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銥
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{| class="wikitable" style="float:right; margin: -10px 0px 10px 20px; text-align:left" |<center>'''銥'''<br><img src="https://www.itsfun.com.tw/cacheimg/4a/4c/bc7e4f9f14804abc4354283f645a.jpg" width="250"></center><small>[https://www.itsfun.com.tw/%E9%8A%A5/wiki-9027762-8324352 圖片來自華人百科]</small> |} '''銥'''是原子序77號的元素,其元素符號為Ir,是一種十分剛脆,銀白色的鉑系[[過渡金屬]]。銥是目前發現密度第二大的[[化學元素]](僅次於[[鋨]]),以X射線晶體結構分析實驗測出的密度為22.56 g/cm3,在室內溫度及標準大氣壓的環境時,它以同樣的方式被計算出的密度較鋨高出了0.04g/cm3,銥是抗腐蝕性最高的金屬,甚至在攝氏2000度的高溫都還保留著抗[[腐蝕]]的特性。雖然只有某些融化的鹽類及[[鹵素]]<ref>[https://pedia.cloud.edu.tw/Entry/Detail/?title=%E9%B9%B5%E7%B4%A0 鹵素],教育百科</ref> 對銥有腐蝕性,然而極細的銥粉末仍擁有較高的[[活性]]而且也是可燃的。 1803年,[[史密森·特南特]]在自然[[鉑]]礦石的不可溶雜質中發現了銥元素。由於該元素的鹽有眾多鮮豔的顏色,所以他根據[[希臘神話]]的彩虹女神[[伊里斯]](Iris)把這新元素命名為「Iridium」。銥是地球地殼中[[地球的地殼元素豐度列表|最稀有的元素]]之一。其全球年產量及年消耗量只有三噸。自然存在的銥有<sup>191</sup>Ir和<sup>193</sup>Ir两种[[同位素]],後者的丰度較高。銥的其他同位素都是不穩定同位素。 雖然銥可以形成有機金屬化合物和被拿來做為工業催化劑及研究中,最重要的銥化合物應用主要是和氯化合而成的酸類及鹽類。銥金屬會被應用是因其在高溫環境下的抗腐蝕性,像是在高效的[[火星塞]],用作於半導體再結晶的[[坩堝]]中及[[氯鹼法]]的電極中。銥的[[放射性同位素]]則被應用於[[放射性同位素熱電機]]。 銥在隕石中的含量較地球的地殼還要來得高很多。因此,在[[K-T界線]]黏土層的高含銥量導致阿瓦雷茲推測|Alverez hypopethesis在一次劇烈的隕石撞擊使恐龍及其他物種在六千六百萬年前滅絕。類似地,太平洋樣本中的銥的不規則也和兩百五十萬年前的Eltanin撞擊有關。 ==性質== ===物理性質=== 銥屬於[[鉑系元素|鉑系]]金屬,和[[鉑]]一樣呈白色,但夹杂少許黃色。銥堅硬易碎,[[熔點]]也非常高,所以很難鑄造和塑形。製造工序因此一般使用[[粉末冶金]]。銥是唯一一種在1600 °C以上的空氣中仍保持優良力學性質的金屬。其[[沸點]]極高,在所有元素中排第10位。銥在0.14 [[開爾文|K]]以下會呈現[[超導體]]性質。 銥的[[彈性模量]]仅次于[[鋨]],為所有金屬中第二高。其[[剪切模量]]很高,[[泊松比]]很低,因此具有很高的[[剛度]],这使得銥非常难以加工生產。儘管生產不易且價格昂貴,但在現代科技所需的極端條件下,機械強度很高的銥元素仍然擁有多項應用。 銥的[[密度]]在所有元素中排第二位,僅比[[鋨]]稍低(低約0.12%)。由於两元素密度值十分相近且測量不易,所以其密度相对高低一度並沒有定論。不過,[[X射線晶體學]]技術的發展使得测量密度時的準確度大大提高,最終以這種方法所得出銥和鋨的密度值分別為22.56 g/cm<sup>3</sup>和22.59 g/cm<sup>3</sup>。 ===化學性質=== 銥是抗腐蝕性最強的金屬之一:它能夠在高溫下抵禦幾乎所有[[酸]]、[[王水]]、熔融金屬和矽酸鹽。但是某些熔融[[盐 (化学)|鹽]],如[[氰化鈉]]和[[氰化鉀]]以及[[氧]]和[[鹵素]](特別是[[氟]])在高溫下還是可以侵蝕銥的。 ===同位素=== 銥有兩種自然穩定[[同位素]]:<sup>191</sup>Ir和<sup>193</sup>Ir,[[豐度]]分別為37.3%和62.7%。已人工合成的[[放射性同位素]]共有34種,[[質量數]]從164至199不等。<sup>192</sup>Ir夾在兩個穩定同位素之間,也是最穩定的放射性同位素,[[半衰期]]為73.827天。這一同位素在[[近距離治療]]和工業[[射線照相]]技術中具有用途,特別是在天然氣工業中用於無損檢測鋼鐵的焊接處。銥-192曾造成多宗輻射意外。另外有三個同位素的半衰期在一天以上:<sup>188</sup>Ir、<sup>189</sup>Ir和<sup>190</sup>Ir。質量數低於191的同位素會同時進行[[β衰變|β<sup>+</sup>衰變]]、[[α衰變]]以及[[質子發射]],但有兩者除外:<sup>189</sup>Ir進行[[電子捕獲]],而<sup>190</sup>Ir進行[[正電子發射]]。質量數高於191的同位素則進行[[β衰變|β<sup>−</sup>衰變]],其中<sup>192</sup>Ir會少量進行電子捕獲。所有銥同位素都是在1934至2001年間發現的,其中最新發現的是<sup>171</sup>Ir。 銥共有32種已知[[同核異構體]],質量數介乎164到197。最穩定的同核異構體是<sup>192m2</sup>Ir,它會經同核異能躍遷,半衰期為241年,因此比所有處於基態的放射性同位素都要穩定。最不穩定的異構體是<sup>190m3</sup>Ir,其半衰期只有2微秒。<sup>191</sup>Ir是所有元素中首個被證實呈現[[穆斯堡爾效應]]的同位素。該同位素應用在[[穆斯堡爾譜學|穆斯堡爾光譜分析]]中,在物理學、化學、生物化學、冶金學和礦物學等領域都有用到。 ==歷史== 銥的發現與鉑以及其他[[鉑系]]元素息息相關。古[[埃塞俄比亞]]人和南美洲各文化的人自古便有使用自然產生的鉑金屬,當中必定含有少量其他鉑系元素,這也包括銥。17世紀[[西班牙征服者]]在今天的[[哥倫比亞]][[喬科省]]發現了鉑,並將其帶到歐洲。然而直到1748年,科學家才發現它並不是任何已知金屬的合金,而是一種全新的元素。 當時研究鉑的化學家將它置於[[王水]] ([[氫氯酸]]和[[硝酸]]的混合物)當中,從而產生可溶鹽。製成的溶液每次都留下少量深色的不可溶殘留物。[[約瑟夫·普魯斯特]]曾以為這一殘留物是[[石墨]]。法國化學家維多·科萊-德科提爾(Victor Collet-Descotils)、福爾克拉伯爵安東萬·弗朗索瓦(Antoine François, comte de Fourcroy)和路易·尼古拉·沃克朗(Louis Nicolas Vauquelin)在1803年也同樣觀察到了這一黑色殘留物,但因量太少而沒有進行進一步實驗。 1803年,英國化學家[[史密森·特南特]]分析了殘留物,並推斷其中必含新的金屬元素。沃克朗把該粉末來回在酸鹼中浸洗,取得了一種揮發性氧化物。他認為這是新元素的氧化物,並把新元素命名為「ptene」,源於希臘文的「πτηνος」(ptènos),即「有翼的」。特南特則擁有更大量的殘留物,並在不久後辨認出兩種新元素,也就是鋨和銥。在一連串用到[[氫氧化鈉]]和[[氫氯酸]]的反應之後,他製成了一種深紅色晶體。銥的許多鹽都有鮮豔的顏色,所以特南特取[[希臘神話]]中的彩虹女神[[伊里斯]]之名,把銥命名為「Iridium」。元素的發現被記錄在1804年6月21日致[[英国皇家艺术学院|皇家學院]]的一封信中。 1813年,英國化學家約翰·喬治·求爾德倫(John George Children)首次熔化銥金屬。