Platin

Sicherheitshinweise

GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Pulver

Gefahr

H- und P-Sätze

H: Entzündbarer Feststoff

P: Von Hitze / Funken / offener Flamme / heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen.

EU-Gefahrstoffkennzeichnung

Pulver

Leicht-
entzündlich

(F)

R- und S-Sätze

R: Leichtentzündlich.

S: Von Zündquellen fernhalten - Nicht rauchen.

Platin ist ein chemisches Elementmit dem Elementsymbol Pt und der Ordnungszahl 78. Im Periodensystem steht es in der Gruppe 10 (in der alten Zählung Teil der 8. Nebengruppe) oder Nickelgruppe. Platin ist ein schweres, schmiedbares, dehnbares, grau-weißes Übergangsmetall. Das Edelmetall ist sehr korrosionsbeständig und wird zur Herstellung von Schmuckwaren, Katalysatoren, Laborgeräten, Zahnimplantaten und Kontaktwerkstoffen verwendet.

Geschichte

Der Name leitet sich vom spanischen Wort platina, der negativ besetzten Verkleinerungsform von plata "Silber", ab. Die erste europäische Erwähnung stammt von dem italienischen Humanisten Julius Caesar Scaliger. Er beschreibt ein mysteriöses weißes Metall, das sich allen Schmelzversuchen entzog. Eine ausführlichere Beschreibung der Eigenschaften findet sich in einem 1748 veröffentlichten Bericht von Antonio de Ulloa.

Platin wurde wahrscheinlich erstmals um 3000 vor Chr. im Alten Ägypten verwendet. Der britische Forscher Sir William Matthew Flinders Petrie (1853-1942) entdeckte im Jahr 1895 altägyptischen Schmuck und stellte fest, dass Platin in kleiner Menge mitverwendet wurde.

Platin wurde auch von den Indianern Südamerikas benutzt. Es fand sich beim Gewinnen von Goldstaub im Waschgold als Begleitung und konnte nicht explizit abgetrennt werden. Die Schmiede seinerzeit nutzten unbewusst die Tatsache aus, dass sich native Platinkörnchen mit Goldstaub in der Glut von mit Blasebalgen angefachtem Holzkohlefeuer gut verschweißen lassen, wobei das Gold wie ein Lot wirkte und sich durch wiederholtes Schmieden und Erhitzen eine relativ homogene, helle, in der Schmiedehitze verformbare Metalllegierung erzeugen ließ. Diese konnte nicht wieder geschmolzen werden und war genauso beständig wie Gold, allerdings von weißlich-silberartiger Farbe. Schon ein ungefähr 15-prozentiger Platinanteil führt zu einer hellgrauen Farbe. Reines Platin war jedoch noch unbekannt.

Im 17. Jahrhundert wurde Platin in den spanischen Kolonien als lästiges Begleitmaterial beim Goldsuchen zu einem großen Problem. Man hielt es für "unreifes" Gold und warf es wieder in die Flüsse Ecuadors zurück. Da es ein ähnliches spezifisches Gewicht wie Gold hat und selbst im Feuer nicht anlief, wurde es zum Verfälschen desselben verwendet. Daraufhin erließ die spanische Regierung ein Exportverbot. Sie erwog sogar, sämtliches bis dato erhaltenes Platin im Meer zu versenken, um Platinschmuggel und Fälscherei zuvorzukommen und davor abzuschrecken.

Die Alchemie des 18. Jahrhunderts war gefordert, denn das Unterscheiden vom reinen Gold und das Extrahieren gestalteten sich mit den damaligen Techniken als außerordentlich schwierig. Das Interesse aber war geweckt. 1748 veröffentlichteAntonio de Ulloa einen ausführlichen Bericht über die Eigenschaften dieses Metalls. 1750 stellte der englische Arzt William Brownrigg gereinigtes Platinpulver her. Louis Bernard Guyton de Morveau fand im Jahre 1783 ein einfaches Verfahren um Platin industriell zu gewinnen.

Platin als Mineral und Vorkommen

Platin-Nugget, Konder Mine, Region Chabarowsk.

