В XVIII веке испанские корабли доставили с берегов реки Рио-дель-Пинто в Европу очень странное «серебро». Этот металл окрестили «бесовским порождением», так как он был плотнее и тяжелее золота, и расплавить его не удавалось, а при попытках сплавлении с золотом лишь обволакивался им, не давая сплавов.
Тем менее, этот металл, платина, что в переводе с испанского значит «серебришко», известен ещё с давних времен. Белые зёрна находили при промывке золотоносных песков, и, вероятно, о платине знали и в Древнем Египте и в Великой Римской империи. Но после распада Рима о платине забыли на много веков.
В 1557 г. итальянский ученый и поэт Юлий-Цезарь Скалигер никак не мог понять, почему белый природный металл, похожий на серебро, не плавится при нагревании (температура плавления платины 1770oС, а серебра почти вдвое ниже - 960oС). «Белое золото», «гнилое золото», «лягушачье золото» - так называли платину в литературе XVIII веке, вместе с пустой породой сбрасывали в отвал.
Старинное русское название платины – «серебрец», в XVIII – начале ХIX века в России платину считали бесполезным металлом, отделяли от золота и выбрасывали. На Урале зерна платины использовали для изготовления … охотничьей дроби!
Испанский математик Антонио де Ульоа первым стал серьёзно изучать крупинки странного белого металла, который не плавился в тигле и не раскалывался на наковальне. Он и считается (официально) первооткрывателем платины. «…Сей металл с начала света до сих времен совершенно оставался неизвестным, что без сомнения весьма удивительно. Дон Антонио де Ульоа, испанский математик, который сотовариществовал французским академикам, посланным от короля в Перу... есть первый, который упомянул об ней в известиях своего путешествия, напечатанных в Мадриде в 1748 г... Заметим, что вскоре по открытии платины, или белого золота, думали, что она не особенный металл, но смесь из двух известных металлов. Славные химики рассматривали сие мнение, и опыты их истребили оное...» - так говорилось о платине в 1790 г. на страницах «Магазина натуральной истории, физики и химии», издававшегося известным русским просветителем Н.И. Новиковым.
Однако в Эквадоре, у побережья Эсмеральдас, были обнаружены изделия инков - кольца, браслеты, небольшие сосуды из платины, и даже остатки мастерской, в которой их изготавливали. Удалось даже восстановить технологию, по странному стечению обстоятельств, оставшеюся неизвестной испанским конкистадорам. Инки, народ великой и погибшей цивилизации, умели извлекать и плавить платину! Для этого мельчайшие зёрна платины, перемешанные с золотом, маленькими порциями нагревали на древесном угле, и золото при этом обволакивало платину, прочно с ней слипалось. Этот сплав подвергали ковке и нагреву, снова ковке и снова нагреву, и так много раз, пока он не становился однородным и внешне почти не отличался от плавленого «европейского». Индейцы Колумбии называли платину «чумпи», крупным самородкам они поклонялись, а мелкие использовали в качестве гирь. В 1520 году вождь ацтеков Монтесума прислал в подарок испанскому королю полированное платиновое зеркало.
Долгое время платина оставалась неким природным казусом, не имеющим практического применения. Первыми «ценность» металла поняли в середине XVIII века … фальшивомонетчики. В то время платина ценилась в два раза ниже, чем серебро. А так её плотность выше, чем у золота, и соответственно она тяжелее, стали подмешивать платину к золоту и серебру, сначала в украшениях, а затем и в монетах. Золото с примесью платины прозвали гнилым, или «испанским». Монеты могущественного государства упали в цене, а в некоторых странах их и вовсе перестали принимать. Начались гонения на «бесовский» металл, испанский король объявил борьбу с платиной. В 1735 году был издан королевский указ, предписывающий уничтожать всю платину, добываемую попутно с золотом. При разработке россыпей в Колумбии повелевалось тщательно отделять её от золота и топить под надзором королевских чиновников в глубоких местах речки Рио-дель-Пинто, которую стали именовать Платино-дель-Пинто. А ту платину, которая уже привезена в Испанию, по королевскому указу приказано было всенародно утопить в море.
И в соответствии с этим указом чиновники монетных дворов в Санта-Фе и Папаяне (испанские колонии в Южной Америке) торжественно при многочисленных свидетелях периодически топили накопившуюся платину в реках Боготе и Кауке. За четыре десятилетия было утоплено от 4 до 7 тонн платины! И только в 1778 г. этот закон был отменен, власти Испании, приобретая платину по очень низким ценам, переняли опыт фальшивомонетчиков, и стали подмешивать её к золоту монет...
