Все платиновые металлы относятся к числу мало распространенных элементов . Будучи весьма распылены по различным горным породам, платиновые металлы очень редко образуют скопления . Вследствие этого они стали известны сравнительно поздно. Скопления платиновых металлов содержат их почти исключительно в самородном состоянии как незначительную примесь к другим продуктам выветривания горных пород, Самой платины в подобных россыпях (аналогичных золотым) обычно бывает гораздо больше, чем остальных металлов платиновой группы. Отделение последних от платины и друг от друга представляет значительные трудности, чем отчасти и обусловлена высокая стоимость рассматриваемых элементов.
В свободном состоянии они представляют собой очень тугоплавкие и труднолетучие металлы,по плотности разделяемые иногда на легкие (Ru, Rh, Pd) и тяжелые (Os, Ir, Pt).
Палладий и платина хорошо поддаются механической обработке, тогда как Ru, Rh, Os и Ir более тверды и хрупки. Для большинства элементов платиновой группы характерна способность поглощать некоторые газы, в частности водород.
По отношению к химическим воздействиям .элементы платиновой группы чрезвычайно устойчивы. В виде компактных металлов большинство из них (кроме Pd и Pt) нерастворимо не только в обычных кислотах, но ив царской водке. Последняя легко растворяет платину, а палладий растворим также в HNО3. Все платиновые металлы могут быть переведены в растворимое состояние сплавлением со щелочами в присутствий окислителей.
Даже наиболее активные металлоиды при обычных температурах на компактные платиновые металлы не действуют. Более или менее энергичное взаимодействие может быть вызвано нагреванием, причем наблюдаются интересные индивидуальные особенности отдельных- элементов: по отношению к фтору и кислороду устойчивее других металлов родий и платина, по отношению к сере — рутений, по отношению к хлору— иридий. Наиболее энергично реакции протекают у осмия, тонкий порошок которого медленно окисляется на воздухе (до OsО4) даже при обычных условиях. Меньшая химическая устойчивость в очень мелко раздробленном состоянии (в виде «черни») по сравнению с компактным характерна и для других платиновых металлов.
Наибольшее практическое значение имеет сама платина. Из нее вырабатываются лабораторная посуда и отдельные части аппаратуры химических заводов. В электротехнике платина идет для изготовления нагревательной обмотки электрических печей и приборов, служащих для измерения температуры (термометров сопротивления- и термопар). Весьма важное применение находит она также в качестве катализатора при различных производственных процессах химической промышленности.
Соединения элементов платиновой группы значительного практического применения пока не находят. Они весьма многочисленны и разнообразны по типам, так как у отдельных металлов известны производные, отвечающие самым различным валентным состояниям вплоть до VIII. Однако некоторые валентности малохарактерны. Все элементы платиновой группы отличаются сильно выраженной тенденцией к комплексо-образованию.
Производные двухвалентных элементов особенно характерны я палладия и отчасти платины. Последняя образует очень большое число комплексных соединении, но лишь немного простых, напротив, для палладия двухвалентное состояние является наиболее устойчивым и в том и в другом случае.
Из простых соединений Pd²⁺ наиболее важны его соли, большая часть которых представляет собой легкорастворимые кристаллические вещества, окрашенные в различные оттенки коричневого цвета. Таковы, например, являющиеся обычными продажными препаратами палладия желто-коричневый Pd(NO3)2 и красно-коричневый PdCl • H2O. В растворе PdCl2 уже при обычной температуре легко восстанавливается до металла по реакции:
PdCl2 + Н2O + СО = СO2 + 2HCI + Pd
На этом основано его применение для открытия окиси углерода в газовых смесях. Как PdCl2, так и другие соли этого элемента в растворах довольно сильно гидролизованы.
Комплексные производные двухвалентных палладия и платины многочисленны и разнообразны по составу. Важнейшими из них являются хлороплатиниты (соли. Н2[РtСl4]) и цианоплатиниты (соли H2[Pt(CN)4]).
Соединения трехвалентных элементов наиболее характерны для родия и иридия. Их гидроокиси — желтая Rh(OH)3 и зеленая Ir(ОН)3 — практически нерастворимы в воде. Обе они характеризуются слабо выраженными основными свойствами, а при нагревании легко теряют воду, переходя в черные окислы Э2O3. Помимо обычных солей, для обоих элементов известно много разнообразных комплексных соединений. Отвечающие четырехвалентным элементам двуокиси ЭO2 известны для всех платиновых металлов (частично — лишь в форме гидратов). Другие производные этой валентности особенно характерны для самой платины. Коричневая Pt(OH)4 растворима и в кислотах и в сильных щелочах, а при нагревании начиняет терять кислород еще до полного обезвоживания. Продуктами ее взаимодействия и с кислотами и со щелочами являются, как правило, но простые соли, а комплексные соединения. Например, с КОH и HCI протекают следующие реакции:
2KOH + Pt( OH )4 = K2[ Pt( OH )6]
Pt(OH)4 + 6НСl = H2[PtCI6] + 4H2O
Являющаяся обычным продажным препаратом этого элемента свободная хлороплати новая (иначе — платинохлористоводородная) кислота — H2[PtCl6] — может быть получена растворением платины в насыщенной хлором соляной кислоте:
Pt + 2CI2 + 2HCl = H2[PtCl6]
Образованием желтых осадков малорастворимых хлороплатинатов NH4⁺, К⁺, Rb⁺ и Cs⁺ пользуются иногда для открытия перечисленных катионов.