1842年,羅伯特·海爾(Robert Hare)首次取得高純度銥金屬。他量得的銥密度為21.8 g/cm<sup>3</sup>,並發現這一金屬幾乎不可延展,且硬度極高。1860年,[[亨利·愛丁·聖克萊爾·德維爾]]和朱爾·亨利·德布雷(Jules Henri Debray)第一次大量熔化銥。每公斤銥的熔化過程需要燃燒超過300升的純O|2和H|2。 銥如此難熔化塑性,這大大限制了它的實際應用。約翰·艾薩克·霍金斯(John Isaac Hawkins)在1834年發明了裝有銥造筆尖的金質鋼筆。1880年,約翰·霍蘭德(John Holland)和威廉·洛弗蘭德·達德利(William Lofland Dudley)利用[[磷]]大大簡化了銥的熔化過程,並在美國申請了專利。英國[[莊信萬豐]]公司之後表示,他們早在1837年就開始使用類似的方法熔解銥,而且已在多個[[世界博覽會]]展出經熔融製成的銥。奧托·佛斯納(Otto Feussner)在1993年第一次在[[熱電偶]]中使用銥﹣釕合金材料,使這種新型器材能夠測量高達2000 °C的溫度。 1957年,[[魯道夫·穆斯堡爾]]在只含<sup>191</sup>Ir的固體金屬樣本中,發現原子能夠進行無反衝的[[γ射線]]共振發射及吸收。他所進行的實驗是20世紀標誌性的物理實驗之一。此現象稱為[[穆斯堡爾效應]](其他呈現該效應的原子核也陸續被發現,如<sup>57</sup>Fe),是[[穆斯堡爾譜學]]的中心原理,在物理學、化學、生物化學、冶金學和礦物學中都有重要的應用。論文發佈的僅僅3年之後,即1961年,穆斯堡爾就因這一發現獲得了[[諾貝爾物理學獎]],時年32歲。 ==存量== 銥是地球地殼中[[地球的地殼元素豐度列表|最稀有的元素]]之一,平均質量比例只有百萬分之0.001。[[金]]的豐度是它的40倍,[[鉑]]是它的10倍,而[[銀]]和[[汞]]都是它的80倍。[[碲]]的豐度與銥相近,另外只有三種穩定元素比銥更加稀有:[[錸]]、[[釕]]和[[銠]],其中後兩者的豐度是銥的十分之一。相比之下,銥在[[隕石]]裡的含量則高很多,一般在百萬分之0.5以上。科學家相信,銥在整個地球的含量比在地殼中的含量高很多,但由於它密度高,而且具親鐵性,所以在地球仍處於熔融狀態時,就已沉到[[地球結構|地球的內核]]了。 銥在自然中以純金屬或合金的形態出現,尤其是各種比例的銥﹣鋨合金。[[鎳]]和[[銅]]礦藏中含有鉑系金屬的[[硫化物]](如(Pt,Pd)S)、[[碲化物]](如PtBiTe)、[[銻化物]](PdSb)和[[砷化物]](如PtAs|2)。這些化合物中的鉑會被少量的銥和鋨元素取代。與其他鉑系元素一樣,銥可以形成自然鎳合金及銅合金。 地殼中有三種地質結構的銥含量最高:[[火成岩]]、[[撞擊坑]]以及前二者演化而成的地質結構。最大的已知礦藏有[[南非]]的[[布殊維爾德火成雜岩體]]、[[俄羅斯]]的[[諾里爾斯克]]及[[加拿大]]的[[索德柏立盆地]]等。美國有較小的銥礦藏。銥也出現在次生礦藏中,與[[沖積層]]礦藏中的鉑以及其他鉑系元素結合。[[前哥倫布時期]][[哥倫比亞]][[喬科省]]居民所用的沖積層礦藏至今仍是鉑系元素的一大來源。截至2003年,並沒有數據記錄全球銥儲藏量。 ==影片== <div style="float:left; margin:10px 10px 10px 10px"> {{#evu:https://www.youtube.com/watch?v=d2kYU6uMj40 |alignment=center |dimensions=480 |container=frame |description=【化学元素控】铱Ir:世界上最稀有的金属 }} </div> {{-}} == 參考文獻 == {{reflist}} [[Category:340 化學總論]]
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