Platin

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Inhaltsverzeichnis zum Thema Platin

Platin – ein Metall mit vielen Anwendungen
Die Chemie des Platins
- Platin – chemische Reaktionen
Platin – Vorkommen und Gewinnung
Platin – Verwendung
Zusammenfassung zu Platin
Häufig gestellte Fragen zum Thema Platin

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Lerntext zum Thema Platin

Platin – ein Metall mit vielen Anwendungen

Platin ist aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Das war nicht immer so. Als dieses Metall entdeckt wurde, wussten die Entdecker nichts damit anzufangen und bezeichneten es als unreifes Silber, das ist die wörtliche Übersetzung der Bezeichnung Platin. Doch damit lag man falsch. Die Eigenschaften des Platins ermöglichen eine Vielzahl von Verwendungen für dieses Metall.

Die Chemie des Platins

Platin ist ein chemisches Element und wird mit dem Symbol $\ce{Pt}$ abgekürzt. Platin steht im Periodensystem der Elemente in der VIII. Nebengruppe bzw. zehnten Gruppe und der sechsten Periode. Es handelt sich um ein Edelmetall. Zusammen mit anderen Elementen der VIII. Nebengruppe bildet es die Platinmetalle. Dazu gehören Ruthenium $\ce{(Ru)}$ , Rhodium $\ce{(Rh)}$ , Palladium $\ce{(Pd)}$ , Osmium $\ce{(Os)}$ und Iridium $\ce{(Ir)}$ . In Verbindungen besitzt Platin in der Regel die Oxidationszahl +II, +IV oder +VI. In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten chemisch-physikalischen Eigenschaften von Platin zusammengefasst:

Eigenschaft	Wert/Beschreibung
Farbe	grau-weiß, silberglänzend
Dichte	21,4 g/cm³
Atommasse	195,09 u
Schmelzpunkt	1 768 °C
Siedepunkt	3 827 °C
Härte (auf der Mohs-Skala)	4–4,5; weiches und gut formbares Metall

Platin – chemische Reaktionen

Als Edelmetall ist Platin reaktionsträge. Die Eigenschaften und der Atomaufbau von Platin führen dazu, dass es chemisch stabil ist. Es geht kaum Verbindungen mit anderen Elementen ein. Nur mit Schwefel, Phosphor, Bor, Silicium und Kohlenstoff reagiert Platin unter Verbindungsbildung. Platin bindet an seiner Oberfläche bestimmte Gase, z. B. Wasserstoff und Sauerstoff, worauf die Wirkung von Platin als Katalysator zurückzuführen ist. Katalysatoren beschleunigen chemische Reaktionen, ohne selbst verbraucht zu werden. Beispielsweise reagiert Sauerstoff $\ce{O2}$ mit Wasserstoff $\ce{H2}$ in Anwesenheit von Platin explosionsartig zu Wasser $\ce{H2O}$ :

$\ce{2H2 + O2 ->[Pt] 2H2O}$

Als edles Metall ist Platin auch gegen die meisten Säuren widerstandsfähig. Es ist nur löslich in Königswasser, einer Mischung aus Salpetersäure $\ce{(HNO3)}$ und Salzsäure $\ce{(HCl)}$ . Außerdem wird es von einigen konzentrierten Laugen, Cyaniden und Bromwasserstoffsäure angegriffen. Mit folgenden Metallen bildet Platin Legierungen:

Eisen $\ce{(Fe)}$
Nickel $\ce{(Ni)}$
Kupfer $\ce{(Cu)}$
Kobalt $\ce{(Co)}$
Gold $\ce{(Au)}$
Wolfram $\ce{(W)}$
Zinn $\ce{(Sn)}$
Gallium $\ce{(Ga)}$

