小“铂”上学记
School Notes on "Platinum"
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第一联系人: †2019级本科生
收稿日期: 2022-03-9 接受日期: 2022-04-2
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Received: 2022-03-9 Accepted: 2022-04-2
Platinum plays an essential role in human life and in various manufacturing technologies. This paper personifies platinum to describe its properties and applications in everyday life and in manufacturing technologies. We aim to enable readers to understand the content presented in an easy and lively manner.
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丁美芳, 张来英, 朱亚先.
Ding Meifang.
“铃铃铃~”
“小铂,快起床啦!”
今天是开学第一天,小铂迅速地起床洗漱、吃饭、换上校服,来到了元素班门口,心里想着:我会在这里有怎样的一段旅途呢……
1 初来乍到
“同学们,这是新来的同学。你的座位是元素班级d区第VIII族第六周期,在元素班学号为78,给大家做个自我介绍吧。”
老师微笑着说:“铂同学,欢迎你来到元素班,相信你能和大家成为很好的朋友,也希望你能在元素班度过一段愉快的时光。”老师说完,教室里响起了热烈的掌声,小铂心里也暖暖的。
下课后,小铂准备到外面转转,放松一下,没想到碰到了钌、铑、钯、锇、铱结着伴跑来,气喘吁吁地跟小铂打招呼:“铂,你好呀!总算是碰见认识的同学了,我们迷路了,不知道在哪儿报道呢……”
图1
小铂高兴地朝他们挥手:“你们好!我们班就在前面,我带你们去吧。”
没想到开学第一天就遇到了老朋友,让拘束的小铂一下子放松了下来,一路上铂系元素们说说笑笑。
“你们的皮肤都是银白色的,而我是蓝灰色的,这么看我还显得有点不合群了呢!”锇探了探头。
铱拍了拍锇的肩膀说:“怎么会呢,没有了你,我可没法制成坚硬耐磨、使用年限长的轴承呢!而且我还听说,你和铂做成的手术刀可是坚硬又锋利呢!”
老师见小铂带来了新同学,笑着说道:“你们好呀,欢迎你们加入元素班。在生活的方方面面经常能看到铂系元素的身影,虽然你们在很多方面都很相似,但同时你们也有各自的个性。很期待你们在元素班的表现,以后大家可要互帮互助呀!”
小铂和其他铂系元素连忙点点头,回答道:“谢谢老师,我们会加油的!”
2 认识自己
第二天,老师面带笑容地走进教室,在黑板上写下“认识自己”四个字,转身对同学们说道:“同学们,你们对自己是否有足够的认识呢?这堂课,我将带着大家通过一些有趣的形式来认识自己,跟我走吧!”
2.1 发展历史
首先来到的是元素学院的历史馆。“这里面记载着每个元素的发现,咱们都进去看看吧!”老师介绍道。
铂作为第一个被发现的铂系元素,大家都很想知道他是怎么被发现的,于是铂系的朋友们就迫不及待地开始翻找起来。
小铂迅速浏览着书架上的编号:“找到了!在20亿年前,由星球爆炸形成的巨大陨石撞击地球,地球上便出现了各种稀有而宝贵的金属,铂金宝宝也从此诞生了[4]。”
“我也找到啦!前哥伦布时期的南美洲原住民首先使用铂来制作手工艺品,在16世纪被西班牙人引用为乔科地区的黄金伴奏[4]。哇!原来铂在这么早就开始被人们运用了。”钌对小铂竖起了大拇指。
铑也捧着一本书过来补充:“古埃及人、古印加文明以及西班牙淘金者们都曾淘到过铂金呢!哈哈,不过他们由于急于搜寻黄金,竟误认为铂金是下等金属。直到1735年西班牙人乌略亚发现一块难以加工的金属,给他取名为platinum;1748年英国沃森才确认这是一种新元素[1]。”
