"Природа", №07-09, 1925 год, стр. 133-144

Значение металлов платиновой группы и их изучение в СССР.

(Институт по изучению платины и других благородных металлов).

О. Звягинцев и В. Лебединский.

При Российской Академии Наук с 1918 г. существует Институт для изучения платины и других благородных металлов (или, просто, Платиновый Институт).

Каждый вправе себя спросить, почему же для изучения платины создан Институт? Чем вызван такой повышенный интерес к этому металлу?

Ответ на эти вопросы даст знакомство, хотя бы самое поверхностное, с местонахождением, свойствами и применением этого драгоценнейшего металла. А применение его так обширно и разнообразно, что делает его совершенно незаменимым.

Незаменимость платины в научной лаборатории общеизвестна: почти ни один серьезный анализ нельзя произвести без платинового тигля, платиновой чашки, платиновой проволоки или платинового электрода. Сердце современного завода — его лаборатория - не может существовать без платиновых тиглей и посуды. Никакие другие тигли не выдерживают таких высоких температур, как платиновые, не изменяя своего веса. Кроме того, не существует на свете кислоты (кроме царской водки, т.-е. смеси соляной и азотной кислот), которая легко растворяла бы платину. Поэтому платина применяется всюду, где требуется высокая температура и кислотоупорность.

Другим важным для науки и техники свойством платины является ее тягучесть: кусок платины весом всего в 1 грамм может быть вытянут в проволоку, которой хватило бы, чтоб протянуть ее от Ленинграда до Москвы. Эта проволока гораздо тоньше паутинной нити: ее почти незаметно простым глазом. Такие проволоки употребляются для микроскопов, где они становятся видимыми под стеклами; при помощи их можно делать очень тонкие измерения.

Крайне необходима платина в виде перегонных аппаратов при изготовлении серной кислоты.

Способность платины выдерживать нагревание делает ее очень ценною в электротехнике, где из нее выделывают обмотки печей, другие нагревательные приборы, а также платинированный асбест для грелок и комнатных печей. Этому способствует еще то большое сопротивление электрическому току, которым обладает платина.

Очень важна роль платины в медицине. Благодаря ее нерастворимости в кислотах и стойкости к различным химическим влияниям из нее делают искусственные зубы, пломбы, заменяют кусочки костей, делают штифты (крампоны), на которых держатся фарфоровые и золотые искусственные зубы. Платина здесь пока незаменима, т. к. она расширяется от тепла точь-в-точь как фарфор, и потому зубы не трескаются и держатся прочно.

Большое применение имеет платина в качестве катализатора, т. е. ускорителя химических реакций. Она способна во много раз увеличивать скорость образования серной кислоты, азотной кислоты и др. Этим свойством платины широко пользуются в технике.

Большое количество платины находит себе применение в ювелирном деле для оправы бриллиантов и др. изделий.

Металлическая платина с трудом и неохотно вступает в химические соединения. Но, однажды переведенная в химически связанное состояние (напр. растворенная в царской водке), она дает многочисленные химические соединения как простого, так и сложного состава. Многие из них, так называемые "комплексные" соединения имеют большой теоретический интерес, а некоторые — и техническое применении (напр. для фотографии).

Имеют большую ценность и значение "спутники платины", т. е. редкие металлы, добываемые одновременно с платиной из сырой платины: иридий, родий, осмий и палладий. Сплав платины с иридием очень тугоплавок и тверд. Из него делают контакты магнето автомобильных и аэропланных моторов. Образцовые меры (прототипы) сделаны также из этого сплава. Хранящийся в Международной Палате Мер и Весов в Париже международный метр состоит из сплава 90% платины и 10% иридия.

Сплав платины с родием применяется для измерения высоких температур (пирометр Ле-Шателье). Осмий в сплаве с вольфрамом дает сплав "Осрам", из которого делают нити электрических лампочек того же наименования. Осмиевая кислота служит краской для микроскопических препаратов. Иридий и родий применяются для красок по фарфору.

