发现历史
18世纪初英国C.伍德在新格拉纳达的卡塔赫纳采集到嵌有铂粒的砂石。
1735年西班牙乌略亚-德拉·托雷·希拉尔在平托附近的金矿发现一块难以加工的金属,很像银,便取名为platinum,该字来自西班牙文platina,含义是银。
1748年英国沃森确认这是一种新元素。铂在地壳中的含量为5×10-7%,常与其他铂系元素一起分散在冲积矿床和砂积矿床的多种矿物(如原铂矿、硫化镍铜矿、磁铁矿等)中。独立矿物有砷铂矿、硫铂矿、锑铂矿、硫铂钯矿、硫镍钯铂矿等。还有以游离状态存在的自然铂。
100多年前曾有过一种作为光源的铂丝酒精灯,那是在1820年,英国化学家戴维做了这样一个实验:先用酒精把铂丝润湿,然后点燃。他发现,这时酒精燃烧得特别剧烈,能使铂丝温度达到炽热程度,发出很亮的光来。于是,戴维做了一种铂丝酒精灯,用它来照明。这灯在欧洲风行了许多年。
铂丝之所以炽热,是因为铂可以对酒精氧化起催化作用,使它在自己表面燃烧得更激烈。人们利用铂的这种性质,还制成了一种玩具打火机:它是在酒精容器的盖子里,装上一支细铂丝。只要打开瓶盖并把铂丝放在瓶口,酒精就在铂丝表面与氧气反应。稍过一会儿,反应所放的热就把酒精蒸气点燃了,从而成为一种不点自燃的“自来火”。
于是有人设计了一种金属做的、扁平圆滑可以揣到怀里的炉子。这炉子里既不装红煤球也不烧炭,装的只有酒精和铂,酒精靠人体的体温缓缓挥发,酒精蒸气在通过附有铂粉的石棉时发生氧化而发热,使人们达到取暖的目的。人们把它称为“铂怀炉”。
许多技术发达的国家已把它改制成了“无焰燃烧器”。他们把丙烷以0.01~1大气压的压力通入一个荧光吊灯样的装置,在装置的铂丝上,丙烷跟空气相接触而氧化放热(没发生火焰)。由于它能静悄悄地供暖而不产生煤气,所以成为鸡舍中的理想热源。
理化特性
物理性质
铂是银白色有光泽的金属,熔点1772℃,沸点3827℃,密度21.45g/cm3(20℃),较软,有良好的延展性、导热性和导电性。海绵铂为灰色海绵状物质,有很大的比表面积,对气体(特别是氢气、氧气和一氧化碳)有较强的吸收能力。粉末状的铂黑能吸收大量氢气。铂的化学性质不活泼,在空气和潮湿环境中稳定,低于450℃加热时,表面形成二氧化铂薄膜,高温下能与硫、磷、卤素发生反应。铂不溶于盐酸、硫酸、硝酸和碱溶液,但可溶于王水和熔融的碱。铂的氧化态为+2、+3、+4、+5、+6。容易形成配位化合物,如[Pt(NH3)2]Cl2、K[Pt(NH3)Cl5]。
电离能(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
晶体结构:等轴晶系,晶胞为面心立方晶胞,每个晶胞含有4个金属原子。
铂是一种过渡金属,密度大,可延展,色泽银白,金属光泽,硬度4-4.5,相对密度为21.45。熔点高为1773℃。富延展性,可拉成很细的铂丝,轧成极薄的铂箔。
化学性质
化学性质极稳定,不溶于强酸强碱溶液,在空气中不氧化。第一电离能9.0eV。化合价为+2、+4和+6。熔点1772℃,沸点3827℃。密度21.46g/cm3。银白色金属,质柔软,有延展性。晶体结构为面心立方体。铂有很高的化学稳定性,除溶于王水和熔融的碱外,还溶于盐酸和过氧化氢、盐酸和高氯酸的混合物中,除此之外,铂常温下不与一般强酸、碱和其他试剂作用。但是铂在高温下容易遭受腐蚀,例如:对于多种氧化剂、强碱、容易还原的重金属、以及硫、磷、砷等,铂或则被其破坏,或则与其成合金,正因为如此,所以不得在铂器皿中加热或熔融碱金属的氧化物、硫代硫酸钠、含磷和大量硫的物质以及含重金属的样品(如铅、锡、锑、砷、汞、铜等)。高温下不许使用大量过氧化剂、氢氧化钠(钾)作熔剂。铂器皿中不允许处理卤素或分解出卤素的物质。但以下物质能溶解铂:
王水(硝酸和盐酸以1:3(体积比)混合的混合物)