Образование комплексных аммиакатов характерно лишь для платины, причем большинство их отвечает типам [Pt(NH3)6]X4 и [Pt(NH3)4X2]X2. Напротив, анионные комплексы общей формулы М2[ЭХ6] (где X — большей частью тот или иной галоид) известны для всех металлов платиновой группы. Устойчивость их наибольшая у соединений платины .
Производные шестивалентных элементов наиболее характерны для осмия и рутения. Оба металла при сплавлении их со щелочами в присутствии окислителей образуют соли соответственно осмиевой или рутениевой кислоты по схеме, например:
Э + 3KNО3 + 2КОН = К2ЭО4 + 3KNО2 + Н2О
И осматы (например, фиолетовый K2ОsО4 • 2Н2О), и рутенаты (например, черный K2RuО4 • Н2О) в обычных условиях довольно неустойчивы, однако типичный для них характер изменений различен. Рутенаты легко восстанавливаются до RuО2, которая является наиболее устойчивым кислородным соединением рутения. Напротив, осматы легко окисляются до OsО4.
Соединения восьмивалентных элементов известны только для осмия и рутения. Четырехокись осмия является наиболее характерным окислом этого элемента и медленно образуется из мелко раздробленного металла и всех его соединений уже при хранении их на воздухе. Получать ее удобно путем нагревания порошка Os в токе кислорода. Четырехокись рутения может быть получена обработкой раствора K2RuО4 избытком хлора:
K2RuО4 + Сl2 = 2КСl + RuО4
Обе четырехокиси представляют собой легколетучие кристаллические вещества желтого цвета. В воде они довольно хорошо растворимы, причем растворы не показывают кислой реакции на лакмус.
Хотя сильными окислителями являются обе четырехокиси, однако различие их устойчивости проявляется довольно отчетливо. В то время как OsО4 кипит при 131° С без разложения, четырехокись рутения при нагревании выше 100° С распадается на RuО2 и кислород. Без соприкосновения с восстановителями OsО4 при обычных условиях изменениям не подвергается, тогда как RuО4 может сохраняться только в отсутствие света и влаги. Четырехокись осмия хорошо растворима в спирте, причем восстанавливается им до OsО2 лишь медленно, а при соприкосновении RuО4 со спиртом происходит взрыв. В общем, следовательно, RuО4 значительно менее устойчива, чем OsО4, и ее окислительные свойства выражены гораздо отчетливее. Пары обеих четырехокисей обладают характерным резким запахом, сильно разъедают слизистые оболочки и весьма ядовиты.
При всем многообразии образуемых элементами платиновой группы соединений основное для химии их практическое использование связано с каталитическими свойствами самих металлов. Ускоряя разнообразные химические процессы, они иногда особенно способствуют различным реакциям, протекающим при участии газообразного водорода. Наиболее интересен с этой стороны палладий, в присутствии которого водород уже на холоду и в темноте восстанавливает хлор, бром, иод и кислород, переводит SО2 в H2S, СlO'з в Сl', FeCl3 в FeCl2 и т. д. При одновременном наличии кислорода и воды насыщенный водородом палладий способен превращать N2 в NH4NО2, т. е, осуществлять связывание свободного азота в обычных условиях температуры и давления. Несмотря на многие отдельные различия, платиновые металлы в общем похожи на элементы семейства железа. И те, и другие являются серебристо-белыми или серыми металлами, характеризующимися трудной летучестью, причем их температуры плавления и кипения изменяются довольно закономерно, уменьшаясь при переходе снизу
вверх и слева направо (наибольшие они у осмия, наименьшие—у никеля). Для всех элементов триад характерна высокая каталитическая активность. Их ионы проявляют сильно выраженную тенденцию к комплексообразованию. Производящиеся от них соединения в подавляющем большинстве окрашены.
Почти все элементы триад образуют соединения, отвечающие нескольким различным валентным состояниям, причем изменение последних осуществляется сравнительно легко. При переходе в группе снизу вверх и слева направо наиболее типичная для того или иного элемента валентность в общем, как это видно из приводимого сопоставления, понижается .
Между элементами вертикальных столбцов проявляются отдельные черты и более близкого сходства. Например, для всех членов ряда Со, Rh, Ir (в противоположность остальным элементам триад) характерно образование аммиакатов типа [9(NH3)6]X3. Члены ряда Fe, Ru, Os являются особенно активными катализаторами при синтезе аммиака из элементов, a Ni, Pd и Pt - - при различных реакциях присоединения водорода к органическим соединениям. Для Fe, Ru и Os кислородные соединения характернее сернистых, тогда как для Ni, Pd, Pt имеет место обратное. В этом, равно как и в некоторых других отношениях, Fe, Ru и Os похожи на Мn, Тс и Re, a Ni, Pd и Pt — на Сu, Ag и Аu. По своим химическим свойствам члены триад являются таким образом переходными между примыкающими к ним элементами подгруппы марганца, с одной стороны, и подгруппы меди, — с другой.