Но впервые чистую платину получил англичанин Уотсон в 1750 году, и лишь в 1752 году она была признана новым химическим элементом.
Так что же такое платина? Это металл серовато-белого цвета, тяжелый (один из самых тяжелых в природе), температура плавления – 1769°С. Платина -редкий металл, среднее содержание в земной коре составляет всего 0, 0000005 % по массе. В природе встречается в россыпях, обычно в виде зерен размером от 0.1 до 5 мм и очень редко в виде самородков (самые крупные самородки платины весят 5918.4 и 7860.5 грамм).
Минералы платины это - поликсен (содержит 80-88% платины и 9-10% железа); купроплатина (содержит 65-73% платины, 12-17% железа и 7,7-14% меди); никелистая платина (входят железо, медь и никель), палладистая платина, иридистая платина. Есть и соединения платины с серой, мышьяком, сурьмой - сперрилит (платина-мышьяк), куперит (платина–сера), брэггит (платина, палладий, никель, сера). В состав минералов платины входят также очень редкие металлы осмий, иридий, рутений.
Платина весьма инертна, но при нагревании в атмосфере кислорода медленно окисляется с образованием летучих оксидов, а мелкораздробленном состоянии поглощает большие количества кислорода. Растворяется платина только в жидком броме, царской водке, и при нагревании со щелочами в присутствии кислорода.
В 70-х годах XVIII в. были изготовлены (при прессовании платины с сильным нагревом) первые технические изделия из платины - пластины, проволока, тигли, а в 1790 году парижский ювелир Жаннети научился сплавлять самородную платину с мышьяком в присутствии извести или щелочи, потом при сильном прокаливании выжигал избыток мышьяка, и получалась ковкая платина, пригодная для дальнейшей переработки.
В начале XIX века (1808-1809 г.г.) во Франции и Англии были изготовлены платиновые сосуды весом в 15 кг, предназначавшиеся для получения концентрированной серной кислоты.
В 1852-1857 г.г. французские ученые Сент-Клер Девиль и Дебре разработали способ выплавки больших количеств платины в пламени гремучего газа (смесь кислорода с водородом). В изобретенной ими печи, выложенной пористым известняком, было углубление, в которое помещали губчатую платину или старые изделия из платины. В отверстие сверху вставлялась горелка, через которую подавали газы – горючее и окислитель. В процессе плавления платина дополнительно очищалась: примеси (железо, медь, кремний и другие) переходили в легкоплавкие шлаки и поглощались пористыми стенками печи. Расплавленная платина выливалась через желобок в форму и затвердевала в слитки. Это открытие преобразило металлургию платины, резко удешевило производство платиновых изделий и повысило их качество.
Платина в России
В России платина была впервые найдена на Урале, в Верх-Исетском округе, в 1819 г. При промывке золотоносных пород в золоте заметили белые блестящие зерна, которые не растворялись даже в самых сильных кислотах. В дальнейшем появились новые находки, например в 1822 году в россыпном золоте Невьянских и Билимбаевских приисков.
Берг-пробирер Петербургского горного корпуса В.В. Любарский в 1823 г. исследовал зерна и установил, что загадочный «сибирский металл принадлежит к особому роду сырой платины, содержащей знатное количество иридия и осмия». Последовало высочайшее повеление всем горным начальникам «сыскать платину, отделять её от золота и представлять в Петербург».
На Урале, в 1824 году, на склоне горы Благодать, а позже и в Нижнетагильском округе были открыты платиновые россыпи. Уральские месторождения были удивительно богаты и сразу же вывели Россию на первое место в мире по добыче «серебришка». В 1828 году Россия добывала до 1550 кг в год, в полтора раза больше, чем было добыто в Южной Америке за 1741 по 1825 годы.
В 1825 году горный инженер А. Архипов вместе с мастерами Кушвинского завода изготовил первые изделия из русской платины: кольцо, чайную ложку, чернильницу, цепочки, мелкие изделия.
