Iridium

Iridium
←  Osmium | Platina  →
77 Rh ↑ Ir ↓ Mt 77 Ir
Utseendet av en enkel substans
Kristallprover av iridium
Atomegenskaper
Namn, symbol, nummer	Iridium / Iridium (Ir), 77
Atommassa ( molmassa )	192,217(3) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration	[Xe] 4f 14 5d 7 6s 2
Atomradie	136 pm
Kemiska egenskaper
kovalent radie	127  pm
Jonradie	(+4e) 68  pm
Elektronnegativitet	2,20 (Pauling-skala)
Elektrodpotential	Ir←Ir 3+ 1,00 V
Oxidationstillstånd	-3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7, +8, +9
Joniseringsenergi (första elektron)	868,1 (9,00)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiska egenskaper hos ett enkelt ämne
Densitet (vid ej )	22,65/22,56±0,01 [2] [3] [4]  g/cm³
Smält temperatur	2739 K (2466 °C, 4471 °F) [2]
Koktemperatur	4701 K (4428 °C, 8002 °F) [2]
Oud. fusionsvärme	26,0 kJ/mol
Oud. avdunstningsvärme	610 kJ/mol
Molär värmekapacitet	25,1 [5]  J/(K mol)
Molar volym	8,54  cm³ / mol
Kristallgittret av en enkel substans
Gallerstruktur	kubisk ansiktscentrerad
Gitterparametrar	3.840Å  _
Debye temperatur	440,00  K
Andra egenskaper
Värmeledningsförmåga	(300 K) 147 W/(m K)
CAS-nummer	7439-88-5

Iridium  ( kemisk symbol  - Ir , från lat.  Ir idium ) är ett kemiskt element i den 9:e gruppen (enligt den föråldrade klassificeringen  - en sidoundergrupp av den åttonde gruppen, VIIIB), den sjätte perioden av det periodiska systemet av kemiska element av D. I. Mendeleev , med atomnummer 77.

Det enkla ämnet iridium  är en mycket hård, eldfast, silvervit övergångsmetall av platinagruppen , som har en hög densitet och är jämförbar i denna parameter endast med osmium (densiteterna för Os och Ir är nästan lika, med hänsyn tagen till fel i teoretiska beräkningar [6] ). Har hög korrosionsbeständighet även vid 2000 °C. Det är extremt sällsynt i terrestra bergarter, därför är en hög koncentration av iridium i stenprover en indikator på det kosmiska ( meteorit ) ursprunget för det senare ( ).

Historik

Iridium upptäcktes 1803 av den engelske kemisten S. Tennant samtidigt med osmium , som fanns närvarande som föroreningar i naturlig platina från Sydamerika . Tennant var den första bland flera forskare som lyckades få tillräckligt med olösliga rester efter exponering för aqua regia på platina och identifiera tidigare okända metaller i den [7] .

Namnets ursprung

Iridium ( forngrekiska ἶρις  - "regnbåge") fick sitt namn på grund av de olika färgerna på dess salter [8] .

Att vara i naturen

Halten av iridium i jordskorpan är försumbar (10 −7  viktprocent). Det är mycket ovanligare än guld och platina . Förekommer tillsammans med osmium , rodium , rhenium och rutenium . Avser de minst vanliga elementen. Iridium är relativt vanligt i meteoriter [9] . Det är möjligt att det faktiska innehållet av metallen på planeten är mycket högre: dess höga densitet och höga affinitet för järn ( siderofilicitet ) kan leda till förskjutning av iridium djupt in i jorden, in i planetens kärna , i processen av dess bildning från den protoplanetära skivan . En liten mängd iridium har hittats i solfotosfären [ 9] .

Iridium finns i mineraler som nevyanskite , sysertskite och aurosmirid .

Inlåning och produktion

Primära avlagringar av osmiskt iridium finns huvudsakligen i peridotit serpentiniter av vikta områden (i Sydafrika , Kanada , Ryssland , USA , Nya Guinea ) [10] .

Den årliga produktionen av iridium på jorden (enligt 2009 års data) är cirka 3 ton [11] . Under 2015 bröts 7,8 ton (251 tusen troy ounces ). 2016 var priset på ett kilogram cirka 16,7 tusen dollar (520 amerikanska dollar per troy ounce) [12] .

Fysiska egenskaper

Den fullständiga elektroniska konfigurationen av iridiumatomen är: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 7 .

