元素

77 铱 小行星的元素

作者:漂泊

铱是一种地壳中含量特别稀少的铂系元素,但是在陨石中含量却特别丰富。根据地壳中约6500万年前粘土层中所含的异常含量铱,研究人员还提出了小行星撞击地球造成恐龙灭绝的假说。除此之外,铱元素也是一种非常重要工业元素。铱的发光配合物在OLED、发光探针等多个领域都有着非常好的应用前景。

铱的基本物理性质

分类 第Ⅷ族·金属
原子序号・原子量 77 (192.22)
电子配置 5d76s2
密度 22.562 g/cm
熔点 2410±40 oC
沸点 4130 oC
色・形状 银白色金属
丰度 0.000003 ppm(地壳)
发现者 Smithson Tennant
主要的同位素 191Ir, 193Ir
用途例 OLED,发光探针
前后的元素 锇-铱-铂

铱的发现

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。当时研究铂的化学家将它置于王水当中,从而制备其可溶盐。但是溶液中每次都留下少量深色的残渣。Joseph Louis Proust曾以为这一残留物是石墨。法国化学家Victor Collet-Descotils、Antoine François, comte de Fourcroy和Louis Nicolas Vauquelin在1803年也同样观察到了这一黑色残渣,但因量太少而没有进行进一步实验。

1803年,英国化学家Smithson Tennant分析了用王水溶解铂所产生的残渣,推断其中必含新的金属元素。Vauquelin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“易挥发的”。但是由于他只有少量的残渣,因此它没有继续研究,而Smithson Tennant则拥有更多的残渣。在经过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Smithson Tennant取希腊神话中的彩虹女神伊里斯(Ἶρις,Iris)之名,把铱命名为“Iridium”。

1813年,英国化学家John George Children首先制得了铱单质。1842年,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。[1-5]

金属铱

铱粘土带与恐龙灭绝

铱是地壳中含量最为稀少的元素之一,但在宇宙中并不罕见,陨石中就含有较为丰富的铱元素。由于铱密度较大及亲铁性,在原始地球开始凝固时,铱就随铁大部分富集在地幔及地核中,因此地壳中铱含量稀少。地壳火成岩(主要由岩浆入侵形成)中铱含量丰富也证实了这一点。铱在自然界中主要与铂共存,它是铂系元素的一种。

铱在地球上含量稀少,但是科学家们却发现了一个奇怪的现象,在白垩纪末期和第三纪顶部(约6500万年前)的黏土层中含有含量很高的铱,远高于周围地层。其含量高出正常值几十倍甚至几百倍。但是这样的铱浓度在陨石中却很常见。由于该时期正好是恐龙突然灭绝的时期,因此研究人员据此推测是小行星撞击地球造成了恐龙灭绝,并带来了大量的铱元素。根据粘土层中的铱含量总数,并进行计算,可以得出大概是由一颗直径约10km的小行星撞击了地球,所产生的陨石坑直径超过了100km。研究人员在中美洲墨西哥的犹加敦半岛找到了这个陨石坑,这成为了小行星撞击地球造成恐龙灭绝即阿尔瓦雷斯假说的重要证据。 [6-9]

铱发光配合物

有机金属配合物发光材料是一类非常重要的发光材料。有机金属配合物发光材料具有发光效率高,亮度大,响应速度快等优点。在众多的过渡金属有机配合物中间,由于发光铱配合物具有相对较短的三重态寿命,较高的发光亮度,已成为近几年研究的热点。

在众多的铱发光配合物当中,铱磷光配合物由于具有较高的发光量子效率而备受人们关注。通过修饰和改变有机配体的结构以及改变配体的数量可以获得不同性能,发不同颜色光的铱磷光配合物。目前,铱磷光配合物已广泛用于制作有机电致发光器件(OLED),并且已取得了重大的进展,一些商业化的产品已经投产。

其实铱发光配合物不仅能用于制作各种光电器件,在物理以及微电子领域发挥重大作用,它也可以在生物和医疗领域发挥独特的作用。由于铱配合物能够实现电致化学发光,所以可以用于制作生物传感器,用于生命分析。此外,因为铱磷光配合物具有良好的发光性能,而且能够实现一个较大波长范围内的变化,所以也可以用于构建新型发光探针,用于标记细胞的微细结构,并可以实现生物成像。除此以外,铱配合物还可以用于免疫分析,甚至可以用于癌症的靶向治疗。总之,铱配合物在生物和医疗领域有着广阔的应用前景。[10-15]

铱配合物结构及由其构建的发光探针

参考文献

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