Métaux du groupe du platine : aperçu, liste, propriétés et applications

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-02 13:54

Les métaux du groupe du platine sont six éléments chimiques nobles et précieux situés côte à côte dans le tableau périodique. Tous sont des métaux de transition de 8 à 10 groupes de 5 à 6 périodes.

Liste des métaux du groupe du platine

Le groupe se compose des six éléments chimiques suivants, classés par ordre croissant de poids atomique:

• Ru – ruthénium.
• Rh – rhodium.
• Pd – palladium.
• Os – osmium.
• Ir – iridium.
• Pt – platine.

Les métaux du groupe du platine ont une teinte blanc argenté, à l'exception de l'osmium, qui est blanc bleuté. Leur comportement chimique est paradoxal en ce qu'ils sont très résistants à la plupart des réactifs, mais sont utilisés comme catalyseurs, accélérant ou contrôlant facilement la vitesse des réactions d'oxydation, de réduction et d'hydrogénation.

Le ruthénium et l'osmium cristallisent en un système hexagonal compact, tandis que d'autres ont une structure cubique à faces centrées. Cela se reflète dans la plus grande dureté du ruthénium et de l'osmium.

Historique de la découverte

Bien que les artefacts en or contenant du platine remontent à 700 av. c'est-à-dire que la présence de ce métal est plus un accident qu'un motif. Les jésuites du XVIe siècle ont mentionné des galets gris denses associés à des gisements d'or alluvionnaire. Ces pierres ne pouvaient pas être fondues, mais elles formaient un alliage avec l'or, tandis que les lingots devenaient cassants, et il n'était plus possible de les nettoyer. Les galets sont devenus connus sous le nom de platina del Pinto, des granules de matériau argenté provenant de la rivière Pinto, qui se jette dans la rivière San Juan en Colombie.

Le platine malléable, qui ne peut être obtenu qu'après purification complète du métal, a été isolé par le physicien français Chabano en 1789. Il en fut fait un gobelet présenté au pape Pie VI. La découverte du palladium en 1802 a été rapportée par le chimiste anglais William Wollaston, qui a nommé le chem. élément du groupe des métaux platine en l'honneur de l'astéroïde. Wollaston a affirmé par la suite avoir découvert une autre substance présente dans le minerai de platine. Il l'a appelé rhodium à cause de la couleur rose des sels métalliques. Les découvertes de l'iridium (du nom de la déesse arc-en-ciel Iris en raison de la couleur panachée de ses sels) et de l'osmium (du mot grec pour "odeur" en raison de l'odeur de chlore de son oxyde volatil) ont été faites par le chimiste anglais Smithson Tennant en 1803. Les scientifiques français Hippolyte-Victor Collet-Descoti, Antoine-François Fourcroix et Nicolas-Louis Vauquelin ont isolé les deux métaux en même temps. Le ruthénium, dernier élément isolé et identifié, a reçu son nom du nom latin de la Russie du chimiste russe Karl Karlovich Klaus en 1844.

Contrairement àà partir de ces substances facilement isolées à l'état relativement pur par de simples substances d'affinage au feu telles que l'or, l'argent, les métaux du groupe du platine nécessitent un traitement chimique complexe à l'eau. Ces méthodes n'étaient pas disponibles avant la fin du 19e siècle, de sorte que l'identification et l'isolement du groupe du platine ont pris du retard sur l'argent et l'or de milliers d'années. De plus, le point de fusion élevé de ces métaux a limité leur utilisation jusqu'à ce que des chercheurs britanniques, français, allemands et russes développent des méthodes pour convertir le platine en une forme exploitable. Comment les métaux précieux du groupe du platine ont commencé à être utilisés en joaillerie depuis 1900. Si cette application reste d'actualité aujourd'hui, l'industriel l'a largement dépassée. Le palladium est devenu un matériau de contact très recherché dans les relais téléphoniques et autres systèmes de communication filaires, offrant une longue durée de vie et une grande fiabilité, tandis que le platine, en raison de sa résistance à l'érosion par étincelles, a été utilisé dans les bougies d'allumage des avions de combat pendant la Seconde Guerre mondiale.

Après la guerre, l'expansion des techniques de conversion moléculaire dans le raffinage du pétrole a créé une énorme demande pour les propriétés catalytiques des métaux du groupe du platine. Dans les années 1970, la consommation a encore augmenté lorsque les normes d'émissions automobiles aux États-Unis et dans d'autres pays ont conduit à l'utilisation de ces produits chimiques dans la conversion catalytique des gaz d'échappement.

Minerais

À l'exclusion des petits gisements de placers de platine, de palladiumet l'iridium osmique (un alliage d'iridium et d'osmium), il n'y a pratiquement pas de minerai dans lequel le composant principal serait un élément chimique - un métal du groupe du platine. Les minéraux se trouvent généralement dans les minerais sulfurés, en particulier la pentlandite (Ni, Fe)₉S₈. Les plus courantes sont la laurite RuS_{2, l'irarsite, (Ir, Ru, Rh, Pt)AsS, l'osmiridium (Ir, Os), la cooperite, (PtS) et la braggite (Pt, Pd) S.}

Le plus grand gisement de métaux du groupe du platine au monde est le complexe de Bushveld en Afrique du Sud. D'importantes réserves de matières premières sont concentrées dans les gisements de Sudbury au Canada et dans le gisement de Norilsk-Talnakhskoye en Sibérie. Aux États-Unis, les plus grands gisements de minéraux du groupe du platine sont situés à Stillwater, dans le Montana, mais ici ils sont beaucoup plus petits qu'en Afrique du Sud et en Russie. Les plus grands producteurs de platine au monde sont l'Afrique du Sud, la Russie, le Zimbabwe et le Canada.