大家不禁感叹:“一种新元素的发现是多么地不容易呀……”
2.2 化学性质
接着,老师领着同学们来到了实验室,给大家介绍各种试剂的作用。实验台上摆满了五颜六色的试剂和各种各样的仪器,看着特别好玩的样子,同学们一个个跃跃欲试。
贴着“氢氧化钠溶液”“盐酸”“硫酸”“王水”等标签的瓶瓶罐罐跟小铂打招呼:“铂,你好呀,我们做个小游戏吧:你跟我们每个人握个手。”
小铂有点迟疑,先将手伸向了氢氧化钠溶液,发现没有任何变化。
氢氧化钠溶液笑着对小铂说:“放心好啦,你可是刀枪不入呢!像我和盐酸、硫酸这种普通的酸碱可都伤害不了你的。”
果然,小铂和盐酸、硫酸握完手后也都安然无恙。
正当小铂得意之时,王水大哥走过来拉住了小铂的手。“不好!”小铂尖叫了起来,手已经开始溶解了,还有气泡冒出。小铂本能地迅速甩开王水大哥的手,躲到了老师身后。
老师见状,忙带着小铂将手上的王水冲洗干净,对小铂说:“以后来实验室千万不要轻易触碰化学试剂!虽然你的自我保护能力很强,但王水中硝酸的氧化作用和盐酸的配合作用,很少有人能抵挡得住哦!”老师边说边在黑板上写出化学反应方程式:
“另外,在盐酸和高氯酸的合作下或是盐酸和过氧化氢的合作下,你也会被他们伤害的。”
“老师,我知道了,谢谢您的提醒。”小铂听话地回答。
2.3 化合物
“同学们,经过刚刚的学习,大家对自己了解得怎么样了?现在,老师给你们发放一个小试卷,大家自我测试一下吧。”老师说道。
小铂拿到试卷,上面写着“请写出以下化合物的一种制备方法:(1) 氯铂酸;(2) 二氧化铂;(3) 六氟合铂酸氧。”
“氯铂酸”对于小铂来说并不是难事,刚刚与王水大哥的一战就生成了氯铂酸,他能用来制备贵金属催化剂、贵金属涂镀;而“二氧化铂”可以由氯铂酸和硝酸钠在500 ℃的条件下共熔制备:
但是对于“六氟合铂酸氧”,小铂没听说过,也没见过。怎么办呢?小铂发愁了。
这时,老师递过来一副VR眼镜,小铂赶紧戴上。眼镜里出现了一个实验室,里面有位研究人员,他正将六氟化铂与等摩尔的氧气在室温下混合,奇迹发生了,竟然有深红色的固体产生!
小铂走上前:“你好,我是铂元素,好像穿越到了这里……”
听到是铂元素,研究人员露出了惊喜的笑容,连忙向小铂介绍自己:“你好,我是巴特列特,正在研究你的家人呢!快过来看,我好像合成了你们家族的新成员。”
为了确认深红色固体的组成,巴特列特带着小铂一起,做了这深红色固体的X射线衍射分析等实验,最后确定这个化合物的化学式为O2PtF6,正是六氟合铂酸氧!
“天啊,强势的氧王子居然也有正价!六氟化铂的氧化性也太强了吧。”巴特列特欢欣鼓舞着。这是人类第一次制得氧的正价盐。
喜悦之余,巴特列特看着小铂:“既然六氟化铂的氧化性那么强,可以和氧气反应,那能不能和第一电离能与氧相近且还略低的氙气反应呢?”
带着疑问,巴特列特仿照合成六氟合铂酸氧的方法,将六氟化铂的蒸气与等摩尔的氙混合,在室温下有一种橙黄色固体产生!经分析检测,橙黄色固体是六氟合铂酸氙(XePtF6)!巴特列特激动地将小铂抱了起来,庆祝着具有伟大历史意义的第一个稀有气体化合物的诞生。
小铂惊讶地瞪大眼睛,说道:“巴特列特,你真是个伟大的科学家,我很开心见证了这一刻。”
小铂挥手跟巴特列特告别,取下眼镜,回到了座位上,自信地在试卷上写下了六氟合铂酸氧的制备方法。
3 我的梦想
一周很快过去了,班主任布置了周末作文——我的梦想。小铂有点垂头丧气,他不知道自己能做什么。
小铂决定出去寻找灵感。
3.1 电极
他首先来到学校的实验楼,走进了一间“电化学实验室”。
实验老师正手拿着一支铂电极在准备实验,他打量了一下小铂说:“其实,我们早就认识了啊!因为你稳定的化学性质,常常用作一些电极的电子导体,你本身是不参与电极反应的。”
小铂指着实验台上的一个电极问:“这也是铂电极吗?您手上的电极片是亮闪闪的,可他的电极片却黑乎乎的。”
图2
看着小铂一知半解的样子,实验老师打趣地说:“这个工作在研究中很重要哦,你就别走了,这样你就会很清楚铂作为电极在电化学中的作用啦!”
