Iryd

Nie mylić z indem .

Ten artykuł dotyczy pierwiastka chemicznego. W przypadku innych zastosowań zobacz Iryd (ujednoznacznienie) .

Iryd, ₇₇ Ir

Iryd
Wymowa	/ ɪ ˈ r ɪ re ja ə m / ​( <a i=11>ja- ( RID -ee -əm )
Wygląd	srebrzysty biały
Standardowa masa atomowa A r ° (Ir)
	192,217 ± 0,002 192,22 ± 0,01 (skrócony)
Iryd w układzie okresowym
Wodór Hel Lit Beryl Bor Węgiel Azot Tlen Fluor Neon Sód Magnez Aluminium Krzem Fosfor Siarka Chlor Argon Potas Wapń Skand Tytan Wanad Chrom Mangan Żelazo Kobalt Nikiel Miedź Cynk Gal German Arsen Selen Brom Krypton Rubid Stront Itr Cyrkon Niob molibden technet Ruten Rod Paladium Srebro Kadm Ind Cyna Antymon Tellur Jod Ksenon Cez Bar Lantan Cer prazeodym neodym Promet Samar Europ Gadolin Terb Dysproz Holmium Erb Tul Iterb lutet Hafn Tantal Wolfram Ren Osm Iryd Platyna Złoto Rtęć (pierwiastek) Tal Ołów Bizmut Polon astat Radon frank Rad Aktyn Tor Protaktyn Uran Neptun Pluton ameryk Kiur Berkelium Kaliforn Einsteinium Ferm Mendelew Nobel lawren Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohr has Meitner Darmsztadt Roentgen Kopernik Nihonium flerow Moskwa Livermorium Tennessine Oganesson Rh ↑ Ir ↓ Mt osm ← iryd → platyna
liczba atomowa ( Z )	77
Grupa	grupa 9
Okres	okres 6
Blok	blok d
Konfiguracja elektronów	[ Xe ] 4f 14 5d 7 6s 2
Elektrony na powłokę	2, 8, 18, 32, 15, 2
Właściwości fizyczne
Faza w STP	solidny
Temperatura topnienia	2719 K (2446 ° C, 4435 ° F)
Temperatura wrzenia	4403 K (4130 ° C, 7466 ° F)
Gęstość (blisko rt )	22,56 g/cm 3
gdy ciecz (przy mp )	19 g/cm 3
Ciepło topnienia	41,12 kJ/mol
Ciepło parowania	564 kJ/mol
Molowa pojemność cieplna	25,10 J/(mol·K)
Ciśnienie pary   P (Pa) 1 10 100 1 tys 10 tys 100 tys   w T (K) 2713 2957 3252 3614 4069 4659
Właściwości atomowe
Stany utleniania	−3, −1, 0, +1, +2, +3 , +4 , +5, +6, +7, +8, +9
Elektroujemność	Skala Paulinga: 2,20
Energie jonizacji	1.: 880 kJ/mol 2.: 1600 kJ/mol
Promień atomowy	empiryczne: 136 godz
Promień kowalencyjny	141±6 wieczorem
Widmowe linie irydu
Inne właściwości
Występowanie naturalne	pierwotny
Struktura krystaliczna	​ sześcienny wyśrodkowany <a i=0>na twarzy (FCC)
Prędkość dźwięku cienki pręt	4825 m/s (przy 20°C)
Rozszerzalność cieplna	6,4 µm / (m⋅K)
Przewodność cieplna	147 W/(m⋅K)
Rezystancja	47,1 nΩ⋅m (przy 20 ° C)
Zamawianie magnetyczne	paramagnetyczny
Molowa podatność magnetyczna	+25,6 × 10-6 cm3 / mol (298 K)
Moduł Younga	528 GPa
Moduł ścinania	210 GPa
Moduł objętościowy	320 GPa
Współczynnik Poissona	0,26
Twardość Mohsa	6.5
Twardość Vickersa	1760–2200 MPa
Twardość Brinella	1670 MPa
Numer CAS	7439-88-5
Historia
Odkrycie i pierwsza izolacja	Smithsona Tennanta (1803)
Izotopy irydu
Główne izotopy Rozkład obfitość okres półtrwania ( t 1/2 ) tryb produkt 188 Ir syn 1,73 dł ε 188 Os 189 Ir syn 13,2 d ε 189 Os 190 Ir syn 11,8 d ε 190 Os 191 Ir 37,3% stabilny 192 Ir syn 73,827 ur β- _ 192 pkt ε 192 Os 192m2 Ir syn 241 l TO 192 Ir 193 Ir 62,7% stabilny 193m Ir syn 10,5 dnia TO 193 Ir 194 Ir syn 19,3 godz β- _ 194 pkt 194m2 Ir syn 171 d TO 194 Ir

Iryd to pierwiastek chemiczny o symbolu Ir i liczbie atomowej 77. Bardzo twardy, kruchy, srebrzystobiały metal przejściowy z grupy platynowców , uważany jest za drugi najgęstszy naturalnie występujący metal (po osmie ) o gęstości 22,56 g /cm3 ⁽ 0,815 funta/cu in) jak zdefiniowano za pomocą eksperymentalnej krystalografii rentgenowskiej . Jest to jeden z najbardziej korozję metali, nawet w temperaturach dochodzących do 2000 ° C (3630 ° F). Jednak odporność na korozję nie jest wymierna w wartościach bezwzględnych; chociaż tylko niektóre stopione sole i halogeny korodują stały iryd, drobno rozdrobniony pył irydu jest znacznie bardziej reaktywny i może być łatwopalny, podczas gdy złoty pył nie jest palny, ale może zostać zaatakowany przez substancje, na które iryd jest odporny, takie jak woda królewska .

