过渡金属元素的发现与应用 (2)精选文档.ppt

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1、过渡金属元素的发现与应用本讲稿第一页，共二十六页铁铁中国古代兵器铁铁红本讲稿第二页，共二十六页铁的发现铁是古代就已知的金属之一。铁矿石是地壳主要组成成分之一，铁在自然界中分布极为广泛，但人类发现和利用铁却比黄金和铜要迟。首先是由于天然的单质状态的铁在地球上非常稀少，而且它容易氧化生锈，加上它的熔点（1812K）又比铜（1356K）高得多，就使得它比铜难于熔炼。人类最早发现的铁是从天空落下来的陨石，陨石中含铁的百分比很高，是铁和镍、钴等金属的混合物，在融化铁矿石的方法尚未问世，人类不可能大量获得生铁的时候，铁一直被视为一种带有神秘性的最珍贵的金属。我国是发现和掌握炼铁技术最早的国家。1973年在

2、我国河北省出土了一件商代铁刃青铜钺，表明我国劳动人民早在3300多年以前就认识了铁，熟悉了铁的锻造性能，识别了铁与青铜在性质上的差别，把铁铸在铜兵器的刃部，加强铜的坚韧性。经科学鉴定，证明铁刃是用陨铁锻成的。本讲稿第三页，共二十六页铁的用途铁的用途它的最大用途是用于炼钢；也大量用来制造铸铁和煅铁。在我们的生活里，铁可以算得上是最有用、最价廉、最丰富金属了。工农业生产中，铁是最重要的基本结构材料，铁合金用途广泛；国防和战争更是钢铁的较量，钢铁的年产量代表一个国家的现代化水平。铁和其化合物还用作磁铁、染料（墨水、蓝晒图纸、胭脂颜料）和磨料（红铁粉）。还原铁粉大量用于冶金。本讲稿第四页，共二十六页钴

3、的发现钴的发现钴的拉丁文原意就是“地下恶魔”。数百年前，德国萨克森州有一个规模很大的银铜多金属矿床开采中心，矿工们发现一种外表似银的矿石，并试验炼出有价金属，结果十分糟糕，不但未能提炼出值钱的金属，而且使工人二氧化硫等毒气中毒。人们把这件事说成是“地下恶魔”作祟。在教堂里诵读祈祷文，为工人解脱“地下恶魔”迫害。这个“地下恶魔”其实是辉钴矿。1753年，瑞典化学家格波朗特（G.Brandt）从辉钴矿中分离出浅玫色的灰色金属，制出金属钴。1780年瑞典化学家伯格曼（T.Bergman）确定钴为元素本讲稿第五页，共二十六页钴的应用钴的应用金属钴主要用于制取合金。钴基合金是钴和铬、钨、铁、镍组中的一种

4、或几种制成的合金的总称。含有一定量钴的刀具钢可以显著地提高钢的耐磨性和切削性能。钴基合金的耐热性是因为形成了难熔的碳化物，这些碳化物不易转为固体溶体，扩散活动性小，在温度在1038以上时，钴基合金的优越性就显示无遗。这对于制造高效率的高温发动机，钴基合金就恰到好处。在航空涡轮机的结构材料使用含20%-27%铬的钴基合金，可以不要保护覆层就能使材料达高抗氧化性。钴金属在电镀、玻璃、染色、医药医疗等方面也有广泛应用。用碳酸锂与氧化钴制成的钴酸锂是现代应用最普遍的高能电池正极材料。钴还可能用来制造核武器，一种理论上的原子弹或氢弹，装于钴壳内，爆炸后可使钴变成致命的放射性尘埃。本讲稿第六页，共二十六页

5、奇妙的晴雨花奇妙的晴雨花-钴钴在晴天，它是蓝色的；即将下雨时，它变成了紫色；到了下雨天，又变成了玫瑰色。这奇妙的晴雨花，并不是真正的花，而是用滤纸做的；人们把滤纸浸在二氯化钴的溶液中，晾干，做成花的形状。二氯化钴有这样一个古怪的脾气：在无水状态时，它显出来的是蓝色，而一旦吸水，形成含水的晶体，就变成了玫瑰红色。人们利用它这个怪脾气，制成了晴雨花。在晴天时，空气中的水分少，二氯化钴保持无水状态，所以显蓝色；即将下雨时，空气中水分增多，部分二氯化钴变成了含水化合物，红色与蓝色相混，显出来的是紫色；到了下雨时，空气中水份很多，绝大部分二氯化钴都成了含水化合物，于是，便显出了玫瑰红色。本讲稿第七页，共

