Иридий - Iridium
Иридий | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Произношение |
/ Ɪ г ɪ д я ə м / |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Появление | серебристо-белый | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Стандартный атомный вес A r, std (Ir) | 192,217 (2) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Иридий в периодической таблице | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Атомный номер ( Z ) | 77 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Группа | группа 9 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Период | период 6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Блокировать | d-блок | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Электронная конфигурация | [ Xe ] 4f 14 5d 7 6s 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Электронов на оболочку | 2, 8, 18, 32, 15, 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Физические свойства | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Фаза на СТП | твердый | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Температура плавления | 2719 К (2446 ° С, 4435 ° F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Точка кипения | 4403 К (4130 ° С, 7466 ° F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Плотность (около rt ) | 22,56 г / см 3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
в жидком состоянии (при т. пл. ) | 19 г / см 3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Теплота плавления | 41,12 кДж / моль | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Теплота испарения | 564 кДж / моль | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Молярная теплоемкость | 25,10 Дж / (моль · К) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Давление газа
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Атомные свойства | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Состояния окисления | −3, −1, 0, +1, +2, +3 , +4 , +5, +6, +7, +8, +9 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Электроотрицательность | Шкала Полинга: 2,20 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Энергии ионизации | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Радиус атома | эмпирический: 136 пм | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ковалентный радиус | 141 ± 18 часов | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Спектральные линии иридия | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Прочие свойства | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Естественное явление | изначальный | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Кристальная структура | гранецентрированная кубическая (ГЦК) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Скорость звука тонкого стержня | 4825 м / с (при 20 ° C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тепловое расширение | 6,4 мкм / (м⋅К) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Теплопроводность | 147 Вт / (м⋅K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Удельное электрическое сопротивление | 47,1 нОм⋅м (при 20 ° C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Магнитный заказ | парамагнитный | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Молярная магнитная восприимчивость | +25,6 × 10 −6 см 3 / моль (298 К) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Модуль для младших | 528 ГПа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Модуль сдвига | 210 ГПа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Объемный модуль | 320 ГПа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
коэффициент Пуассона | 0,26 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Твердость по шкале Мооса | 6.5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Твердость по Виккерсу | 1760–2200 МПа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Твердость по Бринеллю | 1670 МПа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Количество CAS | 7439-88-5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
История | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Открытие и первая изоляция | Смитсон Теннант (1803) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Основные изотопы иридия | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Иридий является химический элемент с символом Ir и атомным номером 77. А очень твердый, хрупкий, серебристо-белый переходный металл из группы платины , иридия считается второй плотнейшая в природе металла (после того, как осмий ) с плотностью22,56 г / см 3, как определено экспериментальной рентгеновской кристаллографией . Однако при комнатной температуре и стандартном атмосферном давлении иридий был рассчитан таким образом, чтобы его плотность составляла22,65 г / см 3 ,На 0,04 г / см 3 больше, чем осмий, измеренный таким же образом. Тем не менее, экспериментальное значение рентгеновской кристаллографии считается наиболее точным, и поэтому иридий считается вторым по плотности элементом. Это самый устойчивый к коррозии металл даже при температурах до 2000 ° C. Хотя только определенные расплавленные соли и галогены вызывают коррозию твердого иридия, мелкодисперсная иридиевая пыль гораздо более реактивна и может быть горючей.
Иридий был открыт в 1803 году среди нерастворимых примесей в природной платине . Смитсон Теннант , главный первооткрыватель, назвал иридий в честь греческой богини Ирис , олицетворения радуги, из-за ярких и разнообразных цветов ее солей. Иридий - один из самых редких элементов в земной коре , его годовое производство и потребление составляет всего три метрических тонны. 191 Ir и 193 Ir - единственные два встречающихся в природе изотопа иридия, а также единственные стабильные изотопы ; последний является более многочисленным.
Наиболее важными используемыми соединениями иридия являются соли и кислоты, которые он образует с хлором , хотя иридий также образует ряд металлоорганических соединений, используемых в промышленном катализе и в исследованиях. Металлический иридий используется, когда требуется высокая коррозионная стойкость при высоких температурах, например, в высокоэффективных свечах зажигания , тиглях для перекристаллизации полупроводников при высоких температурах и в электродах для производства хлора в хлорно- щелочном процессе . Радиоизотопы иридия используются в некоторых радиоизотопных термоэлектрических генераторах .
Иридий содержится в метеоритах в гораздо большем количестве, чем в земной коре. По этой причине необычно высокое содержание иридия в глинистом слое на границе мела и палеогена породило гипотезу Альвареса о том, что удар массивного внеземного объекта вызвал вымирание динозавров и многих других видов 66 миллионов лет назад . Точно так же иридиевая аномалия в образцах керна из Тихого океана указывает на влияние Эльтанина около 2,5 миллионов лет назад.
