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事实揭露 揭密真相
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是原子序77号的元素,其元素符号为Ir,是一种十分刚脆,银白色的铂系过渡金属。铱是目前发现密度第二大的化学元素(仅次于),以X射线晶体结构分析实验测出的密度为22.56 g/cm3,在室内温度及标准大气压的环境时,它以同样的方式被计算出的密度较锇高出了0.04g/cm3,铱是抗腐蚀性最高的金属,甚至在摄氏2000度的高温都还保留著抗腐蚀的特性。虽然只有某些融化的盐类及卤素[1] 对铱有腐蚀性,然而极细的铱粉末仍拥有较高的活性而且也是可燃的。

1803年,史密森·特南特在自然矿石的不可溶杂质中发现了铱元素。由于该元素的盐有众多鲜艳的颜色,所以他根据希腊神话的彩虹女神伊里斯(Iris)把这新元素命名为“Iridium”。铱是地球地壳中最稀有的元素之一。其全球年产量及年消耗量只有三吨。自然存在的铱有191Ir和193Ir两种同位素,后者的丰度较高。铱的其他同位素都是不稳定同位素。

虽然铱可以形成有机金属化合物和被拿来做为工业催化剂及研究中,最重要的铱化合物应用主要是和氯化合而成的酸类及盐类。铱金属会被应用是因其在高温环境下的抗腐蚀性,像是在高效的火星塞,用作于半导体再结晶的坩埚中及氯碱法的电极中。铱的放射性同位素则被应用于放射性同位素热电机

铱在陨石中的含量较地球的地壳还要来得高很多。因此,在K-T界线黏土层的高含铱量导致阿瓦雷兹推测|Alverez hypopethesis在一次剧烈的陨石撞击使恐龙及其他物种在六千六百万年前灭绝。类似地,太平洋样本中的铱的不规则也和两百五十万年前的Eltanin撞击有关。

性质

物理性质

铱属于铂系金属,和一样呈白色,但夹杂少许黄色。铱坚硬易碎,熔点也非常高,所以很难铸造和塑形。制造工序因此一般使用粉末冶金。铱是唯一一种在1600 °C以上的空气中仍保持优良力学性质的金属。其沸点极高,在所有元素中排第10位。铱在0.14 K以下会呈现超导体性质。

铱的弹性模量仅次于,为所有金属中第二高。其剪切模量很高,泊松比很低,因此具有很高的刚度,这使得铱非常难以加工生产。尽管生产不易且价格昂贵,但在现代科技所需的极端条件下,机械强度很高的铱元素仍然拥有多项应用。

铱的密度在所有元素中排第二位,仅比稍低(低约0.12%)。由于两元素密度值十分相近且测量不易,所以其密度相对高低一度并没有定论。不过,X射线晶体学技术的发展使得测量密度时的准确度大大提高,最终以这种方法所得出铱和锇的密度值分别为22.56 g/cm3和22.59 g/cm3

化学性质

铱是抗腐蚀性最强的金属之一:它能够在高温下抵御几乎所有王水、熔融金属和矽酸盐。但是某些熔融,如氰化钠氰化钾以及卤素(特别是)在高温下还是可以侵蚀铱的。

同位素

铱有两种自然稳定同位素191Ir和193Ir,丰度分别为37.3%和62.7%。已人工合成的放射性同位素共有34种,质量数从164至199不等。192Ir夹在两个稳定同位素之间,也是最稳定的放射性同位素,半衰期为73.827天。这一同位素在近距离治疗和工业射线照相技术中具有用途,特别是在天然气工业中用于无损检测钢铁的焊接处。铱-192曾造成多宗辐射意外。另外有三个同位素的半衰期在一天以上:188Ir、189Ir和190Ir。质量数低于191的同位素会同时进行β+衰变α衰变以及质子发射,但有两者除外:189Ir进行电子捕获,而190Ir进行正电子发射。质量数高于191的同位素则进行β衰变,其中192Ir会少量进行电子捕获。所有铱同位素都是在1934至2001年间发现的,其中最新发现的是171Ir。

铱共有32种已知同核异构体,质量数介乎164到197。最稳定的同核异构体是192m2Ir,它会经同核异能跃迁,半衰期为241年,因此比所有处于基态的放射性同位素都要稳定。最不稳定的异构体是190m3Ir,其半衰期只有2微秒。191Ir是所有元素中首个被证实呈现穆斯堡尔效应的同位素。该同位素应用在穆斯堡尔光谱分析中,在物理学、化学、生物化学、冶金学和矿物学等领域都有用到。

历史

铱的发现与铂以及其他铂系元素息息相关。古埃塞俄比亚人和南美洲各文化的人自古便有使用自然产生的铂金属,当中必定含有少量其他铂系元素,这也包括铱。17世纪西班牙征服者在今天的哥伦比亚乔科省发现了铂,并将其带到欧洲。然而直到1748年,科学家才发现它并不是任何已知金属的合金,而是一种全新的元素。