Platin – Vorkommen und Gewinnung

Platinvorkommen findet man in Südafrika, Russland und Kanada. Abgebaut wird Platin heutzutage nur noch in Südafrika. Die Gewinnung von Platin erfolgt hauptsächlich als Nebenprodukt bei der Kupfer- und Nickelproduktion. Kupfer und Nickel werden elektrolytisch durch den Prozess der Raffination gewonnen. Bei der elektrolytischen Raffination werden Platten des unreinen Metalls als Anode (Pluspol) benutzt. An der Anode wird das Metall oxidiert und geht in Lösung. Als Elektrolyt, also die Flüssigkeit zwischen den beiden Elektroden, wird eine Nickel- oder Kupfersalzlösung verwendet. An der Kathode (Minuspol) scheidet sich das reine Metall ab. Neben dem zu gewinnenden Metall enthält die Anode auch andere metallische Komponenten, wie beispielsweise Platin. Dieses wird nicht oxidiert, sondern setzt sich in reiner Form als Anodenschlamm unter der Elektrode ab.

Platingewinnung

Platin – Verwendung

Eine der wichtigsten Eigenschaften von Platin ist seine Wirkung als Katalysator. Das spielt auch in der industriellen Anwendung eine Rolle. Platin wird aufgrund seiner katalytischen Eigenschaften in Abgaskatalysatoren und Brennstoffzellen verbaut. Weitere Verwendung findet Platin:

als Bestandteil von Schmuck, aufgrund der hohen Beständigkeit,
in Thermoelementen, Zündkerzen und Herdplatten,
in Computern,
beim Bau von Raketen und Flugzeugen,
in Laborgeräten und
als Platinverbindungen, z. B. Platinfluoride, als Oxidationsmittel und in der Medizin in der Chemotherapie.

Zusammenfassung zu Platin

Platin ist ein Edelmetall und ist im Periodensystem der Elemente in der VIII. Nebengruppe zu finden. Es gehört damit zu den Übergangsmetallen.
Platin ist sehr weich und formbar, aber sehr beständig, da es sehr reaktionsträge ist.
Platin ist ein wichtiger Katalysator in der Chemie und Industrie.
Größtenteils wird Platin als Nebenprodukt der elektrolytischen Raffination bei der Herstellung von Nickel und Kupfer gewonnen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Platin

Was ist Platin?

Welche physikalisch-chemischen Eigenschaften machen Platin so besonders?

Platin Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Lerntext Platin kannst du es wiederholen und üben.

Beschreibe die Eigenschaften von Platin.

Tipps

Platin ist ein grauweißes Metall.

Platin besitzt eine Mohshärte von 3,5. Hierbei ist definiert, dass alle Stoffe, die mehr als 5 auf der Skala besitzen, als hart gelten.

Mit einem Platinkatalysator reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser.

Lösung

Platin ist ein Edelmetall, welches sich in der Nebengruppe, der sogenannten Platingruppe, befindet.
Angeblich wurde es vor 3000 Jahren im alten Ägypten bereits genutzt. Sicher ist jedoch, dass die Spanier dem Metall den Namen gaben. Dieser leitet sich von Silber ab. 1750 hielt der Forscher Watson einen Vortag über das Platin und gilt seitdem als Entdecker. 1823 wurden die katalytischen Eigenschaften des Platins genutzt, indem man eine künstliche Knallgasreaktion herbeiführte. Es reagieren hier Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser. Die Reaktion ist stark exotherm.
Weiterhin ist Platin als Metall relativ weich, dennoch härter als Gold. Es ist gut formbar und wird daher auch viel für Schmuck verwendet. Es besitzt, wie oben erwähnt, katalytische Eigenschaften. Ebenfalls bildet Platin zahlreiche Legierungen und ist weitestgehend immun gegen eine Oxidation, was es als Anwendungsprodukt sehr wichtig macht.
Gib Produkte an, die Platin enthalten.

Tipps

Platin ist ein seltenes und edles Metall.

Platin ist sehr gut formbar und weich.

Platinspiegel laufen nicht an.

