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铂(Platinum),俗称白金,元素符号Pt,原子序数78,原子量195.08。位于元素周期表第六周期,VIII族,是贵金属之一,铂属于铂系元素。天然铂由6种稳定同位素组成,最重¹⁹⁸Pt占7.2%,最轻¹⁹⁰Pt占0.01%;人工放射性¹⁹⁷Pt用于癌症近距离治疗。
物理性质:
铂单质是一种银白色金属,久置亦不失光,被誉为“永恒金属”。密度高达21.45 g/cm³(是钢铁的3倍),拿在手里能明显感觉到沉甸甸的。熔点达1768℃(相当于火山岩浆温度),比铁高 300 ℃;沸点3825℃,可在极端高温下保持固态。莫氏硬度4.3,介于铁与铜之间,可抛光出镜面;退火态较软,冷作硬化后硬度翻倍。拥有极致的延展性,1克铂可拉成2000米细丝,或压成0.001毫米箔片(比保鲜膜薄100倍)。电阻率较高(是铜的6倍)。热膨胀系数极低,常温下呈弱顺磁性,可制成不受磁场干扰的精密仪器部件。
超导先锋:铂铱合金在-272.95℃实现零电阻(比绝对零度高0.2℃)。
铂的电子排布
化学性质:
铂的化学稳定性极强,在空气中常温下不氧化,600℃以上才出现轻微氧化膜,但冷却即分解,故可反复灼烧而不损耗。也不会被普通的酸腐蚀,这让它能长久保持自身的特质。任何温度下不与纯水反应,海水中浸泡百年仍光亮如新。
铂从0到+6都能存在,最常见+2与+4,+6见于极强氧化剂PtF₆。
铂耐稀酸、稀碱,仅溶于王水和熔融碱,王水中溶解速度比金慢6倍。
铂是良好的催化剂,表面可吸附氢、氧、一氧化碳等分子,是氢化、脱氢、汽车尾气净化等反应的核心催化剂。使汽车尾气90%有害物转化为无害物。铂催化剂还可加速重油裂解为汽油、柴油的过程,提高能源利用效率。铂电极能高效催化氢氧反应,为新能源汽车提供清洁动力。
铂易与Cl⁻、NH₃、CN⁻、PPh₃等形成稳定配合物,顺铂药物(Pt(NH₃)₂Cl₂)是经典抗癌药,靶向阻断癌细胞DNA复制。
铂的生物相容非常好,人体排异反应率仅0.01%,是心脏支架的优质材料。
乌略亚
公元7世纪,厄瓜多尔的拉托利塔文化已用铂与金合金打制小面具;哥伦比亚土著把铂粒敲入金饰,增加重量与光泽。
1492年,哥伦布在美洲发现铂粒,误认为是未提纯的银(西班牙语"platina"意为"小银")。把它视为一种 “讨厌的杂质”,甚至把大量的铂扔到了海里。
1735年,西班牙海军军官乌略亚带回样本,记录“银白、重、不锈”,发现难以加工,跟金属银长得很像,西班牙语中,“platina”意为“平托的小银”,暗含“未成熟黄金”的贬义。
1748年,英国化学家沃森(W. Watson)确认这是一种新的元素。便取名platinum。
1789年,法国化学家拉瓦锡把铂列入了他编制的元素周期表中,正式确立了铂作为一种化学元素的地位。
1803年,英国化学家沃拉斯顿发明王水溶铂—氯化铵沉铂法,首次制得可锻铂片,并发现钯、铑等伴生元素。
1822年,俄国乌拉尔发现原生铂矿。
1875年,法国化学家德维尔发明了“氢氧化钠熔融法”,使铂的提炼效率大幅提升。
1909年,德国哈伯用铂网催化剂实现人工固氮,解决全球粮食危机。
1913年,铂催化转化器的原型诞生,为现代环保技术奠定了基础。
1924年,南非布什维尔德杂岩体掀起铂族金属革命。
1970年后,加拿大萨德伯里、津巴布韦大岩墙相继投产,奠定今日格局。
1979年,美国FDA批准顺铂抗癌药物,癌症治愈率提升35%。
铂矿
铂在地壳中含量仅0.005ppm(比金稀有二十多倍),99%以金属互化物、硫砷化物形式存在。它在自然界中的分布很不均匀,主要集中在一些特定的地区。
主要来源:
全球分布:世界上铂储量较为丰富的国家有南非、俄罗斯、加拿大、美国等。其中,南非的铂储量最为丰富,占全球总储量的 70% 以上,是世界上最大的铂生产国,南非布什维尔德杂岩体主要矿物为硫铂矿 PtS、砷铂矿 PtAs₂,每吨矿石含铂3-8克。俄罗斯的铂资源也很可观,主要分布在乌拉尔山脉地区,主要是铜镍硫化矿伴生铂族。在我国,铂的储量相对较少,主要分布在甘肃、云南、四川等省份的一些矿区,而且大多与铜、镍等金属矿伴生。
深海宝藏:太平洋克拉里昂断裂带锰结核含铂0.5g/吨。
城市回收:全球二次铂供应已占总产量 30%,且比例逐年上升。主要有:汽车失效三元催化器,每支含铂0.5–2g;电子废料,硬盘、继电器触点、玻璃纤维漏板;珠宝翻新,回收率可达95%以上。

