从铂矿渣中“尝出来”的古老元素|赛先生


2019-09-18 12: 38: 01款孩子手王

尽管这种化学试剂的品尝是危险的,并且在今天是绝对禁止的,但是这种嗅探和品尝化学药品的习惯恰恰导致克劳斯和蟑螂流连忘返。

(图片由最美丽的化学元素周期表的策展人吴二平提供)

作者|李艳

150年前,俄国门捷列夫(Mendeleev)制作了第一张元素周期表。作为化学发展史上的一个里程碑,这是一项重大的科学发现,足以使俄罗斯人感到自豪。俄国人对化学的贡献远不止于此。例如,元素周期表中某些元素的发现也与俄罗斯密切相关。一种元素的名称源自俄语拉丁语。

该元素称为钌,元素符号为Ru,原子序数为44。它是一种硬,脆,浅灰色,多价稀有金属元素。氦气是铂族元素之一,也是最后发现的铂族元素。

(图:李岩)

曲折的历史

人们发现,痰液成分部分归因于俄国沙皇尼古拉一世(1825-1855年在位),因为正是他命令使用从西伯利亚到铸造硬币的金属。当时人们只知道这种“西伯利亚金属”是含铂矿石。 1828年,第一枚白金硬币在圣彼得堡诞生。

铂金(又称“铂金”)现在比黄金更贵,因此现在很难理解将这种贵重金属用于铸造面值仅为几卢布的硬币。但是200年前,铂金的价格远低于黄金。为了降低成本并提高硬币的硬度,人们还特意在铂金中混入了铂金。

1835年,该硬币的面值为12卢布(来源:土井: 10.1002/chem.)

由于铂被用作硬币,因此对铂的关注程度正在提高。为了提取铂,必须将王水中的含铂矿石溶解。水是浓盐酸和浓硝酸的体积比为30×1778 1的混合物,具有强腐蚀和强氧化性。但是即使在王水的“洗礼”之后,矿石中仍存在一些固体不溶物,它们在卢布铸造过程中成为炉渣的副产品。随着铂金属价格的上涨,俄罗斯财政部急于想知道大量炉渣中还剩多少铂金,因此一些矿石和炉渣的样品被送到了俄罗斯帝国的许多大学,当时在瑞典。着名的化学家 J?ns Jacob Berzelius希望他们可以帮助确定炉渣的成分以及如何从炉渣中回收更多的铂。

在分析铂矿石的残留量时,俄罗斯化学家Gottfried Wilhelm Osann首先发现它可能含有未知元素,并命名了一种新的元素钌,该名称取自俄罗斯拉丁语。 “ Ruthenia”。当时的Becherius在欧洲化学界享有很高的声誉,并拥有最终仲裁权。结果,Ossaarn向Bezelius告知了他的实验结果,并寻求建议和认可。但是,Becherius相信欧桑(Ossane)无法识别出这一发现,但混合了已知的锆和ha元素,他的权威使欧萨恩(Ossaan)失去了信心,最终他恢复了先前的判断,这也可能使他通过了亵渎神灵的发现。

当时,Ossaan有一位实验助手,名叫Karl Karlovich Klaus。他熟悉Ossain实验室的铂矿石分析过程,后来成为俄罗斯喀山大学的教授。 1840年,他本人从乌拉尔山脉(Ural Mountains)接收了铂矿石样品,并在喀山大学恢复了铂矿石成分的分析。

即使在今天,当化学仪器高度发达时,矿石分析仍然是一项复杂的任务。 170多年前,在化学作为一门学科发展的开端之初,我们不妨看看克劳斯是如何进行这项研究的。

他使用的方法肯定会让今天的化学家感到惊讶。克劳斯经常依靠他的鼻子和嘴巴来确定各种试剂的浓度,并确定溶液中溶解的金属元素。

Os(Os)也是经常与铂矿有关的元素。克劳斯第一次分离出纯四氧化(OsO4),他将其描述为“令人不愉快的,像氯一样刺激性”,并且他对味道的描述更加详尽,甚至被描述。该化合物具有“胡椒味”。尽管这种化学试剂的品尝是危险的,并且在今天是绝对禁止的,但是这种嗅探和品尝化学药品的习惯恰恰导致克劳斯和蟑螂流连忘返。

像蟑螂一样,蟑螂可以达到+8并形成RuO4。这是一种强氧化剂。如果有人真的撞到鼻子并闻到气味,他们会感觉到这种化合物的独特气味。克劳斯(Klaus)尝到一批黑色残留物时感到了这种奇怪的气味,因此他跟随这种奇怪的气味直到分离出灰色金属粉末。

克劳斯从铂矿石残渣中提取锶的实验过程(来源:Doi: 10.1002/chem.

