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来源:科学揭秘 作者:小慧 时间:2020-09-26 16:15:46

 铱

铱,金属元素,元素符号Ir,原子序数77,原子量192.22,元素名来源于拉丁文,原意是“彩虹”。铱在地壳中的含量为千万分之一,常与铂系元素一起分散于冲积矿床和砂积矿床的各种矿石中。

1803年英国化学家台耐特、法国化学家德斯科蒂等用王水溶解粗铂时,从残留在器皿底部的黑色粉末中发现了两种新元素━━锇和铱。自然界存在两种同位素:铱191、铱193。人工放射性同位素192Ir是通过稳定元素191Ir受中子辐射获得。衰变放出γ射线,半衰期74.2d,常用于工业探伤。(正常情况下放射性物质经过十个半衰期以后,辐射强度已经不足以造成危害,工业探伤使用铱源是一个相对安全的选择)

化学符号

属于周期表Ⅷ族过渡元素,元素符号Ir,原子序数77,原子量192.2,面心立方晶格,是一种稀有的贵金属材料。

简史1803年英国坦南特(s.Tennant)由分离铂后的黑色残渣中发现铱;1813年进行了铱的第一次熔化实验;1860年帝俄造币厂用约8kg原生含铱材料和其他残渣作原料进行熔炼,得到一个1.805kg重的铱锭。1881年霍兰(J.Holland)以“熔化和铸造铱的工艺”为题申请了美国专利。此后,各国的冶金工作者们为解决铱的加工问题作了大量工作。

性能:铱的主要性能是:⑴密度22.56g/cm³;⑵熔点2454℃,铱制品使用温度可达2100~2200℃;⑶弹性模量高(538.3GPa),泊松系数低(0.26),低温塑性很差;⑷是最耐腐蚀的金属,致密态铱不溶于所有无机酸,也不被其他金属熔体浸蚀,例如熔化的铅、锌、镍、铁、金等;能耐许多熔融试剂和高温硅酸盐的浸蚀;⑸像其他铂族金属合金一样,铱合金能牢固吸附有机物,可作催化剂材料;⑹铱在空气或氧气中600℃以上生成IrO₂,并在1100℃分解;在1227℃空气中铱的挥发量为铂的100倍。铱可采用高频或中频炉、电弧炉、电子束等熔炼。铱在1600℃以上具有好的塑性,通常进行热加工。

用途:铱的高熔点、高稳定性使其在很多特殊场合具有重要用途,但铱的脆性和高温损耗在一定程度上限制了它的应用。铱的最早应用是作笔尖材料,后来又提出了注射针头、天平刀刃、罗盘支架、电触头等方面的用途。铱坩埚可用于生长难熔氧化物晶体,该坩埚能在2100~2200℃工作几千小时,是重要的贵金属器皿材料。铱的高温抗氧化性和热电性能使铱/铱铑热电偶成为惟一能在大气中测量达2100℃高温的贵金属测温材料;可用作放射性热源的容器材料;阳极氧化铱膜是一种有前途的电显色材料。Ir192是γ射线源,可用于无损探伤和放射化学治疗。同时,铱是一个很重要的合金化元素,一些铱合金使用在某些关键部门;铱化合物亦有其特有用途。

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 (盐酸和硝酸的混合物)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和氢氯酸的反应之后,他制成了一种深红色晶体(很可能是Na2[IrCl6]·nH2O)。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(Ἶρις,Iris)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超过300升的纯O2和H2。

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)利用磷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Ir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Fe),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。

特点

铱属铂系元素。铂系元素几乎完全成单质状态存在,高度分散在各种矿石中,例如原铂矿、硫化镍铜矿、磁铁矿等。铂系元素几乎无例外地共同存在,形成天然合金。在含铂系元素矿石中,通常以铂为主要成分,而其余铂系元素则因含量较小,必须经过化学分析才能被发现。由于锇、铱、钯、铑和钌都与铂共同组成矿石,因此它们都是从铂矿提取铂后的残渣中发现的。

铂系元素化学性质稳定。它们中除铂和钯外,不但不溶于普通的酸,而且不溶于王水。铂很易溶于王水,钯还溶于热硝酸中。所有铂系元素都有强烈形成配位化合物的倾向。1803年,法国化学家科勒德士戈蒂等人研究了铂系矿石溶于王水后的渣子。他们宣布残渣中有两种不同于铂的新金属存在,它们不溶于王水。1804年,泰纳尔发现并命名了它们。其中一个命名为irdium(铱),元素符号定为Ir。这一词GD来自希腊文iris,原意是“虹”。这可能是由于二氧化铱的水合物IrO·2H传或Ir(OH)4,从溶液中析出沉淀时,颜色或青、或紫、或深蓝、或黑,GA随着沉淀的情况而改变。

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