發現曆史
18世紀初英國C.伍德在新格拉納達的卡塔赫納采集到嵌有鉑粒的砂石。
1735年西班牙烏略亞-德拉·托雷·希拉爾在平托附近的金礦發現一塊難以加工的金屬,很像銀,便取名為platinum,該字來自西班牙文platina,含義是銀。
1748年英國沃森确認這是一種新元素。鉑在地殼中的含量為5×10-7%,常與其他鉑系元素一起分散在沖積礦床和砂積礦床的多種礦物(如原鉑礦、硫化鎳銅礦、磁鐵礦等)中。獨立礦物有砷鉑礦、硫鉑礦、銻鉑礦、硫鉑钯礦、硫鎳钯鉑礦等。還有以遊離狀态存在的自然鉑。
100多年前曾有過一種作為光源的鉑絲酒精燈,那是在1820年,英國化學家戴維做了這樣一個實驗:先用酒精把鉑絲潤濕,然後點燃。他發現,這時酒精燃燒得特别劇烈,能使鉑絲溫度達到熾熱程度,發出很亮的光來。于是,戴維做了一種鉑絲酒精燈,用它來照明。這燈在歐洲風行了許多年。
鉑絲之所以熾熱,是因為鉑可以對酒精氧化起催化作用,使它在自己表面燃燒得更激烈。人們利用鉑的這種性質,還制成了一種玩具打火機:它是在酒精容器的蓋子裡,裝上一支細鉑絲。隻要打開瓶蓋并把鉑絲放在瓶口,酒精就在鉑絲表面與氧氣反應。稍過一會兒,反應所放的熱就把酒精蒸氣點燃了,從而成為一種不點自燃的“自來火”。
于是有人設計了一種金屬做的、扁平圓滑可以揣到懷裡的爐子。這爐子裡既不裝紅煤球也不燒炭,裝的隻有酒精和鉑,酒精靠人體的體溫緩緩揮發,酒精蒸氣在通過附有鉑粉的石棉時發生氧化而發熱,使人們達到取暖的目的。人們把它稱為“鉑懷爐”。
許多技術發達的國家已把它改制成了“無焰燃燒器”。他們把丙烷以0.01~1大氣壓的壓力通入一個熒光吊燈樣的裝置,在裝置的鉑絲上,丙烷跟空氣相接觸而氧化放熱(沒發生火焰)。由于它能靜悄悄地供暖而不産生煤氣,所以成為雞舍中的理想熱源。
理化特性
物理性質
鉑是銀白色有光澤的金屬,熔點1772℃,沸點3827℃,密度21.45g/cm3(20℃),較軟,有良好的延展性、導熱性和導電性。海綿鉑為灰色海綿狀物質,有很大的比表面積,對氣體(特别是氫氣、氧氣和一氧化碳)有較強的吸收能力。粉末狀的鉑黑能吸收大量氫氣。鉑的化學性質不活潑,在空氣和潮濕環境中穩定,低于450℃加熱時,表面形成二氧化鉑薄膜,高溫下能與硫、磷、鹵素發生反應。鉑不溶于鹽酸、硫酸、硝酸和堿溶液,但可溶于王水和熔融的堿。鉑的氧化态為+2、+3、+4、+5、+6。容易形成配位化合物,如[Pt(NH3)2]Cl2、K[Pt(NH3)Cl5]。
電離能(kJ/mol)
M - M+ 870
M+ - M2+ 1791
M2+ - M3+ 2800
M3+ - M4+ 3900
M4+ - M5+ 5300
M5+ - M6+ 7200
M6+ - M7+ 8900
M7+ - M8+ 10500
M8+ - M9+ 12300
M9+ - M10+ 14100
晶體結構:等軸晶系,晶胞為面心立方晶胞,每個晶胞含有4個金屬原子。
鉑是一種過渡金屬,密度大,可延展,色澤銀白,金屬光澤,硬度4-4.5,相對密度為21.45。熔點高為1773℃。富延展性,可拉成很細的鉑絲,軋成極薄的鉑箔。
化學性質
