البلاتين
بلاتين
Platinum -
البلاتين
خالد المصري.
خواصه الكيميائية
استعمالاته
البلاتين Platinum عنصر كيميائي اسمه مشتق من الإسبانية platina وتعني فضياً قليلاً little silver، ينتمي إلى المعادن الانتقالية transition metals، رمزه 
؛ عدده الذري 78. يقع في الفصيلة العاشرة في الجدول الدوري (
)، وهو أحد العناصر في الزمرة المسماة باسمه (زمرة المعادن البلاتينية التي تضم ستة عناصر هي: الروثينيوم والأسميوم والروديوم والإيريديوم والبلاديوم والبلاتين).
 |
استعملت سبيكته مع الذهب ذات اللون الأبيض في الإكوادور قديماً لصنع قطع فنية منه. وفي عام 1557 أشار الإيطالي-الفرنسي يوليوس قيصر سكاليغر Julius Caesar Scaliger (وهو طبيب ومفكر وشاعر) في كتاباته إلى وجود معدن صعب الانصهار بين داريين Darien والمكسيك. وفي عام 1741 عثر تشارلز وود Charles Wood المعدِّن البريطاني على عينات متنوعة من البلاتين الكولومبي في جامايكا، وأرسلها إلى قريبه وليم براونرغ William Brownrigg (وهو طبيب وعالم إنكليزي) لدراستها.
يعود الفضل إلى أنطونيو دي ألّويا Antonio de Ulloa في اكتشاف البلاتين؛ إذ بعد عودته عام 1746 إلى فرنسا من ما يدعى اليوم الإكوادور -حيث كان موفداً من قبل الأكاديمية العلمية الفرنسية في مهمة جيوديزية- وصف هذا المستكشف الإسباني معدن البلاتين الذي لا يمكن فصله ولا تكليسه، وتوقع ألويا أيضاً اكتشاف مناجم بلاتين، ثم انقطع اهتمامه بالبلاتين بعد أن قدم تقريره عام 1748.
قدم براونرغ في عام 1750 بحثاً مفصلاً عن البلاتين إلى المجمع الملكي البريطاني Royal Society مبيناً أنه لم تُذكر أي معلومة عنه في المدونات السابقة المتعلقة بالفلزات المعروفة. أجريت بعد ذلك دراسات مستفيضة من قبل عدة كيميائيين أوربيين، ولكن نتائج تجاربهم كانت تناقض بعضها بعضاً نظراً لعدم تمكنهم من الحصول على بلاتين صرف بل مختلط بمعادن زمرة المعادن البلاتينية.
ويعود الفضل إلى أستاذ كيمياء في جامعة مدريد بيير-فرنسوا شبانو Pierre-François Chabaneau الذي حصل على بلاتين نقي عام 1789 ودرس خواصه، واستفاد من هذه المعلومات التي جمعها وعمل مع شريك له على تصنيعه بهيئة كتل ingots وفي صنع أدوات مختلفة منه.
إن الرواسب الغِرينية placer deposits هي المصادر الرئيسية للبلاتين الحر. يتكون التوضع العادي للبلاتين الحر ويدعى بوليكسين polyxene من 80 إلى 90% بلاتين، و3-11% حديد، ومجموعة من معادن زمرة البلاتين، وذهب ونحاس ونيكل. ويصادف البلاتين الحر في سبيكة موجودة في الطبيعة من البلاتين والإيريديوم تدعى البلاتينيريديوم. ويصادف على شكل مركبات مع الزرنيخ مثل السبيريليت sperrylite (
) في منطقة تعدين النيكل والنحاس بالقرب من سادبُري- أونتاريو، ومع الكبريت مثل الكوبِريت Cooperite (Pt, Pd, Ni)Sفي جنوبي إفريقيا.
توجد أغنى توضعات البلاتين في ترانسفال Transvaal جنوبي إفريقيا، كما يوجد البلاتين في روسيا وفنلندا وإيرلندا ونيوزلندا والبرازيل والبيرو ومدغشقر.
