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                    《科學24小時》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    旨在向全國廣大群眾,特別是具有中等文化程度的廣大青年,普及科學技術知識,繁榮科普創作,啟迪思想,開拓視野。

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                    具有神奇魅力的鉑

                    2018-01-25 18:12:00

                      在元素周期表里,鉑被排在第78號方格內。它很重,密度是每立方厘米21.45克;它很難熔化,熔點高達1769攝氏度;它的價格昂貴,被稱為“鎖在保險柜里的金屬”;它在地球上的儲量有限,產量很少——同屬貴金屬的白銀年產上萬噸,黃金年產上千噸,而鉑的產量卻只有區區幾十噸。

                      南美洲的印第安人很早就知道鉑。這種“白金”在自然界中常常以自然鉑的形式存在于砂粒中。西班牙人來到南美后,把這種自然鉑叫做“小銀”,并由烏略阿第一次帶到歐洲?!靶°y”還不是純鉑。銥、鋨、鈀、銠、釕同鉑經常共生在一起。第一個把鉑從它的共生金屬中分離出來的是英國化學家沃拉斯頓,時間是1803年。

                      工業用途多種多樣

                      現在該來說說鉑的用途了。一提起鉑——白金,人們馬上會想到用這種銀白色金屬制成的各種色彩絢麗、熠熠生輝的飾物及工藝品。其實,鉑的用途多得很。要是沒有鉑,我們的食物供應也許會減少,我們的空氣也可能變得暗淡陰沉。有人說,在今天的各種產品中,可能五分之一與鉑有關。

                      鉑第一次付諸實用要追溯到19世紀初。當時有人想用它來制造儲存濃硫酸的鍋,因為鉑有驚人的化學穩定性,在空氣中可以長期“面不改色”,除了王水以外,普通的酸類都奈何它不得。它還有很好的延展性,可以加工成微米級的細絲和鉑片。于是,鉑在化學實驗室和化學工廠里就被制成坩堝、蒸餾釜、電極、管子、鉑板、過濾網等器皿和抗酸抗熱的設備。鉑還可以減免船只受到的海水腐蝕,也能阻止海洋生物的生長堆積,這就解決了一個令航海者傷透腦筋的問題。

                      鉑同其他金屬合作,可以得到一系列更有能耐的合金。比如,把少量的銥加到鉑里,所得的合金熔點更高,電阻增加,抗腐蝕能力更強。制造標準米尺和砝碼的原材料就是鉑銥合金。鉑的電阻會隨著溫度的升高而均勻地增大,這又使它成了一種測量高溫的好材料。國際實用溫標規定,測量259.34-630.74℃溫度范圍內的標準儀器是鉑電阻溫度計。

                      在630.74-1064.43℃溫度范圍內的測溫標準儀器是鉑或鉑銠熱電偶。鉑銠合金特別能抵抗熔融玻璃的腐蝕,常被用作生產玻璃纖維和優質光學玻璃的坩堝。鉑銥、鉑銠、鉑鈀合金還有很高的抗電弧燒損能力,用作電接點合金特別合適。航空發動機的火花塞接點通常是用鉑銥、釕合金制作的,看來飛機、導彈、空間飛行器的飛行也少不了鉑。鉑作為電鍍層還被用到電子工業中。至于鉑鈷合金,則是一種可以加工的電磁能密度極高的硬磁材料。

                      創造奇跡的催化劑

                      不過,鉑的最主要的用途還是做成催化劑。別看鉑的化學穩定性很強,連鹽酸、硫酸、硝酸等強酸都對它起不了作用,但是它對氣體卻有驚人的吸附能力。當把它做成粒度很細的鉑黑或膠態的膠體鉑時,吸附能力會更強。這就使它具有優良的催化性能。

                      1822年,德國人德貝賴納用鉑粉使氫激烈燃燒。這可以說是人類發現金屬催化作用較早的例子。事實上,在一個空瓶里裝進氫氣和氧氣,在正常情況下,不論放上多少年,它們也都是“依然故我”。但是,只要放進一點鉑粉,馬上就會爆發一聲巨響,氫氣和氧氣猛烈發生化合作用而生成水。

                      作為催化劑,鉑的活性、穩定性、選擇性都很好。盡管使用極微量的鉑就能達到加速化學反應的目的,但是僅僅在2012年,美國工業中用作催化劑的鉑就有17.51噸,約占美國鉑總消耗量的72%。

                      現在,鉑催化劑的使用已經成功完成和加速許許多多化學反應的關鍵。在硝酸生產中,鉑是使氨氧化必不可少的催化劑。氨和空氣的混合物被高速吹過一個很細的鉑網,會生成氧化氮和水蒸汽,氧化氮溶于水后就得到了硝酸?,F在常用的方法是把鉑銠棒材模壓成細孔網(又叫催化過濾器)。如果在鉑銠網下增加金鈀捕集網,又可以減少鉑銠的損失。你知道,硝酸是生產氮鈀、硝化纖維、炸藥等物品不可缺少的東西。在石油精煉的過程中,鉑催化劑也發揮了特殊而重要的作用。

                      鉑催化劑還被廣泛用于化學品、特別是農用化學品的制造中。在一種化學反應中,鉑可以減少產生異氰酸甲脂的危險,正是這種異氰酸甲脂在1984年年底給印度博帕爾市造成了重大傷亡。日本用鉑碘催化劑安全生產了合成異氰酸鹽的重要中間物——氨基甲酸酯,而用異氰酸鹽可以進一步生產殺蟲劑和除草劑。