为了纪念他的祖国俄罗斯,克劳斯还沿用了奥萨恩(Ossahn)的名字,称这种新元素为钌,并将新元素的样品和整个实验寄给当时由法官授权的贝特留(Betheliu)。姐姐。 Bezelius看到有人在同一炉渣中发现了新元素。第一个反应是不相信,并且几乎重复了先前反驳的原因。但是克劳斯对自己的发现比奥萨恩更有信心。他坚持自己的发现,并将实验的每个步骤以及获得的样品逐一发送给Bethelius。最终,贝塞留斯对克劳斯的信深信不疑,并公开承认了他的发现。

克劳斯当时准备的贱金属和锑氧化物样品以及有关锶元素发现的书籍仍保存在喀山大学的巴特罗洛夫博物馆中。 (来源:Doi: 10.1002/chem.)

克劳斯为铋的发现和铂族元素的研究做出了杰出贡献,但是像那个时代的许多化学家一样,由于简单的实验条件和缺乏标准操作的限制,化学试剂损害了他的健康。特别地,克劳斯还具有鲁re的品尝药物行为。他因接触基于铋的胺络合物而被水泡覆盖,并且连续三周无法工作。镧和铈的氧化物高度氧化,还可能损害他的呼吸道。克劳斯最终死于肺炎。

两次诺贝尔奖

在19世纪中叶被发现之后,直到20世纪末才被人们注意到,它是铂族元素中相对低调的一种。以前的主要用途是作为添加剂来增强合金的硬度和耐腐蚀性。然而,在过去的20年中,雍正已迅速成长为一颗星元素,这在许多学科领域的研究前沿都可以看到。

近年来,苯乙烯受到了特别的关注,一方面是因为它作为贵金属的价格相对较低,另一方面是其化学性质。当与其他元素组合时,它可以表现出多种价态(+ 2,+ 3,+ 4,+ 6和+8)。这些化合价态也更容易转换,并且每个化合物具有化合价态。对应于不同的几何形状,化学家已经发现了铋的这种特性:催化剂。

近年来,至少有两项诺贝尔奖研究成果与含锑催化剂有关。

一种是Grubbs催化剂,一种钌卡宾络合物,由Robert H. Grubbs发现,2005年诺贝尔化学奖获得者。它分为第一代,第二代和第三代,是使用最广泛的烯烃复分解催化剂。 Grubbs催化剂具有许多优点:易于合成,具有很强的活性和稳定性,并且对烯烃分子带有的其他官能团具有很强的抵抗力,这是成功实现烯烃易位神奇反应的关键。

第一代(左)和第二代(右)Grubbs催化剂(来源:维基百科)

第二种是日本科学家叶一良开发的含钌催化剂。该包含手性膦和二胺配体的钌配合物具有高活性和高选择性,并且可以很好地应用于酮。对称氢化反应被广泛用于手性药物的合成。叶以智之成为2001年诺贝尔化学奖的获得者之一。

野外不对称加氢反应:羰基不对称还原(来源:cn.chem-station.com)

在新能源领域,三(联吡啶)钌(II)([Ru(bipy)3] 2+)配合物及其衍生物可能是近年来的明星。 [Ru(bipy)3] 2+在光照射下形成长寿命的激发三重态,并且苯乙烯从+2价变为+3价。这些络合物吸收紫外线和可见光,并与太阳光谱相匹配。它们通常被用作染料敏化太阳能电池中的染料,还被开发为光催化水分解中的光敏剂。

氯化三联吡啶钌的分子结构式(左)和样品(右)(来源:维基百科)

这些只是被广泛使用的铋化合物的一些经典例子。在最近的学术文献中,我们可以找到更多有关蟑螂的新发现。例如,在双金属催化体系中,铂铑纳米材料是一种优异的阳极催化剂。与纯铂催化剂相比,它具有更好的抗一氧化碳中毒能力和更高的催化活性,已被应用于燃料电池。