虽然王水能溶解铂,但这与铂的状态有关,致密的铂在常温下的王水溶解速度非常慢,直径1mm的铂丝要4-5个小时才能完全溶解。铂黑(铂粉)在加热时能与浓硫酸反应,生成Pt(SO4)2、SO2和水。氯铂酸的制法是把铂金属溶解在王水中。这个反应的产物是H2PtCl6,而非以前认为的含氮铂化合物。氯铂酸是一红棕色固体,可从蒸发其溶液取得。
Pt+4HNO3+6HCl→H2PtCl6+4NO2+4H2O
碱金属氰化物
碱金属氰化物也能溶解铂,高温下铂能与卤素反应,但硒,碲和磷更容易和铂反应。致密的金属铂在任何温度下的空气中都不被氧化。
盐酸和过氧化氢的混合物
熔融的碱
盐酸和高氯酸的混合物
与王水的反应:3Pt+4HNO3+18HCl=3H2[PtCl6]+4NO↑+8H2O
用王水溶解经过处理的铂精矿或电解铜、镍产生的阳极泥,经一系列化学处理后,可得氯铂酸铵,将它在1000℃缓慢灼烧,便分解制得海绵铂。铂在氢化、脱氢、异构化、环化、脱水、脱卤、氧化、裂解等化学反应以及接触法生产硫酸、氨氧化法制取硝酸、氨和甲烷制取氢氰酸、制备环己烷、生产维生素时都用作催化剂。用铂催化剂重整石脑油,可提高汽油产品的辛烷值。铂及其合金在高温下耐氧化和腐蚀,用于制作坩埚、蒸发皿、电极、喷嘴、反应器等。铂和铂铑合金在冶金、玻璃、陶瓷工业中用作高温炉的炉丝和热电偶。铂还用于制作首饰。
分类
铂,又称白金,周期表中第Ⅷ族铂元素,白色金属,原子序数为78,相对原子质量为195.05,密度为21.45g/cm3,熔点为1772℃,沸点为3821℃。纯铂具有良好的高温抗氧化性和化学稳定性,易加工成形。铂化合物用做化工、制药、炼油、汽车尾气净化等领域的催化剂。
自然铂
含有铁、铱、钯等杂质的铂矿物,呈银白色或暗灰色,属于等轴晶系,是不规则的粒状或鳞片状集合体,富有延展性。Pt晶体属等轴晶系的一种自然元素矿物,又名白金,但中国古籍中所谓的白金,系指银,并非铂。除Pt外,自然铂经常含铁,达9~11%时称为粗铂矿;更高时称为铁铂矿,最高可达28%。还常含镍、金、铜、钯、铱和铑等,钯最高含量可达21.8~30.0%,铱27.79~29.0。
海绵铂
含铂质量分数≥99.9%的灰色海绵状金属,按铂的含量分为三个牌号:SM-Pt99.99、SM-Pt99.95、和SM-Pt99.9,一般用火法及温法冶炼制取。
高纯海绵铂
含铂质量分数≥99.995%的灰色海绵状金属,按铂的含量分为两个牌号:SM-Pt99.995和SM-Pt99.999,一般从各类含铂物料中经分离提纯后制取,供化学工业、电气仪表、精密合金及测温材料等使用。
超细铂粉
含铂≥99.95%、平均粒径7.0m/g,松装密度为0.4~0.7g/cm3,振实密度为0.7~1.1g/cm3.
铂铱合金
铂基含铱的二元合金,高温下为连续固溶体,缓冷发生固相分解,但相平衡过程进行得慢。铱易挥发和氧化,能显著地提高铂的耐腐蚀性。该合金具有高硬度、高熔点、高耐腐蚀能力和低的接触电阻等特点。
铂银合金
以铂为基含银的二元合金,在1185℃和45%Ag处发生包晶反应。该合金强度高、弹性好且弹性后效低、电阻系数小、热电势低、耐热、耐腐蚀、无磁、性能稳定,铂银合金熔炼和加工都很困难,一般用高频感应加热炉氢气保护熔炼,铸锭须经均匀化后,加工成板片和线材等。
铂钼合金
以铂为基含钼的二元合金,富铂固溶体为面心立方结构,电阻系数随钼含量增加呈直线上升。铂钼合金抗拉强度为922N/mm2,电阻系数为0.64Ω·mm2/m,电阻温度系数为2.4×10-4/℃。用高频感应加热炉氢气保护熔炼,冷凝排气数次,铸定经热锻后冷加工成线材和片材等。铂钼合金主要用做热电偶材料,热电势高、稳定性好,能在核场中工作,使用温度为1500~1600℃。此外,铂钼合金还可用作电位器绕组和高温应变材料。
铂铼合金