Einige Platin-Nuggets aus Kalifornien (USA) und Sierra Leone

Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Platin, Pt, 78
Serie	Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block	10, 6, d
Aussehen	grau-weiß
CAS-Nummer	7440-06-4
Massenanteil an der Erdhülle	0,005 ppm
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Kristallstruktur	kubisch flächenzentriert
Dichte	21,45 g/cm³ (20 °C)
Mohshärte	3,5
Magnetismus	paramagnetisch ( $\chi_{m}$ = 2,8 · 10^-4)
Schmelzpunkt	2041,4 K (1768,3 °C)
Siedepunkt	4100 K (3827 °C)
Molares Volumen	9,09 · 10^-6 m³/mol
Verdampfungswärme	510 kJ/mol
Schmelzwärme	19,6 kJ/mol
Schallgeschwindigkeit	2680 m/s
Spezifische Wärmekapazität	130 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit	9,43 · 10⁶ A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit	72 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände	0, +2, +4, +6
Oxide (Basizität)	PtO, PtO₂ (leicht basisch)
Normalpotential	1,118 V (Pt²⁺ + 2 e^- → Pt)
Elektronegativität	2,28 (Pauling-Skala)

Platin kommt gediegen, das heißt in elementarer Form in der Natur vor und ist deshalb von der International Mineralogical Association (IMA) als Mineral anerkannt. In der Systematik der Minerale nach Strunz (9. Auflage) ist es in der Mineralklasse der "Elemente" und der Abteilung der "Metalle und intermetallische Verbindungen", wo es als Namensgeber der Unterabteilung "Platin-Gruppen-Elemente" zusammen mit Iridium, Palladium und Rhodium die unbenannte Gruppe 1.AF.10 bildet. In der veralteten, aber noch gebräuchlichen 8. Auflage trug Platin die System-Nr. I/A.14-70 (Elemente - Metalle, Legierungen, intermetallische Verbindungen).

Durch das von Hans Merensky 1924 entdeckte sogenannte Merensky Reef wurde der kommerzielle Abbau von Platin wirtschaftlich.

Die bedeutendsten Fördernationen von Platin waren 2011 Südafrika mit 139 Tonnen, Russland mit 26 Tonnen und Kanada mit 10 Tonnen, deren Anteil an der Weltförderung von 192 Tonnen 91 Prozent betrug. Der Platinpreis liegt zurzeit etwa 10 Prozent über dem Goldpreis (Stand: Juli/August 2013).

Weltweit konnte Platin bisher (Stand: 2011) an rund 380 Fundorten weltweit nachgewiesen werden.

Platin kommt auch in Form chemischer Verbindungen in zahlreichen Mineralen vor. Bisher sind rund 50 Platinminerale bekannt (Stand: 2011).

Gewinnung und Herstellung

Platin-Kristalle, gewonnen durch chemische Transportreaktionen in der Gasphase.

Metallisches Platin (Platinseifen) wird heute praktisch nicht mehr abgebaut. Umfangreichen Platinbergbau gibt es nur noch im südlichen Afrika und den USA.

Wichtigste Platinquelle ist die Buntmetallerzeugung (Kupfer und Nickel). Hier fallen die Platingruppenmetalle als Nebenprodukt z.B. der Nickelraffination an. Als Platinnebenmetall bezeichnet man fünf Metalle, die in ihrem chemischen Verhalten dem Platin so ähneln, dass die Trennung und Reindarstellung früher große Schwierigkeiten machte. 1803 wurden Iridium, Osmium, Palladium und Rhodium entdeckt; 1844 folgte Ruthenium.

Platinschwamm entsteht beim Glühen von Ammoniumhexachloridoplatinat oder beim Erhitzen von Papier, das mit Platinsalzlösungen getränkt ist.

Zum Recyceln von Platin wird dieses entweder oxidativ in Königswasser, einer Mischung aus Salpeter- und Salzsäure, oder in einer Mischung aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid aufgelöst. In diesen Lösungen liegt Platin dann in Form von Komplexverbindungen (z. B. im Fall von Königswasser als Hexachloroplatin(IV)-säure) vor und kann daraus durch Reduktion wieder gewonnen werden. Forscher der National Chung Hsiang University (Taiwan) haben ein neuartiges Verfahren entwickelt, bei dem Platin elektrochemisch in einer Mischung aus Zinkchlorid und einer speziellen ionischen Flüssigkeit aufgelöst wird. Unter einer ionischen Flüssigkeit versteht man ein organisches Salz, das bereits bei Temperaturen unterhalb von 100 °C geschmolzen vorliegt und über eine hohe Leitfähigkeit verfügt. Das gebrauchte Platin wird in Form einer Elektrode, die als Anode geschaltet wird, eingesetzt und die umgebende ionische Flüssigkeit auf etwa 100 °C erhitzt. Das Platin läst sich dabei oxidativ auf. Anschließend lässt sich das gelöste Platin als reines Metall auf einer Trägerelektrode wieder abscheiden.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Platin ist ein korrosionsbeständiges, schmiedbares und weiches Schwermetall.