Iryd został odkryty w 1803 roku wśród nierozpuszczalnych zanieczyszczeń w naturalnej platynie . Smithson Tennant , główny odkrywca, nazwał ją na cześć greckiej bogini Iris , personifikacji tęczy, ze względu na uderzające i różnorodne kolory jej soli. Iryd jest jednym z najrzadszych pierwiastków w skorupie ziemskiej , którego roczna produkcja i zużycie wynosi zaledwie 3 tony (6,6 tys. funtów). ¹⁹¹ Ir i ¹⁹³ Ir to jedyne dwa naturalnie występujące izotopy irydu, a także jedyny stabilne izotopy ; ten ostatni jest bardziej obfity.

Dominującymi zastosowaniami irydu są sam metal i jego stopy, jak w wysokowydajnych świecach zapłonowych , tyglach do rekrystalizacji półprzewodników w wysokich temperaturach oraz elektrodach do produkcji chloru w procesie chloroalkaliów . Ważnymi związkami irydu są chlorki i jodki w katalizie przemysłowej . Iryd jest składnikiem niektórych diod OLED.

Iryd występuje w meteorytach w znacznie większej ilości niż w skorupie ziemskiej. Z tego powodu niezwykle duża zawartość irydu w warstwie gliny na granicy kredy i paleogenu dała początek hipotezie Alvareza , że ​​uderzenie masywnego obiektu pozaziemskiego spowodowało wyginięcie dinozaurów i wielu innych gatunków 66 milionów lat temu , obecnie znanych powstały w wyniku uderzenia, które utworzyło krater Chicxulub . Podobnie anomalia irydu w próbkach rdzenia z Oceanu Spokojnego sugerowała Wpływ Eltanin około 2,5 miliona lat temu.

Uważa się, że całkowita ilość irydu na planecie Ziemia jest znacznie wyższa niż ta obserwowana w skałach skorupy ziemskiej, ale podobnie jak w przypadku innych metali z grupy platynowców, wysoka gęstość i tendencja irydu do wiązania się z żelazem spowodowała, że ​​większość irydu spadła poniżej skorupy, gdy planeta była młoda i wciąż stopiona.

Charakterystyka

Właściwości fizyczne

Jedna uncja trojańska (31,1035 gramów ) irydu topionego w łuku

Członek grupy platynowców , iryd jest biały, przypominający platynę , ale z lekkim żółtawym odcieniem. Ze względu na swoją twardość , kruchość i bardzo wysoką temperaturę topnienia stały iryd jest trudny do obróbki, formowania lub obróbki; dlatego zamiast tego powszechnie stosuje się metalurgię proszków . Jest to jedyny metal, który zachowuje dobre właściwości mechaniczne w powietrzu w temperaturach powyżej 1600 ° C (2910 ° F). Ma 10. najwyższą temperaturę wrzenia wśród wszystkich pierwiastków i staje się nadprzewodnikiem w temperaturach poniżej 0,14 K (-273,010 ° C; -459,418 ° F).

Moduł sprężystości irydu jest drugim co do wielkości wśród metali, ustępując jedynie osmowi . To, wraz z wysokim modułem ścinania i bardzo niską wartością współczynnika Poissona (stosunek odkształcenia wzdłużnego do bocznego ) , wskazuje na wysoki stopień sztywności i odporności na odkształcenia, które sprawiły, że jego wytworzenie w użyteczne komponenty było bardzo trudne. Pomimo tych ograniczeń i wysokich kosztów irydu opracowano szereg zastosowań, w których wytrzymałość mechaniczna jest istotnym czynnikiem w niektórych niezwykle trudnych warunkach spotykanych w nowoczesnej technologii.

Zmierzona gęstość irydu jest tylko nieznacznie niższa (o około 0,12%) niż gęstość osmu, najgęstszego znanego metalu . Pojawiły się pewne niejasności co do tego, który z dwóch pierwiastków był gęstszy, ze względu na niewielki rozmiar różnicy gęstości i trudności w dokładnym jej zmierzeniu, ale przy zwiększonej dokładności współczynników stosowanych do obliczania gęstości dane krystalograficzne rentgenowskie dały gęstości 22,56 g/cm3 ⁽ 0,815 funta/cu in) dla irydu i 22,59 g/cm3 ⁽ 0,816 funta/cu in) dla osmu.

Iryd jest wyjątkowo kruchy, do tego stopnia, że ​​trudno go spawać, ponieważ strefa wpływu ciepła pęka, ale można go uczynić bardziej plastycznym, dodając niewielkie ilości tytanu i cyrkonu (po 0,2% każdego najwyraźniej działa dobrze).

Twardość Vickersa czystej platyny wynosi 56 HV, podczas gdy platyna z 50% zawartością irydu może osiągnąć ponad 500 HV.

