铱

研究简史

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史密森·坦南特

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。 [8

]

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”）及另一种命名为锇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）。 [8

]

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。 [5]

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。 [5]

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。 [5]

2014年，铱被证明具有+9价，是元素中价态最高的。 [10

]

理化性质

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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。 [7]

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℃）。 [1]

铱的物理性质

相对原子质量

192.2

密度

22.56g/cm3

熔点

2443℃

沸点

4437℃

元素类别

过渡金属

性质

常温下为银白色金属

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。在高温时铱能与氯反应生成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]。 [8

]

铱的常规价态有-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5和+6。 [8

]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。 [10

]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、膦、胂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。 [8

]

铱的部分电极电位和氧化态列于下表中 [8

]：

铱的电极电位

反应式

电位（V）

Ir2O3 + 3H2O + 6e- = 2Ir + 6OH-

0.098

IrCl63- + 3e- = Ir + 6Cl-

0.77

IrBr63- + e- = IrBr64-

0.99

IrCl62- + e- = IrCl63-

1.017

IrO42- + 8H+ + 3e- = Ir3+ + 4H2O

1.16

IrO42- + 4H+ + 2e- = IrO2 + 2H2O

1.61

铱的氧化态

氧化态

配位数

例子

Ir(-Ⅱ)

3

Ir(NO)2PPh3

Ir(-Ⅰ)

4

K[Ir(PF3)4]

Ir(0)

4

Ir4(CO)12

Ir(Ⅰ)

4

[IrCl(CO)(PPh3)2]

5

[HIr(CO)(PPh3)3]

Ir(Ⅱ)

4

[IrCl2(CO)2]

5

[IrI2(CO)2]

Ir(Ⅲ)

5

[H3Ir(AsPh3)2]

6

[IrBr(NH3)5]2+ ,[IrCl6]3- ,[H3Ir(AsPh3)3]

Ir(Ⅳ)

6

[IrCl6]2-

Ir(Ⅴ)

6

[IrF6]-

Ir(Ⅵ)

6

IrF6

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）。 [4]

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。 [4]

铱与卤素单质的反应

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五氟化铱（Ⅴ）[IrF5]4。 [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。 [4]

同位素

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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

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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。 [9]

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，如铑、钯、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。 [4]

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。 [4]

应用领域

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工业用途

高温热电偶

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。 [7]

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、胆管癌及子宫颈癌等。 [7]

分布情况

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铱锇合金

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。金的丰度是铱的40倍，铂是铱的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。镍和铜矿藏中含有铂系金属的硫化物、碲化物、锑化物和砷化物。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。 [6]

计算化学数据

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数据 [2]：

1.疏水参数计算参考值（XlogP）:无

2.氢键供体数量:0

3.氢键受体数量:0

4.可旋转化学键数量:0

5.互变异构体数量:无

6.拓扑分子极性表面积0

7.重原子数量:1

8.表面电荷:0

9.复杂度:0

10.同位素原子数量:0

11.确定原子立构中心数量:0

12.不确定原子立构中心数量:0

13.确定化学键立构中心数量:0

14.不确定化学键立构中心数量:0

15.共价键单元数量:1

安全措施

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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。 [7]

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。 [7]

储存运输

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储存方法

放入紧封的储藏器内，储存于阴凉、干燥、通风良好的库房。远离火种、热源。应与氧化剂、卤素等分开存放，切忌混储。 [11]

运输方法

铱是贵金属，首先要确保运输过程中的安全，防止被盗或丢失。通常会采用密封包装的方式，选择具有高安全性的包装材料，避免铱在运输途中受到外界环境的影响而发生变质等情况。在运输工具的选择上，一般会选择安全性较高的运输方式，如专业的金属运输车辆或者有严格安保措施的物流渠道。同时，运输过程中要做好记录，包括铱的数量、运输的起始地点、运输时间等信息，以便于在出现问题时能够进行追溯。此外，还需要遵循相关的运输法规和规定，确保整个运输过程合法合规。

网址：铱 https://mxgxt.com/news/view/1705784

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