化學性質極穩定,不溶于強酸強堿溶液,在空氣中不氧化。第一電離能9.0eV。化合價為+2、+4和+6。熔點1772℃,沸點3827℃。密度21.46g/cm3。銀白色金屬,質柔軟,有延展性。晶體結構為面心立方體。鉑有很高的化學穩定性,除溶于王水和熔融的堿外,還溶于鹽酸和過氧化氫、鹽酸和高氯酸的混合物中,除此之外,鉑常溫下不與一般強酸、堿和其他試劑作用。但是鉑在高溫下容易遭受腐蝕,例如:對于多種氧化劑、強堿、容易還原的重金屬、以及硫、磷、砷等,鉑或則被其破壞,或則與其成合金,正因為如此,所以不得在鉑器皿中加熱或熔融堿金屬的氧化物、硫代硫酸鈉、含磷和大量硫的物質以及含重金屬的樣品(如鉛、錫、銻、砷、汞、銅等)。高溫下不許使用大量過氧化劑、氫氧化鈉(鉀)作熔劑。鉑器皿中不允許處理鹵素或分解出鹵素的物質。但以下物質能溶解鉑:
王水(硝酸和鹽酸以1:3(體積比)混合的混合物)
雖然王水能溶解鉑,但這與鉑的狀态有關,緻密的鉑在常溫下的王水溶解速度非常慢,直徑1mm的鉑絲要4-5個小時才能完全溶解。鉑黑(鉑粉)在加熱時能與濃硫酸反應,生成Pt(SO4)2、SO2和水。氯鉑酸的制法是把鉑金屬溶解在王水中。這個反應的産物是H2PtCl6,而非以前認為的含氮鉑化合物。氯鉑酸是一紅棕色固體,可從蒸發其溶液取得。
Pt+4HNO3+6HCl→H2PtCl6+4NO2+4H2O
堿金屬氰化物
堿金屬氰化物也能溶解鉑,高溫下鉑能與鹵素反應,但硒,碲和磷更容易和鉑反應。緻密的金屬鉑在任何溫度下的空氣中都不被氧化。
鹽酸和過氧化氫的混合物
熔融的堿
鹽酸和高氯酸的混合物
與王水的反應:3Pt+4HNO3+18HCl=3H2[PtCl6]+4NO↑+8H2O
用王水溶解經過處理的鉑精礦或電解銅、鎳産生的陽極泥,經一系列化學處理後,可得氯鉑酸铵,将它在1000℃緩慢灼燒,便分解制得海綿鉑。鉑在氫化、脫氫、異構化、環化、脫水、脫鹵、氧化、裂解等化學反應以及接觸法生産硫酸、氨氧化法制取硝酸、氨和甲烷制取氫氰酸、制備環己烷、生産維生素時都用作催化劑。用鉑催化劑重整石腦油,可提高汽油産品的辛烷值。鉑及其合金在高溫下耐氧化和腐蝕,用于制作坩埚、蒸發皿、電極、噴嘴、反應器等。鉑和鉑铑合金在冶金、玻璃、陶瓷工業中用作高溫爐的爐絲和熱電偶。鉑還用于制作首飾。
分類
鉑,又稱白金,周期表中第Ⅷ族鉑元素,白色金屬,原子序數為78,相對原子質量為195.05,密度為21.45g/cm3,熔點為1772℃,沸點為3821℃。純鉑具有良好的高溫抗氧化性和化學穩定性,易加工成形。鉑化合物用做化工、制藥、煉油、汽車尾氣淨化等領域的催化劑。
自然鉑
含有鐵、銥、钯等雜質的鉑礦物,呈銀白色或暗灰色,屬于等軸晶系,是不規則的粒狀或鱗片狀集合體,富有延展性。Pt晶體屬等軸晶系的一種自然元素礦物,又名白金,但中國古籍中所謂的白金,系指銀,并非鉑。除Pt外,自然鉑經常含鐵,達9~11%時稱為粗鉑礦;更高時稱為鐵鉑礦,最高可達28%。還常含鎳、金、銅、钯、銥和铑等,钯最高含量可達21.8~30.0%,銥27.79~29.0。
海綿鉑
含鉑質量分數≥99.9%的灰色海綿狀金屬,按鉑的含量分為三個牌号:SM-Pt99.99、SM-Pt99.95、和SM-Pt99.9,一般用火法及溫法冶煉制取。
高純海綿鉑
含鉑質量分數≥99.995%的灰色海綿狀金屬,按鉑的含量分為兩個牌号:SM-Pt99.995和SM-Pt99.999,一般從各類含鉑物料中經分離提純後制取,供化學工業、電氣儀表、精密合金及測溫材料等使用。
超細鉑粉
含鉑≥99.95%、平均粒徑7.0m/g,松裝密度為0.4~0.7g/cm3,振實密度為0.7~1.1g/cm3.
