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Platin 07:44 min

Textversion des Videos

Transkript Platin

Guten Tag und herzlich willkommen! Dieses Video heißt Platin. Der Film gehört zur Reihe Elemente. Als Vorkenntnisse solltest du die Naturwissenschaften bis zum 11. Schuljahr gut beherrschen. Mein Ziel ist es dir eine Übersicht über die Eigenschaften und die Verwendung des chemischen Elements Platin zu vermitteln. Den Film hab ich in 5 Abschnitte unterteilt: 1. Kurze Geschichte 2. Stellung im Periodensystem der Elemente 3. Eigenschaften 4. Herstellung und Hersteller 5. Verwendung   1. Kurze Geschichte Man nimmt an, dass bereits vor 3000 Jahren im alten Ägypten Platin verwendet wurde, allerdings ist diese Tatsache nicht endgültig bewiesen. Im 17. Jahrhundert wurde von den Eroberern Amerikas an den Flüssen Ecuadors Metall gefunden, dessen Eigenschaften ihnen missfielen. Die Spanier nannten es deshalb "Platina", was in der Übersetzung etwa "kleines, unreifes Silber" bedeutet, daher warfen sie es zurück in die Flüsse. Im Jahre 1750 hielt der Wissenschaftler William Watson einen Vortrag über die Eigenschaften des Platins. Er fasste die Eigenschaften des Metalles zusammen und konstatierte: "Ich habe nichts Neues entdeckt", trotzdem gilt seitdem Watson als Entdecker des Platins. Rückblickend muss man feststellen, nicht Watson hat das Platin entdeckt, sondern das Platin hat Watson entdeckt. 1784 stellte Achard den ersten Platintiegel her und 1823 baute Döbereiner das nach ihm benannte Feuerzeug, das mit Platin als Katalysator funktionierte. Heute zu Beginn des 21. Jahrhunderts kann man feststellen, dass Platin ein wichtiges Metall der modernen Zivilisation ist.   2. Stellung im Periodensystem der Elemente Im Periodensystem der Elemente befindet sich Platin hier. Es steht in der 8. Nebengruppe, als Nebengruppenelement ist es ein Metall. Sein chemisches Symbol ist Pt. Die wichtigsten Oxidationszahlen in den chemischen Verbindungen sind: +2, +4 und +6.   3. Eigenschaften Platin ist ein grauweißes Edelmetall, es ist weich, etwas härter als Gold, seine Mohshärte beträgt 3,5. Platin hat eine hohe Dichte von 21,4 g/cm³, damit ist seine Dichte höher, als die Dichte von Gold, die von Quecksilber, Silber, Kupfer und Eisen. Platin ist gut mechanisch formbar. Platin ist relativ hoch schmelzend. Die Schmelztemperatur beträgt 1768 °C. Platin verfügt über ausgezeichnete katalytische Eigenschaften, es beschleunigt die Verbrennung von Wasserstoff im Sauerstoffstrom. Diese Anwendung wurde beim Döbereiner-Feuerzeug ausgenutzt. Platin geht mit verschiedenen Metallen Legierungen ein, mit Eisen, Nickel und Kupfer, auch mit Kobalt, Gold und Wolfram. Und auch Galium und Zinn bilden mit Platin Legierungen. Die Reaktivität von Platin ist ziemlich gering. Es reagiert weder mit konzentrierter Salz- noch mit konzentrierter Salpetersäure, vom Gemisch der beiden dem Königswasser, wird Platin angegriffen. In der Hitze kann man Platin mit Schwefel, Phosphor, Bor, Silizium und Kohlenstoff zur Reaktion bringen. Unter den Platinmetallen, ist Platin das edelste.   4. Herstellung und Hersteller Platinbergbau findet heute nicht mehr statt, einzige Ausnahme ist Südafrika. Platin fällt hauptsächlich als Nebenprodukt der Nickelgewinnung an. Bei der Elektrolyse wird zuerst das edlere Platin, dann das unedlere Nickel abgeschieden. Diese Art der Gewinnung und Reinigung bezeichnet man als Raffination. Im Labor gewinnt man Platin auch durch Glühen von Hexachloridoplatinsäure, das Metall fällt als sogenannter Platinschwamm an. Die Weltförderung von Platin wurde im Jahr 2008 hauptsächlich durch 3 Länder bestritten: Südafrika förderte 153 t, Russland 25 t und Kanada 7,2 t. Zusammen waren das mehr als 90% der Weltförderung.   5. Verwendung Metallisches Platin wird in vielen Gebieten von Wissenschaft und Technik eingesetzt, zunächst einmal ist es ein Münzmetall, auch Platinschmuck erfreut sich großer Beliebtheit. Platin wird zur Fertigung von Thermoelementen verwendet, auch ein Laserdrucker benötigt Platin. Auch in Zündkerzen findet man Platin, und ebenso in den Heizwiderständen von Herdplatten. Laborgeräte werden aus Platin gefertigt, so wie dieser Platintiegel. Platinspiegel dunkeln im Gegensatz zum Silberspiegel nicht nach. Über Platin als Katalysator haben wir bereits gesprochen, man setzt es im Abgaskatalysator und in der Brennstoffzelle ein, auch bei der Salpetersäureherstellung wirkt Platin als Katalysator. Raketen enthalten Platin in der Verkleidung, in Flugzeugtriebwerken ist es Bestandteil der Turbinenleitschaufeln. Spinndüsen werden mechanisch stark beansprucht, dieser Beanspruchung wird das Platin gerecht und schließlich sei nicht vergessen, dass bis 1960 eine Platin-Iridiumlegierung als Meterprototyp diente. Auch die Platinverbindungen sind von Bedeutung, über die Hexachloridoplatinsäure haben wir bereits gesprochen, das komplexe Anion bildet mit einigen Metallionen Niederschläge, mit den Ionen des Kaliums, Rubidiums, Cäsiums, dem Ammonium-Ion und dem Thallium(I)-Ion. Es bildet sich jeweils ein gelber Niederschlag. Die Platinfluoride sind starke Oxidationsmittel, Platin(V)-Flourid oxidiert selbst Wasser, wobei Sauerstoff O2 frei wird. Platin(VI)-Flourid oxidiert das Edelgas Xenon. Platin(IV)-Oxid wird für die Katalyse eingesetzt. Ein Platinkomplex, das "Cis-Platin" wird bei der Chemotherapie bei Krebs eingesetzt. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg! Auf Wiedersehen!

Platin Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video 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.

  • 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.

  • 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.

  • 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: ${ Pt{ F }_{ 6 } }+Xe\quad \rightarrow ({ { Xe }^{ + } }Pt{ F }_{ 6 }{ ) }^{ - }$.

  • 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.