Właściwości chemiczne

Iryd jest najbardziej odpornym na korozję znanym metalem: nie jest atakowany przez kwasy , w tym wodę królewską . W obecności tlenu reaguje z cyjanku . Reagują również tradycyjne utleniacze, w tym halogeny i tlen w wyższych temperaturach. Iryd reaguje również bezpośrednio z siarką pod ciśnieniem atmosferycznym, dając dwusiarczek irydu .

izotopy

Główny artykuł: Izotopy irydu

Iryd ma dwa naturalnie występujące, stabilne izotopy , ¹⁹¹ Ir i ¹⁹³ Ir, z naturalną obfitością odpowiednio 37,3% i 62,7%. Zsyntetyzowano również co najmniej 37 radioizotopów o liczbie masowej od 164 do 202. ¹⁹² Ir , który mieści się pomiędzy dwoma stabilnymi izotopami, jest najbardziej stabilnym radioizotopem, z okresem półtrwania 73,827 dni i znajduje zastosowanie w brachyterapii i w radiografii przemysłowej , w szczególności do badań nieniszczących spoin stali w przemyśle naftowym i gazowym; źródła irydu-192 brały udział w wielu wypadkach radiologicznych. Trzy inne izotopy mają okres półtrwania co najmniej jeden dzień — ¹⁸⁸ Ir, ¹⁸⁹ Ir i ¹⁹⁰ Ir. Izotopy o masach poniżej 191 rozpadają się w wyniku pewnej kombinacji rozpadu β ⁺ , rozpadu α ​​i (rzadko) emisji protonów , z wyjątkiem ¹⁸⁹ Ir, który rozpada się w wyniku wychwytu elektronów . Syntetyczne izotopy cięższe niż 191 rozpadają się β ⁻ rozpad , chociaż ¹⁹² Ir ma również mniejszą ścieżkę zaniku wychwytu elektronów. Wszystkie znane izotopy irydu odkryto w latach 1934-2008, przy czym najnowsze odkrycia to ^200–202 Ir.

Scharakteryzowano co najmniej 32 metastabilne izomery o liczbie masowej od 164 do 197. Najbardziej stabilnym z nich jest ^{192 m2} Ir, który rozpada się na drodze przemiany izomerycznej z okresem półtrwania wynoszącym 241 lat, co czyni go bardziej stabilnym niż jakikolwiek syntetyczny iryd izotopy w stanach podstawowych. Najmniej stabilny izomer to ^{190 m3} Ir z okresem półtrwania wynoszącym zaledwie 2 μs. Izotop ¹⁹¹ Ir był pierwszym ze wszystkich pierwiastków wykazującym efekt Mössbauera . To czyni go użytecznym w spektroskopii Mössbauera do badań w fizyce, chemii, biochemii, metalurgii i mineralogii.

Chemia

Zobacz też: Kategoria: Związki irydu

Stany utleniania
−3	[Ir(CO) 3 ] 3−
−1	[Ir(CO) 3 (PPh 3 )] 1-
0	Ir 4 (CO) 12
+1	[IrCl(CO)(PPh 3 ) 2 ]
+2	Ir ( C5H5 ) 2 _
+3	IrCl 3
+4	IrO 2
+5	Ir 4 F 20
+6	IrF 6
+7	[Ir( O2 ) O2 ] +
+8	IrO 4
+9	[ IrO4 ] +

Stany utleniania

Iryd tworzy związki na stopniach utlenienia od -3 do +9, ale najczęstsze stopnie utlenienia to +1, +3 i +4. Do dobrze scharakteryzowanych związków zawierających iryd na +6 stopniu utlenienia należą IrF ₆ oraz tlenki Sr ₂ MgIrO ₆ i Sr ₂ CaIrO ₆ . tlenek irydu(VIII) ( IrO4 _w ) wytworzono w warunkach izolacji matrycy w temperaturze 6 K argonie . Najwyższy stopień utlenienia (+9), który jest również najwyższy odnotowany dowolny pierwiastek znajduje się w gazowym [IrO ₄ ] ⁺ .

Związki binarne

Iryd nie tworzy binarnych wodorków . Tylko jeden dwuskładnikowy tlenek jest dobrze scharakteryzowany: dwutlenek irydu , IrO
₂ . Jest to niebiesko-czarne ciało stałe, które przyjmuje strukturę fluorytu . Półtlenek , Ir
₂ O
₃ , został opisany jako niebiesko-czarny proszek, który jest utleniany do IrO
₂ przez HNO
₃ . Znane są odpowiednie disiarczki, diselenki, sesquisulfides i sesquiselenides, a także IrS
₃ .

Trihalogenki binarne, IrX3 , są
_znane ze wszystkich halogenów. Dla stopni utlenienia +4 i wyższych znane są tylko tetrafluorek , pentafluorek i heksafluorek . Sześciofluorek irydu, IrF
₆ , jest lotną żółtą substancją stałą złożoną z oktaedrycznych cząsteczek. Rozkłada się w wodzie i ulega redukcji do IrF
₄ . Pentafluorek irydu jest również silnym utleniaczem, ale jest to tetramer , Ir
₄ F
₂₀ , utworzony przez cztery ośmiościany mające wspólne narożniki.

Kompleksy

Uwodniony trójchlorek irydu , popularna sól irydu.

Iryd ma rozległą chemię koordynacyjną .