6、二十六页镍镍镉电池铜镍合金铸币本讲稿第八页，共二十六页镍的发现镍由科朗斯达德（AxelCronstedt）在1751年于瑞典发现。跟钴一样，镍的外语名字（nickel）带有迷信色彩，解作“小妖精”（可参考英文中魔鬼的别称OldNick）。nickel原为德文Kupfernickel（铜妖）的简称，镍矿看似铜矿，却无法冶炼出铜来，从前被看作是魔鬼搞的恶作剧。本讲稿第九页，共二十六页镍的应用镍多用于铸币，首个纯镍币于1881年出厂。合金钢(如铬镍钢)、镍钢及各种有色金属合金；不锈钢(含镍成分较高的铜镍合金，不易腐蚀)等。镍用于电镀和制造碱性蓄电池，如镍镉电池。在化工中作为催化剂，比如制造环己烷时，

7、就要用红热（约250C）的镍催化苯蒸气和氢气的加成反应。本讲稿第十页，共二十六页镍合金的记忆功能对一般人来说，合金是一种异常坚硬的、能传热善导电的物质。可是，令人不可思议的是，镍和钛的合金居然跟人一样，具有记忆功能。而且它的记忆力很强，经过很长时间，重复上万次都准确无误。人们是怎么发现镍钛合金的这个“特异功能”的呢？在年时，美国的海军军需实验室要进行一次实验，实验中需要一种镍钛合金材料；于是科学家们找到了一根弯弯曲曲的镍钛缆绳，他们先把缆绳加热，然后冷却下来，把它拉成直线，做成需要的合金材料。然而，奇怪的是，在实验中，当人们给这种镍钛合金材料加热时，它又变得弯弯曲曲的，跟它原来的形状一模一样。

8、这引起了人们的兴趣，这次人们先把缆绳弯成了圆形，变冷后又把它拉成直线，再次加热，它又自动地变成了圆形。人们这才知道镍钛合金还有这么好的记忆功能。本讲稿第十一页，共二十六页镍合金的记忆功能镍钛合金的这种记忆功能有很多用途。比如，用它制成的机器人的胳膊会随着温度的变化，上下左右转动，显得十分逼真，就好像机器人真有感觉似的。镍钛合金在医疗上也有想象不出的作用。例如，把镍钛合金丝制成直径很小的弹簧形，使它在体温条件下，把自己的外形记住。然后再把它拉直，通过一根小导管，在X光照射的情况下，慢馒插入动脉内。导管中的镍钛合金丝在体温的刺激下，慢慢地会变成弹簧形，就像在动脉血管的内壁形成了一层衬套，从而能防止

9、动脉内壁过薄而带来的危险。本讲稿第十二页，共二十六页钌的发现钌是铂系元素中在地壳中含量最少的一个，也是铂系元素中最后被发现的一个。它在铂被发现100多年后，比其余铂系元素晚40年才被发现。不过，它的名字早在1828年就被提出来了。当时俄国人在乌拉尔发现了铂的矿藏，塔尔图大学化学教授奥桑首先研究了它，认为其中除了铂外，还有三个新元素。奥桑把他分离出的新元素样品寄给了贝齐里乌斯，贝齐里乌斯认为其中只有pluranium一个是新金属元素，其余的分别是硅石和钛、锆以及铱的氧化物的混合物。本讲稿第十三页，共二十六页钌的发现1844年，喀山大学化学教授克劳斯重新研究了奥桑的分析工作，肯定了铂矿在残渣中确实