Считается, что общее количество иридия на планете Земля намного выше, чем наблюдаемое в породах земной коры, но, как и в случае с другими металлами платиновой группы, высокая плотность и склонность иридия к связыванию с железом привели к тому, что большая часть иридия опускалась ниже корка, когда планета была молодой и все еще расплавленной.
Характеристики
Физические свойства
Иридий, входящий в группу металлов платиновой группы , имеет белый цвет, напоминающий платину , но с легким желтоватым оттенком. Из-за своей твердости , хрупкости и очень высокой температуры плавления твердый иридий трудно обрабатывать, формировать или обрабатывать; поэтому вместо этого обычно используется порошковая металлургия . Это единственный металл, который сохраняет хорошие механические свойства на воздухе при температурах выше 1600 ° C (2910 ° F). Он имеет 10 -самую высокую точку кипения между всеми элементами и становится сверхпроводником при температурах ниже 0,14 K .
Модуль упругости иридия является вторым по величине среди металлов, уступая только осмию . Это, вместе с высоким модулем сдвига и очень низким коэффициентом Пуассона (отношение продольной к поперечной деформации ), указывает на высокую степень жесткости и сопротивления деформации, из-за которых изготовление полезных компонентов стало проблемой. Несмотря на эти ограничения и высокую стоимость иридия, был разработан ряд применений, в которых механическая прочность является важным фактором в некоторых чрезвычайно тяжелых условиях, встречающихся в современной технологии.
Измеренная плотность иридия лишь немного ниже (примерно на 0,12%), чем у осмия, самого плотного из известных металлов . Возникла некоторая двусмысленность относительно того, какой из двух элементов был более плотным, из-за небольшого размера разницы в плотности и трудностей с ее точным измерением, но с повышенной точностью коэффициентов, используемых для расчета плотности, рентгеновские кристаллографические данные дали плотности равные22,56 г / см 3 для иридия и22,59 г / см 3 для осмия.
Химические свойства
Иридий - самый коррозионно-стойкий из известных металлов: он не подвергается воздействию кислот , царской водки , расплавленных металлов или силикатов при высоких температурах. Это, однако, может быть атаковано некоторыми расплавленными солями , такие как цианид натрия и цианид калия , а также кислород и галоиды (особенно фтор ) , при более высоких температурах. Иридий также напрямую реагирует с серой при атмосферном давлении с образованием дисульфида иридия .
Соединения
Состояния окисления | |
---|---|
−3 |
[Ir (CO) 3]3− |
−1 |
[Ir (CO) 3(PPh 3)]- |
0 |
Ir 4(CO) 12 |
+1 |
[Ir (CO) Cl (PPh 3) 2] |
+2 |
IrCp 2 |
+3 |
IrCl 3 |
+4 |
IrO 2 |
+5 |
Ir 4F 20 |
+6 |
IrF 6 |
+7 |
[(η2 -O 2) IrO 2]+ |
+8 |
IrO 4 |
+9 |
[IrO 4]+ |
Иридий образует соединения со степенями окисления от -3 до +9; наиболее распространенные степени окисления +3 и +4. Хорошо охарактеризованные примеры высокой степени окисления +6 встречаются редко, но включают IrF
6и два смешанных оксида Sr
2MgIrO
6и Sr
2Каир
6. Кроме того, в 2009 г. сообщалось, что оксид иридия (VIII) ( IrO
4) был приготовлен в условиях матричной изоляции (6 K в Ar) УФ-облучением иридий-пероксокомплекса. Однако не ожидается, что этот вид будет стабильным как объемное твердое вещество при более высоких температурах. Наивысшая степень окисления (+9), которая также является самой высокой зарегистрированной для любого элемента, известна только для одного катиона, IrO.+
4; он известен только как газовая фаза и, как известно, не образует никаких солей .
Диоксид иридия , IrO
2, сине-черное твердое вещество, является единственным хорошо охарактеризованным оксидом иридия. Полуторный , Ir
2О
3, был описан как сине-черный порошок, который окисляется до IrO
2по HNO
3. Соответствующие дисульфиды, диселениды, сесквисульфиды и сесквиселениды известны, а IrS
3также не поступало. Иридий также образует иридаты со степенями окисления +4 и +5, такие как K
2IrO
3и КИРО
3, который может быть получен реакцией оксида калия или супероксида калия с иридием при высоких температурах.
Хотя бинарные гидриды иридия отсутствуют, Ir
ИксЧАС
уизвестны комплексы, содержащие IrH4-
5и IrH3-
6, где иридий имеет степени окисления +1 и +3 соответственно. Тройной гидрид Mg
6Ir
2ЧАС
11считается, что он содержит как IrH4-
5и 18-электронный IrH5-
4 анион.
