Благородният метал е иридий. Метал иридий: история, свойства, как се получава и къде се използва
Химия
Изминаха повече от два века, откакто се появиха първите сведения за платината, бял метал от Южна Америка. Дълго време хората бяха сигурни, че това е чист метал, точно като златото. Едва в самото начало на XIX век. Уоластън успява да изолира паладий и родий от естествена платина и през 1804 г. Тенант, изучавайки черната утайка, останала след разтварянето на естествената платина в царската вода, открива още два елемента в нея. Единият от тях той нарече осмий, а другият иридий. Солите на този елемент в различни условия бяха боядисани в различни цветове. Това свойство е в основата на името: на гръцки означава „дъга“.
През 1841 г. известният руски химик професор Карл Карлович Клаус започва да изучава така наречените платинови остатъци, тоест неразтворимата утайка, останала след третирането на сурова платина с царска вода.
„В самото начало на работата“, пише Клаус, „бях изненадан от богатството на моя остатък, тъй като извлечех от него, освен 10% платина, значително количество иридий, родий, осмий, няколко паладия и смес от различни метали със специално съдържание”...
Клаус информира минните власти за богатството на останките. Властите се заинтересуваха от откритието на казанския учен, което обещаваше значителни ползи. По това време е сечена монета от платина и получаването на благородния метал от останките изглежда много обещаващо. Година по-късно монетният двор в Санкт Петербург дава на Клаус половин пуд остатъци. Но те се оказали бедни на платина и ученият решил да проведе изследване върху тях, „интересно за науката“.
„В продължение на две години“, пише Клаус, „непрекъснато се занимавах с това трудно, продължително и дори вредно изследване“ и през 1845 г. публикувах работата „Химическо изследване на останките от уралската платинена руда и метал рутений“. Това беше първото систематично изследване на свойствата на аналозите на платината. В него за първи път са описани и химичните свойства на иридия.
Клаус отбеляза, че се занимава с иридий повече от други метали от платинената група. В главата за иридия той обърна внимание на неточностите, направени от Берцелиус при определянето на основните константи на този елемент, и обясни тези неточности с факта, че почитаемият учен е работил с иридий, съдържащ примес от рутений, тогава все още неизвестен на химиците. и открит едва в хода на „химическото изследване на остатъци от уралска платинена руда и метал рутений.
Какъв е той, иридий?
Атомната маса на елемент #77 е 192,2. В периодичната таблица той е между осмий и платина. И в природата се среща главно под формата на осмичен иридий - чест спътник на естествената платина. В природата няма самороден иридий.
Иридий - сребристо бял метал, много твърд, тежък и издръжлив. Според International Nickel and Co., това е най-тежкият елемент: неговата плътност е 22,65 g/cm 3 , а плътността на неговия постоянен спътник, осмий, е вторият най-тежък, 22,61 g/cm 3 . Вярно е, че повечето изследователи се придържат към различна гледна точка: те вярват, че иридият все още е малко по-лек от осмия.
Естественото свойство на иридия (известен още като платиноид!) е висока устойчивост на корозия. Не се влияе от киселини нито при нормални, нито при повишени температури. Дори известният монолитен иридий от царска аква е "твърде здрав". Само разтопените алкали и натриевият пероксид предизвикват окисление на елемент 77.
Иридият е устойчив на халогени. Реагира с тях много трудно и само при повишени температури. Хлорът образува четири хлорида с иридий: IrCl, IrCl 2 , IrCl 3 и 1gCl 4 . Иридиевият трихлорид се получава най-лесно от иридиев прах, поставен в поток от хлор при 600°C. Единственото халидно съединение, в което иридият е шествалентен, е флуорид IrF 6 . Фино смлян иридий се окислява при 1000°C и в струя кислород, като в зависимост от условията могат да се получат няколко съединения с различен състав.
Както всички метали от платиновата група, иридият образува комплексни соли. Сред тях има соли със сложни катиони, например Cl 3 и соли със сложни аниони, например K 3 * ZH 2 0. Като комплексообразуващ агент иридий е подобен на съседите си в периодичната таблица.
Чист иридий се получава от самороден осмиев иридий и от остатъците от платинени руди (след като от тях са извлечени платина, осмий, паладий и рутений). Няма да разширяваме технологията за получаване на иридий, препращайки читателя към статиите "Родий", "Осмий" и "Платина".
Иридий се получава под формата на прах, който след това се пресова в полуготови продукти и се легира или прахът се стопява в електрически пещи в атмосфера на аргон. Чистият иридий може да бъде изкован, когато е горещ, но при обикновени температури е крехък и неработоспособен.
Иридий в действие
Чистият иридий се използва за направата на тигели за лабораторни цели и мундщуци за издухване на огнеупорно стъкло. Можете, разбира се, да използвате иридий като покритие. Тук обаче има трудности. По обичайния електролитен начин иридий се нанася трудно върху друг метал и покритието е доста свободно. Най-добрият електролит би бил сложният иридиев хексахлорид, но той е нестабилен във воден разтвор и дори в този случай качеството на покритието оставя много да се желае.
Разработен е метод за електролитно производство на иридиеви покрития от разтопени калиеви и натриеви цианиди при 600 ° C. В този случай се образува плътно покритие с дебелина до 0,08 mm.
