78 Pt 195.084
过渡金属 d-block Period 6 Group 10

Pt · Element 78 · Nickel group

The catalyst metal: platinum makes reactions happen that would otherwise need impossible conditions.

20°C时的状态 固态
原子量 195.084 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f¹⁴ 5d⁹ 6s¹

结构

铂 原子

这不是环上点阵的示意图,而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。

轨道云

测量值

性质表

每个条形图都显示铂在全部118种元素中该性质的排名位置。

物理

密度 21.45 g/cm³ 91%
熔点 2041.4 K 85%
沸点 4098 K 83%
比热容 0.133 J/g·K
热导率 71.6 W/m·K 73%

原子

原子半径 139 pm 30%
共价半径 136 pm
范德华半径 209 pm

电子

电负性 2.28 85%
电离能 864.5 kJ/mol 75%
电子亲和能 205.5 kJ/mol 92%

存在

地壳中的丰度 0.005 mg/kg 37%

身份

符号Pt
原子序数78
原子量195.084 u
类别过渡金属
d
晶体结构面心立方
氧化态-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6
发现时间1735
发现者Antonio de Ulloa

来源:IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值,而非测量值。

按比例显示的大小

How big is a 铂 atom?

Radius 139 pm — that is 0.139 nm, so about 3597 million of them side by side would span a millimetre.

热范围

Solid, liquid, gas — and when

铂 is liquid over a 2057 K window, from 2041 K to 4098 K.

所在位置

在表中的位置

sits in period 6, group 10. Everything in group 10 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER 过渡金属

All 过渡金属

故事

铂 是什么,以及我们如何发现它

The catalyst metal: platinum makes reactions happen that would otherwise need impossible conditions.

The discovery of 铂

新世界的白金

西班牙征服者与“无用”的金属(1520年代)

16世纪20年代,最早接触铂的欧洲人是西班牙征服者,他们在哥伦比亚和厄瓜多尔的河流中发现了这种金属。他们称其为“platina del Pinto”(平托河的小银),这个轻蔑的名称反映了他们对这种“含杂质的银”的恼怒,因为它既无法熔化,也不能像他们熟悉的贵金属那样加工。

在欧洲人到来之前,南美洲原住民已经加工铂超过1,000年。拉托利塔文化的前哥伦布时期工匠制作了精美的铂金合金首饰和器物,展现出复杂的冶金知识,而欧洲人要过几个世纪才达到同等水平。

西班牙矿工认为铂是污染金矿床的麻烦金属。他们常常把它扔回河里,以为那是尚未成熟的金,最终会“成熟”为真正的黄金。一些西班牙殖民地甚至禁止开采铂,担心有人会用它仿造金币。

欧洲科学界的认可(1735—1750年)

对铂的科学研究始于西班牙海军军官Antonio de Ulloa于1735年将样品带到欧洲。他对这种神秘金属的详细观察引起了欧洲科学家的兴趣,他们认识到铂是一种独立的元素,而不是含杂质的银。

英国冶金学家William Brownrigg于1750年对铂进行了首次系统研究,记录了它独特的性质,包括较高的熔点和耐酸性。他的工作确立了铂作为科学研究对象的地位。

法国物理学家Pierre-François Chabaneau于1786年首次成功熔化并加工铂,开发出相关技术,使工匠能够在欧洲制作第一批铂首饰和科学仪器。

王室赞助与“金属之王”(1750—1800年)

法国国王路易十六对铂产生了浓厚兴趣,并委托制作精美的铂制品,宣称它是“唯一配得上国王的金属”。他的赞助使铂从稀奇之物变成奢侈品,确立了它与王室和独特地位之间的联系。

法国化学家开发的粉末冶金技术使制造更大的铂制品成为可能。他们学会将铂盐还原成细粉末,然后压制并加热粉末,形成可加工的金属——这些技术至今仍在使用。

法国大革命期间,铂的稀有性及其与王室的联系使它在政治上变得危险。许多铂制品被藏匿或销毁,因此这一时期保存下来的物品如今对收藏家而言极其珍贵。

化学突破与工业应用(1800—1850年)

