Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова

Химический факультет

Кафедра общей химии

Курсовая работа

Студента 2 курса 226 группы

Янюшина Александра Михайловича

ХИМИЯ ПЛАТИНЫ И ЕЕ СОЕДИНЕНИЙ

Москва – 2002

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 2

Основные свойства 3

Простые вещества 4

Соединения Pt (0) 5

Соединения Pt (II) 5

Соединения Pt (IV) 8

Соединения Pt (VI) 10

Заключение 12

Список литературы 13

Введение

Платина – один из самых ценных благородных металлов, обладающий рядом важных свойств, благодаря которым используется не только в ювелирной промышленности, но и во многих отраслях промышленности. Использование платины во многих химических технологиях делает актуальным более глубокое исследование ее физических и химических свойств.

Платина - один из самых важных элементов из всего платинового ряда из-за максимальной среди них химической инертности, а также из-за ценнейших свойств платины как мощ­ного катализатора многих химических процессов.

Основные свойства

Платина – серовато-серый металл, относительно мягкий, очень тягучий, ковкий, тугоплавкий. В особых условиях образует губчатую платину (с сильно развитой поверхностью), платиновую чернь (тонкодисперсный порошок) и коллоидную платину. Благородный металл – занимает последнее (самое электроположительное) место в электрохимическом ряду напряжений. Легко сплавляется с платиновыми металлами (кроме рутения и осмия), а также с Fe, Co, Ni, Cu, Au и другими, с трудом сплавляется с Sb, Bi, Sn, Pb, Ag. Химически весьма пассивный – не реагирует с водой, кислотами (за исключением «царской водки»), щелочами, гидратом аммиака, монооксидом углерода. Переводится в водный раствор хлороводородной кислотой, насыщенной Cl₂. При нагревании окисляется кислородом, галогенами, серой, при комнатной температуре – тетрафторидом ксенона. Губчатая платина и платиновая чернь активно поглощают значительно количество H₂, He, O₂. В природе встречается в самородном виде (в сплавах с Ru, Rh, Pd, Os, Ir).

Платина Pt характеризуется следующими константами:

Атомная масса............................................... 195,09

Валентные электроны .................................... 5d⁹6s¹

Металлический радиус атома, им ..... ........... 0,138

Условный радиус иона, нм:

Э²⁺......................................................... 0,090

Э⁴⁺ ........................................................ 0,064

Энергия ионизации Э⁰  Э⁺, эВ ................. 8,9

Содержание в земной коре, % (мол. доли)... 5*10^-8

Для платины наиболее характерна степень окисления +4. Известны также соединения Pt (VI). Для платины наиболее устойчивы координационные числа 4 (тетраэдр или квадрат) и 6 (октаэдр). Степени окисления элемента и отвечающие им пространственные конфигурации комплексов приведены в табл. 1.

Таблица 1. Степени окисления и структурные единицы платины

Платина относится к числу редких элементов, встречается в медно-никелевых рудах, а также в самородном состоянии в виде сплавов с небольшим содержанием других металлов (Ir, Pd, Rh, Fe, иногда Ni, Сu и др.). Важным источником платины металлов являются сульфидные полиметаллические медно-никелевые руды.

Простые вещества

В виде простых веществ платина — блестящий белый металл с серебристым оттенком, кристаллизуется в кубической гранецентрированной решетке.

Важнейшие константы Pt представлены ниже:

Пл., г/см³ ………………………………… 21,46

Т. пл., ^оС ………………………………… 1772

Т. кип., ^оС ………………………………… ~3900

Электрическая проводимость (Hg=1)…… 10

H^о_возг,298 , кДж/моль …………………….. 556

S^о₂₉₈ , Дж/(К*моль) ……………………… 41,5

^о ₂₉₈ Э²⁺ + 2е = Э, В …………………….. +1,19

По сравнению с другими платиновыми металлами платина несколько более реакционноспособна. Однако и она вступает в реакции лишь при высокой температуре (часто при температуре красного каления) и в мелкораздробленном состоянии. Получающиеся при этом соединения обычно малостойки и при дальнейшем нагревании разлагаются.

Для платины наиболее характерно поглощение кислорода. Большое значение платина имеет как катализатор окисления кислородом аммиака (в произвол HNO₃), водорода (для очистки О₂ от примеси Н₂) и в других процессах каталитического окисления.

В электрохимическом ряду напряжений платина расположена после водорода и растворяется при нагревании лишь в царской водке:

_{0 +4}

3Pt + 4HNO₃ + 18НСl = ЗН₂[РtCl₆] + 4NO + 8H₂O

При сплавлении с щелочами, цианидами и сульфидами щелочных металлов в присутствии окислителей (даже O₂) платина переходит в соответствующие производные анионных комплексов.

Платина используется для изготовления коррозионностойкой лабораторной посуды, аппаратов и приборов химических производств, для термометров сопротивления и термопар, а также электрических контактов. Из платины изготавливают нерастворимые аноды, например, для электрохимического производства надсерной кислоты и перборатов. Платина применяются в ювелирном деле.