По-малко трудоемко е получаването на иридиеви покрития чрез облицовка. Върху основния метал се полага тънък слой метално покритие и след това този „сандвич“ преминава под гореща преса. По този начин се получават волфрамови и молибденови жици с иридиево покритие. Заготовка от молибден или волфрам се вкарва в иридиева тръба и се изковава в горещо състояние, след което се изтегля до желаната дебелина при 500-600 ° C. Този проводник се използва за направата на контролни решетки в електронни тръби.
Възможно е нанасяне на иридиеви покрития върху метали и керамика чрез химически средства. За това се получава разтвор на сложна сол на иридий, например с фенол или друго органично вещество. Такъв разтвор се нанася върху повърхността на продукта, който след това се нагрява до 350-400 ° C в контролирана атмосфера, тоест в атмосфера с контролиран редокс потенциал. При тези условия органичната материя се изпарява или изгаря, а слоят иридий остава върху продукта.
Но покритията не са основното приложение на иридия. Този метал подобрява механичните и физикохимичните свойства на други метали. Обикновено се използва за увеличаване на тяхната здравина и твърдост. Добавянето на 10% иридий към относително меката платина почти утроява нейната твърдост и якост на опън. Ако количеството иридий в сплавта се увеличи до 30%, твърдостта на сплавта няма да се увеличи много, но якостта на опън ще се удвои отново - до 99 kg / mm 2. Тъй като такива сплави имат изключителна устойчивост на корозия, те се използват за направата на топлоустойчиви тигли, които могат да издържат на силна топлина в агресивна среда. В такива тигели, по-специално, се отглеждат кристали за лазерна технология. Платино-иридиеви сплави също привличат бижутери - бижутата, направени от тези сплави, са красиви и почти не се износват. Стандартите също са направени от платинено-иридиева сплав, понякога хирургически инструмент.
В бъдеще иридиево-платинените сплави могат да придобият особено значение в така наречената нискотокова технология като идеален контактен материал. Всеки път, когато се направи и отвори обикновен меден контакт, се произвежда искра; в резултат на това повърхността на медта се окислява доста бързо. При контактори за високи токове, например за електрически двигатели, това явление не е много вредно за работа: контактната повърхност се почиства от време на време с шкурка и контакторът отново е готов за работа. Но когато имаме работа с нискотоково оборудване, например в комуникационните технологии, тънък слой меден оксид има много силен ефект върху цялата система, което затруднява преминаването на тока през контакта. А именно в тези устройства честотата на превключване е особено голяма - достатъчно е да извикате автоматични телефонни централи (автоматични телефонни централи). Тук на помощ идват негорящите платино-иридиеви контакти - те могат да работят почти завинаги! Единственото жалко е, че тези сплави са много скъпи и засега не са достатъчни.
Добавете не само към платината. Малките добавки на елемент № 77 към волфрам и молибден повишават здравината на тези метали при високи температури. Оскъдното добавяне на иридий към титан (0,1%) драстично повишава неговата вече значителна устойчивост на киселини. Същото важи и за хрома. Термодвойки, изработени от иридий и иридиево-родиева сплав (40% род) работят надеждно при високи температури в окисляваща атмосфера. Сплав от иридий и осмий се използва за направата на точки за запояване на върхове на писалки и игли на компас.
Обобщавайки, можем да кажем, че металният иридий се използва поради неговата постоянство. Подобно на други метали от група VIII, иридият може да се използва в химическата промишленост като катализатор. Иридиево-никелови катализатори понякога се използват за производство на пропилен от ацетилен и метан. Иридият е бил част от платинените катализатори за образуване на азотни оксиди (в процеса на получаване на азотна киселина).Един от оксидите на иридия, Ir0 2, се е опитал да се използва в порцелановата индустрия като черна боя. Но тази боя е твърде скъпа...
Запасите от иридий на Земята са малки, съдържанието му в земната кора се изчислява в милионни от процента. Производството на този елемент също е малко - не повече от тон годишно. В световен мащаб! В тази връзка е трудно да се предположи, че с течение на времето ще настъпят драматични промени в съдбата на иридия - той завинаги ще остане рядък и скъп метал. Но където се използва, той служи безупречно и тази уникална надеждност е гаранция, че науката и индустрията на бъдещето няма да минат без иридий.
ИРИДИЙ СТРАЖ. В много химически и металургични индустрии, като например доменни пещи, е много важно да се знае нивото на твърдите вещества в инертните материали. Обикновено за такъв контрол се използват обемисти сонди, окачени на специални сондови лебедки. През последните години сондите бяха заменени с малки по размер контейнери с изкуствен радиоактивен изотоп - иридий-192. Ядрата от 1921 г. излъчват високоенергийни гама лъчи; полуживотът на изотопа е 74,4 дни. Част от гама-лъчите се поглъщат от сместа, а приемниците на радиация записват отслабването на потока. Последното е пропорционално на разстоянието, което лъчите изминават в сместа. Иридий-192 се използва успешно и за контрол на заварки; с негова помощ всички необработени места и чужди включвания са ясно записани на филма. Гама дефектоскопи с иридий-192 се използват и за контрол на качеството на продуктите от стомана и алуминиеви сплави.
Ефект на Мьосбауер. През 1958 г. младият физик от Германия Рудолф Мьосбауер прави откритие, което привлича вниманието на всички физици по света. Ефектът, открит от Мьосбауер, направи възможно измерването на много слаби ядрени явления с удивителна точност. Три години след откритието, през 1961 г., Мьосбауер получава Нобелова награда за работата си. За първи път този ефект е открит върху ядрата на изотопа иридий-192.
