Chương 1: Tổng quan Chương 2: Thực nghiệm Chương 3: Kết quả và thảo luận 4 Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1. Vật liệu platin 1. Lịch sử Platin được biết đến với những tên gọi khác như bạch kim hay vàng trắng. Cho tới bây giờ vẫn chưa thể khẳng định platin được tìm thấy khi nào.
Các nhà khảo cổ đã tìm thấy cái hộp bằng bạch kim trong mộ của nữ hoàng Sapenapit thế kỉ VII trước công nguyên. Vào thế kỉ 16,17 những người thực dân Tây Ban Nha một lần khi đi dọc sông Colombia họ đã tìm thấy vàng và nó có lẫn một kim loại màu trắng rất nặng. Họ đã không thể nào tách kim loại màu trắng này ra khỏi vàng nên gây khó khăn cho việc chế tác vàng. Tên gọi platin có từ đây nghĩa là “bạc xấu”.
Nên lúc bấy giờ bạch kim còn rẻ hơn nhiều so với bạc. Theo phương diện khoa học thì từ năm 1557 nhà khoa học Italia Scaliger đã mô tả thứ kim loại trắng tìm thấy ở Nam Mỹ. Hai thế kỷ trôi qua, Viện Hàn lâm Khoa học Paris gửi một đoàn thám hiểm sang các thuộc địa Tây Ban Nha, khi về nước, một viên trung úy trẻ người Tây Ban Nha có tên Ungioa trong đoàn thám hiểu đã viết một cuốn sách “Bản tường trình lịch sử về chuyến đi Nam Mỹ” và in tại Madrid năm 1748. Trong sách nói rằng có một mỏ vàng phải bỏ không khai thác vì trong quặng có chứa hàm lượng platin cao.
Sau đó hai năm, một số nhà khoa học Anh đã mô tả thứ kim loại màu trắng tìm thấy ở Nam Mỹ. Tháng 11 năm 1750, Oatxơn đã công bố về sự tìm ra một kim loại mà ông gọi là “Platin – del – pinto”. Công trình này đã gây được sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Đến năm 1752, nhà hóa học Thụy Sĩ H.
Scheffer công bố một báo cáo chi tiết về platin. Đến năm 1772, Sickinghen nghiên cứu tỉ mỉ những tính chất của platin và hợp kim của nó với vàng và bạc. Ông cũng nghiên cứu tính tan của platin trong nước cường toan. Đặc biệt ông đã dùng amoniclorua để kết tủa platin trong dung dịch.
Nhưng những nghiên cứu này sau mười năm mới được công bố. Chính vì thế vẫn chưa thể nào khẳng định năm nào là năm tìm ra kim loại platin. Cấu trúc của platin Platin có cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm mặt (FCC) hay còn được gọi là tinh thể lập phương khối đặc khít (cubic close-packed). Thông số mạng: a: 392,42 pm α: 90,000o b: 392,42 pm β: 90,000o c: 392,42 pm γ: 90,000o Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể của platin 1.
Tính chất của platin 1. Tính chất chung Platin là kim loại chuyển tiếp, số thứ tự 78 trong bảng hệ thống tuần hoàn, thuộc phân nhóm phụ nhóm VIIIB, có 1 electron lớp ngoài cùng giống các kim loại kiềm ns1. Tương ứng cấu hình electron là: [Xe]4f145d96s1 Platin là kim loại thuộc phân nhóm VIIIB nên có tính trơ và rất ít bị ăn mòn hóa học thậm chí khi ở nhiệt độ cao.2: Cấu hình electron của platin 1. Đồng vị của platin Platin có 6 đồng vị trong tự nhiên, gồm có: 190Pt,192Pt,194Pt,195Pt,196Pt,198Pt.
Trong số các đồng vị này thì 195Pt là đồng vị phổ biến nhất chiếm 33,83%. 190Pt là đồng vị hiếm nhất, chỉ chiếm 0,01%. Ngoài ra platin còn có 31 đồng vị tổng hợp khác, có khối lượng nguyên tử từ 166 đến 202. Nên tổng số đồng vị của platin là 37 đồng vị.
Tính chất vật lý và hoá học của platin Tính chất vật lý: Trạng thái vật chất Rắn Màu Trắng Năng lượng ion hóa 870kJ.mol-1 Khối lượng riêng 195,084g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy 1768,3oC Nhiệt độ sôi 3825oC Độ dẫn nhiệt 71,6 W.K-1 Bán kính nguyên tử 139pm Bán kính cộng hóa trị 136 ± 5pm Bán kính Van der Waals 175pm Tính chất hóa học: Platin thường có số oxi hóa phổ biến nhất là +2 và +4 các số oxi hóa +1, +3 ít phổ biến hơn. 7 Ở điều kiện thường, platin không bị gỉ trong không khí. Platin tác dụng chậm với brom lỏng ở nhiệt độ thường. Khi đun nóng, platin tác dụng với khí clo theo các phản ứng sau: Pt + 2Cl2 → PtCl4 (275oC-300oC, trong luồng Cl2) Pt + Cl2 → PtCl2 (500oC trong luồng Cl2) Platin rất bền đối với oxi, ngay cả khi ở nhiệt độ cao.
Vì vậy, những chén nung, bát nung, thuyền nung trong phòng thí nghiệm thường được làm bằng platin. Platin rất thụ động hóa học, không phản ứng với nước, kiềm, cacbon monooxit. Đối với các axit, platin chỉ tan trong nước cường toan: 2Pt + 4HNO3 + 16HCl → 2H2PtCl6 + 4NO + 8H2O Platin tan được trong axit HCl bão hòa Cl2 Pt + 2HCl (đặc, nóng) + 2Cl2 → H2PtCl6 Platin tác dụng với kiềm nóng chảy khi có mặt oxi hay chất oxi hóa khác. Bởi vậy không được nấu chảy kiềm hay nung hỗn hợp chứa kiềm trong chén hay bát làm bằng platin mà dùng chén hay bát bằng sắt niken hoặc bạc.
Một điểm đáng chú ý nữa là không được nung nóng các chén bát platin ở vùng giữa ngọn lửa vì ở đó Cacbon tác dụng với platin tạo thành cacbua. Platin dễ nấu chảy với các kim loại họ Platin (trừ Ruteni và Osmi), với cả Fe, Co, Ni, Cu, Au, v.v…, khó nấu chảy với Sb, Bi, Sn, Pb, Ag. Do đó, không được dùng chén Pt để nấu chảy kim loại và tất cả các chất có thể giải phóng kim loại ở nhiệt độ cao (vì tạo nên các hợp chất dễ nóng chảy với Pt), nấu chảy kiềm, peoxit kim loại, xyanua, sunfua, sunfit, thiosunfat. Cũng không dùng chén Pt để nấu chảy các hỗn hợp gồm có: B, Si, P, As, Sb tự do và các hợp chất của chúng với kim loại (borua, silixua…).
Để làm sạch các chén Pt, ta có thể đun sôi với HCl đặc hoặc HNO3 đặc hay nấu chảy một hỗn hợp đồng lượng H3BO3 và KBF4. 8 Tương tác của Pt với hydro phân tử cũng là một điểm nổi bật. Platin bột và muội platin hấp thụ một lượng đáng kể H2. Ở áp suất thường và ở 80oC, một thể tích kim loại platin có thể hấp thụ 100 thể tích H2.
Ứng dụng của platin Trong lĩnh vực xúc tác Xúc tác là một lĩnh vực quan trọng hiện nay nhằm nâng cao hiệu quả của các phản ứng hóa học và paltin là một vật liệu xúc tác được sử dụng từ những ngày đầu cũng như chiếm một phần lớn lượng chất xúc tác hiện đang sử dụng. Platin là chất xúc tác chính cho pin nhiên nhiệu, nó làm tăng mức độ phản ứng hóa học (tăng quá trình khử oxi). Platin có tính ổn định cao và hoạt tính điện xúc tác cao đối với những phản ứng quan trọng trong các tế bào nhiên liệu được hỗ trợ bởi các quá trình oxi hóa điện hóa của hydro và các phân tử hữu cơ nhỏ. Hơn 1/3 lượng bạch kim sản xuất hàng năm cho các thị trường quốc tế được sử dụng trong các bộ chuyển đổi chất xúc tác nhằm kiểm soát khí thải độc hại của xe hơi.3: Bộ chuyển đổi khí thải sử dụng platin làm xúc tác Ngoài ra platin còn được sử dụng trong quá trình reforming xúc tác trong công nghệ hóa lọc dầu để tạo những sản phẩm mong muốn.
