Vzácnym kovom je irídium. Irídium kov: história, vlastnosti, ako sa získava a kde sa používa
Chémia
Odkedy sa objavili prvé informácie o platine, bielom kove z Južnej Ameriky, ubehli už viac ako dve storočia. Ľudia si boli dlho istí, že ide o čistý kov, rovnako ako zlato. Až na samom začiatku XIX storočia. Wollaston dokázal izolovať paládium a ródium z natívnej platiny av roku 1804 v nej Tennant, ktorý študoval čiernu zrazeninu, ktorá zostala po rozpustení natívnej platiny v aqua regia, našiel ďalšie dva prvky. Jednu z nich nazval osmium a druhú irídium. Soli tohto prvku v rôznych podmienkach boli natreté rôznymi farbami. Táto vlastnosť bola základom názvu: v gréčtine to znamená "dúha".
Slávny ruský chemik profesor Karl Karlovich Klaus začal v roku 1841 študovať takzvané platinové zvyšky, teda nerozpustnú zrazeninu, ktorá zostala po úprave surovej platiny s aqua regia.
„Na úplnom začiatku práce,“ napísal Klaus, „bol som prekvapený bohatstvom môjho zvyšku, pretože som z neho okrem 10 % platiny vyťažil značné množstvo irídia, ródia, osmia, niekoľko paládia a zmes rôznych kovov špeciálneho obsahu“ ...
Klaus informoval banské úrady o bohatstve pozostatkov. Úrady sa začali zaujímať o objav kazaňského vedca, ktorý sľuboval značné výhody. Z platiny sa vtedy razila minca a získanie vzácneho kovu z pozostatkov sa zdalo veľmi sľubné. O rok neskôr dala petrohradská mincovňa Klausovi pol pulky zvyškov. Ukázalo sa však, že sú chudobné na platinu a vedec sa rozhodol vykonať na nich štúdiu, „zaujímavú pre vedu“.
„Dva roky,“ napísal Klaus, „som sa neustále zaoberal týmto náročným, zdĺhavým a dokonca škodlivým výskumom,“ av roku 1845 som publikoval prácu „Chemická štúdia zvyškov uralskej platinovej rudy a ruténiového kovu“. Bola to prvá systematická štúdia vlastností platinových analógov. V ňom boli po prvý raz popísané aj chemické vlastnosti irídia.
Klaus poznamenal, že sa zaoberal irídiom viac ako inými kovmi platinovej skupiny. V kapitole o irídiu upozornil na nepresnosti, ktorých sa Berzelius dopustil pri určovaní základných konštánt tohto prvku, a tieto nepresnosti vysvetlil tým, že ctihodný vedec pracoval s irídiom obsahujúcim prímes ruténia, vtedy chemikom ešte nepoznanú. a objavil sa až v priebehu „chemického štúdia zvyškov uralskej platinovej rudy a ruténiového kovu.
Čo je on, iridium?
Atómová hmotnosť prvku #77 je 192,2. V periodickej tabuľke je medzi osmiom a platinou. A v prírode sa vyskytuje najmä vo forme osmicového irídia - častého spoločníka natívnej platiny. V prírode neexistuje prirodzené irídium.
Iridium - strieborno biely kov, veľmi tvrdý, ťažký a odolný. Podľa International Nickel and Co. ide o najťažší prvok: jeho hustota je 22,65 g/cm 3 a hustota jeho stáleho spoločníka, osmia, je druhá najťažšia, 22,61 g/cm 3 . Je pravda, že väčšina výskumníkov zastáva iný názor: veria, že irídium je stále o niečo ľahšie ako osmium.
Prirodzenou vlastnosťou irídia (aka platinoidu!) je vysoká odolnosť proti korózii. Neovplyvňujú ho kyseliny ani pri normálnych, ani pri zvýšených teplotách. Dokonca aj slávne monolitické irídium aqua regia je „príliš tvrdé“. Iba roztavené alkálie a peroxid sodný spôsobujú oxidáciu prvku 77.
Iridium je odolné voči halogénom. Reaguje s nimi veľmi ťažko a len pri zvýšených teplotách. Chlór tvorí s irídiom štyri chloridy: IrCl, IrCl2, IrCl3 a 1gCl4. Chlorid irídium sa najľahšie získava z prášku irídia umiestneného v prúde chlóru pri 600 °C. Jedinou halogenidovou zlúčeninou, v ktorej je irídium šesťmocné, je fluorid IrF6. Jemne mleté irídium sa oxiduje pri 1000 °C a v prúde kyslíka a v závislosti od podmienok možno získať niekoľko zlúčenín rôzneho zloženia.
Ako všetky kovy platinovej skupiny, irídium tvorí komplexné soli. Medzi nimi sú soli s komplexnými katiónmi, napríklad Cl 3 a soli s komplexnými aniónmi, napríklad K 3 * ZH 2 0. Ako komplexotvorné činidlo je irídium podobné svojim susedom v periodickej tabuľke.
Čisté irídium sa získava z natívneho osmia irídia a zo zvyškov platinových rúd (po extrakcii platiny, osmia, paládia a ruténia). Technológiu získavania irídia nebudeme ďalej rozvádzať, odkazujeme čitateľa na články „Rhodium“, „Osmium“ a „Platinum“.
Irídium sa získava vo forme prášku, ktorý sa potom lisuje na polotovary a leguje, alebo sa prášok taví v elektrických peciach v argónovej atmosfére. Čisté irídium sa dá za tepla kovať, no pri bežných teplotách je krehké a nespracovateľné.
Iridium v akcii
Z čistého irídia sa vyrábajú tégliky na laboratórne účely a náustky na fúkanie žiaruvzdorného skla. Ako náter môžete samozrejme použiť irídium. Sú tu však ťažkosti. Zvyčajným elektrolytickým spôsobom sa irídium nanáša na iný kov s ťažkosťami a povlak je dosť voľný. Najlepším elektrolytom by bol komplexný chlorid irídium-hexachlorid, ktorý je však vo vodnom roztoku nestabilný a dokonca aj v tomto prípade kvalita povlaku nie je veľmi žiaduca.
Bol vyvinutý spôsob výroby irídiových povlakov elektrolyticky z roztavených kyanidov draselných a sodných pri 600 ° C. V tomto prípade sa vytvorí hustý povlak s hrúbkou až 0,08 mm.
Menej prácne je získavanie irídiových povlakov obkladom. Na základný kov sa položí tenká vrstva kovového povlaku a potom sa tento „sendvič“ dostane pod horúci lis. Týmto spôsobom sa získajú volfrámové a molybdénové drôty potiahnuté irídiom. Blok molybdénu alebo volfrámu sa vloží do irídiovej trubice a vykuje sa v horúcom stave a potom sa ťahá na požadovanú hrúbku pri 500 - 600 ° C. Tento drôt sa používa na výrobu kontrolných mriežok v elektrónových trubiciach.
Chemickou cestou je možné nanášať irídiové nátery na kovy a keramiku. Na tento účel sa získa roztok komplexnej soli irídia, napríklad s fenolom alebo inou organickou látkou. Takýto roztok sa nanáša na povrch produktu, ktorý sa potom zahrieva na 350-400 °C v kontrolovanej atmosfére, teda v atmosfére s riadeným redoxným potenciálom. Za týchto podmienok sa organická hmota vyparí alebo vyhorí a na produkte zostane vrstva irídia.
Ale povlaky nie sú hlavnou aplikáciou irídia. Tento kov zlepšuje mechanické a fyzikálno-chemické vlastnosti iných kovov. Zvyčajne sa používa na zvýšenie ich pevnosti a tvrdosti. Prídavok 10% irídia k relatívne mäkkej platine takmer strojnásobí jej tvrdosť a pevnosť v ťahu. Ak sa množstvo irídia v zliatine zvýši na 30%, tvrdosť zliatiny sa veľmi nezvýši, ale pevnosť v ťahu sa opäť zdvojnásobí - až na 99 kg / mm2. Pretože takéto zliatiny majú výnimočnú odolnosť proti korózii, používajú sa na výrobu tepelne odolných téglikov, ktoré vydržia silné teplo v agresívnom prostredí. V takýchto téglikoch sa pestujú najmä kryštály pre laserovú technológiu. Zliatiny platiny a irídia lákajú aj klenotníkov - šperky z týchto zliatin sú krásne a takmer sa neopotrebúvajú. Štandardy sú tiež vyrobené zo zliatiny platiny a irídia, niekedy chirurgického nástroja.
Zliatiny irídium-platina sa môžu v budúcnosti stať obzvlášť dôležitými v takzvanej nízkoprúdovej technológii ako ideálny kontaktný materiál. Zakaždým, keď sa vytvorí a otvorí obyčajný medený kontakt, vznikne iskra; v dôsledku toho povrch medi oxiduje pomerne rýchlo. V stýkačoch pre vysoké prúdy, napríklad pre elektromotory, tento jav nie je veľmi škodlivý pre prácu: kontaktná plocha sa z času na čas očistí brúsnym papierom a stýkač je opäť pripravený na prevádzku. Ale keď máme do činenia s nízkoprúdovými zariadeniami, napríklad v komunikačnej technike, tenká vrstva oxidu medi má veľmi silný vplyv na celý systém, čo sťažuje prechod prúdu cez kontakt. Totiž v týchto zariadeniach je frekvencia spínania obzvlášť veľká - stačí vyvolať automatické telefónne ústredne (automatické telefónne ústredne). Tu prichádzajú na pomoc nehoriace platino-irídiové kontakty - môžu fungovať takmer navždy! Jediná škoda je, že tieto zliatiny sú veľmi drahé a zatiaľ nestačia.
Pridajte nielen k platine. Malé prídavky prvku č. 77 do volfrámu a molybdénu zvyšujú pevnosť týchto kovov pri vysokých teplotách. Mierny prídavok irídia k titánu (0,1 %) dramaticky zvyšuje jeho už tak významnú odolnosť voči kyselinám. To isté platí pre chróm. Termočlánky vyrobené z irídia a zliatiny irídium-ródium (40% kin) spoľahlivo fungujú pri vysokých teplotách v oxidačnej atmosfére. Zliatina irídia a osmia sa používa na výrobu spájkovacích bodov pre hroty plniacich pier a ihly kompasu.
Stručne povedané, môžeme povedať, že kovové irídium sa používa kvôli svojej stálosti. Rovnako ako ostatné kovy skupiny VIII, irídium sa môže použiť v chemickom priemysle ako katalyzátor. Irídium-niklové katalyzátory sa niekedy používajú na výrobu propylénu z acetylénu a metánu. Irídium bolo súčasťou platinových katalyzátorov na tvorbu oxidov dusíka (v procese získavania kyseliny dusičnej) Jeden z oxidov irídia Ir0 2 sa pokúšal použiť v porcelánovom priemysle ako čierna farba. Ale táto farba je príliš drahá ...
Zásoby irídia na Zemi sú malé, jeho obsah v zemskej kôre sa počíta na milióntiny percenta. Produkcia tohto prvku je tiež malá - nie viac ako tona ročne. Celosvetovo! V tomto smere je ťažké predpokladať, že časom prídu dramatické zmeny v osude irídia - navždy zostane vzácnym a drahým kovom. Ale tam, kde sa používa, slúži bezchybne a táto jedinečná spoľahlivosť je zárukou, že veda a priemysel budúcnosti sa bez irídia nezaobídu.
IRIDIUM WATCHMAN. V mnohých chemických a metalurgických odvetviach, ako sú vysoké pece, je veľmi dôležité poznať hladinu pevných látok v agregátoch. Zvyčajne sa na takúto kontrolu používajú objemné sondy zavesené na špeciálnych sondážnych navijakoch. V posledných rokoch boli sondy nahradené malými kontajnermi s umelým rádioaktívnym izotopom - irídium-192. Jadrá z roku 1921 vyžarujú vysokoenergetické gama lúče; polčas rozpadu izotopu je 74,4 dňa. Časť gama lúčov je absorbovaná zmesou a prijímače žiarenia zaznamenávajú oslabenie toku. Ten je úmerný vzdialenosti, ktorú lúče prejdú v náboji. Iridium-192 sa tiež úspešne používa na kontrolu zvarov; s jeho pomocou sú na filme prehľadne zaznamenané všetky neprevarené miesta a cudzie inklúzie. Gama defektoskopy s irídiom-192 sa používajú aj na kontrolu kvality výrobkov vyrobených z ocele a hliníkových zliatin.
Mössbauerov efekt. V roku 1958 urobil mladý fyzik z Nemecka Rudolf Mössbauer objav, ktorý pritiahol pozornosť všetkých fyzikov na svete. Efekt objavený Mössbauerom umožnil merať veľmi slabé jadrové javy s úžasnou presnosťou. Tri roky po objave, v roku 1961, dostal Mössbauer za svoju prácu Nobelovu cenu. Prvýkrát bol tento účinok objavený na jadrách izotopu irídium-192.
SRDCE BÚŠI HORŠIE. Jednou z najzaujímavejších aplikácií zliatin platiny a irídia v posledných rokoch je výroba elektrických stimulátorov srdca z nich. Elektródy s platino-irídiovými svorkami sa implantujú do srdca pacienta s angínou pectoris. Elektródy sú pripojené k prijímaču, ktorý je tiež v tele pacienta. Generátor s prstencovou anténou je umiestnený vonku, napríklad vo vrecku pacienta. Kruhová anténa je namontovaná na tele oproti prijímaču. Keď pacient cíti, že sa blíži záchvat angíny, zapne generátor. Kruhová anténa prijíma impulzy, ktoré sa prenášajú do prijímača az neho do platino-irídiových elektród. Elektródy prenášaním impulzov do nervov spôsobujú, že srdce bije aktívnejšie. Teraz v Rusku je veľa ambulancií vybavených podobnými generátormi. Pri zástave srdca sa urobí rez v kľúčnej žile, do nej sa vloží elektróda napojená na generátor, generátor sa zapne a po niekoľkých minútach začne srdce opäť pracovať.
IZOTOPY - STABILNÉ A NESTABNÉ. V predchádzajúcich poznámkach sa toho veľa popísalo o rádioizotope irídium-192, ktorý sa používa v mnohých zariadeniach a dokonca sa podieľa na dôležitom vedeckom objave. Ale okrem irídia-192 má tento prvok ešte 14 rádioaktívnych izotopov s hmotnostnými číslami od 182 do 198. Najťažší izotop je zároveň izotop s najkratšou životnosťou, jeho polčas rozpadu je kratší ako minúta. Izotop irídium-183 je zaujímavý už len tým, že jeho polčas rozpadu je presne jedna hodina. Iridium má iba dva stabilné izotopy. Podiel ťažšieho irídia-193 v prírodnej zmesi predstavuje 62,7 %. Podiel ľahkého irídia-191 je 37,3 %.
UŽITOČNÉ CHLORIDÁTY. Chloridáty sú komplexné chloridy štvormocného irídia; ich všeobecný vzorec je Me 2. Vďaka chloriridátom je v zásade možné s istotou oddeliť zlúčeniny takých podobných prvkov, ako je sodík a draslík. Chlorid sodný je rozpustný vo vode a chlorid draselný je prakticky nerozpustný. Ale na takúto operáciu sú chloridáty príliš drahé, pretože pôvodné irídium je drahé. To však neznamená, že chlóridáty sú vo všeobecnosti zbytočné. Schopnosť irídia vytvárať tieto zlúčeniny sa využíva na izoláciu prvku č. 77 zo zmesi platinových kovov.
Irídium je chemický prvok s atómovým číslom 77 v periodickom systéme, označovaný symbolom Ir (lat. Iridium).
História objavu irídiaV roku 1804 anglický chemik Smithson Tennant, ktorý skúmal čierny prášok, ktorý zostal po rozpustení natívnej platiny v aqua regia, v ňom objavil dva nové prvky. Soli jednej z nich boli doslova natreté všetkými farbami dúhy. Tennant si pri hľadaní vhodného názvu nemusel dlho lámať hlavu: prvok dostal názov iridium, keďže v gréčtine „irioeides“ – dúhový.
Osudy platinových kovov sú tak úzko prepletené, že príbeh o jednom z nich je nemysliteľný bez zmienky o ostatných. V roku 1840 sa profesor Kazanskej univerzity K. K. Klaus začal zaujímať o problémy spracovania uralskej platinovej rudy. Petrohradská mincovňa mu na jeho žiadosť poslala vzorky platinových zvyškov – nerozpustnej zrazeniny, ktorá vznikla po spracovaní surovej platiny aqua regia. „Na samom začiatku práce,“ napísal neskôr vedec, „bol som prekvapený bohatstvom môjho zvyšku, pretože som z neho okrem 10 % platiny extrahoval značné množstvo irídia, ródia, osmia a niekoľko paládia. a zmes rôznych kovov špeciálneho obsahu...“
Ak si Klaus najprv stanovil len čisto praktický cieľ – nájsť spôsob, ako spracovať zvyšky platinovej rudy na platinu, tak čoskoro tieto štúdie nadobudli hlbší vedecký charakter a vedca úplne uchvátili. „Celé dva roky,“ spomínal Klaus, „sténal som nad tým od skorého rána do neskorej noci, žil som len v laboratóriu, tam som večeral a pil čaj, a tým som sa stal hrozným empirikom.“ Posledný výrok mal veľmi špecifický význam: podľa A. M. Butlerova -
študent Klaus, „mal vo zvyku... pri rozpúšťaní platinových rúd v aqua regia miešať tekutinu priamo všetkými piatimi prstami a chuťou určovať silu nezreagovaných kyselín“. To však bolo charakteristické nielen pre Klausa, ale aj pre ostatných chemikov starej školy, ktorí po prijatí akejkoľvek látky vždy „ochutnali“ (až do polovice 19. storočia pri opise vlastností látky bolo potrebné naznačiť jeho chuť), čím sa vystavili veľkému nebezpečenstvu. : tak slávny švédsky vedec Karl Scheele zomrel po ochutnaní bezvodej kyseliny kyanovodíkovej, ktorú dostal. Klausova práca bola korunovaná úspechom: našla sa metóda spracovania platinových zvyškov a vedec teraz musel ísť do Petrohradu, aby to oznámil ministrovi financií E. F. Kankrinovi, ktorý mal záujem o úspešné vyriešenie problému. Na cestu do hlavného mesta bol Klaus nútený požičať si 90 rubľov od jedného zo svojich priateľov (vedec bol schopný splatiť dlh až o niekoľko rokov neskôr, keď získal celosvetovú slávu). Po prílete do Petrohradu Klausa o dva dni neskôr prijal minister a získal od neho povolenie na získanie materiálov potrebných na pokračovanie výskumu. Dostal 1/2 libry zvyškov platiny a 1/4 libry surovej platiny. Po návrate do Kazane sa vedec opäť bezhlavo pustil do práce, ktorá trvala mnoho rokov a priniesla vynikajúce výsledky. Najvýznamnejším z nich bol objav v roku 1844 dovtedy neznámeho chemického prvku – posledného „ruského člena platinovej rodiny“. "Už pri prvom diele," napísal Klaus, "som si všimol prítomnosť nového tela, ale najprv som nenašiel spôsob, ako ho oddeliť od nečistôt. Pracoval som na tejto téme viac ako rok, ale nakoniec som objavil jednoduchý a istý spôsob, ako ho dostať do čistého stavu. Tento nový kov, ktorý som nazval ruténium na počesť našej vlasti (z latinského názvu pre Rusko - S.V.), patrí bez
pochybnosti o veľmi zvedavých telách.“
Ale Klausov objav nebol okamžite uznaný. Vedec poslal prvé vzorky zlúčenín nového prvku do Stockholmu J.Ya. Berzelius, ktorý sa tešil veľkej prestíži medzi všetkými chemikmi. Aké bolo Klausovo sklamanie, keď sa dozvedel, že podľa tohto ctihodného vedca látka, ktorá mu bola poslaná, neobsahuje nový prvok, ale ide o slabo čistenú zlúčeninu irídia. Klaus, presvedčený o svojej nevine, uskutočňoval experimenty znova a znova, pričom niekedy zabúdal na základné ochranné opatrenia. Pravda, o niekoľko rokov vedec varoval svojich kolegov: "Pri práci s osmium irídiom si treba dávať pozor na výpary kyseliny osmiovej. Ide o veľmi prchavé
látka patrí k najškodlivejším organizmom a pôsobí najmä na pľúca a oči, vyvoláva silné zápaly. Veľmi som od nej trpel."Klausova túžba bola príliš veľká na to, aby presvedčil vedecký svet, že bol skutočne objavený nový prvok, a napokon sa mu to podarilo. Prípravky zlúčenín ruténia opäť poslali Berzeliusovi a ten po r. dôkladným výskumom, uvedomil si, že sa už predtým vo svojich záveroch mýlil.„Prijmite moje úprimné blahoželanie k vynikajúcim objavom a ich elegantnému spracovaniu,“ napísal Klausovi, „vďaka nim sa vaše meno nezmazateľne zapíše do dejín chémie ."
Výsledkom tvrdej práce Klausa bola práca „Chemická štúdia pozostatkov uralskej platinovej rudy a ruténiového kovu“ publikovaná v roku 1845, v ktorej boli po prvýkrát komplexne opísané aj vlastnosti irídia a sám Klaus poznamenal, že viac ho zaujímalo irídium ako iné kovy skupiny platiny. Odporúčania vedca sa stali vedeckým základom pre vytvorenie technológie na výrobu irídia a iných platinoidov.
Nájdenie irídia v prírode
Obsah irídia v zemskej kôre je zanedbateľný (10 −7 hmotnostných %). Je oveľa vzácnejší ako zlato a platina a spolu s ródiom, réniom a ruténiom je jedným z najmenej bežných prvkov. Irídium je však v meteoritoch pomerne bežné a je možné, že skutočný obsah kovu na planéte je oveľa vyšší: jeho vysoká hustota a vysoká afinita k železu (siderofilita) by mohla viesť k vytesneniu irídia hlboko do Zeme, do jadra planéty, v procese jej formovania z taveniny.
Fyzikálne vlastnostiirídium
Ťažký, striebristo-biely kov, ktorý sa ťažko opracúva kvôli svojej tvrdosti.
Kubická mriežka je centrovaná tvárou, 0= 0,38387 nm
Elektrický odpor - 5,3 10 −8 Ohm m (pri 0 °C)
Koeficient lineárnej rozťažnosti - 6,5 × 10 −6 stupňov
Modul normálnej pružnosti - 52,029 × 106 kg / mm²
Chemické vlastnostiirídium
Najdôležitejšie zlúčeniny s kovom irídium
Hydroxid irídium (III) Ir (OH) 3, presnejšie hydratovaný oxid irídium (III) Ir 2 O 3 * nH 2 O zelená zrazenina, získaná vyzrážaním z roztoku chloriridátu sodného (III) Na 3 . Zlúčeniny irídia(III) sú redukčné činidlá, Ir(OH) 3 sa oxiduje kyslíkom na Ir(OH) 4 . Ir 2 O 3 sa pri zahrievaní disproporcionuje na Ir a IrO 2.
Oxid irídium(IV). IrO 2 sa získava ako modro-čierny prášok rozkladom hydroxidu alebo oxidáciou irídia. odporový materiál.
Hydroxid irídium (IV) Ir (OH) 4. Tmavomodrá amorfná látka, nerozpustná vo vode, roztokoch kyselín a zásad, okrem koncentrovanej kyseliny sírovej. Získava sa alkalickou hydrolýzou (NH 4) 2 .
halogenidy. Produktom priamej interakcie irídia s fluórom je hexafluorid irídia IrF 6 . Táto zlúčenina je veľmi aktívna, nielenže reaguje s vodou podľa rovnice
IrF6 + 5H20 \u003d Ir (OH)4 + 6HF + 1/202,
ale dokonca oxiduje chlór a tvoria sa IrF 4 a ClF. Používa sa na náter.
Kryštály chloridov irídia (III) a (IV) sú hydrolyzované vodou. Charakteristická je tvorba komplexných chloridov pri interakcii s chloridmi alkalických kovov: Na 3 - zelené kryštály, Na 2 - tmavočervené, rozpustné, hexachlóriridáty draselné a amónne (IV) - slabo rozpustné.
Irídiové soli. Vo všeobecnosti irídium tvorí málo bežných solí. Soli irídia (III) s komplexnými katiónmi sú podobné zodpovedajúcim soliam chrómu (III) a kobaltu (III), sú to silné komplexné zlúčeniny X3, X3, X2.
Karbonyly irídia: žltozelený Ir 2 (CO) 8, sublimuje a jasne žltý Ir 4 (CO) 12, pri zahriatí sa rozkladá. Používa sa na náter.
Okrem irídia-192, ktoré už poznáte, existuje ešte 14 rádioaktívnych izotopov tohto prvku s hmotnostnými číslami od 182 do 198. Najťažší izotop má najkratšiu životnosť: jeho polčas rozpadu je menej ako minúta. Je zvláštne, že polčas irídia-183 je presne jedna hodina. Prvok má iba dva stabilné izotopy – irídium-191 a irídium-193. Podiel „vážnejších“ z nich v prírodnej zmesi tvorí približne 62 % atómov.
Izotop irídia je spojený s objavom takzvaného Mssbauerovho efektu, na ktorom sú založené úžasne presné metódy merania malých veličín a slabých javov, široko používané vo fyzike, chémii, biológii a geológii. Tento efekt (alebo, prísne vedecky povedané, rezonančná jadrová absorpcia gama žiarenia v pevných látkach bez spätného rázu) objavil mladý fyzik z Nemecka Rudolf Mssbauer v roku 1958. Pred niekoľkými rokmi, keď sa jeho štúdium na Vysokej škole technickej v Mníchove chýlilo ku koncu, začal hľadať námet na diplomovú prácu. Jeden z profesorov láskavo ponúkol študentovi dlhý zoznam tém. Ako sám Mssbauer spomína, ani jeden z nich sa mu nepáčil, až na ten posledný (mimochodom, už trinásty v poradí), ktorého hlavnou výhodou podľa názoru budúceho fyzika bolo, že nemal najmenšia predstava o tom. Išlo o rezonančnú absorpciu gama kvánt atómovými jadrami. „Najdôležitejšie,“ spomína fyzik, „bolo to, že ma strkali do nosa do tejto záležitosti.“ A „táto vec“ prebehla hladko. Najprv sa obhajovala diplomovka, o dva roky prišiel rad na dizertačnú prácu a o rok na vernisáž. Vedec, ktorý pracoval v Heidelbergu v Inštitúte Maxa Plancka pre lekársky výskum, pokračoval v práci na rezonančnej absorpcii. Špeciálnym počítadlom určil počet gama kvánt, ktoré prešli kovovým irídiom, presnejšie jedným z jeho izotopov; zdrojom týchto gama kvánt boli excitované atómové jadrá rovnakého izotopu. Jadrá v normálnom stave môžu byť tiež "excitované", ale na to musia po absorpcii gama kvanta dostať také množstvo energie, ktoré presne zodpovedá rozdielu medzi energiami jadra v excitovanom a základnom stave (toto absorpcia sa nazýva rezonančná). Zvyčajne sa však ukáže, že energia gama lúčov je o niečo menšia, ako je potrebné, pretože časť sa stratí pri spätnom ráze emitujúceho jadra (niečo podobné sa stane napríklad pri výstrele z dela alebo pištole).
Aby sa eliminovali niektoré vedľajšie procesy, ktoré by mohli skresliť výsledky experimentov, rozhodol sa Mssbauer ochladiť irídium na teplotu tekutého dusíka. Zároveň sa domnieval, že v dôsledku zníženia rýchlosti jadier sa zníži rezonančná absorpcia a zodpovedajúcim spôsobom sa zvýši počet gama kvánt prechádzajúcich irídiom (iní fyzici boli toho istého názoru). Na prekvapenie experimentátora sa všetko ukázalo naopak. Aky je dôvod? Vedec prichádza k záveru: v pevných látkach pri dostatočne nízkej teplote spätný ráz vníma nie jedno jadro, ale celá látka, a preto je strata energie pre spätný ráz mizivo malá, t.j. energia gama kvanta je presne
sa rovná rozdielu medzi energiami jadra v excitovanom a základnom stave. Tento objav bol uznaný ako jedna z najdôležitejších vedeckých udalostí našej doby (v roku 1961 bola Mssbauerovi udelená Nobelova cena). Dnes je už Mssbauerov efekt objavený na niekoľkých desiatkach prvkov, no dejiny vedy navždy spojili objav tohto najdôležitejšieho fyzikálneho javu s hrdinom nášho príbehu – irídiom.
Potvrdenieirídium
Hlavným zdrojom výroby irídia je anódový kal z výroby medi a niklu. Z koncentrátu kovov platinovej skupiny sa oddelí Au, Pd, Pt atď.. Zvyšok obsahujúci Ru, Os a Ir sa leguje KNO 3 a KOH, zliatina sa lúhuje vodou, roztok sa oxiduje Cl 2, OsO 4 a RuO 4 sa oddestilujú a zrazenina obsahujúca irídium sa taví s Na202 a NaOH, na zliatinu sa pôsobí aqua regia a roztok NH 4 Cl, pričom sa irídium vyzráža vo forme (NH 4) 2, ktorý sa potom kalcinuje, čím sa získa kovový Ir. Perspektívnou metódou je extrakcia irídia z roztokov extrakciou hexachlóriridátov s vyššími alifatickými amínmi. Pre separáciu irídia od základných kovov je perspektívne využitie iónovej výmeny. Na extrakciu irídia z minerálov skupiny osmicového irídia sa minerály legujú s Ba02, spracujú s kyselinou chlorovodíkovou a Aqua regia, Os04 sa oddestiluje a irídium sa vyzráža vo forme (NH 4) 2 .
V našej dobe sa čisté irídium izoluje z natívneho osmirídia a zo zvyškov platinových rúd, ale predtým sa z nich pomocou rôznych činidiel extrahuje platina, osmium, paládium a ruténium a až potom prichádza na rad irídium. Výsledný prášok sa buď lisuje na polotovary a leguje alebo pretavuje v elektrických peciach v argónovej atmosfére. Pri bežných teplotách je irídium krehké a nedá sa nijako spracovať, no za tepla je „poddajnejšie“ a nechá sa kovať.
Aplikáciairídium
Zliatiny s W a Th - materiály pre termoelektrické generátory, s Hf - materiály pre palivové nádrže v kozmických lodiach, s Rh, Re, W - materiály pre termočlánky prevádzkované nad 2000 °C, s La a Ce - materiály pre termionické katódy.
Iridium sa používa aj na výrobu hrotov na perá. Malá guľôčka irídia sa nachádza na hrotoch hrotov a atramentových náplniach, je viditeľná najmä na zlatých hrotoch, kde sa farebne líši od hrotu samotného.
Pred 65 miliónmi rokov - v ére nerozdelenej vlády dinosaurov - narazil na Zem železo-niklový meteorit obsahujúci veľa irídia a iných, a preto mimoriadne masívny.
Pôda z krátera s priemerom 180 a hĺbkou 20 kilometrov sa čiastočne vyparila (spolu s väčšinou irídia), čiastočne sa rozptýlila. Nastal prašný súmrak. Rázová vlna, ktorá prešla planétou aj okolo nej, iniciovala rozsiahle erupcie v Ázii a na území Hindustanu, ktorý sa v tom čase plavil z Madagaskaru na sever a ešte ani neprekročil rovník. Dym a prach sopečného pôvodu situáciu ešte viac vyhrotili...
Iridium - marker kozmickej katastrofy
Niektorí vedci predpokladajú, že množstvo ťažkých kovov vo vzduchovom odpružení zabilo dinosaurov. Najpokročilejší biológovia však majú tendenciu považovať kombináciu dvoch faktorov za smrteľnú: kolosálnu veľkosť zvierat a ... kýchací reflex. Prudké zvýšenie krvného tlaku počas spontánneho prečistenia dýchacích ciest škodí cievam – najmä ak musíte neustále kýchať.Zmiznutie dinosaurov umožnilo rozvoj cicavcov, výsledkom evolúcie bol vznik človeka. Na vďačný nebeský príhovor muž vykonal výskum zvyškov meteoritov z najväčších kráterov. Obsah irídia v troskách kovových hostí z vesmíru sa ukázal byť rekordný. Rovnako rekordný je obsah irídia v sedimentárnych horninách, ktoré pokryli zem krátko po katastrofe na Yucatane.
Geológovia si však istí, že väčšina ušľachtilého kovu je ukrytá v útrobách Zeme.
Pôvod a vlastnosti irídia
Ako všetky platinoidy, irídium je produktom viacstupňovej jadrovej fúzie prvkov, možné pri výbuchoch supernov alebo pri kataklizmách ešte väčšieho rozsahu. Vzniká málo irídia, ale Zem mala šťastie, že vznikla v oblasti bohatej na kovy. Zdá sa, že prirodzená (aj keď nepotvrdená) je koncentrácia irídia (a tiež platiny) v jadre planéty.Zvyšky irídia v zemskej kôre sú nepatrné (zlato je 40-krát viac), ale umožňujú vyťažiť ročne niekoľko ton ušľachtilého kovu. Česť objaviť a pomenovať irídium patrí Angličanovi Smithsonovi Tennantovi. Vedec, fascinovaný viacfarebnými kovovými soľami (mliečne biely KIrF6, citrónovo žltý IrF5, žltý K3IrCl6, zelený Na3IrBr6, bordový Cs3IrI6, malinový Na2IrBr6, čierny IrI3), navrhol dať novému prvku meno Irida, grécka bohyňa dúhy.
Pri spracovaní je irídium neústupné. Získanie kovu očisteného od nečistôt trvalo tridsať rokov. Ako sa ukázalo, čisté irídium sa kuje pri jasných teplotách. Chladením stráca schopnosť odolávať mechanickému namáhaniu a pri zaťažení sa rozpadá. Prášok irídia uzavretý v sklenených nádobách je produktom práce rafinérií.
Po dlhú dobu bolo irídium považované za šampióna z hľadiska hustoty. Už dnes teoretické výpočty vyniesli osmium na prvé miesto – rozdiel je však taký malý, že ho nemožno potvrdiť jednoduchým vážením. A oddelenie osmia od irídia nie je ľahká úloha!
Iridium a osmium - bratia navždy
V prírode sa irídium a osmium často kombinujú. Prírodná zmes kovov sa môže nazývať osmirídium - ak je osmia viac - alebo iridiosmium, ak je percento irídia v zliatine vyššie. V domácej mineralogickej praxi sa ustálili názvy osmirid a osmium iridide.Podľa legendy sa v prvej polovici 20. storočia na hroty zlatých hrotov „večných“ pier pripájali prírodné kryštály osmiridu, aby sa zabezpečilo mäkké písanie. V skutočnosti sú takéto experimenty zriedkavé a v masovej realite sú zlaté hroty plniacich pier spevnené volfrámom.
Medzi milovníkmi šperkov je malý, ale stabilný a úplne neuspokojený dopyt po výrobkoch vyrobených z prírodného osmiridu. Fanúšikovia exotických šperkov sa niekedy pýtajú na možnosť výroby osmirídiových produktov.
Žiaľ, tento minerál je mimoriadne vzácny a málo dekoratívny – aj keď sa vyznačuje silným kovovým leskom. Osmirid je tvrdý, krehký a takmer nemožné ho opracovať. Okrem toho prírodná zmes irídia a osmia často obsahuje značné množstvo nečistôt - platiny, zlata - čo mení vzhľad aj cenu materiálu.
Umelo získané zliatiny irídia a osmia sú prísne normalizované podľa percentuálneho zloženia prvkov, ale sú drahé, žiadané v priemysle a z hľadiska šperkov technicky nenáročné.
Aplikácia irídia
Po tom, čo sa ukázala nevyhnutnosť irídia na výrobu zapaľovacích sviečok prémiovej kvality, sa automobilový priemysel stal hlavným spotrebiteľom ušľachtilého kovu. Vzostupy a pády vo výrobe osobných automobilov a irídiových sviečok pre nich spôsobujú kolísanie cien rafinovaného kovu. Za jeden rok dokážu automobilky sveta zdvihnúť dopyt po irídiu z jednej tony na takmer jedenásť – aby si budúci rok pre krízový pokles predaja vystačili s pol tonou vzácneho platinoidu.Potreba irídia je stála medzi výrobcami zariadení pracujúcich v extrémnych podmienkach. Prúdové motory vyžadujú zliatiny irídia kvôli ich pevnosti pri vysokej teplote. Tepelne odolná zliatina irídia je prvkom elektrární vesmírnych robotov pracujúcich na atómovú energiu. Titán legovaný irídiom slúži v potrubiach schopných prevádzky v hlbinách oceánu.
Rádioaktívne irídium 192 - hlavný nástroj na kontrolu kvality zvarov. Rovnaký zdroj gama žiarenia pomáha lekárom poraziť nádorové procesy.
Vrstva irídia s hrúbkou niekoľkých atómov pokrýva zrkadlá ďalekohľadov, ktoré prijímajú röntgenové lúče. V minulosti používanie platinovo-irídiového povlaku predlžovalo životnosť delostreleckých zámkov.
V klenotníckom priemysle sa irídium používa na lemovanie a intarzie, hoci v poslednej dobe boli urobené pokusy vyrábať irídiové šperky. Iridácia šperkovej platiny je oveľa tradičnejšia: desaťpercentný prídavok irídia robí produkt odolným, odolným voči opotrebovaniu a krásnym.
Iridium (z gréckeho iris rainbow) je chemický prvok s atómovým číslom 77 v periodickej sústave, označovaný symbolom Ir (lat. Iridium). Je to veľmi tvrdý, žiaruvzdorný, striebristo-biely prechodný drahý kov zo skupiny platiny. Jeho hustota je spolu s hustotou osmia najvyššia spomedzi všetkých kovov (hustoty Os a Ir sú takmer rovnaké). Spolu s ostatnými členmi rodiny platiny je irídium ušľachtilý kov.
V roku 1804 anglický chemik S. Tennant pri štúdiu čiernej zrazeniny, ktorá zostala po rozpustení pôvodnej platiny v aqua regia, v nej našiel dva nové prvky. Jeden z nich nazval osmium a druhý - irídium. Soli druhého prvku v rôznych podmienkach boli natreté rôznymi farbami. Táto vlastnosť bola základom jeho názvu.
Irídium je veľmi vzácny prvok, jeho obsah v zemskej kôre je 1 10–7 % hmotnosti. Je oveľa vzácnejší ako zlato a platina a spolu s ródiom, réniom a ruténiom je jedným z najmenej bežných prvkov. V prírode sa vyskytuje najmä vo forme osmičkového irídia, častého spoločníka natívnej platiny. V prírode neexistuje prirodzené irídium.
Celé irídium je netoxické, ale niektoré jeho zlúčeniny, ako napríklad IrF6, sú vysoko toxické. Vo voľnej prírode nehrá žiadnu biologickú úlohu.
FYZIKÁLNE VLASTNOSTI IRIDIUM
Pre svoju tvrdosť je irídium ťažko opracovateľné.
Tvrdosť na Mohsovej stupnici - 6,5.
Hustota 22,42 g/cm3.
Teplota topenia 2739 K (2466 °C).
Teplota varu 4701 K (4428 °C).
Špecifická tepelná kapacita 0,133 J/(K mol).
Tepelná vodivosť 147 W/(m K).
Elektrický odpor 5,3 10-8 Ohm m (pri 0 °C).
Koeficient lineárnej rozťažnosti 6,5x10-6 st.
Modul normálnej pružnosti 52,029x10-6 kg/mm2.
Teplo topenia 27,61 kJ/mol.
Výparné teplo je 604 kJ/mol.
Molárny objem 8,54 cm3/mol.
Štruktúra kryštálovej mriežky je plošne centrovaná kubická.
Doba mriežky je 3,840 A.
Prírodné irídium sa vyskytuje ako zmes dvoch stabilných izotopov: 191Ir (obsah 37,3 %) a 193Ir (62,7 %). Rádioaktívne izotopy irídia s hmotnostnými číslami 164 - 199, ako aj mnohé jadrové izoméry, boli získané umelými metódami. Najťažší izotop má tiež najkratšiu životnosť, s polčasom rozpadu kratším ako minúta. Izotop irídium-183 je zaujímavý už len tým, že jeho polčas rozpadu je presne jedna hodina. Rádioizotop irídium-192 je široko používaný v mnohých prístrojoch.
CHEMICKÉ VLASTNOSTI IRIDIUM
Iridium má vysokú chemickú odolnosť. Je stabilný na vzduchu, nereaguje s vodou. Kompaktné irídium pri teplotách do 100 °C nereaguje so všetkými známymi kyselinami a ich zmesami, vrátane aqua regia.
Interaguje s F2 pri 400 - 450 °C a s Cl2 a S pri teplote červeného tepla. Chlór tvorí s irídiom štyri chloridy: IrCl, IrCl2, IrCl3 a IrCl4. Chlorid irídium sa najľahšie získava z prášku irídia umiestneného v prúde chlóru pri 600 °C.
Prášok irídia možno rozpustiť chloráciou v prítomnosti chloridov alkalických kovov pri 600 - 900 °C:
Ir + 2Cl2 + 2NaCl = Na2.
K interakcii s kyslíkom dochádza až pri teplotách nad 1000°C, pričom vzniká oxid irídium IrO2, ktorý je prakticky nerozpustný vo vode. Premieňa sa na rozpustnú formu oxidáciou v prítomnosti komplexotvorného činidla:
Ir02 + 4HCl + 2NaCl = Na2 + 2H20.
Najvyšší oxidačný stav +6 sa vyskytuje v irídiu v hexafluoride IrF6, jedinej halogenidovej zlúčenine, v ktorej je irídium šesťmocné. Je to veľmi silné oxidačné činidlo schopné oxidovať aj vodu:
2IrF6 + 10H20 = 2Ir(OH)4 + 12HF + 02.
Ako všetky kovy platinovej skupiny, irídium tvorí komplexné soli. Medzi nimi sú aj soli s komplexnými katiónmi, napríklad Cl3 a soli s komplexnými aniónmi, napríklad K3 3H2O.
Vklady a výroba
V prírode sa irídium vyskytuje vo forme zliatin s osmiom, platinou, ródiom, ruténiom a inými platinovými kovmi. V dispergovanej forme (10–4 % hm.) sa nachádza v sulfidických meď-niklových rudách obsahujúcich železo. Kov je jednou zo zložiek minerálov ako aurosmirid, sysertskit a nevyanskit.
Primárne ložiská osmicového irídia sa nachádzajú najmä v peridotitových serpentinitoch zvrásnených oblastí (v Južnej Afrike, Kanade, Rusku, USA, Novej Guinei). Ročná produkcia irídia je asi 10 ton.
Získanie irídia
Hlavným zdrojom výroby irídia je anódový kal z výroby medi a niklu. Vzniknutý kal sa obohacuje a pôsobením naň aqua regia pri zahrievaní sa platina, paládium, ródium, irídium a ruténium prenášajú do roztoku vo forme chloridových komplexov H2, H2, H3, H2 a H2. Osmium zostáva v nerozpustnej zrazenine.
Z výsledného roztoku sa pridaním chloridu amónneho NH4Cl najprv vyzráža komplex platiny (NH4)2 a potom komplex irídia (NH4)2 a ruténia (NH4)2.
Keď sa (NH4) 2 kalcinuje na vzduchu, získa sa kovové irídium:
(NH4)2 = Ir + N2 + 6HCl + H2.
Prášok sa lisuje na polotovary a taví alebo taví v elektrických peciach v argónovej atmosfére.
Ruské podniky vyrábajúce irídium:
- JSC "Krastsvetmet";
- JE "Billon";
- OJSC MMC Norilsk Nickel.
APLIKÁCIA IRIDIUM
Iridium-192 je rádionuklid s polčasom rozpadu 74 dní, široko používaný pri detekcii chýb, najmä v podmienkach, kde nie je možné použiť generátorové zdroje (výbušné prostredie, nedostatok napájacieho napätia požadovaného výkonu).
Iridium-192 sa úspešne používa na kontrolu zvarov: s jeho pomocou sú všetky nevarené miesta a cudzie inklúzie jasne zaznamenané na fotografickom filme.
Gama defektoskopy s irídiom-192 sa používajú aj na kontrolu kvality výrobkov vyrobených z ocele a hliníkových zliatin.
Pri výrobe vo vysokej peci slúžia malé nádoby s rovnakým izotopom irídia na kontrolu hladiny materiálov v peci. Keďže časť emitovaných gama lúčov je absorbovaná zmesou, pomocou stupňa útlmu toku sa dá celkom presne určiť, ako ďaleko museli lúče zmesou "preniknúť", teda určiť jej úroveň.
Mimoriadne zaujímavý ako zdroj elektriny je jeho jadrový izomér irídium-192 m2 (s polčasom rozpadu 241 rokov).
Irídium v paleontológii a geológii je indikátorom vrstvy, ktorá vznikla bezprostredne po páde meteoritov.
Malé prídavky prvku č. 77 do volfrámu a molybdénu zvyšujú pevnosť týchto kovov pri vysokých teplotách.
Mierny prídavok irídia k titánu (0,1 %) dramaticky zvyšuje jeho už tak významnú odolnosť voči kyselinám.
To isté platí pre chróm.
Zliatiny s W a Th - materiály pre termoelektrické generátory,
s Hf - materiály pre palivové nádrže v kozmických dopravných prostriedkoch,
s Rh, Re, W - materiály pre termočlánky prevádzkované nad 2000 °C,
s La a Ce - materiálmi termionických katód.
Zliatina irídia a osmia sa používa na výrobu spájkovacích bodov pre hroty plniacich pier a ihly kompasu.
Na meranie vysokých teplôt (2000-23000 °C) bol navrhnutý termočlánok, ktorého elektródy sú vyrobené z irídia a jeho zliatiny s ruténiom alebo ródiom. Zatiaľ sa takýto termočlánok používa len na vedecké účely a jeho zavedeniu do priemyslu stojí v ceste rovnaká bariéra – vysoká cena.
Irídium sa spolu s meďou a platinou používa v zapaľovacích sviečkach pre spaľovacie motory ako materiál na výrobu elektród, vďaka čomu sú tieto sviečky najodolnejšie (100-160 000 km jazdy auta) a znižujú požiadavky na napätie zapaľovania.
Tepelne odolné tégliky sú vyrobené z čistého irídia, ktoré bezbolestne znáša silné teplo v agresívnom prostredí; v takýchto téglikoch sa pestujú najmä monokryštály drahých kameňov a laserové materiály.
Jednou z najzaujímavejších aplikácií zliatin platiny a irídia je výroba elektrických stimulátorov srdca. Elektródy s platino-irídiovými svorkami sa implantujú do srdca pacienta s angínou pectoris. Elektródy sú pripojené k prijímaču, ktorý je tiež v tele pacienta. Generátor s prstencovou anténou je umiestnený vonku, napríklad vo vrecku pacienta. Kruhová anténa je namontovaná na tele oproti prijímaču. Keď pacient cíti, že sa blíži záchvat angíny, zapne generátor. Kruhová anténa prijíma impulzy, ktoré sa prenášajú do prijímača az neho do platino-irídiových elektród. Elektródy prenášaním impulzov do nervov spôsobujú, že srdce bije aktívnejšie.
Iridium sa používa na poťahovanie povrchov výrobkov. Bol vyvinutý spôsob výroby irídiových povlakov elektrolyticky z roztavených kyanidov draselných a sodných pri 600 °C. V tomto prípade sa vytvorí hustý povlak s hrúbkou až 0,08 mm.
Irídium môže byť použité v chemickom priemysle ako katalyzátor. Irídium-niklové katalyzátory sa niekedy používajú na výrobu propylénu z acetylénu a metánu. Irídium bolo súčasťou platinových katalyzátorov na tvorbu oxidov dusíka (v procese získavania kyseliny dusičnej).
Z irídia sú vyrobené aj náustky na fúkanie žiaruvzdorného skla.
Zliatiny platiny a irídia lákajú aj klenotníkov - šperky z týchto zliatin sú krásne a takmer sa neopotrebúvajú.
Štandardy sú tiež vyrobené zo zliatiny platiny a irídia. Z tejto zliatiny bol vyrobený najmä kilogramový štandard.
Iridium sa používa aj na výrobu hrotov na perá. Malá guľôčka irídia sa nachádza na špičkách pierok, je viditeľná najmä na zlatých hrotoch, kde sa farebne odlišuje od samotného peria.
Tam, kde sa používa irídium, slúži bezchybne a táto jedinečná spoľahlivosť je zárukou, že veda a priemysel budúcnosti sa bez tohto prvku nezaobíde.