以铂为基含铼的二元合金,在温度2450℃时发生简单包晶反应,用高频炉氢气保护熔炼,热开坯后冷加工成材。铂铼合金有PtRe8和PtRe14两种合金,PtRe8是高温热电偶材料,与铑配对使用瞬时温度可达1800℃,与铂配对为1600℃。PtRe14合金用做电接触材料。
铂钴合金
以铂为基含钴的二元合金,在高温下,铂与钴可无限互溶,其固溶体为面心立方晶格,缓冷至833℃,合金内开始出现有序转变。铂钴合金磁性极强,磁稳定性较高,耐化学腐蚀性很好,氢氧化钾和热浓硫酸都不能将其腐蚀。该合金主要用于航天、航海、航空仪表,计测仪,电子钟表,磁控管等。
铂铜合金
以铂为基含铜的二元合金,高温下为连续固溶体,低温下,在3%~93%铜成分范围内存在有序转变,相结构由立方晶格变成菱方晶格,致使合金显著强化。产品有PtCu2.5、PtCu5、PtCu8.5、PtCu15和PtCu25等合金,用高频感应加热炉或中频感应加热炉熔炼,铸锭须在均匀化后,加工成材,主要用于制造电器接点和电阻材料。
铂镍合金
以铂为基含镍的二元合金,高温下为连续固溶体,在约645℃以下生成两种超结构化合物。铂镍合金有PtNi2、PtNi5、PtNi10和PtNi20等合金,在氧化性气氛中加热时,镍发生选择性氧化,用高频感应加热炉氩气保护熔炼,可加工成线材和片板等。
铂钌合金
以铂为基含钌的二元合金,有PtRu4、PtRu5、PtRu10和PtRu14等合金。钌提高抗腐蚀能力,抗变色能力很强,在900℃以上钌选择性氧化和挥发。用高频感应加热炉氩气保护熔炼。
铂锇合金
以铂为基含锇的二元合金。锇具有提高合金硬度及电阻系数作用。铂锇合金用高频炉氩气保护熔炼,热轧后冷轧成材。常以细粒、细片或不规则团块状产出。在俄罗斯乌拉尔曾采得重8~9㎏的自然铂漂砾和427.5g的原生自然铂块。
鉴定特征:金属光泽,银白至钢灰色,比重大,在空气中不氧化,除王水之外,在普通酸类中不溶解;以高比重和硬度大区别于自然银。
成因产状:自然铂主要见于岩浆矿床,成因上与基性岩、超基性岩有关;此外,常富集于砂矿中。
著名产地:世界著名产地有南非Meresnky Reef、俄罗斯乌拉尔、加拿大萨德伯里、美国等地。中国某些超基性岩中也产有自然铂。
铂合金
铂合金︰指铂与其他金属混合而成的合金,如与钯、,铑、钇、钌、钴、锇、铜等。尽管铂硬度比金高,但作为镶崁之用尚嫌不足,必需与其他金属合金,方能用来制作首饰。首饰业使用铂、钌合金和铂、铱合金较多。在欧洲和香港使用铂、钴合金浇铸。在日本用铂(85%),钯合金制造鍊条。国际上铂金饰的戳记是Pt、Plat或Platinum的字样,并以纯度之千分数字代表之,如Pt900表示纯度是900‰。在日本铂金饰品的规格标示有Pt1000、Pt950、Pt900、Pt850。
顺铂
癌症治疗的常用化学药物,具有较高疗效。属细胞周期非特异性药物,具有细胞毒性,可抑制癌细胞的DNA复制过程,并损伤其细胞膜上结构,有较强的广谱抗癌作用。临床用于卵巢癌、前列腺癌、睾丸癌、肺癌、鼻咽癌、食道癌、恶性淋巴瘤、乳腺癌、头颈部鳞癌、甲状腺癌及成骨肉瘤等多种实体肿瘤均能显示疗效。
副作用:有骨髓抑制、血小板和白细胞减少。有胃肠道反应、恶心、呕吐。肾毒性,多饮水或输液、强迫利尿可减轻肾毒性。肾功能不全者慎用。西药剂量:成人常用剂量10mg~20mg/日,溶于200mL~300mL生理盐水中,静脉滴注,避光2小时内滴完,每疗程为200mg~400mg,在用量达到100mg~200mg后,需间隔1~2周。总用量达200mg时,多数病人呈现主客观缓解。
【适应症】抗瘤谱较广,临床用于治疗睾丸恶肿肿瘤,对胚胎瘤和精原细胞瘤均有较好效果,与常用药物无交叉耐药。对卵巢癌、乳腺癌和膀胱癌有较好疗效。对头颈部癌、肺癌、食管癌、恶性黑色素瘤、恶性淋巴瘤软组织肉瘤和癌性胸腹水等也有一定疗效。与其他抗癌药联合应用效果更好。