Iryd w swoich kompleksach jest zawsze niskospinowy . Ir(III) i Ir(IV) na ogół tworzą kompleksy oktaedryczne . Kompleksy wielowodorkowe są znane ze stopni utlenienia +5 i +3. _Jednym z _przykładów IrH5 ( ^PiPr3 ) ₂ jest . Uważa się, że trójskładnikowy wodorek Mg
₆ Ir
₂ H
₁₁ zawiera zarówno anion IrH
⁴⁻ ₅ , jak i 18-elektronowy IrH
⁵⁻ _{4 .}

Iryd tworzy również oksyaniony o stopniach utlenienia +4 i +5. K
₂ IrO
₃ i KIrO
₃ można otrzymać w reakcji tlenku potasu lub nadtlenku potasu z irydem w wysokich temperaturach. Takie ciała stałe nie rozpuszczają się w konwencjonalnych rozpuszczalnikach.

Podobnie jak wiele pierwiastków, iryd tworzy ważne kompleksy chlorkowe. Kwas heksachloroirydowy (IV), H
₂ IrCl
₆ i jego sól amonowa są najbardziej powszechnymi związkami irydu z przemysłowego i preparatywnego punktu widzenia. Są półproduktami w oczyszczaniu irydu i są używane jako prekursory większości innych związków irydu, a także do wytwarzania anodowych . Jon IrCl
²⁻ _{6 ma intensywny ciemnobrązowy kolor i można go łatwo} zredukować do jaśniejszego IrCl
³⁻ ₆ i odwrotnie. Trójchlorek irydu , IrCl
₃ , który można otrzymać w postaci bezwodnej w wyniku bezpośredniego utleniania sproszkowanego irydu chlorem w temperaturze 650 °C lub w postaci uwodnionej przez rozpuszczenie Ir
₂ O
₃ w kwasie chlorowodorowym , jest często używany jako materiał wyjściowy do syntezy innych związków Ir(III). Innym związkiem stosowanym (
_NH4 )
_3IrCl6
. jako materiał wyjściowy jest heksachloroirydan(III) amonu ,

W obecności powietrza iryd metaliczny rozpuszcza się w stopionych cyjankach metali alkalicznych, tworząc jon Ir (CN)
^3- ₆ (heksacyjanoirydan).

Chemia organoirydów

Dimer chlorku cyklooktadienu irydu jest powszechnym kompleksem Ir (I).

Związki irydu organicznego zawierają wiązania iryd- węgiel . Wczesne badania zidentyfikowały bardzo stabilny dodekakarbonyl tetrairydu , Ir
₄ (CO)
₁₂ . W tym związku każdy z atomów irydu jest związany z pozostałymi trzema, tworząc czworościenny klaster. Odkrycie kompleksu Vaski ( IrCl(CO)[P(C
₆ H
₅ )
₃ ]
₂ ) otworzyło drzwi dla utleniających reakcji addycji, procesu podstawowego dla użytecznych reakcji. Na przykład, Katalizator Crabtree'a , homogeniczny katalizator reakcji uwodornienia .

Utleniający dodatek do węglowodorów w chemii organoiridium

Kompleksy irydu odegrały kluczową rolę w rozwoju aktywacji wiązań węgiel-wodór (aktywacja C-H), co ma umożliwić funkcjonalizację węglowodorów, które tradycyjnie uważa się za niereaktywne.

Historia

Platynowa grupa

Grecka bogini Iris , od której irydu pochodzi nazwa.

Odkrycie irydu przeplata się z odkryciem platyny i innych metali z grupy platynowców. Pierwsza europejska wzmianka o platynie pojawia się w 1557 roku w pismach włoskiego humanisty Juliusa Caesara Scaligera jako opis nieznanego metalu szlachetnego znalezionego między Darién a Meksykiem, „którego żaden ogień ani żadna hiszpańska sztuczka nie była jeszcze w stanie upłynnić”. Od pierwszych zetknięć z platyną Hiszpanie postrzegali ten metal jako rodzaj nieczystości w złocie i tak go traktowano. Często był po prostu wyrzucany, a oficjalne zarządzenie tego zabraniało fałszowanie złota zanieczyszczeniami platyną.

Ten alchemiczny symbol platyny powstał z połączenia symboli srebra ( księżyc ) i złota ( słońce ).

Antonio de Ulloa jest uznawany w historii Europy za odkrycie platyny.

W 1735 roku Antonio de Ulloa i Jorge Juan y Santacilia widzieli, jak rdzenni Amerykanie wydobywali platynę, podczas gdy Hiszpanie podróżowali przez Kolumbię i Peru przez osiem lat. Ulloa i Juan znaleźli miny z białawymi samorodkami metalu i zabrali je do domu, do Hiszpanii. Antonio de Ulloa wrócił do Hiszpanii i założył pierwsze laboratorium mineralogiczne w Hiszpanii i był pierwszym, który systematycznie badał platynę, co miało miejsce w 1748 r. Jego historyczny opis wyprawy zawierał opis platyny, której nie można oddzielić ani wypalić . Ulloa przewidział również odkrycie kopalni platyny. Po opublikowaniu raportu w 1748 r. Ulloa nie kontynuował badań nad nowym metalem. W 1758 roku został wysłany do nadzorowania wydobycia rtęci w Huancavelica .

W 1741 roku Charles Wood, brytyjski metalurg , znalazł na Jamajce różne próbki kolumbijskiej platyny, które wysłał do Williama Brownrigga w celu dalszych badań.