Моногалогениды или дигалогениды неизвестны, тогда как тригалогениды IrX
3, известны все галогены. Для степеней окисления +4 и выше известны только тетрафторид , пентафторид и гексафторид . Гексафторид иридия, IrF
6, представляет собой летучее и высокоактивное твердое вещество желтого цвета, состоящее из октаэдрических молекул. Он разлагается в воде и восстанавливается до IrF.
4, кристаллическое твердое вещество, иридиевым черным. Iridium пятифтористые имеют аналогичные свойства , но это на самом деле тетрамеры , Ir
4F
20, образованный четырьмя общими углами октаэдрами. Металлический иридий растворяется в расплавленных цианидах щелочных металлов с образованием Ir (CN).3-
6 (гексацианоиридат) ион.
Гексахлоридовая (IV) кислота, H
2IrCl
6, и его соль аммония являются наиболее важными соединениями иридия с промышленной точки зрения. Они участвуют в очистке иридия и используются в качестве прекурсоров для большинства других соединений иридия, а также для приготовления анодных покрытий. IrCl2-
6ион имеет интенсивный темно-коричневый цвет и может быть легко восстановлен до более светлого IrCl3-
6наоборот. Трихлорид иридия , IrCl
3, который может быть получен в безводной форме путем прямого окисления порошка иридия хлором при 650 ° C или в гидратированной форме путем растворения Ir
2О
3в соляной кислоте , часто используется в качестве исходного материала для синтеза других соединений Ir (III). Другим соединением, используемым в качестве исходного материала, является гексахлориридат аммония (III), (NH
4)
3IrCl
6. Комплексы иридия (III) диамагнитны ( низкоспиновые ) и обычно имеют октаэдрическую молекулярную геометрию .
Органические иридиевые соединения содержат иридий- углеродные связи, где металл обычно находится в более низких степенях окисления. Например, нулевая степень окисления находится в додекакарбониле тетраиридия , Ir
4(CO)
12, который является наиболее распространенным и стабильным бинарным карбонилом иридия. В этом соединении каждый из атомов иридия связан с тремя другими, образуя тетраэдрический кластер. Некоторые металлоорганические соединения Ir (I) достаточно известны, чтобы быть названы в честь их первооткрывателей. Один из них - комплекс Васьки , IrCl (CO) [P (C
6ЧАС
5)
3]
2, Который имеет необычное свойство связывания с молекулой молекулярного кислорода , О
2. Еще один катализатор Crabtree в , А гомогенный катализатор для гидрирования реакций. Оба эти соединения представляют собой плоские квадратные комплексы , d 8 , с 16 валентными электронами , что объясняет их реакционную способность.
Был задокументирован органический светодиодный материал на основе иридия , который оказался намного ярче, чем DPA или PPV , поэтому он может стать основой для гибкого OLED-освещения в будущем.
Изотопы
Иридий содержит два природных стабильных изотопа , 191 Ir и 193 Ir, с естественным содержанием 37,3% и 62,7% соответственно. Было также синтезировано не менее 37 радиоизотопов с массовым числом от 164 до 202. 192 Ir , который находится между двумя стабильными изотопами, является наиболее стабильным радиоизотопом с периодом полураспада 73,827 дней и находит применение в брахитерапии и в промышленной радиографии , особенно для неразрушающего контроля сварных швов в стали в нефтяной и газовой промышленности; Источники иридия-192 были вовлечены в ряд радиологических аварий. Три других изотопа имеют период полураспада не менее суток - 188 Ir, 189 Ir и 190 Ir. Изотопы с массой ниже 191 распадаются в результате некоторой комбинации β + -распада , α-распада и (редкого) испускания протонов , за исключением 189 Ir, который распадается при захвате электронов . Синтетические изотопы тяжелее , чем 191 распада с помощью & beta ; - распад , хотя 192 Ir также имеют путь распада захвата электрона. Минорный Все известные изотопы иридия были открыты в период с 1934 по 2008 год, при этом последние открытия составляют 200–202 Ir.
Было охарактеризовано по крайней мере 32 метастабильных изомера в диапазоне массовых чисел от 164 до 197. Наиболее стабильным из них является 192 м2 Ir, который распадается в результате изомерного перехода с периодом полураспада 241 год, что делает его более стабильным, чем любой синтетический иридий. изотопы в их основных состояниях. Наименее стабильным изомером является 190 м3 Ir с периодом полураспада всего 2 мкс. Изотоп 191 Ir был первым из всех элементов, показавших эффект Мессбауэра . Это делает его полезным для мессбауэровской спектроскопии для исследований в области физики, химии, биохимии, металлургии и минералогии.
История
Платиновая группа
Открытие иридия неразрывно связано с открытием платины и других металлов платиновой группы. Самородная платина, используемая древними эфиопами и южноамериканскими культурами, всегда содержала небольшое количество других металлов платиновой группы, включая иридий. Платина достигла Европы , как Платина ( «silverette»), найденный в 17 веке испанские завоеватели в регионе сегодня известный как отдел Чоко в Колумбии . Открытие того, что этот металл не является сплавом известных элементов, а представляет собой отдельный новый элемент, произошло только в 1748 году.
Открытие
Химики, изучавшие платину, растворили ее в царской водке (смеси соляной и азотной кислот ), чтобы создать растворимые соли. Они всегда наблюдали небольшое количество темного нерастворимого осадка. Джозеф Луи Пруст думал, что остаток был графитом . Французские химики Виктор Колле-Дескотиль , Антуан Франсуа, граф де Фуркрой и Луи Николя Воклен также наблюдали черный остаток в 1803 году, но не получили достаточно для дальнейших экспериментов.
В 1803 году британский ученый Смитсон Теннант (1761–1815) проанализировал нерастворимый остаток и пришел к выводу, что он должен содержать новый металл. Воклен обработал порошок поочередно щелочью и кислотами и получил новый летучий оксид, который, как он полагал, был из этого нового металла, который он назвал птеном от греческого слова πτηνός ptēnós , «крылатый». Теннант, который имел преимущество в гораздо большем количестве остатков, продолжил свои исследования и идентифицировал два ранее не обнаруженных элемента в черном остатке, иридий и осмий. Получил темно-красные кристаллы (вероятно, Na
2[IrCl
6] · N H
2О ) последовательностью реакций с гидроксидом натрия и соляной кислотой . Он назвал иридий в честь Ирис ( Ἶρις ), греческой крылатой богини радуги и посланницы олимпийских богов, потому что многие из полученных им солей были сильно окрашены. Об открытии новых элементов было задокументировано в письме Королевскому обществу от 21 июня 1804 года.
Металлообработка и приложения
Британский ученый Джон Джордж Чилдс был первым, кто расплавил образец иридия в 1813 году с помощью «величайшей гальванической батареи, которая когда-либо была построена» (на то время). Первым, кто получил иридий высокой чистоты, был Роберт Хэр в 1842 году. Он обнаружил, что его плотность составляет около21,8 г / см 3 и отметил, что металл почти не поддается деформации и очень твердый. Первая плавка в заметном количестве была произведена Анри Сент-Клер Девилем и Жюлем Анри Дебре в 1860 году. Им потребовалось сжечь более 300 литров чистого кислорода.
2и H
2 газ на каждый килограмм иридия.
Эти крайние трудности плавления металла ограничивали возможности обращения с иридием. Джон Исаак Хокинс стремился получить тонкий и твердый наконечник для перьев авторучки, и в 1834 году ему удалось создать золотую ручку с иридиевым наконечником. В 1880 году Джон Холланд и Уильям Лофланд Дадли смогли расплавить иридий, добавив фосфор, и запатентовали этот процесс в Соединенных Штатах; Британская компания Johnson Matthey позже заявила, что использует аналогичный процесс с 1837 года и уже представила плавленый иридий на нескольких всемирных выставках . Первое использование сплава иридия с рутением в термопарах было сделано Отто Фойсснером в 1933 году. Это позволило измерять высокие температуры воздуха до 2000 ° C (3630 ° F).
В Мюнхене, Германия, в 1957 году Рудольф Мёссбауэр в ходе так называемого «знаменательного эксперимента в физике двадцатого века» открыл резонансное излучение и поглощение гамма-лучей без отдачи атомами в твердом металлическом образце, содержащем всего 191 штуку. Ir. Это явление, известное как эффект Мессбауэра (которое с тех пор наблюдалось для других ядер, таких как 57 Fe ), и развитое как мессбауэровская спектроскопия , внесло важный вклад в исследования в области физики, химии, биохимии, металлургии и минералогии. Мёссбауэр получил Нобелевскую премию по физике в 1961 году в возрасте 32 лет, всего через три года после публикации своего открытия. В 1986 году Рудольф Мёссбауэр был награжден за свои достижения медалью Альберта Эйнштейна и медалью Эллиота Крессона.
Вхождение
Иридий - один из девяти наименее распространенных стабильных элементов в земной коре, его средняя массовая доля в породах земной коры составляет 0,001 ppm ; платины в 10 раз больше, золота в 40 раз больше, серебра и ртути в 80 раз больше. Теллур почти так же богат, как иридий. В отличие от его небольшого содержания в земной коре, иридий относительно часто встречается в метеоритах с концентрацией 0,5 ppm или более. Считается, что общая концентрация иридия на Земле намного выше, чем то, что наблюдается в породах земной коры, но из-за плотности и сидерофильного («железолюбивого») характера иридия он спустился ниже коры в ядро Земли, когда планета все еще была расплавленной.
Иридий встречается в природе как несвязанный элемент или в природных сплавах ; особенно сплавы иридий-осмий, осмиридий (богатый осмием) и иридосмий (богатый иридием). В месторождениях никеля и меди металлы платиновой группы встречаются в виде сульфидов (например, ( Pt, Pd) S ), теллуридов (например, PtBiTe), антимонидов (PdSb) и арсенидов (например, PtAs).
2). Во всех этих соединениях платина заменена небольшим количеством иридия и осмия. Как и все металлы платиновой группы, иридий естественным образом содержится в сплавах с сырым никелем или сырой медью . Известен ряд минералов с преобладанием иридия, в том числе иридий как видообразующий элемент. Они крайне редки и часто представляют собой иридиевые аналоги вышеперечисленных. Примерами являются ирарсит и купроиридит, чтобы упомянуть некоторые.
В земной коре иридий находится в самых высоких концентрациях в трех типах геологической структуры: магматических отложениях (интрузии коры снизу), ударных кратерах и отложениях, переработанных из одной из бывших структур. Самые большие известные первичные запасы находятся в магматическом комплексе Бушвельд в Южной Африке (рядом с крупнейшим известным ударным кратером, кратером Вредефорт ), в крупных медно-никелевых месторождениях недалеко от Норильска в России и в бассейне Садбери (также ударный кратер) в Канада также является значительным источником иридия. Меньшие запасы находятся в США. Иридий также находится во вторичных месторождениях, в сочетании с платиной и другими металлами платиновой группы в аллювиальных месторождениях. Аллювиальные месторождения, используемые доколумбовыми людьми в департаменте Чоко в Колумбии , по-прежнему являются источником металлов платиновой группы. По состоянию на 2003 год мировые запасы не подсчитывались.
Морская океанография
Иридий содержится в морских организмах, отложениях и толще воды. В организмах иридий содержится в среднем в количестве менее 20 частей на триллион. Скорее всего, это связано с «более слабой способностью Ir образовывать стабильные хлор-металлические комплексы в морской воде». Это более чем на 5 величин меньше, чем то, что было обнаружено в остатках биосферы мелово-палеогенового периода, продемонстрированных пограничными отложениями мелового и третичного периода (KT). Иридий содержится в толще воды в низких концентрациях (в 100 раз меньше, чем платина). Эти концентрации и более низкая комплексообразующая способность иридия с галогенидами приводят к тому, что взаимодействия имеют более высокую склонность к гидролизу. Температура, аноксия или гипоксия, давление, а также геологические и биологические процессы могут влиять на соотношение иридия в толще воды и составе донных отложений.
Иридий можно использовать для определения состава отложений, таких как внеземные отложения, вулканическая активность, отложение морской воды, микробная обработка, гидротермальные выбросы и т. Д. Большинство этих источников содержат иридий в очень малых количествах, что позволяет ученым делать более серьезные выводы. субтектонического или внеземного происхождения. Иридий окисляется в некоторых морских минералах морских отложений, и вероятность его минерализации ферромарганцем в концентрациях, приближающихся к «соотношению морской воды», увеличивает их ценность как тяжелые металлы как руды. Было обнаружено, что концентрация иридия в этих отложениях по сравнению со свинцом или золотом является показателем того, возникли ли отложения в результате земного выветривания, субтектонической активности или имеют космическое происхождение. Например, вулканический выдох содержит более высокое соотношение свинца и золота, но имеет те же уровни иридия, а высокое содержание золота, свинца и платины с низким содержанием иридия является характеристикой гидротермального выдоха.
Одним из интересных источников происхождения иридия в морских отложениях является внеземное вещество, что делает его прекрасным индикатором из-за того, что он более чувствителен и энергонезависим, чем другие космические элементы. Иридий использовался в качестве основного индикатора для количественной оценки количества отложений межзвездного вещества, такого как астероиды и метеороиды, которые пробиваются через атмосферу Земли и откладываются в отложениях. Иридий можно связать с некоторыми из основных глобальных вымираний, определив происхождение иридия по соотношению изотопов к другим элементам, таким как рутений или осмий. Слои отложений, связанные с массовыми вымираниями, такие как пограничные отложения KT, демонстрируют всплески отношения иридия, которые напоминают количества, обнаруженные в метеоритах. Геохимические процессы иридия, которые недостаточно изучены при низких температурах, могут в определенной степени повлиять на эти количества. Однако ученые пришли к выводу, что изменения не будут достаточно значительными, чтобы игнорировать самые высокие концентрации, хотя они, возможно, делают менее существенные всплески менее убедительными для внеземной ударной активности.
Наличие границы мела и палеогена
Меловой палеоген граница в 66 миллионов лет назад, отмечая временную границу между меловыми и палеогеновыми периодами геологического времени , была идентифицирована с помощью тонкой прослойки из иридия богатой глины . В 1980 году группа ученых под руководством Луиса Альвареса предложила внеземное происхождение этого иридия, приписав его удару астероида или кометы . Их теория, известная как гипотеза Альвареса , теперь широко используется для объяснения исчезновения нептичьих динозавров . Позднее под полуостровом Юкатан ( кратер Чиксулуб ) была обнаружена крупная погребенная структура ударного кратера с предполагаемым возрастом около 66 миллионов лет . Дьюи М. Маклин и другие утверждают, что иридий мог иметь вулканическое происхождение, потому что ядро Земли богато иридием, а действующие вулканы, такие как Питон-де-ла-Фурнез на острове Реюньон , все еще выделяют иридий.
Производство
Год | Потребление (тонны) |
Цена ( долл. США ) |
---|---|---|
2001 г. | 2,6 | 415,25 долл. США / унцию (13,351 долл. США / г) |
2002 г. | 2,5 | 294,62 долл. США / унцию (9,472 долл. США / г) |
2003 г. | 3.3 | 93,02 доллара за унцию ( 2,991 доллара за г) |
2004 г. | 3,60 | 185,33 долл. США / унцию ( 5,958 долл. США / г) |
2005 г. | 3,86 | 169,51 долл. США / унцию (5,450 долл. США / г) |
2006 г. | 4,08 | 349,45 долл. США / унцию (11,235 долл. США / г) |
2007 г. | 3,70 | 444,43 долл. США / унцию (14,289 долл. США / г) |
2008 г. | 3.10 | 448,34 долл. США / унцию (14,414 долл. США / г) |
2009 г. | 2,52 | 420,4 долл. США / унцию (13,52 долл. США / г) |
2010 г. | 10,40 | 642,15 долл. США / унцию (20,646 долл. США / г) |
2011 г. | 9,36 | 1 035,87 долл. США / унцию (33,304 долл. США / г) |
2012 г. | 5,54 | 1 066,23 долл. США / унцию (34,280 долл. США / г) |
2013 | 6,16 | 826,45 долл. США / унцию (26,571 долл. США / г) |
2014 г. | 6.1 | 556,19 долл. США / унцию (17,882 долл. США / г) |
2015 г. | 7,81 | 544 долл. США / унцию (17,5 долл. США / г) |
2016 г. | 7,71 | 586,90 долл. США / унцию (18,869 долл. США / г) |
2017 г. | nd | 908,35 долл. США / унцию (29,204 долл. США / г) |
2018 г. | nd | 1 293,27 долл. США / унцию ( 41 580 долл. США / г) |
В 2019 году мировое производство иридия составило 242000 унций (6860 кг). В середине апреля 2021 года цена на иридий достигла 6400 долларов США за тройскую унцию на Metals Daily (товарный листинг драгоценных металлов). Иридий также получают в коммерческих целях как побочный продукт при добыче и переработке никеля и меди . Во время электрорафинирования меди и никеля благородные металлы, такие как серебро, золото и металлы платиновой группы, а также селен и теллур оседают на дно электролизера в виде анодного шлама , который является отправной точкой для их извлечения. Для разделения металлов, они сначала должны быть введены в раствор . Доступны несколько методов разделения в зависимости от природы смеси; два типичных метода - это сплавление с пероксидом натрия с последующим растворением в царской водке и растворение в смеси хлора с соляной кислотой .
После растворения смеси иридий отделяют от других металлов платиновой группы осаждением гексахлориридата аммония ( (NH
4)
2IrCl
6) или извлекая IrCl2-
6с органическими аминами. Первый метод аналогичен процедуре, которую Теннант и Волластон использовали для их разделения. Второй метод можно спланировать как непрерывную жидкостно-жидкостную экстракцию, и поэтому он больше подходит для производства в промышленных масштабах. В любом случае продукт восстанавливают с использованием водорода, получая металл в виде порошка или губки, которые можно обрабатывать методами порошковой металлургии .
Цены на иридий колеблются в значительном диапазоне. При относительно небольшом объеме мирового рынка (по сравнению с другими промышленными металлами, такими как алюминий или медь ) цена иридия сильно реагирует на нестабильность производства, спроса, спекуляций , накоплений и политики в странах-производителях. Как вещество с редкими свойствами, на его цену особенно повлияли изменения в современной технологии: постепенное снижение в период с 2001 по 2003 год было связано с избытком тиглей из Ir, используемых для промышленного выращивания крупных монокристаллов. Аналогичным образом, цены выше 1000 долларов за тройскую унцию (32 доллара за г) в период с 2010 по 2014 год объяснялись установкой производственных мощностей для монокристаллического сапфира, используемого в светодиодной подсветке для телевизоров.
