ИРИДИЙ
свойства, получение и применение

Иридий (от греч. iris радуга) - химический элемент с атомным номером 77 в периодической системе, обозначается символом Ir (лат. Iridium). Это очень твёрдый, тугоплавкий, серебристо-белый переходный драгоценный металл платиновой группы. Его плотность наряду с плотностью осмия является самой высокой среди всех металлов (плотности Os и Ir практически равны). Вместе с другими членами семейства платины иридий относится к благородным металлам.

В 1804 году, изучая черный осадок, оставшийся после растворения самородной платины в царской водке, английский химик С. Теннант нашел в нем два новых элемента. Один из них он назвал осмием, а второй – иридием. Соли второго элемента в разных условиях окрашивались в различные цвета. Это свойство и было положено в основу его названия.

Иридий очень редкий элемент, содержание в земной коре 1•10–7% по массе. Он встречается гораздо реже золота и платины и вместе с родием, рением и рутением относится к наименее распространённым элементам. В природе встречается главным образом в виде осмистого иридия – частого спутника самородной платины. Самородного иридия в природе нет.

Цельный иридий нетоксичен, но некоторые его соединения, например, IrF6, очень ядовиты. В живой природе не играет никакой биологической роли.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИРИДИЯ

Из-за своей твердости иридий плохо поддается механической обработке.
Твердость по шкале Мооса – 6,5.
Плотность 22.42 г/см3.
Температура плавления 2739 K (2466 °C).
Температура кипения 4701 K (4428 °C).
Удельная теплоёмкость 0.133 Дж/(K•моль).
Теплопроводность 147 Вт/(м•K).
Электрическое сопротивление 5,3•10-8Ом•м (при 0 °C).
Коэффициент линейного расширения 6,5х10-6 град.
Модуль нормальной упругости 52,029х10-6 кг/мм2.
Теплота плавления 27.61 кДж/моль.
Теплота испарения 604 кДж/моль.
Молярный объём 8.54 см3/моль.
Структура кристаллической решётки - кубическая гранецентрированная.
Период решётки 3.840 А.

Природный иридий встречается в виде смеси из двух стабильных изотопов: 191Ir (содержание 37,3 %) и 193Ir (62,7 %). Искусственными методами получены радиоактивные изотопы иридия с массовыми числами 164 - 199, а также множество ядерных изомеров. Самый тяжелый изотоп в то же время – самый короткоживущий, его период полураспада меньше минуты. Изотоп иридий-183 интересен лишь тем, что его период полураспада – ровно один час. Радиоизотоп иридий-192 широко применяется в многочисленных приборах.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИРИДИЯ

Иридий отличается высокой химической стойкостью. На воздухе устойчив, с водой не реагирует. Компактный иридий при температурах до 100 °C не реагирует со всеми известными кислотами и их смесями, в том числе и с царской водкой.
Он взаимодействует с F2 при 400 - 450 °C, а c Cl2 и S при температуре красного каления. Хлор образует с иридием четыре хлорида: IrCl, IrCl2, IrCl3 и IrCl4. Треххлористый иридий получается легче всего из порошка иридия, помещенного в струю хлора при 600°C.
Порошок иридия может быть растворён хлорированием в присутствии хлоридов щелочных металлов при 600 - 900 °C:
Ir + 2Cl2 + 2NaCl = Na2[IrCl6].
Взаимодействие с кислородом происходит только при температуре выше 1000°C, при этом образуется диоксид иридия IrO2, который практически не растворяется в воде. В растворимую форму его переводят, окисляя в присутствии комплексообразователя:
IrO2 + 4HCl + 2NaCl = Na2[IrCl6] + 2H2O.
Высшая степень окисления +6 проявляется у иридия в гексафториде IrF6, единственное галоидное соединение, в котором иридий шестивалентен. Это очень сильный окислитель, способный окислить даже воду:
2IrF6 + 10H2O = 2Ir(OH)4 + 12HF + O2.
Как и все металлы платиновой группы, иридий образует комплексные соли. Среди них есть и соли с комплексными катионами, например [Ir(NН3)6]Cl3 и соли с комплексными анионами, например K3[IrCl3] • 3H2O.

Месторождения и добыча

В природе иридий встречается в виде сплавов с осмием, платиной, родием, рутением и другими платиновыми металлами. В рассеянной форме (10–4% по массе) содержится в сульфидных медно-никелевых железосодержащих рудах. Металл является одним из компонентов таких минералов, как ауросмирид, сысертскит и невьянскит.

