Все об иридии

Большинство людей довольно неплохо представляет себе железо и алюминий, серебро и золото. Но есть химические элементы, которые играют ненамного меньшую роль в жизни современного мира, однако незаслуженно малоизвестны среди неспециалистов. Важно исправить этот недостаток, и в том числе узнать все об иридии.

Сразу стоит сказать, что иридий — это металл. Потому он имеет все те свойства, которые типичны и для иных металлов. Такой химический элемент обозначается сочетанием латинских символов Ir. В таблице Менделеева он занимает 77 клетку. Открытие иридия произошло в 1803 году, в рамках того же исследования, при котором английский ученый Теннант выделил и осмий.

Исходным сырьем для получения таких элементов послужила руда платины, доставленная из Южной Америки. Первоначально металлы выделили в виде осадка, который «не брала» «царская водка». Исследование показало наличие нескольких ранее неизвестных веществ. Свое словесное обозначение элемент получил потому, что его соли выглядят, как будто переливающиеся радугой.

Химически чистый иридий не имеет никакого радужного окраса. Зато для него характерен довольно привлекательный серебристо-белый цвет. Токсические свойства не подтверждены. Однако отдельные соединения иридия могут представлять опасность для человека. Особенно ядовит фторид этого элемента.

Производством и аффинажем иридия занимается ряд российских и зарубежных предприятий. Почти весь выпуск этого металла — продукт побочной обработки платинового сырья. Хотя иридий и не пурпурный, он содержит в природном виде 2 изотопа. 191-й и 193-й элементы стабильны. Но выраженные радиоактивные свойства зато имеет ряд искусственно получаемых изотопов, их период полураспада невелик.

Прочность и твердость иридия очень велики. Механически обрабатывать этот металл практически невозможно. Тугоплавкость этого элемента серебристо-белого цвета достаточно велика. Специалисты относят иридий к платиновой группе. Твердость по шкале Мооса составляет 6,5. Температура плавления в градусах достигает 2466 градусов. Кипеть иридий, однако, начинает только при 4428 градусах. Теплота плавления равна 27610 Дж/моль. Теплота кипения — 604000 Дж/моль. Молярный объем специалисты определили на уровне 8,54 куб. см. на моль.

Кристаллическая решетка этого элемента — кубическая, вершинами куба выступают грани кристаллов. На долю 191-го изотопа приходится 37,3% атомов иридия. Остальные 62,3% представлены 193-м изотопом. Плотность этого элемента (или иначе, удельный вес) достигает 22400 кг на 1 м3.

Но сами атомы иридия редко вступают в какие-либо реакции. Этот элемент отличается выдающейся химической пассивностью. Он совершенно не растворяется в воде и не меняется каким-то образом даже при длительном контакте с воздухом. Если температура вещества менее 100 градусов, то оно не будет вступать в реакцию даже с «царской водкой», не говоря уже о других кислотах и их комбинациях. Реакция с фтором возможна при 400 градусах, для реакции с хлором или серой придется прогревать иридий до красного каления.

Известны 4 хлорида, в которых число атомов хлора варьируется от 1 до 4. Воздействие кислорода ощутимо при температуре не ниже 1000 градусов. Продуктом такого взаимодействия оказывается диоксид иридия — вещество, практически нерастворимое в воде. Повысить растворимость можно путем окисления с использованием комплексообразователя. Высшая степень окисления в нормальных условиях может быть достигнута лишь в гексафториде иридия.

При экстремально низких температурах появляются соединения с валентностью 7 и 8. Возможно образование комплексных солей (как катионового, так и анионового типа). Отмечают, что сильно разогретый металл может разъедать соляная кислота, насыщенная кислородом. Важную роль химики придают:

• гидроксидам;
• хлоридам;
• галогенидам;
• оксиду;
• карбонилам иридия.

Получение иридия в природе сильно затруднено его большой редкостью. В естественной среде этот металл всегда смешан с сопутствующими веществами. Если обнаруживают где-либо этот элемент, то поблизости обязательно находятся платина либо металлы из ее группы. Некоторые руды, содержащие никель и медь, включают иридий в рассеянной форме. Основная часть этого элемента извлекается из косной материи в:

• ЮАР;
• Канаде;
• североамериканском штате Калифорния;
• месторождениях на острове Тасмания (принадлежащем Австралийскому Союзу);
• Индонезии (на острове Калимантан);
• различных районах острова Новая Гвинея.

Перемешанный с осмием иридий добывают в старых горных складчатостях, находящихся в тех же странах. Главенствующую роль на мировом рынке занимают компании из ЮАР. Недаром именно выработка в этой стране прямо влияет на баланс спроса и предложения, чего нельзя сказать про продукцию из иных регионов планеты. По существующим научным представлениям, редкость иридия связана с тем, что он попадал на нашу планету только в метеоритах, и потому на его долю приходится миллионная доля процента от массы земной коры.

Однако часть экспертов с этим не согласна. Они настаивают, что лишь небольшая часть всех иридиевых залежей разведана и пригодна для освоения на уровне современных технологий. Отложения, появившиеся в глубокой геологической древности, содержат в отдельных слоях иридия в сотни раз больше, чем уже разрабатываемые породы.

Сегодня иридий добывают только после окончания добычи главных ископаемых. Это золото, никель, платина или медь. Когда месторождение близко к исчерпанию, руду начинают обрабатывать специальными реактивами, которые высвобождают рутений, осмий, палладий. Лишь после них приходит очередь получения «радужного» элемента. Далее:

• очищают руду;
• дробят ее в порошок;
• прессуют этот порошок;
• переплавляют спрессованные заготовки в электрических печах, при непрерывном движении аргоновой струи.

