Le platine est un élément lourd principalement synthétisé par le processus r (capture rapide de neutrons) lors d'événements violents comme les supernovae et les fusions d'étoiles à neutrons. Il fait partie des éléments sidérophiles, ayant une forte affinité pour le fer métallique. Ce trait géochimique explique pourquoi, lors de la formation de la Terre, la majeure partie du platine présent dans la matière primordiale a migré vers le noyau métallique. La concentration extrêmement faible de platine dans le manteau et la croûte terrestre (des parties par milliard) contraste avec son abondance relative dans les météorites chondritiques (primitives), qui reflète mieux la composition du système solaire naissant.
L'abondance cosmique du platine est d'environ 1,5×10⁻¹² fois celle de l'hydrogène en nombre d'atomes, ce qui le rend légèrement plus abondant que l'or mais beaucoup plus rare que l'argent ou le palladium. Dans les météorites, les rapports d'abondance entre le platine et d'autres éléments sidérophiles (comme l'iridium, l'osmium, le ruthénium) sont utilisés comme "empreintes digitales" pour classer les types de météorites et comprendre les processus d'accrétion planétaire.
Comme l'iridium, le platine est un traceur clé de la matière extraterrestre dans les couches géologiques. Les anomalies en platine sont recherchées dans les strates sédimentaires pour identifier des impacts d'astéroïdes passés. Le système isotopique platine-osmium (\(^{190}\mathrm{Pt}\) se désintègre en \(^{186}\mathrm{Os}\)) est un outil de datation complémentaire au système Re-Os, utilisé pour dater des événements de différenciation planétaire très anciens ou pour étudier la source du platine dans les gisements terrestres.
Des raies spectrales du platine ont été détectées dans l'atmosphère de certaines étoiles riches en métaux, apportant des informations sur les processus de nucléosynthèse. Dans le milieu interstellaire, le platine est probablement présent sous forme de grains de poussière réfractaires, semblables à ceux qui ont pu s'incorporer aux planètes lors de leur formation.
Le nom "platine" dérive de l'espagnol "platina", diminutif de "plata" qui signifie argent. Ce terme fut utilisé de manière quelque peu péjorative par les conquistadors espagnols au XVIe siècle, qui trouvaient ce métal blanc mélangé à l'or dans les rivières de Colombie et le considéraient comme un "petit argent" ou un "or impur" qu'ils jetaient parfois. Ce n'est que plus tard que sa valeur propre fut reconnue.
Des artefacts en alliage or-platine datant de l'époque précolombienne ont été retrouvés en Équateur, témoignant d'une maîtrise ancienne du métal par les peuples indigènes. Pour la science européenne, le platine fut formellement identifié comme un nouvel élément dans les années 1740-1750, notamment grâce aux travaux du savant espagnol Antonio de Ulloa (qui le rapporta d'Amérique) et du Britannique William Brownrigg. Le chimiste suédois Henrik Scheffer publia en 1752 une description détaillée, le qualifiant d'"or blanc".
La purification du platine fut un défi de taille en raison de son point de fusion extrêmement élevé. La première méthode, développée dans les années 1780 par le Français Pierre-François Chabaneau sous le patronage du roi d'Espagne, consistait à purifier l'éponge de platine par martelage et forgeage à chaud. La technique du "pouvoir igné" permit de produire le premier lingot malléable. Au XIXe siècle, la découverte des autres platinoïdes (palladium, rhodium, etc.) dans le platine brut et le développement des fours à hydrogène-oxygène par Henri Sainte-Claire Deville et Jules Henri Debray (1857) ouvrirent la voie à la production industrielle.
Les principaux gisements de platine sont de deux types :
La production annuelle mondiale est d'environ 180-200 tonnes. L'Afrique du Sud domine la production (≈70%), suivie de la Russie (≈20%). Le platine est l'un des métaux les plus chers, son prix étant généralement supérieur à celui de l'or, sauf en période de forte demande pour l'or. Sa valeur est tirée par ses applications industrielles critiques, bien au-delà de la joaillerie.
