d區過渡金屬

鉑系金屬

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把過渡區右下角切下來,你會發現六種稀有、貴重、美麗的金屬擠在一起:釕、銠、鈀(4d 三元組)和鋨、銥、鉑(5d 三元組)。這些就是鉑系金屬,簡稱 PGM。它們稀少、昂貴、緻密,而且——最出名的是——化學上很高冷,即便在高溫下也抗腐蝕、不失光澤。它們是你汽車催化轉化器裡的金屬,是高級珠寶裡的金屬,也是製造現代化學品和藥物的許多催化劑裡的金屬。

把它們聯結在一起的,是一種化學上的矜持加上超凡的催化能力。由於它們是靠後的重過渡金屬,d 電子被抓得很緊,處在反應性標度的底部附近(鉑和金正因此被稱為「貴」金屬)。然而正是這種克制使它們成為出色的催化劑:鉑或鈀的表面能把氫氣或一氧化碳之類的分子抓得恰到好處,足以削弱它的鍵、讓它反應,然後再釋放產物——它們可逆地結合反應物,這正是好催化劑的標誌。族內的 4d 和 5d 同族元素尺寸近乎雙胞胎(多虧鑭系收縮),作為重金屬它們容易達到更高氧化態、形成低自旋配合物,並在其 d8 離子(鉑(II) 和鈀(II))中偏好平面正方形幾何。

鉑系金屬是技術上的瑰寶。催化轉化器中的鉑、鈀、銠為幾乎每一輛汽油車清洗尾氣,把有毒的 CO 和氮氧化物變成無害的氣體——這正是這些金屬被開採、回收並以高價交易的原因。鈀和鉑催化構建藥物的交叉偶聯反應(獲諾貝爾獎的化學),威爾金森的銠催化劑在溶液中給烯烴加氫。鉑甚至能抗癌:藥物順鉑,一個簡單的平面正方形鉑(II) 配合物,與 DNA 結合,阻止腫瘤細胞分裂。鉑系金屬展現了 d 區上半部最有用的一面——作為金屬不活潑,作為催化劑不可或缺。

三元催化轉化器把鉑、鈀、銠一起用上。它們的表面吸附尾氣、削弱鍵,讓三件事同時發生:一氧化碳被氧化成 CO2,未燃盡的燃料被氧化成 CO2 和水,有害的氮氧化物被還原回無害的氮氣。這些金屬不被消耗——它們釋放產物,然後重新開始。

催化轉化器中的鉑、鈀、銠把 CO、未燃燃料和氮氧化物變成無害氣體——自身卻不被消耗。

這裡的「貴」指抗腐蝕、抗氧化,並不意味著在任何方面都化學惰性——鉑仍能形成豐富多樣的配合物,是強力催化劑。不要把貴金屬(抗腐蝕的過渡金屬)與惰性氣體(不活潑的第 18 族元素)混為一談;這兩個詞彼此無關。

又稱
PGMsplatinum groupnoble metals铂族金属PGM