Благодаря всем этим качествам и большой редкости, цена на платиновые металлы чрезвычайно высока: платина, например, вшестеро дороже золота, а иридий и др. спутники ценятся еще выше. Для страны, в которой находятся богатейшие в мире месторождения платины, она представляет высокий интерес.

За 30 лет, с 1882 по 1913 г.г. в России добыто 145 тысяч килограмм платины, а всего, с 1822 до начала войны 1914 г., свыше 400 тысяч килограмм. Во всех же остальных странах за это же время получена едва ¹/₂₀ часть этого количества. Только во время войны 1914—18 г. и в особенности после войны американские месторождения увеличили свою производительность до 2.000 килограммов в год. Но, несмотря на это и на временную заминку с добычей платины в России, все же уральские месторождения остаются первыми по своему богатству и тем возможностям, которые они таят в себе.

Несмотря на то, что 95% платины добывалось в России, выгоды от этого для нашей страны были невелики: 90% платины, добывавшейся на Урале, вывозилось в сыром виде за границу, во Францию, Англию и Германию, и там очищалось и перерабатывалось в изделия, и там же выделялись ее спутники. Кроме того, прииска на Урале по большей части принадлежали иностранным капиталистам, которые не были заинтересованы в выгодах чужой для них страны.

Только война и, главным образом, революция сделали СССР настоящим хозяином своей платины. В 1914 году, благодаря прекращению русско-германского договора получилась возможность построить платино-очистительный (аффинажный) завод. В 1915—16 г.г. такой завод (частный) был построен и начал работать в Екатеринбурге (ныне Свердловске). После революции все платиновые месторождения были признаны собственностью государства. Завод, тоже национализированный, был расширен, и теперь вся добываемая на Урале платина аффинируется там. Было предположено выпускать в чистом виде также и спутники. Однако, до сего времени удалось выпустить только палладий и иридий. Происходит это от того, что способы выделения спутников платины в чистом виде иностранцы держат в секрете, и нам приходится снова изобретать способы аффинирования и способы анализа. Оказывается, не только руками надо взять платиновые прииски, чтобы овладеть богатством, но надо овладеть этим богатством еще и головой, знанием. Только знание дает возможность стать действительным хозяином наших недр и в том числе платины.

Нужно сказать, что немногие русские химики имели охоту и возможность изучать платину: в сороковых годах прошлого столетия работал и изучал платину и ее спутников проф. Казанского Университета Карл Клаус, которому принадлежит честь открытия одного из спутников платины — рутения или руссия ("Рутениа" значит Россия). Затем платиновыми металлами интересовались ученики Клауса: академик Якоби и А. М. Бутлеров, а также появлялись изолированные, но интересные работы Мусина-Пушкина, Фричше и Струве, Раевского, Скобликова, Вильма, Орлова и др. Интересны также работы по аффинажу платины, производившиеся в 40—50-х годах прошлого века на Монетном дворе в Петербурге под руководством Соболевского. Но все эти работы немногочисленны и разрозненны и можно только удивляться, как мало русские химики обращали внимания на дарованное им самой природой богатство. Это объясняется тем, что русское правительство и платино-промышленники отказывали им в предоставлении металлов, продавая их целиком за границу. В последние десятилетия, с работами академика Н. С. Курнакова и его учеников Н. И. Подкопаева, Н. Н. Барабошкина, С. Ф. Жемчужного и др. и особенно покойного профессора Л. А. Чугаева и его школы, изучение платины сделалось систематическим и постоянным.

В 1914 г., как было уже сказано, начал строиться русский аффинажный завод, вскоре после этого было запрещено вывозить за границу сырую, неочищенную платину и, наконец, была объявлена государственная монополия на платину {вскоре после революции).

