Platin

Platin Übung

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