СЪРЦЕТО БЪПЕ ПО-ТЕЖКО. Едно от най-интересните приложения на платинено-иридиеви сплави през последните години е производството на електрически сърдечни стимулатори от тях. Електроди с платинено-иридиеви скоби се имплантират в сърцето на пациент с ангина пекторис. Електродите са свързани към приемник, който също е в тялото на пациента. Генераторът с пръстеновидна антена се намира отвън, например, в джоба на пациента. Пръстеновата антена е монтирана на корпуса срещу приемника. Когато пациентът почувства, че идва пристъп на стенокардия, той включва генератора. Пръстеновата антена получава импулси, които се предават към приемника, а от него към платинено-иридиеви електроди. Електродите, като предават импулси към нервите, карат сърцето да бие по-активно. Сега в Русия много станции за линейка са оборудвани с подобни генератори. При спиране на сърцето се прави разрез на ключицата, в нея се вкарва електрод, свързан към генератора, включва се генераторът и след няколко минути сърцето започва да работи отново.
ИЗТОПИ - СТАБИЛНИ И НЕСТАБИЛНИ. В предишни бележки беше казано доста за радиоизотопа иридий-192, който се използва в многобройни устройства и дори участва във важно научно откритие. Но освен иридий-192, този елемент има още 14 радиоактивни изотопа с масови числа от 182 до 198. Най-тежкият изотоп в същото време е най-краткоживеещият, неговият полуживот е по-малко от минута. Изотопът иридий-183 е интересен само защото неговият полуживот е точно един час. Иридият има само два стабилни изотопа. Делът на по-тежкия иридий-193 в естествената смес е 62,7%. Делът на лекия иридий-191, съответно, е 37,3%.
ПОЛЕЗНИ ХЛОРИДАТИ. Хлориридите са сложни хлориди на четиривалентен иридий; тяхната обща формула е Me 2. Благодарение на хлориридатите по принцип е възможно да се разделят уверено съединения на подобни елементи като натрий и калий. Натриевият хлорид е разтворим във вода, а калиевият хлорид е практически неразтворим. Но за такава операция хлоридите са твърде скъпи, тъй като оригиналният иридий е скъп. Това обаче не означава, че хлориридите обикновено са безполезни. Способността на иридия да образува тези съединения се използва за изолиране на елемент No 77 от смес от платинени метали.
Иридият е химичен елемент с атомен номер 77 в периодичната система, обозначен със символа Ir (лат. иридий).
Историята на откриването на иридийПрез 1804 г. английският химик Смитсън Тенант, изследвайки черния прах, останал след разтварянето на естествената платина в царската вода, открива два нови елемента в него. Солите на една от тях бяха буквално боядисани във всички цветове на дъгата. На Тенант не му се е налагало дълго време да си бърка мозъците в търсене на подходящо име за него: елементът е наречен иридий, тъй като на гръцки „irioeides“ – иридий.
Съдбите на платинените метали са преплетени толкова тясно, че една история за един от тях е немислима без споменаване на другите. През 1840 г. професорът от Казанския университет К. К. Клаус се интересува от проблемите на преработката на уралска платинена руда. По негова молба от Монетния двор в Санкт Петербург му изпращат проби от остатъци от платина - неразтворима утайка, образувана след обработка на сурова платина с царска вода. „В самото начало на работата“, пише по-късно ученият, „бях изненадан от богатството на моя остатък, защото извлечех от него, освен 10% платина, значително количество иридий, родий, осмий, няколко паладия и смес от различни метали със специално съдържание...”
Ако отначало Клаус си постави само чисто практическа цел - да намери начин да преработи остатъците от платинова руда в платина, то скоро тези изследвания придобиха по-дълбок научен характер и напълно завладяха учения. „Пълни две години“, спомня си Клаус, „пъшках за това от ранна сутрин до късно през нощта, живеейки само в лабораторията, вечерях и пиех чай там, и по този начин се превърнах в ужасен емпирик“. Последното твърдение имаше много конкретно значение: според А. М. Бутлеров -
ученик Клаус, той „имал навика... при разтваряне на платинени руди в царска вода, да разбърква течността директно с всичките пет пръста и да определя силата на нереагиралите киселини на вкус“. Това обаче е характерно не само за Клаус, но и за други химици от старата школа, които, след като са получили каквото и да е вещество, винаги го „вкусват“ (до средата на 19 век, когато описват свойствата на веществото, той беше необходимо да се посочи вкусът му), излагайки се на голяма опасност. : така, известният шведски учен Карл Шееле почина, след като опита безводната циановодородна киселина, която получи. Работата на Клаус беше увенчана с успех: беше намерен метод за обработка на остатъци от платина и сега ученият трябваше да отиде в Санкт Петербург, за да докладва за това на министъра на финансите Е. Ф. Канкрин, който се интересуваше от успешното решение на проблема. За пътуване до столицата Клаус е принуден да заеме 90 рубли от един от приятелите си (ученият успява да изплати дълга само няколко години по-късно, когато придобива световна слава). След пристигането си в Санкт Петербург Клаус е приет от министъра два дни по-късно и получава разрешение от него да получи материалите, необходими за продължаване на изследванията. Дадоха му 1/2 фунта платинени остатъци и 1/4 фунта сурова платина. Връщайки се в Казан, ученият отново се потопи с глава в работата, която продължи много години и даде отлични резултати. Най-важният от тях е откриването през 1844 г. на неизвестен досега химичен елемент – последният „руски член на семейството на платината“. "Още при първата работа", пише Клаус, "забелязах наличието на ново тяло, но в началото не намерих начин да го отделя от примесите. Работих по тази тема повече от година, но накрая открих лесен и сигурен начин за получаването му в чисто състояние.Това новият метал, който нарекох рутений в чест на нашето отечество (от латинското наименование на Русия - С.В.), принадлежи без
съмнения за много любопитни тела."