А в 1828 году министру финансов России графу Е. Ф. Канкрину пришла смелая идея применить платину в качестве валютного металла. Царь Николай I дал свое согласие, но потребовал, чтобы крупный международный научный авторитет подтвердил реальность этого проекта. В качестве эксперта пригласили знаменитого немецкого геолога и географа, академика Александра Гумбольдта, который приехал в Россию, побывал на Урале и Алтае, посетил заводы и лаборатории, высоко оценил уральскую платину и одобрил идею министра.
В том же, 1828 году инженер П. Г. Соболевский и берг-пробирер В. В. Любарский впервые в мире изобрели способ порошковой металлургии, позволивший наладить производство монет из платины. Были изготовлены монеты достоинством в три, шесть, двенадцать рублей (так называемые «белые дукаты»).
За 17 лет было выпущено 1372000 трехрублевых монет, 17582 шестирублевых и 3303 двенадцатирублевых общей массой почти 15 тонн! Это был уникальный случай в мировой финансовой системе, а в настоящее время русские платиновые монеты XIX века являются большой редкостью (цена 12-рублевой монеты превышает 5000 долларов!). Всего было отчеканено 1 млн. 400 тыс. рублей платиновых рублей, и Россия первой в мире применила платину в качестве валютного материала.
Владельцы же рудников – Демидовы извлекали большую выгоду от продажи своей платины правительству - в 1840 было добыто уже 3.5 тонны драгоценного металла, однако в 1845 по настоянию нового министра финансов Ф.П. Вронченко выпуск платиновых монет был прекращен, и все монеты были срочно изъяты из обращения. Причины этой панической меры называют разные. Говорят, что боялись подделки этих монет за границей (где платина была якобы дешевле) и их тайного ввоза в Россию. Однако, ни одной поддельной монеты среди изъятых из обращения не обнаружили. По другой версии, более правдоподобной, спрос на платину и ее цена в Европе выросли настолько, что металл в монетах стал дороже их номинала. Но тогда уже следовало бояться другого: тайного вывоза монет из России, их переплавки и продажи слитков. Интересно, что Майкл Фарадей на своей популярной лекции о платине, прочитанной 22 февраля 1861, показывал русские платиновые монеты: проанализировав их состав, он нашел, что в монетах содержится 97 % платины, 1.2 % иридия, 0.5 % родия, 0.25 % палладия, а также примеси меди и железа.
Перед первой мировой войной добыча платины в России составляла 90 – 95 % мировой добычи, но почти 90 % русской платины уходило на экспорт, и лишь несколько процентов перерабатывалось на двух маленьких заводах. Ещё в 1867 Англия скупила весь запас платины в России - более 16 тонн.
Сразу же после Октябрьской революции были приняты меры по созданию мощной платиновой промышленности - в мае 1918 г. был создан Институт по изучению платины, влившийся позже в Институт общей и неорганической химии АН СССР, носящий ныне имя академика Н.С. Курнакова.
За последние 25 лет спрос на платину увеличился в несколько раз и продолжает расти. До второй мировой войны более 50% платины использовалось в ювелирном деле. Из сплавов платины с золотом, палладием, серебром, медью делали оправы для бриллиантов, жемчуга, топазов - мягкий белый цвет оправы из платины усиливает игру камня, он кажется крупнее и изящнее, чем в оправе из золота или серебра. Однако ценнейшие технические свойства платины сделали ее применение в ювелирном деле нерациональным.
Сейчас около 90% потребляемой платины используется в промышленности и науке, доля ювелиров намного меньше, без платины немыслима химическая промышленность. Из платины изготавливают огнеупорную и кислотоупорную посуду, платина применяется как катализатор (в частности, в производстве бензина с высоким октановым числом), при производстве пестицидов, гербицидов, синтетических красок и различных фармацевтических продуктов, в стекольном производстве, автомобильной и авиационной промышленности, морской технике, электронике и производстве энергетического оборудования.
Важнейшими областями применения платины стали химическая и нефтеперерабатывающая промышленность, а в качестве катализаторов различных реакций сейчас используется около половины всей потребляемой платины. Кислотостойкость, термостойкость и постоянство свойств при прокаливании давно сделали платину совершенно незаменимой в производстве лабораторного оборудования. Из платины делают тигли, чашки, стаканы, ложечки, лопатки, шпатели, наконечники, фильтры, электроды, в платиновых тиглях разлагают горные породы – чаще всего, сплавляя их с содой или обрабатывая плавиковой кислотой.
Сплавы платины применяются в электротехнике в качестве контактов и предохранителей, сплавы платины с золотом, иридием и палладием - в ювелирном деле (в России для платины установлена проба 950) и стоматологии.
Из сплава платины с иридием в нашей стране изготовлен эталон килограмма, представляющий собой прямой цилиндр диаметром 39 мм и высотой тоже 39 мм. Он хранится в Ленинграде, во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологии им. Д.И. Менделеева. Раньше был эталоном и платино-иридиевый метр.
В 1977-1980 годах из платины 999 пробы были изготовлены монеты номиналом 150 рублей, посвященные Олимпийским играм в Москве и всего было изготовлено 147378 этих монет. Другие выпуски платиновых монет были скромнее, например, в 1993 в России было отчеканено всего 750 монет, посвященных русскому балету. Отметим, что платиновые монеты в конце ХХ века чеканились и в других странах - Гибралтаре, Заире, Лесото, Макао, Панаме, Папуа–Новая Гвинея, Сингапуре, королевстве Тонга.
Вот так «гнилое золото» нашло широчайшее применение в современном мире. А где-то на дне речки Рио-дель-Пинто, Богота и Кауке, а также и Средиземного моря до сих лежат тонны «серебришка», затопленного испанцами…
Платиновые металлы –
родий, палладий, осмий, иридий, рутений
Платиновые металлы, серебристо-белые и тугоплавкие, наряду с серебром и золотом, из-за красивого внешнего вида и высокой химической стойкости, относят к благородными металлами. К платиновым металлами, или платиноидам относятся: рутений, родий, палладий, осмий и иридий.
Палладий и родий в 1803 году обнаружил в самородной платине английский ученый У. Х. Волластон. Палладий получил свое название от малой планеты (астероида) Паллады (открытой в 1802), а родий (от греч. rhodon – роза) назван по розовато-красному цвету его солей.
В 1804 году английский химик Смитсон Теннант в остатке после растворения самородной платины в царской водке открыл иридий (название от разнообразия окраски его соединений, от греч. iridos радужный) и осмий (названный так из-за резкого запаза его оксида, греч. osme - запах). А в 1844 году К. К. Клаус при исследовании остатков от аффинажа (очистки) уральской самородной платины в Петербургском монетном дворе открыл еще один платиновый металл — рутений (от лат. Ruthenia— Россия).
Платиновые металлы принадлежат к наиболее редким элементам, их среднее содержание в земной коре крайне мало. Самые редкие в земной коре — рутений и иридий (1·10-7% по массе), наиболее распространен Os (5·10-6%). Но весьма высоко среднее содержание платиноидов в каменных метеоритах (10-4—10-5% по массе). Платиновые металлы встречаются на Земле в основном в самородном виде, известны и немногочисленные соединения с серой, мышьяком и сурьмой.
Основным источником получения платиновых металлов служат сульфидные медно-никелевые руды, месторождения которых находятся в России (Норильск, Красноярский край), Канаде, ЮАР и других странах. Цена на палладий составляет около 200-300 долларов за килограмм.
Иридий применяют в основном в виде сплава с платиной (до 10% иридия). Из платино-иридиевого сплава сделаны международные эталоны метра и килограмма. Из него также изготовляют тигли, в которых выращивают кристаллы для лазеров, из сплава иридия и осмия делают опоры для стрелок компасов и других приборов.
Из чистого иридия изготовляют тигли для кристаллов для лазера и полудрагоценные камни, используют для иридирования поверхностей ювелирных изделий (иридистое золото), вследствие чего они приобретают светло-серый, очень блестящий оттенок. Мировое производство иридия около 1000 кг в год, основные страны-производители - ЮАР, Канада, Россия. Стоимость иридия на мировом рынке около 200 долларов за грамм.
Родий способен сорбировать водород, является важным катализатором, ускоряющим химические реакции, также он входит в состав сплавов, обладающих высокой твердостью и стойкостью против истирания и окисления. Благодаря своей высокой отражающей способности (80% лучей видимой части спектра), а также высокой стойкостью против окисления является хорошим материалом для покрытия рефлекторов прожекторов и зеркал точных приборов. Из сплавов родий-платина изготовляют лабораторную и заводскую аппаратуру, проволоку для термоэлектрических пирометров. В ювелирном производстве родий используют в качестве защитно-декоративного покрытия родием ювелирных изделий из золота и серебра.
Родий имеет очень светлую окраску по виду напоминает серебро, но, в отличие от него, не темнеет на воздухе и поэтому родирование (покрытие слоем родия) применяется для защиты серебряных изделий от потемнения. Родий входит в состав платиновых ювелирных сплавов (на территории России применяется лишь одна марка сплава платина- родий 950 пробы). Цена родия составляет около 6500 долларов за тройскую унцию (31.1035 грамма).
Палладий применяется как катализатор на многих химические производствах, используется для изготовления специальной химической посуды, стойких к коррозии деталей высокоточных приборов, в производстве медицинских инструментов, деталей кардиостимуляторов, лекарств, а также служит для изготовления ювелирных изделий и для протезирования зубов. Сплав золото-палладий, так называемое «белое золото», широко используются в ювелирном деле.
Палладий даже в незначительном количестве (1 %) способен резко изменить цвет золота в серебристо-белый. В состав белого золота 750-й пробы могут входить 75% золота, 7% серебра, 14% палладия и 4% никеля. Основные сплавы палладия с серебром, применяемые в ювелирном деле имеют пробу 500 и 850 (они наиболее технологичны и привлекательны).
Помимо стандартных сплавов палладия в ювелирном производстве иногда используются декоративные соединения палладия с индием, образующие широкую цветовую гамму - от золотистого до сиреневого. Но пока изделия из них - большая редкость. В России применяют следующие сплавы палладия: ПД-250 (24.5% палладия и 72.1 % серебра),
ПД-190 (18.5 % палладия и 78 % серебра),
ПД-150 (14.5 % палладия и 84.1 % серебра) и
ПД-140 (13.5 % палладия и 53.9 % серебра.
В мире добывается не более 300 тонн палладия (данные на 2007 год) – 141 тонну добывает Россия, 86 тонн США и Канада, остальные страны – 9 тонн). Стоимость палладия – около 5 долларов за грамм.
Осмий очень твердый металл, поэтому при создании сплавов с наивысшей износостойкостью в их состав вводят осмий. Кончики перьев дорогих авторучек (в частности знаменитый «Parker») изготовляют из сплава осмия и иридия. Из сплавов осмия и иридия изготовляют режущие кромки хирургических инструментов, резцов для художественной обработки слоновой кости.
Осмистый иридий и иридистый осмий - хорошо известные минералы (соответственно невьянскит и сысертскит): в первом преобладает иридий, во втором - осмий. Иногда эти минералы встречаются самостоятельно, но чаще входят в состав самородной платины.
Одно достоинство осмия – тугоплавкость, температура его плавления около 3000 0С. На нужды химии расходуется почти половина мировой добычи осмия. Но следует помнить, что безобидные на вид бледно-желтые кристаллы четырехокиси осмия - сильный яд, раздражающий кожу и слизистые оболочки, вредно действующий на глаза. Кроме сильного и неприятного запаха, это соединение очень токсично токсично! Предельно допустимая концентрация (ПДК) четырёхокиси осмия в воздухе составляет 0.002 мг/м3, что всего в пять раз меньше ПДК для синильной кислоты (0.01 мг/м3).
Цена осмия весьма высока - от $15000 до $40000 долларов за грамм. Всего в мире ежегодно добывают примерно 600 килограмм осмия.
Рутений применяют для повышения коррозионной стойкости титана, как катализатор, в качестве жаропрочных материалов в аэрокосмической технике. В ювелирном деле рутений применяется для изготовления так называемого «черного золота»: для придания золотым сплавам чёрного цвета, поверхность ювелирного изделия покрывают слоем чёрного родия или рутения гальваническим методом, причём цвет покрытий варьирует в диапазоне от серого и тёмно-серого до чёрного.
Платиноиды встречаются и в живых организмах, и представлены главным образом рутением, а также изотопами рутения и родия. Морские и пресноводные водоросли интенсивно концентрируют радиоактивные изотопы рутения (в сотни и тысячи раз, по сравнению со средой), ракообразные - в десятки и сотни, моллюски - до десятков, рыбы и головастики лягушек - от единиц до сотен. Радиоактивный изотоп рутения-106 интенсивно мигрирует в почве, накопляясь в корнях наземных растений. У наземных млекопитающих радиоактивные изотопы рутения всасываются через пищеварительный тракт, проникают в легкие, отлагаются в почках, печени, мышцах, скелете, и являются составной частью радиоактивного загрязнения биосферы.
А.А. Каздым, Кандидат геолого-минералогических наук