铂的提取:
铂的提取过程较为复杂,需要经过矿石开采、破碎、选矿、冶炼等多个环节。首先,从矿山开采出含铂的矿石,然后将矿石破碎成细小的颗粒,再通过浮选等选矿方法,提高矿石中铂的含量,得到精矿。
之后,对精矿进行冶炼。冶炼过程中,通过高温熔炼等方法,使铂与其他金属分离,得到粗铂。最后,再对粗铂进行精炼,去除其中的杂质,得到纯度较高的铂。
由于铂的分布稀少且提取难度大,这也使得铂成为了一种珍贵的贵金属。
催化业:
汽车尾气净化(占全球用量50%):三元催化器减少CO/HC/NOx排放。年减排CO达5亿吨。
硝酸工业:铂铑合金网催化氨氧化,年产6000万吨硝酸离不开它。
石化重整:Pt/Al₂O₃将石脑油转化为高辛烷值汽油,全球1000套装置。
硅橡胶固化:Karstedt 催化剂(Pt配体)让液态硅胶秒变弹性体。
氢能革命:铂燃料电池催化剂,可使丰田Mirai续航达850公里。
化工行业:
硝酸生产(奥斯特瓦尔德法)、硅橡胶固化、石油精炼等。
电子工业:
芯片制造:铂硅化物导线使CPU速度突破7nm工艺极限。
硬盘溅射靶:CoCrPt合金记录层,让1TB硬盘成为现实。
热电偶:Pt–Pt/Rh10型,测温范围0–1600℃,实验室与炼钢炉的“温度计”。
时间标准:铂铱合金千克原器定义国际质量单位百年(2019年前)。
珠宝首饰:
永恒象征,国际纯度标识:Pt950、Pt900,硬度高、不过敏、永不变色。一枚婚戒平均用铂4–6g。
玻璃工业:
液晶显示器生产用坩埚。
玻璃纤维漏板:光学玻璃纤维拉制,1600℃熔融玻璃从上千孔铂金漏板拉出,孔径误差<1μm。

医疗:
心脏起搏器电极:使用寿命30年。
药物顺铂(cisplatin):1978年上市,DNA交联抗癌,每年治疗100万患者。
药物卡铂、奥沙利铂:降低肾毒性、拓展谱系。
药物纳米铂:放射性¹⁹⁷Pt 种子源用于前列腺癌近距离治疗。
航空航天:
火箭控制喷嘴:铂铑合金抗氧化,耐受1500℃燃气冲刷。
卫星离子推进器:Pt-Ir空心阴极,发射电子电离氙气,比冲提升10倍。
金融与投资:
伦敦铂钯定价(LPPM),全球央行与投资机构持有ETF实物100吨以上。

铂矿床
虽然铂是一种相对稳定的金属,但在某些情况下,它也会对人体和环境造成一定的危害。
对人体的危害:
铂的金属单质对人体的毒性较小,但铂的一些化合物具有一定的毒性。比如,铂的氯化物如果被人体吸入或摄入,会引起呼吸道刺激、恶心、呕吐、腹泻等症状,严重时还可能损伤肝肾功能。
长期接触铂化合物的工人,可能会出现过敏性皮炎,表现为皮肤瘙痒、红肿等症状。此外,一些人可能对铂过敏,接触铂制品后会出现过敏反应。
对环境的危害:
在铂的开采、冶炼过程中,会产生大量的废水、废气和废渣,如果处理不当,会对环境造成污染。废水中含有重金属等有害物质,会污染土壤和水源;废气中含有二氧化硫、粉尘等污染物,会影响空气质量;废渣堆积会占用土地,破坏生态环境。
另外,汽车尾气催化剂中的铂在使用过程中,可能会有少量的铂颗粒随着尾气排放到空气中,这些颗粒如果被人体吸入或进入生态系统,也可能会带来一定的危害。
随着清洁能源转型加速,铂曾经主要用于首饰和催化剂的贵金属,正在成为解决能源环境问题的战略资源。铂的传奇故事证明:真正的价值不仅在于稀有,更在于改变世界的能力。
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