Достаточно большое количество металла извлекают из анодных шламов, оставляемых медно-никелевым производством. Первоначально шламы обогащают. Перевод в раствор платины и других металлов, включая иридий, происходит под действием горячей царской водки. Осмий оказывается в нерастворенном осадке. Из раствора под действием хлорида аммония последовательно осаждаются комплексы платины, иридия и рутения

Около 66% добываемого иридия используется в химической отрасли. Все прочие сферы экономики делят остаток. В последние десятилетия неуклонно растет ювелирное значение «пурпурного металла». С конца 1990-х годов из него эпизодически начали вырабатывать кольца, инкрустацию золотых украшений. Важно: ювелирные изделия делают не столько из чистого иридия, сколько из его сплава с платиной. Достаточно 10% добавки, чтобы без существенного роста себестоимости повысить прочность заготовки и готового продукта до 3 раз.

В иных отраслях иридиевые сплавы также однозначно опережают чистый металл. Возможность повысить твердость и прочность изделий путем незначительной добавки очень ценится технологами. Так, иридиевые присадки используют для повышения износостойкости проволоки для электронных ламп. Твердый металл попросту накладывают поверх молибдена или вольфрама. Последующее спекание происходит под прессом, при высокой температуре.

И тут надо особо сказать об использовании иридия в химической отрасли. Там его сплавы нужны, чтобы получать стойкую к различным реактивам и высокой температуре посуду. Также иридий оказывается превосходным катализатором. Повышение реакционной способности особенно проявляется при производстве азотной кислоты. А если нужно растворять золото в царской водке, то технологи почти гарантированно выберут именно чаши, изготовленные из платино-иридиевого сплава.

Там, где готовят кристаллы для лазерных приборов, часто можно встретить платино-иридиевые тигли. Полностью чистый металл пригоден для деталей особо точных промышленных и лабораторных приборов. Мундштук из иридия применяют и стекольщики, когда им надо делать тугоплавкие сорта стекла. Но это только небольшая часть применений удивительного элемента.

Эксперты давно отметили, что такие свечи служат дольше. В самом начале их использовали преимущественно для спортивных автомобилей. Сегодня они стали дешевле и оказались доступны практически всем автовладельцам. Иридиевые сплавы нужны также создателям хирургических инструментов. Все чаще их применяют и при производстве отдельных частей кардиостимулятора.

Любопытно, что монета «10 франков» производства Руанды делается из ювелирно чистого (999 проба) иридия. Находит этот металл применение и в автомобильных катализаторах. Как и платина, он помогает ускоренно очищать выхлопные газы. Но найти иридий можно и в самой обычной перьевой ручке. Там иногда можно увидеть шарик необычного цвета, находящийся на наконечнике пера или чернильного стержня.

В радиодеталях иридий применяли в основном несколько десятилетий назад. Из него делали чаще контактные группы, а также компоненты, которые могут сильно нагреваться. Такое решение позволяет обеспечить долговечность изделий. Изотоп иридий-192 относится к числу искусственных радионуклидов. Его производят для дефектоскопического использования, чтобы проверять характеристики сварных швов, стальных и алюминиевых сплавов.

Сплав осмия с иридием применяют, чтобы сделать компасные иглы. А термопары, в которых сочетаются иридиевые и обычные электроды, используются для физических исследований. Только они могут напрямую зарегистрировать температуру около 3000 градусов. Цена таких конструкций очень велика. Использовать их в обычной промышленности пока экономически нецелесообразно.

Иридиево-титановый электрод — одна из сравнительно новых разработок в области электролиза. Тугоплавкое вещество напыляют на основу из титановой фольги. В рабочей камере при этом находится только аргон. Электроды могут выглядеть и как сетка, и как пластина. Такие электроды:

• устойчивы к высокой температуре;
• устойчивы к значительному напряжению, плотности и силе тока;
• не корродируют;
• экономичнее электродов с добавкой платины (за счет существенно большего ресурса).

Малоразмерные контейнеры с радиоактивными изотопами иридия востребованы в металлургии. Гамма-лучи частично поглощаются шихтой. Потому можно определять, каков уровень шихты внутри печи.

Еще можно указать на такие применения 77-го элемента, как:

• получение сплавов молибдена и вольфрама, более крепких при высокой температуре;
• повышение стойкости титана и хрома к кислотам;
• производство термоэлектрических генераторов;
• изготовление термоэмиссионных катодов (вместе с лантаном и церием);
• создание топливных баков для космических ракет (в сплаве с гафнием);
• выработка пропилена на базе метана и ацетилена;
• добавка к платиновым катализаторам для выработки окислов азота (предшественников азотной кислоты) — но этот технологический процесс уже не слишком актуален;
• получение эталонных единиц измерения (точнее, для этого нужен платиново-иридиевый сплав).

Соли иридия очень разнообразны по окраске. Так, в зависимости от числа присоединившихся атомов хлора, соединение может иметь медно-красный, темный зеленый, оливковый или коричневый цвета. Дифторид иридия окрашен в желтый тон. Соединения с озоном и бромом имеют синюю окраску. У чистого иридия коррозионная стойкость очень велика даже при нагреве до 2000 градусов.

В породах земного происхождения концентрация иридиевых соединений очень невелика. Серьезно повышается она только в породах метеоритного происхождения. Такой критерий позволяет исследователям установить важные факты о различных геологических структурах. Всего на земле производится лишь несколько тонн иридия.

О других свойствах и сферах применения иридия смотрите в следующем видео.