【用量用法】1.一般剂量:每平方米体表面积20~30mg溶于等渗盐水200mL中静滴,连用3~5日(总量150mg),间隔3周再重复,可重复用药3~4疗程。2.高剂量:每平方米体表面积80~120mg,同时进行水化和利尿,每3周用药1次,可重复3~4次。3.胸腹腔注射:每次30~60mg,7~10日1次。
【注意事项】1.消化道反应有食欲减退、恶心、呕吐、腹泻等。一般于注射后1~2小时发生,持续4~6小时或更长,停药2~3日后消失。但也有少数病人可持续1周以上。2.骨髓抑制:主要表现白细胞减少,多发生于剂量超过1日每平方米体积100mg时,血小板减少相对较轻。3.听神经毒性与总剂量有关,表现为耳鸣、耳聋、头昏,严重者可有不可逆的高频听力丧失。4.肾脏毒性表现为血尿及肾功能损害,血清肌酐升高及清除率降低,与所用总量有关,常发生于治疗后7~14日之间。5.尚有人报告少数病人可出现心电图ST-T改变,肝功能损伤等。6.有以下情况时应停用该品:(1)白细胞低于3500/μL;(2)血小板低于7.5万/μL;(3)持续性恶心呕吐;(4)早期肾脏毒性如尿中白细胞10/高倍视野、红细胞5/高倍视野或管型5/高倍视野以上者;(5)血清肌酐超过1.5mg/日者;(6)既往患过肾肝疾患、肾功能不好及患过中耳炎的病人。7.为了减轻毒性反应,用药期间应多饮水或输液,强迫利尿;药前先给甲氧氯普胺(胃复安)和氯丙嗪等减轻消化道反应;经常检查血、尿、肝、肾功能及听力。8.过敏反应发生快,如有的病人仅在用药几分钟后出现面部水肿、哮鸣、心动过速和低血压。9.该品具有诱变性、致畸性和可能的致癌性。
【规格】注射用顺铂:每支10mg、20mg。
锗铂合金
2023年,荷兰科学家将锗和铂熔化在一起,当混合物冷却时,锗铂合金顶部的一薄层锗原子排列成蜂窝状晶格,这个二维原子层被称为锗烯(Germanene)。
制备
富集:重选是富集铂矿物的主要的方法。铂矿的相对密度较大,使用溜槽、跳汰机、摇床及风力选矿都可有效地富集。天然铂和天然金一样,表面湿润性小,用黄药作捕收剂浮选。富集后得到精矿。
精炼:传统的精炼方法以溶解、还原、沉淀、锻烧等工序为基础。铂精矿用王水溶解,铂、钯、金进入溶液,用硫酸亚铁从所得的溶液中还原金,再经电解即可得到纯金。向溶液中加入氯化铵,使铂以氯铂酸铵沉淀出来,经煅烧得粗铂,再用溴酸钠水解法精制。传统的溶解、沉淀法处理工序长而复杂,分离金属不完全,很难得到高纯度的产品。金属回收率低、成本高。1970年开始出现的萃取工艺,以Cl2/HCl混合物作介质,实现贵重金属的完全浸出,提高了分离效率,缩短了处理时间,保证获得高纯度产品。所以,铂精炼的现代化流程均以溶剂萃取法为基础。
用途说明
铂由于有很高的化学稳定性(除王水外不溶于任何酸,碱)和催化活性,因此,应用很广。可与钴合制强磁体。多用来制造耐腐蚀的化学仪器,如各种反应器皿、蒸发皿、坩埚、电极、铂网等,铂和铂铑合金常用作热电偶,来测定1200~1750℃的温度。还可用于制造首饰。铂在氢化、脱氢、异构化、环化、脱水、脱卤、氧化、裂解等化学反应中均可作催化剂。在医药中,可做抗癌药,铂的化合物如顺铂(Cisplatin)则用于癌症的化疗之用。
分布
铂是地壳中最稀少的元素之一。铂几乎都以游离状态分散于冲积矿床和砂积矿床中,如磁铁矿、原铂矿、铬铁矿、钛铁矿、硫化镍铜矿、含铂黄铜矿,含铂磁黄铁矿、镍黄铁矿等。此外,铂还与其他铂系元素形成合金,如自然铂、钯铂矿、锇铱矿等。主要铂矿有砷铂矿、硫铂矿、锑铂矿、硫铂钯矿、硫镍钯铂矿等,还有锑金铂矿、锡铅铂钯矿、铋锑铂矿、铭镍铂矿、碲铂矿、砷铂铱矿、砷锗铂钯矿、含铂金银矿等。
世界上铂资源最丰富的国家是南非,其次是俄罗斯、加拿大和美国。
铂有6种稳定的同位素:铂-190、铂-192、铂-194、铂-195、铂-196、铂-198。
在自然界中常以自然矿状态存在,极为分散。多用原铂矿富积、萃取而获得。