英国化学家William Hyde Wollaston通过开发工业规模提纯和加工铂的方法,彻底改变了铂化学。他利用王水溶解铂并回收纯金属的技术,奠定了现代铂精炼的基础。

Wollaston在处理铂残渣时还发现了钯和铑,展示了铂族金属之间相互关联的性质。他的工作为他带来了巨额财富,也确立了伦敦作为铂专业技术中心的地位。

铂坩埚和实验室设备的开发彻底改变了化学和玻璃制造。这些不活泼的容器使化学家能够处理那些会污染或破坏其他容器的物质。

工业革命与大规模生产(1850—1900年)

氢氧吹管的发明终于使铂能够轻松熔化,从而实现了铂制品的大规模生产。这一技术突破使铂首饰和工业应用在经济上变得可行。

俄罗斯的铂生产始于乌拉尔山脉,并开始向欧洲市场供应,使铂更容易获得。俄罗斯矿床非常丰富,以至于铂一度比黄金便宜,促成了铂制货币的出现。

铂催化硫酸生产技术的发展标志着铂在化学工业中发挥关键作用的开始。这一应用展示了铂独特的催化性质,而这种性质后来成为现代工业化学的核心。

现代认识与应用(1900年至今)

20世纪带来了对铂催化性质分子层面的科学认识。研究揭示了铂为何能如此有效地促进化学反应,同时自身不会在过程中被消耗。

1965年,Barnett Rosenberg发现顺铂的抗癌性质,开启了铂应用的全新篇章。这一在研究细菌生长时意外获得的发现,后来通过癌症化疗挽救了数百万人的生命。

如今,铂在燃料电池和汽车催化剂中的应用,代表了这种非凡金属不断发展的故事的最新篇章。从“无用”的河中卵石到清洁能源技术中的关键部件,铂的历程体现了人类对自然世界日益加深的理解。

应用

铂的用途

工业用途

汽车催化革命

铂是现代汽车尾气控制的基石,使城市环境中的清洁空气成为可能。汽油发动机中的催化转化器使用铂,将有害的一氧化碳、氮氧化物和未燃烧的碳氢化合物转化为无害的水蒸气、二氧化碳和氮气。

汽车行业消耗了全球铂产量的40%以上。一辆典型汽车的催化转化器中含有3-7克铂,而大型车辆中铂的含量可能高达30克。柴油发动机高度依赖铂催化剂,用于去除有害烟尘颗粒的颗粒过滤器系统。

新一代氢燃料电池汽车代表了铂在汽车领域应用的未来。燃料电池使用铂催化剂,将氢气和氧气高效转化为电能,唯一的排放物是水。随着交通运输转向零排放解决方案,这项技术可能大幅增加对铂的需求。