鉑銥合金
鉑基含銥的二元合金,高溫下為連續固溶體,緩冷發生固相分解,但相平衡過程進行得慢。銥易揮發和氧化,能顯著地提高鉑的耐腐蝕性。該合金具有高硬度、高熔點、高耐腐蝕能力和低的接觸電阻等特點。
鉑銀合金
以鉑為基含銀的二元合金,在1185℃和45%Ag處發生包晶反應。該合金強度高、彈性好且彈性後效低、電阻系數小、熱電勢低、耐熱、耐腐蝕、無磁、性能穩定,鉑銀合金熔煉和加工都很困難,一般用高頻感應加熱爐氫氣保護熔煉,鑄錠須經均勻化後,加工成闆片和線材等。
鉑钼合金
以鉑為基含钼的二元合金,富鉑固溶體為面心立方結構,電阻系數随钼含量增加呈直線上升。鉑钼合金抗拉強度為922N/mm2,電阻系數為0.64Ω·mm2/m,電阻溫度系數為2.4×10-4/℃。用高頻感應加熱爐氫氣保護熔煉,冷凝排氣數次,鑄定經熱鍛後冷加工成線材和片材等。鉑钼合金主要用做熱電偶材料,熱電勢高、穩定性好,能在核場中工作,使用溫度為1500~1600℃。此外,鉑钼合金還可用作電位器繞組和高溫應變材料。
鉑铼合金
以鉑為基含铼的二元合金,在溫度2450℃時發生簡單包晶反應,用高頻爐氫氣保護熔煉,熱開坯後冷加工成材。鉑铼合金有PtRe8和PtRe14兩種合金,PtRe8是高溫熱電偶材料,與铑配對使用瞬時溫度可達1800℃,與鉑配對為1600℃。PtRe14合金用做電接觸材料。
鉑钴合金
以鉑為基含钴的二元合金,在高溫下,鉑與钴可無限互溶,其固溶體為面心立方晶格,緩冷至833℃,合金内開始出現有序轉變。鉑钴合金磁性極強,磁穩定性較高,耐化學腐蝕性很好,氫氧化鉀和熱濃硫酸都不能将其腐蝕。該合金主要用于航天、航海、航空儀表,計測儀,電子鐘表,磁控管等。
鉑銅合金
以鉑為基含銅的二元合金,高溫下為連續固溶體,低溫下,在3%~93%銅成分範圍内存在有序轉變,相結構由立方晶格變成菱方晶格,緻使合金顯著強化。産品有PtCu2.5、PtCu5、PtCu8.5、PtCu15和PtCu25等合金,用高頻感應加熱爐或中頻感應加熱爐熔煉,鑄錠須在均勻化後,加工成材,主要用于制造電器接點和電阻材料。
鉑鎳合金
以鉑為基含鎳的二元合金,高溫下為連續固溶體,在約645℃以下生成兩種超結構化合物。鉑鎳合金有PtNi2、PtNi5、PtNi10和PtNi20等合金,在氧化性氣氛中加熱時,鎳發生選擇性氧化,用高頻感應加熱爐氩氣保護熔煉,可加工成線材和片闆等。
鉑钌合金
以鉑為基含钌的二元合金,有PtRu4、PtRu5、PtRu10和PtRu14等合金。钌提高抗腐蝕能力,抗變色能力很強,在900℃以上钌選擇性氧化和揮發。用高頻感應加熱爐氩氣保護熔煉。
鉑锇合金
以鉑為基含锇的二元合金。锇具有提高合金硬度及電阻系數作用。鉑锇合金用高頻爐氩氣保護熔煉,熱軋後冷軋成材。常以細粒、細片或不規則團塊狀産出。在俄羅斯烏拉爾曾采得重8~9㎏的自然鉑漂礫和427.5g的原生自然鉑塊。
鑒定特征:金屬光澤,銀白至鋼灰色,比重大,在空氣中不氧化,除王水之外,在普通酸類中不溶解;以高比重和硬度大區别于自然銀。