Extraction et enrichissement

Les principaux gisements sud-africains et canadiens sont exploités par la méthode minière. Pratiquement tous les métaux du groupe du platine sont récupérés à partir de minerais de sulfure de cuivre ou de nickel par séparation par flottation. La fusion du concentré produit un mélange qui est lavé des sulfures de cuivre et de nickel dans un autoclave. Le résidu de lixiviation solide contient 15 à 20 % de métaux du groupe du platine.

Parfois, la séparation par gravité est utilisée avant la flottation. Le résultat est un concentré contenant jusqu'à 50 % de métaux de platine, éliminant ainsi le besoin de fusion.

Propriétés mécaniques

Les métaux du groupe du platine présentent des propriétés mécaniques très différentes. Le platine et le palladium sont assez mous et très malléables. Ces métaux et leurs alliages peuvent être travaillés aussi bien à chaud qu'à froid. Le rhodium est d'abord travaillé à chaud et peut ensuite être travaillé à froid avec des recuits assez fréquents. L'iridium et le ruthénium doivent être chauffés, ils ne peuvent pas être travaillés à froid.

L'osmium est le plus dur du groupe et a le point de fusion le plus élevé, mais sa tendance à s'oxyder impose ses propres limites. L'iridium est le plus résistant à la corrosion des métaux de platine, et le rhodium est apprécié pour sa rétention à haute température.

Applications structurelles

Parce que le platine recuit propre est très doux, il est sensible aux rayures et à la détérioration. Pour augmenter sa dureté, il est allié à de nombreux autres éléments. Les bijoux en platine sont très populaires au Japon où on les appelle "hakkin" et "or blanc". Les alliages de bijoux contiennent 90 % de Pt et 10 % de Pd, ce qui est facile à usiner et à souder. L'ajout de ruthénium augmente la dureté de l'alliage tout en maintenant la résistance à l'oxydation. Les alliages de platine, de palladium et de cuivre sont utilisés dans les pièces forgées car ils sont plus durs que le palladium platine et sont moins chers.

Les creusets utilisés pour la production de monocristaux dans l'industrie des semi-conducteurs nécessitent une résistance à la corrosion et une stabilité à haute température. Pour cette application, le platine, le platine-rhodium etiridium. Les alliages platine-rhodium sont utilisés dans la fabrication de thermocouples, qui sont conçus pour mesurer des températures élevées jusqu'à 1800 °C. Le palladium est utilisé à la fois sous forme pure et en mélange dans les appareils électriques (50 % de la consommation), dans les alliages dentaires (30 %). Le rhodium, le ruthénium et l'osmium sont rarement utilisés sous leur forme pure - ils servent d'additif d'alliage pour d'autres métaux du groupe du platine.

Catalyseurs

Environ 42 % de tout le platine produit en Occident est utilisé comme catalyseur. Parmi ceux-ci, 90 % sont utilisés dans les systèmes d'échappement automobiles, où des pastilles ou des nids d'abeilles réfractaires revêtus de platine (ainsi que de palladium et de rhodium) aident à convertir les hydrocarbures non brûlés, le monoxyde de carbone et les oxydes d'azote en eau, en dioxyde de carbone et en azote.

Un alliage de platine et de 10 % de rhodium sous la forme d'un treillis métallique chauffé au rouge catalyse la réaction entre l'ammoniac et l'air pour produire des oxydes d'azote et de l'acide nitrique. Lorsqu'il est alimenté avec un mélange d'ammoniac, de l'acide méthane cyanhydrique peut être obtenu. Dans le raffinage du pétrole, le platine à la surface des pastilles d'alumine dans le réacteur catalyse la conversion des molécules d'huile à longue chaîne en isoparaffines ramifiées, qui sont souhaitables dans les mélanges d'essence à indice d'octane élevé.

Galvanoplastie

Tous les métaux du groupe du platine peuvent être galvanisés. En raison de la dureté et de la brillance du revêtement résultant, le rhodium est le plus couramment utilisé. Bien qu'ille coût est plus élevé que le platine, la densité plus faible permet l'utilisation d'une masse de matériau plus petite avec une épaisseur comparable.

Le palladium est le métal du groupe du platine le plus facile à utiliser pour les applications de revêtement. De ce fait, la résistance du matériau est considérablement augmentée. Le ruthénium a trouvé une utilisation dans les outils d'usinage à friction à basse pression.

Composés chimiques

Les complexes organiques de métaux du groupe du platine, tels que les complexes d'alkylplatine, sont utilisés comme catalyseurs dans la polymérisation des oléfines, la production de polypropylène et de polyéthylène et l'oxydation de l'éthylène en acétaldéhyde.

Les sels de platine sont de plus en plus utilisés dans la chimiothérapie anticancéreuse. Par exemple, ils font partie de médicaments tels que le carboplatine et le cisplatine. Les électrodes revêtues d'oxyde de ruthénium sont utilisées dans la production de chlore et de chlorate de sodium. Le sulfate et le phosphate de rhodium sont utilisés dans les bains de placage au rhodium.