石油和化学工业

铂催化剂对石油精炼至关重要,尤其是在重整过程中,可将低辛烷值石油馏分转化为高辛烷值汽油组分。这些催化剂能够提高燃油效率,并减少现代车辆中的发动机爆震。

化学工业使用铂生产硝酸,硝酸是肥料和炸药中的关键成分。奥斯特瓦尔德法中的铂-铑网催化剂能够在工业规模上高效地将氨转化为硝酸。

药品制造依赖铂催化剂进行复杂的有机合成反应。这些催化剂能够以高纯度和高效率生产挽救生命的药物,尤其适用于构建药物发挥疗效所需的特定分子结构。

电子和电气应用

铂优异的导电性和耐腐蚀性使其成为高可靠性电子设备中不可或缺的材料。关键系统中的电触点使用铂,以确保数百万次开关循环中的稳定性能。

计算机硬盘的磁记录层中含有铂,从而实现高密度数据存储。这种金属的稳定性确保数据在数十年的使用中保持完整。铂还用于固态硬盘(SSD),支持下一代存储技术。

电信行业在光纤系统和高频电路中使用铂,这些领域对信号完整性的要求极高。铂的抗氧化性确保其在恶劣环境中的长期可靠性。

先进材料和纳米技术

铂纳米颗粒凭借极高的表面积和独特的电子性质,正在推动催化技术的革命。这些纳米级催化剂比块状铂更高效,从而减少工业过程中所需的铂用量。

燃料电池技术中,负载于碳载体上的铂纳米颗粒提供高效氢氧反应所需的催化活性。研究重点是在保持性能的同时减少铂用量。

癌症治疗使用顺铂、卡铂和奥沙利铂等铂类化疗药物。这些化合物会干扰癌细胞DNA的复制,因此对多种肿瘤类型有效。

高温应用

铂的高熔点(1,768°C)和抗氧化性使其成为高温应用中的必需材料。玻璃制造使用铂衬里的炉子和设备,这些设备能够承受极端条件,同时避免污染产品。

航空航天应用包括涡轮发动机部件、火箭喷嘴和隔热罩。在这些应用中,铂兼具强度和化学惰性,对安全性和性能至关重要。

工业炉和窑炉使用铂加热元件和温度传感器,使其能够在极端热循环条件下保持准确性和耐用性。

日常生活中的铂

奢华珠宝和贵重物品

铂制婚戒和订婚戒指代表着永恒爱情的终极象征。铂天然的白色光泽永不褪色或失去光泽,象征着永恒的承诺。与白金不同,铂不需要镀铑,能够永久保持美丽的外观。

Cartier、Tiffany和Van Cleef & Arpels等奢华珠宝品牌看重铂安全固定宝石的能力。铂的密度和强度使其非常适合制作精巧的镶嵌结构,让钻石和彩色宝石充分展现其魅力。

高端手表采用能够抵抗刮擦和腐蚀的铂表壳。Patek Philippe和Rolex等品牌打造专属铂制时计,将非凡的工艺与佩戴地球上最稀有金属之一所带来的尊贵感融为一体。

