Металл химических лабораторий
78. Платина — Platinum (Pt)
Как ни печально, но половина добываемой платины — металла с изумительными свойствами, в котором испытывают постоянную нужду лаборатории и заводы, расходуется на предметы роскоши[23]. Последним «криком моды» в Америке стали очки в массивной платиновой оправе. Миллионерши, от безделья сходящие с ума, заказывают ювелирам платиновые цепочки для любимых собачек и клетки для «ученых» попугаев, а дряхлые нефтяные, мясные и всякие другие «короли» вставляют платиновые зубы. Если к этому добавить, что мировая добыча платины не превышает двадцати тонн в год, а для добычи одного грамма платины необходимо переработать железнодорожный вагон руды[24], затратить много материалов и средств, станет понятной вся расточительная нелепость этих «криков моды».
Бедность платиновых руд, отсутствие крупных месторождений и отсюда очень высокая стоимость металла в значительной степени ограничивают практическое применение платины.
По внешнему виду платина не представляет собой чего-либо выдающегося или бросающегося в глаза. Это белый с серым матовым отливом, тягучий (приближается к золоту) со значительной плотностью (21,5) и высокой температурой плавления (1774 °C) металл. Исключительная химическая стойкость платины при самых высоких температурах позволяет назвать ее металлом химической лаборатории. Несмотря на то, что платина была известна еще в первой половине XVIII столетия (описана Р. Ватсоном в 1750 г.), а смутные упоминания о ней относятся к XVI столетию, практическое применение в технике платина впервые нашла лишь в 1809 г. при изготовлении реторт для хранения концентрированной серной кислоты. Первые месторождения самородной платины были обнаружены в Америке, где в XVII столетии испанские завоеватели во главе с Ф. Кортесом, разорив государство ацтеков, нашли на берегах реки Платино-дел-Пино (в Колумбии) новый металл. Название металла — «платина» произошло от испанского слова «плата» — серебро и означает «серебрецо». В самородном виде платина, помимо Америки (Бразилия, Колумбия), находится в Южно-Африканском Союзе. У нас на Урале коренные месторождения платины были обнаружены в 1892 г. А. А. Иностранцевым. Россыпные месторождения были найдены раньше, в 1819 г., но знаменитый Александр Гумбольдт, посетивший в 1829 г. месторождения платины, по поводу ее использования в своем отчете не написал ни одного слова.
Некоторое время платина считалась «никчемным» металлом. В Испанию завоеватели Южной Америки завезли очень много платины, и она продавалась дешевле серебра. Однако испанские ювелиры, обнаружив, что сплавы платины с золотом имеют большой удельный вес, решили использовать ее для изготовления, с точки зрения того времени, фальшивой золотой монеты. Узнав об этом, испанское правительство издало приказ об уничтожении всех запасов платины, и большое количество металла утопили в море.
Свойства платины впервые были описаны профессором Харьковского университета Ф. Гизе. Подробное изучение платины и способов ее получения из природной «сырой платины» было проведено русским химиком, вице-президентом Горной коллегии в Петербурге, почетным членом русской и многих иностранных Академий наук Мусиным-Пушкиным. Следует отметить, что русским ученым принадлежит ведущая роль в изучении платины и других, сопутствующих ей металлов.
Высокая химическая стойкость платины обеспечила ей широкое применение для изготовления химической посуды (тигли, чашки, наконечники щипцов, насадки на горелки, электроды для анализа) и аппаратуры для химической промышленности.
Известны платиновые зеркала, их получают путем нанесения тончайшего слоя платины на стеклянную поверхность. Платиновые зеркала устойчивы, не тускнеют, дают чистое изображение, а главное обладают замечательной особенностью — односторонней прозрачностью. Сущность явления состоит в том, что со стороны источника света зеркало непрозрачно и отражает находящиеся перед ним предметы, в то время как с теневой стороны оно прозрачно и через зеркало можно все видеть так же хорошо, как через чистое стекло. Благодаря этой особенности платиновые зеркала получили в одно время широкое распространение в США. Их вставляли вместо стекол в окна нижних этажей контор, машинописных бюро и других учреждений, а также и жилых помещений, вместо занавесей и экранов.
