铂系金属
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把过渡区右下角切下来,你会发现六种稀有、贵重、美丽的金属挤在一起:钌、铑、钯(4d 三元组)和锇、铱、铂(5d 三元组)。这些就是铂系金属,简称 PGM。它们稀少、昂贵、致密,而且——最出名的是——化学上很高冷,即便在高温下也抗腐蚀、不失光泽。它们是你汽车催化转化器里的金属,是高级珠宝里的金属,也是制造现代化学品和药物的许多催化剂里的金属。
把它们联结在一起的,是一种化学上的矜持加上超凡的催化能力。由于它们是靠后的重过渡金属,d 电子被抓得很紧,处在反应性标度的底部附近(铂和金正因此被称为“贵”金属)。然而正是这种克制使它们成为出色的催化剂:铂或钯的表面能把氢气或一氧化碳之类的分子抓得恰到好处,足以削弱它的键、让它反应,然后再释放产物——它们可逆地结合反应物,这正是好催化剂的标志。族内的 4d 和 5d 同族元素尺寸近乎双胞胎(多亏镧系收缩),作为重金属它们容易达到更高氧化态、形成低自旋配合物,并在其 d8 离子(铂(II) 和钯(II))中偏好平面正方形几何。
铂系金属是技术上的瑰宝。催化转化器中的铂、钯、铑为几乎每一辆汽油车清洗尾气,把有毒的 CO 和氮氧化物变成无害的气体——这正是这些金属被开采、回收并以高价交易的原因。钯和铂催化构建药物的交叉偶联反应(获诺贝尔奖的化学),威尔金森的铑催化剂在溶液中给烯烃加氢。铂甚至能抗癌:药物顺铂,一个简单的平面正方形铂(II) 配合物,与 DNA 结合,阻止肿瘤细胞分裂。铂系金属展现了 d 区上半部最有用的一面——作为金属不活泼,作为催化剂不可或缺。
三元催化转化器把铂、钯、铑一起用上。它们的表面吸附尾气、削弱键,让三件事同时发生:一氧化碳被氧化成 CO2,未燃尽的燃料被氧化成 CO2 和水,有害的氮氧化物被还原回无害的氮气。这些金属不被消耗——它们释放产物,然后重新开始。
催化转化器中的铂、钯、铑把 CO、未燃燃料和氮氧化物变成无害气体——自身却不被消耗。
这里的“贵”指抗腐蚀、抗氧化,并不意味着在任何方面都化学惰性——铂仍能形成丰富多样的配合物,是强力催化剂。不要把贵金属(抗腐蚀的过渡金属)与惰性气体(不活泼的第 18 族元素)混为一谈;这两个词彼此无关。