Иридий это химический элемент, простое вещество, благородный металл, входит в группу платиновых металлов.
Ir редкий и плотный переходный металл с атомным номером 77. Обозначается символом Ir. Ir элемент, как правило, твердый и хрупкий; тем не менее, он может стать пластичным при очень высокой температуре от 1200 до 1500 °C.
Это один из самых редких элементов на земле, годовой объем производства которого составляет всего 3 тонны.
Этот элемент не встречается в природе в чистом виде. Иридий — один из самых плотных металлов, встречающихся в природе, с плотностью около 22,56 г /см3.
Что такое иридий
[Iridium; от греч. — радуга], Ir — химический элемент пятой группы (9) (устаревшая классификация: побочной подгруппы VIII) шестого периода периодической системы элементов].
Атомный номер 77, атомная масса (молярная масса) иридия 192, 21; относится к металлам группы платины.
Серебристо-белый твердый металл. В соединениях проявляет степени окисления +З и +4, иногда + 1, +2 и +6.
Природный иридий смесь стабильных изотопов 191Ir (38,5%) и 193Ir (61,5%).
Получены радиоактивные изотопы с массовыми числами от 171 до 198.
История
Иридий открыл в 1804 англ. химик С. Теннаит в черном осадке, образующемся после обработки платины самородной «царской водкой». Содержание иридия в земной коре 1 • 10-7 %.
Когда химики растворили платину в царской водке, чтобы изучить ее свойства, они обнаружили небольшое количество нерастворимого остатка темного цвета.
Некоторые думали, что это графит, в то время как другие не могут сделать никакого вывода.
В 1803 году британский ученый Смитсон Теннант пришел к выводу, что этот остаток является каким-либо новым металлом после его надлежащего анализа.
Он провел различные эксперименты и обнаружил, что соли, которые он получал с этим металлом, были сильно окрашены.
Поэтому он назвал его иридием в честь греческой крылатой богини радужной Ирисы.
Нахождение в природе
Находится в природе гл. обр. в виде минералов группы осмистого иридия (природных сплавов иридия с осмием и другими металлами группы платины), в коренных и россыпных месторождениях платины и золота.
Наиболее широко распространен невьянскит, или осмистый иридий.
Иридий содержится также в сульфидных медноникелевых рудах, являющихся основным источником добычи металлов группы платины.
Физические свойства
Иридий кристаллизуется в гранецентрированной кубической структуре, период решетки а = 3,8389 А (при комнатной т-ре).
Плотность (т-ра 20° С) 22,5 (рентгеновская 22,65) г/см3; tпл 2443° С; tкип 4547° С; удельная теплоемкость (т-ра 25° С) 0,0312 кал/г • град.
Коэфф. теплопроводности (т-ра 0— 100° С) 0,354 кал/см • сек • град; температурный коэфф. линейного расширения в интервале т-р 0—100° С составляет 6,63 • 10-6 град-1.
Удельное электрическое сопротивление (т-ра 20° С) 5,3 мком • см; температурный коэфф. электрического сопротивления (т-ра 0-100° С) 0,003925 град-1; удельная магнитная восприимчивость (т-ра 25° С) 0,133 • 1-6.
Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 440 барн.
Модуль норм, упругости 52 500 кгс/мм2; коэфф. Пуассона 0,26; предел прочности на растяжение отожженного металла 23 кгс/мм2.
Относительное удлинение 2%; HV = 200—240 (в отожженном состоянии).
При обычной т-ре с трудом поддается мех. обработке, прп т-ре 1200—1500° С его можно ковать и протягивать в проволоку.
В монокристаллическом состоянии пластичен уже при комнатной т-ре, выдерживает без растрескивания обжатие до 25%.
Иридий труднолетучий в высоком вакууме металл (давление насыщенного пара его при т-ре 1810° С составляет 1 • 10-6 , при т-ре 2110° С — 1 • 10-4 мм рт. ст.).
Однако при нагревании на воздухе уже при светло-красном калении заметно улетучивается, что связано с образованием летучей окиси IrО2.
Химические свойства
Иридий отличается высокой коррозионной стойкостью. В виде компактного металла нерастворим в кислотах, лишь в тонкоизмельченном состоянии при повышении температуры медленно растворяется в «царской водке».