10、有一种新金属存在，就用奥桑为纪念他的祖国俄罗斯而命名的ruthenium命名它，元素符号定为Ru。我们译成钌。克劳斯取得新金属钌后，也将样品寄给贝齐里乌斯，请求指教。贝齐里乌斯认为它是不纯的铱。可是克劳斯和奥桑不同，没有理睬贝齐里乌斯的意见，敢于向权威挑战，继续进行自己的研究，并且将每次制得的样品连同详细的说明逐一寄给贝齐里乌斯。最后事实迫使贝齐里乌斯在1845年发表文章，承认钌是一个新元素。在俄罗斯，由科学院的几位院士们组成一个专门委员会，审查克劳斯得到的结果，确认了他的发现。本讲稿第十四页，共二十六页钌的应用纯金属钌用途很少。钌是铂和钯的有效硬化剂，使用它不会降低铂和钯的抗腐蚀性。含有较大

11、百分数（30%-70%）的钌的合金，包含有其它贵重金属或碱金属，可用在电气触点上和需要抗磨和抗腐蚀的地方，如钢笔尖和工具枢轴上。二氧化钌导电，在有机介质中以粉末状与玻璃料相混合，可用作非金属衬底制成电阻元件。本讲稿第十五页，共二十六页铑的发现1803到1804年，在武拉斯顿发现钯不久，他将天然铂矿溶解在王水中，加入氢氧化钠溶液，中和过剩的酸，再加入氯化铵（NH4Cl），使铂沉淀为铂氯化铵（(NH4)2PtCl4），再加入氰化汞，使钯沉淀为氰化钯，滤去沉淀后，往滤液中加入盐酸，除去过量的氰化汞，并把溶液蒸发至干，出现一种暗红色沉淀，分析证明是由一种新金属和钠的氯化物形成的盐Na3RhCl618H

12、2O。因这种新金属的具有玫瑰的艳红色，就以希腊文中玫瑰rhodon命名它为rhodium。本讲稿第十六页，共二十六页铑的应用铑的主要用途是用作高质量科学仪器的防磨涂料和催化剂，铑铂合金用于生产热电偶。也用于镀在车前灯反射镜，电话中继器，钢笔尖等。汽车制造业是铑的最大用户。目前汽车制造业中铑的主要用途是汽车尾气催化剂。其它消耗铑的工业部门是玻璃制造业，镶牙合金制造业，珠宝制品业。而随着燃料电池技术的不断发展和燃料电池汽车技术的逐步成熟，汽车工业的用铑量将持续增加。珍珠母贝镀铑戒指本讲稿第十七页，共二十六页钯的发现1803年，英国化学家武拉斯顿从铂矿中又发现了一个新元素。他将天然铂矿溶解天然铂钯矿

13、在王水中，除去酸后，滴加氰化汞（Hg(CN)2）溶液，获得黄色沉淀。将硫磺、硼砂和这个沉淀物共同加热，得到光亮的金属颗粒。他称它为palladium（钯），元素符号定为Pd。这一词来自当时发现的小行星Pallas，源自希腊神话中司智慧的女神巴拉斯Pallas。武拉斯顿发现钯重要的一步是选用氰化汞。尽管氰化汞溶液中几乎不含有氰离子（CN-），但是当钯的离子（Pd+）与它相遇时，却立即生成淡黄色的氰化钯（Pd(CN)2）沉淀，而其他铂系元素是不会形成这种氰化物沉淀的。本讲稿第十八页，共二十六页钯的应用钯是航天、航空、航海、兵器和核能等高科技领域以及汽车制造业不可缺少的关键材料，也是国际贵金属投资市

14、场上的不容忽略的投资品种。氯化钯还用于电镀；氯化钯及其有关的氯化物用于循环精炼并作为热分解法制造纯海绵钯的来源。一氧化钯（PdO）和氢氧化钯Pd(OH)2可作钯催化剂的来源。四硝基钯酸钠Na2Pd（NO3）4和其它络盐用作电镀液的主要成分。钯在化学中主要做催化剂；钯与钌、铱、银、金、铜等熔成合金,可提高钯的电阻率、硬度和强度,用于制造精密电阻、珠宝饰物等。而最常见和最有市场价值钯金首饰的合金是钯金本讲稿第十九页，共二十六页钯金钯金具有极佳的物理与化学性能，耐高温、耐腐蚀、耐磨损和具有极强的伸展性，在纯度、稀有度及耐久度上，都可与铂金互相替代，无论单独制作首饰还是镶嵌宝石，堪称最理想的材质。钯金