成因産狀:自然鉑主要見于岩漿礦床,成因上與基性岩、超基性岩有關;此外,常富集于砂礦中。
著名産地:世界著名産地有南非Meresnky Reef、俄羅斯烏拉爾、加拿大薩德伯裡、美國等地。中國某些超基性岩中也産有自然鉑。
鉑合金
鉑合金︰指鉑與其他金屬混合而成的合金,如與钯、,铑、钇、钌、钴、锇、銅等。盡管鉑硬度比金高,但作為鑲崁之用尚嫌不足,必需與其他金屬合金,方能用來制作首飾。首飾業使用鉑、钌合金和鉑、銥合金較多。在歐洲和香港使用鉑、钴合金澆鑄。在日本用鉑(85%),钯合金制造鍊條。國際上鉑金飾的戳記是Pt、Plat或Platinum的字樣,并以純度之千分數字代表之,如Pt900表示純度是900‰。在日本鉑金飾品的規格标示有Pt1000、Pt950、Pt900、Pt850。
順鉑
癌症治療的常用化學藥物,具有較高療效。屬細胞周期非特異性藥物,具有細胞毒性,可抑制癌細胞的DNA複制過程,并損傷其細胞膜上結構,有較強的廣譜抗癌作用。臨床用于卵巢癌、前列腺癌、睾丸癌、肺癌、鼻咽癌、食道癌、惡性淋巴瘤、乳腺癌、頭頸部鱗癌、甲狀腺癌及成骨肉瘤等多種實體腫瘤均能顯示療效。
副作用:有骨髓抑制、血小闆和白細胞減少。有胃腸道反應、惡心、嘔吐。腎毒性,多飲水或輸液、強迫利尿可減輕腎毒性。腎功能不全者慎用。西藥劑量:成人常用劑量10mg~20mg/日,溶于200mL~300mL生理鹽水中,靜脈滴注,避光2小時内滴完,每療程為200mg~400mg,在用量達到100mg~200mg後,需間隔1~2周。總用量達200mg時,多數病人呈現主客觀緩解。
【适應症】抗瘤譜較廣,臨床用于治療睾丸惡腫腫瘤,對胚胎瘤和精原細胞瘤均有較好效果,與常用藥物無交叉耐藥。對卵巢癌、乳腺癌和膀胱癌有較好療效。對頭頸部癌、肺癌、食管癌、惡性黑色素瘤、惡性淋巴瘤軟組織肉瘤和癌性胸腹水等也有一定療效。與其他抗癌藥聯合應用效果更好。
【用量用法】1.一般劑量:每平方米體表面積20~30mg溶于等滲鹽水200mL中靜滴,連用3~5日(總量150mg),間隔3周再重複,可重複用藥3~4療程。2.高劑量:每平方米體表面積80~120mg,同時進行水化和利尿,每3周用藥1次,可重複3~4次。3.胸腹腔注射:每次30~60mg,7~10日1次。
【注意事項】1.消化道反應有食欲減退、惡心、嘔吐、腹瀉等。一般于注射後1~2小時發生,持續4~6小時或更長,停藥2~3日後消失。但也有少數病人可持續1周以上。2.骨髓抑制:主要表現白細胞減少,多發生于劑量超過1日每平方米體積100mg時,血小闆減少相對較輕。3.聽神經毒性與總劑量有關,表現為耳鳴、耳聾、頭昏,嚴重者可有不可逆的高頻聽力喪失。4.腎髒毒性表現為血尿及腎功能損害,血清肌酐升高及清除率降低,與所用總量有關,常發生于治療後7~14日之間。5.尚有人報告少數病人可出現心電圖ST-T改變,肝功能損傷等。6.