Iridium är en tung, silvervit metall som är svår att bearbeta på grund av sin hårdhet. Smältpunkt  - 2739 K (2466 °C), kokar vid 4701 K (4428 °C) [2] . Kristallstrukturen  är ansiktscentrerad kubisk med en period a 0 = 0,38387 nm; elektriskt motstånd - 5,3⋅10 −8 Ohm m (vid 0 °C), och 2⋅10 −7 Ohm m (vid 2300 °C); linjär expansionskoefficient  - 6,5⋅10 −6 grader; den normala elasticitetsmodulen  är 538 GPa [13] ; densitet vid 20 °C - 22,65 g/cm³ [2] , flytande iridium - 19,39 g/cm³ (2466 °C) [5] . Densiteten är jämförbar med angränsande osmium.

Isotopkomposition

Naturligt iridium förekommer som en blandning av två stabila isotoper : 191 Ir (innehåll 37,3%) och 193 Ir (62,7%) [5] . Radioaktiva isotoper av iridium med massnummer 164-199, såväl som många nukleära isomerer , har erhållits med konstgjorda metoder . Distributionen erhöll konstgjorda 192 Ir.

Kemiska egenskaper

Iridium är stabilt i luft vid vanlig temperatur och uppvärmning [14] , när pulvret kalcineras i ett syreflöde vid 600–1000 °C, bildar det IrO 2 i en liten mängd . Över 1200 °C avdunstar det delvis som IrO3 . Kompakt iridium vid temperaturer upp till 100 ° C reagerar inte med alla kända syror och deras blandningar, inte ens med aqua regia . Nyfällt iridiumsvart löser sig delvis i regenvatten för att bilda en blandning av Ir(III)- och Ir(IV)-föreningar. Iridiumpulver kan lösas genom klorering i närvaro av alkalimetallklorider vid 600–900°C eller genom sintring med Na 2 O 2 eller BaO 2 följt av upplösning i syror. Iridium interagerar med fluor (F 2 ) vid 400-450 ° C och med klor (Cl 2 ) och svavel (S) vid en röd temperatur.

• Iridiumklorid (IrCl 2 )  - glänsande mörkgröna kristaller. Låglöslig i syror och alkalier. När den värms upp till 773 °C sönderdelas den till IrCl och klor, och över 798 °C sönderdelas den till dess beståndsdelar. Erhålls genom att värma metalliskt iridium eller IrCl 3 i en ström av klor vid 763 ° C.
• Iridiumsulfid (IrS)  är ett glänsande mörkblått fast ämne. Något löslig i vatten och syror. Löslig i kaliumsulfid. Erhålls genom upphettning av metalliskt iridium i svavelånga.

• Iridiumoxid (Ir 2 O 3 )  är ett fast mörkblått ämne. Något lösligt i vatten och etanol . Löslig i svavelsyra . Erhålls genom lätt kalcinering av iridium(III)sulfid .
• Iridiumklorid (IrCl 3 )  är en flyktig förening vars färg varierar från mörk oliv till ljust gulgrön, beroende på fragmenteringen och renheten hos den erhållna produkten. Densiteten för den mörka olivblandningen är 5,292 g/cm3. Något löslig i vatten, alkalier och syror. Vid 765 °C sönderdelas det till IrCl 2 och klor, vid 773 °C till IrCl och klor, och över 798 °C till dess beståndsdelar. Erhålls genom verkan av klor som innehåller spår av CO på iridium uppvärmd till 600 ° C i starkt ljus med direkt solljus eller en brinnande magnesiumtejp. Under dessa förhållanden erhålls ren iridiumklorid på 15-20 minuter.
• Iridiumbromid (IrBr 3 )  - olivgröna kristaller. Löslig i vatten, svagt löslig i alkohol. Den torkar ut när den värms upp till 105-120°C. När den upphettas kraftigt sönderdelas den till element. Erhållsgenom interaktion av IrO2med bromvätesyra .
• Iridiumsulfid (Ir2S3 )  är ett brunt fast ämne . Bryts ner till grundämnen vid uppvärmning över 1050 °C. Något lösligt i vatten. Löslig i salpetersyra och kaliumsulfidlösning. Erhålls genom inverkan av svavelväte på iridium(III)klorid eller genom upphettning av pulveriserat metalliskt iridium med svavel vid en temperatur som inte överstiger 1050 °C i vakuum .

• Iridiumoxid (IrO 2 )  - svarta tetragonala kristaller med ett galler av rutiltyp. Densitet - 3,15 g/cm 3 . Lite löslig i vatten, etanol och syror. Det reduceras till metall med väte. Dissocierar termiskt till element vid upphettning. Erhålls genom att värma pulveriserat iridium i luft eller syre vid 700 ° C, värma IrO 2 * n H 2 O.
• Iridiumfluorid (IrF 4 )  är en gul oljig vätska som sönderdelas i luft och hydrolyseras med vatten. t pl 106°C. Erhålls genom att värma IrF 6 med iridiumpulver vid 150 °C.
• Iridiumklorid (IrCl4 ) är  ett hygroskopiskt brunt fast ämne. Det löses i kallt vatten och sönderdelas i varmt vatten. Erhållen genom att värma (600-700 ° C) metalliskt iridium med klor vid förhöjt tryck.
• Iridiumbromid (IrBr 4 )  är ett blått ämne som sprids i luften. Löslig i etanol; i vatten (med sönderdelning), dissocierar vid upphettning till element. Erhålls genom interaktion av IrO2 med bromvätesyra vid låg temperatur.
• Iridiumsulfid (IrS2 )  är ett brunt fast ämne. Något lösligt i vatten. Erhållen genom att leda svavelväte genom lösningar av iridium(IV)-salter eller genom att värma upp pulveriserat metalliskt iridium med svavel utan luft i vakuum.
• Iridiumhydroxid (Ir(OH) 4 ) (IrO2·2H2O ) bildas vid neutralisering av lösningar av kloriridater (IV) i närvaro av oxidationsmedel. En mörkblå fällning av Ir 2 O 3 n H 2 O fälls ut vid neutralisering av kloroiridater(III) med alkali och oxideras lätt i luft till IrO 2 . Praktiskt taget olöslig i vatten.

• Iridiumfluorid (IrF 6 )  - gula tetragonala kristaller. t pl 44 ° C, t kip 53 ° C, densitet - 6,0 g / cm 3 . Under inverkan av metalliskt iridium omvandlas det till IrF 4 , reduceras med väte till metalliskt iridium. Erhålls genom uppvärmning av iridium i en fluoratmosfär i ett fluoritrör. Starkt oxidationsmedel, reagerar med vatten och kvävemonoxid :

• Iridiumsulfid (IrS 3 )  är ett grått pulver, lätt lösligt i vatten. Erhålls genom att värma upp pulveriserat metalliskt iridium med överskott av svavel i vakuum. Strängt taget är det inte en förening av sexvärt iridium, eftersom det innehåller en SS-bindning.

De högsta oxidationstillstånden för iridium (+7, +8, +9) erhölls vid mycket låga temperaturer i föreningarna [(η 2 -O 2 )IrO 2 ] + , IrO 4 och [IrO 4 ] + [15] [ 16] . Lägre oxidationstillstånd är också kända (+1, 0, −1, −3), till exempel [Ir(CO)Cl(PPh 3 )] 2 , Ir 4 (CO) 12 , [Ir(CO) 3 (PPh 3 )] 1− , [Ir(CO) 3 ] 3− .

Får

Den huvudsakliga källan till iridiumproduktion är anodslam från koppar-nickelproduktion. Guld (Au) , palladium (Pd) , platina (Pt) etc. separeras från koncentratet av platinagruppmetaller . Återstoden som innehåller rutenium (Ru) , osmium (Os) och iridium är legerad med kaliumnitrat (KNO 3 ) och kaliumhydroxid (KOH) , legeringen lakas med vatten, lösningen oxideras med syre (O 2 ) , osmium (VIII) oxid (OsO 4 ) och rutenium (VIII) oxid (RuO 4 ) destilleras bort , och fällning innehållande iridium smälts samman med natriumperoxid (Na 2 O 2 ) och natriumhydroxid (NaOH) , legeringen behandlas med regenvatten och ammoniumkloridlösning (NH 4 Cl) , vilket fäller ut iridium i form av en komplex förening (NH 4 ) 2 [IrCl 6 ], som sedan kalcineras, vilket ger en metall - iridium. En lovande metod är extraktion av iridium från lösningar genom extraktion av hexakloriridater med högre alifatiska aminer. För separation av iridium från basmetaller är användningen av jonbyte lovande . För att extrahera iridium ur mineraler i den osmiska iridiumgruppen legeras mineralerna med bariumoxid, behandlas med saltsyra och aqua regia , OsO 4 avdestilleras och iridium fälls ut i form av (NH 4 ) 2 [IrCl 6 ] .

