Золото, серебро, платина, палладий, родий, рутений, иридий, осмий относятся к группе благородных металлов благодаря своей химической инертности, которая особенно проявляется при образовании кислородных соединений. Химическая инертность благородных металлов неодинакова: наиболее высока у золота и менее высока у металлов платиновой группы.
Серебро имеет белый цвет, а золото – желтый. Золото и серебро – очень мягкие металлы, очень тягучие и пластичные, особенно золото. Из 1 г золота можно выковать лист площадью около 1 м2 толщиной всего в 240 атомов, а 1 г серебра можно вытянуть в 165 м проволоки диаметром 20 мкм. Электро- и теплопроводность золота и серебра уникальна. Первенство принадлежит серебру. Эти свойства определяются электронной конфигурацией d10s1.
Платиновые металлы – рутений, родий, палладий, осмий, иридий и платина – тугоплавкие и труднолетучие металлы серебристо-белого цвета разных оттенков. По плотности их можно разделить на легкие – Ru, Rh, Pd и тяжелые – Os, Ir, Pt. Иридий и осмий имеют самую высокую плотность из всех известных металлов. Осмий, рутений, иридий и родий очень тверды и хрупки, а платина и палладий – мягкие и пластичные металлы.
Золото. Элемент первой группы периодической системы Д. И. Менделеева. Атомный номер 79, атомная масса золота 196,967. Температура плавления золота 1063,4ºС. Температура кипения 2947ºС. Кристаллическая структура – куб с центрированными гранями, параметр 4,070 Â. Для золота известны изотопы с массовыми числами 183-201, однако стабилен только изотоп 197Аu.
В природе золото встречается главным образом в самородном виде, в сплавах с другими металлами, среди которых особое место занимают серебро, медь, железо, реже висмут и металлы платиновой группы. Месторождения золота подразделяют на два вида:
а) коренные (рудные), где золото находится либо в свободном металлическом, либо в связанном виде, часто в тонкодисперсном состоянии в твердых кристаллических породах или жильных минералах. Весьма распространенными золотосодержащими минералами в рудных месторождениях являются сульфиды;
б) россыпные месторождения – продукт разрушения коренных месторождений, в которых золото чаще всего находится в свободном виде среди обломочных рыхлых отложений.
Из химических соединений золота в природе известны только его соединения с теллуром, называемые теллуридами. Химическое соединение золота с теллуром содержит 44 % Аu и 56 % Те. В природе близкий к нему минерал калаверит АuТе2 содержит около 39 % Au и 3 % Аg. Все прочие теллуриды представляют собой изоморфные смеси теллуридов золота и серебра.
Химически чистое золото – тяжелый блестящий металл желтого цвета; находясь в тонкодисперсном виде, оно меняет цвет – от пурпурного до сине-серого и даже черного. Чистое золото – мягкий, ковкий, весьма тягучий металл с высокой плотностью, равной 19,3 г/см3. Плотность самородного золота несколько ниже, чем химически чистого, и колеблется в пределах 18-18,5 г/см3.
Примеси, входящие в состав самородного золота, изменяют его окраску. При содержании в золоте до 25 % Ag оно имеет зеленовато-серебристый оттенок. С увеличением количества серебра цвет золота бледнее, а при 60 % Ag желтая окраска совершенно исчезает. Медь придает золоту красноватый оттенок.
Сплавление золота с другими металлами придает ему большую твердость, а в некоторых случаях и хрупкость (сплав с мышьяком, кадмием, висмутом, платиной, теллуром и особенно свинцом). Примеси серебра (до 33 %) и меди (до 12 %) делают золото более твердым. Все металлы, образующие сплавы с золотом, понижают температуру его плавления. При нагревании золота и его сплавов выше температуры плавления золото заметно улетучивается. Летучесть золота зависит от температуры, состава окружающей атмосферы, а также от примесей, понижающих поверхностное натяжение расплавленных металлов (теллур, селен, мышьяк, сурьма, ртуть, цинк и др.).
