化学元素

铱(Iridium),元素周期表六周期第9族过渡金属,属铂系元素。元素符号Ir,原子序数77,相对原子质量192.217。有光泽的银白色金属,立方晶系。相对密度为22.56g/cm3(20℃),熔点2443℃,沸点4437℃。电阻率5.3×10-8Ω·m(20℃)。具有化学惰性。在空气中稳定,几乎对所有酸呈惰性。微溶于王水,但可和熔融碱作用。主要氧化态有+1和+3等。2014年铱被证明具有+9价,是元素中价态最高的。在自然界中以单质存在,常由精炼镍的废料中提取。

研究简史
1803年,Collet-Descostils报道,在粗铂用王水处理后的残渣中分离出一种新元素。同一年,de Fourcroy及Vauquelin也报道分离出这种新元素。
1804年,英国化学家史密森·坦南特证明,在用王水处理粗铂剩下的不溶的黑色粉末中,实际上不是含有一种而是含有两种新元素。其中之一他命名为铱iridium(由拉丁文iris而来,意义为“虹——由于其盐类具有各种不同颜色”)及另一种命名为osmium(由希腊文οσμη而来,意义为“气味”,由于其挥发性氧化物具有气味)。
1813年,英国化学家约翰·乔治·求尔德伦(John George Children)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,霍兰德(John Holland)以“融合和铸造铱的工艺”为题申请了美国专利。
理化性质
物理性质
铱属于铂系金属,呈白色,另带少许黄色。铱坚硬易碎,熔点也非常高,所以很难铸造和塑型。铱是唯一一种在1600℃以上的空气中仍保持优良力学性质的金属。其沸点极高,在所有元素中排第十位。
铱相对密度为22.56g/cm3(20℃),熔点2443℃,沸点4437℃。电阻率5.3×10-8Ω·m(20℃)。
化学性质
铱对酸的化学稳定性很高,不溶于普通的酸,甚至不溶于王水,只有当强氧化剂,如氯酸钠NaClO3存在时加热到120℃的情况下才与盐酸反应。粉状的铱在赤热情况下与氧化合生成IrO2,块状的则只生成氧化膜。在高温时依能与氯反应生成IrCl3,在加热的海绵状铱与氯酸钾混合物上通以氯气则可得到黑色的晶体氯铱酸钾K2[IrCl6]。
铱的常规价态有-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+5和+6。2014年,周鸣飞等采用脉冲激光溅射-超声分子束载带技术在气相条件下制备四氧化铱正离子[IrO4]+,并利用串级飞行时间质谱-红外光解离光谱装置成功测得气相四氧化铱正离子[IrO4]+的红外振动光谱,结合量化计算让实四氧化铱离子中的铱处于+9价态,从而首次在实验上确定了元素=9价态的存在。铱的氧化态+1和+3是重要的,其它氧化态的化合物则为数甚少。铱一般不生成水合阳离子。铱(III)与各种配体能生成络阳离子、络阴离子及电中性络合物,其配位数均为6。平面四方形的Ir(I)络合物与Rh(I)的类似,如它的CO、烯烃、及混配络合物能进行氧化加成反应而得到配位数为6的Ir(III)络合物。特别重要的是Vaska络合物IrCl(CO)[PPh3]2,即羰基二(三苯基膦)氯化铱,它能进行各种反应,其中一些反应在催化作用中是很重要的。
铱与空气的反应
铱在空气中几乎不会被腐蚀,在空气中把铱加热到600℃时,会生成氧化铱(Ⅳ)(IrO2)。
一般来说,第二和第三过渡系的相应元素的化学性质会比较接近。但是在这一列元素中,周期表中紧靠在铱上面的铑会与空气反应,并生成氧化铑(Ⅲ)(Rh2O3)。在空气中即使生成了Ir2O3,也会被继续氧化成IrO2。
