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Steckbrief: Platin

Informationen zum Element:

Bezeichnung

195,084

Symbol: Pt

Internationale Bezeichung (IUPAC): Platinum

Ursprung: Platin ist ein chemisches Element mit 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, Fahrzeugkatalysatoren, Laborgeräten, Zahnimplantaten und Kontaktwerkstoffen verwendet.
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 veröffentlichte Antonio de Ulloa einen ausführlichen Bericht über die Eigenschaften dieses Metalls. 1750 stellte der englische Arzt William Brownrigg gereinigtes Platinpulver her.

Bedeutung: span. platina schlechtes Silberchen

Daten Periodensystem

Periode: 6

Gruppe: Nickelgruppe

Gruppenname: 10 (VIII B)

Oxidationszahl: 4, 2, (0)

Atommasse [u]: 195,084

Elektronegativität

Elektronegativität (nach Allred): 1,4

Elektronegativität (nach Pauling): 2,28

Physikalische Daten

Aggregatzustand (20°C): fest

Dichte [g/cm²]: 21,46

Radioativ: n

Schmelztemperatur [°C]: 1772

Siedetemperatur [°C]: 3825

Kristallstruktur: kubisch flächenzentriert

Verwendung im Alltag

Gewinnung und Herstellung: Metallisches Platin (Platinseifen) wird heute praktisch nicht mehr abgebaut. Platinbergwerke gibt es nur in Südafrika (Transvaal). Sie gehören z. B. Anglo American Platinum oder Impala Platinum. Platinquellen sind auch die Buntmetallerzeugung (Kupfer und Nickel) in Greater Sudbury (Ontario) und Norilsk (Russland). Hier fallen die Platingruppenmetalle als Nebenprodukt 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, Rhodium entdeckt; 1844 folgte Ruthenium.
Platinschwamm entsteht beim Glühen von Ammoniumhexachloridoplatinat oder beim Erhitzen von Papier, das mit Platinsalzlösungen getränkt ist.
Physikalische Eigenschaften: Platin ist ein korrosionsbeständiges, schmiedbares und weiches Schwermetall.
Aufgrund 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.
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, Kohlenstoff in 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, Sauerstoff als 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 nach Rhodium bzw. noch vor Gold das zweitwertvollste Edelmetall – es ist ca. neunzigmal teurer als Silber. Es wurde und wird daher für teure Schmuckwaren und Schreibfedern, aber auch als Zahlungsmittel bzw. Geldanlage benutzt. Für diese Zwecke ist auch von Vorteil, dass Platin deutlich härter und mechanisch stabiler ist als Gold, das für Schmuckwaren in der Regel als Legierung verwendet wird. 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 wird 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 hinterlässt, 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.

Vorkommen und Häufigkeit

Vorkommen: 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 er als Namensgeber der Unterabteilung Platin-Gruppen-Elemente zusammen mit Iridium, Palladium und Rhodium die unbenannten 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).
Die bedeutendsten Fördernationen von Platin waren 2008 Südafrika mit 153.000 kg, Russland mit 25.000 kg und Kanada mit 7.200 kg, deren Anteil an der Weltförderung von 200.000 kg 92,5 % betrug.
Weltweit konnte Platin bisher (Stand: 2011) an rund 380 Fundorten nachgewiesen werden, so unter anderem in mehreren Regionen von Äthiopien, Australien, Brasilien, Bulgarien, China, der Demokratischen Republik Kongo, Deutschland, Frankreich, Guinea, Indonesien, Irland, Italien, Japan, Kolumbien, Madagaskar, Mexiko, Myanmar, Neuseeland, Norwegen, Papua-Neuguinea, Philippinen, Sierra Leone, Simbabwe, Slowakei, Spanien Tschechien, Türkei, im Vereinigten Königreich und den Vereinigten Staaten von Amerika (USA).
Platin kommt auch in Form chemischer Verbindungen in zahlreichen Mineralen vor. Bisher sind rund 50 Platinminerale bekannt (Stand: 2011).

Häufigkeit: 5,00 ⋅ 10^-7 % (prozentualer Massenanteil der Erdhülle, d.h. der Erdkruste/Ozeane bis 16 km Tiefe)