книги из ГПНТБ / Казаков Б.И. Благородные металлы служат человеку

его представлению Николай I утвердил рисунки для че­ канки платиновой монеты достоинством 3, 6 и 12 рублей.

единственный п недолговременный опыт чеканки монеты

прекратился ее выпуск в дальнейшем? Ответ на этот во­ прос однозначен. В то время, когда были открыты бога­ тейшие платиновые россьшп Урала, новому металлу не

так п в промышленности. Платина в русских монетах бы­

крыл в сырой платине присутствие другого металла и ес­ тественно, что оп был и первым автором ее аффинажа . Его схема, конечно, была далека от совершенства, и над

рина получил полфунта сырой платины, то в 1846 г. Гор­ ный департамент подарил ему 5 фунтов платиновых ос­ татков. Эти подаркп с лихвой окупались научными тісследовяяпями шведского ученого.

в следующем. Сырую платину загружают в большие фар­ форовые котлы и заливают царской водкой. Обогрев осу-

140

ществляется горячим воздухом (воздушная баня) . Все переходит в раствор, за исключением песка и осмистого иридия, который выпадает на дио в виде черного осадка. Слитый в другие котлы раствор упаривают до консистен­

красном калении осадок разлагается, аммиак и хлор уле­

но... работа совещания была прекращена по настоянию

могла запретить вывоз сырья. Когда в конце 1913 г. срок этого договора истек, то был издан закон о вывозных

ционерным обществом и был закончен в 1917 г. Сразѵ ж е после Октябрьской революции при Академии наук в Пет­

141

наков. Работы этого института, равно как и работы науч­ но-исследовательской лаборатории государственного аф ­ финажного завода, были взяты за основу для разработки технологической схемы аффинажа в промышленном масштабе.

Расширению областей применения платины препятст­

бретен вполне приемлемый в технике способ получения плавленой платины в больших количествах и улучшены способы ее очистки. Большую часть работ в этом направ­

высокотемпературное пламя гремучего газа. Плавильная

пература, что она была пригодна и для получения в жид­ ком виде более тугоплавких платиноидов—родия (1960° С) и даже иридия (2454° С) . Способ Сен-Клер Девилля и Деб­ ре был разработал в 1859 г. и с тех пор многократно усо­ вершенствовался. Он несомненно способствовал расшире­ нию областей применения платины .

П Л А Т И Н О В Ы Е М Е Т А Л Л Ы В П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т И

ПЛАТИНА В НАУЧНОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ

«неистребимым металлом». Е щ е в 1825 г. он предсказывал, что платина станет незаменимым материалом для изго­ товления наиболее ответственной аппаратуры в лабора-

.142

ториях H на заводах. Профессор Харьковского универси­ тета В. К. Каразин определял платину как самую слож­ ную «неразлагаемую для химии стихию». Утверждение, конечно, слишком поспешное, но отражающее восхищепие перед химической стойкостью металла. Действитель­ но, платина не растворяется ни в горячей соляной кисло­ те, ни в кипящей азотной, пи в плавиковой; лишь цар­ ская водка может перевести платину в раствор. Серная кислота только при 250° С слегка воздействует иа нее. Естественно, что она стала незаменимым материалом для

тельное свойство платины. Открытие щелочных металлов калия и натрия проведено им с помощью платиновой ложки, платинового листа и платиновой проволочки. С то­

Г. Кирхгофом закладывались при изучении цвета пламе­

На первых порах использование платины при лабора­ торных исследованиях было затруднено отсутствием хо­

Волластону, например, из одного грамма платины удава­

143

лабораторном приборчике. Приборчик включает в себя источник постоянного тока и электроды из платины. В электролите, оставшемся после отделения меди, без затруднений определяют вошедшие в сплав металлы; со­ держание ж е меди очень точно находят по привесу на пла­ тиновых электродах и легко избавляются от нее, промыв электроды в азотной кислоте, которая растворяет медь, совершенно не воздействуя на поверхность платины. Ана­ логичным методом отделяют никель, свинец и другие ме­ таллы. Правда, некоторые из них, такие как цинк или висмут, осаждают на предварительно омедненные элект­ роды, так как они могут испортить платину, образуя с ней сплав.

П р и амперометрическом титровании — новом методе анализа — электрод изготавливают из платины. Такой ж& электрод требуется н при измерении концентрации водо­ родных ионов, т. е. при определении кислотности раствора. Платиновые чашки, проволочки, ложечки, тигли — не­ пременный лабораторный инвентарь для чисто химиче­ ских, классических методов. Нельзя не согласиться с ут­ верждением, высказанным еще в прошлом столетии отцом агрохимии Ю. Лпбихом: «Без платины было бы невозмож­ но во многих случаях сделать анализ минерала, состав большинства минералов остался бы неизвестным».