金属铱可以直接同氟气发生反应,并生成具有强腐蚀性的六氟化铱(IrF6)。小心加热这种物质,可以生成黄色的四聚氟化铱(Ⅴ)[IrF5]4。
用金属铱和卤素单质在无水条件下发生直接反应,可以生成相应的三氟化铱(Ⅲ)(IrF3)、三氯化铱(Ⅲ)(IrCl3)、三溴化铱(Ⅲ)(IrBr3)和三碘化铱(Ⅲ)(IrI3)。在所选用的反应条件下,也会生成少量的[IrF5]4。
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。
制备方法
工业生产可从矿石用干法制造;亦可以铜、镍的硫化矿制取铜、镍的生产过程中产生的副产物作为原料,用湿法冶炼制得。
工业生产铱的过程很复杂,这是因为铱的矿物中还会含有其他金属,如、银、铂和金。分离铱、铑、铂和钯等贵金属有时是一些特殊行业的主要活动,有时它们则是一些其他行业的副产品。存在于矿物中的其他金属使分离过程变得十分复杂。分离铱的唯一目的是,铱是一种有着很多用途的特种材料,是制造很多工业催化剂的基础。
制备铱时首先需要对矿石或生产贱金属后的副产品进行预处理,以除去银、金、钯和铂,然后把残渣与重硫酸盐(NaHSO4)共熔,再用水浸泡所得到的混合物,这样就得到了含有硫酸铑[Rh2(SO4)3]的溶液,而沉淀中则含有铱。用Na2O2处理沉淀,并用水溶解,以除去钌和锇的盐类,沉淀中含有二氧化铱(IrO2)。用王水溶解这种氧化物,会生成含有(NH4)3IrCl6的溶液。蒸干并在氢气中燃烧沉淀,就可以得到纯净的金属铱。
应用领域
工业用途
铱质坚硬,难以加工;通常与铂熔成合金使用。铂铱合金可制作电触点、插头电阻丝、自来水笔尖、电唱机针头、注射器针头、珠宝饰物、实验室器皿、电极、标准质量原器和长度原器;铑铱合金可制作高温热电偶;含钨5%的铱钨合金可做高温弹簧材料;纯铱可用于制作高温坩埚、仪器零件、高温真空仪表的金属丝、电气触头等;铱可作氢化、脱氢、氧化等反应的催化剂。
医疗用途
近距离治疗利用192Ir(铱-192)所释放的γ射线来治疗癌症。这种治疗方法把辐射源置于癌组织附近或里面,可用于治疗前列腺癌胆管癌子宫颈癌等。
分布情况
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。金的丰度是它的40倍,是它的10倍,而银和汞都是它的80倍。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。和铜矿藏中含有铂系金属的硫化物、碲化物锑化物砷化物。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的布什维尔德火成杂岩体、俄罗斯的诺里尔斯克及加拿大的索德柏立盆地等。美国有较小的锇矿藏。铱也出现于次生矿藏中,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。
铱元素虽然在地壳中含量极少,但在宇宙中并不罕见,陨石中通常含有较为丰富的铱。科学家们发现,在白垩纪末期(约6500万年前)的黏土层中有着远高于周围地层中含量的铱。
安全措施
环境危害
成块的铱金属没有生物用途也无害,因为它不与生物组织反应。和大部分金属一样,铱的金属细粉具有危险性。铱粉末会刺激组织,且容易在空气中燃烧。大部分铱化合物都不可溶,所以很难被人体吸收;不过铱的可溶盐,如各种卤化铱,则具有毒性。
健康危害
192Ir同位素和其他放射性同位素一样是危险的。192Ir所放出的高能γ射线会提高患癌症的可能性,外照射可导致烧伤、辐射中毒甚至死亡。摄入192Ir可导致肠胃内膜烧伤。进入体内的192Ir、192ᵐIr和194ᵐIr主要会积累在肝脏中,所放出的γ射线和β辐射会对身体造成损害。
全国各地天气预报查询

