Свойства драгоценных и редкоземельных металлов

Тепловые свойства металлов

Тепловое линейное расширение чистых металлов

(относительное изменение длины при нагревании)

Удельная теплоемкость жидкого серебра равна 0,0761 и паров серебра 0,046 кал/г • град.

Теплопроводность серебра в широких пределах температур равна 1, при 0° С 0,999, от 10 до 97°С 1,096 кал/см • сек • °С. При глубоком охлаждении теплопроводность возрастает: при температуре —251,9°С равна 2,27 кал/см • сек °С "Теплопроводность золота, по данным различных исследований, составляет 0,7003—0,744 кал/см • сек •°С . Температурный коэффициент теплопроводности в интервале от 18 до 100°С равен 0,004. Теплопроводность родия при 20° С равна 0,213, иридия при 18°С 0,141 и палладия при 18°С 0,166—0,1683 кал/см • сек • °С.

Теплопроводность палладия при низких температурах, кал/см • сек • °С

Теплопроводность платины при 20°С равна 0,1664 кал/см • сек • °С. С повышением температуры теплопроводность платины возрастает и температурный коэффициент теплопроводности равен 0,51 • 10^-4. При понижении температуры теплопроводность платины вначале понижается, достигая минимума, затем вновь повышается. При всестороннем давлении, равном 12 000 кг/см², теплопроводность снижается на 1,9%, коэффициент изменения теплопроводности с увеличением давления равен —1,6•10^-6 на 1 кг/см². При растяжении с напряжением, равном 780 кг/мм ², теплопроводность снижается на 0,189%, коэффициент изменения теплопроводности под напряжением растяжения равен — 2,39 • 10^-6 на 1 кг/мм².

Электросопротивление

Благородные металлы I группы периодической системы имеют по сравнению с металлами платиновой подгруппы сравнительно малое удельное электросопротивление. Наибольшую проводимость по сравнению со всеми известными металлами имеет серебро. Среди благородных металлов самое большое удельное электросопротивление имеет платина. Платина имеет устойчивые величины удельного электросопротивления и его температурного коэффициента и применяется для термометров сопротивления. Удельное электросопротивление сильно зависит от содержания и характера примесей (проводимость и температурный коэффициент уменьшаются).

Удельное электросопротивление чистых металлов, ом•мм²/м

Термоэлектродвижущая сила благородных металлов в паре с платиной, мв

Термоэлектрические свойства серебра и золота

Термоэлектрические свойства родия и спектрально чистых платины и палладия

Термоэлектрические свойства

Явления термоэлектричества представляют большой теоретический и практический интерес. На них основаны действия термопар и ряда высокочувствительных приборов. Измерение т. э. д. с. широко применяется при физико-химическом анализе (построении диаграмм состояния и т. п.). Для термопар эталонным термоэлектродом служит чистая платина, с которым сравнивают металлы и сплавы. Т. э. д. с. чистых металлов сильно зависит от примесей и может служить критерием их чистоты. Наиболее устойчивые термоэлектрические пирометры для измерения высоких температур изготовляют из благородных металлов и сплавов на их основе. Термоэлектрические свойства благородных металлов наиболее полно были изучены в работах, проводившихся под руководством А. А. Рудницкого.

Магнитные свойства

Серебро и золото наряду с медью являются типичными диамагнетиками: магнитная восприимчивость отрицательна, т. е. намагниченность направлена против поля, мала по величине и не зависит от поля и температуры. Металлы платиновой подгруппы имеют положительною восприимчивость, т. е. стержень устанавливается вдоль линий поля. Удельная магнитная восприимчивость при 18°C•10⁶ равна для серебра — 0,20, золота — 0,139; рутения +0,50, родия + 1,11, палладия +5,5, осмия +0,05, иридия +0,15, платины +1,1 см³/г.

Удельная магнитная восприимчивость металлов платиновой подгруппы при различных температурах

Оптические свойства

Серебро имеет белый цвет.

Золото обладает золотисто-желтым цветом и сильным металлическим блеском. В дисперсном состоянии в проходящем свете имеет зеленый цвет, в виде тончайших листков в проходящем свете — зеленоватый или голубовато-зелный, в расплавленном состоянии — зеленый, пары золота зеленовато-желтого цвета. По сравнению с твердым расплавленное золото излучает в красном свете сильнее, чем в голубом. Коэффициент отражения непрозрачных пленок при λ= 300 ммк составляет 39%, при λ = 400 ммк 41%. Монохроматическая излучательная способность золота при 1000° С при λ = 0,66 мк равна 0,140 и при λ= 0,55 мк 0,45. Золото дает со многими металлами химические соединения, обладающие различной окраской. Соединение АuАl₂ (78,5% Аu + 21,5% Аl) имеет фиолетово-пурпурный цвет, АuZn₂ — синий цвет, Аu₂Nа— светло-желтый цвет, АuК — оливково-зеленый цвет, Аu₂К — фиолетовый цвет. С рубидием золото дает аурид Аu₂ Rb темно-зеленого цвета.