此外,中国科学院上海有机化学研究所的研究小组成功开发了一种以二氧化碳,氢气和有机伯胺或仲胺为催化剂高效合成甲酰胺的方法。目前,该项目已建成年产1000吨的中试工厂。在生物医学领域,已经注意到由二价euro络合物在光下形成的许多水合物可以与DNA共价结合,这使其有希望作为一种新型的化学杀伤剂用于杀死癌细胞的化学疗法。

以二氧化碳,氢气和伯胺和仲胺为原料合成甲酰胺化合物(来源:Angew。Chem。Int。Ed。2015,54,6186)

由于近年来锶元素受到越来越多的关注,美国化学学会和欧盟化学都被列为“由于使用增加而造成短缺的危险”之一。与其他铂族元素相似,锶在地壳中非常稀有,通常与铂矿石有关。除俄罗斯乌拉尔山脉外,在北美和南美的一些山脉中也发现了铂矿。在加拿大安大略省萨德伯里的镍黄铁矿以及南非的辉石矿床中,还发现了具有商业开发价值的钽资源。中国的痰资源稀缺,年产量只有几公斤,需求量不到1%,更多地依赖进口。因此,如何循环利用坦桑尼亚资源对于实现可持续发展具有重要意义。近年来,已经有许多关于从废催化剂中回收锑的出版物和专利。

与170年前用于提取锶元素的原始方法相比,今天的化学分析技术发生了巨大变化。在许多化学家的艰苦探索过程中,从西伯利亚铂渣中获得的这种古老元素在许多前沿研究领域中都闪耀着光芒。

参考

[1] Lewis,D. E.(2019),“西伯利亚金属”的废矿石中的次要杂质,钌变成175。欧元。 doi: 10.1002/chem.

[2] Simon Higgins(2010),关于钌,《自然化学》,第2卷,第1100页

[3] Pitchkov,V. N.(1996),《发现钌》,《庄信万丰技术评论》,第40卷,第181-188页。

[4血压

[5催化剂

[6]朱维娜,刘守昌;废催化剂中贵金属钌的循环利用,中国催化剂网

尽管这种化学试剂的品尝是危险的,并且在今天是绝对禁止的,但是这种嗅探和品尝化学药品的习惯恰恰导致克劳斯和蟑螂流连忘返。

(图片由最美丽的化学元素周期表的策展人吴二平提供)

作者|李艳

150年前,俄国门捷列夫(Mendeleev)制作了第一张元素周期表。作为化学发展史上的一个里程碑,这是一项重大的科学发现,足以使俄罗斯人感到自豪。俄国人对化学的贡献远不止于此。例如,元素周期表中某些元素的发现也与俄罗斯密切相关。一种元素的名称源自俄语拉丁语。

此元素称为钌,元素符号为Ru,原子序数为44。它是一种硬,脆,浅灰色,多价的稀有金属元素。氦气是铂族元素之一,也是最后发现的铂族元素。

(图:李岩)

曲折的历史

人们发现,痰液成分部分归因于俄国沙皇尼古拉一世(1825-1855年在位),因为正是他命令使用从西伯利亚到铸造硬币的金属。当时人们只知道这种“西伯利亚金属”是含铂矿石。 1828年,第一枚白金硬币在圣彼得堡诞生。

铂金(又称“铂金”)现在比黄金更贵,因此现在很难理解将这种贵重金属用于铸造面值仅为几卢布的硬币。但是200年前,铂金的价格远低于黄金。为了降低成本并提高硬币的硬度,人们还特意在铂金中混入了铂金。

1835年,该硬币的面值为12卢布(来源:土井: 10.1002/chem.)