上海市

  • 市辖区
  • 云南省

  • 临沧市
  • 云南省

  • 丽江市
  • 云南省

  • 保山市
  • 云南省

  • 大理白族自治州
  • 云南省

  • 德宏傣族景颇族自治州
  • 云南省

  • 怒江傈僳族自治州
  • 云南省

  • 文山壮族苗族自治州
  • 云南省

  • 昆明市
  • 云南省

  • 昭通市
  • 云南省

  • 普洱市
  • 云南省

  • 曲靖市
  • 云南省

  • 楚雄彝族自治州
  • 云南省

  • 玉溪市
  • 云南省

  • 红河哈尼族彝族自治州
  • 云南省

  • 西双版纳傣族自治州
  • 云南省

  • 迪庆藏族自治州
  • 内蒙古自治区

  • 乌兰察布市
  • 内蒙古自治区

  • 乌海市
  • 内蒙古自治区

  • 兴安盟
  • 内蒙古自治区

  • 包头市
  • 内蒙古自治区

  • 呼伦贝尔市
  • 内蒙古自治区

  • 呼和浩特市
  • 内蒙古自治区

  • 巴彦淖尔市
  • 内蒙古自治区

  • 赤峰市
  • 内蒙古自治区

  • 通辽市
  • 内蒙古自治区

  • 鄂尔多斯市
  • 内蒙古自治区

  • 锡林郭勒盟
  • 内蒙古自治区

  • 阿拉善盟
  • 北京市

  • 市辖区
  • 吉林省

  • 吉林市
  • 吉林省

  • 四平市
  • 吉林省

  • 延边朝鲜族自治州
  • 吉林省

  • 松原市
  • 吉林省

  • 白城市
  • 吉林省

  • 白山市
  • 吉林省

  • 辽源市
  • 吉林省

  • 通化市
  • 吉林省

  • 长春市
  • 四川省

  • 乐山市
  • 四川省

  • 内江市
  • 四川省

  • 凉山彝族自治州
  • 四川省

  • 南充市
  • 四川省

  • 宜宾市
  • 四川省

  • 巴中市
  • 四川省

  • 广元市
  • 四川省

  • 广安市
  • 四川省

  • 德阳市
  • 四川省

  • 成都市
  • 四川省

  • 攀枝花市
  • 四川省

  • 泸州市
  • 四川省

  • 甘孜藏族自治州
  • 四川省

  • 眉山市
  • 四川省

  • 绵阳市
  • 四川省

  • 自贡市
  • 四川省

  • 资阳市
  • 四川省

  • 达州市
  • 四川省

  • 遂宁市
  • 四川省

  • 阿坝藏族羌族自治州
  • 四川省

  • 雅安市
  • 天津市

  • 市辖区
  • 宁夏回族自治区

  • 中卫市
  • 宁夏回族自治区

  • 吴忠市
  • 宁夏回族自治区

  • 固原市
  • 宁夏回族自治区

  • 石嘴山市
  • 宁夏回族自治区

  • 银川市
  • 安徽省

  • 亳州市
  • 安徽省

  • 六安市
  • 安徽省

  • 合肥市
  • 安徽省

  • 安庆市
  • 安徽省

  • 宣城市
  • 安徽省

  • 宿州市
  • 安徽省

  • 池州市
  • 安徽省

  • 淮北市
  • 安徽省

  • 淮南市
  • 安徽省

  • 滁州市
  • 安徽省

  • 芜湖市
  • 安徽省

  • 蚌埠市
  • 安徽省

  • 铜陵市
  • 安徽省

  • 阜阳市
  • 安徽省

  • 马鞍山市
  • 安徽省

  • 黄山市
  • 山东省

  • 东营市
  • 山东省

  • 临沂市
  • 山东省

  • 威海市
  • 山东省

  • 德州市
  • 山东省

  • 日照市
  • 山东省

  • 枣庄市
  • 山东省

  • 泰安市
  • 山东省

  • 济南市
  • 山东省

  • 济宁市
  • 山东省

  • 淄博市
  • 山东省

  • 滨州市
  • 山东省

  • 潍坊市
  • 山东省

  • 烟台市
  • 山东省

  • 聊城市
  • 山东省

  • 菏泽市
  • 山东省

  • 青岛市
  • 山西省

  • 临汾市
  • 山西省

  • 吕梁市
  • 山西省

  • 大同市
  • 山西省

  • 太原市
  • 山西省

  • 忻州市
  • 山西省

  • 晋中市
  • 山西省

  • 晋城市
  • 山西省

  • 朔州市
  • 山西省

  • 运城市
  • 山西省

  • 长治市
  • 山西省

  • 阳泉市
  • 广东省

  • 东莞市
  • 广东省

  • 中山市
  • 广东省

  • 云浮市
  • 广东省

  • 佛山市
  • 广东省

  • 广州市
  • 广东省

  • 惠州市
