2023年12月08日 星期五
锇:未来催化剂候选元素
□ 宋 丹
常见的锇(上)是一种蓝灰色粉末,经过加工可以得到致密的具有金属光泽的固体(下),表面仍然带有淡蓝色。制图 吴尔平

    元素家族

    锇,元素周期表第76号元素。

    粉末状的锇呈蓝灰色,是已知密度最大的金属元素,属重铂族金属。1800年,英国化学家史密森·特南特在研究制备铂金时发现在用王水(浓硝酸和浓盐酸的混合溶液)从原石中提取铂金时,会残留黑色的难溶物,并从中找到金属元素锇。

    锇在地壳中的平均丰度是每200吨含有1克,全球的锇年产量只有约500千克,不到黄金的1/5000。含锇的主要矿石铱锇矿,还含有少许铂、铑、钌、铜、铁等,在中国主要产自超基性岩铬铁矿型铂矿床及砂矿中,往往与其他铂系金属矿形成组合。

    锇最为熟知的应用是钢笔的笔尖,利用锇高硬度、难溶、耐磨、耐腐蚀的特性,按一定比例制成锇铱合金,坚硬耐磨,比普通钢笔更耐用。利用这种特性,锇铱合金还可以制作钟表和重要仪器的轴承,十分耐磨,经久不坏。此外,在铂里掺进一点锇,可以做成又硬又锋利的手术刀。

    在室温状态下,锇能形成蓝色的二氧化锇氧化膜,受热时氧化生成四氧化锇,熔点只有41℃,易挥发,蒸汽对人的眼睛特别有害。

    锇最有价值的化合物,在显微镜观测和指纹检测中被用作着色剂,在一些工业制程中被用作催化剂,还因此成就了一位诺贝尔化学奖获得者卡尔·巴里·夏普莱斯。他研究配制的催化剂,是一种多组分催化剂,其关键成分就是四氧化锇,能让碳—碳双键添加两个羟基官能团,从而被广泛用于分子药物的合成中。

    锇的化学性质并不迟钝,具有从负2价到正8价的11种不同氧化态,高达正8的价态是所有元素在正常环境下能观察到的最高价态,有强烈形成配位化合物的倾向,因此特别适合研制催化剂。

    (作者系武汉市第二十中学化学教师、武汉市科学家科普团成员)

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