Auf Grund seiner hohen Haltbarkeit, Anlaufbeständigkeit und Seltenheit eignet sich Platin besonders für die Herstellung hochwertiger Schmuckwaren.

Chemische Eigenschaften

Platin zeigt, wie auch die anderen Metalle der Platingruppe, ein widersprüchliches Verhalten. Einerseits ist es edelmetalltypisch chemisch träge, andererseits hochreaktiv, katalytisch-selektiv gegenüber bestimmten Substanzen und Reaktionsbedingungen. Auch bei hohen Temperaturen zeigt Platin ein stabiles Verhalten. Es ist daher für viele industrielle Anwendungen interessant.

Platin löst sich in heißem Königswasser

In Salz- und in Salpetersäure alleine ist es jeweils unlöslich. In heißem Königswasser, einem Gemisch aus Salz- und Salpetersäure, wird es dagegen unter Bildung von rotbrauner Hexachloroplatin(IV)-säure angegriffen. Platin wird aber auch von Salzsäure bei Anwesenheit von Sauerstoff und von heißer rauchender Salpetersäure stark angegriffen. Auch von Alkali-, Peroxid-, Nitrat-, Sulfid-, Cyanid- und anderen Salzschmelzen wird Platin angegriffen. Viele Metalle bilden mit Platin Legierungen, beispielsweise Eisen, Nickel, Kupfer, Cobalt, Gold, Wolfram, Gallium, Zinn, etc. Besonders hervorzuheben ist, dass Platin zum Teil unter Verbindungsbildung mit heißem Schwefel, Phosphor, Bor, Silicium, Kohlenstoffin jeder Form reagiert, das heißt auch in heißen Flammengasen. Auch viele Oxide reagieren mit Platin, weshalb auch nur bestimmte Werkstoffe als Tiegelmaterial eingesetzt werden können. Beim Schmelzen des Metalls mit beispielsweise einer Propan-Sauerstoff-Flamme muss deshalb mit neutraler bis schwachoxidierender Flamme gearbeitet werden. Beste Möglichkeit ist das flammenfreie elektrisch-induktive Heizen des Schmelzgutes in Zirkonoxidkeramiken.

Katalytische Eigenschaften

Sowohl Wasserstoff, Sauerstoffals auch andere Gase werden von Platin im aktivierten Zustand gebunden. Es besitzt daher bemerkenswerte katalytische Eigenschaften; Wasserstoff und Sauerstoff reagieren in seiner Anwesenheit explosiv miteinander zu Wasser. Weiterhin ist es die katalytische aktive Spezies beim katalytischen Reforming. Allerdings werden Platinkatalysatoren schnell durch Alterung und Verunreinigungen inaktiv (vergiftet) und müssen regeneriert werden. Poröses Platin, das eine besonders große Oberfläche aufweist, wird auch als Platinschwamm bezeichnet. Durch die große Oberfläche ergeben sich bessere katalytische Eigenschaften.

Verwendung

Aufgrund ihrer Verfügbarkeit und der hervorragenden Eigenschaften gibt es für Platin und Platinlegierungen zahlreiche unterschiedliche Einsatzgebiete. So ist Platin ein favorisiertes Material zur Herstellung von Laborgeräten, da es keine Flammenfärbung erzeugt. Es werden z.B. dünne Platindrähte verwendet, um Stoffproben in die Flamme eines Bunsenbrenners zu halten.