  • 广东省

  • 揭阳市
  • 广东省

  • 梅州市
  • 广东省

  • 汕头市
  • 广东省

  • 汕尾市
  • 广东省

  • 江门市
  • 广东省

  • 河源市
  • 广东省

  • 深圳市
  • 广东省

  • 清远市
  • 广东省

  • 湛江市
  • 广东省

  • 潮州市
  • 广东省

  • 珠海市
  • 广东省

  • 肇庆市
  • 广东省

  • 茂名市
  • 广东省

  • 阳江市
  • 广东省

  • 韶关市
  • 广西壮族自治区

  • 北海市
  • 广西壮族自治区

  • 南宁市
  • 广西壮族自治区

  • 崇左市
  • 广西壮族自治区

  • 来宾市
  • 广西壮族自治区

  • 柳州市
  • 广西壮族自治区

  • 桂林市
  • 广西壮族自治区

  • 梧州市
  • 广西壮族自治区

  • 河池市
  • 广西壮族自治区

  • 玉林市
  • 广西壮族自治区

  • 百色市
  • 广西壮族自治区

  • 贵港市
  • 广西壮族自治区

  • 贺州市
  • 广西壮族自治区

  • 钦州市
  • 广西壮族自治区

  • 防城港市
  • 新疆维吾尔自治区

  • 乌鲁木齐市
  • 新疆维吾尔自治区

  • 伊犁哈萨克自治州
  • 新疆维吾尔自治区

  • 克孜勒苏柯尔克孜自治州
  • 新疆维吾尔自治区

  • 克拉玛依市
  • 新疆维吾尔自治区

  • 博尔塔拉蒙古自治州
  • 新疆维吾尔自治区

  • 吐鲁番市
  • 新疆维吾尔自治区

  • 和田地区
  • 新疆维吾尔自治区

  • 哈密市
  • 新疆维吾尔自治区

  • 喀什地区
  • 新疆维吾尔自治区

  • 塔城地区
  • 新疆维吾尔自治区

  • 巴音郭楞蒙古自治州
  • 新疆维吾尔自治区

  • 昌吉回族自治州
  • 新疆维吾尔自治区

  • 自治区直辖县级行政区划
  • 新疆维吾尔自治区

  • 阿克苏地区
  • 新疆维吾尔自治区

  • 阿勒泰地区
  • 江苏省

  • 南京市
  • 江苏省

  • 南通市
  • 江苏省

  • 宿迁市
  • 江苏省

  • 常州市
  • 江苏省

  • 徐州市
  • 江苏省

  • 扬州市
  • 江苏省

  • 无锡市
  • 江苏省

  • 泰州市
  • 江苏省

  • 淮安市
  • 江苏省

  • 盐城市
  • 江苏省

  • 苏州市
  • 江苏省

  • 连云港市
  • 江苏省

  • 镇江市
  • 江西省

  • 上饶市
  • 江西省

  • 九江市
  • 江西省

  • 南昌市
  • 江西省

  • 吉安市
  • 江西省

  • 宜春市
  • 江西省

  • 抚州市
  • 江西省

  • 新余市
  • 江西省

  • 景德镇市
  • 江西省

  • 萍乡市
  • 江西省

  • 赣州市
  • 江西省

  • 鹰潭市
  • 河北省

  • 保定市
  • 河北省

  • 唐山市
  • 河北省

  • 廊坊市
  • 河北省

  • 张家口市
  • 河北省

  • 承德市
  • 河北省

  • 沧州市
  • 河北省

  • 石家庄市
  • 河北省

  • 秦皇岛市
  • 河北省

  • 衡水市
  • 河北省

  • 邢台市
  • 河北省

  • 邯郸市
  • 河南省

  • 三门峡市
  • 河南省

  • 信阳市
  • 河南省

  • 南阳市
  • 河南省

  • 周口市
  • 河南省

  • 商丘市
  • 河南省

  • 安阳市
  • 河南省

  • 平顶山市
  • 河南省

  • 开封市
  • 河南省

  • 新乡市
  • 河南省

  • 洛阳市
  • 河南省

  • 漯河市
  • 河南省

  • 濮阳市
  • 河南省

  • 焦作市
  • 河南省

  • 省直辖县级行政区划
  • 河南省

  • 许昌市
  • 河南省

  • 郑州市
  • 河南省

  • 驻马店市
  • 河南省

  • 鹤壁市
  • 浙江省

  • 丽水市
  • 浙江省

  • 台州市
  • 浙江省

  • 嘉兴市
  • 浙江省

  • 宁波市
  • 浙江省

  • 杭州市
  • 浙江省

  • 温州市
  • 浙江省

  • 湖州市
  • 浙江省

  • 绍兴市
  • 浙江省

  • 舟山市
  • 浙江省

  • 衢州市
  • 浙江省

  • 金华市
  • 海南省

  • 三亚市
  • 海南省

  • 三沙市
  • 海南省

  • 儋州市
