銥

銥之名，把銥命名為「Iridium」。元素的發現被記錄在1804年6月21日致英國皇家學會的一封信中。1813年，英國化學家約翰·喬治·求爾德倫第一次大量熔化銥。每公斤銥的熔化過程需要燃燒超過300升的純O2和H2。銥如此難熔化塑性，這大大限制了它的實際應用。約翰·艾薩克·霍金斯在1993年第一次在熱電偶中使用銥﹣釕合金材料，使這種新型器材能夠測量高達2000 °C的溫度。1957年，魯道夫·穆斯堡爾在只含191Ir的固體金屬樣本中，發現原子能夠進行無反衝的γ射線共振發射及吸收。他所進行的實驗是20世紀標誌性的物理實驗之一。此現象稱為穆斯堡爾效應，是穆斯堡爾譜學的中心原理，在物理學、化學、生物化學、冶金學和礦物學中都有重要的應用。論文釋出的僅僅3年之後，即1961年，穆斯堡爾就因這一發現獲得了諾貝爾物理學獎，時年32歲。存量.銥是地球地殼中最稀有的元素之一，平均質量比例只有百萬分之0.001。金的豐度是它的40倍，鉑是它的10倍，而銀和汞都是它的80倍。碲的豐度與銥相近，另外只有三種穩定元素比銥更加稀有：錸、釕和銠，其中後兩者的豐度是銥的十分之一。相比之下，銥在隕石裡的含量則高很多，一般在百萬分之0.5以上。科學家相信，銥在整個地球的含量比在地殼中的含量高很多，但由於它密度高，而且具親鐵性，所以在地球仍處於熔融狀態時，就已沉到地球的核心了。銥在自然中以純金屬或合金的形態出現，尤其是各種比例的銥﹣鋨合金。鎳和銅礦藏中含有鉑系金屬的硫化物。這些化合物中的鉑會被少量的銥和鋨元素取代。與其他鉑系元素一樣，銥可以形成自然鎳合金及銅合金。地殼中有三種地質結構的銥含量最高：火成岩、撞擊坑以及前二者演化而成的地質結構。最大的已知礦藏有南非的布殊維爾德火成雜巖體、俄羅斯的諾裡爾斯克及加拿大的索德柏立盆地等。美國有較小的銥礦藏。銥也出現在次生礦藏中，與沖積層礦藏中的鉑以及其他鉑系元素結合。前哥倫布時期哥倫比亞喬科省居民所用的沖積層礦藏至今仍是鉑系元素的一大截至2003年，並沒有資料記錄全球銥儲藏量。白堊紀﹣第三紀界線.6600萬年前形成的K-T界線記錄了從白堊紀到古近紀的轉捩點，此地層的黏土的銥含量異常高。路易斯·阿爾瓦雷茨為首的研究團隊在1980年提出假說，指這一地層中的銥是小行星或彗星撞擊地球時帶來的。這一理論稱為阿爾瓦雷茨假說，目前被公認為恐龍滅絕的最佳解釋。後來人們在中美洲尤卡坦半島地底發現了約6600萬年前形成的大型撞擊坑，即希克蘇魯伯隕石坑，這很可能就是阿爾瓦雷茨假說中那顆隕石的撞擊地點。杜威·麥克林等人則認為是火山活動把銥帶到地球表面的，因為地球深處存在更多的銥元素，而且許多火山至今仍在放出銥，如留尼旺島上的富爾奈斯火山。生產.銥是鎳和銅開採和提煉過程的副產品。在鎳和銅的電解精煉過程中，金、銀等貴金屬、鉑系元素以及硒和碲等非金屬元素都會積聚在正電極上。這一泥狀物質要進入溶液才可把其中的金屬分離出來。具體方法取決於混合物的成份，但主要有兩種：加入過氧化鈉後溶於王水，或直接溶於氯和氫氯酸的混合溶液。要在溶解狀態下從其他鉑系金屬中分離出銥，需使(NH4)2IrCl6沉澱，或用有機胺把IrCl62-萃取出來。第一種分離方法類似於特南特所用的方法。第二種方法可以作為持續的溶劑提取過程，所以更適合工業規模的生產。兩種方法的產物都可用氫進行還原反應，產生粉末或海綿狀的銥金屬，再用粉末冶金技術來加工。過去數十年間的銥價格波動頗大。相對其他工業用金屬來說，銥的全球市場量很小，所以價格很容易受產量、需求量、投機、囤積和產國政治等多方面變化的影響。由於屬性特殊，所以銥的價格會隨當今科技的變化而波動：用來製造大型單個晶體的銥製坩堝滯銷，導致銥價格在2001至2003年間下降。2010至2014年，多個生產單個藍寶石晶體的工廠建立，促使銥價升至超過每盎司1000美元。這些藍寶石被用於電視LED背光燈中。應用.銥的需求量從2009年的2.5噸升至2010年的10.4噸。這主要是因為電子相關應用的需求量從0.2噸升至6噸：銥製坩堝被廣泛用於大型高質量單個晶體的生產，而這些晶體的需求在這段時間大大提高。銥的消耗量預期將因為積累的坩堝庫存而飽和，這在2000年代也曾經發生過。