Но откритието на Клаус не беше разпознато веднага. Ученият изпрати първите проби от съединения на новия елемент в Стокхолм J.Ya. Берцелиус, който се радваше на голям престиж сред всички химици. Какво беше разочарованието на Клаус, когато научи, че според този почтен учен изпратеното му вещество не съдържа нов елемент, а е лошо пречистено иридиево съединение. Убеден в своята невинност, Клаус провежда експерименти отново и отново, като понякога забравя за елементарните защитни мерки. Вярно е, че няколко години по-късно ученият предупреждава колегите си: „Когато работите с осмиев иридий, трябва да се пазите от изпаренията на осмовата киселина. Това е много летливо
веществото принадлежи към най-вредните тела и действа главно върху белите дробове и очите, предизвиквайки силни възпаления. Страдах много от нея. „Желанието на Клаус беше твърде голямо, за да убеди научния свят, че наистина е открит нов елемент и той най-накрая успя да го направи. Препаратите на рутениевите съединения отново бяха изпратени на Берцелиус и той след задълбочено проучване, разбра, че преди това е грешал в заключенията си. „Приемете моите искрени поздравления за отличните открития и тяхната елегантна обработка“, пише той на Клаус, „благодарение на тях, вашето име ще бъде незаличимо вписано в историята на химията "
Резултатът от упоритата работа на Клаус е работата „Химическо изследване на остатъците от уралска платинена руда и метал рутений“, публикувана през 1845 г., в която за първи път свойствата на иридия също са изчерпателно описани, а самият Клаус отбелязва, че той се интересуваше повече от иридия, отколкото от други метали от платинената група. Препоръките на учения се превърнаха в научна основа за създаване на технология за производство на иридий и други платиноиди.
Намиране на иридий в природата
Съдържанието на иридий в земната кора е незначително (10 −7 масови %). Той е много по-рядък от златото и платината и заедно с родий, рений и рутений е един от най-рядко разпространените елементи. Въпреки това, иридий е сравнително често срещан в метеоритите и е възможно действителното съдържание на метала на планетата да е много по-високо: неговата висока плътност и висок афинитет към желязото (сидерофилност) могат да доведат до изместване на иридий дълбоко в Земята, в ядрото на планетата, в процеса на нейното формиране от стопилката.
Физически свойстваиридий
Тежък, сребристо-бял метал, който е труден за обработка поради своята твърдост.
Кубичната решетка е лицево-центрирана, а 0=0,38387 nm
Електрическо съпротивление - 5,3 10 −8 Ohm m (при 0 °C)
Коефициент на линейно разширение - 6,5 × 10 −6 градуса
Модул на нормална еластичност - 52,029 × 10 6 kg / mm²
Химични свойстваиридий
Най-важните съединения с метала иридий
Иридиев (III) хидроксид Ir (OH) 3, по-точно хидратиран иридиев (III) оксид Ir 2 O 3 *nH 2 O зелена утайка, получена чрез утаяване от разтвор на натриев хлороирид (III) Na 3 . Съединенията на иридий(III) са редуциращи агенти, Ir(OH) 3 се окислява от кислород до Ir(OH) 4 . Ir 2 O 3 непропорционално на Ir и IrO 2 при нагряване.
Иридиев(IV) оксид. IrO 2 се получава като синьо-черен прах чрез разлагане на хидроксида или окисление на иридий. резисторен материал.
Иридиев хидроксид (IV) Ir (OH) 4. Тъмносиньо аморфно вещество, неразтворимо във вода, разтвори на киселини и основи, с изключение на концентрирана сярна киселина. Получава се чрез алкална хидролиза (NH 4) 2 .
Халогениди. Продуктът от директното взаимодействие на иридий с флуор е иридиев хексафлуорид IrF 6 . Това съединение е много активно, то не само реагира с вода според уравнението
IrF 6 + 5H 2 O \u003d Ir (OH) 4 + 6HF + 1 / 2O 2,
но дори окислява хлора и се образуват IrF 4 и ClF. Използва се за покритие.
Иридиеви (III) и (IV) хлориди, кристали, се хидролизират от вода. Характерно е образуването на комплексни хлориди при взаимодействие с хлориди на алкални метали: Na 3 - зелени кристали, Na 2 - тъмночервени, разтворими, калиеви и амониеви хексахлороиридати (IV) - слабо разтворими.
Иридиеви соли. Като цяло иридият образува малко общи соли. Солите на иридий(III) с комплексни катиони са подобни на съответните соли на хром (III) и кобалт(III), те са силни комплексни съединения X 3 , X 3 , X 2 .
Иридиеви карбонили: жълто-зелен Ir 2 (CO) 8, сублимира, и ярко жълт Ir 4 (CO) 12, се разлага при нагряване. Използва се за покритие.
В допълнение към иридий-192, който вече знаете, има още 14 радиоактивни изотопа на този елемент с масови числа от 182 до 198. Най-тежкият изотоп има най-кратък живот: неговият полуживот е по-малко от минута. Любопитното е, че полуживотът на иридий-183 е точно един час. Елементът има само два стабилни изотопа - иридий-191 и иридий-193. Делът на по-„тежките“ от тях в естествената смес представлява приблизително 62% от атомите.
Изотопът на иридия се свързва с откриването на така наречения ефект на Мсбауер, на който се основават удивително точни методи за измерване на малки количества и слаби явления, широко използвани във физиката, химията, биологията и геологията. Този ефект (или, казано строго научно, резонансно ядрено поглъщане на гама лъчи в твърди тела без откат) е открит от младия физик от Германия, Рудолф Мсбауер, през 1958 г. Няколко години по-рано, когато приключва обучението му във Висшето техническо училище в Мюнхен, той започва да търси тема за дипломната си работа. Един от професорите любезно предложи на студента дълъг списък от теми. Както си спомня самият Mssbauer, той не харесва нито един от тях, с изключение на последния (между другото, тринадесетия поред), чието основно предимство, според бъдещия физик, е, че той няма най-малката идея за това. Ставаше дума за резонансно поглъщане на гама кванти от атомни ядра. „Най-важното“, спомня си физикът, „беше, че ме мушнаха в носа по този въпрос“. И "това нещо" мина гладко. Първо беше защитена дипломата, две години по-късно дойде ред на дисертацията, а година по-късно се състоя и откриването. Работейки в Хайделберг, в Института за медицински изследвания Макс Планк, ученият продължи да работи върху резонансната абсорбция. Със специален брояч той определя броя на гама-квантите, преминали през метален иридий, по-точно през един от неговите изотопи; източниците на тези гама кванти са възбудени атомни ядра от същия изотоп. Ядрата в нормално състояние също могат да бъдат „възбудени“, но за това те трябва, поглъщайки гама квант, да получат такова количество енергия, което точно съответства на разликата между енергиите на ядрото във възбудено и основно състояние (това абсорбцията се нарича резонансна). Обикновено обаче енергията на гама лъчите се оказва малко по-малка от необходимата, тъй като част от нея се губи при отдръпване на излъчващото ядро (нещо подобно се случва, например, когато се изстреля оръдие или пистолет).
За да елиминира някои странични процеси, които биха могли да изкривят резултатите от експериментите, Mssbauer решава да охлади иридия до температурата на течен азот. В същото време той вярваше, че поради намаляване на скоростта на ядрата, резонансното поглъщане ще намалее и съответно ще се увеличи броят на гама-квантите, преминаващи през иридий (други физици бяха на същото мнение). За изненада на експериментатора всичко се оказа обратното. Каква е причината? Ученият заключава: в твърди тела при достатъчно ниска температура откатът се възприема не от едно ядро, а от цялото вещество и следователно загубата на енергия за откат е изчезващо малка, т.е. енергията на гама кванта е точно
е равна на разликата между енергиите на ядрото във възбудено и основно състояние. Това откритие е признато за едно от най-важните научни събития на нашето време (през 1961 г. Мсбауер е удостоен с Нобелова награда). Днес ефектът на Mssbauer вече е открит върху няколко десетки елемента, но историята на науката завинаги свърза откриването на този най-важен физически феномен с героя на нашата история - иридий.
Разпискаиридий
Основният източник на производство на иридий е анодната утайка от медно-никеловата утайка. От концентрата на металите от платиновата група се отделят Au, Pd, Pt и др. Остатъкът, съдържащ Ru, Os и Ir, се легира с KNO 3 и KOH, сплавта се излугва с вода, разтворът се окислява с Cl 2, OsO 4 и RuO 4 се отдестилират, а утайката, съдържаща иридий, се стопява с Na 2 O 2 и NaOH, сплавта се обработва с царска аква и разтвор на NH 4 Cl, утаявайки иридий под формата на (NH 4) 2, който след това се калцинира за получаване на метален Ir. Обещаващ метод е извличането на иридий от разтвори чрез екстракция на хексахлороиридати с по-високи алифатни амини. За отделянето на иридий от неблагородни метали е обещаващо използването на йонообмен. За извличане на иридий от минерали от осмичната иридиева група, минералите се легират с BaO 2 , обработват се със солна киселина и царска вода, OsO 4 се отдестилира и иридий се утаява под формата на (NH 4) 2 .
В наше време чистият иридий се изолира от самороден осмиридий и от остатъците от платинени руди, но преди това с помощта на различни реагенти от тях се извличат платина, осмий, паладий и рутений и едва след това идва ред на иридия. Полученият прах или се пресова в полуготови продукти и се легира или претопява в електрически пещи в атмосфера на аргон. При обикновени температури иридият е крехък и не може да бъде обработен по никакъв начин, но когато е горещ, той е по-„податлив“ и позволява да бъде изкован.
Приложениеиридий
Сплави с W и Th - материали за термоелектрични генератори, с Hf - материали за резервоари за гориво в космически кораби, с Rh, Re, W - материали за термодвойки, работещи над 2000 °C, с La и Ce - материали за термоелектронни катоди.
Иридий се използва и за направата на накрайници за писалки. Малка топка иридий може да бъде намерена на върховете на перцата и мастилените пълнители, особено се вижда на златните перца, където се различава по цвят от самия перо.
Желязо-никелов метеорит, съдържащ много иридий и други, и поради това изключително масивен, се разби в Земята, удряйки ръба на полуостров Юкатан (Мексико) преди 65 милиона години - в ерата на неразделното царуване на динозаврите.
Почвата от кратера с диаметър 180 и дълбочина 20 километра частично се изпарява (заедно с по-голямата част от иридия), частично се разпръсква. Настъпи прашен здрач. Ударната вълна, която премина както през, така и около планетата, инициира мащабни изригвания в Азия и на територията на Индостан, който по това време плаваше от Мадагаскар на север и още не беше прекосил екватора. Дим и прах от вулканичен произход изостриха още повече ситуацията...
Иридий - маркер за космическа катастрофа
Някои от учените предполагат, че изобилието от тежки метали във въздушното окачване е убило динозаврите. Въпреки това, най-напредналите биолози са склонни да смятат комбинацията от два фактора за фатална: колосалните размери на животните и... рефлексът на кихане. Рязкото повишаване на кръвното налягане по време на спонтанно изчистване на дихателните пътища е пагубно за кръвоносните съдове - особено ако трябва да кихате непрекъснато.Изчезването на динозаврите направи възможно развитието на бозайниците, резултат от еволюцията на които е появата на човека. Благодарен на небесното застъпничество, човекът провел изследвания върху остатъци от метеорит от най-големите кратери. Съдържанието на иридий в отломките на метални гости от космоса се оказа рекордно. Също толкова рекордно е съдържанието на иридий в седиментните скали, които са покрили земята малко след катастрофата в Юкатан.
По-голямата част от благородния метал обаче, убедени са геолозите, е скрит в недрата на Земята.
Произход и свойства на иридия
Като всички платиноиди, иридий е продукт на многоетапен ядрен синтез на елементи, възможно при експлозии на свръхнови или при катаклизми от още по-голям мащаб. Образува се малко иридий, но Земята имаше късмета да се образува в регион, богат на метали. Естествена (макар и непотвърдена) изглежда е концентрацията на иридий (както и платина) в ядрото на планетата.Остатъците от иридий в земната кора са незначителни (златото е 40 пъти повече), но позволяват извличането на няколко тона от благородния метал годишно. Честта да открие и кръсти иридий принадлежи на англичанина Смитсън Тенант. Очарован от многоцветните метални соли (млечно бял KIrF6, лимонено жълт IrF5, жълт K3IrCl6, зелен Na3IrBr6, бордо Cs3IrI6, малинов Na2IrBr6, черен IrI3), ученият предложи да даде на новия елемент името Ирида, гръцката богиня на дъга.
При обработката иридият е неподатлив. Отне тридесет години, за да се получи метал, пречистен от примеси. Както се оказа, чистият иридий се изковава при ярки температури на светене. Охлаждайки, той губи способността си да издържа на механично натоварване и се разпада при натоварване. Иридий на прах, запечатан в стъклени съдове, е продукт на работата на рафинериите.
Дълго време иридият се смяташе за шампион по плътност. Още днес теоретичните изчисления изведоха осмия на първо място - разликата обаче е толкова малка, че не може да бъде потвърдена с просто претегляне. А отделянето на осмий от иридий не е лесна задача!
Иридий и осмий - братя завинаги
В природата иридий и осмий често се комбинират. Естествена смес от метали може да се нарече осмиридий - ако има повече осмий - или иридиосмий, ако процентът на иридий в сплавта е по-висок. Във вътрешната минералогична практика са фиксирани имената на осмирид и осмиев иридид.Според легендата през първата половина на 20-ти век естествените осмиридни кристали са били запоени към върховете на златните върхове на „вечните“ химикалки, за да се осигури меко писане. Всъщност подобни експерименти са рядкост, а в масовата реалност златните перца на писалките са подсилени с волфрам.
Сред любителите на бижута има малко, но стабилно и напълно неудовлетворено търсене на продукти от естествен осмирид. Феновете на екзотични бижута понякога питат за възможността за изработка на продукти от осмиридий.
За съжаление този минерал е изключително рядък и не е много декоративен - въпреки че се характеризира със силен метален блясък. Osmiride е твърд, крехък и почти невъзможен за обработка. В допълнение, естествената смес от иридий и осмий често съдържа значително количество примеси - платина, злато - което променя както външния вид, така и цената на материала.
Изкуствено получените сплави от иридий и осмий са строго нормализирани според процентния състав на елементите, но са скъпи, търсени в индустрията и нискотехнологични по отношение на бижутата.
Приложение на иридий
След като стана ясно необходимостта от иридий за производството на свещи с първокласно качество, автомобилната индустрия се превърна в основен потребител на благородния метал. Възходите и паденията в производството на леки автомобили и иридиеви свещи за тях предизвикват колебания в цените на рафинирания метал. За една година автомобилните производители по света могат да вдигнат търсенето на иридий от един тон на почти единадесет - така че следващата година, поради кризата с спад в продажбите, да могат да се справят с половин тон скъпоценен платиноид.Нуждата от иридий е постоянна сред производителите на оборудване, работещо в екстремни условия. Реактивните двигатели изискват иридиеви сплави поради тяхната якост при висока температура. Топлоустойчива сплав от иридий е елемент от електроцентралите на космическите роботи, работещи с атомна енергия. Титанът, легиран с иридий, служи в тръбопроводи, способни да работят в океанските дълбини.
Радиоактивен иридий 192 - основният инструмент за контрол на качеството на заварките. Същият източник на гама лъчение помага на лекарите да победят туморните процеси.
Слой от иридий с дебелина няколко атома покрива огледалата на телескопите, които приемат рентгенови лъчи. В миналото използването на платинено-иридиево покритие удължава живота на артилерийските ключалки.
В бижутерската индустрия иридий се използва за подрязване и инкрустации, въпреки че в последно време се правят опити за изработване на бижута от иридий. Иридацията на платина за бижута е много по-традиционна: десет процента добавяне на иридий прави продукта издръжлив, устойчив на износване и красив.
Иридий (от гръцки ирисова дъга) е химичен елемент с атомен номер 77 в периодичната система, означен със символа Ir (лат. Iridium). Това е много твърд, огнеупорен, сребристо-бял преходен благороден метал от групата на платината. Плътността му, заедно с плътността на осмия, е най-високата сред всички метали (плътностите на Os и Ir са почти равни). Заедно с други членове на семейството на платината иридият е благороден метал.
През 1804 г., докато изучава черната утайка, останала след разтварянето на самородната платина в царската вода, английският химик С. Тенант открива два нови елемента в нея. Един от тях той нарече осмий, а вторият - иридий. Солите на втория елемент в различни условия са боядисани в различни цветове. Този имот е в основата на неговото име.
Иридият е много рядък елемент, съдържанието му в земната кора е 1 10–7% от масата. Той е много по-рядък от златото и платината и заедно с родий, рений и рутений е един от най-рядко разпространените елементи. В природата се среща главно под формата на осмичен иридий, чест спътник на естествената платина. В природата няма самороден иридий.
Целият иридий е нетоксичен, но някои от неговите съединения, като IrF6, са силно токсични. В дивата природа не играе никаква биологична роля.
ФИЗИЧЕСКИ СВОЙСТВА НА ИРИДИЙ
Поради своята твърдост иридият е труден за обработка.
Твърдост по скалата на Моос - 6,5.
Плътност 22,42 g/cm3.
Точка на топене 2739 К (2466 °С).
Точка на кипене 4701 K (4428 °C).
Специфичен топлинен капацитет 0,133 J/(K mol).
Топлопроводимост 147 W/(m K).
Електрическо съпротивление 5,3 10-8 Ohm m (при 0 °C).
Коефициент на линейно разширение 6.5x10-6 град.
Модул на нормална еластичност 52.029x10-6 kg/mm2.
Топлота на топене 27,61 kJ/mol.
Топлината на изпаряване е 604 kJ/mol.
Моларен обем 8,54 cm3/mol.
Структурата на кристалната решетка е лицево-центрирана кубична.
Периодът на решетка е 3,840 A.
Естественият иридий се среща като смес от два стабилни изотопа: 191Ir (съдържание 37,3%) и 193Ir (62,7%). Радиоактивни изотопи на иридий с масови числа 164 - 199, както и много ядрени изомери, са получени чрез изкуствени методи. Най-тежкият изотоп е и най-краткоживеещият, с период на полуразпад по-малко от минута. Изотопът иридий-183 е интересен само защото неговият полуживот е точно един час. Радиоизотопът иридий-192 се използва широко в множество инструменти.
ХИМИЧНИ СВОЙСТВА НА ИРИДИЙ
Иридият има висока химическа устойчивост. Стабилен е на въздух, не реагира с вода. Компактният иридий при температури до 100 °C не реагира с всички известни киселини и техните смеси, включително царска вода.
Той взаимодейства с F2 при 400 - 450 °C и с Cl2 и S при температура на червена топлина. Хлорът образува четири хлорида с иридий: IrCl, IrCl2, IrCl3 и IrCl4. Иридиевият трихлорид се получава най-лесно от иридиев прах, поставен в поток от хлор при 600°C.
Иридиевият прах може да се разтвори чрез хлориране в присъствието на хлориди на алкални метали при 600 - 900 °C:
Ir + 2Cl2 + 2NaCl = Na2.
Взаимодействието с кислорода се осъществява само при температури над 1000°C, с образуването на иридиев диоксид IrO2, който е практически неразтворим във вода. Той се превръща в разтворима форма чрез окисление в присъствието на комплексообразуващ агент:
IrO2 + 4HCl + 2NaCl = Na2 + 2H2O.
Най-високата степен на окисление от +6 се появява в иридия в хексафлуорида IrF6, единственото халидно съединение, в което иридият е шествалентен. Той е много силен окислител, способен да окислява дори вода:
2IrF6 + 10H2O = 2Ir(OH)4 + 12HF + O2.
Както всички метали от платиновата група, иридият образува комплексни соли. Сред тях има и соли със сложни катиони, например Cl3 и соли със комплексни аниони, например K3 3H2O.
Депозити и производство
В природата иридият се среща под формата на сплави с осмий, платина, родий, рутений и други платинени метали. В дисперсна форма (10–4% от масата) се намира в сулфидни медно-никелови желязосъдържащи руди. Металът е един от компонентите на такива минерали като ауросмирид, сисертскит и невянскит.
Първичните находища на осмичен иридий се намират главно в перидотитни серпентинити на нагънати области (в Южна Африка, Канада, Русия, САЩ, Нова Гвинея). Годишното производство на иридий е около 10 тона.