Рутений, палладий и платина имеют серебристо-белый цвет с слабым сероватым оттенком.

Родий имеет белый цвет с голубоватым оттенком. Отражательная способность родия меньше, чем у серебра, на 20%, но родиевые покрытия имеют более высокую стойкость в эксплуатации. Родиевые покрытия имеют высокую стойкость против потускнения, хорошую отражательную способность, высокую термическую (до 430° С) и химическую устойчивость. Покрытия, полученные распылением родия в аргоне или неоне, обладают большой отражательной способностью в области коротких инфракрасных волн, чем полученные распылением в азоте.

Иридий имеет белый цвет с сероватым оттенком, а осмий — оловянно-белый с серо-голубым оттенком.

Коэффициент лучеиспускания металлов в красной части спектра
(длина волны 0,65 мк)

Сплавы серебра с медью имеют серебристо-белый цвет и сильный блеск. С увеличением количества меди цвет сплавов постепенно переходит от серебристо-белого к желтому (70% Аu), от темного к бледно-красному (50% Аu), от бледно-красного к красному (30% Аu). Цвет сплавов золото — серебро — медь изменяется постепенно от золотисто-желтого (золото) до серебристо-белого (серебро) и до красного (медь); от ярко-красного (золота с медью) до светло-зеленого (золото с серебром). Добавка до 12% палладия (или равноценного по объему количества плагины) в золото и золотые сплавы (в том числе с медью) уничтожает практически полностью специфический для золота (и меди) цвет, придавая им оттенок, характерный для платиновых металлов.

Влияние добавок золота на цвет платиновых металлов незначительно. Так, добавка в палладий до 50% золота, меди, а также цинка, олова и хрома заметно на цвет не влияет. Введение в палладий серебра, никеля, алюминия, родия, рутения и иридия придает сплавам более светлый серебристый оттенок. Наибольшее влияние на цвет оказывают сурьма, марганец, кремний и железо. Сплав, содержащий 50% сурьмы, имеет золотистый, 50% марганца — темнобурый, 50% кремния — фиолетовый (как у кремния) цвет. Добавка 50% железа придает сплаву темный оттенок.

Отражательную способность благородных металлов используют при изготовлении бытовых и технических зеркал и в измерительных приборах. Наибольшее отражение видимой части спектра дает серебро, применение которого ограничено недостаточной стойкостью к потускнению. Высокую отражательную способность, сохраняющуюся с изменением длины волны, температуры и атмосферных условий, имеет родий; он применяется для покрытий технических зеркал и рефлекторов. В ряде случаев для покрытий деталей часов, измерительных приборов и технических зеркал используют палладий, имеющий по сравнению с серебром значительно большую устойчивость к потускнению и меньшую стоимость, чем золото и родий.

Химические и электрохимические свойства

Благородные металлы в порядке возрастания химической устойчивости в различных средах могут быть расположены в следующем порядке: серебро, палладий и оcмий (наименее устойчивы), платина и золото (устойчивы), рутений и родий (весьма устойчивы) и иридий (наиболее устойчив). Введение серебра в палладий, серебра и палладия в другие благородные металлы снижает их коррозионную устойчивость. Все благородные металлы не окисляются на воздухе при обычной температуре (кроме осмия) и не тускнеют под действием сероводорода и сернистых соединений (кроме серебра). Под действием ртутных соединений, а также паров соляной кислоты происходит коррозионное растрескивание сплавов золота, содержащих медь.

В соединениях серебро одновалентно. Нормальный потенциал по отношению к водородному электроду одновалентного серебра равен 0,798, по отношению к каломелевому электроду 0,52 в. Электродный потенциал в кислом растворе при температуре 25° С Ag ↔ Ag⁺ e^- равен 0,800 в. Электрохимический эквивалент серебра одновалентного 4,02468 г/а • ч; 0,24847 а•ч/г; 1,11800 мг/к; 0,89448 к/мг.