其他重要應用還包括火花塞。工業及醫學.銥的應用大部份運用其高熔點、高硬度和抗腐蝕性質。銥金屬以及銥﹣鉑合金和鋨﹣銥合金的耗損很低，可用來製造多孔噴絲板。噴絲板用於把塑膠聚合物擠壓成纖維，例如人造絲。鋨﹣銥合金也可以用於指南針軸承和計重秤。銥的耐腐蝕、耐高溫性質很強，所以非常適合作為合金新增物。飛機引擎中的一些長期使用部件是由銥合金組成的，銥﹣鈦合金也被用作水底管道材料。加入銥可提升鉑合金的硬度。純鉑的維氏硬度為56 HV，而含50%銥的鉑合金硬度可超過500 HV。銥也常被用於須承受高溫的儀器當中。比如，柴可拉斯基法使用銥製高溫坩堝，產生單個氧化物晶體，如藍寶石、釓鎵石榴石和釔鋁石榴石等。這些晶體被用於電腦記憶體和固態鐳射器零件當中。銥合金能夠抵禦電弧侵蝕，所以是火花塞電觸頭的理想材料。Cativa催化法是把甲醇轉變為乙酸的過程，可使用銥化合物作為催化劑。放射性同位素銥-192在γ射線照相中是一種重要的能源，有助對金屬進行無損檢測。另外，近距離治療利用192Ir所釋放的γ射線來治療癌症。這種治療方法把輻射源置於癌組織附近或裡面，可用於治療前列腺癌、膽管癌及子宮頸癌等。科學.1889年製成的國際米原器和國際公斤原器是由含90%鉑和10%銥的合金組成的，原器由位於巴黎附近的國際度量衡局儲存。米的定義在1960年改為氪的發射光譜中的一條譜線，但千克的定義仍然是千克原器。航海家號、維京號、先鋒號和卡西尼－惠更斯號、伽利略號和新視野號等無人宇宙飛船都有使用含有銥的放射性同位素熱電機。由於熱電機要承受高達2000 °C的高溫，所以包裹著鈽-238同位素的容器是以既堅硬又耐高溫的銥所製。銥還被用於X射線望遠鏡中。錢德拉X射線天文臺的反射鏡上有一層60奈米厚的銥塗層。在測試過多種金屬之後，銥的X射線反射能力證明比鎳、金和鉑都要優勝。這層銥的平滑程度要有幾個原子以內的準確度，須在氣態下在高真空環境中塗在鉻底層上。粒子物理學在反質子的產生過程中也用到銥。過程中，高強度質子束射向密度必須很高的「轉換目標體」。雖然可以使用鎢，但銥的優勝之處在於，它可以更穩定地承受入射粒子束使溫度升高時所造成的衝擊波。碳-氫鍵活化反應是斷開碳-氫鍵的反應。這種鍵在以前曾被認為具有低反應性。科學家在1982年宣佈首次成功活化飽和烴中的C–H鍵，反應使用銥的有機配合物，使烴進行氧化加成。銥配合物可以用來催化不對稱氫化反應。這類催化劑已被用於合成天然產物，並能夠把本來難以氫化的基底氫化成其中一種對映異構體 。銥可以形成多種配合物，在有機發光二極體當中起到作用。已淘汰的用途.銥﹣鋨合金曾被加入到鋼筆筆尖中。1834年開始，一些鋼筆生產商開始把銥安裝在金筆尖上，這是銥的首個主要應用。自1944年起，著名的派克51鋼筆就有含釕﹣銥合金的筆尖，合金中的銥含量為3.8%。今天的鋼筆筆尖幾乎不再含有銥，而是含其他的金屬，例如鎢。銥﹣鉑合金曾經用於加農炮的點火孔和排氣孔。根據1867年巴黎世界博覽會的一份報告，莊信萬豐所展出的一份展品「曾在一把魏渥斯步槍中經歷超過3000發，仍無損無耗。所有知道火炮排氣孔損耗所導致的麻煩和花費的人，都會非常欣賞這一重要的應用」。「銥黑」是一種含有非常細緻銥粉末的染料，可以把瓷器染成很深的黑色。有19世紀的「所有其他的黑色瓷器染料與它一比較，都變成了灰色」。安全.成塊的銥金屬沒有生物用途亦無害，因為它不與生物組織反應。人體組織內的銥比例只有一兆分之二十左右。和大部份金屬一樣，銥的金屬細粉具有危險性。這樣的粉末會刺激組織，且容易在空氣中燃燒。由於銥化合物的處理量一般都很低，所以人們對其毒性所知甚少。大部份銥化合物都不可溶，所以很難被人體吸收；不過銥的可溶鹽，如各種鹵化銥，則具有毒性。192Ir同位素和其他放射性同位素一樣是危險的。唯一的相關意外是在近距離治療時受該同位素輻射的意外照射。192Ir所放出的高能伽馬射線會提高患癌症的可能性。外照射可導致燒傷、輻射中毒甚至死亡。攝入192Ir可導致腸胃內膜燒傷。進入體內的192Ir、192mIr和194mIr主要會積累在肝臟中，所放出的伽馬射線和β輻射會對身體造成損害。