Даже самые жесткие кислоты, такие как соляная, серная и царская водка (холодная), не влияют на этот элемент.
Силикаты или расплавленные металлы при высоких температурах не могут воздействовать на иридий.
При сплавлении иридиевого порошка со смесью едкого натра и селитры либо перекисью натрия переходит в растворимые в соляной к-те соединения.
Губчатый иридий может быть переведен в раствор электролитически с использованием переменного тока.
Фтор, хлор и кислород действуют на иридий только при т-ре красного каления. Из кислородных соединений известны Ir2О3 и IrО2.
При взаимодействии с хлором (в зависимости от т-ры) образуются хлориды IrCl, IrСl2, IrСl3, с фтором — фторид IrF6, с серой — сульфид IrS.
С азотом не взаимодействует, растворимость водорода в иридия составляет 1 • 10-5 ат.%. Иридий образует многочисленные комплексные соли.
Он может вступать в реакцию с серой с образованием дисульфида иридия при атмосферном давлении.
Ir элемент может образовывать соединения в нескольких степенях окисления от -3 до +9.
Однако наиболее распространенными из них являются +3 и +4. Единственным хорошо охарактеризованным оксидом этого переходного металла является IrO2.
Это сине-черное твердое вещество, которое может вступать в реакцию с HNO3 с образованием Ir2O3.
Особенно большое значение имеют комплексные хлориды трех- и четырехвалентного иридия.
Незначительная растворимость хлориридата аммония (NH4)2[IrCl6] в растворе NH4Cl используется в аффинаже иридия.
Ir может вступать в реакцию с галогенидами, но он не может образовывать никаких моногалогенидов или дигалогенидов.
Иридий обычно образует очень мало комплексов. Комплексы этого элемента имеют октаэдрическую молекулярную геометрию и являются диамагнитными.
В иридий-органических соединениях этот элемент присутствует в более низких степенях окисления.
Например, Ir4(CO)12 является одним из наиболее стабильных бинарных карбонилов этого металла, в котором Ir имеет нулевую степень окисления.
Иридий сплавляется с большинством металлов. С переходными металлами образует широкие области твердых растворов на основе компонентов и промежуточных фаз со структурой типа CsCl, Cr3Si и Cu3Au.
Изотопы
Двумя природными изотопами Ir являются 191Ir и 193Ir. На сегодняшний день известно около 37 радиоизотопов этого металла с массовым числом от 164Ir до 202Ir.
Наиболее стабильным известным радиоизотопом этого переходного металла является 192Ir, период полураспада которого составляет приблизительно 73,82 дня.
Этот изотоп имеет множество применений в промышленной рентгенографии и других отраслях промышленности.
Это полезно для испытания сварных швов в стали в газовой и нефтяной промышленности без каких-либо разрушений.
Ученые обнаружили все изотопы этого элемента в период с 1934 по 2003 год. После 2008 года ни один изотоп иридия не был обнаружен.
Получение иридия
Иридиевая чернь обладает каталитической активностью. Иридий добывают совместно с платиной.
Качественная реакция на иридий нужна чтобы с точность определить его состав, для этого применяют неорганические и органические вещества.
Сырьем для его получения служат концентраты металлов группы платины, получаемые непосредственно из коренных руд.
И после переработки анодных шламов электролиза никеля и меди, а также шлиховый металл из россыпных руд и вторичный металл — лом.
Концентраты и металл растворяют в «царской водке», сначала на холоду, а затем при т-ре 110—120° С.
Иридий при этом растворяется не полностью, частично оставаясь в нерастворимом осадке.
После селективного извлечения из раствора платины, палладия и родия иридий осаждают в виде хлориридата аммония.
Нерастворимый остаток после растворения концентратов в «царской водке» переплавляют на цинковый (или свинцовый) сплав, к-рый затем растворяют в кислоте.
Образующийся при этом порошок, содержащий гл. обр. осмистый иридий и рутений, спекают с перекисью бария или натрия.
Из спека отгоняют осмий в виде OsО4, а из оставшегося после отгонки раствора извлекают иридий в виде хлориридата аммония.
Очищенный хлориридат аммония прокаливают и восстанавливают в токе водорода при т-ре 1000° С, получая иридиевый порошок чистотой 99,8—99,9%.