Все эти события поставили вопрос об аффинаже платины и ее спутников в нашей Республике во весь свой рост перед государственной властью, и необходимость создания "Института для изучения платины и других благородных металлов" стала сама собой очевидной. И вот, в 1917 году был утвержден, наконец, проект Института для изучения платины и др. благородных металлов при КЕПС'е, а в 1918 году, весною, Институт получил необходимые средства и фактически начал свою деятельность.

Из работ Платинового Института прежде всего нужно отметить работы по выделению в чистом виде самой платины и ее спутников из добываемой на Урале шлиховой или сырой платины. Сырая платина представляет собою металлический песок с зернышками разной крупности, химический состав которого приблизительно таков:

Кроме того в состав сырой платины входит медь, никкель, золото и друг. в незначительных количествах.

Задача выделения чистой платины из сырой платины была решена Платиновым Институтом, предложившим метод (В. В. Лебединский и В. Г. Хлопин), который после проверки в лабораторно-заводском масштабе (Н. И. Подкопаевым) оказался одним из лучших из известных доныне методов, дающим возможность получить платину, по своей чистоте не уступающей платине известной немецкой фирмы Гереус (Heraeus).

Наряду с получением чистой платины из сырой платины стоял вопрос о выделении в чистом состоянии и других платиновых металлов, входящих в состав ее.

Платиновым Институтом был предложен простой, быстрый и дешевый метод грубого разделения этих металлов (В. В. Лебединский), который был применен на аффинажном заводе (О. Е. Звягинцевым) и оказался до крайности простым и пригодным для заводской практики.

Однако, от грубого, приблизительного разделения платиновых металлов надо было перейти к получению этих металлов в чистом виде. И эта задача, являющаяся одной из труднейших задач аффинажа, потребовала от Платинового Института большого напряжения и громадной работы. В результате этой работы в настоящее время Институт владеет методами получения химически чистого иридия (Н. К. Пшеницын и С. Е. Красиков), чистого осмия и осмиевой кислоты (И. И. Черняев) и чистого родия (В. В. Лебединский).

Мировой запас платины очень ограничен. И если дальше человечество будет продолжать также неосторожно расходовать платину, как это делается в настоящее время, теряя, напр., ежегодно около 200 пудов платины в виде искусственных зубов и частей к ним, то может настать такой момент, когда техника, для которой платина во многих случаях является совершенно незаменимой, станет испытывать острый недостаток в ней. Поэтому уже и сейчас начинают раздаваться голоса, призывающие быть воздержанными в пользовании платиной и предлагающие отказаться от нее там, где она без ущерба делу может быть заменена другим металлом.

Однако, воздержанием и экономией лишь на время оттягивается тот момент, когда запасы платины будут исчерпаны. Поэтому уже и сейчас необходимо заняться изысканием таких источников платины, которых хватило бы на очень долгое время. И вот, Платиновый Институт поставил перед собою задачу выяснения возможности получения платины из таких месторождений и пород, из которых она до сих пор не получалась, либо благодаря своему малому содержанию в них, либо благодаря техническим трудностям их переработки (бедные пески, старые отвалы, коренные породы, шлихи и др.).

И в этом отношении Платиновый Институт успел достигнуть существенных результатов, а именно, разработанный им, пока только в лабораторном масштабе (И. И. Черняевым), метод выделения платины из черных шлихов, являвшихся ранее отбросом при промывке платиновых россыпей, обещает дать хорошие результаты.

Другой метод извлечения платины из шлихов, разрабатываемый в настоящее время Платиновым Институтом (С. Ф. Жемчужным совместно с акад. Ф. Ю. Левенсоном-Лессингом), также очень интересен и, повидимому, может быть с успехом применен для технического пользования.

Как уже выше было указано, спутники платины — родий, иридий, палладий, осмий и рутений — являются крайне ценными металлами не только благодаря своей редкости и дороговизне, но и главным образом благодаря своим ценным физико-химическим свойствам. Действительно, нет, например, до сих пор более совершенного способа определения высоких температур, как определение их при помощи термоэлектрического пирометра, прибора, позволяющего измерять температуры до 1600° с громадной степенью точности (до 1—2°С). Наилучшими из таких приборов являются термоэлементы, состоящие из сплава платины с родием и сплава платины с иридием. Институт для изучения платины и других благородных металлов, располагающий чистейшими платиной, иридием и родием, приступил в настоящее время к изготовлению таких термоэлементов, которые по своим качествам совершенно не отличаются от термоэлементов заграничных фирм.