Le platine (symbole Pt, numéro atomique 78) est un métal de transition de la 6ème période, situé dans le groupe 10 (anciennement VIII) du tableau périodique, avec le nickel, le palladium et le darmstadtium. Il est le chef de file des six métaux du groupe du platine (PGM). Son atome possède 78 protons, généralement 117 neutrons (pour l'isotope stable \(^{195}\mathrm{Pt}\)) et 78 électrons avec la configuration électronique [Xe] 4f¹⁴ 5d⁹ 6s¹. Cette configuration particulière (5d⁹ 6s¹ au lieu de 5d⁸ 6s² attendue) résulte d'une stabilité accrue des sous-couches à moitié remplies.
Le platine est un métal précieux d'un blanc grisâtre, brillant, très dense, malléable, ductile et relativement mou à l'état pur.
Le platine cristallise dans une structure cubique à faces centrées (CFC).
Le platine fond à 1768,3 °C (2041,4 K) et bout à 3825 °C (4098 K). Sa large plage de température à l'état solide et son excellente stabilité chimique à chaud en font un matériau de choix pour les équipements de haute température.
Le platine est l'archétype du métal noble. Il est résistant à la plupart des agents chimiques :
Densité : 21,45 g/cm³.
Point de fusion : 2041,4 K (1768,3 °C).
Point d'ébullition : 4098 K (3825 °C).
Structure cristalline : Cubique à faces centrées (CFC).
Configuration électronique : [Xe] 4f¹⁴ 5d⁹ 6s¹.
État d'oxydation principaux : +2 et +4.
| Isotope / Notation | Protons (Z) | Neutrons (N) | Masse atomique (u) | Abondance naturelle | Demi-vie / Stabilité | Désintégration / Remarques |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Platine-190 — \(^{190}\mathrm{Pt}\) | 78 | 112 | 189,959932 u | ≈ 0,012 % | 6,5×10¹¹ ans | Radioactif alpha avec demi-vie extrêmement longue. Se désintègre en \(^{186}\mathrm{Os}\). Considéré comme stable pour les applications usuelles. |
| Platine-192 — \(^{192}\mathrm{Pt}\) | 78 | 114 | 191,961038 u | ≈ 0,782 % | Stable | Isotope stable. |
| Platine-194 — \(^{194}\mathrm{Pt}\) | 78 | 116 | 193,962680 u | ≈ 32,967 % | Stable | Isotope stable, l'un des plus abondants. |
| Platine-195 — \(^{195}\mathrm{Pt}\) | 78 | 117 | 194,964791 u | ≈ 33,832 % | Stable | Isotope stable et majoritaire. C'est le seul isotope naturel avec un spin nucléaire non nul (I=1/2), ce qui le rend actif en Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) du \(^{195}\mathrm{Pt}\). |
| Platine-196 — \(^{196}\mathrm{Pt}\) | 78 | 118 | 195,964952 u | ≈ 25,242 % | Stable | Isotope stable, très abondant. |
| Platine-198 — \(^{198}\mathrm{Pt}\) | 78 | 120 | 197,967893 u | ≈ 7,163 % | Stable | Isotope stable. |
N.B. :
Couches électroniques : Comment les électrons sont organisés autour du noyau.
Le platine possède 78 électrons répartis sur six couches électroniques. Sa configuration électronique [Xe] 4f¹⁴ 5d⁹ 6s¹ est une exception aux règles de remplissage simple. Elle peut également s'écrire : K(2) L(8) M(18) N(32) O(17) P(1), ou de manière complète : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d⁹ 6s¹. La sous-couche 5d est à un électron près d'être complète.
Couche K (n=1) : 2 électrons (1s²).
Couche L (n=2) : 8 électrons (2s² 2p⁶).
Couche M (n=3) : 18 électrons (3s² 3p⁶ 3d¹⁰).
Couche N (n=4) : 32 électrons (4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴).
Couche O (n=5) : 17 électrons (5s² 5p⁶ 5d⁹).
Couche P (n=6) : 1 électron (6s¹).
Le platine possède 10 électrons de valence si l'on compte les électrons des couches 5d et 6s (9+1). Il présente une chimie riche avec plusieurs états d'oxydation stables, dont les plus importants sont +2 et +4. L'état +2 (configuration d⁸) est très courant dans les complexes carrés plans, comme le célèbre cisplatine (cis-[PtCl₂(NH₃)₂]), un anticancéreux. L'état +4 (configuration d⁶) est également stable (ex: PtO₂, PtF₆). D'autres états comme 0, +1, +3, +5 et +6 existent mais sont moins fréquents.