Towarzystwu Królewskiemu szczegółowy opis tego metalu , stwierdzając, że nie widział o nim żadnej wzmianki we wcześniejszych opisach znanych minerałów. Brownrigg zwrócił również uwagę na niezwykle wysoką temperaturę topnienia platyny i ogniotrwałość wobec boraksu . Inni chemicy w całej Europie wkrótce zaczęli badać platynę, w tym Andreas Sigismund Marggraf , Torbern Bergman , Jöns Jakob Berzelius , William Lewis i Pierre'a Macquera . W 1752 roku Henrik Scheffer opublikował szczegółowy opis naukowy metalu, który nazwał „białym złotem”, w tym opis, w jaki sposób udało mu się stopić rudę platyny za pomocą arsenu . Scheffer opisał platynę jako mniej giętką niż złoto, ale o podobnej odporności na korozję.

Odkrycie

Chemicy, którzy badali platynę, rozpuszczali ją w wodzie królewskiej (mieszaninie kwasu solnego i azotowego ), tworząc rozpuszczalne sole. Zawsze obserwowali niewielką ilość ciemnej, nierozpuszczalnej pozostałości. Joseph Louis Proust uważał, że pozostałością był grafit . Francuscy chemicy Victor Collet-Descotils , Antoine François, comte de Fourcroy i Louis Nicolas Vauquelin również zaobserwowali czarną pozostałość w 1803 roku, ale nie uzyskali wystarczającej ilości do dalszych eksperymentów.

W 1803 r. brytyjski naukowiec Smithson Tennant (1761–1815) przeanalizował nierozpuszczalną pozostałość i doszedł do wniosku, że musi ona zawierać nowy metal. Vauquelin traktował proszek naprzemiennie alkaliami i kwasami i otrzymał lotny nowy tlenek, który uważał za ten nowy metal - który nazwał ptene , od greckiego słowa πτηνός ptēnós , „skrzydlaty”. Tennant, który miał przewagę w postaci znacznie większej ilości pozostałości, kontynuował swoje badania i zidentyfikował dwa wcześniej nieodkryte pierwiastki w czarnej pozostałości, iryd i osm. Otrzymał ciemnoczerwone kryształy (prawdopodobnie Na
₂ [IrCl
₆ ]· n H
₂ O ) za pomocą sekwencji reakcji z wodorotlenkiem sodu i kwasem solnym . Nazwał iryd na cześć Iris ( Ἶρις ), greckiej skrzydlatej bogini tęczy i posłańca bogów olimpijskich, ponieważ wiele otrzymanych przez niego soli było silnie zabarwionych. Odkrycie nowych pierwiastków zostało udokumentowane w liście do Towarzystwa Królewskiego z 21 czerwca 1804 roku.

Obróbka metali i zastosowania

Brytyjski naukowiec John George Children jako pierwszy stopił próbkę irydu w 1813 r. Za pomocą „największej baterii galwanicznej, jaką kiedykolwiek zbudowano” (w tamtym czasie). Pierwszym, który uzyskał iryd o wysokiej czystości, był Robert Hare w 1842 roku. Odkrył, że ma on gęstość około 21,8 g/cm3 ⁽ 0,79 funta/cu in) i zauważył, że metal ten jest prawie nieplastyczny i bardzo twardy. Pierwszego stopienia w znacznej ilości dokonali Henri Sainte-Claire Deville i Jules Henri Debray w 1860 roku. Wymagało to spalenia ponad 300 litrów (79 galonów amerykańskich) czystego O
₂ i H
₂ na każdy 1 kilogram (2,2 funta) irydu.

Te ekstremalne trudności w topieniu metalu ograniczały możliwości obchodzenia się z irydem. John Isaac Hawkins szukał cienkiej i twardej końcówki do stalówek do piór wiecznych, aw 1834 roku udało mu się stworzyć złote pióro z irydem. W 1880 roku John Holland i William Lofland Dudley byli w stanie stopić iryd przez dodanie fosforu i opatentowali ten proces w Stanach Zjednoczonych; Brytyjska firma Johnson Matthey stwierdziła później, że stosuje podobny proces od 1837 roku i już prezentowała stapiany iryd na wielu światowych targach . Pierwszego zastosowania stopu irydu z rutenem w termoparach dokonał Otto Feussner w 1933 r. Pozwoliło to na pomiar wysokich temperatur w powietrzu do 2000 ° C (3630 ° F).

W Monachium w Niemczech w 1957 Rudolf Mössbauer , w tak zwanym jednym z „przełomowych eksperymentów w fizyce XX wieku”, odkrył rezonansową i bezodrzutową emisję i absorpcję promieni gamma przez atomy w litej próbce metalu zawierającej tylko ¹⁹¹ Ir. Zjawisko to, znane jako efekt Mössbauera , zaowocowało przyznaniem Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 1961 roku, w wieku 32 lat, zaledwie trzy lata po opublikowaniu swojego odkrycia.

Występowanie

Wraz ze wszystkimi pierwiastkami o masie atomowej większej niż żelazo , iryd powstaje naturalnie tylko w procesie r (szybkie wychwytywanie neutronów) w supernowych i łączeniach gwiazd neutronowych .

Iryd jest jednym z najmniej występujących pierwiastków w skorupie ziemskiej.

Meteoryt Willamette , szósty co do wielkości meteoryt znaleziony na świecie, zawiera 4,7 ppm irydu.

Iryd jest jednym z dziewięciu najmniej występujących stabilnych pierwiastków w skorupie ziemskiej, o średnim udziale masowym 0,001 ppm w skale skorupy ziemskiej; platyny jest 10 razy więcej, złota 40 razy, a srebra i rtęci 80 razy. Tellur jest mniej więcej tak obfity jak iryd. W przeciwieństwie do jego niewielkiej ilości w skorupie ziemskiej, iryd jest stosunkowo powszechny w meteorytach , o stężeniu 0,5 ppm lub większym. Uważa się, że całkowite stężenie irydu na Ziemi jest znacznie wyższe niż obserwowane w skałach skorupy ziemskiej, ale ze względu na gęstość i syderofilny („lubiący żelazo”) charakter irydu opadł pod skorupę i do jądra Ziemi, gdy planeta wciąż była stopiona.

Iryd występuje w przyrodzie jako pierwiastek niezwiązany lub w naturalnych stopach ; zwłaszcza stopy irydowo-osmowe, osmiryd (bogaty w osm) i irydosm (bogaty w iryd). W niklu i miedzi metale z grupy platynowców występują w postaci siarczków (tj. ( Pt,Pd)S ), tellurków (tj. PtBiTe), antymonków (PdSb) i arsenków (tj. PtAs
₂ ). We wszystkich tych związkach platyna jest wymieniana na niewielką ilość irydu i osmu. Podobnie jak w przypadku wszystkich metali z grupy platynowców, iryd występuje naturalnie w stopach z surowym niklem lub surową miedzią . Znanych jest wiele minerałów z przewagą irydu, z irydem jako pierwiastkiem tworzącym gatunki. Są niezwykle rzadkie i często reprezentują irydowe analogi wyżej podanych. Przykładami są irarsyt i kuproirydzyt, by wymienić tylko niektóre. W skorupie ziemskiej iryd występuje w najwyższych stężeniach w trzech typach struktur geologicznych: osadach magmowych (wtrącenia skorupy od dołu), kraterach uderzeniowych i osadach przerobionych z jednej z poprzednich struktur. Największe znane rezerwy pierwotne znajdują się w kompleksie magmowym Bushveld w Afryce Południowej (w pobliżu największej znanej struktury uderzeniowej, Struktura uderzeniowa Vredeforta ), chociaż duże złoża miedzi i niklu w pobliżu Norylska w Rosji oraz Zagłębie Sudbury (również krater uderzeniowy) w Kanadzie są również znaczącymi źródłami irydu. Mniejsze rezerwy znajdują się w Stanach Zjednoczonych. Iryd występuje również w osadach wtórnych, w połączeniu z platyną i innymi metalami z grupy platynowców w aluwialnych . Osady aluwialne używane przez prekolumbijską w departamencie Chocó w Kolumbii nadal są źródłem metali z grupy platynowców. Od 2003 r. Światowe rezerwy nie zostały oszacowane.

Oceanografia morska

Iryd występuje w organizmach morskich, osadach i słupie wody. Obfitość irydu w wodzie morskiej i organizmach jest stosunkowo niska, ponieważ nie tworzy on łatwo kompleksów chlorkowych . Obfitość organizmów wynosi około 20 części na bilion, czyli około pięć rzędów wielkości mniej niż w skałach osadowych na granicy kredy i paleogenu (K – T) . Stężenie irydu w wodzie morskiej i osadach morskich jest wrażliwe na natlenienie morza , temperaturę wody morskiej oraz różne procesy geologiczne i biologiczne.

Iryd w osadach może pochodzić z pyłu kosmicznego , wulkanów, opadów z wody morskiej, procesów mikrobiologicznych lub kominów hydrotermalnych , a jego obfitość może silnie wskazywać na źródło. Ma tendencję do asocjacji z innymi metalami żelaznymi w guzkach manganu . Iryd jest jednym z charakterystycznych pierwiastków skał pozaziemskich i wraz z osmem może być używany jako pierwiastek śladowy dla materiału meteorytowego w osadach. Na przykład próbki rdzenia z Oceanu Spokojnego z podwyższonym poziomem irydu sugerowały uderzenie Eltanina około 2,5 miliona lat temu.

Niektóre masowe wymierania , takie jak wymieranie kredowe , można zidentyfikować na podstawie anomalnie wysokich stężeń irydu w osadach, co można powiązać z dużymi uderzeniami asteroid .

Obecność granicy kredy i paleogenu

Czerwona strzałka wskazuje granicę kredy i paleogenu .

Główny artykuł: wymieranie kredy i paleogenu

kredy i paleogenu sprzed 66 milionów lat, wyznaczająca granicę czasową między okresami kredy i paleogenu w czasie geologicznym , została zidentyfikowana przez cienką warstwę gliny bogatej w iryd . Zespół kierowany przez Luisa Alvareza zaproponował w 1980 roku pozaziemskie pochodzenie tego irydu, przypisując go uderzeniu asteroidy lub komety . Ich teoria, znana jako hipoteza Alvareza , jest obecnie powszechnie akceptowanym wyjaśnieniem wyginięcia nieptasich dinozaurów . Duża zakopana struktura krateru uderzeniowego o szacowanym wieku około 66 milionów lat została później zidentyfikowana pod terenem dzisiejszego półwyspu Jukatan ( krater Chicxulub ). Dewey M. McLean i inni twierdzą, że iryd mógł być wulkanicznego , ponieważ jądro Ziemi jest bogate w iryd, a aktywne wulkany, takie jak Piton de la Fournaise na wyspie Reunion , nadal uwalniają iryd.

