铂为什么能被称为贵金属（贵金属云集的铂系元素）

本期作者：李家骥

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导语

铂系元素包括钌（Ru），铑（Rh），钯（Pd），锇（Os），铱（Ir），铂（Pt）六种，它们均位于元素周期表的第八族。元素周期表中的过渡金属在划分时为了和七个主族元素对应，也相应设立了七个副族，由于剩余三列金属元素性质的相似性，它们被统一划分为第八族。这样的划分在本质上也和原子的电子排布规律相符。第八族元素又细分为铁系元素，铂系元素和第七周期的三个超重元素。在之前的元素卡片中，我们已经对铁系元素的铁（Fe），钴（Co），镍（Ni）进行了简单介绍，本文我们主要对第五、六周期的铂系元素进行探讨。

元素读音一览

元素位置一览（图源 PSE-Pro）

1 铂系元素概述

铂系元素具有许多相近的物理和化学性质。物理特征上，它们均为银白色的贵金属且熔点均较高，化学特征上，它们性质较为稳定，几乎不与酸或其他物质反应，在自然界中常以单质的形式存在。下表列举了铂系元素一些主要的物理性质。

铂系元素性质对照表

1.1 铂系元素发现史

学术圈内一般认为铂系元素的原子最早产生于宇宙发展过程中的超新星爆炸时期，其中铂是六个铂系元素中最早被人类发现的一个。人类使用铂的历史最早可追溯到古埃及，考古学家在公元前1200年左右建造的古埃及墓中象形文字使用的金内发现了微量的铂。

西班牙人安东尼奥·乌略亚被认为是铂的发现者，他将铂描述为一种不可分离且不可煅烧的金属，并且预测铂矿将会被发现。1748年，他发表了相关报告，然而过了很长一段时间都没有人再继续探究此金属的其他性质。

铂的发现者安东尼奥·乌略亚（图源网络）

其实早在1741年，英国冶金学家查尔斯·伍德就在牙买加发现了各种来自哥伦比亚的铂样本。然而直到1750年，布朗里格才在收到伍德所寄来的铂样本之后对其进行了仔细的研究。研究完成后，他向皇家学会呈交了一份有关铂的详细报告，表示在过去有关已知矿物的文献都未曾提及过这种金属。随后，欧洲各地化学家才相继开展对铂的研究。1752年，亨利克·特奥菲卢斯·谢佛尔发表了一份有关铂的详细科学描述，并首次将铂称为“白金”。

当时的欧洲将发现的天然铂称为“第八种金属”，因为在此之前，人们只发现了金、银、汞、铜、铁、锡和铅七种金属。

实际上，当时的铂样本中含有铁、铜以及其他铂系元素杂质，因此在研究铂的延展性质时也出现了一些矛盾之处。

1803年，英国化学家台耐特、法国科学家德斯科蒂等人在用王水溶解粗铂后得到了不溶的黑色粉末，铱和锇因此被发现。英国化学家威廉·海德·沃拉斯顿在研究如何提高铂的延展性时又相继提纯出了钯和铑。钌则是在乌拉尔山区的铂矿中被发现的。

1.2 资源分布及利用情况

铂系元素在地壳中的含量很少，且不容易积聚，常作为微量组分存在于火成岩中。

岩浆冷却后形成火成岩（图源网络）

由于铂系元素性质的相似性，它们在自然界常常伴生存在于含铂矿物中。世界铂系元素资源总量估计在十万吨以上，主要分布在南非、俄罗斯、加拿大和美国，其中南非的布什维尔德是世界上最大的铂族金属矿床。这些国家的铂系元素产量占世界产量的约99%。随着资源的不断开采，世界上可供采用的铂族金属矿山也逐渐增多。当前应用市场上，首饰和汽车的用铂量占总量的四分之三以上[1]。

我国铂族金属主要产于铜镍硫化物矿床中，但均属于伴生矿产，只有少量砂矿床，其中的主要矿床有甘肃金川白家嘴子、云南弥渡金宝山和新疆富蕴喀拉通克等。我国铂族金属主要用于首饰、硝酸工业及石油化工等领域[2]。