Получаване на иридий
Основният източник на производство на иридий е анодната утайка от медно-никеловата утайка. Получената утайка се обогатява и, въздействайки върху нея с царска вода при нагряване, платината, паладий, родий, иридий и рутений се прехвърлят в разтвор под формата на хлоридни комплекси H2, H2, H3, H2 и H2. Осмият остава в неразтворима утайка.
От получения разтвор чрез добавяне на амониев хлорид NH4Cl първо се утаява платиненият комплекс (NH4)2, а след това комплексът от иридий (NH4)2 и рутений (NH4)2.
Когато (NH4)2 се калцинира на въздух, се получава метален иридий:
(NH4)2 = Ir + N2 + 6HCl + H2.
Прахът се пресова в полуготови продукти и се стопява или разтопява в електрически пещи в атмосфера на аргон.
Руски предприятия, произвеждащи иридий:
- АД "Красцветмет";
- АЕЦ "Билон";
- OJSC MMC Норилск Никел.
ПРИЛОЖЕНИЕ НА ИРИДИЙ
Иридий-192 е радионуклид с период на полуразпад от 74 дни, широко използван при откриване на дефекти, особено при условия, при които не могат да се използват генериращи източници (взривна среда, липса на захранващо напрежение с необходимата мощност).
Иридий-192 се използва успешно за контрол на заварки: с негова помощ всички необработени места и чужди включвания се записват ясно на фотографски филм.
Гама дефектоскопи с иридий-192 се използват и за контрол на качеството на продуктите от стомана и алуминиеви сплави.
При производството на доменни пещи малки контейнери със същия иридиев изотоп служат за контрол на нивото на материалите в пещта. Тъй като част от излъчените гама лъчи се поглъщат от сместа, степента на затихване на потока може да се използва, за да се определи доста точно колко далеч трябва да „проникнат“ лъчите през сместа, т.е. да се определи нейното ниво.
Особен интерес като източник на електроенергия представлява неговият ядрен изомер иридий-192m2 (с период на полуразпад от 241 години).
Иридият в палеонтологията и геологията е индикатор за слой, образувал се непосредствено след падането на метеорити.
Малките добавки на елемент № 77 към волфрам и молибден повишават здравината на тези метали при високи температури.
Оскъдното добавяне на иридий към титан (0,1%) драстично повишава неговата вече значителна устойчивост на киселини.
Същото важи и за хрома.
Сплави с W и Th - материали за термоелектрични генератори,
с Hf - материали за резервоари за гориво в космически кораби,
с Rh, Re, W - материали за термодвойки, работещи над 2000 °C,
с La и Ce - материали от термоелектронни катоди.
Сплав от иридий и осмий се използва за направата на точки за запояване на върхове на писалки и игли на компас.
За измерване на високи температури (2000-23000 °C) е проектирана термодвойка, чиито електроди са изработени от иридий и неговата сплав с рутений или родий. Засега такава термодвойка се използва само за научни цели и същата бариера стои на пътя за въвеждането й в индустрията - висока цена.
Иридий, заедно с мед и платина, се използва в свещите за двигатели с вътрешно горене като материал за направата на електроди, което прави такива свещи най-издръжливи (100-160 хиляди км пробег на автомобил) и намалява изискванията за искри напрежение.
Топлоустойчивите тигели са изработени от чист иридий, който безболезнено издържа на силна топлина в агресивна среда; в такива тигели, по-специално, се отглеждат монокристали от скъпоценни камъни и лазерни материали.
Едно от най-интересните приложения на платинено-иридиеви сплави е производството на електрически сърдечни стимулатори. Електроди с платинено-иридиеви скоби се имплантират в сърцето на пациент с ангина пекторис. Електродите са свързани към приемник, който също е в тялото на пациента. Генераторът с пръстеновидна антена се намира отвън, например, в джоба на пациента. Пръстеновата антена е монтирана на корпуса срещу приемника. Когато пациентът почувства, че идва пристъп на стенокардия, той включва генератора. Пръстеновата антена получава импулси, които се предават към приемника, а от него към платинено-иридиеви електроди. Електродите, като предават импулси към нервите, карат сърцето да бие по-активно.
Иридий се използва за покриване на повърхностите на продуктите. Разработен е метод за получаване на иридиеви покрития електролитно от разтопени калиеви и натриеви цианиди при 600°C. В този случай се образува плътно покритие с дебелина до 0,08 мм.
Иридият може да се използва в химическата промишленост като катализатор. Иридиево-никелови катализатори понякога се използват за производство на пропилен от ацетилен и метан. Иридият беше част от платинените катализатори за образуване на азотни оксиди (в процеса на получаване на азотна киселина).
От иридий се изработват и мундщуци за издухване на огнеупорно стъкло.
Платино-иридиеви сплави също привличат бижутери - бижутата, направени от тези сплави, са красиви и почти не се износват.
Стандартите също са направени от платинено-иридиева сплав. По-специално от тази сплав е направен стандартът за килограм.
Иридий се използва и за направата на накрайници за писалки. На върховете на перата може да се намери малка топка иридий, особено се вижда на златните пържоли, където се различава по цвят от самото перо.
Там, където се използва иридий, той служи безупречно и тази уникална надеждност е гаранция, че науката и индустрията на бъдещето няма да минат без този елемент.