Produkcja

Rok	Zużycie (tony)	Cena ( USD )
2001	2.6	415,25 USD/ ozt (13,351 USD/g)
2002	2.5	294,62 USD/ ozt (9,472 USD/g)
2003	3.3	93,02 USD/ ozt (2,991 USD/g)
2004	3,60	185,33 USD/ ozt (5,958 USD/g)
2005	3,86	169,51 USD/ ozt (5,450 USD/g)
2006	4.08	349,45 USD/ ozt (11,235 USD/g)
2007	3,70	444,43 USD/ ozt (14,289 USD/g)
2008	3.10	448,34 USD/ ozt (14,414 USD/g)
2009	2.52	420,4 USD/ ozt (13,52 USD/g)
2010	10.40	642,15 USD/ ozt (20,646 USD/g)
2011	9.36	1035,87 USD/ ozt (33,304 USD/g)
2012	5.54	1066,23 USD/ ozt (34,280 USD/g)
2013	6.16	826,45 USD/ ozt (26,571 USD/g)
2014	6.1	556,19 USD/ ozt (17,882 USD/g)
2015	7.81	544 USD/ ozt (17,5 USD/g)
2016	7.71	586,90 USD/ ozt (18,869 USD/g)
2017	nd	908,35 USD/ ozt (29,204 USD/g)
2018	nd	1293,27 USD/ ozt (41,580 USD/g)
2019	nd	1485,80 USD/ ozt (47,770 USD/g)
2020	nd	1633,51 USD/ ozt (52,519 USD/g)
2021	nd	5400,00 USD/ ozt (173,614 USD/g)

Światowa produkcja irydu wynosi około 7500 kilogramów (16500 funtów). Cena jest wysoka i zmienna (patrz tabela). Przykładowymi czynnikami wpływającymi na cenę są nadpodaż tygli Ir oraz zmiany w LED .

Metale platyny występują razem jako rozcieńczone rudy. Iryd jest jednym z rzadszych platynowców: na każde 190 ton platyny uzyskanej z rud wydziela się tylko 7,5 tony irydu. Aby oddzielić metale, należy je najpierw rozpuścić . Dwie metody rozpuszczania rud zawierających Ir to (i) stapianie substancji stałej z nadtlenkiem sodu , a następnie ekstrakcja powstałego szkła w wodzie królewskiej oraz (ii) ekstrakcja substancji stałej mieszaniną chloru z kwasem solnym . Z rozpuszczalnych ekstraktów iryd jest oddzielany przez wytrącenie ciała stałego heksachloroirydan amonu ( (NH
₄ )
₂ IrCl
₆ ) lub przez ekstrakcję IrCl
²⁻ ₆ aminami organicznymi. Pierwsza metoda jest podobna do procedury zastosowanej przez Tennanta i Wollastona do ich pierwotnego rozdzielenia. Druga metoda może być zaplanowana jako ciągła ekstrakcja ciecz-ciecz i dlatego jest bardziej odpowiednia do produkcji na skalę przemysłową. W obu przypadkach produkt, sól chlorku irydu, jest redukowany wodorem, dając metal w postaci proszku lub gąbki , która jest podatna na metalurgii proszków . Iryd jest również uzyskiwany komercyjnie jako produkt uboczny wydobycia i przetwarzania niklu i miedzi . Podczas elektrorafinacji miedzi i niklu metale szlachetne, takie jak srebro, złoto i metale z grupy platynowców oraz selen i tellur osadzają się na dnie elektrolizera w postaci szlamu anodowego , który stanowi punkt wyjścia do ich ekstrakcji.

Wiodące kraje produkujące iryd (kg)

Kraj	2016	2017	2018	2019	2020
Świat	7720	7180	7540	7910	8170
Afryka Południowa *	6624	6057	6357	6464	6786
Zimbabwe	598	619	586	845	836
Kanada *	300	200	400	300	300
Rosja *	200	300	200	300	250

Aplikacje

Główne obszary zastosowania irydu to elektrody do produkcji chloru i innych agresywnych produktów, diody OLED , tygle, katalizatory (np. kwas octowy ) oraz końcówki zapłonowe do świec zapłonowych.

Ir metal i stopy

Odporność na ciepło i korozję to podstawy kilku zastosowań irydu i jego stopów.

Ze względu na wysoką temperaturę topnienia, twardość i odporność na korozję , iryd jest używany do wyrobu tygli. Takie tygle są używane w procesie Czochralskiego do produkcji monokryształów tlenków (takich jak szafiry ) do użytku w komputerowych urządzeniach pamięciowych i laserach na ciele stałym. Kryształy, takie jak granat gadolinowo-galowy i granat itrowo-galowy, są hodowane przez topienie wstępnie spiekanych ładunków mieszanych tlenków w warunkach utleniających w temperaturach do 2100 ° C (3810 ° F).

Niektóre części silników lotniczych o długiej żywotności są wykonane ze stopu irydu, a stop irydu z tytanem jest stosowany w rurach głębinowych ze względu na jego odporność na korozję. Iryd jest stosowany w dyszach przędzalniczych z wieloma porami , przez które wytłaczany jest stop polimeru z tworzywa sztucznego w celu wytworzenia włókien, takich jak sztuczny jedwab . Osm-iryd jest używany do kompasów i wag.

Ze względu na swoją odporność na erozję łukową niektórzy producenci stosują stopy irydu do styków elektrycznych do świec zapłonowych , a świece zapłonowe na bazie irydu są szczególnie stosowane w lotnictwie.

Kataliza

Związki irydu są stosowane jako katalizatory w procesie Cativa do karbonylowania metanolu w celu wytworzenia kwasu octowego .