汽车中的隐形英雄

每次启动汽车时,铂催化剂都会立即发挥作用,在尾气进入大气之前将其净化。汽车的催化转化器含有贵重的铂,能够将有害污染物转化为无害排放物,让现代城市生活成为可能。

高性能汽车中的火花塞通常采用铂电极,比传统火花塞使用寿命更长,并能提供更稳定的点火。这些火花塞可以提高燃油效率并减少维护需求。

豪华汽车和电动汽车越来越多地使用由铂催化剂驱动的燃料电池。这些系统利用氢气发电,排放物只有水蒸气,代表着清洁交通的未来。

挽救生命的医疗应用

癌症治疗在很大程度上依赖铂类化疗药物。顺铂等药物通过靶向癌细胞、尽量减少对健康组织的损伤,挽救了数百万人的生命。这些药物对睾丸癌、卵巢癌和肺癌尤其有效。

心脏起搏器和医疗植入物使用铂电极,在人体内安全传导电脉冲。铂的生物相容性和耐腐蚀性使其非常适合长期植入,不易引发不良反应。

牙科修复经常在牙冠、牙桥和正畸器具中加入铂合金。铂的强度以及抵抗口腔细菌的能力,使其成为牙科修复中经久耐用的选择。

家庭用品和消费电子产品

你的电脑硬盘在磁性存储层中含有铂,从而实现高密度数据存储,使现代计算成为可能。铂的磁性和稳定性确保你的数据能够安全保存多年。

高端音频设备在电触点和电路中使用铂,以确保最纯净的声音再现。音响发烧友看重铂出色的导电性和耐腐蚀性,因为这些特性能帮助保持信号质量。

烤箱和热水器等家用电器中的热电偶和温度传感器使用铂进行精确的温度测量。这些传感器确保日常家用电器安全、高效地运行。

日常化学产品

你汽车中的汽油经过铂催化剂精炼,提高了辛烷值并去除了杂质。这些催化剂使现代燃料更加高效,燃烧更加清洁。

种植你所食用食物的肥料,是在硝酸生产过程中使用铂催化剂制造的。这一过程推动了大规模农业发展,为全世界数十亿人提供食物。

许多家用清洁剂和化学品采用铂催化工艺制造,在确保纯度和有效性的同时,尽量减少对环境的影响。

来源

自然存在

0.005 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 37% of elements

稀有贵金属在地球上的存在

全球分布与地质学

铂是地球上最稀有的元素之一,地壳中的平均丰度仅为十亿分之五——大约比金稀有30倍。这种极端稀缺性源于铂的高密度和亲铁性,这使得铂在行星形成过程中大部分沉入了地核。

大多数可开采的铂存在于古老的层状镁铁质侵入体中——这些地质构造形成于岩浆经过数百万年缓慢冷却和结晶的过程中。这些侵入体通过复杂的地质过程,使铂族金属富集成具有经济开采价值的矿床。

铂矿床通常与其他铂族金属(钯、铑、钌、锇和铱)以及镍、铜等贱金属共生。这种共生关系需要先进的分离技术,才能提取出纯铂。

主要开采地区

南非主导全球铂产量,约占世界总产量的70%。形成于20多亿年前的布什维尔德火成杂岩拥有世界上已知最大的铂储量。这一地质奇观绵延65,000平方千米,是地球上最重要的矿产宝藏之一。

俄罗斯是第二大生产国,主要矿床位于西伯利亚的诺里尔斯克—塔尔纳赫地区。这些矿床形成于2.5亿年前的大规模火山活动,同时含有丰富的镍、铜资源和铂族金属。

北美洲通过美国蒙大拿州的斯蒂尔沃特杂岩和加拿大的萨德伯里盆地的矿床,为全球铂供应作出贡献。这些规模较小但十分重要的来源有助于分散全球铂供应链。

津巴布韦拥有大岩墙,这是一处含有丰富铂资源的层状侵入体。随着其他地区易开采矿床逐渐枯竭,大岩墙的重要性可能日益提高。

开采与提取的挑战

铂矿开采极具挑战性且成本高昂。大多数铂存在于地下矿床中,深度超过1,000米,需要先进的采矿技术和大量资本投入。一座地下矿山可能需要10-15年才能建成并产出第一批铂。

精炼过程同样复杂。铂原矿通常每吨岩石仅含3-6克铂,因此需要处理数量巨大的矿石。从原矿中制得纯铂,整个精炼过程可能需要5-6个月。

环境与安全方面的考量使铂矿开采尤其艰难。深部地下作业需要完善的安全系统,而精炼过程中使用的化学工艺也必须受到严格管理,以尽量减少对环境的影响。

冲积矿床与砂矿床

历史上的铂回收始于俄罗斯乌拉尔山脉的冲积矿床,风化和侵蚀作用使铂颗粒富集于河床中。这些易于开采的地表矿床在20世纪初基本已被耗尽。

哥伦比亚仍是少数继续进行小规模冲积铂开采的地区之一。乔科地区通过传统砂矿开采技术生产少量铂,但环境问题限制了这些作业的扩张。

流经含铂地质构造的河流系统偶尔会产出铂颗粒,其中最大的标本重量可达数千克。这些天然铂标本因其稀有性和美观而受到收藏家和博物馆的珍视。

二次来源与回收

鉴于铂的极高价值和稀缺性,回收已成为满足全球需求的关键。每年铂供应量中约有25-30%来自回收来源,主要包括废旧汽车催化剂、电子元件和珠宝。

汽车催化剂回收尤其重要,因为催化转化器含有3-7克铂族金属。专业设施会回收并精炼这些金属,使其重新投入生产使用。

发达国家的铂回收率超过60%,使二次回收成为全球铂供应链的重要组成部分。先进的湿法冶金工艺能够高效地从复杂合金和受污染材料中回收铂。

处理

安全

铂的安全指南

通常安全的金属形态

金属铂在接触和佩戴时被认为非常安全。在正常条件下,铂的化学惰性意味着它不会与皮肤、空气或大多数化学品发生反应。因此,即使是敏感人群,也可以持续佩戴铂首饰而不会引起皮肤反应。