Есть у платины и еще одно ценное свойство: она хорошо впаивается в стекло, что важно при изготовлении стеклянных приборов.
Большая роль отводится платине также при изготовлении приборов для измерения температур. Об одном таком приборе — термопаре с гальванометром уже упоминалось раньше (см. иридий), но есть еще так называемые термометры сопротивления. Принцип действия таких термометров основан на способности платины изменять (увеличивать) электрическое сопротивление в строгой зависимости от повышения температуры. Если платиновую проволочку подключить к прибору, регистрирующему изменение сопротивления, то изменение температуры будет точно фиксироваться этим прибором. Шкалу прибора градуируют в градусах.
Платина — любимый металл ювелиров. В ювелирном искусстве платина играет роль отделочного материала по золоту.
Из платины сделано рельефное погрудное изображение В. И. Ленина, помещенное в середине знака ордена Ленина — высшего ордена СССР. Первым орденом Ленина была награждена газета «Комсомольская правда».
Рыхлая, губчатая платина поглощает большое количество газов. Этим замечательным свойством объясняется удивительный факт: газ, заключенный в платиновый сосуд, при нагревании вытекает из герметически закрытого сосуда. Подобно тому, как вода проходит через частое сито, молекулы газа водорода или кислорода проходят через платиновые перегородки.
Мы перечислили многие интересные и ценные свойства платины, не касаясь самого важного: платина — один из самых активных катализаторов для различных химических процессов. Одним из важнейших каталитических процессов является окисление аммиака для получения азотной кислоты. Тончайшая сетка (до 5000 отверстий на квадратный сантиметр), сплетенная из платиновых проволочек, подобная тонкой ткани и столь же мягкая, как легкий шелк, составляет главную и ответственнейшую часть аппарата для окисления аммиака. Смесь аммиака с воздухом с быстротой урагана продувается через эту сетку, превращаясь в окислы азота и водяные пары. При растворении окислов азота в воде образуется азотная кислота.
Пионер отечественной азотнокислотной промышленности Иван Иванович Андреев, проведя большую научно-исследовательскую работу по изучению влияния различных катализаторов на окисление аммиака, обратил внимание на платину, введя ее в практику заводского получения азотной кислоты.
Шла первая мировая война. На полях сражений рвались снаряды, бомбы и мины, а в глубоких тылах лихорадочно работали заводы по производству металла, боеприпасов, взрывчатых веществ. Для производства взрывчатых веществ требовалось все больше и больше азотной кислоты, более 2 кг кислоты на каждый килограмм взрывчатки. К концу 1916 г. месячная потребность во взрывчатых веществах для русской армии составляла 6400 т. Все участвовавшие в войне государства испытывали острую нужду в сырье для получения азотной кислоты. Оно имелось только в Южной Америке (Чили), и во всех странах шли лихорадочные поиски сырья для изготовления азотной кислоты. Одним из видов его является аммиак, содержащийся в отходах коксового производства. Чтобы превратить аммиак в азотную кислоту, его нужно окислить. Зная, что аммиак окисляется в присутствии платины, И. И. Андреев проектирует завод, который вскоре был построен в Донбассе и вступил в строй в июле 1917 г.
Различные химические соединения, в состав которых входит платина, значительного применения пока не имеют. (Некоторые используются в аналитической химии для количественного определения калия). Однако исследования этих соединений внесли большой вклад в теорию химии. Соединения платины наиболее полно изучены русскими учеными Л. А. Чугаевым, И. И. Черняевым, О. Е. Звягинцевым.
Существующее представление о том, что платина не взаимодействует с кислородом воздуха, как показали исследования, не соответствует действительности. Так при комнатной температуре на платине образуется тончайшая пленка (около 30?[25]), которая улетучивается при небольшом нагревании в вакууме.