15、为什么是首饰中最有魅力的金属珍贵、纯净、永恒！钯金是世界上最稀有的贵金属之一，地壳中的含量约为一亿分之一，比黄金要稀少很多。世界上只有俄罗斯和南非等少数国家出产，每年总产量不到黄金的5。比铂金还稀有。钯金异常坚韧，钯金制成的首饰不仅具有铂金般自然天成的迷人光彩，而且经得住岁月的磨砺，历久如新。钯金几乎没有杂质，纯度极高，闪耀着洁白的光芒。钯金的纯度还十分适合肌肤，不会造成皮肤过敏。钯金首饰本讲稿第二十页，共二十六页锇的发现锇粉发现人：台奈特（Tennant）发现年代：1803年发现过程：1803年，由英国台奈特（Tennant）发现。1803年，法国化学家科勒德士戈蒂等人研究了铂系矿石溶于王水

16、后的渣子。他们宣布残渣中有两种不同于铂的新金属存在，它们不溶于王水。1804年，泰纳尔发现并命名了它们。其中一个曾被命名为ptenium，后来改为osmium（锇），元素符号定为Os。ptenium来自希腊文中“易挥发”，osmium来自希腊文osme，原意是“臭味”。这是由于四氧化锇OsO4的熔点只有41，易挥发，有恶臭。它的蒸气对人的眼睛特别有害。锇是处于元素周期表中B族中能生成8价化合物的两个元素之一。本讲稿第二十一页，共二十六页锇的应用用来制造超高硬度的合金。锇同铑、钌、铱或铂的合金，用作电唱机、自来水笔尖及钟表和仪器中的轴承。本讲稿第二十二页，共二十六页铱的发现1803年，法国化学家

17、科勒德士戈蒂等人研究了铂系矿石溶于王水后的渣子。他们宣布残渣中有两种不同于铂的新金属存在，它们不溶于王水。1804年，泰纳尔发现并命名了它们。其中一个命名为irdium（铱），元素符号定为Ir。这一词来自希腊文iris，原意是“虹”。这可能是由于二氧化铱的水合物IrO22H2O或Ir(OH)4，从溶液中析出沉淀时，颜色或青、或紫、或深蓝、或黑，随着沉淀的情况而改变。本讲稿第二十三页，共二十六页铱的用途纯铱专门用在飞机火花塞中，多用于制作科学仪器、热电偶、电阻线以及钢笔尖等。做合金用，可以增强其他金属得硬度和抗腐蚀性。纯净的铱多用于合金，铱虽然有单独使用，但这样的情况比较少，单独以致密金属状的形

18、式出现的形态一般作为锭状，坩埚，或者丝状。将铱加工成丝状的成本高，使得铱丝的市场售价高达每克1000元左右，所以铱经常以合金形式出现，它与铂形成得合金（10%的Ir和90%的Pt），因膨胀系数极小，常用来制造国际标准米尺，世界上的千克原器也是由铂铱合金制作的。本讲稿第二十四页，共二十六页铂的发现18世纪初英国C.伍德在新格拉纳达的卡塔赫纳采集到嵌有铂粒的砂石。1735年西班牙乌略亚-德拉托雷希拉尔在平托附近的金矿发现一块难以加工的金属，很像银，便取名为platinum，该字来自西班牙文platina，含义是银。1748年英国沃森确认这是一种新元素。铂在地壳中的含量为510-7，常与其他铂系元素一起分散在冲积矿床和砂积矿床的多种矿物（如原铂矿、硫化镍铜矿、磁铁矿等）中。独立矿物有砷铂矿、硫铂矿、锑铂矿、硫铂钯矿、硫镍钯铂矿等。还有以游离状态存在的自然铂。本讲稿第二十五页，共二十六页铂的用途自然铂几乎是金属铂的唯一来源。铂除用于珠宝饰物外，大量用于汽车催化转换器中,以及作为炼油工业的催化剂,用于制作电子器件、白金坩埚、牙科材料和人造纤维的喷丝头等。本讲稿第二十六页，共二十六页