Применение иридия
Поставляют иридий в виде порошка, жести, прутков и проволоки. Для изготовления иридиевых сплавов применяют дуговую или индукционную плавку в вакууме, в среде аргона или гелия.
Иридий — редкий и дорогой металл.
В чистом виде его применяют весьма ограниченно: в виде фольги для не амальгамирующихся катодов, для изготовления тиглей, иридирования поверхности изделий.
Основную часть иридия используют в виде сплавов, гл. обр. с платиной (он повышает ее твердость, прочность и коррозионную стойкость).
Эти сплавы применяют для изготовления хим. посуды (в частности, тиглей, где выращивают кристаллы для лазерной техники), нерастворимых анодов, разрывных контактов и потенциометров автоматически управляемой аппаратуры.
Для трущихся деталей точных инструментов, электроконтактов в двигателях внутреннего сгорания, слаботочных контактов аппаратуры связи, электр. стимуляторов сердечной деятельности, хирургических инструментов и ювелирных изделий.
Из сплава иридия (10,1%) и платины (89,9%) изготовлены эталоны мер длины. Сплавы иридия с осмием, как и природный осмистый иридий.
Незаменимый материал для изготовления осей и пяток вращающихся частей измерительных и регулирующих приборов особой точности, кончиков золотых перьев и режущих частей хирургических инструментов.
Иридий и его сплавы (например, иридий — вольфрам) нашли применение в произ-ве термопар, эксплуатируемых до т-ры 2000— 2300° С.
Иридий в природе
Иридий — один из самых редких металлов на земле из-за его меньшего количества. Даже металлическая платина встречается в десять раз чаще, чем Ir элемент.
Однако ученые полагают, что его концентрация в ядре земли выше из-за его сидерофильного (железолюбивого) характера.
Как правило, этот элемент присутствует в природе в виде природных сплавов. Во всех металлах платиновой группы иридий естественным образом присутствует в сплавах с необработанной медью или никелем.
Очень немногие минералы в земной коре содержат этот элемент в доминирующей форме. Некоторые из редких примеров — купроиридзит и ирарзит.
Иридий присутствует в земной коре в более высоких концентрациях в трех видах структуры. Это ударные кратеры, магматические отложения и переработанные отложения.
Наиболее популярными первичными запасами иридия на земле являются бассейн Садбери, Норильск в России, магматический комплекс Бушвелд в Южной Африке и др.
Часто задаваемые вопросы по иридий?
Для чего используется иридий?
Иридий имеет множество применений благодаря своим уникальным свойствам, таким как высокая температура плавления, устойчивость к коррозии и твердость.
Глубоководные трубы содержат сплавы на основе иридия из-за их коррозионностойких свойств.
Долговечные детали двигателей самолетов также содержат иридий. Устройства, которые должны работать при высоких температурах, также содержат иридий.
Иридий также используется в качестве катализатора при разложении гидразина в ракетных двигателях малой тяги.
В физике элементарных частиц ученые используют инфракрасное излучение для производства уникальных частиц, называемых антипротонами.
Ir также отлично отражает рентгеновские лучи после платины и золота. Ученые также предпочитают использовать иридий в радиоизотопных термоэлектрических генераторах космического корабля.
Как производится иридий в промышленных масштабах?
Иридий Ir получают промышленным путем в качестве побочного продукта при добыче и переработке никеля и меди.
Благородные металлы, такие как золото и серебро, оседают на дно в виде анодного шлама во время электроочистки меди и никеля.
Чтобы отделить все эти металлы, прежде всего, их переводят в форму раствора. Химики в основном используют царскую водку и перекись натрия, чтобы превратить эту смесь в раствор.
Непрерывный метод жидкостно-жидкостной экстракции лучше всего подходит для промышленного производства иридия Ir для получения этого металла из раствора.
После этого водород восстанавливает этот продукт с получением металла в виде порошка.
Литература
Головин В. А., Ульянова Э. X. Свойства благородных металлов и сплавов.; Масленицкий И. Н.,Чугаев Л. В. Металлургия благородных металлов. М. Савицкий Е.
Ссылки: Иридий история открытия, Иридий применение.