Очерк работ технического характера Платинового Института был бы неполным, если бы мы не отметили работ по электролитическому платинированию различных металлов (Хорунженков).

Однако, было бы совершенно неправильным выводить заключение, что работы Платинового Института носят исключительно технический, прикладной характер. Много, очень много времени он уделяет также и исследованиям чисто научным, как в области химии платины и платиновых металлов, так и в области изучения их физико-химических свойств. Для того, чтобы хотя бы в кратких словах изложить все те работы в этой области, которые сделаны Платиновым Институтом, потребовалось бы много страниц, размеры же настоящей статьи не позволяют нам этого сделать. Поэтому мы ограничимся лишь указанием тех направлений, в которых эти работы велись и ведутся в настоящое время Платиновым Институтом.

В области научного изучения химии платины и ее спутников в СССР, пожалуй, больше всего сделано покойным Директором Платинового Института и его основателем, проф. Л. А. Чугаевым и его сотрудниками и учениками, посвятившими ряд лет изучению комплексных соединений платины, иридия, родия, палладия, осмия, золота и серебра.

Именем комплексных обыкновенно обозначают такие сложные соединения (кислоты, основания и соли), которые могут быть получены путем сочетания целых молекул химических соединений между собой. Таковы например, соединения хлорной и хлористой платины с аммиаком — PtCl₄ · 6NH₃, PtCl₄ · 4NH₃, PtCl₄ · 2NH₃, PtCl₂ · 2HN₃ и др.; — соединения солей платины с солями других металлов PtCl₄ · 2КСl, PtCl₂ · 2NH₄Cl, Pt(CN)₃ · 2KCN и т. под.

Открытие среди комплексных соединений многочисленных изомеров, т. е. различных соединений с одним и тем же составом, но с различными свойствами, послужило началом для применения к неорганическим соединениям учения о пространственном расположении атомов внутри химической молекулы этих соединений. Учение о строении комплексных соединений представляет одну из интереснейших глав современной химии. В этой области много еще неясного и темного; поэтому получение новых комплексных соединений и их всестороннее изучение имеет первостепенное научное значение. Кроме того, более широкое знакомство с комплексными соединениями дает возможность применения наиболее характерных и малорастворимых из них для аналитических целей. И, наконец, знакомство с комплексными соединениями сыграло уже и может сыграть еще большую роль в деле разделения платиновых металлов и получения их в химически чистом состоянии.

Таким образом, систематическое изучение комплексных соединений платиновых металлов представляет интерес не только с точки зрения чисто научной, но и с точки зрения практического их использования.

Л. А. Чугаевым, его учениками и сотрудниками было открыто несколько десятков новых химических соединений и изучены их свойства и превращения. К числу таких соединений нужно отнести соединения платины с аммиаком и другими аминами (пентаминовые, амидо-аци-тетралиновые, карбиламиновые, гидроксиламиновые, гидразиновые и др.), с нитрилами и изонитрилами, сульфидами и тиоэфирами, оксимами и проч. Из спутников платины ими были изучены соединения иридия (с гидразином, этилендиамином и др.), соединения родия (с аммиаком, с диметилглиоксимом и пиридином), палладия (с сульфидами и селенидами), осмия (с тиомочевиной) и другие.

В результате этих исследований, представляющих собою ценнейший вклад в эту мало изученную область химии, появился целый ряд статей в различных русских и заграничных журналах.

И в настоящее время работы в этом направлении ведутся неослабевающим темпом, и в ближайшее время должны появиться в печати новые статьи, посвященные этим работам.