Kompleksy irydu są często aktywne w asymetrycznym uwodornianiu, zarówno w tradycyjnym uwodornianiu . i przenoszenie uwodornienia . Ta właściwość jest podstawą drogi przemysłowej do chiralnego herbicydu (S)-metolachloru. Jak praktykuje firma Syngenta w skali 10 000 ton/rok, kompleks [[[Ir(COD)Cl] ₂ w obecności ligandów Josiphos .

Obrazowanie medyczne

Radioizotop iryd-192 jest jednym z dwóch najważniejszych źródeł energii do wykorzystania w przemysłowej radiografii γ do nieniszczących badań metali . Dodatkowo ¹⁹²
Ir
jest wykorzystywane jako źródło promieniowania gamma do leczenia nowotworów za pomocą brachyterapii , forma radioterapii, w której zamknięte źródło promieniotwórcze jest umieszczane wewnątrz lub obok obszaru wymagającego leczenia. Specyficzne metody leczenia obejmują wysokodawkową brachyterapię prostaty, brachyterapię dróg żółciowych i brachyterapię szyjki macicy wewnątrz jam ciała. Iryd-192 jest zwykle wytwarzany przez aktywację neutronową izotopu irydu-191 w naturalnie występującym irydzie metalicznym.

Fotokataliza i diody OLED

Kompleksy irydu są kluczowymi składnikami białych diod OLED . Podobne kompleksy stosuje się w fotokatalizie .

Naukowy

Międzynarodowy pasek miernika prototypów

Stop składający się w 90% z platyny i w 10% z irydu został użyty w 1889 roku do skonstruowania międzynarodowego prototypu miernika i kilograma masy, przechowywanych przez Międzynarodowe Biuro Miar i Wag pod Paryżem . Miernik jako definicję podstawowej jednostki długości zastąpiono w 1960 r. linią w widmie atomowym kryptonu , ale prototyp kilograma pozostał międzynarodowym wzorcem masy do 20 maja 2019 r . , kiedy to kilogram został ponownie zdefiniowany pod względem Stała Plancka .

Historyczny

Stalówka pióra wiecznego oznaczona Iridium Point

końcówkach stalówek do piór wiecznych zastosowano stopy irydu i osmu . Pierwsze główne zastosowanie irydu miało miejsce w 1834 roku w stalówkach osadzonych na złocie. Od 1944 roku słynne Parker 51 było wyposażone w stalówkę zakończoną stopem rutenu i irydu (zawierającego 3,8% irydu). Materiał końcówek nowoczesnych piór wiecznych jest nadal tradycyjnie nazywany „irydem”, chociaż rzadko występuje w nim iryd; jego miejsce zajęły inne metale, takie jak ruten , osm i wolfram .

otworów dotykowych lub otworów wentylacyjnych armaty zastosowano stop irydowo-platynowy . Według raportu z Wystawy Paryskiej w 1867 roku , jeden z eksponatów wystawianych przez Johnsona i Mattheya „był używany w pistolecie Whitwortha przez ponad 3000 nabojów i jak dotąd prawie nie wykazuje oznak zużycia. Ci, którzy znają ciągłe kłopoty i wydatki, które są spowodowane noszeniem otworów wentylacyjnych armaty podczas czynnej służby, docenią tę ważną adaptację”.

Pigment iridium black , który składa się z bardzo drobno rozdrobnionego irydu, służy do malowania porcelany na intensywną czerń; mówiono, że „wszystkie inne porcelanowe czarne kolory wydają się przy nim szare”.

Środki ostrożności

Iryd w postaci metalicznej luzem nie jest biologicznie ważny ani niebezpieczny dla zdrowia ze względu na brak reaktywności z tkankami; w ludzkiej tkance jest tylko około 20 części na bilion irydu. Podobnie jak większość metali, drobno rozdrobniony proszek irydu może być niebezpieczny w obsłudze, ponieważ jest drażniący i może zapalić się w powietrzu. Do 2015 roku bardzo niewiele wiadomo na temat toksyczności związków irydu, przede wszystkim dlatego, że jest on używany tak rzadko, że niewielu ludzi ma z nim styczność, a ci, którzy robią to tylko w bardzo małych ilościach. Jednak rozpuszczalne sole, takie jak halogenki irydu, mogą być niebezpieczne ze względu na pierwiastki inne niż iryd lub sam iryd. Jednocześnie większość związków irydu jest nierozpuszczalna, co utrudnia wchłanianie do organizmu.

Radioizotop irydu ¹⁹²
Ir jest niebezpieczny, podobnie jak inne izotopy promieniotwórcze. Jedyne odnotowane urazy związane z irydem dotyczą przypadkowej ekspozycji na promieniowanie ¹⁹²
Ir stosowane w brachyterapii . Wysokoenergetyczne promieniowanie gamma od ¹⁹²
Ir może zwiększać ryzyko zachorowania na raka. Ekspozycja zewnętrzna może spowodować oparzenia, zatrucie promieniowaniem i śmierć. Spożycie ¹⁹² Ir może spalić błonę śluzową żołądka i jelit. ¹⁹² Ir, ^{192 m} Ir i ^{194 m} Ir ma tendencję do odkładania się w wątrobie i może stanowić zagrożenie dla zdrowia zarówno w przypadku promieniowania gamma , jak i beta .

Linki zewnętrzne

• Iryd w układzie okresowym filmów (University of Nottingham)
• Iryd w Encyclopædia Britannica