9 Trong lĩnh vực chế tạo trang sức Trong một thời gian dài trước đây platin bị chê oan nhưng tới cuối thế kỷ 20 platin còn quý hơn cả vàng và những đồ trang sức được làm từ platin có lẫn vàng còn giá trị hơn nữa. Hiện nay, việc dùng platin để chế tạo trang sức rất phổ biến và dần thay thế vàng một phần nào đó. Platin có khả năng chống oxy hóa tốt cũng như rất ít gây dị ứng.4: Trang sức được làm từ bạch kim Trong y học và trị liệu da thẩm mỹ Trong y học Ai Cập cổ đại platin đã được sử dụng như một bài thuốc quý giúp tăng cường sức khỏe và lọai bỏ những yếu tố độc hại của cơ thể. Bạch kim có tính năng vượt trội là tác dụng chống oxi hóa tuyệt vời làm phục hồi tế bào gốc, tăng sức sống của tế bào rất mạnh đồng thời làm tăng khả năng đàn hồi cho da và được xem như một liều thuốc hoocmon nữ tính nuôi dưỡng da.
Nhờ vậy, nó tái tạo collagen cho da làm trẻ hóa da đồng thời có hiệu quả cao trong việc làm giảm những vết thâm, tàn nhan, nếp nhăn và chùn trên da, loại bỏ gốc tự do là nguyên nhân gây ra lão hóa. Platin an toàn cho da nhạy cảm và hoàn toàn không gây hại cho cơ thể, thậm chí chúng còn được sử dụng như chất phụ gia thực phẩm được Bộ Y Tế Nhật Bản cho phép.5: Platin được sử dụng trong mỹ phẩm Platin được sử dụng trong các thiết bị y tế như máy điều hòa nhịp tim, máy khử rung tim. Ngoài ra, các hợp chất của platin còn được sử dụng trong hóa trị liệu ung thư. Ví dụ như hợp chất cisplatin có tác dụng độc với tế bào, chống u và thuộc loại các chất alkyl hóa.
Trong công nghiệp và trong đời sống Với tính chất chống ăn mòn nổi bật, điểm nóng chảy cao và hoạt tính xúc tác cao, bạch kim và các hợp chất của nó có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp vượt hơn hẳn việc sử dụng chúng trong đồ kim hoàn. Từ năm 1825 nó đã được dùng để pha chế vào thép tạo ra một loại thép mới cứng hơn nhiều các loại thép trước đó. Nó cũng chịu được sự va đập rất mạnh và không bị gãy. Với công nghiệp điện, platin được sử dụng để sản xuất các cặp nhiệt điện và các nhiệt kế điện trở, cũng như các công tắc điện và các điện cực cho các ứng dụng khác nhau.6: Nhiệt kế platin sử dụng điện trở platin Trong công nghiệp thủy tinh, bạch kim được dùng cho thiết bị thủy tinh nấu chảy, như các khuôn kéo sợi thủy tinh để chế tạo sợi thủy tinh, nồi nấu kim loại.
Còn với công nghiệp máy bay dùng cho các điện cực của bugi để mồi bằng tia lửa cho động cơ đốt trong của máy bay và dùng cho các bộ phận đánh lửa trong tuabin chạy bằng khí đốt của động cơ máy bay. Ngày nay nhu cầu sử dụng platin trong các ứng dụng công nghệ cao tăng lên nhanh chóng do chúng có tính chống ăn mòn tốt với nhiệt độ nóng chảy cao. Các sản phẩm có yêu cầu cao đều cần sử dụng platin như: lọc hóa dầu, màn hình LCD, kính mắt, thuốc chống ung thư, sơn, ổ đĩa cứng, cáp sợi quang và chất nổ.7: Bút và vỏ điện thoại làm bằng platin 1. Vật liệu nano kim loại 1.
Tính chất vật liệu nano 12 1.