Соединения Pt (0)

Как и у других d-элементов, нулевая (а также отрицательная) степень окисления у платины проявляется в соединениях с лигандами -донорного и -акцепторного типа: СО, PF₃, CN^-. При этом при электронной конфи­гурации центрального атома d¹⁰ строение комплексов с лигандами сильного поля чаще всего отвечает структуре тетраэдра.

Для платины, как элемента VIII группы (при электронной конфигурации d⁸ – d¹⁰ ) из­вестны комплексы, в которых роль лигандов играет молекула О₂, например Pt(O₂)[Р(С₆Н₅)₃]₂ .

Молекула О₂ — лиганд -типа (подобно CN^-, CO, N₂, NO). Его присоеди­нение к комплексообразователю реализуется за счет донорно-акцепторного и дативного взаимодействия М—О₂ участием -, - и *-орбиталей молекулы O₂.

Такие соединения по аналогии с нитрогенильными и карбонильными соединениями можно назвать оксигенильными. Оксигенильные соединения - хорошие передатчики кислорода и катализаторы; за счет активации О₂ являются хорошими окислителями уже при обычных условиях. Так, Pt[Р(С₆Н₅)₃]₄ поглощает кислород:

Pt[Р(С₆Н₅)₃]₄ + О₂ = Pt(O₂)[Р(С₆Н₅)₃]₂ + 2Р(С₆Н₅)₃

а образовавшийся Pt(O₂)[Р(С₆Н₅)₃]₂ является окислителем, например:

_{0 +2}

Pt(O₂)[Р(С₆Н₅)₃]₂ + 2NO₂ = Pt(NO₃)₂[Р(С₆Н₅)₃]₂

при гидролизе дает пероксид водорода.

Активация молекулярного кислорода за счет комплексообразования имеетбольшое биохимическое значение. Классическим примером является присоеди­нение кислорода к гемоглобину.

Соединения Pt (II)

Для Pt (II) типичны диамагнитные плоскоквадратные комплексы, что объясняется значительной величиной параметра расщеп­ления , как у любого d-элемента 5-го и 6-го периодов.

При большом значении  в октаэдрическом комплексе два элект­рона оказываются на сильно разрыхляющих молекулярных ^*_d-орбиталях. Поэтому энергетически выгодней становится потеря этих электро­нов и переход Pt (II) в степень окисления +4 либо перерож­дение октаэдрического комплекса в плоскоквадратный. Распределение восьми электронов на орбиталях плоскоквадратного комплекса оказы­вается энергетически выгоднее, чем на молекулярных орбиталях окта­эдрического комплекса. Сосредоточение восьми электронов на четырех молекулярных орбиталях определяет диамагнетизм комплексов плоскоквадратного строения.

Соединения Pt (II) интенсивно окрашены. Структурной единицей соединений Pt (II) является квадрат. Так, в кристаллах PtO (рис. 1) атомы Pt окружены четырьмя атома­ми кислорода по вершинам четырехугольника. Эти квадраты соединены сторо­нами в цепи, которые перекрещиваются под углом 90°. Аналогично построены кристаллы PtS.

Рис. 1. Структура PtO и PtS

Дихлорид платины имеет совершенно другое строение. Красно-черные кристаллы PtCl₂ состоят из октаэдрических кластерных группировок Pt₆Cl₁₂.

Хлориды платины могут быть получены прямым синтезом:

Pt + Cl₂ = PtCl₂ (t = 500 ⁰C)

Pt + 2Cl₂ = PtCl₄ (t = 250 ⁰C)

Дихлорид PtCl₂ можно получить и диссоциацией PtCl₄, а также нагреванием платинохлористоводородной кислоты:

(Н₃О)2РtCl₆*nH₂O = PtCl₂ + НС1 + (n + 2)Н₂О + Cl₂ (t > 300 ⁰C)

Генетическую связь безводных хлоридов платины передает следу­ющая схема:

_{370 C 475 C 581 C 583 C}

PtCl₄  РtC1₃  PtCl₂  PtCl  Pt

Обращает на себя внимание очень малая величина температур­ного интервала, разделяющего области существования хлоридов пла­тины различного состава. Это одно из специфических свойств соеди­нений Pt, имеющих в своей основе высококовалентную кинетически инертную химическую связь.

Оксиды и гидроксиды Pt (II) черного цвета, в воде не растворяются; PtO устойчив также по отношению к кислотам. PtS в кислотах не раство­ряется.

Из катионных комплексов Pt (II) очень устойчивы и легко образуются амминокомплексы [Pt(NH₃)₄]²⁺

PtCl₂ + 4NH₃ = [Pt(NH₃)₄]Cl₂

Известно также большое число производных катионных комплексов Pt (II) с органическими лигандами. Еще более устойчивы тетрацианидоплатинат (II) [Pt(CN)₄]^2--иoны (для последнего ₄=1*10⁴¹). Известен также H₂[Pt(CN)₄]*3H₂O; в водных растворах —это двухосновная сильная кислота (называемая платиносинеродистой).

Платинаты (II) очень много­образны и устойчивы. Например, комплексные галогенйды Pt (II) характеризуются следующими константами устойчивости: