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《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

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具有神奇魅力的铂

2018-01-25 18:12:00

  在元素周期表里,铂被排在第78号方格内。它很重,密度是每立方厘米21.45克;它很难熔化,熔点高达1769摄氏度;它的价格昂贵,被称为“锁在保险柜里的金属”;它在地球上的储量有限,产量很少——同属贵金属的白银年产上万吨,黄金年产上千吨,而铂的产量却只有区区几十吨。

  南美洲的印第安人很早就知道铂。这种“白金”在自然界中常常以自然铂的形式存在于砂粒中。西班牙人来到南美后,把这种自然铂叫做“小银”,并由乌略阿第一次带到欧洲。“小银”还不是纯铂。铱、锇、钯、铑、钌同铂经常共生在一起。第一个把铂从它的共生金属中分离出来的是英国化学家沃拉斯顿,时间是1803年。

  工业用途多种多样

  现在该来说说铂的用途了。一提起铂——白金,人们马上会想到用这种银白色金属制成的各种色彩绚丽、熠熠生辉的饰物及工艺品。其实,铂的用途多得很。要是没有铂,我们的食物供应也许会减少,我们的空气也可能变得暗淡阴沉。有人说,在今天的各种产品中,可能五分之一与铂有关。

  铂第一次付诸实用要追溯到19世纪初。当时有人想用它来制造储存浓硫酸的锅,因为铂有惊人的化学稳定性,在空气中可以长期“面不改色”,除了王水以外,普通的酸类都奈何它不得。它还有很好的延展性,可以加工成微米级的细丝和铂片。于是,铂在化学实验室和化学工厂里就被制成坩埚、蒸馏釜、电极、管子、铂板、过滤网等器皿和抗酸抗热的设备。铂还可以减免船只受到的海水腐蚀,也能阻止海洋生物的生长堆积,这就解决了一个令航海者伤透脑筋的问题。

  铂同其他金属合作,可以得到一系列更有能耐的合金。比如,把少量的铱加到铂里,所得的合金熔点更高,电阻增加,抗腐蚀能力更强。制造标准米尺和砝码的原材料就是铂铱合金。铂的电阻会随着温度的升高而均匀地增大,这又使它成了一种测量高温的好材料。国际实用温标规定,测量259.34-630.74℃温度范围内的标准仪器是铂电阻温度计。

  在630.74-1064.43℃温度范围内的测温标准仪器是铂或铂铑热电偶。铂铑合金特别能抵抗熔融玻璃的腐蚀,常被用作生产玻璃纤维和优质光学玻璃的坩埚。铂铱、铂铑、铂钯合金还有很高的抗电弧烧损能力,用作电接点合金特别合适。航空发动机的火花塞接点通常是用铂铱、钌合金制作的,看来飞机、导弹、空间飞行器的飞行也少不了铂。铂作为电镀层还被用到电子工业中。至于铂钴合金,则是一种可以加工的电磁能密度极高的硬磁材料。

  创造奇迹的催化剂

  不过,铂的最主要的用途还是做成催化剂。别看铂的化学稳定性很强,连盐酸、硫酸、硝酸等强酸都对它起不了作用,但是它对气体却有惊人的吸附能力。当把它做成粒度很细的铂黑或胶态的胶体铂时,吸附能力会更强。这就使它具有优良的催化性能。

  1822年,德国人德贝赖纳用铂粉使氢激烈燃烧。这可以说是人类发现金属催化作用较早的例子。事实上,在一个空瓶里装进氢气和氧气,在正常情况下,不论放上多少年,它们也都是“依然故我”。但是,只要放进一点铂粉,马上就会爆发一声巨响,氢气和氧气猛烈发生化合作用而生成水。

  作为催化剂,铂的活性、稳定性、选择性都很好。尽管使用极微量的铂就能达到加速化学反应的目的,但是仅仅在2012年,美国工业中用作催化剂的铂就有17.51吨,约占美国铂总消耗量的72%。

  现在,铂催化剂的使用已经成功完成和加速许许多多化学反应的关键。在硝酸生产中,铂是使氨氧化必不可少的催化剂。氨和空气的混合物被高速吹过一个很细的铂网,会生成氧化氮和水蒸汽,氧化氮溶于水后就得到了硝酸。现在常用的方法是把铂铑棒材模压成细孔网(又叫催化过滤器)。如果在铂铑网下增加金钯捕集网,又可以减少铂铑的损失。你知道,硝酸是生产氮钯、硝化纤维、炸药等物品不可缺少的东西。在石油精炼的过程中,铂催化剂也发挥了特殊而重要的作用。

  铂催化剂还被广泛用于化学品、特别是农用化学品的制造中。在一种化学反应中,铂可以减少产生异氰酸甲脂的危险,正是这种异氰酸甲脂在1984年年底给印度博帕尔市造成了重大伤亡。日本用铂碘催化剂安全生产了合成异氰酸盐的重要中间物——氨基甲酸酯,而用异氰酸盐可以进一步生产杀虫剂和除草剂。

