鉑的自述
95/11/02
瀏覽次數
24140
蘇明德｜
嘉義大學應用化學系
在正式自我介紹之前，假使你喜歡猜謎，試一下這個謎語：有一樣東西，它和手機、電腦、眼鏡、汽油、窗帘、補牙材料、訂婚戒指、烘麵包機、玻璃纖維和人造肥料都有關係，這是什麼東西？答案：這些產品都要利用到地球上一種很值錢，卻不吸引人注意的金屬，那就是我，鉑。
我的名字由來
我是化學周期表的第78號元素。首先，介紹一下我是如何被人類發現的。1735年，法國和西班牙政府曾聯合派遣科學考察團赴祕魯和厄瓜多爾兩地，準備測量赤道附近一處地名叫「基多」的子午線。這考察團中有一位西班牙的海軍軍官名叫烏羅阿（A. De Ulloa, 1716-1795），他在祕魯的平托河附近看到廢棄的金礦，這裡的礦石內有含量很高的「鉑」（也就是我！）。
當時的印地安人把混在天然金塊裡的白色鉑塊，看成是「尚未成熟的黃金」，所以想要把它從黃金塊裡剔出，再扔回河裡，企圖使它們在水中慢慢成熟，增添黃色，變成金子。
烏羅阿首先注意到我這種金屬有非常高的熔點，我的外觀雖然像銀，但不溶於硝酸，也很難從礦石中提取出來。到了1744年，烏羅阿就把我這種金屬帶回歐洲，並且在1748年發表他寫的航海日記，其中就記述了在祕魯見到我－「鉑」的經過。
後來，英國化學家瓦特森（W. Watson）和布朗利格（W. Brownringg）開始研究我這種金屬。有文獻報導說，1748年經瓦特森鑑定，確認我是一種新的元素。也有文獻報導說，1750年，布朗利格把研究鉑礦的結果寫成簡短論文，敘述了我的性質，連同標本送交英國倫敦的皇家學會。
由於我在平托河被發現，因此當初被稱為「platinadel pinto」，即「平托河的銀」。「platina」在西班牙文中是「銀」的意思，現在我的英文名稱「platinum」，正是從西班牙文「platina」一詞而來的。我的元素符號因此定為「Pt」。我的中文名稱「鉑」既從音譯，又有表示「白色金屬」的意思，甚至有「白色的金」的意思，因此「鉑」又稱為「白金」。
有關我被發現的經過，另有一說。在1741年左右，英國人伍德（C. Wood）在南美洲發現到我。究竟是誰在那一年首先發現了我？目前還有爭議。但是，不管如何，可以確定的是，我這種金屬在有自己的正式名稱之前，就已經被使用很久了。1750年是我在歷史上的一個重要里程碑，只因為這一年我開始被人研究，而我的性質首次被詳細描述。
人類對我的需求
千百年來，沒人知道怎樣處理我這種神奇而且用途廣泛的礦物。雖然埃及人在西元前700年就用我做裝飾品，史前的南美印第安人也曾用我做小飾物，但冶煉純鉑的方法卻是近代才發現的。19世紀時，俄國人曾用我鑄造錢幣「盧布」。有些國家甚至規定，運輸販賣我會被判處死刑，因為在我的外面包上黃色，可以很容易地冒充金幣。不過在今天的世界裡，假使沒有我，很多工業程序簡直無法運作。
世界上只有少數地方存在著具有商業價值的鉑礦，我的年產量大約是80噸（南非的產量約占三分之二，俄國的產量也接近三分之一）。根據資料指出，每公噸的礦土最多只能提煉出約3公克的我。相對而言，每公噸的礦石平均約可提煉出6公克的金子。由此可看出我的稀罕程度比黃金還高，採礦、冶煉和提純也更加困難。無怪乎，有俄國人形容我是：「一克的產物，一年的勞動。」
所幸我是一種簡直不會損毀的金屬，不論是廢棄的坩堝、催化劑和其他設備上的我，百分之九十五以上仍可取來再用。經濟專家曾估計，世界上對我的需求量雖不斷增加，但半數以上可用再循環的方法供應，其餘的大部分則要依賴南非及俄國目前尚未開採的礦脈。
