Objevování prvků 5: ušlechtilí příbuzní platiny

V minulém díle našeho seriálu jsme si vyprávěli o spletité cestě platiny z jihoamerických nalezišť do laboratoří evropských chemiků. Ve druhé polovině 18. století už bylo díky úsilí mnoha badatelů jasné, že tento stříbřitě bílý kov je novým prvkem.

Dnes ovšem známe celkem šest prvků označovaných jako platinové kovy: ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium a platinu. V periodické tabulce je najdete v 5. a 6. periodě ve skupinách 8 až 10.

Jde o ušlechtilé kovy – tedy takové, které na vzduchu nereagují s kyslíkem a zůstávají krásně lesklé, podobně jako zlato. Jejich další nápadnou vlastností je vysoká hustota. U ruthenia, rhodia a palladia se pohybuje kolem 12 g/cm³, u osmia, iridia a platiny dokonce kolem 22 g/cm³. Osmium je s 22,59 g/cm³ vůbec nejhustším známým prvkem.

Cesta ke kujné platině

Jak se podařilo objevit pět ušlechtilých příbuzných platiny? Na začátku příběhu byla snaha vyřešit ryze praktický problém. Přírodní platina z Jižní Ameriky měla zajímavé vlastnosti: mimořádnou chemickou odolnost i atraktivní stříbrnou barvu. Nebyla ovšem kujná, což znamenalo obrovskou překážku pro její širší využití.

Na vině byly příměsi jiných kovů v přírodní platině. První, kdo vyrobil obstojně čistou – a díky tomu také kujnou – platinu, byl Francouz Pierre-François Chabaneau (1754–1842).

Chabaneau působil ve Španělsku, kde pro svou práci získal šlechtického sponzora, markýze de Aranda. Ten ho zásoboval ohromným množstvím surové platiny. Stejně důležité bylo, že Chabaneaua neúnavně povzbuzoval, protože výzkum dlouho nevedl k uspokojivým výsledkům.

Nakonec ale francouzský chemik triumfoval a roku 1873 objevil postup pro výrobu kujné platiny. Na španělského krále udělal tenhle úspěch tak velký dojem, že Chabaneauovi udělil doživotní rentu.

Ve Španělsku a později také ve Francii začal „platinový věk“, kdy se z ušlechtilého kovu vyráběly nejen šperky nebo luxusní příbory, ale i vysoce odolné laboratorní potřeby, například tavicí kelímky.

Při všem tom štěstí měl ovšem Chabaneau pořádnou vědeckou smůlu. Myslel si totiž, že připravil naprosto čistou platinu. Nepoznal, že výsledný produkt jeho snažení stále ještě obsahuje malé příměsi jiných prvků. Promarnil tak šanci stát se objevitelem dalších platinových kovů.

Štědré Vánoce roku 1800

Angličan William Hyde Wollaston (1766–1828) byl původním povoláním lékař, ale medicínou se živil asi jen deset let. Zbytek života zasvětil přírodním vědám – chemii, optice, mechanice, fyziologii, patologii, mineralogii, astronomii, … Díky neutuchající pracovitosti se stal jedním z nejuznávanějších vědců své doby.

Wollaston měl i podnikatelské ambice. Chtěl vyvinout takový postup přípravy kujné platiny, který by umožnil její výrobu ve velkém, skutečně průmyslovém měřítku. Ke spolupráci přizval kamaráda ze studií, chemika Smithsona Tennanta (1761–1815).

Jejich výzkum začal velkorysým vánočním dárkem, který nadělili sami sobě. Na Štědrý den roku 1800 koupili v Londýně asi 170 kilogramů přírodní platiny pocházející z Jižní Ameriky.

Wollaston a Tennant vyšli z toho, co už tehdy bylo o platině známo. Vědělo se, že je možné ji rozpustit v lučavce královské (směsi kyselin dusičné a chlorovodíkové). Vzniká „kyselina chloroplatičitá“ – komplexní sloučenina, kterou můžeme zjednodušeně zapsat vzorcem H₂[PtCl₆].

Přírodní platina se ale nerozpouští dokonale. Po reakci zůstává ve směsi malé množství černé usazeniny. Z čeho se asi skládá? A co všechno je v roztoku nad ní?