小铂礼貌地说道:“谢谢您让我在电池中发挥作用!但是,我还想继续寻找我的梦想……”
3.2 催化剂
从实验室出来,小铂遇到了班主任,小铂向班主任说了自己的困惑,央求班主任带着他寻找梦想。班主任带着小铂来到了一个石油化工厂。
一些穿着工作服的人正在往罐子里倒球形颗粒,小铂好奇地走过去问:“叔叔好,请问这些都是什么呀?”
师傅回答道:“他们是铂催化剂,用来催化重整石油。”
小铂重复着:“催化重整石油……那是什么呢?”
师傅放下手中的活,不紧不慢地说:“催化重整就是把石油中的分子结构重排,生产富含芳烃、高辛烷值汽油。你要是有兴趣,可以体验一下这个过程哦。”
师傅将小铂放到γ-Al2O3上,和其他铂催化剂一起倒入反应罐中。小铂感觉热了起来,一下子天旋地转,和石油里的分子混在一起。其他铂催化剂和一些分子结合后没过多久,那些分子有的改变了自己的形状;有的变成了几个小分子,还释放出了一些气体。从反应罐中出来,小铂发现自己和其他铂催化剂都还是原来的样子,觉得特别惊奇。
师傅拍拍小铂的肩膀说道:“这就是催化剂的魔力,在反应前后自身不会发生变化,但能加快反应速度。催化重整反应需要金属中心来催化加氢和脱氢反应,而铂具有空的d轨道,能提供足够的金属中心,很适合作为催化重整的催化剂。刚刚我们用的是只有铂一种金属的催化剂,实际上常常会让铂和其他金属合作,不但可以提高催化能力,还能延长催化剂的寿命[5]。”
“除此以外你们还有吃苦耐劳的好品质呢!就算在高温等恶劣条件下也能保证自己的工作效率,所以你们非常适合作为催化剂在多种化学反应中使用(图 3)。比如氨氧化、不饱和化合物氧化加氢、一氧化碳和氮氧化物脱除过程,都会用到铂作催化剂,能大大提高反应速率。”班主任走过来补充道。
图3
“没想到我们还能在化学工业上发挥这么大用处呢……”小铂挠挠头,不好意思地说道。
3.3 医疗
离开了工厂,班主任又带着小铂来到医院。
科室主任热情地接待了他们,老师微笑着说:“今天带小铂到医院来做个实践活动,展示一下他们在医疗上的作用,请您给小铂同学解解惑呢!”
图4
“李大爷,今天感觉怎么样呀?”医生询问病人的身体状况,并查看了各项检查指标。
“这个疗程结束了,指标很乐观,您回家休养一段。”
医生一边写着医嘱一边向小铂介绍:“对于结肠癌患者,铂类制剂以奥沙利铂最为常用,也可以使用顺铂、卡铂等铂剂。顺铂和卡铂在很多癌症的治疗上都有比较理想的效果,并且卡铂副作用较小。针对这位病友,我们对症下药地选用了第三代铂类抗癌药物卡铂进行治疗[6]。”
李大爷听着医生的解释,拉着小铂的手说:“是呀,医生都是根据我们每个人不同的情况做出最好的判断。我用这个药也有一段时间了,现在病情已经有好转了,真的太感谢你们了。”
医生接着说:“不过呢,这个药物还是有一定毒副作用的,病人使用后可能会出现迟钝、感觉异常、恶心、呕吐和腹泻等情况,其他种类的药物也都或多或少有些毒副作用,因此还需要不断寻找毒性较小而临床效果又较好的其他药物。”
小铂听了点点头:“是啊,要有更多的铂投入到医疗事业中才行。”
3.4 珠宝
夜幕降临,班主任和小铂准备回家。
在回家的路上,老师手上的戒指突然开口说话了:“小铂,你发现我了吗!我是白金戒指哦。我可是见证了老师的爱情呢!”
老师转了转手上的戒指,说道:“铂在生活中还有一个重要的角色,就是作为饰品佩戴。它不会因为日常佩戴而变质或褪色,它的光泽始终如初,即使和生活中常见的酸性物质接触,如温泉中的硫、漂白剂、泳池中的氯或是汗水等,都不会受到影响,可以在任何时候放心地佩戴铂金首饰。”
到家了,分别的时候小铂依依不舍地对老师说:“老师,谢谢您!我好像对自己的未来有方向了。”
“那就好,老师希望你能确定自己的目标,找到自己人生的意义,周一学校见。”班主任跟小铂挥了挥手。
那天晚上,小铂美美地进入了梦乡,梦见开发了自己很多新的用途,实现了为人类发展做出贡献的梦想。
参考文献
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