Приложения
Спрос на иридий вырос с 2,5 метрических тонн в 2009 году до 10,4 метрических тонн в 2010 году, в основном из-за связанных с электроникой приложений, которые выросли с 0,2 до 6 метрических тонн - иридиевые тигли обычно используются для выращивания крупных высококачественных монокристаллов, спрос на которые резко вырос. Прогнозируется, что это увеличение потребления иридия достигнет насыщения из-за накопления запасов тиглей, как это произошло ранее в 2000-х годах. Другие основные области применения включают свечи зажигания, потребляющие 0,78 метрической тонны иридия в 2007 году, электроды для хлорщелочного процесса (1,1 тонны в 2007 году) и химические катализаторы (0,75 тонны в 2007 году).
Промышленное и медицинское
Высокая температура плавления, твердость и коррозионная стойкость иридия и его сплавов определяют большинство его применений. Иридий (или иногда сплавы платины или осмия) и в основном сплавы иридия имеют низкий износ и используются, например, для многопористых фильер , через которые расплав пластичного полимера экструдируется с образованием волокон, таких как вискоза . Осмий-иридий используется для подшипников компаса и весов.
Их устойчивость к дуговой эрозии делает иридиевые сплавы идеальными для электрических контактов свечей зажигания , а свечи зажигания на основе иридия особенно используются в авиации.
Чистый иридий чрезвычайно хрупок, до такой степени, что его трудно сваривать из-за трещин в зоне термического влияния, но его можно сделать более пластичным, добавив небольшие количества титана и циркония (0,2% каждого из них, по-видимому, работает хорошо).
Устойчивость к нагреванию и коррозии делает иридий важным легирующим агентом. Некоторые долговечные детали авиационных двигателей изготавливаются из иридиевого сплава, а иридий- титановый сплав используется для изготовления глубоководных труб из-за его коррозионной стойкости. Иридий также используется в качестве упрочняющего агента в платиновых сплавах. Твердость по Виккерсу чистой платины составляет 56 HV, тогда как платина с 50% иридия может достигать более 500 HV.
Устройства, которые должны выдерживать чрезвычайно высокие температуры, часто делают из иридия. Например, высокотемпературные тигли из иридия используются в процессе Чохральского для производства оксидных монокристаллов (таких как сапфиры ) для использования в устройствах памяти компьютера и в твердотельных лазерах. Кристаллы, такие как гадолиний-галлий-гранат и иттрий-галлий-гранат, выращиваются путем плавления предварительно спеченных зарядов смешанных оксидов в окислительных условиях при температурах до 2100 ° C.
Iridium соединения используются в качестве катализаторов в процессе Cativa для карбонилирования из метанола с получением уксусной кислоты .
Иридий - хороший катализатор разложения гидразина (на горячий азот и аммиак), который на практике используется в ракетных двигателях малой тяги; подробнее в статье о монотопливной ракете .
Радиоактивный изотоп иридий-192 является одним из двух наиболее важных источников энергии для использования в промышленной гамме-радиографии для неразрушающего контроля из металлов . Кроме того, 192 Ir используется в качестве источника гамма-излучения для лечения рака с помощью брахитерапии , формы лучевой терапии, при которой герметичный радиоактивный источник помещается внутри или рядом с областью, требующей лечения. Специфические методы лечения включают брахитерапию простаты с высокой мощностью дозы, брахитерапию желчных протоков и внутриполостную брахитерапию шейки матки.
Рассмотрено использование комплексов иридия (III) для визуализации митохондрий.
Когда иридий (III) присоединяется к альбумину , создается фотосенсибилизированная молекула, которая может проникать в раковые клетки . Эта молекула может использоваться в процессе, известном как фотодинамическая терапия, для уничтожения раковых клеток.
Научный
Сплав из 90% платины и 10% иридия был использован в 1889 году для создания Международного прототипа измерителя и килограмма массы, хранящегося в Международном бюро мер и весов недалеко от Парижа . Бар метра был заменен как определение основной единицы длины в 1960 году по линии в спектре атома из криптона , но килограммовый прототип остался международным стандартом массы до 20 мая 2019 , когда килограммовый был пересмотрен в терминах Постоянная Планка .
Иридий часто используется в качестве покрытия для непроводящих материалов при подготовке к наблюдению в сканирующих электронных микроскопах (SEM). Добавление слоя иридия толщиной 2-20 нм помогает особенно органическим материалам выдерживать повреждение электронным пучком и снижает накопление статического заряда в целевой области фокальной точки пучка SEM. Покрытие из иридия также увеличивает отношение сигнал / шум, связанное с вторичной электронной эмиссией, что важно для использования SEM для анализа рентгеновского спектрографического состава. В то время как другие металлы могут использоваться для покрытия объектов для использования в SEM, иридий является предпочтительным покрытием, когда образцы будут изучаться с широким спектром параметров изображения.