يبين الشكل (1) الإنتاج العالمي السنوي مقدراً بالطن. ويبين الشكل (2) رمز البلاتين في الخيمياء وهو مزيج رمز الفضة والذهب.
 |
 |
| الشكل (1) الإنتاج السنوي العالمي من البلاتين. | الشكل (2) رمزالبلاتين في الخيمياء. |
يتغير ثمن البلاتين مثل غيره من المعادن الثمينة، وهو أكثر تغيراً من الذهب؛ وقد انخفض سعر أونصة البلاتين (28.32غ) عام 2008 من 2252 دولاراً إلى 774 دولاراً، في حين انخفض سعر أونصة الذهب من 1000 دولار إلى 700 دولار. وقد بلغ ثمن الأونصة في صيف عام 2013 نحو 1440 دولاراً.
خواصه الفيزيائية واستحصاله
البلاتين معدن نبيل يقاوم التأكل، ذو لون أبيض فضي، قابل للسحب والطرق الشكل (3). ويبين الجدول (1) أهم خواصه الفيزيائية.
 |
| الشكل (3): أ- فلز البلاتين، ب- معدن البلاتين |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| الجدول (1) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
)
) (نانومتر)
تتلخص طرائق معالجة فلزات المعادن البلاتينية بتخليص الفلز أولاً من الرمل، ومن ثم بمعالجته بالماء الملكي، فتنحل المعادن جميعها ماعدا الروثينيوم والسبيكة
. يضاف إلى المحلول الناتج هدروكسيد الكلسيوم الذي يرسب الحديد والنحاس والإيريديوم والروديوم وقسماً من البلاديوم، ويبقى البلاتين في المحلول مع قسم من البلاديوم. يبخر المحلول حتى الجفاف ويكلس الراسب فيتشكل البلاتين بهيئة معدن إسفنجي القوام، فيغسل بالماء وبحمض كلور الماء ويضغط عند درجة عالية من الحرارة لتحويله إلى كتلة متراصة وتتابع معالجته للحصول عليه نقياً.
خواصه الكيميائية
البلاتين معدن خامل؛ فهو لا يتأثر عند تعرضه للجو حتى في الأجواء الصناعية التي تحتوي على الكبريت، يبقى البلاتين لامعاً ولا يظهر عليه أي طبقة أكسيد عند تسخينه، مع أنه تتشكل طبقة أكسيد رقيقة جيدة الالتصاق عند درجة الحرارة 450º س.
للبلاتين درجتا أكسدة رئيسيتان 
و
، كما أن درجتي الأكسدة 
و
أقل شيوعاً، ويزداد ثباتهما عندما تتشكل الرابطة 
، ودرجة أكسدته صفر لها أهميتها وذلك في مركباته مع أربعة جزيئات فوسفين 
أو 
أو مع مرتبطات 
أخرى، مثال ذلك
.
وتصادف درجات الأكسدة العالية (
) و(
) مع الفلور. وللبلاتين أيضاً درجات أكسدة سالبة كما في مركبي بلاتينيد الباريوم 
و
وبلاتينيد السيزيوم 
الذي تبين أنه يحوي Pt2-.
إن مركبات البلاتين بدرجة الأكسدة 
غالباً ما تكون بشكل مركبات معقدة صيغتها العامة: 
، حيث
قد تكون هالوجيناً -X أو 
أو 
، في حين تكون مركباته البسيطة نادرة مثل 
الذي يتكون بتسخين البلاتين الإسفنجي مع الأكسجين عند الدرجة 450ºس، و
الذي يتكون بتفاعل إسفنج البلاتين مع الكلور عند الدرجة 360ºس.
أما بدرجة الأكسدة 
، فالأكسيد 
معروف. ويعرف الهدروكسيد
الأحمر-البني، وهو ينحل في الحموض وفي القلويات، إلا أن نواتج التفاعل ليست أملاحاً بسيطة وإنما مركبات معقدة يكون العدد التساندي فيها 6 (المعادلتان 1و2):
ويشكل البلاتين بالاتحاد المباشر مع الهالوجينات الهاليدات 
، منها 
وهو ذو لون بني يذوب في الماء مكوناً الحمض 
، وقد أمكن الحصول عليه بشكل حر.