纪念币——铂鹰（图源网络）

1.3 重要应用[3]

铂的应用范围较广，涉及化学工程、电气工业、珠宝业、牙科、医药及实验室应用等多种领域。

钯常用于代替价格较贵的铂。钯合金被用于电器触头、牙科合金以及化工领域作为催化剂。

铑由于具有较高的硬度和良好的反光性能，常被电镀到其他金属上，也可用于电接触点材料。

铱添加在钯铂合金中可以增加合金的硬度，常被用于高熔点玻璃的挤压模具。

钌同样可以添加在钯铂合金和锇合金中以增加合金的硬度，也用于某些特殊的催化反应。

另外，约60%的锇合金用于制作所需硬度极高的仪表枢轴。

2 铂系金属催化剂

铂系金属催化的反应类型较多，常见的催化反应包括：

（1）烯烃，炔烃，芳烃的氧化；

（2）硫酸工业中二氧化硫的氧化（已被五氧化二钒取代）；

（3）铅室法制硫酸中氮氧化物的生成；

（4）氨氧化制硝酸；

（5）石油裂化；

（6）燃料电池中的氧化还原反应；

铂系金属催化剂和其它催化剂相比具有很高的活性及抗腐蚀性，但缺点是价格昂贵。目前工业中主要用到的只有铂和钯，其它金属则大多只用于一些特殊的化学反应中。除工业生产外，含有铂系金属的载体催化剂被较好地用于汽车尾气的催化净化，以解决尾气带来的大气污染问题。

汽车尾气处理过程（图源网络）

3 金属资源的回收利用

从长期来看，世界铂族金属的储量较为充裕，地理位置分布集中，可以稳定满足国际市场的需求。随着世界经济增速的放缓和对环境保护的需要，铂族金属的需求总体呈下降趋势，但由于其在某些领域的特殊作用，总体价格可能反而会有所上升。

我国铂族金属矿产含量较少，导致产量难以大幅度增加，大部分原料需要靠进口才能满足国内需求。随着我国经济的发展，对铂系金属的需求量会不断增加，因此，如何合理利用现有资源将成为我国面临的一大挑战。在催化领域的某些工序需要使用大量的铂系金属催化剂，但催化剂使用后的回收问题却一直没有得到很好的解决，由此也造成了大量的资源浪费，引发环境问题。因此在我看来，国家和相关企业尽快建立相应的资源储备机制和稀有金属资源回收制度是大趋势，这样做能够有效保证资源利用效率的最大化，并且与此同时尽可能地减少环境污染。

结语

铂系元素中有许多重要性较高的重金属，并且在生活中也相对常见，它们的发现时间不算很早，但在许多领域却起着不可替代的作用，随着越来越多钯、铂催化剂的应用，这种重要性也会逐渐提高。

由于六种原子在性质上的相似性，它们常常共存于矿石中，并且难以分离。随着分离手段的逐渐改进，每种元素的差异开始被发现，并根据各自独特的性质被应用到了社会的各个领域。

全球铂系金属的储量虽然相对比较丰富，但我国的相关资源储量却不占优势，因此如何更合理、更高效地利用有限的资源就成为了一个重要问题。

虽然每个人从事的领域不同，但通过了解铂系元素和它们背后的故事，往大了说我们能够看到科学发现对人类社会发展起到的重要作用，往小了说我们也可以以此比较出不同国家在资源上的优势和劣势，这对于我们从化学领域了解社会是很有帮助的。

参考资料：[1] 张苺.世界铂族金属矿产资源及开发[J].矿产勘查,2010,1(02):114-121.[2] 张光弟,毛景文,熊群尧.中国铂族金属资源现状与前景[J].地球学报,2001(02):107-110.[3] 谢高阳, 俞练民, 刘本耀.无机化学丛书．第九卷，锰分族 铁系 铂系[M].北京:科学出版社,1996:379-381.

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