当时研究铂的化学家将它置于王水氢氯酸硝酸的混合物)当中,从而产生可溶盐。制成的溶液每次都留下少量深色的不可溶残留物。约瑟夫·普鲁斯特曾以为这一残留物是石墨。法国化学家维多·科莱-德科提尔(Victor Collet-Descotils)、福尔克拉伯爵安东万·弗朗索瓦(Antoine François, comte de Fourcroy)和路易·尼古拉·沃克朗(Louis Nicolas Vauquelin)在1803年也同样观察到了这一黑色残留物,但因量太少而没有进行进一步实验。

1803年,英国化学家史密森·特南特分析了残留物,并推断其中必含新的金属元素。沃克朗把该粉末来回在酸碱中浸洗,取得了一种挥发性氧化物。他认为这是新元素的氧化物,并把新元素命名为“ptene”,源于希腊文的“πτηνος”(ptènos),即“有翼的”。特南特则拥有更大量的残留物,并在不久后辨认出两种新元素,也就是锇和铱。在一连串用到氢氧化钠氢氯酸的反应之后,他制成了一种深红色晶体。铱的许多盐都有鲜艳的颜色,所以特南特取希腊神话中的彩虹女神伊里斯之名,把铱命名为“Iridium”。元素的发现被记录在1804年6月21日致皇家学院的一封信中。

1813年,英国化学家约翰·乔治·求尔德伦(John George Children)首次熔化铱金属。1842年,罗伯特·海尔(Robert Hare)首次取得高纯度铱金属。他量得的铱密度为21.8 g/cm3,并发现这一金属几乎不可延展,且硬度极高。1860年,亨利·爱丁·圣克莱尔·德维尔和朱尔·亨利·德布雷(Jules Henri Debray)第一次大量熔化铱。每公斤铱的熔化过程需要燃烧超过300升的纯O|2和H|2。

铱如此难熔化塑性,这大大限制了它的实际应用。约翰·艾萨克·霍金斯(John Isaac Hawkins)在1834年发明了装有铱造笔尖的金质钢笔。1880年,约翰·霍兰德(John Holland)和威廉·洛弗兰德·达德利(William Lofland Dudley)利用大大简化了铱的熔化过程,并在美国申请了专利。英国庄信万丰公司之后表示,他们早在1837年就开始使用类似的方法熔解铱,而且已在多个世界博览会展出经熔融制成的铱。奥托·佛斯纳(Otto Feussner)在1993年第一次在热电偶中使用铱﹣钌合金材料,使这种新型器材能够测量高达2000 °C的温度。

1957年,鲁道夫·穆斯堡尔在只含191Ir的固体金属样本中,发现原子能够进行无反冲的γ射线共振发射及吸收。他所进行的实验是20世纪标志性的物理实验之一。此现象称为穆斯堡尔效应(其他呈现该效应的原子核也陆续被发现,如57Fe),是穆斯堡尔谱学的中心原理,在物理学、化学、生物化学、冶金学和矿物学中都有重要的应用。论文发布的仅仅3年之后,即1961年,穆斯堡尔就因这一发现获得了诺贝尔物理学奖,时年32岁。

存量

铱是地球地壳中最稀有的元素之一,平均质量比例只有百万分之0.001。的丰度是它的40倍,是它的10倍,而都是它的80倍。的丰度与铱相近,另外只有三种稳定元素比铱更加稀有:,其中后两者的丰度是铱的十分之一。相比之下,铱在陨石里的含量则高很多,一般在百万分之0.5以上。科学家相信,铱在整个地球的含量比在地壳中的含量高很多,但由于它密度高,而且具亲铁性,所以在地球仍处于熔融状态时,就已沉到地球的内核了。

铱在自然中以纯金属或合金的形态出现,尤其是各种比例的铱﹣锇合金。矿藏中含有铂系金属的硫化物(如(Pt,Pd)S)、碲化物(如PtBiTe)、锑化物(PdSb)和砷化物(如PtAs|2)。这些化合物中的铂会被少量的铱和锇元素取代。与其他铂系元素一样,铱可以形成自然镍合金及铜合金。

地壳中有三种地质结构的铱含量最高:火成岩撞击坑以及前二者演化而成的地质结构。最大的已知矿藏有南非布殊维尔德火成杂岩体俄罗斯诺里尔斯克加拿大索德柏立盆地等。美国有较小的铱矿藏。铱也出现在次生矿藏中,与冲积层矿藏中的铂以及其他铂系元素结合。前哥伦布时期哥伦比亚乔科省居民所用的冲积层矿藏至今仍是铂系元素的一大来源。截至2003年,并没有数据记录全球铱储藏量。

影片

【化学元素控】铱Ir:世界上最稀有的金属

参考文献

  1. 卤素,教育百科