La chimie de coordination du platine est vaste et d'une importance capitale, tant en catalyse qu'en médecine. Sa tendance à former des complexes carrés plans avec des ligands "mous" (comme les phosphines, les thioéthers) et sa capacité à catalyser des réactions d'hydrogénation, d'oxydation et de couplage en font un métal central en chimie organométallique et industrielle.
Le platine est parfaitement stable à l'air à toutes les températures. Il ne forme pas d'oxyde stable en conditions normales. Un oxyde PtO₂ peut se former à haute température sous forte pression d'oxygène, mais il se décompose vers 450°C. En surface, il peut former une fine couche d'oxyde qui contribue à certaines propriétés catalytiques.
Le platine est inattaquable par l'eau et les acides minéraux simples, même concentrés et bouillants. Cette inertie est à la base de son utilisation en ustensiles de laboratoire (creusets, coupelles) et dans les équipements chimiques.
Sa seule faiblesse notable est l'eau régale, un mélange d'acides nitrique et chlorhydrique concentrés, qui le dissout pour former l'acide hexachloroplatinique (IV), H₂[PtCl₆] : Pt + 4 HNO₃ + 6 HCl → H₂[PtCl₆] + 4 NO₂ + 4 H₂O. Ce composé est le point de départ pour la préparation de la plupart des autres composés du platine.
N.B. :
L'eau régale, ou aqua regia, est un mélange corrosif d'acide nitrique concentré (HNO₃) et d'acide chlorhydrique concentré (HCl) dans un rapport typique de 1:3. Sa capacité à dissoudre l'or et le platine, pourtant résistants aux acides séparés, s'explique par la formation in situ de chlore (Cl₂) et de chlorure de nitrosyle (NOCl), qui oxydent ces métaux en ions complexes solubles (comme [AuCl₄]⁻ ou [PtCl₆]²⁻). Utilisée depuis l'alchimie pour la purification des métaux précieux, elle joue toujours un rôle crucial en métallurgie, microélectronique et chimie analytique.
C'est la plus grande application industrielle du platine (environ 30-40% de la demande annuelle). Le pot catalytique convertit les gaz d'échappement nocifs en composés moins dangereux :
Le platine (souvent associé au palladium et au rhodium) est dispersé sous forme de nanoparticules sur un support céramique en nid d'abeilles. Son efficacité et sa durabilité à haute température sont inégalées. Les normes antipollution mondiales (Euro, EPA) rendent ce matériau indispensable.
Le platine est un métal de joaillerie prestigieux, apprécié pour :
Il est principalement utilisé pour les alliances, les solitaires, les montres haut de gamme et les sertissages de diamants (son blanc neutre met parfaitement en valeur la pierre).
Outre le pot catalytique, le platine catalyse des réactions fondamentales :
Les complexes de platine(II) carrés plans sont une classe majeure de chimiothérapies :
Ces médicaments sauvent des centaines de milliers de vies chaque année.
Le platine est un matériau critique pour la transition énergétique :
Le platine métallique est inerte et non toxique. C'est pourquoi il est utilisé en joaillerie et en dentisterie sans risque. Cependant :
L'extraction du platine, principalement minière, génère de vastes quantités de stériles et de résidus, et peut avoir des impacts locaux sur la qualité de l'eau et des sols. Le platine issu des pots catalytiques usagés peut se retrouver sous forme de particules fines dans les poussières routières et les sols en bord de route, mais aux concentrations mesurées, son impact écologique direct est considéré comme faible. La recherche se poursuit pour évaluer le devenir et les effets à long terme de ces particules.
Le recyclage du platine est économiquement très attractif et crucial pour la sécurité d'approvisionnement. Les principales sources sont :
Le taux de recyclage global est estimé à environ 25-30% de la demande, mais il pourrait être significativement amélioré avec de meilleurs systèmes de collecte. L'Afrique du Sud a mis en place des infrastructures pour recycler une grande partie de ses déchets catalytiques.
Le platine est un matériau critique pour l'économie moderne, avec une chaîne d'approvisionnement géographiquement concentrée (Afrique du Sud). Les enjeux sont :
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