有以下情況時應停用該品:(1)白細胞低于3500/μL;(2)血小闆低于7.5萬/μL;(3)持續性惡心嘔吐;(4)早期腎髒毒性如尿中白細胞10/高倍視野、紅細胞5/高倍視野或管型5/高倍視野以上者;(5)血清肌酐超過1.5mg/日者;(6)既往患過腎肝疾患、腎功能不好及患過中耳炎的病人。7.為了減輕毒性反應,用藥期間應多飲水或輸液,強迫利尿;藥前先給甲氧氯普胺(胃複安)和氯丙嗪等減輕消化道反應;經常檢查血、尿、肝、腎功能及聽力。8.過敏反應發生快,如有的病人僅在用藥幾分鐘後出現面部水腫、哮鳴、心動過速和低血壓。9.該品具有誘變性、緻畸性和可能的緻癌性。
【規格】注射用順鉑:每支10mg、20mg。
鍺鉑合金
2023年,荷蘭科學家将鍺和鉑熔化在一起,當混合物冷卻時,鍺鉑合金頂部的一薄層鍺原子排列成蜂窩狀晶格,這個二維原子層被稱為鍺烯(Germanene)。
制備
富集:重選是富集鉑礦物的主要的方法。鉑礦的相對密度較大,使用溜槽、跳汰機、搖床及風力選礦都可有效地富集。天然鉑和天然金一樣,表面濕潤性小,用黃藥作捕收劑浮選。富集後得到精礦。
精煉:傳統的精煉方法以溶解、還原、沉澱、鍛燒等工序為基礎。鉑精礦用王水溶解,鉑、钯、金進入溶液,用硫酸亞鐵從所得的溶液中還原金,再經電解即可得到純金。向溶液中加入氯化铵,使鉑以氯鉑酸铵沉澱出來,經煅燒得粗鉑,再用溴酸鈉水解法精制。傳統的溶解、沉澱法處理工序長而複雜,分離金屬不完全,很難得到高純度的産品。金屬回收率低、成本高。1970年開始出現的萃取工藝,以Cl2/HCl混合物作介質,實現貴重金屬的完全浸出,提高了分離效率,縮短了處理時間,保證獲得高純度産品。所以,鉑精煉的現代化流程均以溶劑萃取法為基礎。
用途說明
鉑由于有很高的化學穩定性(除王水外不溶于任何酸,堿)和催化活性,因此,應用很廣。可與钴合制強磁體。多用來制造耐腐蝕的化學儀器,如各種反應器皿、蒸發皿、坩埚、電極、鉑網等,鉑和鉑铑合金常用作熱電偶,來測定1200~1750℃的溫度。還可用于制造首飾。鉑在氫化、脫氫、異構化、環化、脫水、脫鹵、氧化、裂解等化學反應中均可作催化劑。在醫藥中,可做抗癌藥,鉑的化合物如順鉑(Cisplatin)則用于癌症的化療之用。
分布
鉑是地殼中最稀少的元素之一。鉑幾乎都以遊離狀态分散于沖積礦床和砂積礦床中,如磁鐵礦、原鉑礦、鉻鐵礦、钛鐵礦、硫化鎳銅礦、含鉑黃銅礦,含鉑磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦等。此外,鉑還與其他鉑系元素形成合金,如自然鉑、钯鉑礦、锇銥礦等。主要鉑礦有砷鉑礦、硫鉑礦、銻鉑礦、硫鉑钯礦、硫鎳钯鉑礦等,還有銻金鉑礦、錫鉛鉑钯礦、铋銻鉑礦、銘鎳鉑礦、碲鉑礦、砷鉑銥礦、砷鍺鉑钯礦、含鉑金銀礦等。
世界上鉑資源最豐富的國家是南非,其次是俄羅斯、加拿大和美國。
鉑有6種穩定的同位素:鉑-190、鉑-192、鉑-194、鉑-195、鉑-196、鉑-198。
在自然界中常以自然礦狀态存在,極為分散。多用原鉑礦富積、萃取而獲得。