Золото проявляет степень окисления +1; +2; +3. Наиболее устойчивы и характерны соединения, в которых золото проявляет степень окисления +3.
С кислородом золото не соединяется даже при высокой температуре. На него не действуют разбавленные и концентрированные кислоты: соляная, азотная, серная, а также расплавленные щелочи. Золото растворяется в смеси (3 : 1) соляной и азотной кислот, в растворах цианидов щелочных металлов и в слабокислых растворах тиомочевины. Растворителями золота являются также гидросульфиты и полисульфаты щелочей. При растворении золота в смеси соляной и азотной кислот образуется H.
Из других элементов золото непосредственно соединяется только с хлором, бромом, йодом. При соединении золота с хлором в присутствии воды образуется хлорное золото АuСl3. Эта соль легко распадается при температуре выше 180ºС на хлор и хлористое золото, а выше 220ºС - на хлор и металлическое золото. Хлорное золото на свету постепенно разлагается. Способность золота растворяться в присутствии кислорода в растворах цианистого калия или натрия с образованием комплексной соли K или Na используется для извлечения золота из руд методом цианирования.
Золото в ряду напряжений относится к числу наиболее электроположительных металлов. Стандартный потенциал акваиона Au (I) равен 1,85 ± 0,05 В. Относительно потенциалов Au (III) в водных растворах имеются разноречивые данные. Величину стандартного потенциала Au (III), равную + 1 ,50 В, некоторые исследователи считают неверной, так как она вычислена в предположении существования акваиона Au (III), что весьма сомнительно.
Известны реакции осаждения золота из его солянокислых растворов сернистым газом:
2АuСl3 + 3SO2 + 6H2O → 2Аu + 6НСl + 3Н2SO4;
углеродом (углем):
4АuСl3 + 6H2O + 3С → 4Au + 12HCl + 3CO2;
сернокислой солью железа (II):
АuСl3 + 3FeSО4 → Au + Fe2(SO4)3 + FeCl3;
хлоридом олова (II):
2АuС13 + 3SnCl2 → 2Аu + 3SnCl4;
щавелевой кислотой:
2АuС13 + 3Н2С2О4 → 2Аu + 6HCl + 6CO2;
гидразином (солянокислым или сернокислым):
4АuСl3 + 3(NН2 - NH2 ∙ НСl) → 4Au + 15HCl + 3N2;
гидрохиноном:
2HAuCl4 + 3(С6Н6О2) → 2Аu + 3C6H4O2 + 8НCl.
Перексид водорода восстанавливает золото (III) до металла в щелочных и кислых растворах.
Золото может быть осаждено из растворов и другими реактивами (меркаптобензотиозолом, муравьиной кислотой и др.), а также с помощью электролиза. Восстанавливается золото металлами Zn, А1, Mg, Fе, Ni, Те, Se и амальгамами цинка, свинца и висмута. Эти восстановители используют при определении и концентрировании золота.
Традиционным методом добычи золота было промывание песка. Современное производство основано на добыче из золотосодержащих горных пород амальгированием или с использованием цианидного процесса. При использовании этого метода имеющееся золото (и серебро) выщелачивают из раздробленной породы с помощью насыщенного воздухом разбавленного раствора цианида:
4Au + 8CN- + 2Н2О + О2 → 4- + 4ОН-.
3атем металл осаждают добавлением цинковой пыли:
2- + Zn = 2Au + 2- .
Серебро принадлежит к элементам первой группы периодической системы Д. И. Менделеева. В природе серебро встречается как в самородном состоянии, так и в виде соединений.
Чаще всего оно присутствует в рудах в виде химических соединений. Основные минералы серебра – аргентит (Ag2S), кераргирит (AgCl), пираргирит (Аg3SbS3), прустит (Аg3АsS3), полибазит , стефанит (Ag5SbS4) и др.
