小“鉑”上學(xué)記

丁美芳，張來英，朱亞先

廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，福建 廈門 361005

“鈴鈴鈴～”

“小鉑，快起床啦！”

今天是開學(xué)第一天，小鉑迅速地起床洗漱、吃飯、換上校服，來到了元素班門口，心里想著：我會在這里有怎樣的一段旅途呢……

1 初來乍到

“同學(xué)們，這是新來的同學(xué)。你的座位是元素班級d區(qū)第VIII族第六周期，在元素班學(xué)號為78，給大家做個(gè)自我介紹吧?！?/p>

小鉑低著頭小聲地說道：“我……我的相對原子質(zhì)量為195.05，密度為21.45 g·cm-3，熔點(diǎn)是1772 °C，沸點(diǎn)是3827 °C。我不太擅長和別人交流，可能大家會覺得我性格孤僻，但其……其實(shí)，我也很想和大家成為好朋友的[1-3]。”

老師微笑著說：“鉑同學(xué)，歡迎你來到元素班，相信你能和大家成為很好的朋友，也希望你能在元素班度過一段愉快的時(shí)光。”老師說完，教室里響起了熱烈的掌聲，小鉑心里也暖暖的。

下課后，小鉑準(zhǔn)備到外面轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，放松一下，沒想到碰到了釕、銠、鈀、鋨、銥結(jié)著伴跑來，氣喘吁吁地跟小鉑打招呼：“鉑，你好呀！總算是碰見認(rèn)識的同學(xué)了，我們迷路了，不知道在哪兒報(bào)道呢……”

原來是與金、銀一樣有著“貴金屬”美譽(yù)的鉑系小伙伴們(圖1)，他們都有特別可貴的性能，而且資源珍稀，在自然界中常常一起分散在沖積礦床和砂積礦床的多種礦物中[1]。其中，“鉑”是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的鉑系元素。

圖1 鉑系元素

小鉑高興地朝他們揮手：“你們好！我們班就在前面，我?guī)銈內(nèi)グ??！?/p>

沒想到開學(xué)第一天就遇到了老朋友，讓拘束的小鉑一下子放松了下來，一路上鉑系元素們說說笑笑。

“你們的皮膚都是銀白色的，而我是藍(lán)灰色的，這么看我還顯得有點(diǎn)不合群了呢！”鋨探了探頭。

銥拍了拍鋨的肩膀說：“怎么會呢，沒有了你，我可沒法制成堅(jiān)硬耐磨、使用年限長的軸承呢！而且我還聽說，你和鉑做成的手術(shù)刀可是堅(jiān)硬又鋒利呢！”

老師見小鉑帶來了新同學(xué)，笑著說道：“你們好呀，歡迎你們加入元素班。在生活的方方面面經(jīng)常能看到鉑系元素的身影，雖然你們在很多方面都很相似，但同時(shí)你們也有各自的個(gè)性。很期待你們在元素班的表現(xiàn)，以后大家可要互幫互助呀！”

小鉑和其他鉑系元素連忙點(diǎn)點(diǎn)頭，回答道：“謝謝老師，我們會加油的！”

2 認(rèn)識自己

第二天，老師面帶笑容地走進(jìn)教室，在黑板上寫下“認(rèn)識自己”四個(gè)字，轉(zhuǎn)身對同學(xué)們說道：“同學(xué)們，你們對自己是否有足夠的認(rèn)識呢？這堂課，我將帶著大家通過一些有趣的形式來認(rèn)識自己，跟我走吧！”

2.1 發(fā)展歷史

首先來到的是元素學(xué)院的歷史館?！斑@里面記載著每個(gè)元素的發(fā)現(xiàn)，咱們都進(jìn)去看看吧！”老師介紹道。

鉑作為第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的鉑系元素，大家都很想知道他是怎么被發(fā)現(xiàn)的，于是鉑系的朋友們就迫不及待地開始翻找起來。

小鉑迅速瀏覽著書架上的編號：“找到了！在20億年前，由星球爆炸形成的巨大隕石撞擊地球，地球上便出現(xiàn)了各種稀有而寶貴的金屬，鉑金寶寶也從此誕生了[4]?！?/p>

“我也找到啦！前哥倫布時(shí)期的南美洲原住民首先使用鉑來制作手工藝品，在16世紀(jì)被西班牙人引用為喬科地區(qū)的黃金伴奏[4]。哇！原來鉑在這么早就開始被人們運(yùn)用了?！贬憣π°K豎起了大拇指。

銠也捧著一本書過來補(bǔ)充：“古埃及人、古印加文明以及西班牙淘金者們都曾淘到過鉑金呢！哈哈，不過他們由于急于搜尋黃金，竟誤認(rèn)為鉑金是下等金屬。直到1735年西班牙人烏略亞發(fā)現(xiàn)一塊難以加工的金屬，給他取名為platinum；1748年英國沃森才確認(rèn)這是一種新元素[1]?！?/p>

大家不禁感嘆：“一種新元素的發(fā)現(xiàn)是多么地不容易呀……”

2.2 化學(xué)性質(zhì)

接著，老師領(lǐng)著同學(xué)們來到了實(shí)驗(yàn)室，給大家介紹各種試劑的作用。實(shí)驗(yàn)臺上擺滿了五顏六色的試劑和各種各樣的儀器，看著特別好玩的樣子，同學(xué)們一個(gè)個(gè)躍躍欲試。

貼著“氫氧化鈉溶液”“鹽酸”“硫酸”“王水”等標(biāo)簽的瓶瓶罐罐跟小鉑打招呼：“鉑，你好呀，我們做個(gè)小游戲吧：你跟我們每個(gè)人握個(gè)手?！?/p>

小鉑有點(diǎn)遲疑，先將手伸向了氫氧化鈉溶液，發(fā)現(xiàn)沒有任何變化。

氫氧化鈉溶液笑著對小鉑說：“放心好啦，你可是刀槍不入呢！像我和鹽酸、硫酸這種普通的酸堿可都傷害不了你的?！?/p>

果然，小鉑和鹽酸、硫酸握完手后也都安然無恙。

正當(dāng)小鉑得意之時(shí)，王水大哥走過來拉住了小鉑的手?！安缓?！”小鉑尖叫了起來，手已經(jīng)開始溶解了，還有氣泡冒出。小鉑本能地迅速甩開王水大哥的手，躲到了老師身后。

老師見狀，忙帶著小鉑將手上的王水沖洗干凈，對小鉑說：“以后來實(shí)驗(yàn)室千萬不要輕易觸碰化學(xué)試劑！雖然你的自我保護(hù)能力很強(qiáng)，但王水中硝酸的氧化作用和鹽酸的配合作用，很少有人能抵擋得住哦!”老師邊說邊在黑板上寫出化學(xué)反應(yīng)方程式：

“另外，在鹽酸和高氯酸的合作下或是鹽酸和過氧化氫的合作下，你也會被他們傷害的。”

“老師，我知道了，謝謝您的提醒?！毙°K聽話地回答。

2.3 化合物

“同學(xué)們，經(jīng)過剛剛的學(xué)習(xí)，大家對自己了解得怎么樣了？現(xiàn)在，老師給你們發(fā)放一個(gè)小試卷，大家自我測試一下吧。”老師說道。

小鉑拿到試卷，上面寫著“請寫出以下化合物的一種制備方法：(1) 氯鉑酸；(2) 二氧化鉑；(3) 六氟合鉑酸氧?！?/p>

“氯鉑酸”對于小鉑來說并不是難事，剛剛與王水大哥的一戰(zhàn)就生成了氯鉑酸，他能用來制備貴金屬催化劑、貴金屬涂鍍；而“二氧化鉑”可以由氯鉑酸和硝酸鈉在500 °C的條件下共熔制備：

但是對于“六氟合鉑酸氧”，小鉑沒聽說過，也沒見過。怎么辦呢？小鉑發(fā)愁了。

這時(shí)，老師遞過來一副VR眼鏡，小鉑趕緊戴上。眼鏡里出現(xiàn)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，里面有位研究人員，他正將六氟化鉑與等摩爾的氧氣在室溫下混合，奇跡發(fā)生了，竟然有深紅色的固體產(chǎn)生！

小鉑走上前：“你好，我是鉑元素，好像穿越到了這里……”

聽到是鉑元素，研究人員露出了驚喜的笑容，連忙向小鉑介紹自己：“你好，我是巴特列特，正在研究你的家人呢！快過來看，我好像合成了你們家族的新成員。”

為了確認(rèn)深紅色固體的組成，巴特列特帶著小鉑一起，做了這深紅色固體的X射線衍射分析等實(shí)驗(yàn)，最后確定這個(gè)化合物的化學(xué)式為O2PtF6，正是六氟合鉑酸氧！

“天啊，強(qiáng)勢的氧王子居然也有正價(jià)！六氟化鉑的氧化性也太強(qiáng)了吧?！卑吞亓刑貧g欣鼓舞著。這是人類第一次制得氧的正價(jià)鹽。

喜悅之余，巴特列特看著小鉑：“既然六氟化鉑的氧化性那么強(qiáng)，可以和氧氣反應(yīng)，那能不能和第一電離能與氧相近且還略低的氙氣反應(yīng)呢？”

帶著疑問，巴特列特仿照合成六氟合鉑酸氧的方法，將六氟化鉑的蒸氣與等摩爾的氙混合，在室溫下有一種橙黃色固體產(chǎn)生！經(jīng)分析檢測，橙黃色固體是六氟合鉑酸氙(XePtF6)！巴特列特激動地將小鉑抱了起來，慶祝著具有偉大歷史意義的第一個(gè)稀有氣體化合物的誕生。

小鉑驚訝地瞪大眼睛，說道：“巴特列特，你真是個(gè)偉大的科學(xué)家，我很開心見證了這一刻?！?/p>

小鉑揮手跟巴特列特告別，取下眼鏡，回到了座位上，自信地在試卷上寫下了六氟合鉑酸氧的制備方法。

3 我的夢想

一周很快過去了，班主任布置了周末作文——我的夢想。小鉑有點(diǎn)垂頭喪氣，他不知道自己能做什么。

小鉑決定出去尋找靈感。

3.1 電極

他首先來到學(xué)校的實(shí)驗(yàn)樓，走進(jìn)了一間“電化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”。

實(shí)驗(yàn)老師正手拿著一支鉑電極在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，他打量了一下小鉑說：“其實(shí)，我們早就認(rèn)識了啊！因?yàn)槟惴€(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，常常用作一些電極的電子導(dǎo)體，你本身是不參與電極反應(yīng)的?！?/p>

小鉑指著實(shí)驗(yàn)臺上的一個(gè)電極問：“這也是鉑電極嗎？您手上的電極片是亮閃閃的，可他的電極片卻黑乎乎的?！?/p>

實(shí)驗(yàn)老師解釋道：“是啊，這是鉑黑電極哦，我手上的是光亮鉑電極(圖2(a))。在鉑表面作電鍍處理，生成黑色的‘鉑絨’就成鉑黑電極啦(圖2(b))。別小看了鉑黑電極表面上的‘鉑絨’哦，有了他，就可以增加活性和電極的表面積，如果在氣體電極中，可以增加電極反應(yīng)速率，加速達(dá)到平衡，當(dāng)有電流通過時(shí)還可以減少極化。而不鍍鉑黑的光亮電導(dǎo)電極，只能在較小電導(dǎo)率的溶液中使用?！?/p>

圖2 光亮鉑電極(a)和鉑黑電極(b)

看著小鉑一知半解的樣子，實(shí)驗(yàn)老師打趣地說：“這個(gè)工作在研究中很重要哦，你就別走了，這樣你就會很清楚鉑作為電極在電化學(xué)中的作用啦！”

小鉑禮貌地說道：“謝謝您讓我在電池中發(fā)揮作用！但是，我還想繼續(xù)尋找我的夢想……”

3.2 催化劑

從實(shí)驗(yàn)室出來，小鉑遇到了班主任，小鉑向班主任說了自己的困惑，央求班主任帶著他尋找夢想。班主任帶著小鉑來到了一個(gè)石油化工廠。

一些穿著工作服的人正在往罐子里倒球形顆粒，小鉑好奇地走過去問：“叔叔好，請問這些都是什么呀？”

師傅回答道：“他們是鉑催化劑，用來催化重整石油?！?/p>

小鉑重復(fù)著：“催化重整石油……那是什么呢？”

師傅放下手中的活，不緊不慢地說：“催化重整就是把石油中的分子結(jié)構(gòu)重排，生產(chǎn)富含芳烴、高辛烷值汽油。你要是有興趣，可以體驗(yàn)一下這個(gè)過程哦。”

師傅將小鉑放到γ-Al2O3上，和其他鉑催化劑一起倒入反應(yīng)罐中。小鉑感覺熱了起來，一下子天旋地轉(zhuǎn)，和石油里的分子混在一起。其他鉑催化劑和一些分子結(jié)合后沒過多久，那些分子有的改變了自己的形狀；有的變成了幾個(gè)小分子，還釋放出了一些氣體。從反應(yīng)罐中出來，小鉑發(fā)現(xiàn)自己和其他鉑催化劑都還是原來的樣子，覺得特別驚奇。

師傅拍拍小鉑的肩膀說道：“這就是催化劑的魔力，在反應(yīng)前后自身不會發(fā)生變化，但能加快反應(yīng)速度。催化重整反應(yīng)需要金屬中心來催化加氫和脫氫反應(yīng)，而鉑具有空的d軌道，能提供足夠的金屬中心，很適合作為催化重整的催化劑。剛剛我們用的是只有鉑一種金屬的催化劑，實(shí)際上常常會讓鉑和其他金屬合作，不但可以提高催化能力，還能延長催化劑的壽命[5]?！?/p>

“除此以外你們還有吃苦耐勞的好品質(zhì)呢！就算在高溫等惡劣條件下也能保證自己的工作效率，所以你們非常適合作為催化劑在多種化學(xué)反應(yīng)中使用(圖3)。比如氨氧化、不飽和化合物氧化加氫、一氧化碳和氮氧化物脫除過程，都會用到鉑作催化劑，能大大提高反應(yīng)速率?！卑嘀魅巫哌^來補(bǔ)充道。

圖3 鉑催化劑

“沒想到我們還能在化學(xué)工業(yè)上發(fā)揮這么大用處呢……”小鉑撓撓頭，不好意思地說道。

3.3 醫(yī)療

離開了工廠，班主任又帶著小鉑來到醫(yī)院。

科室主任熱情地接待了他們，老師微笑著說：“今天帶小鉑到醫(yī)院來做個(gè)實(shí)踐活動，展示一下他們在醫(yī)療上的作用，請您給小鉑同學(xué)解解惑呢！”

“沒問題，跟我來吧?！敝魅嗡斓卮饝?yīng)了，邊走邊介紹道，“鉑類抗癌藥物現(xiàn)在可是癌癥化療中不可缺少的藥物，臨床上對卵巢癌、前列腺癌、睪丸癌、肺癌等多種實(shí)體腫瘤都有非常明顯的療效。目前呀，已經(jīng)上市的鉑類抗癌藥物有四種：順鉑、卡鉑、奧沙利鉑和奈達(dá)鉑(圖4)；當(dāng)然了，還有一些正在研制階段的新藥，比如環(huán)鉑、樂鉑、硫鉑等[6]。不同的藥物特點(diǎn)不同，作用效果也不盡相同。我先帶你們見一個(gè)病人吧?！毙°K緊緊地跟在醫(yī)生身后。

圖4 鉑類抗癌藥物

“李大爺，今天感覺怎么樣呀？”醫(yī)生詢問病人的身體狀況，并查看了各項(xiàng)檢查指標(biāo)。

“這個(gè)療程結(jié)束了，指標(biāo)很樂觀，您回家休養(yǎng)一段?！?/p>

醫(yī)生一邊寫著醫(yī)囑一邊向小鉑介紹：“對于結(jié)腸癌患者，鉑類制劑以奧沙利鉑最為常用，也可以使用順鉑、卡鉑等鉑劑。順鉑和卡鉑在很多癌癥的治療上都有比較理想的效果，并且卡鉑副作用較小。針對這位病友，我們對癥下藥地選用了第三代鉑類抗癌藥物卡鉑進(jìn)行治療[6]?！?/p>

李大爺聽著醫(yī)生的解釋，拉著小鉑的手說：“是呀，醫(yī)生都是根據(jù)我們每個(gè)人不同的情況做出最好的判斷。我用這個(gè)藥也有一段時(shí)間了，現(xiàn)在病情已經(jīng)有好轉(zhuǎn)了，真的太感謝你們了?！?/p>

醫(yī)生接著說：“不過呢，這個(gè)藥物還是有一定毒副作用的，病人使用后可能會出現(xiàn)遲鈍、感覺異常、惡心、嘔吐和腹瀉等情況，其他種類的藥物也都或多或少有些毒副作用，因此還需要不斷尋找毒性較小而臨床效果又較好的其他藥物?！?/p>

小鉑聽了點(diǎn)點(diǎn)頭：“是啊，要有更多的鉑投入到醫(yī)療事業(yè)中才行?！?/p>

3.4 珠寶

夜幕降臨，班主任和小鉑準(zhǔn)備回家。

在回家的路上，老師手上的戒指突然開口說話了：“小鉑，你發(fā)現(xiàn)我了嗎！我是白金戒指哦。我可是見證了老師的愛情呢！”

老師轉(zhuǎn)了轉(zhuǎn)手上的戒指，說道：“鉑在生活中還有一個(gè)重要的角色，就是作為飾品佩戴。它不會因?yàn)槿粘Ｅ宕鞫冑|(zhì)或褪色，它的光澤始終如初，即使和生活中常見的酸性物質(zhì)接觸，如溫泉中的硫、漂白劑、泳池中的氯或是汗水等，都不會受到影響，可以在任何時(shí)候放心地佩戴鉑金首飾?！?/p>

到家了，分別的時(shí)候小鉑依依不舍地對老師說：“老師，謝謝您！我好像對自己的未來有方向了。”

“那就好，老師希望你能確定自己的目標(biāo)，找到自己人生的意義，周一學(xué)校見?！卑嘀魅胃°K揮了揮手。

那天晚上，小鉑美美地進(jìn)入了夢鄉(xiāng)，夢見開發(fā)了自己很多新的用途，實(shí)現(xiàn)了為人類發(fā)展做出貢獻(xiàn)的夢想。