لايتأثر البلاتين بالحموض وينحل بالماء الملكي بالتسخين المعادلة (3):
ويعطي حمض كلوروبلاتين 
ولهذا الحمض أهمية خاصة؛ إذ إنه يستعمل مادة لاستحصال مركبات أخرى للبلاتين، كما أن له استعمالات كثيرة في التصوير والحفر على الزنك (التوتياء) وفي الطلي والمرايا وفي تلوين البورسلين. وإذا عولج هذا الحمض بملح الأمونيوم يتكون ملح هكساكلوروبلاتينات الأمونيوم 
، وهو قليل الانحلال في محلول الأمونيا. وبتسخين هذا الملح مع الهدروجين يُرجع (يُختزل) إلى البلاتين الحر. وملح كلوروبلاتينات البوتاسيوم عديم الانحلال؛ ولهذا يستعمل الحمض لتعيين البوتاسيوم كمياً بوزن الراسب. وبتسخين حمض كلورو البلاتين يتكون كلوريد البلاتين الرباعي 
الذي يتفكك بدوره متحولاً إلى
ثم إلى البلاتين الحر، والتفاعلات الثلاثة عكوسة.
يمكن الحصول على بروميد البلاتين 
وبروميد البلاتين 
، ويمكن الحصول على PtF6 وهو مادة فعالة جداً كيميائياً.
للبلاتين مركبات عضوية، وكان ملح زايس Zeise أول المركبات المعدنية العضوية، وهو يحوي مرتبط الإتلين. والمركب ثنائي كلورو (1.5 - حلقي الأوكتادئين) البلاتين dichloro (1,5-cyclooctadiene) platinum 
هو معقّد أولفيني يحوي مرتبطات 1,5-cyclooctadiene (اختصاراً cod). ويفيد معقد الـ cod والهاليدات كمركبات بدئية في استحصال مركبات البلاتين الأخرى.
استعمالاته
يمكن تصنيع البلاتين على شكل إسفنجي بالتفكيك الحراري لملح كلورو بلاتينات الأمونيوم أو بإرجاعه من محلول مائي، يكون للبلاتين في هذا الشكل قدرة عالية على امتصاص الغازات خاصة الأكسجين والهدروجين وأحادي أكسيد الكربون، وتعود فعالية التحفيز العالية للبلاتين إلى هذه الخاصة.
وفي عام 2007 حصل الفيزيائي الألماني غيرهارد إرتل Gerhard Ertl على جائزة نوبل في الكيمياء لنجاحه في تحديد الآليات الجزيئية المفصلة للأكسدة الوساطية لأحادي أكسيد الكربون 
فوق البلاتين (المحوِّل الحفزي catalytic converter). وأهمية هذا الحفّاز تكمن في تحويله 
إلى CO2 ما يقلل التلوث من عوادم السيارات.
يستعمل البلاتين عاملاً محفزاً في اصطناع حمض الآزوت والأسمدة والألياف الصناعية وأنواع متعددة من المواد الأخرى، كما يستعمل أيضاً حفازاً في تفاعلات الهدرجة hydrogenation وتفاعلات إزالة الهدرجة dehydrogenation والمماكبة isomerization وتشكيل الحلقات cyclization ونزع الماء dehydration ونزع الهالوجين dehalogenation والأكسدة.
كما يستعمل أكسيده 
أيضاً حفازاً، ويدعى حفاز آدم Adam’s catalyst. ويستعمل البلاتين في تقانة تصفية النفط الخام لأنه أفضل من تقانات أخرى تقوم بفصل النفط الخام، إلا أن العملية التي تستعمل البلاتين أفضل بيئياً.
يستعمل البلاتين في صناعة محفزات السيارات automotive catalysts لقدرته الفريدة على التحكم وإزالة النواتج الثانوية الضارة التي تنبعث من المحرك. حالياً البلاتين هو الوحيد الذي يمكن استعماله في محفزات محركات الديزل، يتضمن العديد من أنواع سيارات الديزل مرشحات (فلاتر) الهباب soot التي تستعمل البلاتين إضافةً إلى محفزات الأكسدة.