Серебро содержится в золотых, медных, свинцовых, цинковых и полиметаллических рудах. Атомный номер серебра 47; атомная масса 107,868. Плотность серебра при 20ºС составляет 10,50 г/см3, температура плавления 960,5ºС, температура кипения 2212ºС, температура начала улетучивания 850ºС.
Серебро имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую решетку с параметром 4,0772 Â (при 20 0С). Для серебра известны изотопы с массовыми числами 102-117, но стабильны только два изотопа: 107Ag и 109Ag.
Химически чистое серебро – блестящий металл белого цвета. Оно тверже золота, но мягче меди. Из всех металлов серебро имеет наивысшие отражательную способность, электропроводность и теплопроводность.
Степень окисления серебра в его соединениях составляет преимущественно +1. Двухвалентное серебро более устойчиво в комплексных соединениях. Известны соединения, в которых серебро трехвалентно. На воздухе серебро слабо окисляется. Однако при повышенных температуре и давлении образуется Ag2O. В расплавленном состоянии серебро поглощает до 22 объемов кислорода, который при охлаждении серебра интенсивно выделяется, вызывая разбрызгивание плавленого металла и образуя наросты и вздутия в затвердевшем металле.
Серебро сравнительно легко соединяется с серой, образуя Ag2S. При длительном пребывании на воздухе серебро постепенно темнеет, покрываясь тонкой пленкой Ag2S под действием сероводорода, содержащегося в ничтожных количествах. Хлор, бром, йод медленно реагируют с серебром даже при комнатной температуре.
Растворы щелочей не действуют на металлическое серебро. Серебро не растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах. Концентрированная серная кислота растворяет серебро при нагревании:
2Ag + 2Н2SО4 → Ag2SO4 + SO2 + 2 Н2О.
Концентрированная и разбавленная азотная кислоты растворяют серебро с образованием нитрата серебра. Реакция с разбавленной кислотой протекает по уравнению
3Ag + 4HNO3 → 3АgNО3 + NO + 2H2O.
В соляной кислоте серебро практически не растворяется вследствие образования на нем пленки труднорастворимого хлорида серебра (I), прекращающей доступ кислоты к внутренним частицам и дальнейшее растворение. Образование хлорида серебра – характерная качественная реакция на серебро.
Галоидные соединения серебра мало растворимы. Растворимость AgCl в растворах соляной кислоты или хлоридов щелочных металлов меньше, чем в воде, однако в концентрированных растворах при возрастании концентраций хлорид-ионов увеличивается растворимость хлорида серебра (I) вследствие образования комплексных анионов AgCl2-, AgCl32- и AgCl43-. Многие нерастворимые соли серебра в воде растворяются в водных растворах аммиака, образуя комплексный катион Ag(NH3)2+.
Характерной способностью солей серебра является их способность разлагаться на свету.
Летучесть серебра наблюдается в любой газовой атмосфере. Но в восстановительной атмосфере она меньше, чем в окислительной. Летучесть серебра объясняется присутствием в расплавленном металле растворенного оксида серебра (I), который понижает поверхностное натяжение. Особенно велики потери серебра в атмосфере хлора и в присутствии других легколетучих металлов.
Металлическое серебро растворяется в цианистых щелочах, а его соединения – в аммиачных и тиосульфатных растворах.
Серебро хорошо соединяется с ртутью, образуя серебряную амальгаму.
Большая часть серебра сейчас производится в виде побочного продукта при получении цветных металлов, таких как свинец и цинк.