Серебро легко растворяется в концентрированной азотной и горячей серной кислотах. Действие азотной кислоты усиливается с повышением температуры. Серебро стойко в холодных растворах органических кислот, не загрязняет и не изменяет окраски фенола, фруктовых соков, эфирных масел, вина и многих фармацевтических препаратов. Серебро в виде ионов (так называемая серебряная вода) имеет весьма сильное бактерицидное действие. Серебро высоко стойко против коррозии в щелочах и мочевине. Сернистые соединения вызывают коррозию серебра; окись углерода, водород, фтор, азот, сухой аммиак, сухой сероводород при обычных температурах заметно не действуют. Галогены, влажный аммиак разъедают серебро. Тускнение и потеря отражательной способности серебра на воздухе свячаны с присутствием сернистых соединений (наряду с влагой и кислородом) и образованием пленки Аg₂S. Сероводород вызывает потускнение серебра при комнатной температуре, которое усиливается в присутствии влаги и при некотором повышении температуры. Сухой сероводород не действует на серебро. Сернистый ангидрид действует на серебро слабее, чем сероводород. При повышении температуры активность SО₂ к серебру увеличивается. Увеличение стойкости серебра к потускнению достигается введением цинка, олова, сурьмы и особенно кадмия.

Однако эти добавки (обычно составляющие не более 1—1,5%) не исключают потемнения в обычных атмосферных условиях. Значительно повышается стойкость к потускнению при добавке бериллия (0,5—1,5%). Серебро, содержащее 40% и более палладия, не тускнеет. Надежную защиту от потемнения в обычных условиях (например, при хранении серебряных изделий) дают пары 1%-ного раствора морфолина О : [СН₂СН₂]МН и некоторых других соединений.

Золото в соединениях одно-, двух- и трехвалентно. Нормальный потенциал одновалентного золота по отношению к водородному электроду 5 равен + 1,5; двухвалентного + ,1,36, трехвалентного + 1,3; по отношению к каломелевому электроду одновалентного золота + 1,2, трехвалентного + 1,0 в.

Электродный потенциал в кислом растворе Аu³⁺+ 3e ^- равен 1,42 мв, Аu⁺ + e^- равен 1,68 мв.

Перенапряжение водорода на золоте, по данным различных исследователей, в зависимости от условий определения приведено ниже:
Плотность тока 1 ма/см² 1 а/д м² 10 а/дм²
Перенапряжение водорода, в 0,18—0,24 0,39 0,59

Золото растворяется в царской водке и растворе цианистого калия, быстро разрушается в горячих смесях серной и азотной кислот и серной кислоты с окислами тяжелых металлов. Золото частично растворимо при кипячении в азотной кислоте и выше 250° С в присутствии кислорода в серной кислоте. Чистое золото стойко в кислороде, сере, сернистом ангидриде и селене. Под действием сероводорода образуется пленка, затрудняющая амальгамирование. Золото, химически восстановленное из разных растворов, имеет различный вид и цвет (черное золото, коричневое золото и т. п.). Различные виды золота могут быть получены восстановлением сернистой кислотой хлорного, хлористого, бромного, бромистого, или йодистого золота. Черное золото можно получить растворением золота в амальгаме натрия под водой с последующим подкислением соляной кислотой; коричневое золото — растворением серебрянозолотых сплавов. Черное золото растворяется в щелочных растворах скорее обычного золота и не амальгамируется ртутью или амальгамой натрия. Коричневое золото хорошо растворяется в азотной и соляной кислотах. При растворении в горячей соляной кислоте и последующем охлаждении образуются кристаллы обычного золота.

Рутений устойчив в кислотах и ряде других химически активных сред, в том числе в горячей царской водке, сильно окисляется в щелочах, наиболее агрессивен для рутения раствор NaClO. Рутений адсорбирует водород только в виде черни. При нагревании до 400—450°С адсорбция водорода резко уменьшается и чернь переходит в губку.

Родий в химических соединениях трехвалентен и имеет электрохимический эквивалент, равный 1,26 г/а • ч.

Родий устойчив в кислотах и других химических активных средах, в том, числе в царской водке. При сплавлении со щелочами окисляется. Родиевая чернь, получаемая при восстановлении родиевых солей смесью алкоголя и едкого кали или смесью аммиака, муравьиной и уксусной кислот, легко растворяется в присутствии воздуха в концентрированных серной и соляной кислотах и царской водке.

Родий в виде черни является катализатором ряда химических реакций: разлагает муравьиную кислоту на углекислоту и водород при комнатной температуре, превращает виннокислый калий в уксуснокислый и др. В присутствии родия коричная кислота превращается в гидрокоричную, малеиновая в янтарную, бензоиитрил в бидензиламин, ацетон в изооропиловын спирт, бензол в циклогексан, азобензол в циклогексан и аммиак. Родий адсорбирует водород только в виде черни. При нагревании до 400—450° С адсорбция водорода резко уменьшается и чернь переходит в губку. После пребывания в атмосфере кислорода родиевая чернь становится химически активной. Сплавлением родия, цинка и кадмия с последующей обработкой сплава соляной кислотой получают взрывчатый родий. При нагревании в течение нескольких суток до (100—200°С, способность родия к взрыву теряется. Если родий получать указанным выше способом, но без доступа кислорода, то получающийся нерастворимый в кислоте остаток не имеет способности взрываться.

Палладий в соединениях двух, и четырехвалентен. Нормальный электродный потенциал в кислом растворе при 25°С Pd ↔ Pd²⁺ + 2 e^- равен +0,83 в. Электрохимический эквивалент двухвалентного палладия равен 1,99 г/а•ч. Перенапряжение водорода на палладии при плотности тока 1 а/дм² равно 0,3 в и при 10 а/дм² 0,7 в.

Палладий имеет наибольшую химическую активность по сравнению с другими металлами платиновой группы, растворяется в царской водке и в концентрированной азотной кислоте. В закрытом помещении при обычных температурах палладий не темнеет. В виде сплавов с платиной служит катализатором ряда химических реакций при получении аммиака, азотной кислоты, лекарственных препаратов и т. д.

Иридий в наиболее устойчивых химических соединениях трех- и четырехвалентен. Электрохимический эквивалент четырехвалентного иридия равен 1,801 г/а•ч.

Иридий не растворяется в разбавленных и концентрированных кислотах и царской водке, слегка корродирует в царской водке при нагреве до 250—300° С и повышенном давлении. Иридиевые тигли стойки по отношению к расплавленному свинцу и силикатным расплавам, содержащим окись свинца, при 1000—1500° С, в то время как молибден окисляется окисью свинца, платина растворяется в жидком свинце. Иридий стоек против воздействия фосфатов кальция (23—45 мол. % Р₂О₂) при 1500—1650° С и давлении кислорода 10^-6—10^-7 ат. Платина в этих условиях взаимодействует с фосфором и разрушается.

Иридиевая чернь является катализатором химических реакций образования озона из кислорода, гипохлористой кислоты из кислорода и хлорной воды и т. д.

Осмий растворим в дымящей азотной кислоте и царской водке, легко окисляется. Осмиевая чернь так же, как и у других платиновых металлов, имеет каталитическое действие: вызывает взрыв гремучего газа при 40—50°С, образование аммиака из азота и водорода при 880—1000°С и давлении 185 ат и т. д.

Платина в соединениях двух- и четырехвалентна. Электродный потенциал в кислом растворе Pt ↔ Pt²⁺ +2е^- равен при 25°С + 1,2 в. Электрохимический эквивалент четырехвалентной платины равен 1,821 г/a•ч.

Платина весьма устойчива к действию различных химически активных веществ. При нагревании на воздухе платина не изменяется. Газы, содержащие углерод (метан, этилен, окись углерода), не действуют на платину. При нагревании платины в аммиаке она чернеет вследствие отложения на поверхности платиновой черни. Платина в компактном виде (проволока, листы, лента), в виде черни и в коллоидном состоянии представляет собой весьма активный катализатор ряда химических реакций. Содержание в платине никеля не снижает ее каталитического действия, алюминий, кобальт и висмут значительно уменьшают, а медь, цинк, серебро, олово и железо полностью уничтожают это действие.

Платиновая чернь при нагревании до 700—800° С переходит в губчатую платину, которая активно поглощает водород и при нагревании на воздухе загорается.

Механические свойства

Основные константы упругости:
Е — модуль нормальной упругости, кгс/мм²;
G — модуль касательной упругости (модуль сдвига), кгс/мм²;
µ — коэффициент Пуассона.

Основные показатели сопротивления малым пластическим (упруго-пластическим) деформациям:
(σ_п.ц—предел пропорциональности (условный), кгс/мм²;
σ _т—предел текучести (физический), кгс/мм²;
σ _0,2 — предел текучести условный, кгс/мм².

Величины σ_п.ц, σ _т, σ _0,2 определяются из испытания на растяжение. Основные показатели сопротивления значительным пластическим деформациям:
σ_h — временное сопротивление, кгс/мм²;
НВ — твердость по Бринелю, кгс/мм²;
НR — твердость по Роквеллу;
НV — твердость по Виккерсу, кгс/мм²;

Основные показатели пластичности:

ψ — относительное сужение после растяжения, %;
δ — относительное удлинение после растяжения, %;
ε _макс —степень деформации при осаживании до появления первой трещины.

Влияние легирования платиноидами на твердость платины

Влияние легирующих элементов на твердость палладия

Модуль нормальной упругости металлов в зависимости от температуры

Модуль сдвига серебра и золота при различных температурах, кгс/мм²

Модуль сдвига палладия и платины при различных температурах, кгс/мм²

Механические свойства металлов в зависимости от температуры нагрева: а — серебро, золото, родий, иридий; б - палладий; в — платина

СКУПКА ПАЛЛАДИЯ

Производится скупка палладия в виде радиодеталей, изделий, сплавов. Купим палладий технический по самым высоким ценам.
Подробнее на странице Скупка палладия.