Иридий использовался в радиоизотопных термоэлектрических генераторах беспилотных космических аппаратов, таких как Voyager , Viking , Pioneer , Cassini , Galileo и New Horizons . Иридий был выбран для герметизации топлива плутония-238 в генераторе, поскольку он может выдерживать рабочие температуры до 2000 ° C и обладает большой прочностью.
Другое применение касается рентгеновской оптики, особенно рентгеновских телескопов. Зеркала рентгеновской обсерватории Чандра покрыты слоем иридия толщиной 60 нм . Иридий оказался лучшим выбором для отражения рентгеновских лучей после того, как были протестированы никель, золото и платина. Слой иридия, который должен был быть гладким с точностью до нескольких атомов, был нанесен путем осаждения паров иридия в высоком вакууме на базовый слой хрома .
Иридий используется в физике элементарных частиц для производства антипротонов , формы антивещества . Антипротоны создаются путем выстрела пучка протонов высокой интенсивности в цель преобразования , которая должна быть изготовлена из материала очень высокой плотности. Хотя вместо него можно использовать вольфрам , иридий имеет то преимущество, что он лучше устойчив к ударным волнам, вызванным повышением температуры из-за падающего луча.
Активация углеродно-водородных связей ( активация C – H) - это область исследований реакций, которые расщепляют углерод-водородные связи , которые традиционно считались инертными. В первых сообщениях об успехах в активации связей C – H в насыщенных углеводородах , опубликованных в 1982 г., использовались металлоорганические комплексы иридия, которые подвергаются окислительному присоединению к углеводороду.
Комплексы иридия исследуются как катализаторы асимметричного гидрирования . Эти катализаторы использовались в синтезе природных продуктов и способны энантиоселективно гидрировать некоторые сложные субстраты, такие как нефункционализированные алкены (с образованием только одного из двух возможных энантиомеров ).
Иридий образует множество комплексов, представляющих фундаментальный интерес при сборе триплетов.
Исторический
В наконечниках перьев авторучки использовались иридий -осмиевые сплавы . Первое крупное использование иридия было в 1834 году в перьях, украшенных золотом. С 1944 года знаменитая перьевая ручка Parker 51 оснащалась наконечником из сплава рутения и иридия (с 3,8% иридия). Материал наконечника современных перьевых ручек по-прежнему условно называется «иридий», хотя иридий в нем редко бывает; его место заняли другие металлы, такие как рутений , осмий и вольфрам .
Иридий-платиновый сплав использовался для контактных отверстий или вентиляционных элементов пушки . Согласно отчету Парижской выставки 1867 года , одно из экспонатов, выставленных Джонсоном и Матти, «использовалось в ружье Витворта более 3000 патронов и почти не имеет признаков износа. Те, кто знает о постоянных проблемах и расходы, которые вызваны ношением вентиляционных отверстий пушки во время активной службы, оценят эту важную адаптацию ".
Пигмент iridium black , состоящий из очень мелкодисперсного иридия, используется для окрашивания фарфора в насыщенный черный цвет; Было сказано, что «все другие фарфоровые черные цвета кажутся серыми рядом с ним».
Меры предосторожности
Иридий в металлической форме в массе не является биологически важным или опасным для здоровья из-за отсутствия реакции с тканями; в тканях человека содержится всего около 20 частей на триллион иридия. Как и большинство металлов, мелкодисперсный порошок иридия может быть опасен при обращении, поскольку он является раздражителем и может воспламениться на воздухе. О токсичности соединений иридия известно очень мало, в первую очередь потому, что он используется настолько редко, что мало кто контактирует с ним, и те, кто используют только очень небольшие количества. Однако растворимые соли, такие как галогениды иридия, могут быть опасными из-за элементов, отличных от иридия, или из-за самого иридия. В то же время большинство соединений иридия нерастворимы, что затрудняет всасывание в организм.
Радиоизотоп иридия, 192
Ir опасен, как и другие радиоактивные изотопы. Единственные зарегистрированные травмы, связанные с иридием, касаются случайного воздействия радиации от192
Ir используется в брахитерапии . Гамма-излучение высокой энергии от192
Ir может увеличить риск рака. Внешнее воздействие может вызвать ожоги, радиационное отравление и смерть. Проглатывание 192 Ir может вызвать ожог слизистой оболочки желудка и кишечника. 192 Ir, 192m Ir и 194m Ir имеют тенденцию откладываться в печени и могут представлять опасность для здоровья как от гамма-, так и от бета- излучения.
Примечания
использованная литература
внешние ссылки
- Иридиум в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
- Иридий в Британской энциклопедии