Platin wird darüber hinaus in einer nahezu unüberschaubaren Anzahl von Bereichen verwendet:

Platin ist ein edles und derzeit vor Gold das wertvollste Edelmetall - es ist knapp sechzig Mal teurer als Silber. Es wurde und wird daher für teure Schmuckwaren und Schreibfedern, aber auch als Zahlungsmittel bzw. Geldanlage benutzt. Für diese Zwecke wird Platin, wie Gold, in Form von Legierungen verwendet, da es in reinem Zustand kaum härter als Gold ist. Die Anlagemünzen Platinum Canadian Maple Leaf und American Platinum Eagle werden heute noch ausgegeben. In Russland wurden zwischen 1828 und 1846 Geldmünzen aus Platin geprägt, der Platinrubel. Zunächst waren es Münzen aus etwa 10,3 Gramm Platin im Wert von 3 Rubeln, später kamen Münzen des doppelten und vierfachen Wertes und des entsprechenden Platingewichtes hinzu.
Thermoelemente
Widerstandsthermometer (z. B. Pt100)
Heizwiderstände
Kontaktwerkstoffe und Elektroden, z. B. in Zündkerzen
Katalysatoren. Beispiele sind nicht nur Fahrzeugkatalysatoren einschließlich der Diesel-Oxidationskatalysatoren und Katalysatoren in Brennstoffzellen, sondern auch solche für großindustrielle Prozesse wie der Salpetersäureherstellung und für Platin-Rhodium-Legierungen. Ein historisch wichtiges Beispiel ist das Döbereinersche Feuerzeug. Für 2005 wurde der Verbrauch von Platin für die Katalysatorherstellung auf 3,86 Millionen Unzen geschätzt, das entspricht etwa 120,1 Tonnen.
Magnetwerkstoffe
Chemischer Apparatebau, Labor- und Analysegeräte
Schmelztiegel für die Glasherstellung
Glaseinschmelzlegierungen
Medizinische Implantate, Legierungszusatz in Dentalwerkstoffen
Herzschrittmacher
Schubdüsen, Verkleidungen für Raketen
Spinndüsen
Platinspiegel (Spiegel und teildurchlässige Spiegel, die im Gegensatz zu Silberspiegeln nicht anlaufen können)
Laserdrucker (Ladekorona)
Beschichtungen von Turbinenleitschaufeln in Flugzeugtriebwerken
Platingeräte für die Spezialglasschmelze. Für die optische und technische Spezialglasschmelze werden tausende von Geräten aus Platinwerkstoffen hergestellt. Über Labortiegel aus Rein-Pt-, PtIr-, PtRh- oder PtAu-Werkstoffen für die ersten Versuchsschmelzen bis zu kompletten kontinuierlichen Wannensystemen, die einige 100 kg Platingewicht haben können. Außer den Läuterkammern, Tiegeln und Rohrsystemen aus PtIr oder PtRh kommen auch Zusatzgeräte wie Rührer, Deckel, Elektroden, Auslaufringe und Düsen zum Einsatz.

Der gebräuchlichste Werkstoff für die Geräte zur Herstellung von optischem Glas ist Rein-Pt oder Pt mit 0,3 bis 1,0 % Ir für die Tiegel und Rohrsysteme sowie PtRh₃ bis PtRh₁₀ für stark mechanisch beanspruchte Geräte wie zum Beispiel Rührer.

Bei den Geräten für die Herstellung von technischem Glas verwendet man PtRh₁₀- bis PtRh₃₀-Werkstoffe. Diese mechanisch stabileren hochprozentigen PtRh-Werkstoffe können in der optischen Glasschmelze nicht eingesetzt werden, da das Rh eine leicht gelbliche Färbung in der Schmelze hinterlösst, die zu Transmissionsverlusten in den optischen Glasprodukten führt.

Für spezielle Anwendungen werden auch FKS- (feinkornstabilisierte) und ODS (Oxide Dispersion Strengthened)-Werkstoffe in der optischen und technischen Spezialglasschmelze eingesetzt. Diese pulvermetallurgisch hergestellten Pt-, PtRh-, PtIr-, und PtAu-Werkstoffe werden mit ca. 0,2 % Yttrium- bzw. Zirkonoxid dotiert, um ein vorzeitiges Kornwachstum bei den Platingeräten im Glasschmelzprozess zu verhindern.

Das Hauptproblem bei der Bearbeitung dieser Werkstoffe ist die eingeschränkte Schweißbarkeit bei der Geräteherstellung.

Im Gegensatz zu den oben genannten Verwendungen, die Platin als Metall benutzen, gibt es auch eine hochwirksame und daher wichtige Klasse von Arzneimitteln gegen Krebs (Cytostatika), die Platin-Verbindungen enthalten, beispielsweise Cisplatin, Carboplatin und Oxaliplatin.