Lösung

Platin ist ein Nebengruppenmetall und aufgrund seiner charakteristischen Eigenschaften eines der wichtigsten Anwendungsmetalle. Es ist derzeit sogar noch wertvoller als Gold und viel wertvoller als Silber.
Platin wird als Material für Spiegel genutzt, da dieses im Gegensatz zu Silberspiegeln nicht anläuft. Generell oxidieren aus Platin gefertigte Oberflächen nicht. Dadurch dass das Metall sehr weich und gut formbar ist, wird Schmuck wie Ringe aus Platin hergestellt. Diese sind entsprechend teurer. In Heizplatten wird Platin für den Heizwiderstand genutzt. In Laborgeräten wie Bunsenbrennern wird oftmals auch ein dünner Platindraht genutzt, da Platin keine Flammenfärbung erzeugt, was sehr sinnvoll ist. Platin ist ebenfalls ein wichtiges Münzmetall. Es wird als Wertanlage gesehen und 1846 prägte Russland sogar einen Rubel aus Platin, den sogenannten Platinrubel. Wichtige weitere Anwendungsfelder sind Laserdrucker, Brennstoffkatalysatoren, Thermolelemente und Verkleidungen für Raketen.
Ermittle die Oxidationszahlen der Platinverbindungen.

Tipps

Reine Elemente haben die Oxidationszahl 0.

Sauerstoff hat die OZ -2.

Insgesamt muss die OZ im Molekül 0 ergeben.

Lösung

Platin ist ein sehr wichtiges Edelmetall aus der Nebengruppe. Es reagiert wie ein typisches Edelmetall und ist also gegenüber der Oxidation immun, dafür aber ein guter Katalysatorstoff. So reagiert es auf die oxidierende Salpetersäure und die Salzsäure nicht. Erst auf ein Gemisch von beiden, der Königssäure, reagiert Platin. Es bildet sich die rotbraune Hexachloridoplatinsäure mit der OZ des Platins +4.
Insgesamt hat Platin, wie die meisten typischen Metalle, einen definierten Bereich der OZ. Dieser reicht beim Platin von 0 (elementar) bis +6. Diese Stufe ist allerdings ein äußerst starkes Oxidationsmittel. Platinhexafluorid kann sogar Edelgase (Xenon) zur Oxidation zwingen. Auch bildet Platin mit zahlreichen anderen Stoffen Verbindungen, wie das Platin(II)-sulfid zeigt. Platin liegt hier in der OZ +2 vor und bildet ein stabiles grünes Salz.
Beschreibe die katalytische Fähigkeit des Platins.

Tipps

Katalysatoren wie etwa Platin müssen nach einiger Zeit besonders an der Oberfläche gereinigt werden.

Platinkatalysatoren werden etwa beim Ostwaldverfahren eingesetzt, wo die Edukte die Katalysatoroberfläche kurz berühren und dort reagieren.

Lösung

Katalysatoren sind Stoffe, die die Aktivierungsenergie einer Reaktion herabsetzen und somit beschleunigen. Sie ändern nichts an der Thermodynamik einer Reaktion. So kann am Beispiel der Knallgasreaktion betrachtet werden, dass diese Reaktion freiwillig stattfinden würde. Sie ist stark exotherm, jedoch fehlt bei Raumtemperatur die nötige Aktivierungsenergie. An dieser Stelle verhilft ein Katalysator zur Reaktion. Dieser wird dabei nicht verbraucht. Bei manchen Verfahren muss ein verschmutzter Katalysator regeneriert werden.
Platin ist ein sehr guter Katalysator und auch wirtschaftlich sehr relevant. Die Katalysatorfähigkeit des aktivierten Platins liegt darin, dass auf der Oberfläche Gase gebunden werden und dort reagieren können. Beispielsweise werden im wichtigen Ostwaldverfahren zur Herstellung von Salpetersäure die Edukte Ammoniak und Sauerstoff auf der Oberfläche gebunden, die dann weiter zu Stickstoffmonoxid und Wasser reagieren.
Bestimme die Schmelztemperatur folgender Metalle.
Tipps

Der Schmelzpunkt von Platin beträgt: 1768° C.

