铂系元素
铂系元素几乎完全成单质状态存在,高度分散在各种矿石中,例如原铂矿、硫化镍铜矿、磁铁矿等。铂系元素几乎无例外地共同存在,形成天然合金。在含铂系元素矿石中,通常以铂为主要成分,而其余铂系元素则因含量较小,必须经过化学分析才能被发现。由于锇、铱、钯、铑和钌都与铂共同组成矿石,因此它们都是从铂矿提取铂后的残渣中发现的。
铂系元素化学性质稳定。它们中除铂和钯外,不但不溶于普通的酸,而且不溶于王水。铂很易溶于王水,钯还溶于热硝酸中。所有铂系元素都有强烈形成配位化合物的倾向。
铂系元素都是稀有金属,它们在地壳中的质量分数估计为:
铂系元素几乎完全以单质状态存在,高度分散在各种矿石中,并共生在一起。
从铂系元素原子的价电子结构来看,除锇和铱有2个s原子外,其余都只有1个s电子或没有s电子。
形成高氧化态的倾向从左向右(由钌到钯,由锇到铂)逐渐降低。这一点和铁系元素是一样的。和其它各副族的情况一样,铂系元素的第6周期各元素形成高氧化态的倾向比第5周期相应各元素大。其中只有钌和锇表现出了与族数相一致的+8氧化态。
我们从物理性质、化学性质两个方面来介绍铂系元素的通性。
⑴物理性质
铂系元素除锇呈蓝灰色外,其余都是银白色的。从金属单质的密度看,铂系元素又可分为两组:第5周期的钌、铑、钯的密度约为12g·cm-3,成为轻铂金属;第6周期的锇、铱、铂的密度约为22g·cm-3,称为重铂金属。
铂系元素都是难熔金属,轻铂金属和重铂金属的熔、沸点都是从左到右逐渐降低。这六种元素中,最难熔的是锇,最易熔的是钯。熔沸点的这种变化趋势与铁系金属相似,这也可能是因为nd轨道中成单电子数从左到右逐渐减少(钌、铑、钯分别为3、2、0;锇、铱、铂分别为4、3、1),金属键逐渐减弱的缘故。
在硬度方面,钌和锇的特点是硬度高并且脆,因此不能承受机械处理。铑和铱虽可以承受机械处理,但也很困难。钯和铂,尤其是铂,极易承受机械处理,纯净的铂具有高度的可塑性。将铂冷轧,可以制得厚度为0.0025mm的箔。
⑵化学性质
铂系金属的化学性质表现在以下几个方面:
①铂系金属对酸的化学稳定性比所有其它各族金属都高。
钌和锇,铑和铱对酸的化学稳定性最高,不仅不溶于普通强酸,也不溶于王水中。
钯和铂都能溶于王水,钯还能溶于硝酸(稀硝酸中溶解慢,浓硝酸中溶解快)和热硫酸中。
②在有氧化剂存在时,铂系金属与碱一起熔融,都可以转变成可溶性的化合物。
③铂系金属不和氮作用。室温下对空气、氧等非金属都是稳定的,不作用。高温下才能与氧、硫、磷、氟、氯等非金属作用,生成相应的化合物。
室温下只有粉状的锇在空气中会慢慢地被氧化,生成挥发性的四氧化锇OsO4,OsO4的蒸气没有颜色,对呼吸道有剧毒,尤其有害于眼睛,会造成暂时失明。
④铂系金属都有一个特性,即很高的催化活性,金属细粉的催化活性尤其大。
大多数铂系金属能吸收气体,特别是氢气。锇吸收氢气的能力最差,钯吸收氢气的能力最强。常温下,钯溶解氢的体积比为1:700,在真空中把金属加热到373K,溶解的氢就完全放出。氢在铂中的溶解度很小,但铂溶解氧的本领比钯强,钯吸收氧的体积比为1:0.07,而铂溶解氧的体积比为1:70。铂系金属吸收气体的性能是与它们的高度催化性能有密切关系的。
⑤铂系金属和铁系金属一样,都容易形成配位化合物。