Applikation

Världskonsumtionen av iridium var 10,4 ton 2010. Huvudapplikationen är utrustning för odling av enkristaller, där iridium används som degelmaterial. 2010 användes 6 ton iridium för dessa ändamål. Cirka 1 ton förbrukas av tillverkare av premium tändstift, kemisk utrustning och kemiska katalysatorer [17] [18] .

Iridium, tillsammans med koppar och platina, används i tändstift för förbränningsmotorer (ICE) som ett material för tillverkning av elektroder, vilket gör sådana pluggar till de mest hållbara (100-160 tusen km av en bilkörning) och minskar kraven på gnistbildning Spänning. Det första företaget som använde iridium för att därigenom förbättra kvaliteten på tändstift var det japanska företaget NGK [19] . Ursprungligen användes den i flyg- och racingbilar, sedan, när produktionskostnaderna sjönk, började den användas på massbilar . För närvarande finns sådana pluggar för de flesta motorer, men är de dyraste.

Legeringar med volfram (W) och torium (Th)  - material för termoelektriska generatorer , med rodium (Rh) , rhenium (Re) , volfram (W)  - material för termoelement som drivs över 2000 ° C, med lantan (La) och cerium ( Ce)  är materialen i termioniska katoder.

Historiska standarder för mätaren och kilogram gjordes av en platina-iridiumlegering [20] .

År 2013, för första gången i världen, användes iridium vid tillverkningen av officiella mynt av Rwandas centralbank , som gav ut ett 999 rent metallmynt. Ett iridiummynt gavs ut i valörer på 10 rwandiska franc [21] .

Iridium har använts för att göra premium pennspetsar . En liten boll av iridium kan hittas på spetsarna på pennor och bläckpåfyllningar, den är särskilt synlig på guldspetsar, där den skiljer sig i färg från själva spetsen. I vår tid har iridium ersatts av andra metaller som är resistenta mot nötning [22] .

Iridium i paleontologi och geologi är en indikator på ett lager som bildades omedelbart efter meteoritfallets fall.

Iridium-192 är en gammakälla med en halveringstid på 74 dagar. Det används i feldetektering [14] och brachyterapi .

Intresset som elektricitetskälla orsakas av dess kärnisomer iridium-192m2 (halveringstid 241 år).

Iridiumföreningar är potentiella läkemedel för behandling av onkologiska sjukdomar [23] .

Biologisk roll

Spelar ingen biologisk roll. Metalliskt iridium är icke-giftigt, men vissa föreningar av iridium, såsom dess hexafluorid (IrF 6 ), är mycket giftiga .

Kostnad

Priset på iridium på världsmarknaden 2021 är cirka 160 dollar per 1 gram [24] .

I Ryska federationen för illegalt förvärv, lagring, transport, transport och försäljning av iridium (liksom andra ädelmetaller av guld , silver , platina , palladium , rodium , rutenium och osmium [25] ) i stor skala (dvs. , värda mer än 2,25 miljoner rubel [26] ) med undantag för smycken och husgeråd och skrot av sådana föremål, ges straffansvar i form av fängelse i upp till 5 år [27] .