由于铂被用作硬币,因此对铂的关注程度正在提高。为了提取铂,必须将王水中的含铂矿石溶解。水是浓盐酸和浓硝酸的体积比为30×1778 1的混合物,具有强腐蚀和强氧化性。但是即使在王水的“洗礼”之后,矿石中仍存在一些固体不溶物,它们在卢布铸造过程中成为炉渣的副产品。随着铂金属价格的上涨,俄罗斯财政部急于想知道大量炉渣中还剩多少铂金,因此一些矿石和炉渣的样品被送到了俄罗斯帝国的许多大学,当时在瑞典。着名的化学家 J?ns Jacob Berzelius希望他们可以帮助确定炉渣的成分以及如何从炉渣中回收更多的铂。

在分析铂矿石的残留量时,俄罗斯化学家Gottfried Wilhelm Osann首先发现它可能含有未知元素,并命名了一种新的元素钌,该名称取自俄罗斯拉丁语。 “ Ruthenia”。当时的Becherius在欧洲化学界享有很高的声誉,并拥有最终仲裁权。结果,Ossaarn向Bezelius告知了他的实验结果,并寻求建议和认可。但是,Becherius相信欧桑(Ossane)无法识别出这一发现,但混合了已知的锆和ha元素,他的权威使欧萨恩(Ossaan)失去了信心,最终他恢复了先前的判断,这也可能使他通过了亵渎神灵的发现。

当时,Ossaan有一位实验助手,名叫Karl Karlovich Klaus。他熟悉Ossain实验室的铂矿石分析过程,后来成为俄罗斯喀山大学的教授。 1840年,他本人从乌拉尔山脉(Ural Mountains)接收了铂矿石样品,并在喀山大学恢复了铂矿石成分的分析。

即使在今天,当化学仪器高度发达时,矿石分析仍然是一项复杂的任务。 170多年前,在化学作为一门学科发展的开端之初,我们不妨看看克劳斯是如何进行这项研究的。

他使用的方法肯定会让今天的化学家感到惊讶。克劳斯经常依靠他的鼻子和嘴巴来确定各种试剂的浓度,并确定溶液中溶解的金属元素。

Os(Os)也是经常与铂矿有关的元素。克劳斯第一次分离出纯四氧化(OsO4),他将其描述为“令人不愉快的,像氯一样刺激性”,并且他对味道的描述更加详尽,甚至被描述。该化合物具有“胡椒味”。尽管这种化学试剂的品尝是危险的,并且在今天是绝对禁止的,但是这种嗅探和品尝化学药品的习惯恰恰导致克劳斯和蟑螂流连忘返。

像蟑螂一样,蟑螂可以达到+8并形成RuO4。这是一种强氧化剂。如果有人真的撞到鼻子并闻到气味,他们会感觉到这种化合物的独特气味。克劳斯(Klaus)尝到一批黑色残留物时感到了这种奇怪的气味,因此他跟随这种奇怪的气味直到分离出灰色金属粉末。

克劳斯从铂矿石残渣中提取锶的实验过程(来源:Doi: 10.1002/chem.

为了纪念他的祖国俄罗斯,克劳斯还沿用了奥萨恩(Ossahn)的名字,称这种新元素为钌,然后将新元素的样品和整个实验寄给当时由法官授权的贝特留(Betheliu)。姐姐。 Bezelius看到有人在同一炉渣中发现了新元素。第一个反应是不相信,并且几乎重复了先前反驳的原因。但是克劳斯对自己的发现比奥萨恩更有信心。他坚持自己的发现,并将实验的每个步骤以及获得的样品逐一发送给Bethelius。最终,贝塞留斯对克劳斯的信深信不疑,并公开承认了他的发现。

克劳斯当时准备的贱金属和锑氧化物样品以及有关锶元素发现的书籍仍保存在喀山大学的巴特罗洛夫博物馆中。 (来源:Doi: 10.1002/chem.)

克劳斯为铋的发现和铂族元素的研究做出了杰出贡献,但是像那个时代的许多化学家一样,由于简单的实验条件和缺乏标准操作的限制,化学试剂损害了他的健康。特别地,克劳斯还具有鲁re的品尝药物行为。他因接触基于铋的胺络合物而被水泡覆盖,并且连续三周无法工作。镧和铈的氧化物高度氧化,还可能损害他的呼吸道。克劳斯最终死于肺炎。

两次诺贝尔奖

在19世纪中叶被发现之后,直到20世纪末才被人们注意到,它是铂族元素中相对低调的一种。以前的主要用途是作为添加剂来增强合金的硬度和耐腐蚀性。然而,在过去的20年中,雍正已迅速成长为一颗星元素,这在许多学科领域的研究前沿都可以看到。