本質的我
我的本質是銀白色的，就算在空氣中把我加熱到白熱狀態，我的表面依舊保持光亮呢！而且，我也是一個熔點相當高的元素，高達攝氏1,772度（鋼的熔點才約攝氏1,300度）。此外，我也具有很強的抗腐蝕性及抗化學藥品性，在室溫下，我不與強酸或強鹼反應，在空氣中也不會和氧氣或含硫的化合物結合，即使在一般高溫下，我的化學性質依然可保持穩定。
也正因如此，我在自然界中一向是以純質形式存在。在工業界我常被用來做為抗酸及抗熱設備的材料。我也常被拿來製作成研磨、融化物質的容器或實驗用品，如坩堝、過濾網、管子等器具。只是我有個弱點，就是喜歡和熱熱的「王水」－硝酸和鹽酸以1：3的比例混合而成的溶液－反應。
值得一提的是，純質的我既有伸展性，又有延長性。根據實驗結果，30公克的鉑塊可以輾成一張0.025公分厚、鋪滿一個網球場的大薄片，或者是拉長成一條肉眼無法見到，長達116公里的細絲。就曾經有人把我捶打成只有100個原子那麼厚的薄片，因此我很適合用來做為「保護膜」，像是飛彈的尖端圓錐頭、噴射機引擎的燃料噴口、以及剃刀刀刃的切割部位，都有我的參與。
首飾上的我
以我為材料所製作的首飾越來越為世人所喜愛，尤其是搭配我做為「永流傳」的鑽戒更是大放異彩。在銀白色的我陪襯下，光彩奪目的鑽石顯得更加高貴典雅。
白金製作的鑽飾之所以惹人喜愛的主要原因是，鑽戒上的我多是含90％鉑的鉑合金，相對於18K黃金合金（含金75％）來說，純度更高，價值更高。再加上我對於強酸、強鹼有極強的抗腐蝕能力，且能耐高溫，又不易褪色，是製作首飾最理想的貴金屬材料。特別是任何人士佩載我所做成的首飾，都不會造成皮膚過敏。
工業上的我
很多人都以為我最主要的用途是做首飾，其實我在世界上的產量有四分之三都是用在工業方面，因為不論糧食、纖維、飛機、輪船、電腦和家用電器通通都需要用到我。有人統計過，在日常生活用品中，平均每5件就有1件和我有關，不論是用品本身中有我的存在，或是在製造過程中需要用到我。
我和少量的過渡金屬元素銥（Ir）或釕（Ru）融合，可製成較硬且強度較高的合金，剃刀的刀片和外科醫生的手術工具，都是用這種合金做為刀刃，鋒利無比，經久耐用。也因為如此，製造精密儀器、精密度量衡都要用到我。我的製品在空氣中，即使經過較長的歲月，依舊光亮奪目，不像其他金屬會失去光澤、改變重量和形狀。
許多精密儀器的重要零件、精密分析天平的游碼和砝碼、國際米原件和千克原件，都是利用我製造出來的。事實上，在法國巴黎留存的我和銥混合的合金製品，是國際標準度量衡的長度（公尺）和重量（公斤）的原件，也就是說，全世界的「公尺」和「公斤」都必須以它們為準，才算合格。
如今來到了科技時代，我在現代科學、尖端技術領域中的應用越來越廣泛。我已由受冷落的地位，一躍而登上貴重金屬的最高寶座，因而被譽為「先驅材料」，這是因我具有與眾不同，而且部分看似矛盾的特質，尤其是我深具化學穩定性及不活潑性。
因我受熱後，膨脹的程度幾乎和玻璃一樣，因此把我放入玻璃內，外界光源既可以穿透玻璃，又能使玻璃器皿保持真空密封。就是因為我這種特性，發明大王愛迪生（T. Edison）才可以製成白熾燈泡，第一位諾貝爾物理獎得主欒琴（W. Roentgen）也才能製成Ｘ光機。早期無線電工程師製造的收音機真空管，有一部分的原料就是我。