与含镍合金不同,铂很少引起过敏反应,通常建议金属敏感人群使用。铂的生物相容性使其适用于医疗植入物和牙科修复。

铂化合物的危害

可溶性铂盐可能导致严重的健康问题,需要谨慎处理。氯化铂和其他铂化合物可能引起严重过敏反应、呼吸道刺激和皮肤致敏。

对于在精炼厂和化工厂接触铂化合物的工人来说,职业性哮喘是一个严重问题。这种疾病可能在接触数月或数年后发病,即使停止接触,也可能永久存在。

铂化合物引起的皮肤致敏可能逐渐发展。一旦致敏,即使接触微量铂化合物,也可能发生严重过敏反应。处理可溶性铂化合物时,应使用丁腈手套和防护服。

呼吸道和吸入危害

铂粉尘和烟雾会造成严重的呼吸道风险。涉及铂的研磨、焊接或高温加工的工业过程可能产生悬浮颗粒,导致肺部刺激和致敏。

铂精炼厂的工人必须使用呼吸防护用品(最低使用 N95,最好使用 P100 筛选器),以防止吸入含铂颗粒。所有铂加工区域都必须配备充足的通风系统。

铂哮喘可影响长期接触铂盐的工人中的最多 50%。症状包括喘鸣、胸闷和呼吸困难。这种情况需要立即就医,并永久停止接触铂。

医疗和化疗注意事项

铂类化疗药物(顺铂、卡铂、奥沙利铂)作用强,需要专门的医疗监督。这些药物如果使用不当,可能导致肾损伤、听力损失和严重恶心。

处理铂类化疗药物的医护人员必须遵守严格的细胞毒性药物操作规程,包括戴双层手套、穿防护服,并在生物安全柜中配制,以防止职业暴露。

接受铂类化疗的患者需要定期监测肾功能、听力和血细胞计数。补液方案对于预防这些强效药物造成的肾损伤至关重要。

工业安全措施

铂的高温加工需要专用设备,因为其熔点为 1,768°C。极端高温危害要求采取适当的热防护措施,并制定烧伤应急程序。

铂精炼过程中的化学加工涉及浓酸和有毒溶剂。工人必须使用适当的耐化学品防护服、护目用具以及紧急淋浴和洗眼设施。

由于铂价值极高,加工设施必须采取安保措施。防盗规程必须在安全需求与工人安全要求之间取得平衡。

环境和处置注意事项

铂的稀有性和价值使直接处置在经济上造成浪费。所有含铂材料都应通过专业贵金属回收服务进行回收,而不是作为废物丢弃。

铂化合物造成的环境污染需要专业修复。金属铂对环境无害,但可溶性铂化合物可能在生态系统中积累并影响野生动物。

快速回答

铂:常见问题

What is 铂?

铂 (symbol Pt) is element 78 on the periodic table, a 过渡金属 in period 6, group 10. The catalyst metal: platinum makes reactions happen that would otherwise need impossible conditions. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of 铂?

铂's ground-state electron configuration is [Xe] 4f¹⁴ 5d⁹ 6s¹, giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 17, 1 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of 铂?

铂 melts at 2041.4 K (1768.3 °C) and boils at 4098 K (3824.9 °C). That puts it among the most refractory elements — it stays solid at temperatures that vaporise most metals.

What is the atomic mass of 铂?

The standard atomic weight of 铂 is 195.084 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is 铂?

铂 has a density of 21.45 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of 铂 is about 21.5× heavier.

What is the electronegativity of 铂?

铂 has a Pauling electronegativity of 2.28. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered 铂, and when?

铂 was discovered in 1735 by Antonio de Ulloa. It is named after spanish platina, "little silver".

How common is 铂 on Earth?

铂 makes up about 0.005 mg/kg of the Earth's crust — genuinely rare, which is why it is expensive.