化学资讯-铱金笔上的铱

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铱,元素周期表第77号元素。


    铱是与锇一同于1803年被英国化学家史密森·特南特从铂的不溶杂质中被发现的。当时,人们已经知道并使用铂金了,当人们把铂放在王水(盐酸和硝酸的混合物)中时,每次都留下了少量深色的不溶残留物。很多科学家都注意到了这一点,其中有科学家认为是石墨,大家都因为残留物的量太少而没有进行下一步实验。正好特南特参与了一个铂矿的开发研究,得到了大量这样的残留物,最终从这些残留物中辨认出两种元素——锇和铱。随后,他在一连串强酸强碱的反复反应之后,制成了一种深红色的晶体,其中就含有铱元素。由于铱的很多盐具有鲜艳的颜色,所以特南特取希腊神话中彩虹女神伊里斯(Iris)的名字,将其命名为“Iridium”,元素符号“Ir”。


    铱在地壳中的含量很低,低到只有黄金的40分之一,是地壳中丰度最低的元素,但它在火成岩(主要由岩浆形成)中的含量却丰富很多。于是科学家们猜测,可能在地球形成的时候,铱就已经沉入地心,所以才会聚集在火山喷发出的岩浆里。还有一个惊人的发现,人们在白垩纪末期和第三纪顶部(约6500万年前)的黏土层中,发现了含量很高的铱,远高于周围地层,由于其浓度与陨石中的含铱量相当,于是只剩下一种解释,就是在那个时期有一颗小行星从外太空而来,撞向了地球,从而带来了如此高浓度的铱。而那个时期,正好发生了一场巨大的席卷全球的灾难事件——物种灭绝,于是铱含量成为了恐龙毁灭、小行星撞击说的有力证据,随后一个大小与该假设匹配的陨石坑在墨西哥优卡坦半岛被发现,更进一步印证了恐龙灭绝是因一颗含有大量铱的小行星撞击地球所致。


    虽然铱在地壳中的含量很稀少,但在生产和生活中的应用并不少,有数据显示,仅2009年到2010年,铱的需求量就增长了4倍多。早年间,铱和锇曾因其耐磨性被制作成钢笔的笔头,这基本上就是铱的主要应用了,但现在的钢笔已经不再用铱,而是被其他金属替代了。此外,加农炮的点火孔和排气孔材料中也有铱,根据1867年巴黎世界博览会的一份报告宣称,一把带有铱-铂合金的魏渥斯步枪曾完成过3000发射击,仍毫无损耗。“铱黑”还是一种非常好的瓷器染料,能将瓷器染成很深的黑色。不过,这些都只是曾经的应用,随着科技的进步,人们发现的铱应用远不止这些。


    首先因为耐腐蚀的特性,铱被制成坩埚,被广泛应用于大型高质量单个晶体的生产;还有各种火花塞和氯碱法所需要的电极(防止被生成的强碱腐蚀);由于铱合金能够抵御电弧侵蚀,所以铱铂合金是火花塞电触头的理想材料;飞机引擎中的一些长期使用的部件都是由铱合金组成的;铱-钛合金还可以制作水底管道材料,其最大的优点就是耐腐蚀。


    其次,铱的稳定性,也让测量部门看到它的优势,1889年制成的国际米原器和国际公斤原器,就是由含有90%铂和10%铱的合金组成的。


    此外,含铱配合物是很好的催化剂。1982年科学家们找到的Cativa催化法,能把甲醇转变为乙酸,就是利用铱的有机配合物。这种催化剂能活化饱和烃中的碳-氢键,使烃基进行氧化,从而将甲醇转变为乙酸。含铱配合物还能用来催化不对称氢化反应,使本来难以氢化的基底(例如非官能团化烯烃等)氢化成其中一种对映异构体,用以合成某些高分子化合物。有些含铱配合物,甚至能在有机发光二级管(OLED)中起到作用。


    特别是当含有[IrO4]+离子的化合物被分离出来时,惊动了整个化学界。因为其中铱元素的化合价高达+9价,这是从来没有发现过的最高化合价(一般只有+8价)。它使铱成为了迄今为止化合价为最广泛的元素,能从-3直到+9,同时也应征了铱容易形成配合物的特性,或许,在这些配合物中找到更多有用的催化剂。


    还有X射线望远镜和粒子物理学中反质子的生产过程中,都有铱元素的身影,作为密度仅小于锇0.1%的铱元素,有太多惊奇等待我们去探索和发现了。

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