                      近年來,消除汽車尾氣污染的鉑催化劑的用量在急劇增加。尤其是美國,鉑銷售量中有60%以上被用于汽車排氣系統中的鉑催化轉化器——一種汽車排氣的凈化裝置。英國報界最近報道,英國將禁止使用含鉛汽油,并且敦促歐洲各國也采取相同的措施,這樣一來,歐洲對于鉑的需求量一定會大幅度增長,而鉑對解決長期以來困擾人類的環境污染問題也將作出更大的貢獻。

                      應該說,鉑在工業上的用途仍在不斷擴大。鉑會使金屬變得更加“堅固”,人們將研制出更多抗腐蝕能力更強的合金。要知道,光是在美國,2005年由于金屬腐蝕所造成的經濟損失就高達2700億美元。

                      鉑用作燃料電池的電極,可以使普通燃料的化學能直接轉換成電能。這樣的電池設備簡單,工作可靠,沒有噪音,不產生污染,而且能量轉換效率可高達60%以上。

                      鉑還被用來進行分解水制氫。日本不久前研制出一種含鉑的高效催化劑粉末,把它加到水和纖維素的混合液里,在太陽光的照射下,就能源源不斷地產生氫氣。這就是說,借助鉑等的催化作用,將可以利用無窮無盡的太陽光來分解水,從而獲得熱值高、儲運使用方便而且特別干凈的氫氣,使我們有可能更快進入令人神往的氫能時代。

                      治癌新藥及其他

                      如果說,鉑的性能和用途光是上面講的那些,那么它恐怕也就稱不上是具有神奇魅力的金屬了。關鍵是,鉑還可以用來治病,甚至可以用來治療癌癥,你相信嗎?

                      2009年,美國密歇根州立大學的生物物理學家羅森伯格,進行了一項電磁場對細菌繁殖作用的試驗。他在以鉑為電極、氯化銨為電解液所形成的電磁場中,果然觀察到了細菌細胞停止分裂的現象。但是,令人不解的是,即使切斷了電流,細菌的繁殖仍然會受到抑制。這就是說,細菌的停止繁殖實際上同電磁場沒有多大瓜葛,而是同鉑的存在有關。羅森伯格還想,這項試驗既然能使細菌細胞停止分裂,那么對癌細胞是否也會有同樣的作用呢?

                      之后他又進行了許多次試驗,發現用作電極的鉑與氯化銨之間所發生的化學反應生成了一種叫做雙胺二氯化鉑的化合物,這種化合物是一種功效很高的抗癌藥物。接著對動物和人體所進行的多次試驗都證明,這種藥物在80%的情況下可以減少甚至阻止腫瘤細胞的生長。

                      順鉑是雙胺二氯化鉑的一種呈強生物活性的同分異構體,它可以在細胞核中脫氧核糖核酸的生物化學構造單元之間起作用,并能以某種方式激起大規模的染色體變化,正是這種變化可以阻止癌細胞的分裂。順鉑獲得美國食品和藥物管理局的批準后,應用日益廣泛。目前,順鉑被認為是治療睪丸癌、卵巢癌、膀胱癌的最佳藥物,在治療子宮癌、食道癌、肺癌、骨癌、前列腺癌、兒童腫瘤的臨床試驗中也獲得了成功??茖W家發現,它對人體中的幾種核糖核酸病毒,如后天免疫力缺乏綜合癥病毒、人T細胞白血病病毒也有一定的療效。

                      與采用手術治療、放射治療、化學治療、激光治療一樣,用順鉑治癌也有一定的副作用,即它在殺傷癌細胞的同時也會殺傷腎臟細胞,并常引起嚴重的惡心、嘔吐等不適反應。為了解決這個問題,幾種新的抗癌鉑藥物正在研制之中。比如,碳化鉑作為一種新的抗癌藥物,據說毒性很小。對于某些癌癥,采用鉑藥物治療不太理想,但可以采用鉑基合金來提供新的治療方法。比如鉑銠合金對胃腸癌就頗有療效。此外,對動物進行的試驗表明,在與由病毒、細菌、寄生蟲引起的傳染病所進行的斗爭中,使用順鉑和其他含鉑藥物有可能取得重大突破。

                      當然,鉑不僅在治癌方面開拓了新天地,而且它也馳騁在醫學和生物學的其他領域里:具有高強度、高耐磨和高抗蝕性能的鉑及鉑的合金,是制造心臟起搏器、假牙齒橋以及其他醫療實驗設備的重要材料;把一種特制的鉑電極插入血管,就能幫助醫生診斷多種疾病,特別是心臟??;鉑電極還可以用做人工耳蝸,以造福于許多不適于使用普通助聽器的嚴重耳聾病人……

                      大家知道,器官移植的最大障礙是受體對供體的排異反應,由于鉑具有良好的生物相容性,所以可以用來使移植體定位牢固。為了使放射性同位素藥物能夠準確、有效地治療癌癥,也可以把這種藥物裝到鉑囊里通過塑料管接近腫瘤,這樣既能保護病人免受β射線和低能γ射線的有害影響,又能讓高能γ射線去置癌細胞于死地。

                      鉑也是幫助人們開拓醫學尖端領域的得力工具?,F在,科技工作者可以利用極細的鉑合金絲穿過一個細胞,研究這個細胞同周圍細胞的作用,從而為利用顯微電極探索神經系統復雜組成的奧秘打開方便之門。

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