後來雖然發現價值較低的其他金屬可以取代我，但對一般著重可靠與耐用的產品來說（例如在高速電腦中的微型電路裡，就可發現我的存在），我的地位可說是無可抗衡。利用我和鈷（Co）製成的磁鐵，是高準確度手表與微型儀器的動力來源。對於輪船的鋼殼，把我鍍在陽電極上，在低電壓下能產生電流，使船底與進水管多年都不會腐蝕，也不會黏附甲殼動物等海洋生物。
航空也因為我的貢獻而更加安全。點火裝置故障，曾使初期的噴射飛機在寒冷的同溫層飛行時，因引擎的「燃燒中斷」而失事。後來這些噴射飛機裝置了灼熱發光的鉑尖，由於鉑尖能始終保持紅熱，因此可在任何情況下點燃汽油，「燃燒中斷」的毛病便消除了。除此之外，現代飛機還利用我當「觸媒」，把高空有害的臭氧（O3）轉化成無毒的氧氣（O2），以供機艙內的人呼吸。
製造玻璃纖維及人造纖維也都需要我，一般常見方法是使熔融的纖維原料擠壓通過鉑製的微孔而成為纖維絲。用來製作眼鏡片、照相機鏡頭及彩色電視機燈管的高級光學玻璃，以及雷射的晶體，也都幾乎是用我─鉑坩堝製造的。任何其他材質的坩堝，在高熱與腐蝕性氣體的作用下，很快就會碎裂。
如果在玻璃上鍍上一層薄薄的我─「鉑」，就能得到具有單向透光特性的鉑玻璃。鉑玻璃從正面看是不透明的，從反面看則像普通玻璃一樣透明，因此很適合做為辦公大樓的窗戶玻璃。
金屬的我還是化學工業中的一種重要催化劑。我的催化作用就像火柴點火一樣，如果在煤氣氣孔邊放一段鉑絲，打開煤氣開關後，不一會兒，鉑絲就會自動發熱變紅並點燃煤氣。氫氣和氧氣混合在一起，只要不遇到火花，不會發生反應。如果在混合氣體中放一些鉑粉，它們就會像碰見火花般立即發生反應，而生成水。
匈牙利曾發明一種新穎的打火機，在這種打火機中沒有火石，只是在氣孔周圍裝了個鉑環。在使用時只需打開罩子，機內冒出的氣體就會被金屬鉑催化，進而與空氣發生氧化反應，產生火苗。與普通打火機相比，這種打火機的優勢是不僅不怕風，而且風越大，氧化反應越劇烈，火苗也越旺。
做為觸媒的我
如今我的最重要用途，是在石化和能源工業方面，因為科學家都知道我是最佳的「催化劑」，或稱為「觸媒」。硝酸是人造肥料的最基本原料，而全世界的硝酸是使氨氣與氧氣在我，鉑和銠（Rh）製作的合金紗網上化合而成的。織造我這種鉑銠紗網的絲只有人髮直徑的三分之一。因此就有人說過：「假使人們還和80年前一樣，不用鉑來幫助製造硝酸，硝酸的產量必然很低，成本一定更高，結果是鬧飢荒的災區更多。」
約50年前，石油化學家發現到鉑也能幫助增加石油的產量。現在每個煉油中心，都有一種催化設備，裡面是許多狀如實心麵條的陶瓷體，表面塗上我。這種催化劑能把經過的汽化油料轉化成所需要的形式，但生產每公升汽油需要增加的成本，不到四分之一分美金。
美國大多數汽車配備的廢氣淨化器，也是用同樣的原理操作的。這種淨化器用不銹鋼製成，裡面有我和鈀（Pd）合金塗層的陶瓷體，能把一氧化碳及未燃燒的碳氫化合物轉化成無害的二氧化碳和水蒸氣。
雖然每具廢氣淨化器只需使用很少量的我，但僅就美國每年售出的汽車數目計算，所用的我已高達1萬5千公斤以上，這使用量還沒包括電腦與手機上的我。全世界這麼大的需求量，我是否能供應無缺呢？
用於燃料電池的我
另一種革新的科技產品就是燃料電池，它會進一步刺激全球對我的強烈需求。燃料電池發電原理並不新，在1870年時，英國科學家戴維（Sir H. Davy）就發現到，細碎的鉑粒遇到氫氣和氧氣時會產生熱，但並無火燄或燃燒現象。30年後，科學家又發現利用這種方法可以產生電流。但一直到美國太空總署開始利用小型燃料電池，做為雙子星和太陽神太空船的電力來源時，人們才認識這種發電原理的另一種用途。