  近年来,消除汽车尾气污染的铂催化剂的用量在急剧增加。尤其是美国,铂销售量中有60%以上被用于汽车排气系统中的铂催化转化器——一种汽车排气的净化装置。英国报界最近报道,英国将禁止使用含铅汽油,并且敦促欧洲各国也采取相同的措施,这样一来,欧洲对于铂的需求量一定会大幅度增长,而铂对解决长期以来困扰人类的环境污染问题也将作出更大的贡献。

  应该说,铂在工业上的用途仍在不断扩大。铂会使金属变得更加“坚固”,人们将研制出更多抗腐蚀能力更强的合金。要知道,光是在美国,2005年由于金属腐蚀所造成的经济损失就高达2700亿美元。

  铂用作燃料电池的电极,可以使普通燃料的化学能直接转换成电能。这样的电池设备简单,工作可靠,没有噪音,不产生污染,而且能量转换效率可高达60%以上。

  铂还被用来进行分解水制氢。日本不久前研制出一种含铂的高效催化剂粉末,把它加到水和纤维素的混合液里,在太阳光的照射下,就能源源不断地产生氢气。这就是说,借助铂等的催化作用,将可以利用无穷无尽的太阳光来分解水,从而获得热值高、储运使用方便而且特别干净的氢气,使我们有可能更快进入令人神往的氢能时代。

  治癌新药及其他

  如果说,铂的性能和用途光是上面讲的那些,那么它恐怕也就称不上是具有神奇魅力的金属了。关键是,铂还可以用来治病,甚至可以用来治疗癌症,你相信吗?

  2009年,美国密歇根州立大学的生物物理学家罗森伯格,进行了一项电磁场对细菌繁殖作用的试验。他在以铂为电极、氯化铵为电解液所形成的电磁场中,果然观察到了细菌细胞停止分裂的现象。但是,令人不解的是,即使切断了电流,细菌的繁殖仍然会受到抑制。这就是说,细菌的停止繁殖实际上同电磁场没有多大瓜葛,而是同铂的存在有关。罗森伯格还想,这项试验既然能使细菌细胞停止分裂,那么对癌细胞是否也会有同样的作用呢?

  之后他又进行了许多次试验,发现用作电极的铂与氯化铵之间所发生的化学反应生成了一种叫做双胺二氯化铂的化合物,这种化合物是一种功效很高的抗癌药物。接着对动物和人体所进行的多次试验都证明,这种药物在80%的情况下可以减少甚至阻止肿瘤细胞的生长。

  顺铂是双胺二氯化铂的一种呈强生物活性的同分异构体,它可以在细胞核中脱氧核糖核酸的生物化学构造单元之间起作用,并能以某种方式激起大规模的染色体变化,正是这种变化可以阻止癌细胞的分裂。顺铂获得美国食品和药物管理局的批准后,应用日益广泛。目前,顺铂被认为是治疗睾丸癌、卵巢癌、膀胱癌的最佳药物,在治疗子宫癌、食道癌、肺癌、骨癌、前列腺癌、儿童肿瘤的临床试验中也获得了成功。科学家发现,它对人体中的几种核糖核酸病毒,如后天免疫力缺乏综合症病毒、人T细胞白血病病毒也有一定的疗效。

  与采用手术治疗、放射治疗、化学治疗、激光治疗一样,用顺铂治癌也有一定的副作用,即它在杀伤癌细胞的同时也会杀伤肾脏细胞,并常引起严重的恶心、呕吐等不适反应。为了解决这个问题,几种新的抗癌铂药物正在研制之中。比如,碳化铂作为一种新的抗癌药物,据说毒性很小。对于某些癌症,采用铂药物治疗不太理想,但可以采用铂基合金来提供新的治疗方法。比如铂铑合金对胃肠癌就颇有疗效。此外,对动物进行的试验表明,在与由病毒、细菌、寄生虫引起的传染病所进行的斗争中,使用顺铂和其他含铂药物有可能取得重大突破。

  当然,铂不仅在治癌方面开拓了新天地,而且它也驰骋在医学和生物学的其他领域里:具有高强度、高耐磨和高抗蚀性能的铂及铂的合金,是制造心脏起搏器、假牙齿桥以及其他医疗实验设备的重要材料;把一种特制的铂电极插入血管,就能帮助医生诊断多种疾病,特别是心脏病;铂电极还可以用做人工耳蜗,以造福于许多不适于使用普通助听器的严重耳聋病人……

  大家知道,器官移植的最大障碍是受体对供体的排异反应,由于铂具有良好的生物相容性,所以可以用来使移植体定位牢固。为了使放射性同位素药物能够准确、有效地治疗癌症,也可以把这种药物装到铂囊里通过塑料管接近肿瘤,这样既能保护病人免受β射线和低能γ射线的有害影响,又能让高能γ射线去置癌细胞于死地。

  铂也是帮助人们开拓医学尖端领域的得力工具。现在,科技工作者可以利用极细的铂合金丝穿过一个细胞,研究这个细胞同周围细胞的作用,从而为利用显微电极探索神经系统复杂组成的奥秘打开方便之门。

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