簡介
鉑系元素幾乎無例外地共同存在,形成天然合金。在含鉑系元素礦石中,通常以鉑為主要成分,而其餘鉑系元素則因含量較小,必須經過化學分析才能被發現。由於鋨、銥、鈀、銠和釕都與鉑共同組成礦石,因此它們都是從鉑礦提取鉑後的殘渣中發現的。鉑系元素化學性質穩定。它們中除鉑和鈀外,不但不溶於普通的酸,而且不溶於王水。鉑很易溶於王水,鈀還溶於熱硝酸中。所有鉑系元素都有強烈形成配位化合物的傾向。
鉑系元素都是稀有金屬,它們在地殼中的質量分數估計為:
鉑系元素幾乎完全以單質狀態存在,高度分散在各種礦石中,並共生在一起。
從鉑系元素原子的價電子結構來看,除鋨和銥有2個s原子外,其餘都只有1個s電子或沒有s電子。
形成高氧化態的傾向從左向右(由釕到鈀,由鋨到鉑)逐漸降低。這一點和鐵系元素是一樣的。和其它各副族的情況一樣,鉑系元素的第6周期各元素形成高氧化態的傾向比第5周期相應各元素大。其中只有釕和鋨表現出了與族數相一致的+8氧化態。
我們從物理性質、化學性質兩個方面來介紹鉑系元素的通性。
物理性質
鉑系元素除鋨呈藍灰色外,其餘都是銀白色的。從金屬單質的密度看,鉑系元素又可分為兩組:第5周期的釕、銠、鈀的密度約為12g·cm-3,成為輕鉑金屬;第6周期的鋨、銥、鉑的密度約為22g·cm-3,稱為重鉑金屬。
鉑系元素都是難熔金屬,輕鉑金屬和重鉑金屬的熔、沸點都是從左到右逐漸降低。這六種元素中,最難熔的是鋨,最易熔的是鈀。熔沸點的這種變化趨勢與鐵系金屬相似,這也可能是因為nd軌道中成單電子數從左到右逐漸減少(釕、銠、鈀分別為3、2、0;鋨、銥、鉑分別為4、3、1),金屬鍵逐漸減弱的緣故。
在硬度方面,釕和鋨的特點是硬度高並且脆,因此不能承受機械處理。銠和銥雖可以承受機械處理,但也很困難。鈀和鉑,尤其是鉑,極易承受機械處理,純淨的鉑具有高度的可塑性。將鉑冷軋,可以製得厚度為0.0025mm的箔。
化學性質
鉑系金屬的化學性質表現在以下幾個方面:
①鉑系金屬對酸的化學穩定性比所有其它各族金屬都高。
釕和鋨,銠和銥對酸的化學穩定性最高,不僅不溶於普通強酸,也不溶於王水中。
鈀和鉑都能溶於王水,鈀還能溶於硝酸(稀硝酸中溶解慢,濃硝酸中溶解快)和熱硫酸中。
②在有氧化劑存在時,鉑系金屬與鹼一起熔融,都可以轉變成可溶性的化合物。
③鉑系金屬不和氮作用。室溫下對空氣、氧等非金屬都是穩定的,不作用。高溫下才能與氧、硫、磷、氟、氯等非金屬作用,生成相應的化合物。
室溫下只有粉狀的鋨在空氣中會慢慢地被氧化,生成揮發性的四氧化鋨OsO4,OsO4的蒸氣沒有顏色,對呼吸道有劇毒,尤其有害於眼睛,會造成暫時失明。
④鉑系金屬都有一個特性,即很高的催化活性,金屬細粉的催化活性尤其大。
大多數鉑系金屬能吸收氣體,特別是氫氣。鋨吸收氫氣的能力最差,鈀吸收氫氣的能力最強。常溫下,鈀溶解氫的體積比為1:700,在真空中把金屬加熱到373K,溶解的氫就完全放出。氫在鉑中的溶解度很小,但鉑溶解氧的本領比鈀強,鈀吸收氧的體積比為1:0.07,而鉑溶解氧的體積比為1:70。鉑系金屬吸收氣體的性能是與它們的高度催化性能有密切關係的。
⑤鉑系金屬和鐵系金屬一樣,都容易形成配位化合物。
用途
化學惰性、難熔和催化活性是鉑系元素的特性。都是稀有金屬,在自然界主要以元素狀態存在,分散於各種礦石中。也有極少量的以硫化物等形式存在於銅礦中,所以電解冶煉銅的陽極泥可用來提取鉑族元素。鉑系元素有廣泛用途,如鉑電極、鉑蒸發皿鉑催化劑的製造。鉑和鉑銠合金用作熱電偶。粉末狀的鈀是有機化學加氫反應中的催化劑。