Silber ist ein sehr guter Wärmeleiter. Es kann jedoch nicht so hoch erhitzt werden wie Gold.

Kupfer ist ein günstiger Wärmeleitungsersatz für die anderen Edelmetalle. Es schmilzt bei 1085°C. Damit schmilzt es nur bei 23°C mehr als Kupfer.

Lösung
Der Schmelzpunkt ist definiert als der Punkt, wenn ein Element vom festen Zustand in den Flüssigen wechselt. Er ist außerdem wenig vom Druck, aber sehr vom Element abhängig. Die Schmelzpunkte reiner Elemente sind charakteristisch für jedes einzelne.
Die korrekte Reihenfolge dieser Aufgabe lautet:
- Silber: 961° C
- Gold: 1063° C
- Kupfer: 1085° C
- Platin: 1768° C
Eine Reihenfolge oder Tendenz innerhalb der Nebengruppen kann also nicht definiert werden. Die Härte der Metalle gibt in etwa die Reihenfolge der Schmelzpunkte an, wobei Kupfer hier hinter Silber und Gold liegt. Dennoch kann gesagt werden, dass die Edelmetalle allesamt gute Wärmeleiter sind und entsprechend in der Technik eingesetzt werden.
Vervollständige die Reaktionen mit Platin.

Tipps

Das Nitrosylchlorid ist das Säurechlorid der salpetrigen Säure ( ${ HNO }_{ 2 }$ ).

Platin kann auch als Katalysator Reaktionen stattfinden lassen bzw. beschleunigen.

Xenonhexafluoroplatinat ist eine ionische Verbindung.

Lösung

Platin ist ein Edelmetall, welches sehr charakteristische Reaktionen eingeht.
Platin ist ein gutes Katalysatorenmaterial. Ein Feuerzeug basierte darauf, dass Platin Wasserstoff und Sauerstoff in der stark exothermen Knallgasprobe zu Wasser reagieren ließ: ${ H }_{ 2 }\quad +\quad { O }_{ 2 }{ \cfrac { Pt }{ \rightarrow } }{ \quad 2{ H }_{ 2 }O }$ .
Ebenfalls relevant ist, dass sich Platin als Edelmetall nicht mit Salzsäure oder Salptersäure oxidieren lässt. Dennoch kann man eine Reaktion erzwingen, indem man das sogenannte Königswasser herstellt mit dem stark oxidativ wirkenden Nitrosylkation: ${ { HNO }_{ 3 } }+3HCl\rightarrow { NOCl }+{ Cl }_{ 2 }\quad +\quad { 2H }_{ 2 }O$ .
Das Nitrosylchlorid hat zusammen mit einem Überschuss an Salpetersäure und Chlor genug Kraft, das Platin in die Oxidationsstufe +IV zu überführen und die Hexachloridoplatinsäure zu bilden: $Pt\quad +\quad { 2Cl }_{ 2 }\quad +\quad 2NOCl\quad +\quad 2HN{ O }_{ 3 }\quad \rightarrow { { H }_{ 2 }{ PtCl }_{ 6 } }+\quad 4{ NO }_{ 2 }$ .
Interessant ist noch, dass Platin in der Oxidationsstufe +VI ein sehr starkes Oxidationsmittel darstellt. So wurde die Annahme, dass Edelgase keine Reaktionen eingehen, widerlegt. Man ließ Platinhexafluorid mit Xenon reagieren und erhielt als Reaktionsprodukt Xenonhexafluoroplatinat: ${ Pt{ F }_{ 6 } }+Xe\quad \rightarrow ({ { Xe }^{ + } }Pt{ F }_{ 6 }{ ) }^{ - }$ .