Metalul prețios este iridiul. Iridiu metal: istorie, proprietăți, cum se obține și unde este utilizat
Chimie
Au trecut mai bine de două secole de când au apărut primele informații despre platină, un metal alb din America de Sud. Multă vreme oamenii au fost siguri că este un metal pur, la fel ca aurul. Abia chiar la începutul secolului al XIX-lea. Wollaston a reușit să izoleze paladiul și rodiul din platina nativă, iar în 1804 Tennant, studiind precipitatul negru rămas după dizolvarea platinei native în acva regia, a găsit încă două elemente în acesta. Unul dintre aceștia l-a numit osmiu, iar celălalt iridiu. Sărurile acestui element în diferite condiții au fost vopsite în culori diferite. Această proprietate a stat la baza numelui: în greacă înseamnă „curcubeu”.
În 1841, celebrul chimist rus profesor Karl Karlovich Klaus a început să studieze așa-numitele reziduuri de platină, adică precipitatul insolubil rămas după tratarea platinei brute cu apă regia.
„La începutul lucrării”, a scris Klaus, „am fost surprins de bogăția restului meu, pentru că am extras din ea, pe lângă 10% platină, o cantitate considerabilă de iridiu, rodiu, osmiu, mai multe paladiu și un amestec de diferite metale cu conținut special”...
Klaus a informat autoritățile miniere despre bogăția rămășițelor. Autoritățile au devenit interesate de descoperirea omului de știință din Kazan, care promitea beneficii semnificative. O monedă a fost bătută din platină în acel moment, iar obținerea metalului prețios din rămășițe părea foarte promițătoare. Un an mai târziu, Monetăria din Sankt Petersburg ia oferit lui Klaus o jumătate de pud de resturi. Dar s-au dovedit a fi săraci în platină, iar omul de știință a decis să efectueze un studiu asupra lor, „interesant pentru știință”.
„Timp de doi ani”, a scris Klaus, „am fost constant implicat în această cercetare dificilă, lungă și chiar dăunătoare”, iar în 1845 am publicat lucrarea „Studiul chimic al resturilor de minereu de platină din Ural și metal de ruteniu”. Acesta a fost primul studiu sistematic al proprietăților analogilor de platină. În ea au fost descrise pentru prima dată și proprietățile chimice ale iridiului.
Klaus a remarcat că s-a ocupat de iridiu mai mult decât de alte metale din grupul platinei. În capitolul despre iridiu, el a atras atenția asupra inexactităților făcute de Berzelius în determinarea constantelor de bază ale acestui element și a explicat aceste inexactități prin faptul că venerabilul om de știință a lucrat cu iridiu care conținea un amestec de ruteniu, pe atunci încă necunoscut chimiștilor. și descoperit doar în cursul „studiului chimic al reziduurilor de minereu de platină Ural și ruteniu metal.
Ce este el, iridium?
Masa atomică a elementului #77 este 192,2. În tabelul periodic, este între osmiu și platină. Și în natură, apare în principal sub formă de iridiu osmic - un însoțitor frecvent al platinei native. Nu există iridiu nativ în natură.
Iridiu - metal alb argintiu, foarte dur, greu și durabil. Potrivit International Nickel and Co., acesta este cel mai greu element: densitatea sa este de 22,65 g/cm 3 , iar densitatea însoțitorului său constant, osmiul, este al doilea cel mai greu, 22,61 g/cm 3 . Adevărat, majoritatea cercetătorilor aderă la un punct de vedere diferit: ei cred că iridiul este încă puțin mai ușor decât osmiul.
Proprietatea naturală a iridiului (alias platinoid!) Este rezistența ridicată la coroziune. Nu este afectat de acizi nici la temperaturi normale, nici la temperaturi ridicate. Chiar și celebrul iridiu monolitic aqua regia este „prea dur”. Numai alcaliile topite și peroxidul de sodiu provoacă oxidarea elementului 77.
Iridiul este rezistent la halogeni. Reacționează cu ele cu mare dificultate și doar la temperaturi ridicate. Clorul formează patru cloruri cu iridiu: IrCl, IrCl 2 , IrCl 3 și 1gCl 4 . Triclorura de iridiu se obține cel mai ușor din pulberea de iridiu plasată într-un curent de clor la 600 ° C. Singurul compus halogenură în care iridiul este hexavalent este fluorura IrF 6 . Iridul măcinat fin se oxidează la 1000°C și într-un jet de oxigen și, în funcție de condiții, se pot obține mai mulți compuși de compoziție diferită.
Ca toate metalele din grupa platinei, iridiul formează săruri complexe. Printre acestea există săruri cu cationi complecși, de exemplu, Cl 3 și săruri cu anioni complecși, de exemplu, K 3 * ZH 2 0. Ca agent de complexare, iridiul este similar cu vecinii săi din tabelul periodic.
Iridiul pur se obține din osmium iridium nativ și din resturile de minereuri de platină (după ce din acestea s-au extras platină, osmiu, paladiu și ruteniu). Nu vom extinde tehnologia de obținere a iridiului, trimițând cititorul la articolele „Rodiu”, „Osmiu” și „Platină”.
Iridiul se obține sub formă de pulbere, care este apoi presată în produse semifabricate și aliată, sau pulberea este topită în cuptoare electrice în atmosferă de argon. Iridiul pur poate fi forjat atunci când este fierbinte, dar la temperaturi obișnuite este fragil și nefuncționabil.
Iridium în acțiune
Iridiul pur este folosit pentru fabricarea creuzetelor în scopuri de laborator și a muștiștilor pentru suflarea sticlei refractare. Puteți folosi, desigur, iridiu ca acoperire. Cu toate acestea, există dificultăți aici. În modul electrolitic obișnuit, iridiul este aplicat pe un alt metal cu dificultate, iar stratul de acoperire este destul de liber. Cel mai bun electrolit ar fi hexaclorura de iridiu complexă, dar este instabilă în soluție apoasă și chiar și în acest caz calitatea acoperirii lasă de dorit.
A fost dezvoltată o metodă pentru producerea electrolitică a acoperirilor de iridiu din cianuri de potasiu și sodiu topite la 600 ° C. În acest caz, se formează un strat dens de până la 0,08 mm grosime.
Este mai puțin laborioasă obținerea de acoperiri cu iridiu prin placare. Un strat subțire de acoperire metalică este așezat pe metalul de bază, iar apoi acest „sandviș” trece sub o presă fierbinte. În acest fel, se obțin fire de tungsten și molibden acoperite cu iridiu. O țagla de molibden sau wolfram este introdusă într-un tub de iridiu și forjată în stare fierbinte, apoi trasă la grosimea dorită la 500-600 ° C. Acest fir este folosit pentru a face grile de control în tuburile electronice.
Este posibil să se aplice acoperiri cu iridiu pe metale și ceramică prin mijloace chimice. Pentru aceasta, se obține o soluție dintr-o sare complexă de iridiu, de exemplu, cu fenol sau altă substanță organică. O astfel de soluție este aplicată pe suprafața produsului, care este apoi încălzită la 350-400 ° C într-o atmosferă controlată, adică într-o atmosferă cu un potențial redox controlat. În aceste condiții, materia organică se evaporă sau se arde, iar stratul de iridiu rămâne pe produs.
Dar acoperirile nu sunt principala aplicație a iridiului. Acest metal îmbunătățește proprietățile mecanice și fizico-chimice ale altor metale. De obicei, este folosit pentru a le crește rezistența și duritatea. Adăugarea de 10% iridiu la platină relativ moale aproape că își triplează duritatea și rezistența la tracțiune. Dacă cantitatea de iridiu din aliaj crește la 30%, duritatea aliajului nu va crește mult, dar rezistența la tracțiune se va dubla din nou - până la 99 kg / mm 2. Deoarece astfel de aliaje au o rezistență excepțională la coroziune, ele sunt utilizate pentru a face creuzete rezistente la căldură care pot rezista la căldură puternică în medii agresive. În astfel de creuzete, în special, sunt crescute cristale pentru tehnologia laser. Aliajele de platină-iridiu atrag și bijutierii - bijuteriile realizate din aceste aliaje sunt frumoase și cu greu se uzează. Standardele sunt, de asemenea, realizate dintr-un aliaj de platină-iridiu, uneori un instrument chirurgical.
În viitor, aliajele iridiu-platină pot deveni de o importanță deosebită în așa-numita tehnologie de curent scăzut ca material de contact ideal. De fiecare dată când se face și se deschide un contact obișnuit de cupru, se produce o scânteie; ca urmare, suprafața de cupru se oxidează destul de repede. La contactoarele pentru curenți mari, de exemplu pentru motoarele electrice, acest fenomen nu este foarte dăunător pentru lucru: suprafața de contact este curățată din când în când cu șmirghel, iar contactorul este din nou gata de funcționare. Dar, când avem de-a face cu echipamente cu curent redus, de exemplu, în tehnologia comunicațiilor, un strat subțire de oxid de cupru are un efect foarte puternic asupra întregului sistem, îngreunând trecerea curentului prin contact. Și anume, la aceste dispozitive, frecvența de pornire este deosebit de mare - este suficient să rechemați centrale telefonice automate (centrale telefonice automate). Aici vin în ajutor contactele de platină-iridiu care nu arde - pot funcționa aproape pentru totdeauna! Singura pacat este ca aceste aliaje sunt foarte scumpe si pana acum nu sunt suficiente.
Adăugați nu numai la platină. Adăugări mici de element nr. 77 la wolfram și molibden măresc rezistența acestor metale la temperaturi ridicate. O adăugare slabă de iridiu la titan (0,1%) crește dramatic rezistența deja semnificativă la acizi. Același lucru este valabil și pentru crom. Termocuplurile din iridiu și aliaj de iridiu-rodiu (40% kin) funcționează fiabil la temperaturi ridicate într-o atmosferă oxidantă. Un aliaj de iridiu și osmiu este folosit pentru a face puncte de lipit pentru vârfurile stiloului și ace de busolă.
Rezumând, putem spune că iridiul metalic este folosit datorită constanței sale. Ca și alte metale din Grupa VIII, iridiul poate fi utilizat în industria chimică ca catalizator. Catalizatorii de iridiu-nichel sunt uneori folosiți pentru a produce propilenă din acetilenă și metan. Iridiul a făcut parte din catalizatorii de platină pentru formarea oxizilor de azot (în procesul de obținere a acidului azotic).Unul dintre oxizii de iridiu, Ir0 2, a fost încercat să fie folosit în industria porțelanului ca vopsea neagră. Dar această vopsea este prea scumpă...
Rezervele de iridiu de pe Pământ sunt mici, conținutul său în scoarța terestră este calculat în milionatimi de procent. Producția acestui element este, de asemenea, mică - nu mai mult de o tonă pe an. La nivel mondial! În acest sens, este greu de presupus că, în timp, vor veni schimbări dramatice în soarta iridiului - va rămâne pentru totdeauna un metal rar și scump. Dar acolo unde este folosit, servește impecabil, iar această fiabilitate unică este garanția că știința și industria viitorului nu se vor descurca fără iridiu.
IRIDIU PAGHTOR. În multe industrii chimice și metalurgice, cum ar fi furnalele, este foarte important să se cunoască nivelul de solide din agregate. De obicei, pentru un astfel de control se folosesc sonde voluminoase suspendate pe trolii speciale pentru sonde. În ultimii ani, sondele au fost înlocuite cu recipiente de dimensiuni mici cu un izotop radioactiv artificial - iridiu-192. Nucleele din 1921 emit raze gamma de înaltă energie; timpul de înjumătățire al izotopului este de 74,4 zile. O parte din razele gamma este absorbită de amestec, iar receptorii de radiații înregistrează slăbirea fluxului. Acesta din urmă este proporțional cu distanța pe care o parcurg fasciculele în amestec. Iridium-192 este, de asemenea, folosit cu succes pentru controlul sudurilor; cu ajutorul ei, toate locurile negătite și incluziunile străine sunt clar înregistrate pe film. Detectoarele de defecte Gamma cu iridiu-192 sunt, de asemenea, folosite pentru a controla calitatea produselor din oțel și aliaje de aluminiu.
efectul Mössbauer. În 1958, un tânăr fizician din Germania, Rudolf Mössbauer, a făcut o descoperire care a atras atenția tuturor fizicienilor din lume. Efectul descoperit de Mössbauer a făcut posibilă măsurarea fenomenelor nucleare foarte slabe cu o acuratețe uimitoare. La trei ani de la descoperire, în 1961, Mössbauer a primit Premiul Nobel pentru munca sa. Pentru prima dată acest efect a fost descoperit asupra nucleelor izotopului iridiu-192.
INIMA BATE MAI GRUP. Una dintre cele mai interesante aplicații ale aliajelor de platină-iridiu din ultimii ani este fabricarea de stimulatoare cardiace electrice din acestea. Electrozii cu cleme de platină-iridiu sunt implantați în inima unui pacient cu angină pectorală. Electrozii sunt conectați la un receptor, care se află și în corpul pacientului. Generatorul cu antenă inelă este amplasat în exterior, de exemplu, în buzunarul pacientului. Antena inel este montată pe corpul opus receptorului. Când pacientul simte că vine un atac de angină, pornește generatorul. Antena inelă primește impulsuri care sunt transmise către receptor și de la acesta către electrozii de platină-iridiu. Electrozii, prin transmiterea impulsurilor către nervi, fac inima să bată mai activ. Acum, în Rusia, multe stații de ambulanță sunt echipate cu generatoare similare. În caz de stop cardiac, se face o incizie în vena claviculară, se introduce în ea un electrod conectat la generator, se pornește generatorul, iar după câteva minute inima începe din nou să funcționeze.
ISOTOPS - STABIL ȘI INSTABIL. În notele anterioare, s-au spus destul de multe despre radioizotopul iridium-192, care este folosit în numeroase dispozitive și chiar implicat într-o descoperire științifică importantă. Dar, pe lângă iridiu-192, acest element are încă 14 izotopi radioactivi cu numere de masă de la 182 la 198. Cel mai greu izotop în același timp este cel mai scurt, timpul său de înjumătățire este mai mic de un minut. Izotopul iridiu-183 este interesant doar pentru că timpul său de înjumătățire este de exact o oră. Iridiul are doar doi izotopi stabili. Ponderea iridiului-193 mai greu în amestecul natural este de 62,7%. Cota iridiului-191, respectiv, este de 37,3%.
CLORIRIDATI UTILI. Cloriridații sunt cloruri complexe de iridiu tetravalent; formula lor generală este Me 2. Datorită cloridaților, este posibil, în principiu, să se separe cu încredere compuși ai unor elemente similare precum sodiul și potasiul. Clorura de sodiu este solubilă în apă, iar clorura de potasiu este practic insolubilă. Dar pentru o astfel de operație, clorurații sunt prea scumpi, deoarece iridiul original este scump. Acest lucru nu înseamnă, totuși, că cloriradații sunt în general inutili. Capacitatea iridiului de a forma acești compuși este utilizată pentru a izola elementul nr. 77 dintr-un amestec de metale de platină.
Iridiul este un element chimic cu număr atomic 77 în sistemul periodic, notat prin simbolul Ir (lat. Iridiu).
Istoria descoperirii iridiuluiÎn 1804, chimistul englez Smithson Tennant, examinând pulberea neagră rămasă după dizolvarea platinei native în acva regia, a descoperit două elemente noi în ea. Sărurile unuia dintre ele au fost literalmente pictate în toate culorile curcubeului. Tennant nu a fost nevoit să-și dezvolte creierul mult timp în căutarea unui nume potrivit pentru el: elementul a fost numit iridiu, deoarece în greacă „irioeides” - iridescent.
Destinele metalelor de platină se împletesc atât de strâns încât o poveste despre unul dintre ele este de neconceput fără să le menționăm pe celelalte. În 1840, profesorul de la Universitatea din Kazan K. K. Klaus a devenit interesat de problemele procesării minereului de platină Ural. La cererea sa, Monetăria din Sankt Petersburg i-a trimis mostre de reziduuri de platină - un precipitat insolubil format după prelucrarea platinei brute cu apă regia. „La începutul lucrării”, a scris mai târziu omul de știință, „am fost surprins de bogăția reziduului meu, pentru că am extras din acesta, pe lângă 10% platină, o cantitate considerabilă de iridiu, rodiu, osmiu, mai multe paladiu. și un amestec de diferite metale cu conținut special...”
Dacă la început Klaus și-a propus doar un obiectiv pur practic - să găsească o modalitate de a procesa resturile de minereu de platină în platină, atunci în curând aceste studii au dobândit un caracter științific mai profund și l-au capturat complet pe om de știință. „Timp de doi ani plini”, își amintește Klaus, „am gemut din cauza asta de dimineața devreme până seara târziu, locuind doar în laborator, luând cina și bând ceai acolo și, făcând asta, am devenit un empiric teribil.” Ultima afirmație avea un sens foarte specific: conform lui A. M. Butlerov -
student Klaus, el „avea un obicei... când dizolva minereurile de platină în acva regia, amesteca lichidul direct cu toate cele cinci degete și determina puterea acizilor nereacționați după gust”. Cu toate acestea, acest lucru a fost caracteristic nu numai lui Klaus, ci și altor chimiști din vechea școală, care, după ce au primit orice substanță, au „gustat” întotdeauna (până la mijlocul secolului al XIX-lea, când descriu proprietățile unei substanțe, acesta a fost necesar să-i indice gustul), expunându-se la mare pericol. : astfel, celebrul om de știință suedez Karl Scheele a murit după ce a gustat acidul cianhidric anhidru pe care l-a primit. Munca lui Klaus a fost încununată de succes: a fost găsită o metodă de procesare a reziduurilor de platină, iar acum omul de știință a fost nevoit să meargă la Sankt Petersburg pentru a raporta acest lucru ministrului de finanțe E.F.Kankrin, care era interesat de o soluție de succes a problemei. Pentru o călătorie în capitală, Klaus a fost nevoit să împrumute 90 de ruble de la unul dintre prietenii săi (omul de știință a reușit să-și ramburseze datoria doar câțiva ani mai târziu, când a câștigat faima mondială). La sosirea la Sankt Petersburg, Klaus a fost primit de ministru două zile mai târziu și a obținut de la acesta permisiunea de a obține materialele necesare pentru a continua cercetările. I s-au dat 1/2 liră de reziduuri de platină și 1/4 de liră de platină brută. Întorcându-se la Kazan, omul de știință s-a aruncat din nou cu capul în cap în muncă, care a durat mulți ani și a dat rezultate excelente. Cea mai importantă dintre ele a fost descoperirea în 1844 a unui element chimic necunoscut anterior - ultimul „membru rus al familiei platinei”. "Deja la prima lucrare", a scris Klaus, "am observat prezența unui corp nou, dar la început nu am găsit o modalitate de a-l separa de impurități. Am lucrat la acest subiect mai mult de un an, dar în cele din urmă am a descoperit o modalitate ușoară și sigură de a-l obține în stare pură.Acesta noul metal, pe care l-am numit ruteniu în onoarea patriei noastre (de la numele latin pentru Rusia - S.V.), aparține fără
îndoieli cu privire la corpurile foarte curioase”.
Dar descoperirea lui Klaus nu a fost recunoscută imediat. Omul de știință a trimis primele mostre de compuși ai noului element la Stockholm J.Ya. Berzelius, care se bucura de un mare prestigiu printre toți chimiștii. Care a fost dezamăgirea lui Klaus când a aflat că, potrivit acestui venerabil om de știință, substanța care i-a fost trimisă nu conținea un element nou, ci era un compus de iridiu slab purificat. Convins de nevinovăția sa, Klaus a efectuat experimente din nou și din nou, uitând uneori de măsurile elementare de protecție. Adevărat, câțiva ani mai târziu, omul de știință și-a avertizat colegii: „Când lucrați cu osmiu iridiu, trebuie să aveți grijă de vaporii de acid osmic. Acesta este o substanță foarte volatilă.
substanta apartine celor mai nocive corpuri si actioneaza in principal asupra plamanilor si ochilor, producand inflamatii puternice. Am suferit mult din cauza ei." Dorința lui Klaus a fost prea mare pentru a convinge lumea științifică că a fost cu adevărat descoperit un nou element și, în cele din urmă, a reușit să o facă. Preparatele din compuși de ruteniu au fost din nou trimise lui Berzelius, iar el, după cercetări amănunțite, și-a dat seama că anterior s-a înșelat în concluziile sale. „Acceptați sincerele mele felicitări pentru descoperirile excelente și prelucrarea lor elegantă”, i-a scris el lui Klaus, „mulțumită lor, numele dumneavoastră va fi înscris de neșters în istoria chimiei. ."
Rezultatul muncii grele a lui Klaus a fost lucrarea „Studiul chimic al resturilor de minereu de platină din Ural și metal de ruteniu” publicată în 1845, în care, pentru prima dată, proprietățile iridiului au fost, de asemenea, descrise cuprinzător, iar Klaus însuși a remarcat că s-a ocupat cu iridiu mai mult decât alte metale din grupa platinei. Recomandările omului de știință au devenit baza științifică pentru crearea unei tehnologii de producere a iridiului și a altor platinoizi.
Găsirea iridiului în natură
Conținutul de iridiu din scoarța terestră este neglijabil (10 −7 % în masă). Este mult mai rar decât aurul și platina și, alături de rodiu, reniu și ruteniu, este unul dintre elementele cele mai puțin comune. Cu toate acestea, iridiul este relativ comun la meteoriți și este posibil ca conținutul real al metalului de pe planetă să fie mult mai mare: densitatea sa mare și afinitatea mare pentru fier (siderofilitatea) ar putea duce la deplasarea iridiului adânc în Pământ, în miezul planetei, în procesul de formare din topire.
Proprietăți fiziceiridiu
Un metal greu, alb-argintiu, greu de prelucrat din cauza durității sale.
Rețeaua cubică este centrată pe față, un 0= 0,38387 nm
Rezistență electrică - 5,3 10 −8 Ohm m (la 0 °C)
Coeficientul de dilatare liniară - 6,5 × 10 −6 grade
Modulul de elasticitate normal - 52.029 × 10 6 kg / mm²
Proprietăți chimiceiridiu
Cei mai importanți compuși cu metalul iridiu
Hidroxid de iridiu (III) Ir (OH) 3, mai precis oxid de iridiu (III) hidratat Ir 2 O 3 *nH 2 O precipitat verde, obţinut prin precipitare dintr-o soluţie de cloriridat de sodiu (III) Na 3 . Compușii de iridiu(III) sunt agenți reducători, Ir(OH)3 este oxidat de oxigen la Ir(OH)4. Ir 2 O 3 disproporționează în Ir și IrO 2 când este încălzit.
Oxid de iridiu (IV). IrO 2 se obține sub formă de pulbere albastru-neagră prin descompunerea hidroxidului sau oxidarea iridiului. material de rezistență.
Hidroxid de iridiu (IV) Ir (OH) 4. Substanță amorfă de culoare albastru închis, insolubilă în apă, soluții de acizi și alcaline, cu excepția acidului sulfuric concentrat. Obținut prin hidroliză alcalină (NH4)2.
Halogenuri. Produsul interacțiunii directe a iridiului cu fluorul este hexafluorura de iridiu IrF 6 . Acest compus este foarte activ, nu numai că reacționează cu apa conform ecuației
IrF 6 + 5H 2 O \u003d Ir (OH) 4 + 6HF + 1 / 2O 2,
dar chiar oxidează clorul și se formează IrF 4 și ClF. Folosit pentru acoperire.
Clorurile de iridiu(III) și (IV), cristale, sunt hidrolizate de apă. Formarea clorurilor complexe la interacțiunea cu clorurile de metale alcaline este caracteristică: Na 3 - cristale verzi, Na 2 - roșu închis, solubile, hexacloroiridate de potasiu și amoniu (IV) - ușor solubile.
Săruri de iridiu. În general, iridiul formează puține săruri comune. Sărurile de iridiu (III) cu cationi complecși sunt similare sărurilor corespunzătoare de crom (III) și cobalt (III), sunt compuși complecși puternici X 3 , X 3 , X 2 .
Carbonili de iridiu: Ir 2 (CO) 8 galben-verzui, sublim și Ir 4 (CO) 12 galben strălucitor, se descompune la încălzire. Folosit pentru acoperire.
Pe lângă iridiu-192, pe care îl știți deja, există încă 14 izotopi radioactivi ai acestui element cu numere de masă de la 182 la 198. Cel mai greu izotop are cea mai scurtă viață: timpul său de înjumătățire este mai mic de un minut. În mod curios, timpul de înjumătățire al iridiului-183 este de exact o oră. Elementul are doar doi izotopi stabili - iridiu-191 și iridiu-193. Ponderea celor mai „greutati” dintre ei în amestecul natural reprezintă aproximativ 62% din atomi.
Izotopul iridiului este asociat cu descoperirea așa-numitului efect Mssbauer, pe care se bazează metode uimitor de precise pentru măsurarea cantităților mici și a fenomenelor slabe, utilizate pe scară largă în fizică, chimie, biologie și geologie. Acest efect (sau, pentru a spune strict științific, absorbția nucleară rezonantă a razelor gamma în solide fără recul) a fost descoperit de un tânăr fizician din Germania, Rudolf Mssbauer, în 1958. Cu câțiva ani mai devreme, când studiile sale la Școala Tehnică Superioară din München se apropiau de sfârșit, a început să caute o temă pentru teza sa. Unul dintre profesori i-a oferit cu amabilitate studentului o listă lungă de subiecte. După cum își amintește însuși Mssbauer, nu i-a plăcut niciunul dintre ele, cu excepția ultimului (apropo, al treisprezecelea la rând), al cărui avantaj principal, în opinia viitorului fizician, era că nu avea cea mai mica idee despre asta. Era vorba despre absorbția rezonantă a cuantelor gamma de către nucleele atomice. „Cel mai important lucru”, își amintește fizicianul, „a fost că m-au băgat în nas în această chestiune”. Și „chestia asta” a mers fără probleme. Mai întâi s-a susținut diploma, doi ani mai târziu a venit rândul disertației, iar un an mai târziu a avut loc deschiderea. Lucrând la Heidelberg, la Institutul Max Planck pentru Cercetări Medicale, omul de știință a continuat să lucreze la absorbția rezonantă. Cu un contor special, a determinat numărul de cuante gamma care trecuseră prin iridiu metalic, mai precis, printr-unul dintre izotopii săi; sursele acestor cuante gamma au fost nuclee atomice excitate ale aceluiași izotop. Nucleii în stare normală pot fi, de asemenea, „excitați”, dar pentru aceasta ei trebuie, după ce au absorbit un cuantum gamma, să primească o astfel de cantitate de energie care să corespundă exact diferenței dintre energiile nucleului în starea excitată și cea fundamentală (aceasta absorbția se numește rezonantă). De obicei, totuși, energia razelor gamma se dovedește a fi puțin mai mică decât este necesar, deoarece o parte din ea se pierde atunci când nucleul emițător se retrage (ceva similar se întâmplă, de exemplu, atunci când se trage un tun sau un pistol).
Pentru a elimina unele procese secundare care ar putea distorsiona rezultatele experimentelor, Mssbauer a decis să răcească iridiul la temperatura azotului lichid. În același timp, el credea că, din cauza scăderii vitezei nucleelor, absorbția rezonante va scădea, iar numărul de cuante gamma care trec prin iridiu va crește în mod corespunzător (alți fizicieni au fost de aceeași părere). Spre surprinderea experimentatorului, totul s-a dovedit a fi invers. Care este motivul? Omul de știință concluzionează: în solidele la o temperatură suficient de scăzută, recul este perceput nu de un nucleu separat, ci de întreaga substanță și, prin urmare, pierderea de energie pentru recul este extrem de mică, adică energia unui quantum gamma este exact.
este egală cu diferența dintre energiile nucleului în starea excitată și cea fundamentală. Această descoperire a fost recunoscută ca fiind unul dintre cele mai importante evenimente științifice ale vremurilor noastre (în 1961, Mssbauer a fost distins cu Premiul Nobel). Astăzi, efectul Mssbauer a fost deja descoperit pe câteva zeci de elemente, dar istoria științei a legat pentru totdeauna descoperirea acestui cel mai important fenomen fizic de eroul poveștii noastre - iridiul.
chitantairidiu
Principala sursă de producție de iridiu este nămolul anodic din producția de cupru-nichel. Din concentratul de metale din grupa platinei se separă Au, Pd, Pt etc.. Reziduul care conține Ru, Os și Ir este aliat cu KNO 3 și KOH, aliajul este levigat cu apă, soluția se oxidează cu Cl 2, OsO 4 și RuO 4 sunt distilate, iar precipitatul care conține iridiu este fuzionat cu Na 2 O 2 și NaOH, aliajul este tratat cu aqua regia și o soluție de NH 4 Cl, precipitând iridiu sub formă de (NH 4) 2, care se calcinează apoi pentru a obţine Ir metalic. O metodă promițătoare este extracția iridiului din soluții prin extracția hexacloroiridatelor cu amine alifatice superioare. Pentru separarea iridiului de metalele de bază, utilizarea schimbului de ioni este promițătoare. Pentru extragerea iridiului din mineralele din grupa osmică a iridiului, mineralele sunt aliate cu BaO 2 , tratate cu acid clorhidric și aqua regia, OsO 4 este distilat și iridiul este precipitat sub formă de (NH 4) 2 .
În vremea noastră, iridiul pur este izolat din osmiridiul nativ și din resturile de minereuri de platină, dar înainte de aceasta, folosind diverși reactivi, din aceștia se extrag platină, osmiu, paladiu și ruteniu și abia după aceea vine rândul iridiului. Pulberea rezultată este fie presată în produse semifabricate și aliată, fie retopită în cuptoare electrice într-o atmosferă de argon. La temperaturi obișnuite, iridiul este fragil și nu poate fi prelucrat în niciun fel, dar când este fierbinte, este mai „conform” și se lasă forjat.
Aplicațieiridiu
Aliaje cu W și Th - materiale pentru generatoare termoelectrice, cu Hf - materiale pentru rezervoarele de combustibil în nave spațiale, cu Rh, Re, W - materiale pentru termocupluri funcționate peste 2000 °C, cu La și Ce - materiale pentru catozi termoionici.
Iridiumul este, de asemenea, folosit pentru a face niște stilouri. O minge mică de iridiu se găsește pe vârfurile penelor și al rezervelor de cerneală, este vizibilă în special pe penele aurii, unde se deosebește ca culoare de penita în sine.
Un meteorit fier-nichel, care conține mult iridiu și altele și, prin urmare, extrem de masiv, s-a prăbușit în Pământ, lovind marginea Peninsulei Yucatan (Mexic) în urmă cu 65 de milioane de ani - în epoca domniei neîmpărțite a dinozaurilor.
Solul din crater cu un diametru de 180 și o adâncime de 20 de kilometri s-a evaporat parțial (împreună cu cea mai mare parte a iridiului), s-a dispersat parțial. A venit amurgul prăfuit. Unda de șoc, care a trecut atât prin și în jurul planetei, a inițiat erupții la scară largă în Asia și pe teritoriul Hindustanului, care la acea vreme naviga din Madagascar spre nord și nici măcar nu trecuse încă ecuatorul. Fumul și praful de origine vulcanică au exacerbat și mai mult situația...
Iridiul - un marker al unei catastrofe cosmice
Unii dintre oamenii de știință emit ipoteza că abundența metalelor grele din suspensia aeriană a ucis dinozaurii. Cu toate acestea, cei mai avansați biologi tind să considere fatală combinația a doi factori: dimensiunea colosală a animalelor și... reflexul strănutului. O creștere bruscă a tensiunii arteriale în timpul curățării spontane a tractului respirator este dăunătoare vaselor de sânge - mai ales dacă trebuie să strănuți necontenit.Dispariția dinozaurilor a făcut posibilă dezvoltarea mamiferelor, rezultatul evoluției cărora a fost apariția omului. Recunoscător mijlocirii cerești, bărbatul a efectuat cercetări asupra resturilor de meteoriți din cele mai mari cratere. Conținutul de iridiu din resturile oaspeților metalici din spațiu s-a dovedit a fi un record. La fel de record este și conținutul de iridiu din rocile sedimentare care au acoperit pământul la scurt timp după dezastrul Yucatan.
Cu toate acestea, majoritatea metalului nobil, geologii sunt siguri, este ascuns în măruntaiele Pământului.
Originea și proprietățile iridiului
Ca toți platinoizii, iridiul este un produs al fuziunii nucleare în mai multe etape a elementelor, posibil în explozii de supernove sau în cataclisme de o scară și mai mare. Se formează puțin iridiu, dar Pământul a avut norocul să se formeze într-o regiune bogată în metale. Naturală (deși neconfirmată) pare să fie concentrația de iridiu (precum și platină) în miezul planetei.Rămășițele de iridiu din scoarța terestră sunt nesemnificative (aurul este de 40 de ori mai mult), dar fac posibilă extragerea mai multor tone de metal nobil anual. Onoarea de a descoperi și de a numi iridiul îi aparține englezului Smithson Tennant. Fascinat de sărurile metalice multicolore (alb lăptos KIrF6, galben lămâie IrF5, galben K3IrCl6, verde Na3IrBr6, visiniu Cs3IrI6, zmeură Na2IrBr6, negru IrI3), omul de știință a sugerat să i se dea noului element numele de Irida, zeițele grecești.
În procesare, iridiul este neclintit. A fost nevoie de treizeci de ani pentru a obține un metal purificat din impurități. După cum sa dovedit, iridiul pur este forjat la temperaturi strălucitoare. La răcire, își pierde capacitatea de a suporta stresul mecanic și se sfărâmă sub sarcină. Pulberea de iridiu sigilată în vase de sticlă este un produs al muncii rafinăriilor.
Multă vreme, iridiul a fost considerat campionul din punct de vedere al densității. Deja astăzi, calculele teoretice au adus osmiul pe primul loc - totuși, diferența este atât de mică încât nu poate fi confirmată prin simpla cântărire. Iar separarea osmiului de iridiu nu este o sarcină ușoară!
Iridiu și osmiu - frați pentru totdeauna
În natură, iridiul și osmiul sunt adesea combinate. Un amestec natural de metale poate fi numit osmiridiu - dacă este mai mult osmiu - sau iridiosmiu dacă procentul de iridiu din aliaj este mai mare. În practica mineralogică internă, au fost fixate denumirile de osmirid și osmium iridide.Potrivit legendei, în prima jumătate a secolului al XX-lea, cristalele naturale de osmirură au fost lipite de vârfurile vârfurilor de aur ale stilourilor „eterne” pentru a asigura o scriere moale. De fapt, astfel de experimente sunt rare, iar în realitatea de masă, vârfurile de aur ale stilourilor sunt întărite cu wolfram.
Printre iubitorii de bijuterii, există o cerere mică, dar constantă și complet nesatisfăcută pentru produse fabricate din osmirid natural. Fanii bijuteriilor exotice întreabă uneori despre posibilitatea de a face produse cu osmiridiu.
Din păcate, acest mineral este extrem de rar și nu foarte decorativ - deși se caracterizează printr-un luciu metalic puternic. Osmirida este tare, fragilă și aproape imposibil de prelucrat. În plus, un amestec natural de iridiu și osmiu conține adesea o cantitate considerabilă de impurități - platină, aur - care modifică atât aspectul, cât și costul materialului.
Aliajele de iridiu și osmiu obținute artificial sunt strict normalizate în funcție de compoziția procentuală a elementelor, dar sunt scumpe, solicitate în industrie și low-tech în materie de bijuterii.
Aplicarea iridiului
După ce indispensabilitatea iridiului pentru producția de bujii de calitate premium a devenit clară, industria auto a devenit principalul consumator al metalului nobil. Susuri și coborâșuri în producția de autoturisme și lumânări cu iridiu pentru acestea provoacă fluctuații de preț pentru metalul rafinat. Într-un an, producătorii de automobile din lume pot crește cererea de iridiu de la o tonă la aproape unsprezece - pentru ca anul viitor, din cauza scăderii crizei a vânzărilor, să se descurce cu o jumătate de tonă de platinoid prețios.Nevoia de iridiu este constantă în rândul producătorilor de echipamente care operează în condiții extreme. Motoarele cu reacție necesită aliaje de iridiu din cauza rezistenței lor la temperaturi ridicate. Un aliaj de iridiu rezistent la căldură este un element al centralelor electrice ale roboților spațiali care funcționează cu energie atomică. Titanul aliat cu iridiu servește în conducte capabile să funcționeze în adâncurile oceanului.
Iridiul radioactiv 192 - instrumentul principal pentru controlul calității sudurilor. Aceeași sursă de radiații gamma ajută medicii să învingă procesele tumorale.
Un strat de iridiu gros de câțiva atomi acoperă oglinzile telescoapelor care primesc raze X. În trecut, utilizarea unui strat de platină-iridiu a prelungit durata de viață a încuietorilor de artilerie.
În industria de bijuterii, iridiul este folosit pentru tundere și incrustații, deși mai recent s-au făcut încercări de a face bijuterii cu iridiu. Iridarea bijuteriilor de platină este mult mai tradițională: un adaos de zece procente de iridiu face ca produsul să fie durabil, rezistent la uzură și frumos.
Iridiul (din greaca iris curcubeu) este un element chimic cu numarul atomic 77 in sistemul periodic, notat prin simbolul Ir (lat. Iridium). Este un metal prețios de tranziție foarte dur, refractar, alb-argintiu din grupa platinei. Densitatea sa, împreună cu densitatea osmiului, este cea mai mare dintre toate metalele (densitățile Os și Ir sunt aproape egale). Împreună cu alți membri ai familiei platinei, iridiul este un metal nobil.
În 1804, în timp ce studia precipitatul negru rămas după dizolvarea platinei native în acva regia, chimistul englez S. Tennant a găsit două elemente noi în el. Unul dintre ei l-a numit osmiu, iar al doilea - iridiu. Sărurile celui de-al doilea element în diferite condiții au fost vopsite în culori diferite. Această proprietate a stat la baza numelui său.
Iridiul este un element foarte rar, conținutul din scoarța terestră este de 1 10–7% din masă. Este mult mai rar decât aurul și platina și, alături de rodiu, reniu și ruteniu, este unul dintre elementele cele mai puțin comune. În natură, apare în principal sub formă de iridiu osmic, un însoțitor frecvent al platinei native. Nu există iridiu nativ în natură.
Iridul întreg este netoxic, dar unii dintre compușii săi, cum ar fi IrF6, sunt foarte toxici. În viața sălbatică, nu joacă niciun rol biologic.
PROPRIETĂȚI FIZICE ALE IRIDIULUI
Datorită durității sale, iridiul este greu de prelucrat.
Duritate pe scara Mohs - 6,5.
Densitate 22,42 g/cm3.
Punct de topire 2739 K (2466 °C).
Punct de fierbere 4701 K (4428 °C).
Capacitate termică specifică 0,133 J/(K mol).
Conductivitate termică 147 W/(m K).
Rezistență electrică 5,3 10-8 Ohm m (la 0 °C).
Coeficient de dilatare liniar 6,5x10-6 grade.
Modulul de elasticitate normal 52.029x10-6 kg/mm2.
Căldura de topire 27,61 kJ/mol.
Căldura de vaporizare este de 604 kJ/mol.
Volumul molar 8,54 cm3/mol.
Structura rețelei cristaline este cubică centrată pe față.
Perioada de grilaj este de 3.840 A.
Iridiul natural apare ca un amestec de doi izotopi stabili: 191Ir (conținut 37,3%) și 193Ir (62,7%). Izotopi radioactivi de iridiu cu numere de masă 164 - 199, precum și mulți izomeri nucleari, au fost obținuți prin metode artificiale. Cel mai greu izotop este, de asemenea, cel mai scurt timp de viață, cu un timp de înjumătățire de mai puțin de un minut. Izotopul iridiu-183 este interesant doar pentru că timpul său de înjumătățire este de exact o oră. Radioizotopul iridiu-192 este utilizat pe scară largă în numeroase instrumente.
PROPRIETĂȚI CHIMICE ALE IRIDIULUI
Iridiul are o rezistență chimică ridicată. Este stabil în aer, nu reacționează cu apa. Iridiul compact la temperaturi de până la 100 °C nu reacționează cu toți acizii cunoscuți și amestecurile acestora, inclusiv cu acva regia.
Interacționează cu F2 la 400 - 450 °C și cu Cl2 și S la o temperatură de căldură roșie. Clorul formează patru cloruri cu iridiu: IrCl, IrCl2, IrCl3 și IrCl4. Triclorura de iridiu se obtine cel mai usor din pulberea de iridiu pusa intr-un curent de clor la 600°C.
Pulberea de iridiu poate fi dizolvată prin clorurare în prezența clorurilor de metale alcaline la 600 - 900 °C:
Ir + 2Cl2 + 2NaCl = Na2.
Interacțiunea cu oxigenul are loc numai la temperaturi peste 1000°C, cu formarea de dioxid de iridiu IrO2, care este practic insolubil în apă. Este transformat într-o formă solubilă prin oxidare în prezența unui agent de complexare:
IrO2 + 4HCI + 2NaCl = Na2 + 2H2O.
Cea mai mare stare de oxidare de +6 apare în iridiu în hexafluorura IrF6, singurul compus halogenură în care iridiul este hexavalent. Este un agent oxidant foarte puternic, capabil să oxideze chiar și apa:
2IrF6 + 10H2O = 2Ir(OH)4 + 12HF + O2.
Ca toate metalele din grupa platinei, iridiul formează săruri complexe. Printre acestea se numără și săruri cu cationi complecși, de exemplu Cl3 și săruri cu anioni complecși, de exemplu K3 3H2O.
Depozite și producție
În natură, iridiul apare sub formă de aliaje cu osmiu, platină, rodiu, ruteniu și alte metale de platină. Într-o formă dispersată (10–4% din masă) se găsește în minereurile sulfurate de fier cupru-nichel. Metalul este unul dintre componentele unor minerale precum aurosmirida, sysertskite și nevyanskite.
Depozitele primare de iridiu osmic sunt localizate în principal în serpentinitele peridotitice ale zonelor pliate (în Africa de Sud, Canada, Rusia, SUA, Noua Guinee). Producția anuală de iridiu este de aproximativ 10 tone.
Obținerea iridiului
Principala sursă de producție de iridiu este nămolul anodic din producția de cupru-nichel. Nămolul rezultat este îmbogățit și, acționând asupra acestuia cu apă regia la încălzire, platină, paladiu, rodiu, iridiu și ruteniu sunt transferate în soluție sub formă de complexe de clorură H2, H2, H3, H2 și H2. Osmiul rămâne într-un precipitat insolubil.
Din soluția rezultată, prin adăugarea de clorură de amoniu NH4Cl, se precipită mai întâi complexul de platină (NH4)2, iar apoi complexul de iridiu (NH4)2 și ruteniu (NH4)2.
Când (NH4) 2 este calcinat în aer, se obține iridiu metalic:
(NH4)2 = Ir + N2 + 6HCI + H2.
Pulberea este presată în produse semifabricate și topită sau topită în cuptoare electrice într-o atmosferă de argon.
Întreprinderi rusești care produc iridiu:
- SA „Krastsvetmet”;
- CNE „Billon”;
- OJSC MMC Norilsk Nickel.
APLICAREA IRIDIULUI
Iridiul-192 este un radionuclid cu un timp de înjumătățire de 74 de zile, utilizat pe scară largă în detectarea defectelor, mai ales în condițiile în care sursele generatoare nu pot fi utilizate (medii explozive, lipsa tensiunii de alimentare a puterii necesare).
Iridium-192 este folosit cu succes pentru a controla sudurile: cu ajutorul lui, toate locurile nefierte și incluziunile străine sunt clar înregistrate pe film fotografic.
Detectoarele de defecte Gamma cu iridiu-192 sunt, de asemenea, folosite pentru a controla calitatea produselor din oțel și aliaje de aluminiu.
În producția de furnal, containerele mici cu același izotop de iridiu servesc la controlul nivelului materialelor din cuptor. Deoarece o parte din razele gamma emise este absorbită de amestec, gradul de atenuare a fluxului poate fi utilizat pentru a determina destul de precis cât de departe au trebuit să „pătrundă” razele prin amestec, adică pentru a determina nivelul acestuia.
Un interes deosebit ca sursă de energie electrică este izomerul său nuclear iridium-192m2 (având un timp de înjumătățire de 241 de ani).
Iridiul în paleontologie și geologie este un indicator al unui strat care s-a format imediat după căderea meteoriților.
Adăugări mici de element nr. 77 la wolfram și molibden măresc rezistența acestor metale la temperaturi ridicate.
O adăugare slabă de iridiu la titan (0,1%) crește dramatic rezistența deja semnificativă la acizi.
Același lucru este valabil și pentru crom.
Aliaje cu W și Th - materiale pentru generatoare termoelectrice,
cu Hf - materiale pentru rezervoarele de combustibil în vehiculele spațiale,
cu Rh, Re, W - materiale pentru termocupluri operate peste 2000 °C,
cu La şi Ce - materiale ale catozilor termoionici.
Un aliaj de iridiu și osmiu este folosit pentru a face puncte de lipit pentru vârfurile stiloului și ace de busolă.
Pentru măsurarea temperaturilor ridicate (2000-23000 °C), a fost proiectat un termocuplu, ai cărui electrozi sunt fabricați din iridiu și aliajul său cu ruteniu sau rodiu. Până acum, un astfel de termocuplu este utilizat numai în scopuri științifice și aceeași barieră împiedică introducerea lui în industrie - cost ridicat.
Iridiul, împreună cu cuprul și platina, este utilizat în bujiile pentru motoarele cu ardere internă ca material pentru fabricarea electrozilor, făcând astfel de bujii cele mai durabile (100-160 mii km de rulare a unei mașini) și reducând cerințele pentru tensiunea de aprindere.
Crezetele rezistente la căldură sunt fabricate din iridiu pur, care suportă nedureros căldura puternică în medii agresive; în astfel de creuzete, în special, sunt cultivate monocristale de pietre prețioase și materiale laser.
Una dintre cele mai interesante aplicații ale aliajelor de platină-iridiu este fabricarea de stimulatoare cardiace electrice. Electrozii cu cleme de platină-iridiu sunt implantați în inima unui pacient cu angină pectorală. Electrozii sunt conectați la un receptor, care se află și în corpul pacientului. Generatorul cu antenă inelă este amplasat în exterior, de exemplu, în buzunarul pacientului. Antena inel este montată pe corpul opus receptorului. Când pacientul simte că vine un atac de angină, pornește generatorul. Antena inelă primește impulsuri care sunt transmise către receptor și de la acesta către electrozii de platină-iridiu. Electrozii, prin transmiterea impulsurilor către nervi, fac inima să bată mai activ.
Iridiul este folosit pentru a acoperi suprafețele produselor. A fost dezvoltată o metodă pentru producerea electrolitică a acoperirilor cu iridiu din cianuri de potasiu și sodiu topite la 600°C. În acest caz, se formează un strat dens de până la 0,08 mm grosime.
Iridiul poate fi utilizat în industria chimică ca catalizator. Catalizatorii de iridiu-nichel sunt uneori folosiți pentru a produce propilenă din acetilenă și metan. Iridiul a făcut parte din catalizatorii de platină pentru formarea oxizilor de azot (în procesul de obținere a acidului azotic).
Muștiucuri pentru suflarea sticlei refractare sunt, de asemenea, fabricate din iridiu.
Aliajele de platină-iridiu atrag și bijutierii - bijuteriile realizate din aceste aliaje sunt frumoase și cu greu se uzează.
Standardele sunt, de asemenea, realizate dintr-un aliaj platină-iridiu. Din acest aliaj, în special, a fost realizat standardul kilogramelor.
Iridiumul este, de asemenea, folosit pentru a face niște stilouri. Pe vârfurile penelor se găsește o minge mică de iridiu, este vizibilă mai ales pe niște de aur, unde diferă ca culoare de pana în sine.
Acolo unde se folosește iridiul, servește impecabil, iar această fiabilitate unică este garanția că știința și industria viitorului nu se vor descurca fără acest element.