К числу подобных же работ, носящих чисто научный характер, относятся работы, ведущиеся в настоящее время Платиновым Институтом под общим руководством его Директора, академика Н. С. Курнакова, — работы, направленные к изучению физико-химических свойств как чистой платины и ее спутников, так и их сплавов и различных соединений (А. Т. Григорьев, В. А. Немилов и др.).

Уделяя столь большое количество времени работам чисто научного характера, Платиновый Институт полагает, что "каждый научно обоснованный вывод или сближение, каждая закономерность, каждый точно установленный факт, касающийся химии платиновых металлов, рано или поздно будет иметь свой практический эквивалент, принесет свою долю пользы в деле технического использования этих металлов" ¹).

Те, кто хоть сколько-нибудь знакомы с платиновыми металлами, знают, насколько бедна литература хорошими методами аналитического определения этих металлов. Поэтому, несомненно, нужно признать, что каждая вновь открытая качественная или количественная реакция на тот или иной платиновый металл является ценнейшим вкладом в сокровищницу наших знаний в этой области. К числу таких достижений нужно отнести открытые проф. Л. А. Чугаевым чувствительнейшие реакции на палладий с диметилглиоксимом, на платину с карбиламином, на осмий с тиомочевиной и на иридий с малахитовой зеленью. И, наконец, сюда же следует отнести реакции на иридий с бензидином (В. Г. Хлопин).

Установившаяся в настоящее время связь Платинового Института с государственным объединением "Уралплатина", наряду с задачами аффинажного характера, которыми ведает выделенная из состава Института специальная Аффинажная Комиссия (под председательством акад. Н. С. Курнакова), выдвинула на очередь задачу разработки методики аналитического испытания как самой платиновой руды, так и различных полупродуктов и продуктов ее аффинажа. Для разрешения последних вопросов при Платиновом Институте была организована особая Аналитическая Комиссия (под председательством Б. Г. Карпова), которая выработала ряд методов анализа сырой платины, а также различных полупродуктов и продуктов аффинажа.

И, наконец, для того, чтобы закончить обзор деятельности Платинового Института, необходимо указать на его деятельность, направленную к созданию русской литературы о платине. Нужно сказать, что до сих пор русская литература была чрезвычайно бедна сведениями о платине, и все эти сведения приходилось черпать из часто мало доступных иностранных журналов. Поэтому Платиновый Институт уже с первых дней своего существования начал издавать свой журнал "Известия Института для изучения платины и других благородных металлов", куда входят все оригинальные статьи сотрудников Института, а также методы анализа, выработанные Аналитической Комиссией, и целый ряд переводов и рефератов статей из заграничных журналов: американских, английских, немецких и французских. В настоящее время Платиновый Институт выпускает 4-й выпуск "Известий"; кроме того, в портфеле Редакции "Известий" уже сейчас имеется громадный материал, который только ждет возможности быть опубликованным.

Установившаяся в настоящее время связь Платинового Института с самой жизнью, с производством, в лице государственного объединения "Уралплатина", с необычайной яркостью подчеркивает все то значение, которое придавали Платиновому Институту лица (проф. Л. А. Чугаев, академик Н. С. Курнаков, академик В. И. Вернадский, академик Ф. Ю. Левинсон-Лессинг и др.), так настойчиво добивавшиеся, через посредство постоянной Комиссии по изучению естественных производительных сил СССР при Академии Наук, его учреждения. Эта связь ставит в настоящее время перед Институтом для изучения платины и других благородных металлов целый ряд задач громаднейшей практической важности, разрешению которых он должен посвятить все свои силы, все свое знание и опыт, чтобы владеющий богатейшими в мире месторождениями платины СССР в отношении платиновой промышленности стал, наконец, совершенно независимым ни от каких других стран, ни на материке, ни за океаном.

---

¹) Л. А. Чугаев. О назначении и задачах Института для изучения платины и др. благородных металлов. "Известия Инст. по изуч. платины". Том I, вып. I, стр. 6. 1920. (стр. 142.)