眾所周知，現在世界石油來源有缺乏之虞，發展燃料電池以供商業用途受到廣泛重視。早在30年前，市場上就已有一種15瓦特的燃料電池出售，體積和重量與公事包大致相似，足可供應飛機或船隻的指示燈所需電力。科學家一直希望能製造出不同大小的發電裝置，小的如一般燃油發電機供家庭使用，稍大些的可供一幢建築物或一處商店區使用，或者高數公尺的巨型燃料電池裝置，足供兩萬人的市鎮使用。
燃料電池的概念非常簡單。電池內部有幾層薄膠片及碳紙，各層間撒一層極細的鉑粉或鉑釕合金粉。反應中所需的的氫氣，由注入的丙烷、天然氣、汽化煤油或汽油轉化而成。需要的氧氣則取自空氣，這些氣體通過薄膠片或碳紙上的鉑粉催化劑時，就會產生電流，由普通的線路引出。用這種電池，不必擔心精密的公差問題，而且除了使空氣流通的風扇以外，不需要其他轉動的配件。
燃料電池發電裝備簡易沒有聲音，沒有振動，不大量放熱，更不排放污染物質，因為它排出的只有無害的二氧化碳、水和空氣。這種設備可以用在任何地方，就地供電，發電規模範圍很廣。沒有渦輪、棒桿、轉輪，也沒有摩擦，不像目前的發電系統，因為這些問題而浪費燃料能量的60～80％。因此使用燃料電池，同量燃料產生的電力，要比現在的發電系統多三分之一。
用於醫療的我
我是一種貴重金屬，但你是否知道，性質穩定的我具有抑制細菌生長的功能？先來看看1970年代發生的一個真實故事。
1978年9月，保加利亞的一名間諜在倫敦街頭走路時，被一名陌生人用雨傘的尖頭部分刺到大腿，他很快被送進醫院。醫生檢查傷口後，未發現細菌感染，於是認為他會很快痊癒。但4天後，這名間諜居然死了。醫生們感到十分意外，經驗屍後發現刺客使用的是浸過毒液的圓形鉑－銥子彈，子彈直徑特別地小，可以很容易地裝填在雨傘的骨架尖頭內。由於鉑具有抑制細菌生長的本領，因此醫生在傷口處沒有找到任何發炎症狀，但毒液卻已進入間諜身體內，最後導致他的死亡。
或許有人會問：我「鉑」這種不活潑金屬，怎麼會具有抑制細菌生長的本領呢？這一問題也引起了科學家的興趣。經仔細研究後，認為我「鉑」儘管不活潑，但在人體內還是會形成微量的含鉑錯合物，而這些錯合物能干擾細菌的新陳代謝，使得細菌不能繁殖。
如果你患心臟病，你的生命可能也要由我「鉑」來拯救。因為我被公認是最可靠的金屬，在所有元素金屬和合金中我是最耐腐蝕的，正因如此，我用在人體上不會在體內發生化學反應，也不至於被排斥，安全無慮。因而我可用來做心律調整器的微小電極，也常用來做為補牙的填充物。
除此之外，也進一步發現我還有另一種令人振奮而又大有可為的醫療用途。在1970年時，美國密西根州立大學的生物物理學家羅森伯（B. Rosenberg）和甘普（L. Van Camp）發現，把一種含有我的化合物注射入鼠體內，可以遏止毒瘤擴大，甚至在多數情況下，能把毒瘤完全消除。
雖然我的藥理作用，以及我在人體內扮演著什麼樣的角色，至今仍不清楚，但我正越來越多地被應用在治療某些癌症的藥物上，特別是一些傳統治療難醫好的疾病，像是卵巢癌、睪丸癌、頸部腫瘤、若干種白血球過多症等。在注射這種含有我的化合物之後，都得到很好的療效。雖然這種化合物並非對所有病人都有效，而且會毒害腎臟，但不管如何，人們對於含有我的抗癌劑研究仍寄以厚望。因此科學家仍在試驗使用含有我的別種化合物，希望既能治病，又不會發生有害的副作用。
很多科學家及醫生都曾表示過：「很少有別的元素像鉑這麼被看好。」這樣的讚美，對一種曾被視為毫無用途而僅供觀賞的金屬來說，真是莫大的安慰了。