Naši dva badatelé si rozdělili práci. Wollaston zkoumal roztok vzniklý působením lučavky královské na přírodní platinu, zatímco Tennant se věnoval černé usazenině.

Palladium, rhodium a tajemný inzerát

Wollaston nejdřív přidal ke svému roztoku chlorid amonný, čímž z něj vysrážel většinu čisté platiny. Vznikl totiž hexachloroplatičitan amonný, (NH₄)₂[PtCl₆], který je špatně rozpustný ve vodě.

Vědec analyzoval zbylý roztok a dalšími reakcemi s různými látkami se mu z něj nakonec podařilo izolovat dosud neznámý kov. Pojmenoval ho palladium – podle planetky Pallas, objevené roku 1802.

Z laboratorních deníků vyplývá, že Wollaston objevil palladium v červenci 1802. Existenci nového prvku pak oznámil v dubnu 1803, a to naprosto ojedinělým způsobem.

Normální je referovat o výsledcích výzkumu v knize, v časopise, na konferenci nebo na zasedání vědecké společnosti. Wollaston dal ovšem vytisknout anonymní letáky, které inzerovaly, že u jednoho londýnského obchodníka je na prodej „palladium neboli nové stříbro … nový ušlechtilý kov“.

Celou zásobu palladia skoupil irský chemik Richard Chenevix. Prozkoumal ho a došel k závěru, že „nový ušlechtilý kov“ je obyčejná slitina platiny se rtutí. Jiní evropští vědci, kteří vzorky také analyzovali, ovšem s Chenevixem nesouhlasili.

Wollaston, evidentně si jistý svým objevem, udělal v prosinci 1803 další nekonvenční krok: anonymně nabídl slušnou sumu 20 liber tomu, kdo dokáže palladium uměle vyrobit.

Tuhle výzvu ovšem nikdo nepřijal. V letech 1804 až 1805 pak Wollaston konečně publikoval své výzkumy týkající se palladia v respektovaném odborném časopise. A vědecká veřejnost brzy uznala, že skutečně jde o nový prvek.

Roku 1804 zveřejnil Wollaston objev druhého prvku, který izoloval z přírodní platiny po jejím rozpuštění v lučavce královské.

Začal stejně jako u palladia, tedy vysrážením čisté platiny z roztoku chloridem amonným. Po několika dalších krocích získal červenou komplexní sloučeninu – hydrát hexachlororhoditanu sodného, Na₃[RhCl₆]·nH₂O. Z něj pak připravil kovové rhodium.

Podle své nápadně červené sloučeniny dostal nový kov i jméno. Je odvozeno z řeckého slova rhodon, což znamená „růže“.

Osmium a iridium: kov smrdutý a duhový

Zatímco Wollaston byl pilný, metodický a pečlivý, jeho kolega Tennant přistupoval k vědecké práci spíš ležérně. Současníci mu dokonce vyčítali lenivost. Určitě však nebyl hloupý ani neschopný – jinak by se nezapsal do dějin chemie jako objevitel dvou prvků.

Řekli jsme si, že Tennant zkoumal černou usazeninu, která zůstala po reakci přírodní platiny s lučavkou královskou. Brzy dokázal, že nejde o grafit, jak se tehdy soudilo.

V následujících experimentech se snažil převést hmotu do roztoku. Nejdřív ji zahříval s hydroxidem sodným a taveninu rozpouštěl ve vodě. Na zbylou usazeninu pak působil kyselinou chlorovodíkovou. Když tyhle dva kroky několikrát opakoval, podařilo se mu černý materiál dokonale rozpustit.

Reakcí s hydroxidem získal Tennant zásaditý roztok, reakcí s kyselinou chlorovodíkovou roztok kyselý. Zásaditý roztok pronikavě páchl – uvolňoval se z něj totiž těkavý (a jak dnes víme, také prudce jedovatý) oxid osmičelý, OsO₄.

Okyselením se i ostatní sloučeniny osmia ve směsi převedly na tento oxid, který pak bylo možné oddělit destilací a získat z něj čistý kov. V roce 1803 se tedy seznam prvků rozrostl o další položku.