  • 海南省

  • 海口市
  • 海南省

  • 省直辖县级行政区划
  • 湖北省

  • 十堰市
  • 湖北省

  • 咸宁市
  • 湖北省

  • 孝感市
  • 湖北省

  • 宜昌市
  • 湖北省

  • 恩施土家族苗族自治州
  • 湖北省

  • 武汉市
  • 湖北省

  • 省直辖县级行政区划
  • 湖北省

  • 荆州市
  • 湖北省

  • 荆门市
  • 湖北省

  • 襄阳市
  • 湖北省

  • 鄂州市
  • 湖北省

  • 随州市
  • 湖北省

  • 黄冈市
  • 湖北省

  • 黄石市
  • 湖南省

  • 娄底市
  • 湖南省

  • 岳阳市
  • 湖南省

  • 常德市
  • 湖南省

  • 张家界市
  • 湖南省

  • 怀化市
  • 湖南省

  • 株洲市
  • 湖南省

  • 永州市
  • 湖南省

  • 湘潭市
  • 湖南省

  • 湘西土家族苗族自治州
  • 湖南省

  • 益阳市
  • 湖南省

  • 衡阳市
  • 湖南省

  • 邵阳市
  • 湖南省

  • 郴州市
  • 湖南省

  • 长沙市
  • 甘肃省

  • 临夏回族自治州
  • 甘肃省

  • 兰州市
  • 甘肃省

  • 嘉峪关市
  • 甘肃省

  • 天水市
  • 甘肃省

  • 定西市
  • 甘肃省

  • 平凉市
  • 甘肃省

  • 庆阳市
  • 甘肃省

  • 张掖市
  • 甘肃省

  • 武威市
  • 甘肃省

  • 甘南藏族自治州
  • 甘肃省

  • 白银市
  • 甘肃省

  • 酒泉市
  • 甘肃省

  • 金昌市
  • 甘肃省

  • 陇南市
  • 福建省

  • 三明市
  • 福建省

  • 南平市
  • 福建省

  • 厦门市
  • 福建省

  • 宁德市
  • 福建省

  • 泉州市
  • 福建省

  • 漳州市
  • 福建省

  • 福州市
  • 福建省

  • 莆田市
  • 福建省

  • 龙岩市
  • 西藏自治区

  • 山南市
  • 西藏自治区

  • 拉萨市
  • 西藏自治区

  • 日喀则市
  • 西藏自治区

  • 昌都市
  • 西藏自治区

  • 林芝市
  • 西藏自治区

  • 那曲市
  • 西藏自治区

  • 阿里地区
  • 贵州省

  • 六盘水市
  • 贵州省

  • 安顺市
  • 贵州省

  • 毕节市
  • 贵州省

  • 贵阳市
  • 贵州省

  • 遵义市
  • 贵州省

  • 铜仁市
  • 贵州省

  • 黔东南苗族侗族自治州
  • 贵州省

  • 黔南布依族苗族自治州
  • 贵州省

  • 黔西南布依族苗族自治州
  • 辽宁省

  • 丹东市
  • 辽宁省

  • 大连市
  • 辽宁省

  • 抚顺市
  • 辽宁省

  • 朝阳市
  • 辽宁省

  • 本溪市
  • 辽宁省

  • 沈阳市
  • 辽宁省

  • 盘锦市
  • 辽宁省

  • 营口市
  • 辽宁省

  • 葫芦岛市
  • 辽宁省

  • 辽阳市
  • 辽宁省

  • 铁岭市
  • 辽宁省

  • 锦州市
  • 辽宁省

  • 阜新市
  • 辽宁省

  • 鞍山市
  • 重庆市

  • 重庆市

  • 市辖区
  • 陕西省

  • 咸阳市
  • 陕西省

  • 商洛市
  • 陕西省

  • 安康市
  • 陕西省

  • 宝鸡市
  • 陕西省

  • 延安市
  • 陕西省

  • 榆林市
  • 陕西省

  • 汉中市
  • 陕西省

  • 渭南市
  • 陕西省

  • 西安市
  • 陕西省

  • 铜川市
  • 青海省

  • 果洛藏族自治州
  • 青海省

  • 海东市
  • 青海省

  • 海北藏族自治州
  • 青海省

  • 海南藏族自治州
  • 青海省

  • 海西蒙古族藏族自治州
  • 青海省

  • 玉树藏族自治州
  • 青海省

  • 西宁市
  • 青海省

  • 黄南藏族自治州
  • 黑龙江省

  • 七台河市
  • 黑龙江省

  • 伊春市
  • 黑龙江省

  • 佳木斯市
  • 黑龙江省

  • 双鸭山市
  • 黑龙江省

  • 哈尔滨市
  • 黑龙江省

  • 大兴安岭地区
  • 黑龙江省

  • 大庆市
  • 黑龙江省

  • 牡丹江市
  • 黑龙江省

  • 绥化市
  • 黑龙江省

  • 鸡西市
  • 黑龙江省

  • 鹤岗市
  • 黑龙江省

  • 黑河市
  • 黑龙江省

  • 齐齐哈尔市