Anteckningar

1. ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Grundämnenas atomvikter 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
2. ↑ 1 2 3 4 5 Iridium : fysikaliska egenskaper  . WebElements. Hämtad 17 augusti 2013. Arkiverad från originalet 26 juli 2013.
3. ↑ Teoretisk beräkning gav följande resultat (Gitterparametrarna, densiteterna och atomvolymerna för platinametallerna. Crabtree, Robert H. Sterling Chem. Lab., Yale Univ., New Haven, CT, USA. Journal of the Less-Common Metals (1979), 64(1), P7-P9. )
4. ↑ Arblaster, JW Densiteter av osmium och iridium: omräkningar baserade på en granskning av de senaste kristallografiska data  //  Platinum Metals Review : journal. - 1989. - Vol. 33 , nr. 1 . - S. 14-16 .
5. ↑ 1 2 3 Redaktion: Knunyants I. L. (chefredaktör). Chemical Encyclopedia: i 5 volymer - Moskva: Soviet Encyclopedia, 1990. - T. 2. - S. 272. - 671 sid. — 100 000 exemplar.
6. ↑ Platinametallernas gitterparametrar, densiteter och atomvolymer. Crabtree, Robert H. Sterling Chem. Lab., Yale Univ., New Haven, CT, USA. Journal of the Less-Common Metals (1979), 64(1), s. 7-9.
7. ↑ Hunt, LB A History of Iridium  //  Platinum Metals Review : journal. - 1987. - Vol. 31 , nr. 1 . - S. 32-41 .
8. ↑ Osmium - artikel från Great Soviet Encyclopedia
9. ↑ 1 2 Ripan R. , Chetyanu I. Oorganisk kemi. Kemi av metaller. - M .: Mir, 1972. - T. 2. - S. 644. - 871 sid.
10. ↑ Osmy iridium - artikel från Great Soviet Encyclopedia  (3:e upplagan)
11. ↑ Tidningen "Kunskap är makt" 7/2013
12. ↑ François Cardarelli, Materialhandbook: A Concise Desktop Reference 4.5.4.5 Iridium
13. ↑ Chemical Encyclopedia / Editorial Board: Knunyants I. L. et al. - M . : Soviet Encyclopedia, 1990. - T. 2. - 671 sid. — ISBN 5-82270-035-5 .
14. ↑ 1 2 Iridium . Populärt bibliotek av kemiska grundämnen. Hämtad 17 augusti 2013. Arkiverad från originalet 28 december 2013. (obestämd)
15. ↑ Gong, Y.; Zhou, M.; Kaupp, M.; Riedel, S. Formation and Characterization of the Iridium Tetroxide Molecule with Iridium in the Oxidation State +VIII  (Eng.)  // Angewandte Chemie International Edition  : journal. - 2009. - Vol. 48 , nr. 42 . - P. 7879-7883 . - doi : 10.1002/anie.200902733 .
16. ↑ Wang, Guanjun; Zhou, Mingfei; Goettel, James T.; Schrobilgen, Gary G.; Su, Jing; Li, Jun; Schlöder, Tobias; Riedel, Sebastian. Identifiering av en iridium-innehållande förening med ett formellt oxidationstillstånd av IX  (engelska)  // Nature : journal. - 2014. - 21 augusti ( vol. 514 ). - s. 475-477 .
17. ↑ Platinum-Group Metals Arkiverad 16 februari 2016 på Wayback Machine . US Geological Survey Mineral Commodity Sammanfattningar
18. ↑ Jollie, D. (2008). "Platinum 2008" (PDF) . Platina . Johnson Matthew. ISSN  0268-7305 . Arkiverad (PDF) från originalet 2008-10-29 . Hämtad 2008-10-13 . Utfasad parameter används |deadlink=( hjälp )
19. ↑ Iridium tändstift . Hämtad 10 februari 2019. Arkiverad från originalet 12 februari 2019. (obestämd)
20. ↑ Emsley, John. Naturens byggstenar: En A-Z guide till elementen . — Nytt. — New York, NY: Oxford University Press, 2011. — ISBN 978-0-19-960563-7 .
21. ↑ Gyllene chervonetter. Den huvudsakliga numismatiska portalen . Hämtad 29 augusti 2018. Arkiverad från originalet 29 augusti 2018. (obestämd)
22. ↑ Mottishaw, J. (1999). "Anteckningar från Nib Works - Var är Iridium?" . PENnanten . XIII (2). Arkiverad från originalet 2009-08-19 . Hämtad 2020-05-01 . Utfasad parameter används |deadlink=( hjälp )
23. ↑ Tungmetall hittad i meteoroider dödar cancerceller Arkiverad 17 februari 2022 på Wayback Machine 
24. ↑ JM Prisdiagram . Hämtad 21 september 2018. Arkiverad från originalet 21 september 2018. (obestämd)
25. ↑ Enligt artikel 1 i den federala lagen av den 26 mars 1998 nr 41-FZ "On Precious Metals and Precious Stones" Arkivexemplar av den 26 september 2018 på Wayback Machine .
26. ↑ Enligt artikel 170.2 i den ryska federationens strafflag arkiverad 30 september 2018 på Wayback Machine .
27. ↑ Enligt artikel 191 i den ryska federationens strafflag arkiverad 27 september 2018 på Wayback Machine .

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor dansk Stor katalanska Stor norsk Stor ryss Brockhaus och Efron Litet Brockhaus och Efron Britannica (11:e) Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis
I bibliografiska kataloger	GND : 4162402-6 J9U : 987007560422405171 LCCN : sh85068067 NDL : 00564222