Платина и металлы платиновой группы. Платина, палладий, иридий, родий, осмий, рутений находятся в VIII группе периодической системы Д. И. Менделеева. Платиновые металлы – одни из наиболее редких элементов, в природе обычно сопутствуют друг другу. Они встречаются в самородном виде (шлиховая платина), в виде сплавов и соединений с серой, теллуром, мышьяком, сурьмой и др. В количественном отношении в рудных месторождениях платина и палладий доминируют над остальными металлами этой группы, а содержание осмия самое низкое. Существует два основных типа месторождений – россыпные и сульфидные медно-никелевые. В россыпных месторождениях присутствуют зёрна самородной платины и сплавов платиновых металлов друг с другом (например, осмистый иридий), а также сплавов с золотом, железом и медью. В сульфидных медно-никелевых рудах платиноиды находятся в виде зёрен платиновых минералов (смешанные сульфиды, стибиды, теллуриды, арсениды, плюмбиды, станиды металлов VIII группы, сплавы с Sn и Fe).
По своим физическим и химическим свойствам металлы платиновой группы во многом сходны между собой. Их характерными общими свойствами являются: высокая температура плавления, сходство в цвете и высокая плотность. По плотности металлы платиновой группы разделяются на легкие (рутений, родий, палладий) и тяжелые (осмий, иридий, платина).
По внешнему виду металлы платиновой группы характеризуются светло-серым цветом разных оттенков с металлическим блеском.
Платина, палладий, родий и иридий кристаллизуются в гранецентрированной кубической решетке. Кристаллические решетки осмия и рутения – гексагональные с плотнейшей упаковкой.
Наиболее тугоплавкими металлами являются осмий и рутений. Самый легкоплавкий – палладий. Температура плавления платиновых металлов очень высока.
Все металлы этой группы, за исключением палладия, трудно поддаются действию кислот, щелочей и других реагентов. Палладий – единственный металл, растворяющийся в горячей азотной кислоте. Платина и палладий хорошо растворяются в смеси соляной и азотной кислот, в то же время смесь слабо действует на рутений и в малой степени на родий и иридий.
Несмотря на большую устойчивость платиновых металлов по отношению к химическому воздействию различных реагентов, в определенных условиях они способны растворяться в кислотах, щелочах, взаимодействовать со щелочами, кислородом, хлором.
В практике анализа часто металлы платиновой группы сплавляют с более активными металлами – свинцом, оловом, висмутом и др. Но чаще сплавление производят с цинком. После сплавления они могут быть растворены в кислотах, в которых в обычных условиях не растворялись.
Металлы платиновой группы, сплавленные с медью, могут быть растворены в смеси соляной и азотной кислот.
При сплавлении с щелочами в присутствии окислителей платиновые металлы образуют соединения, растворимые в воде (Ru, Os), в соляной, бромистоводородной кислотах и в смеси соляной и азотной кислот.
В своих соединениях металлы платиновой группы проявляют различную степень окисления – от 0 до 8.
Все металлы платиновой группы обладают большой склонностью к комплексообразованию.
В настоящее время основную массу платиновых металлов получают при комплексной переработке сульфидных медно-никелевых руд. В процессе извлечения и очистки меди и никеля образуются концентраты с высоким содержанием платиновых металлов.
На аффинажных заводах концентраты и шлиховую платину растворяют в соляной кислоте в присутствии окислителей (Cl2, НNО3). Осмий в этих условиях образует OsO4 и улетучивается в составе газообразных продуктов. Иридий и рутений растворяются не полностью и частично остаются вместе с осмистым иридием в нерастворимом остатке. Из раствора серией последовательных операций выделяют металлическое золото и платиновые металлы в виде малорастворимых соединений (NH4)2, Cl2, (NH4), (NH4)2Na, (NH4)2Na, (NH4)2.
Газообразный OsO4 улавливают в раствор NaOН:
OsO4 + 2NaOH → Na2
и после восстановления тиосульфатом натрия осаждают в виде малорастворимой соли Сl2.
Указанные выше малорастворимые комплексные соединения платиновых металлов прокаливают, при этом протекают реакции внутримолекулярного окисления-восстановления:
(NH4)2(PtCl6] → Pt + 2NН3↑ + 2HCl↑+ 2Cl2↑;
Cl2 → Pd + 2NН3↑ + Cl2↑.
Металлы получаются в виде губки или порошка.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему