Los metales del grupo del platino ( PGM ), también conocidos como platinoides , platinuros , platidis , grupo del platino , metales del platino , familia del platino o elementos del grupo del platino ( PGE ), son seis elementos metálicos nobles y preciosos agrupados en la tabla periódica . Todos estos elementos son metales de transición en el bloque d (grupos 8 , 9 y 10 , períodos 5 y 6 ). [1]
Los seis metales del grupo del platino son rutenio , rodio , paladio , osmio , iridio y platino . Tienen propiedades físicas y químicas similares y tienden a aparecer juntos en los mismos depósitos minerales. [2] Sin embargo, se pueden subdividir en elementos del grupo del platino del grupo iridio (IPGE: Os, Ir, Ru) y elementos del grupo del platino del grupo paladio (PPGE: Rh, Pt, Pd) según su comportamiento. en sistemas geológicos. [3]
Los tres elementos situados encima del grupo del platino en la tabla periódica ( hierro , níquel y cobalto ) son todos ferromagnéticos ; estos, junto con el elemento lantánido gadolinio (a temperaturas inferiores a 20 °C), [4] son los únicos metales de transición conocidos que muestran ferromagnetismo cerca de la temperatura ambiente.
Los americanos precolombinos conocían desde hacía muchos años el platino natural y las aleaciones ricas en platino. [5] Sin embargo, aunque el metal fue utilizado por pueblos precolombinos, la primera referencia europea al platino aparece en 1557 en los escritos del humanista italiano Julio César Scaliger (1484-1558) como una descripción de un misterioso metal encontrado en Minas centroamericanas entre Darién (Panamá) y México ("hasta ahora imposibles de fundir por ninguna de las artes españolas"). [5]
El nombre platino se deriva de la palabra española platina "pequeña plata", el nombre que le dieron al metal los colonos españoles en Colombia . Consideraban el platino como una impureza no deseada en la plata que extraían. [5] [6]
En 1815, William Hyde Wollaston había descubierto el rodio y el paladio , y su amigo íntimo y colaborador Smithson Tennant, el iridio y el osmio . [7]
Los metales del platino tienen muchas propiedades catalíticas útiles . Son muy resistentes al desgaste y al deslustre, lo que hace que el platino, en particular, sea muy adecuado para joyería fina . Otras propiedades distintivas incluyen resistencia al ataque químico, excelentes características de alta temperatura, alta resistencia mecánica, buena ductilidad y propiedades eléctricas estables. [8] Además de su aplicación en joyería, los metales del platino también se utilizan en medicamentos contra el cáncer, industrias, odontología, electrónica y catalizadores de escape de vehículos (VEC). [9] Los VEC contienen platino sólido (Pt), paladio (Pd) y rodio (Rh) y se instalan en el sistema de escape de los vehículos para reducir las emisiones nocivas, como el monóxido de carbono (CO), convirtiéndolas en emisiones menos nocivas. . [10]
Generalmente, las rocas ígneas ultramáficas y máficas tienen un contenido de trazas de PGE relativamente alto, y los granitos , bajo. Los rastros geoquímicamente anómalos se encuentran predominantemente en espinelas y sulfuros de cromo. Las rocas ígneas máficas y ultramáficas albergan prácticamente todo el mineral PGM primario del mundo. Las intrusiones en capas máficas , incluido el Complejo Bushveld , superan con creces a todos los demás entornos geológicos de depósitos de platino. [11] [12] [13] [14] Otros depósitos de PGE económicamente significativos incluyen intrusiones máficas relacionadas con basaltos de inundación y complejos ultramáficos del tipo Alaska y Urales. [12] : 230
Los minerales típicos de PGM contienen ca. 10 g de PGM/tonelada de mineral, por lo que se desconoce la identidad del mineral en particular. [15]
El platino puede presentarse como metal nativo, pero también puede presentarse en varios minerales y aleaciones diferentes. [16] [17] Dicho esto, el mineral de Sperrylita ( arseniuro de platino , PtAs 2 ) es, con diferencia, la fuente más importante de este metal. [18] Una aleación natural de platino-iridio, el platiniridio, se encuentra en el mineral cooperita ( sulfuro de platino , PtS). El platino en su estado nativo, a menudo acompañado de pequeñas cantidades de otros metales de platino, se encuentra en depósitos aluviales y de placer en Colombia , Ontario , los Montes Urales y en ciertos estados del oeste de América . El platino también se produce comercialmente como subproducto del procesamiento del mineral de níquel . Las enormes cantidades de mineral de níquel procesado compensan el hecho de que el platino sólo representa dos partes por millón del mineral. Sudáfrica , con vastos depósitos de mineral de platino en el arrecife Merensky del complejo Bushveld , es el mayor productor mundial de platino, seguido de Rusia . [19] [20] El platino y el paladio también se extraen comercialmente del complejo ígneo de Stillwater en Montana, EE. UU. Los líderes en producción primaria de platino son Sudáfrica y Rusia, seguidos por Canadá, Zimbabwe y Estados Unidos. [21]
Osmiridio es una aleación natural de iridio y osmio que se encuentra en las arenas de los ríos que contienen platino en los Montes Urales y en América del Norte y del Sur . También existen trazas de osmio en minerales que contienen níquel que se encuentran en la región de Sudbury , Ontario , junto con otros metales del grupo del platino. Aunque la cantidad de metales de platino que se encuentran en estos minerales es pequeña, el gran volumen de minerales de níquel procesados hace posible la recuperación comercial. [20] [22]
El iridio metálico se encuentra con el platino y otros metales del grupo del platino en depósitos aluviales. Las aleaciones de iridio naturales incluyen osmiridio e iridosmina , las cuales son mezclas de iridio y osmio. Se recupera comercialmente como subproducto de la extracción y procesamiento del níquel. [20]
El rutenio se encuentra generalmente en minerales junto con otros metales del grupo del platino en los Montes Urales y en América del Norte y del Sur . También se encuentran cantidades pequeñas pero comercialmente importantes en pentlandita extraída de Sudbury, Ontario , y en depósitos de piroxenita en Sudáfrica . [20]
La extracción industrial del rodio es compleja, porque se presenta en minerales mezclados con otros metales como paladio, plata , platino y oro . Se encuentra en los minerales de platino y se obtiene de forma libre como un metal blanco inerte que es muy difícil de fusionar. Las principales fuentes de este elemento se encuentran en Sudáfrica, Zimbabwe, en las arenas de los ríos de los Montes Urales , en América del Norte y del Sur, y también en la zona minera de sulfuro de cobre y níquel de la región de la cuenca de Sudbury . Aunque la cantidad en Sudbury es muy pequeña, la gran cantidad de mineral de níquel procesado hace que la recuperación de rodio sea rentable. Sin embargo, la producción mundial anual en 2003 de este elemento es sólo de 7 u 8 toneladas y hay muy pocos minerales de rodio. [23]
El paladio se aloja preferentemente en minerales sulfurados, principalmente en pirrotita. [12] El paladio se encuentra como metal libre y aleado con platino y oro con metales del grupo del platino en depósitos de placer de los Montes Urales de Eurasia , Australia , Etiopía , América del Sur y del Norte . Sin embargo, se produce comercialmente a partir de depósitos de níquel y cobre que se encuentran en Sudáfrica y Ontario, Canadá . El enorme volumen de mineral de níquel-cobre procesado hace que esta extracción sea rentable a pesar de su baja concentración en estos minerales. [23]
La producción de cada uno de los metales del grupo del platino normalmente comienza a partir de residuos de la producción de otros metales con una mezcla de varios de estos metales. La purificación suele comenzar con los residuos anódicos de la producción de oro, cobre o níquel. Esto da como resultado un proceso de extracción que consume mucha energía, lo que tiene consecuencias medioambientales. Se espera que las emisiones de dióxido de carbono aumenten como resultado de la mayor demanda de metales de platino y es probable que se expanda la actividad minera en el Complejo Ígneo de Bushveld debido a esto. Se necesitan más investigaciones para determinar los impactos ambientales. [24] Los métodos de purificación clásicos aprovechan las diferencias en la reactividad química y la solubilidad de varios compuestos de los metales bajo extracción. [25] Estos enfoques han dado paso a nuevas tecnologías que utilizan la extracción por solventes .