Der Internationale Kilogrammprototyp, der in einem Tresor des Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) aufbewahrt wird, besteht aus einer Legierung von 90 % Platin und 10 % Iridium.

Aus derselben Legierung besteht der Internationale Meterprototyp von 1889, der bis 1960 den Meter definierte.

Als Platin im Sinne der Kombinierten Nomenklatur gelten gemäß Anmerkung 4.B zu Kapitel 71 Platin, Osmium, Palladium, Rhodium und Ruthenium.

Legierungen/Werkstoffe

Fasserplatin ist eine Legierung bestehend aus ca. 96 % reinem Platin und ca. 4 % reinem Palladium (Schmelzpunkt: 1750 °C, Dichte: 20,8 g/cm³, Brinellhärte: 55, Zugfestigkeit: 314 N/mm², Bruchdehnung: 39).

Juwelierplatin ist eine Legierung bestehend aus ca. 96 % reinem Platin und ca. 4 % reinem Kupfer (Schmelzpunkt: 1730 °C, Dichte: 20,3 g/cm³, Brinellhärte: 110, Zugfestigkeit: 363 N/mm², Bruchdehnung: 25).

Beide Legierungen werden in der Schmuckindustrie häufig für Platin-Schmuck verwendet.

Pt1Ir ist eine Legierung aus 99 % Platin und 1 % Iridium für die Herstellung von Geräten für die optische Glasschmelze.
Pt3Ir ist eine Legierung aus 97 % Platin und 3 % Iridium für die Herstellung von Rührwerken für die optische Glasschmelze.
Pt5Rh ist eine Legierung aus 95 % Platin und 5 % Rhodium für die Herstellung von Rührwerken für die optische Glasschmelze.
Pt10Rh ist eine Legierung aus 90 % Platin und 10 % Rhodium für die Herstellung von Geräten für die technische Glasschmelze.
Pt20Rh ist eine Legierung aus 80 % Platin und 20 % Rhodium für die Herstellung von Geräten für die technische Glasschmelze.
Pt30Rh ist eine Legierung aus 70 % Platin und 30 % Rhodium für die Herstellung von Geräten für die technische Glasschmelze.
FKS Pt ist ein Werkstoff aus reinem Pt mit ca. 0,2 % Zirkonoxid für die Herstellung von Geräten für die optische Glasschmelze.
FKS Pt10Rh ist eine Legierung aus 90 % Platin und 10 % Rhodium mit ca. 0,2 % Zirkonoxid für die Herstellung von Geräten für die technische Glasschmelze.
ODS Pt ist ein Werkstoff aus reinem Pt mit ca. 0,2 % Yttriumoxid für die Herstellung von Geräten für die optische Glasschmelze.
ODS Pt10Rh ist eine Legierung aus 90 % Platin und 10 % Rhodium mit ca. 0,2 % Yttriumoxid für die Herstellung von Geräten für die technische Glasschmelze.
ODS Pt20Rh ist eine Legierung aus 80 % Platin und 20 % Rhodium mit ca. 0,2 % Yttriumoxid für die Herstellung von Geräten für die technische Glasschmelze.
ODS Pt ist ein Werkstoff aus reinem Pt mit ca. 0,2 % Yttriumoxid für die Herstellung von Geräten für die optische Glasschmelze.
ODS Pt10Rh ist eine Legierung aus 90 % Platin und 10 % Rhodium mit ca. 0,2 % Yttriumoxid für die Herstellung von Geräten für die technische Glasschmelze.
ODS Pt20Rh ist eine Legierung aus 80 % Platin und 20 % Rhodium mit ca. 0,2 % Yttriumoxid für die Herstellung von Geräten für die technische Glasschmelze.

Die ODS- und FKS-Werkstoffe haben in etwa die gleichen physikalischen Eigenschaften, aber werden aus patentrechtlichen Gründen mit Yttrium- bzw. Zirkoniumoxid hergestellt.

Diese Legierungen werden von den Spezialglasherstellern wie zum Beispiel Hoya und Asahi in Japan, Corning in den USA, Saint-Gobain in Frankreich und Schott in Deutschland für unzählige Geräte in der Glasschmelztechnik verwendet.

Basierend auf einem Artikel in Wikipedia.de