“銠”有所“銥”

李一冉，姚力箏，董梓凝，顏靜，閆毅,

1西北工業(yè)大學(xué)倫敦瑪麗女王工程學(xué)院，西安710072

2西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，西安710129

“元素加油沖”是一檔游戲闖關(guān)類節(jié)目，每周定期邀請(qǐng)兩位元素伙伴完成節(jié)目組設(shè)置的多重個(gè)性化關(guān)卡。節(jié)目中，選手們會(huì)被帶到一個(gè)密室，找到線索才能通往下一間密室。密室困難重重，充滿危險(xiǎn)：機(jī)關(guān)、沼澤和熔爐等，需要他們相互依靠，協(xié)同合作，才能順利完成任務(wù)。成功過關(guān)的兩種元素將獲得節(jié)目組頒發(fā)的“最佳元素搭檔”的獎(jiǎng)杯，并在各大元素家族中宣傳表彰。

“本期節(jié)目中，我們請(qǐng)來了兩位鮮為人知的選手‘銠’和‘銥’，他們代表鉑系家族參加此次闖關(guān)活動(dòng)。雖然他們的名氣不大，但實(shí)力還是很強(qiáng)勁的。”主持人慷慨激昂地說，“接下來，讓我們熱烈歡迎‘銠’和‘銥’兩位選手入場(chǎng)！”

主持人話音剛落，身披銀白色戰(zhàn)袍的“銠”選手意氣風(fēng)發(fā)地走進(jìn)演播廳，邊走邊打招呼：“親愛的觀眾朋友們，大家好，我是‘銠’，外號(hào)‘黑金’，也可以叫我‘Rhodium’，在元素周期表中排行第45名(原子序數(shù)為45)，位于第五周期VIII族。我一直與鉑系兄弟們隱居在礦石中，1803年，被英國(guó)人William Wollaston帶到這個(gè)世界[1]，大家都戲稱我為‘銠(老)人’。雖然我年齡大，但‘銠(老)當(dāng)益壯’，我的身體很健壯(堅(jiān)硬)而且壽命非常長(zhǎng)(耐用)。在工業(yè)生產(chǎn)中，我可以由深灰色的氧化銠(Rh2O3)粉末高溫分解產(chǎn)生，也可以在二氧化硫、氫氣等作用下還原而來。不過，我的兄弟姐妹不多，在地殼中的含量?jī)H有十億分之一，大多分散在不同的礦石中，很少會(huì)聚在一起?！敝鞒秩诵Φ溃骸拔覀児?jié)目組請(qǐng)你這樣的‘貴’金屬，也是花了巨資啊！”銠說：“哎呀，要論身價(jià)，我的那位搭檔可絕不比我低！老朋友‘銥’，快上來吧！”

說罷，銥穿著銀白色的鎧甲，披著淺黃色的斗篷，大搖大擺地走近鏡頭：“對(duì)呀，我是地殼中豐度最低的元素之一呢！大約是金含量的1/40[2]。你們知道我是誰嗎？”主持人催促道：“這位選手，別賣關(guān)子啦，快向大家介紹一下自己吧！”

銥回到主持人身邊，俏皮地說：“嘿嘿，大家好，我是銠的好兄弟‘銥’，在元素周期表中，位于銠的正下方，原子序數(shù)是77。1803年，找到‘銠’的同時(shí)，英國(guó)化學(xué)家Smithson Tennant和法國(guó)化學(xué)家Hippolyte-Victor Collet-Descotils嘗試用王水溶解粗鉑，在器皿底部的黑色殘?jiān)邪l(fā)現(xiàn)了我[2]。由于我的許多鹽兄弟都有鮮艷的顏色，所以Smithson Tennant依據(jù)希臘神話中諸神的信使、彩虹女神伊里斯之名，給我取名為‘Iridium’。自然界中，我僅有兩個(gè)同胞兄弟(同位素)：銥191、銥193。大家所熟知的國(guó)際千克原器就是我和本族鉑長(zhǎng)老合作的結(jié)果[3]?！?/p>

主持人說：“感謝兩位選手生動(dòng)有趣的自我介紹，相信大家對(duì)他們已經(jīng)有了一定的了解。請(qǐng)兩位選手閉上眼睛，由工作人員帶往闖關(guān)密室。我宣布，挑戰(zhàn)正式開始！”

1 “汽”“鍍”非凡

不知過了多久，銠和銥慢慢睜開眼，竟發(fā)現(xiàn)自己在一間玻璃房，四周墻壁都由玻璃制成。再仔細(xì)瞧一瞧，地面上有一個(gè)可以升高房間溫度的按鈕，天花板處有一個(gè)極高的機(jī)關(guān)，觸碰不到。此外，地面還有一個(gè)固定的激光燈。

銠是身經(jīng)百戰(zhàn)，所向披靡的游戲“銠(老)手”，提議：“我們需要用激光燈打開機(jī)關(guān)，才能找到通往下一關(guān)的入口?！闭f著，便打開激光燈，但發(fā)現(xiàn)無論怎樣都照射不到機(jī)關(guān)。

“機(jī)關(guān)那么高，我們?cè)鯓硬拍芾眉す鉄粽盏剿?？”銠和銥面面相覷。

突然，銠拍了下腦門：“有辦法了！我身體表面的反射率非常高，沒準(zhǔn)可以將激光照到我身上，我再把它反射到機(jī)關(guān)上?？墒?，怎樣才能讓激光照到我身上呢？”

銥思考了一下：“這不是有一個(gè)可以升高房間溫度的鈕嗎？你的沸點(diǎn)低(3695 °C)[4]，而我的沸點(diǎn)高(4403 °C)[5,6]，我們可以將溫度設(shè)置為4000 °C，把你‘鍍’到天花板的玻璃上，制成高反射率的鏡面，然后我再打開激光燈，這樣就可以照到機(jī)關(guān)啦！”銠恍然大悟：“沒錯(cuò)！就這樣辦。”

兩人配合默契，迅速按計(jì)劃執(zhí)行。果真，激光成功照到機(jī)關(guān)，通往下一間密室的門打開。隨后，銥將室內(nèi)溫度降低，銠迅速跳到地面，兩人繼續(xù)攜手走向下一關(guān)。

2 天降危機(jī)

現(xiàn)在，銠和銥兩位選手來到第二間密室。銠仔細(xì)打量著這個(gè)房間，在門口猶豫，遲遲不敢踏入：“這怎么看都不只是個(gè)普通的房子，里面一定有陷阱?！?/p>

銥則徑直進(jìn)入，說：“畢竟是闖關(guān)挑戰(zhàn)，怎么可能沒有難度。你別站在外面了，快進(jìn)來吧。”

銠?quán)洁炝司洹坝械览怼?，也跟著走了進(jìn)去。就在銠后腳踏進(jìn)房間的那一刻，他們身后的門轟隆一聲落下，將退路封得死死的。突然，一聲巨響從上方傳來，伴隨著些許小石塊的下落，銠和銥瞬間就明白要發(fā)生什么了。

“房頂在慢慢下降！是想要壓死我們！”兩人異口同聲地大喊。

房頂降落的速度很慢，現(xiàn)在他們倒是有充足的時(shí)間尋找脫身的出口。可是這個(gè)密室，就連一個(gè)氣孔都沒有給他們留，更不要說逃脫通道了，兩個(gè)人把每個(gè)角落都勘探個(gè)遍也依舊是一無所獲。

“難道我們的出發(fā)點(diǎn)是錯(cuò)的？不應(yīng)該找房間的出口？”銥陷入了自我懷疑，一屁股坐到地上開始思考每一種漏掉的可能性。

一旁的銠像是熱鍋上的螞蟻，他對(duì)于銥突然停下的行為很是不滿。眼見房頂就要將他們碾成泥，銠心中焦急不堪，扯著銥的胳膊想把他從地上拉起，卻被銥突如其來的驚呼打斷。

“我想到了！”銥興沖沖地對(duì)著一頭霧水的銠說，“這個(gè)房間根本就沒有出口。這關(guān)考驗(yàn)的是我們的忍耐力！”房頂迫近，銥讓銠蹲下，自己則雙手張開撐住了天花板，阻止其進(jìn)一步下墜。

“還記得嗎？我的彈性模量可是金屬中第二高的，足足有538.3 GPa[5]。再加上我只有0.26這樣低的泊松比[5,6]，可以說我擁有超高的剛度和抗變形能力。不管這個(gè)房頂給我的壓力多大，我都不會(huì)輕易變形。如果沒猜錯(cuò)的話，再堅(jiān)持幾分鐘后，這一關(guān)就通過了?！便炞孕艥M滿地抵住房頂，等待考核通過的信號(hào)燈亮起。

果不其然，沒過多久房間內(nèi)便傳來了考核通過的訊息，而剛剛還近在咫尺的房頂瞬間恢復(fù)原樣。通往下一關(guān)的大門已然打開，隨時(shí)等待二人通過。

3 必“凈”之路

第三關(guān)依舊是在一間密室中進(jìn)行。只不過比起剛剛的空無一物，銠和銥二人面前正停放著一輛小型轎車。二人走近，只見一張紙條貼在車身上，上面清清楚楚地寫著本關(guān)的要求：【1 min后這輛汽車會(huì)開始不斷排放尾氣。一旦房間里的氮氧化物濃度達(dá)到一定的數(shù)值，屋內(nèi)安裝的探測(cè)儀便會(huì)發(fā)出警報(bào)，判定挑戰(zhàn)失敗；若能在5 min內(nèi)將屋內(nèi)氮氧化物含量維持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，則挑戰(zhàn)成功?！?/p>

前兩關(guān)的設(shè)定都極其隱晦，基本上需要兩個(gè)人進(jìn)行思考后才能得出一個(gè)較為合理的通關(guān)方案。這一次的規(guī)則白紙黑字地放在這里，反倒讓銠銥二人不太適應(yīng)了。

銥反反復(fù)復(fù)地讀紙條上的內(nèi)容，確定沒有遺漏的信息后，率先打破短暫的沉默：“看來這次我們的目標(biāo)很明確了，就是要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將室內(nèi)的氮氧化物濃度保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。究竟該怎樣實(shí)現(xiàn)呢？”

“哼哼，看來這回該我出場(chǎng)了?！便櫼幌伦兊玫靡庋笱螅拔业拇呋钚院瓦x擇性都很高，不僅是我，我的合金、化合物以及絡(luò)合物催化劑都可用于汽車廢氣凈化工業(yè)[7]。這一關(guān)，簡(jiǎn)直就是為我量身定制的??！”

“你打算怎么做？”這番話讓銥也不禁好奇了起來。

銠一邊走向車尾，一邊詳細(xì)地解釋：“要知道，我曾在汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器中起到重要作用。我作為催化劑的活性成分，可以使氮氧化物分解成無害的氧氣和氮?dú)狻＿@樣就可以有效減少尾氣中有害物質(zhì)的濃度了。只不過因?yàn)槲业奶崛?shí)在是太過困難，導(dǎo)致這個(gè)過程成本很高。所以比起我本身，更多的還是將我的配合物投入這些應(yīng)用。聽說，每年都有新的銠配合物催化的有機(jī)反應(yīng)被報(bào)道。”

說著，銠拿出了多孔陶瓷，在其表面附著上一層活性涂層。他將自己的金屬顆粒嵌入多孔結(jié)構(gòu)中，然后安裝在汽車尾氣管上。不一會(huì)兒，尾氣開始排放。在催化轉(zhuǎn)化器的作用下，探測(cè)儀一下都沒有響過。

“哇！銠兄，你在汽車尾氣催化劑方面真的是發(fā)揮了舉足輕重的作用??！這可以阻止尾氣中的有害物質(zhì)釋放到空氣中，保護(hù)我們的大氣環(huán)境！”銥崇拜地贊嘆道。

“其實(shí)不僅我自己可以在催化方面做貢獻(xiàn)，我的鹵化物‘碘化銠’，也是羰基化合成反應(yīng)的催化劑呢！他可以幫助合成醋酸、醋酐和乙二醇等重要物質(zhì)。”銠自豪地向銥介紹自己的好朋友，“咱倆別在這閑聊了，還有兩關(guān)在等著我們呢！”隨后，銠拍了拍銥的肩膀，兩人大踏步地走向下一關(guān)。

4 “王”而卻步

伴隨著機(jī)關(guān)門啟動(dòng)的轟然巨響，兩人順利進(jìn)入了第四關(guān)。一片巨大沼澤地?fù)踝×藘晌贿x手的去路。沼澤地中的液體冒著黃色霧氣，空氣中還彌漫著些許氯氣的味道。

“什么味道？這么刺鼻！”銠捏著鼻子，緊皺著眉頭抱怨道。

銥臨危不懼地說：“依我的經(jīng)驗(yàn)，這沼澤地中應(yīng)該是王水，別名王酸或硝基鹽酸，由硝酸和鹽酸按體積比1 : 3混合而成。”

銠一聽，立馬慌了：“王水！原來這就是剛才參賽前聽他們議論的腐蝕性極強(qiáng)的王水！據(jù)說上一回‘金’到這一關(guān)卡的時(shí)候，不慎失足落入其中，小命都沒了??！”

銥放聲大笑：“男子漢大丈夫，你就這點(diǎn)兒氣魄？雖然是腐蝕性極強(qiáng)的王水，但對(duì)我毫無影響，我可是最耐王水腐蝕的金屬。你忘了我是怎么被發(fā)現(xiàn)的了嗎？”說完，銥得意地拍了拍自己的胸脯。

“那我怎么辦？”銠依然害怕得牙齒打顫。

“好兄弟，你別害怕，咱們都來自鉑系家族，如果我沒判斷錯(cuò)的話，按理說你多少也應(yīng)該對(duì)王水有點(diǎn)抵抗作用?！?/p>

“好吧，我相信你的判斷?！?/p>

于是，這兩位選手在王水中一前一后全速前進(jìn)。半途，銥突然聽見身后的銠發(fā)出了一聲驚呼：“銥，救救我！我的身體怎么有點(diǎn)溶解了？你看我的戰(zhàn)袍都變成破破爛爛的乞丐服了！”

銥看了一眼銠，嚇了一大跳，大喊了好幾聲“非禮勿視”。冷靜下來后，只見他一拍腦袋：“??！我想起來了，鉑長(zhǎng)老之前好像說過，你在王水中微溶[8]。快，我背著你！”

銠順勢(shì)跳到銥的背上，銥說：“沒想到你看起來和我胖瘦一樣，原來這么輕?！?/p>

“那可不，我的密度(12.41 g·cm?3)可比你(22.42 g·cm?3)[5,6,9]小得多！雖然我的身體在王水中稍微有點(diǎn)溶解，不過，我的一個(gè)兄弟‘二氧化銠’，可以在王水中游泳！”

“是嗎？那我倒想跟你那位兄弟比一比，看看誰在王水中游得快，哈哈！”

在歡聲笑語中，兩位選手繼續(xù)向遠(yuǎn)處的機(jī)關(guān)門奮力沖刺。

5 流金鑠石

剛進(jìn)入第五關(guān)的房間，墻上的一個(gè)5 min倒計(jì)時(shí)燈突然亮起。紅色的燈光好像既昭示著勝利的曙光，又隱隱透露著失敗的威脅。

“快！我們只有5 min時(shí)間，快找出口！”銠驚呼道。

爭(zhēng)分奪秒，兩人立即在房間內(nèi)搜索著離開的出口。

片刻之后，銥突然開口：“這房間怎么越來越熱啊，好似太上老君的煉丹爐。我皮都快要熱皺了，溫度再這么升上去，咱們今天非化在這兒不可。這地板又是鏤空的，咱們現(xiàn)在的境遇很危險(xiǎn)??！”

“我也發(fā)現(xiàn)了，難道跟第二關(guān)一樣？設(shè)計(jì)者的目的可能根本就不是為了讓我們?cè)谟邢薜臅r(shí)間內(nèi)找到出口，而是要我們想辦法順利撐過這5 min?！?/p>

“快看，我找到了一個(gè)溫度計(jì)?！便灠岩粋€(gè)測(cè)溫計(jì)遞到銠的面前，“現(xiàn)在時(shí)間過了2 min，室內(nèi)的溫度已經(jīng)高達(dá)800 °C，如果溫度是線性上升，3 min后這個(gè)房間高達(dá)2000 °C！雖說我的熔點(diǎn)在2400 °C以上[10]，但是我記得你的熔點(diǎn)只有不到2000 °C[5,6]。好兄弟，我可不能拋下你不管！”

銠突然想到：“對(duì)了！咱倆的晶格常數(shù)非常接近，高溫下能形成連續(xù)固熔體。你還記得嗎？曾經(jīng)在一次實(shí)驗(yàn)中咱們倆熔為合金，你中有我，我中有你，形成的熱電偶可承受高達(dá)2000 °C的溫度[11]，高溫抗氧化能力比你本身還要強(qiáng)。”

“好主意！但是我們?cè)趺葱纬珊辖鹉兀恳纬珊辖鹞覀儽仨毣旌先诨罄鋮s凝固，熔煉時(shí)往往還需要用高頻爐氬氣保護(hù)，以防止熔煉過程中元素失重，在現(xiàn)在的境遇下可能難以實(shí)現(xiàn)。依我看，不如我去堵住加熱口，你去堵住散熱窗，好歹咱們可都是著名的鉑族‘難熔化金屬’，咱們一起忍耐一會(huì)兒，把這個(gè)加熱器的電機(jī)燒掉！”

“好，那就這么辦！”

二人分頭行動(dòng)，分別堵住了機(jī)器的加熱口和散熱窗。由于機(jī)器功率高，又沒有過熱保護(hù)，不到2 min，機(jī)器便發(fā)出了“轟隆隆”的巨響，冒出股股黑煙，停止運(yùn)作了。終于房間里的溫度不再升高，計(jì)時(shí)器上顯示還有0.5 min兩人即可順利通關(guān)，而這時(shí)溫度計(jì)顯示室內(nèi)溫度已經(jīng)高達(dá)1800 °C，兩人依然完好無損。

“好險(xiǎn)！”銠驚呼。

兩人還沒從剛才的驚險(xiǎn)中緩過神來，紛紛喘著粗氣，這時(shí)機(jī)關(guān)門打開了，門外是面對(duì)萬千觀眾的領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)。兩人走出密室，在萬眾矚目之下站上領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)。禮儀小姐將“最佳元素搭檔”的獎(jiǎng)杯送到了兩人的手中，銠和銥共同將獎(jiǎng)杯舉過頭頂。頓時(shí)，場(chǎng)內(nèi)掌聲雷聲般涌動(dòng)......

6 獲獎(jiǎng)感言

“恭喜銠和銥兩位選手成功完成挑戰(zhàn)！作為闖關(guān)成功的選手，你們有沒有什么想和觀眾朋友分享的？你們覺得成功的訣竅究竟是什么呢？”主持人說完，將話筒遞到銠和銥的面前。

銥率先接過話筒，侃侃而談：“在我看來，闖關(guān)成功離不開一個(gè)非常關(guān)鍵的詞——合作。我們作為獨(dú)立的個(gè)體，都有著突出的特長(zhǎng)和優(yōu)勢(shì)。平時(shí)我只是聽說，銠憑借自己優(yōu)良的性質(zhì)和特點(diǎn)，不僅被用于珠寶首飾表面的電鍍層，還在航空航天、玻璃纖維、電氣工業(yè)等多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用[9]。今天，我才算真正領(lǐng)略到銠的風(fēng)采，尤其在第三關(guān)——必‘凈’之路，銠作為催化劑的活性成分，完成尾氣凈化的樣子‘帥極了’！如果沒有他，僅僅靠我只身一人的力量，我根本不可能站在這里發(fā)表獲獎(jiǎng)感言。當(dāng)然，之前我和銠在事業(yè)上偶爾也會(huì)有交集，比如我們哥兒倆融為合金，制造熱電偶[9]，這也是今天合作順利的基礎(chǔ)?？傊瑓⒓恿斯?jié)目‘元素加油沖’，讓我更加清晰地認(rèn)識(shí)到：唯有取長(zhǎng)補(bǔ)短，才能命途‘少’舛！”

銥說完，將話筒轉(zhuǎn)交給了銠：“我很贊同銥所提到的合作的重要性。在我眼中，銥也一直是非常出色的合作伙伴，大家別只看到我在第三關(guān)汽車催化轉(zhuǎn)換器方面的貢獻(xiàn)，銥在做催化劑方面也十分卓越。近期，銥和中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所的游書力研究員課題組合作完成了一個(gè)催化烯烴Z式構(gòu)型保留的不對(duì)稱烯丙基取代反應(yīng)，為今后研究如何高效合成熱力學(xué)不穩(wěn)定的Z構(gòu)型烯烴做出了突出貢獻(xiàn)[12]。我覺得在今天的闖關(guān)賽背景下，我們通過相互依靠、團(tuán)結(jié)合作取得成功，可以給我們這個(gè)組合起一個(gè)名字，就叫‘銠’有所‘銥’(依)。希望之后我和銥都能在各自的領(lǐng)域大放異彩，并充分發(fā)揮合作的優(yōu)勢(shì)，為人類創(chuàng)作出更加濃墨重彩的篇章?！?/p>