يستعمل في خلايا الوقود لتحفيز تفاعل كيميائي يستعمل الهدروجين الذي يولِّد الطاقة الكهربائية من دون أن يولد انبعاثات ضارة.
إن البلاتين ضروري في كثير من الصناعات لخواصه الفيزيائية والكيميائية الفريدة، التي تجعله ملائماً للعديد من التطبيقات؛ فخموله الكيميائي وقساوته وناقليته الكهربائية ودرجة انصهاره العالية تجعله مفيداً في الكثير من التطبيقات الصناعية، في حين تجعله ندرته ومتانته وجماله اختياراً محبباً في صناعة الجواهر، فقرابة 30 % من المنتجات المصنعة حالياً تحوي بلاتيناً صرفاً أو يدخل البلاتين في تركيبها.
إذ يستفاد من البلاتين في صنع الجواهر؛ لأنه يقاوم الأكسدة والتلون (تغير اللون). كما يجعل البريق اللامع للبلاتين الماس -خاصةً- أكثر لمعاناً، ويحسِّن جمال الأحجار الكريمة جميعها وهو لا يسبب أي حساسية hypoallergenic مما يجعله المعدن المفضل لأولئك الذين يعانون الحساسية للمواد الأخرى.
وللبلاتين تطبيقات واسعة في الإلكترونيات، فهو يستعمل لتصنيع المجسات لقياس درجة الحرارة بدقة عالية والأغشية الضوئية الرقيقة والأسلاك والتماسات الكهربائية لاستعمالها في الأوساط الأكّالة corrosive أو في الجهود العالية؛ لصغر مقاومة تماسه وموثوقيته العالية في الأجواء المُلوَثة contaminated. كما يستعمل في تصنيع الأغشية المغنطيسية لسواقات الأقراص الصلبة hard disk drives عالية الكثافة وبعض أنظمة التخزين الضوئية الحديثة. ويستعمل البلاتين في طلاء التنغستين عند استعماله في أسلاك شبكة الأنابيب الإلكترونية.
يستعمل البلاتين كثيراً في صناعة الزجاج، فقساوته ودرجة انصهاره العالية تجعله مثالياً للعمليات التي تتطلب درجات حرارة مرتفعة. كما يستعمل كثيراً في صناعة الألياف الزجاجية التي تستعمل في الاتصالات.
من السهل التعامل مع البلاتين النقي، إذ يمكن لحامه وصقله صقلاً براقاً lustrous polish، ولكن ما لم يُشغَّل على البارد cold-worked فإنه يبقى طرياً بحيث لا يمكن استعماله في صناعة الجواهر. للتخفيف من ذلك يُخلط البلاتين بمعدن آخر لتحسين قابليته للشغل workability. يُصنَّع خليط البلاتين لوظيفة معينة، فعلى سبيل المثال: تستعمل سبيكة (خليطة) البلاتين- روثينيوم في التشغيل بالآلات machining لأنها سهلة القطع، ولكنها غير مرغوب بها في السكب لضعف سيولتها fluidity. توجد أنواع كثيرة من خلائط البلاتين يستعمل كل منها لغرض محدد. وتُعرَّف كل خليطة بقساوتها (على سلم فكرز Vickers)، وكثافتها (لتحديد المقدار المناسب من المعدن للسكب)، ودرجات انصهارها (خط الانصهار liquidus، والنقاط التي تكون عندها منصهرة، وإعادة تشكلها بعد انصهارها)، يذكر من هذه السبائك:
سبائك البلاتين-إيريديوم: ينتمي الإيريديوم إلى زمرة البلاتين نفسها. فعند إضافته إلى البلاتين بمقادير صغيرة يزيد الإيريديوم قساوة البلاتين، مع أنه يُفقِد المعدن قابليته للسحب ductility عند إضافته بمقادير كبيرة؛ لهذا السبب يعد التركيب الأمثل لهذا الخليط هو الذي يتكون من 900 جزء من البلاتين و100 جزء من الإيريديوم. هذا الخليط قابل للسحب والطرق، ويمكن لحامه بالشعلة torch وسكبه وشغله. تبلغ قساوته 110 على سلم فكرز وكثافته 21.5، ويمتد مجال انصهاره من 1800ºس على خط الانصهار إلى 1780ºس على خط التصلب solidus.