La separación comienza con la disolución de la muestra. Si se utiliza agua regia , se producen los complejos de cloruro. Dependiendo de los detalles del proceso, que a menudo son secretos comerciales, los PGM individuales se obtienen como los siguientes compuestos: los poco solubles (NH 4 ) 2 IrCl 6 y (NH 4 ) 2 PtCl 6 , PdCl 2 (NH 3 ) 2 , los volátiles OsO 4 y RuO 4 , y [RhCl(NH 3 ) 5 ]Cl 2 . [26]
En los reactores nucleares se forman cantidades significativas de los tres metales ligeros del grupo del platino (rutenio, rodio y paladio) como productos de fisión . [27] Con la escalada de precios y la creciente demanda mundial, los metales nobles producidos en reactores están surgiendo como una fuente alternativa. Hay varios informes disponibles sobre la posibilidad de recuperar metales nobles de fisión a partir del combustible nuclear gastado . [28] [29] [30]
Anteriormente se pensaba que los metales del grupo del platino tenían muy pocos atributos negativos en comparación con sus propiedades distintivas y su capacidad para reducir con éxito las emisiones nocivas de los gases de escape de los automóviles. [31] Sin embargo, incluso con todos los aspectos positivos del uso del metal platino, es necesario considerar los efectos negativos de su uso en cuanto a cómo podría afectar el futuro. Por ejemplo, se considera que el Pt metálico no es químicamente reactivo ni alergénico, por lo que cuando los VEC emiten Pt en forma metálica y de óxido, se considera relativamente seguro. [32] Sin embargo, el Pt puede solubilizarse en el polvo de las carreteras, ingresar a las fuentes de agua y al suelo y aumentar las tasas de dosis en los animales mediante bioacumulación . [32] Estos impactos de los grupos del platino no se consideraban anteriormente; sin embargo, [33] con el tiempo, la acumulación de metales del grupo del platino en el medio ambiente puede representar un riesgo mayor de lo que se pensaba anteriormente. [33] Se necesitan investigaciones futuras para comprender plenamente la amenaza de los metales de platino, especialmente porque a medida que se conducen más automóviles de combustión interna, más emisiones de metales de platino se producen.
La bioacumulación de metales Pt en animales puede suponer un riesgo importante para la salud tanto de los seres humanos como de la biodiversidad. Las especies tenderán a volverse más tóxicas si su fuente de alimento está contaminada por estos peligrosos metales Pt emitidos por los VEC. Esto puede dañar potencialmente a otras especies, incluidos los humanos, si comemos estos animales peligrosos, como el pescado. [33]
Los metales de platino extraídos durante el proceso de minería y fundición también pueden causar importantes impactos ambientales. En Zimbabwe, un estudio demostró que la minería del grupo del platino causaba importantes riesgos ambientales, como la contaminación de las fuentes de agua, el drenaje de agua ácida y la degradación ambiental . [34]
Otro peligro del Pt es la exposición a sales de Pt halogenadas , que pueden provocar reacciones alérgicas en altas tasas de asma y dermatitis. Este es un peligro que a veces se puede observar en la producción de catalizadores industriales y provoca reacciones en los trabajadores. [32] Los trabajadores retirados inmediatamente del contacto posterior con las sales de Pt no mostraron evidencia de efectos a largo plazo; sin embargo, la exposición continua podría provocar efectos en la salud. [32]
Es posible que también sea necesario reevaluar el uso del platino en medicamentos, ya que algunos de los efectos secundarios de estos medicamentos incluyen náuseas, pérdida de audición y nefrotoxicidad. [32] La manipulación de estos medicamentos por parte de profesionales, como enfermeras, también ha provocado algunos efectos secundarios, como aberraciones cromosómicas y caída del cabello. Por lo tanto, es necesario evaluar y considerar los efectos a largo plazo del uso y la exposición a los medicamentos con platino para determinar si su uso es seguro en la atención médica.
Si bien la exposición a volúmenes relativamente bajos de emisiones de metales del grupo del platino puede no tener ningún efecto en la salud a largo plazo, existe una preocupación considerable sobre cómo la acumulación de emisiones de metal Pt afectará el medio ambiente y la salud humana. Esta es una amenaza que necesitará más investigación para determinar los niveles seguros de riesgo, así como formas de mitigar los peligros potenciales de los metales del grupo del platino. [35]
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