近年来,苯乙烯受到了特别的关注,一方面是因为它作为贵金属的价格相对较低,另一方面是其化学性质。当与其他元素组合时,它可以表现出多种价态(+ 2,+ 3,+ 4,+ 6和+8)。这些化合价态也更容易转换,并且每个化合物具有化合价态。对应于不同的几何形状,化学家已经发现了铋的这种特性:催化剂。

近年来,至少有两项诺贝尔奖研究成果与含锑催化剂有关。

一种是Grubbs催化剂,一种钌卡宾络合物,由Robert H. Grubbs发现,2005年诺贝尔化学奖获得者。它分为第一代,第二代和第三代,是使用最广泛的烯烃复分解催化剂。 Grubbs催化剂具有许多优点:易于合成,具有很强的活性和稳定性,并且对烯烃分子带有的其他官能团具有很强的抵抗力,这是成功实现烯烃易位神奇反应的关键。

第一代(左)和第二代(右)Grubbs催化剂(来源:维基百科)

第二种是日本科学家叶一良开发的含钌催化剂。该包含手性膦和二胺配体的钌配合物具有高活性和高选择性,并且可以很好地应用于酮。对称氢化反应被广泛用于手性药物的合成。叶以智之成为2001年诺贝尔化学奖的获得者之一。

野外不对称加氢反应:羰基不对称还原(来源:cn.chem-station.com)

在新能源领域,三(联吡啶)钌(ii)(ru(bipy)3]2+配合物及其衍生物可能是近年来的明星。[ru(bipy)3]2+在光照下形成长寿命的激发三重态,由+2价态转变为+3价态。这些配合物吸收紫外线和可见光,并与太阳辐射光谱相匹配。它们常被用作染料敏化太阳能电池中的染料,也被用作光催化分解水的光敏剂。

三(联吡啶)氯化钌(II)的分子结构式(左)和样品(右)(来源:维基百科)

这些只是铋化合物被广泛使用的几个典型例子。在最近的学术文献中,我们可以发现更多关于蟑螂的新发现。例如,在双金属催化体系中,铂铑纳米材料是一种优良的阳极催化剂。与纯铂催化剂相比,它具有较好的抗一氧化碳中毒能力和较高的催化活性,已应用于燃料电池。

此外,中国科学院上海有机化学研究所的研究团队还成功地开发了一种以二氧化碳、氢气和有机一级或二级胺为催化剂高效合成甲酰胺的方法。目前,该项目已建成年产1000吨的中试装置。在生物医学领域,二价铕配合物在光照下形成的许多水合物能与dna共价结合,有望成为一种新型的肿瘤细胞光敏剂。

以二氧化碳、氢、伯胺和仲胺为原料合成甲酰胺化合物(来源:Angew。化学。内景,2015,54,6186)

由于近年来锶元素受到越来越多的关注,美国化学学会和欧盟化学都被列为“由于使用增加而造成短缺的危险”之一。与其他铂族元素相似,锶在地壳中非常稀有,通常与铂矿石有关。除俄罗斯乌拉尔山脉外,在北美和南美的一些山脉中也发现了铂矿。在加拿大安大略省萨德伯里的镍黄铁矿以及南非的辉石矿床中,还发现了具有商业开发价值的钽资源。中国的痰资源稀缺,年产量只有几公斤,需求量不到1%,更多地依赖进口。因此,如何循环利用坦桑尼亚资源对于实现可持续发展具有重要意义。近年来,已经有许多关于从废催化剂中回收锑的出版物和专利。

与170年前用于提取锶元素的原始方法相比,今天的化学分析技术发生了巨大变化。在许多化学家的艰苦探索过程中,从西伯利亚铂渣中获得的这种古老元素在许多前沿研究领域中都闪耀着光芒。

参考

[1] Lewis,D. E.(2019),“西伯利亚金属”的废矿石中的次要杂质,钌变成175。欧元。 doi: 10.1002/chem.

[2] Simon Higgins(2010),关于钌,《自然化学》,第2卷,第1100页

[3]Pitchkov,V.N.(1996),《钌的发现》,Johnson Matthey技术评论,-188。

[4钌

[5 catalyst

[6]朱伟娜,刘守昌.废催化剂中贵金属钌的回收利用.中国催化剂网

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