سبائك البلاتين-كوبلت: الكوبلت معدن أبيض بصبغة حمراء. وهو هش brittle وقاسٍ وينصهر عند الدرجة 1490ºس، وهو يستعمل عموماً للخلط مع النحاس والحديد والبلاتين. عند خلطه بالبلاتين يقوم الكوبلت بدور مُصغِّر للحبيبات grain refiner ويستعمل فقط للسكب.
سبائك البلاتين-بلاديوم: يستعمل البلاديوم في صناعة الجواهر لزيادة قساوة البلاتين. لخلائط البلاديوم بعض السلبيات، فكلها لينة، وتقع قساوتها بين 60 و80 على سلم فكرز، وتميل إلى تشكيل تجاويف cavities في المسكوبات.
خلائط البلاتين- ذهب: تتصلب هذه الخلائط ضمن مجال واسع لدرجة الحرارة؛ لذلك فهي تتطلب تبريداً سريعاً لمنعها من أن تصبح قاسيةً ومساميةً.
خلائط البلاتين -950- روثينيوم: الروثينيوم معدن سريع الكسر fragile وصعب الشغل بسبب بنيته البلورية السداسية المتراصة. مع ذلك يخلط بالبلاتين بنسبة 59% بلاتين و5% روثينيوم ويصنع منه أنابيب، تُقطع على شكل خواتم. من الصعب سكب هذا الخليط لأن سيولته قليلة.
خلائط البلاتين - تنغستين: يستعمل هذا الخليط عادةً في صناعة النوابض.
كما يستعمل في المجال الطبي؛ فالمركب البلاتيني Cis- diammine dichloro platinum (II) هو الأول في سلسلة من الأدوية ذات الشكل المربع المستوي التي تحوي البلاتين (II) التي تستخدم في معالجة الأورام، بما في ذلك كربوبلاتين carboplatin 
وأكسالبلاتين oxaliplatin
. إذ إن هذه المركبات قادرة على تصالب cross-linking الدنا DNA وقتل الخلايا الورمية.
جرى تطوير كربوبلاتين في محاولة للتخفيف من الآثار الجانبية السمية الشديدة للمركب الأصلي cisplatin 
، الذي يشاركه في معالجة طيف مماثل من معالجات السرطان بالفعالية نفسها.
وفي طب الأسنان يستعمل البلاتين في تحضير الأسنان الاصطناعية التي تصنع من سبيكة ذهب- بلاتين.
|
مراجع للاستزادة: - فيليب ماثيوس، الكيمياء المتقدمة 2 – العضوية واللاعضوية، ترجمة هيام بيرقدار، المنظمة العربية للتربية والثقافة والعلوم، دمشق 2000. - D. L. Buchanan, Platinum Group Elements Exploration, Elsevier Science Publication Company, 1988. - F. A. Cotton, G. Wilkinson, C. A. Murillo, M. Bochmann, Advanced Inorganic Chemistry, John Wiley & Sons, 1988. - F. Crundwell , M. Moats, V. Ramachandran, T. Robinson, W. G. Davenport, Extractive Metallurgy of Nickel, Cobalt and Platinum Group Metals, Elsevier 2011. - R. Newman, Gold, Platinum, Palladium, Silver & Other Jewelry Metals: How to Test, Select & Care for Them, International Jewelry Publications, 201 |
- التصنيف : الكيمياء والفيزياء - النوع : الكيمياء والفيزياء - المجلد : المجلد الخامس مشاركة :
اخترنا لكم
المجلدات الصادرة عن موسوعة العلوم والتقانات
