مواد تماس الکتریکی” در این جلد مراجعه کنید). در این ماده کامپوزیتی، نقره رسانایی الکتریکی و حرارتی خوب و همچنین مقاومت کم در تماس سطحی خود را ایجاد می‌کند و اکسید کادمیوم پراکنده مقاومت در برابر چسبندگی و جوش را بهبود می‌بخشد و مقاومت خوبی در برابر فرسایش قوس ایجاد می‌کند (کوچینگ خوب قوس).

حساسیت کنتاکت های نقره ای ریز به سولفیداسیون، استفاده از آنها را در کاربردهای جریان کم، ولتاژ پایین و نیروی تماس کم مانع می شود. به طور کلی، آنها نباید زیر 10 ولت (به جز در جریان های بالا) یا در شرایطی که افت ولتاژ 0.2 ولت دردسرساز خواهد بود، استفاده شوند. علاوه بر این، آنها برای استفاده در مدارهای صوتی سطح پایین به دلیل نویز الکتریکی که معرفی می کنند مناسب نیستند.

نقره در یاتاقان های موتور استفاده می شود زیرا دارای خواص روان کنندگی خوب و همچنین سختی متوسط، هدایت حرارتی خوب و حلالیت کم در آهن است. خواص مکانیکی خوب برخی از آلیاژهای نقره-قلع-جیوه و نقره-قلع-مس-جیوه و تغییرات ابعادی کوچکی که در طول گیرش این آلیاژها رخ می دهد، مبنایی برای استفاده گسترده از نقره در آمالگام های دندانی است (به بحث مراجعه کنید).

از آمالگام های دندانی در مقاله “خواص فلزات گرانبها” که در ادامه می آید). نقره استرلینگ (آلیاژ نقره-مس) موقعیت دیرینه خود را در مواردی که ظاهر زیبا از اهمیت بالایی برخوردار است حفظ می کند. برای جواهرات و ظروف غذاخوری، بازتاب بالا نقره را به ویژه جذاب می کند.

کارهای زیادی در زمینه تولید نقره استرلینگ بدون کدر شدن انجام شده است، اما هنوز چنین آلیاژی تولید نشده است. پوشش های محافظ نازک مختلفی مانند رودیوم بر روی اجسام نقره ای استفاده شده است که احتمال خراش وجود ندارد. مس، برنج، نیکل و آهن با روکش نقره برای مصارف مختلفی تولید می‌شوند، از رساناهای الکتریکی و تماس‌ها گرفته تا اجزای تجهیزات شیمیایی. نقره همچنین در فرآیندهای شیمیایی مختلف از جمله کاربردهای کاتالیزوری مانند تولید فرمالدئید یا اکسیداسیون اتیلن استفاده می شود.

روکش های نقره روی شیشه و سرامیک با پخش خمیر نقره مخصوص روی مواد و سپس گرم کردن آن تا حرارت قرمز اعمال می شود. این پوشش ها به طور گسترده ای در دستگاه های الکترونیکی و کاربردهای خودرو استفاده می شود. روش‌های شیمیایی برای اعمال پوشش‌های رسانا روی پلاستیک و شیشه نیز به‌عنوان پایه الکتروپلیت استفاده می‌شود. محلول‌های آلی فلزی حاوی نقره در تولید رساناها، زمین‌های الکتریکی و سپرها، گرمکن‌های مقاومتی، پایانه‌های الکترود و پایه‌های رسانا برای آبکاری استفاده می‌شوند.

انتشار سریع اکسیژن از طریق نقره در دماهای بالا بسته به کاربرد می تواند یک مزیت یا ضرر باشد.

از این پدیده در اکسیداسیون داخلی ترکیبات آلیاژی فلز پایه (مانند کادمیوم، خاکهای کمیاب، سریم یا کلسیم) در آلیاژهای نقره استفاده شده است. کامپوزیت نقره حاصل حاوی ذرات اکسید ریز و به خوبی پراکنده در کاربردهای تماس الکتریکی استفاده شده است (به مقاله “مواد تماس الکتریکی” در این جلد مراجعه کنید). نقره به طور گسترده ای برای کاربردهای الکتریکی، الکترونیکی، صنعتی و تزئینی استفاده می شود. رسوبات الکترود سنگین را می توان برای روکش تجهیزات شیمیایی و یاتاقان ها استفاده کرد.