Oxid osmičelý je skutečně smrdutý. Není divu, že se objevitel inspiroval řeckým výrazem osme (zápach) a nový prvek pojmenoval osmium.

Z kyselého roztoku izoloval Tennant roku 1803 druhý platinový kov. Zaujalo ho, že vytvářel různobarevné sloučeniny – od modrozelených po tmavě červené. Dal mu proto jméno iridium podle latinského slova iris (duha).

Anglický chemik si musel s prací pospíšit, protože po stejné stopě jako on se vydali francouzští vědci Antoine François de Fourcroy, Nicolas Louis Vauquelin a Hippolyte Victor Collet-Descotils. Závod na dálku vyhrál Tennant, protože objevy obou prvků oznámil dřív a jeho výzkum byl důkladnější. Bylo to ale hodně těsné vítězství.

Objev čtyř platinových kovů byl vlastně jen vedlejším produktem Wollastonova a Tennantova projektu. Oba chtěli v první řadě najít způsob, jak vyrábět čistou, kujnou platinu. I to se jim nakonec podařilo. A vydělali velké peníze; zvlášť Wollaston na zpracování platiny slušně zbohatnul.

Ruthenium: objeveno Estoncem, pojmenováno po Rusku

Platina – s příměsí prvků, o kterých jsme zatím mluvili – se dlouho rýžovala a těžila jenom v Jižní Americe. Roku 1819 však byla objevena bohatá ložiska platinových kovů v ruském pohoří Ural.

Zpráva vzbudila pozornost badatelů z Ruska i z jiných evropských zemí. Dva chemici dokonce ohlásili nález nových prvků ve vzorcích uralské platiny. Jiní vědci však jejich tvrzení nedokázali potvrdit. Ve stejných vzorcích našli pouze prvky, které už byly známé.

Na šestý a poslední platinový kov si tak svět musel počkat až do roku 1844. Jeho šťastným objevitelem byl Karl Karlovič Klaus (1796–1864; někdy uváděn také jako Karl Ernst Claus).

Rodák z estonského města Dorpat – dnes Tartu – neměl dobrý start do života. V pěti letech osiřel a žil pak v rodině nevlastního otce, která ho zrovna nezahrnovala péčí ani láskou. Naštěstí byl chytrý, cílevědomý a měl optimistickou povahu. Vyučil se lékárníkem a od roku 1826 už vedl svou vlastní lékárnu v povolžském městě Kazani.

Čím dál víc ho ale přitahovala věda. Nejdřív se stal uznávaným odborníkem na faunu i flóru Povolží, později vystudoval chemii a zakotvil na univerzitě v Kazani. Tam začal zkoumat platinu z uralských nalezišť.

Podobně jako Tennant vyšel z černé sedliny, která zbyde po rozpuštění přírodní platiny v lučavce královské. Zahříval usazeninu s hydroxidem draselným a dusičnanem draselným, taveninu rozpustil ve vodě, okyselil a destilací odstranil těkavý oxid osmičelý. Ve vzorku mu zůstaly soli nového kovu. Z těch ho potom připravil v čistém stavu.

Klaus pracoval v ruské Kazani, s platinou z ruského Uralu a i jeho rodné Estonsko bylo tehdy součástí ruské říše. Protože jeden z latinských názvů pro Rusko je Ruthenia, pojmenoval svůj prvek ruthenium.

Příště trochu odlehčíme a od kovů se přesuneme k plynům.

Další připravované díly:

6. Z čeho je vzduch? (kyslík, dusík)

7. Vlastenecké prvky (gallium, germanium, skandium, rhenium)

8. Vzácné plyny (helium, neon, argon, krypton, xenon, radon)

9. Alkalické kovy (lithium, sodík, draslík, rubidium, cesium)

10. Světlonoš z moči a kostí (fosfor)

11. Objev radioaktivity (uran, thorium, radium, polonium)

12. Chemici v říši za uranem (neptunium, plutonium, americium, …)

Předchozí díly:

1. Horníci, skláři a průkopníci chemie (kobalt, nikl)

2. Kovy pana lékárníka (mangan, molybden, wolfram)

3. Krásné i nebezpečné halogeny (fluor, chlor, brom, jod, astat)

4. Stříbříčko z Nového světa (platina)