ПЛАТИНА В ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВАХ

Лабораторный эксперимент в большинстве случаев — преддверие производственного процесса. Крупнейшим по­ требителем платины и ее сплавов являются сернокислот­ ные заводы. Котлы, реторты, трубки, перегонные аппара­ ты, внутренние обкладки кислотоупорных сосудов — все это часто требует платины или платиновых сплавов. Именно там прежде всего платина удешевляется золотом, которое позволяет сохранить сплаву высокую коррозионпую устойчивость. В последнее время для этих целей стали использовать сплавы, в которых на две части платины приходится три части золота или д а ж е па одну часть пла-

144

тины девять частей золота. Конечно, пе только серно­ кислотное, но и целый ряд других химических произ­ водств используют кислотостойкость платины и ее спут­ ников. Прежде всего это производство плавиковой кис­ лоты.

Очень в а ж н а платина в промышленности искусствен­ ного и синтетического волокна. Д л я того чтобы получить тончайшие нитн вискозы, капрона, нитрона и других тка­ невых материалов, растворы их необходимо продавить через мельчайшие отверстия фильер. Материал фильер должен быть прочен и устойчив против действия серной кислоты и щелочей. Это ие единственное требование. Весьма важно, чтобы каналы отверстий в фильерах дли­ тельное время сохраняли полированную поверхность. В противном случае нить будет нестандартной по диа­ метру, выдавливание ее будет тормозиться, что может привести и к ее обрыву. Существует множество сплавов для изготовления фильер, но все они в основе своей име­ ют платину. Платина с золотом, платина с родием, пла­ тина с иридием — сплавы, имеющие наибольшее распро­ странение в этой отрасли химической промышленности.

Немалое место занимает в современной технике и стеклянное волокно. Фильеры для его производства от­ личаются тем, что должны сохранять прочность и корро­ зионную стойкость при высоких температурах. Собствен­ но говоря, фильеры эти обычно вмонтированы в сосуд д л я плавки стекломассы. Наиболее подходящим материа­

материалом для этих целей служит сплав платины с 10% иридия.

Не следует, однако, думать, что платина такой абсо­ лютно инертный материал, который годен во всех случа-

145

ях, где требуется устойчивость против химических аген­ тов. Если кислоты и расплавленные карбонаты не воз­ действуют на платину, то расплавы щелочей, особенно в присутствии окислителей, разъедают ее. Разрушается платина расплавленным германием и парами калия. Фос­ фор, цианиды, галоиды п некоторые другие химические вещества весьма неблагоприятно влияют на поверхность платины. Этим, конечно, нисколько не умаляется значе­ ние платины и ее спутников в химической промышлен­ ности. Умелое использование4 их обеспечивает благопри­ ятное течение многих технологических процессов, прежде всего там, где требуется устойчивость против действия кислот.

ПЛАТИНОВЫЕ МЕТАЛЛЫ В КАТАЛИЗЕ

Химикам начала прошлого века приходилось сталки­ ваться с новым для них явлением: та или иная реакция ускорялась присутствием какого-нибудь вещества, в реак­ ции не участвующего. Французский ученый Л . Тенар еще в 1815 г. обнаружил, что в присутствии мелкораздроблен­ ной платины или других благородных металлов перекись водорода разлагается значительно быстрее. Через два го­ да после этого Г. Дэви вместе со своим братом Э. Дэви об­

способствует превращению спирта в уксусную кислоту на холоде. Эти работы очень заинтересовали И. Деберейнера, который повторил их и получил тот ж е результат. Э. Дэ­ ви наблюдал очень любопытное явление: струя водорода, пропущепиая над платиновой спиралью, заставляет ее наналиваться, отчего происходит воспламенение водорода. Деберейнер стал пропускать над губчатой платиной гре­

ние, что прообраз современной спички появился только в 1805 г. и представлял собой лучинку с зажигательным со­

ванное Деберейнером зажигательное устройство представ­ ляло собой определенный интерес. «Мгновенный зажига-

146

тельный ящик» как называли первые спичечные коробки, конечно, в стационарных условиях уступал «деберейнерову огниву». Последнее, естественно, не вошло в широкую практику и вспоминается сейчас как научный курьез, но оно прекрасно демонстрирует каталитические свойства платины.

Техника все ж е использовала открытие Деберейнера, хотя и спустя много десятилетий. Автоматическое газоза­ жигание в присутствии губчатой платины, «водородное огниво», не что иное, как усовершенствованное в соответ­

1835 г. Берцелиус, но оно не было новым: его употреблял еще алхимик Либавиус в смысле — разложение, разруше ­ ние. Каталитические свойства обнаруживались химиками не только у благородных металлов, но и у неблагородных, и даже у неметаллов, но платина и платиноиды стали на­ иболее распространенными катализаторами.

Случаи успешного применения платиновых металлов в качестве катализаторов составляют очень длинный пе­ речень. Упомянем наиболее важные из них. Прежде всего это относится к производству серной кислоты. Платина потребовалась в процессе не только как материал аппара­ турного оформления, но и как активный участник тех­ нологии. Серную кислоту умели приготовлять еще алхи­ мики, но техническое ее производство развернулось лишь в наше время. Первоначально процесс требовал громозд­ ких установок и отличался сложностью. В 1873 г. ученый К. Винклер нашел, что сернистый газ быстро окисляется кислородом воздуха в присутствии платины. В 1890 г. на Баденском анилиновом и содовом заводе был поставлен производственный процесс выработки серной кислоты из газов, полученных при обжиге пирита. Процесс шел в присутствии платины и был назван контактным. Этот спо­ соб в н а ш е время принят почти повсеместно.

О проблеме связанного азота, о знаменитом синтезе Габера рассказывается в каждом школьном учебнике хи­ мии. В большинстве случаев при этом не упоминается о том, что далеко не сразу удалось наладить производствен­ ный процесс получения аммиака. Положительное реше ­ ние поставленной задачи пришло лишь тогда, когда был удачно подобран катализатор. Действие наиболее извест-

147

н ых в то время катализаторов обнаруживалось лишь при температурах свыше 700° С, и выход аммиака с их приме­ нением был ничтожно мал. Попытки усовершенствовать процесс с помощью увеличения давления до 200 атмосфер не дали ощутимого результата. В лаборатории Высшей технической школы в Карлсруэ химики начали энергич­

доверчиво отнеслось к результатам их изысканий и согла­ силось испытать новый катализатор лишь после длитель­ ных уговоров. Первый ж е опыт показал всю серьезность проведенных исследований. Тонко распыленный осмий за­ ставил реакцию идти в нужном направлении, причем тем­ пературу оказалось возможным снизить на 100 с лишним градусов, что имело тогда решающее значение. В даль­ нейшем, правда, осмий как дорогой н дефицитный металл был заменен другим катализатором, но сдвинуть пробле­ му с места удалось благодаря именно ему.

Синтез аммиака открыл широкую дорогу для получе­ ния азотнокислых солей и технически опроверг мрачное предсказание В. Крукса о надвигающемся на человечест­ во азотном голоде. Перевод ж е аммиака в азотную кисло­ ту опять потребовал катализатора, п таким оказалась платина.

тация спиртов, углеводородов, гетероциклических соедине­ ний, гидрогенизация ацетилена и его производных, цикли­ ческих и ароматических углеводородов, альдегидов, кетонов, органических кислот, восстановление нитробензолов, галоидных соединений — все это осуществляется с по­ мощью металлов платиновой группы, прежде всего самой

148

К а к было сообщено на недавнем филадельфийском меж­ дународном конгрессе, в каталитическом процессе гидро­ генизации бензола заметное влияние на ход реакции ока­

чествах, не находил заметного применения. Теперь с его помощью получают синильную кислоту из аммиака и ме­ тана, полимерный этилен, глицерин из целлюлозы и мно­ гое другое. Академик А. А. Баландин и его сотрудники показали, что такой бросовый материал, как лузга подсол­ нуха, коробочки хлопчатника, древесные опилки, куку ­ рузные кочерыжки, при использовании рутениевого ка­ тализатора могут стать источником получения ценных хи­ мических продуктов.

Очень часто в производстве используется не чистый платиновый металл, а его сплав с другим. Это обусловли­ вает больший процент контактирования и уменьшение по­ терь катализатора. Примером может служить общеизве­ стный процесс окисления аммиака в азотную кислоту. В заводских установках имеются катализаторные сетки, из­ готовленные из сплавов платины с 7% родня или с 3% палладия.

Этот процесс, разработанный отечественным специа­ листом Андреевым в Донбассе в 1915 г., до сих пор имеет значение в производстве селитры для удобрения полей.

Огромную роль играет чистота поверхности катализа­ тора. Было установлено, что многие из них могут инактивироваться теми или иными побочными соединениями, прежде всего газами. С другой стороны, в отдельных случаях возможно повысить активность катализатора об­ работкой соответствующими химическими реагентами. Поверхность катализатора шероховата — имеет впадины и возвышенности. Активными точками катализатора я в ­ ляются пики. Потому-то катализатор и вводится в техно­ логическую схему в мелкораздробленном состоянии. PI все

ция объясняется тем, что па активных точках катализа­ тора сосредоточиваются молекулы газа — примеси, пре­ пятствующие доступу к ним реагирующих веществ. Про­ цесс этот получил в технике выразительное название

149