Коренные месторождения осмистого иридия расположены в основном в перидотитовых серпентинитах складчатых областей (в ЮАР, Канаде, России, США, на Новой Гвинее). Ежегодное производство иридия составляет около 10 тонн.

Получение иридия

Основной источник получения иридия — анодные шламы медно-никелевого производства. Полученный шлам обогащают и, действуя на него царской водкой при нагревании, переводят в раствор платину, палладий, родий, иридий и рутений в виде хлоридных комплексов H2[PtCl6], H2[PdCl4], H3[RhCl6], H2[IrCl6] и H2[RuCl6]. Осмий остается в нерастворимом осадке.
Из полученного раствора добавлением хлорида аммония NH4Cl сначала осаждают комплекс платины (NH4)2[PtCl6], а затем комплекс иридия (NH4)2[IrCl6] и рутения (NH4)2[RuCl6].
При прокаливании (NH4)2[IrCl6] на воздухе получают металлический иридий:
(NH4)2[IrCl6] = Ir + N2 + 6HCl + H2.
Порошок прессуют в полуфабрикаты и сплавляют или же переплавляют в электрических печах в атмосфере аргона.

Российские предприятия-производители иридия:
- ОАО «Красцветмет»;
- НПП «Биллон»;
- ОАО ГМК «Норильский Никель».

ПРИМЕНЕНИЕ ИРИДИЯ

Иридий-192 является радионуклидом с периодом полураспада 74 суток, широко применяемым в дефектоскопии, особенно в условиях, когда генерирующие источники не могут быть использованы (взрывоопасные среды, отсутствие питающего напряжения нужной мощности).

Иридий-192 с успехом применяют для контроля сварных швов: с его помощью па фотопленке четко фиксируются все непроваренные места и инородные включения.
Гамма-дефектоскопы с иридием-192 используют также для контроля качества изделий из стали и алюминиевых сплавов.

В доменном производстве малогабаритные контейнеры с тем же изотопом иридия служат для контроля уровня материалов в печи. Поскольку часть испускаемых гамма-лучей поглощается шихтой, по степени ослабления потока можно достаточно точно определить, какое расстояние лучам пришлось "пробираться" сквозь шихту, т. е. выяснить ее уровень.

Особый интерес в качестве источника электроэнергии вызывает его ядерный изомер иридий-192m2 (имеющий период полураспада 241 год).

Иридий в палеонтологии и геологии является индикатором слоя, который сформировался сразу после падения метеоритов.

Небольшие добавки элемента №77 к вольфраму и молибдену увеличивают прочность этих металлов при высокой температуре.
Мизерная добавка иридия к титану (0,1%) резко повышает его и без того значительную стойкость к действию кислот.
То же относится и к хрому.
Сплавы с W и Th — материалы термоэлектрических генераторов,
с Hf — материалы для топливных баков в космических аппаратах,
с Rh, Re, W — материалы для термопар, эксплуатируемых выше 2000 °C,
с La и Се — материалы термоэмиссионных катодов.

Из сплава иридия с осмием делают напайки для перьев авторучек и компасные иглы.

Для измерения высоких температур (2000- 23000 °C) сконструирована термопара, электроды которой выполнены из иридия и его сплава с рутением или родием. Пока такой термопарой пользуются лишь в научных целях, а на пути внедрения ее в промышленность стоит все тот же барьер - высокая стоимость.

Иридий, наряду с медью и платиной, применяется в свечах зажигания двигателей внутреннего сгорания в качестве материала для изготовления электродов, делая такие свечи наиболее долговечными (100 - 160 тыс. км пробега автомобиля) и снижая требования к напряжению искрообразования.

Из чистого иридия изготавливают жаростойкие тигли, которые безболезненно переносят сильный нагрев в агрессивных средах; в таких тиглях, в частности, выращивают монокристаллы драгоценных камней и лазерных материалов.

Одно из наиболее интересных применений платино-иридиевых сплавов – изготовление электрических стимуляторов сердечной деятельности. В сердце больного стенокардией вживляют электроды с платино-иридиевыми зажимами. Электроды соединены с приемником, который тоже находится в теле больного. Генератор же с кольцевой антенной находится снаружи, например в кармане больного. Кольцевая антенна крепится на теле напротив приемника. Когда больной чувствует, что наступает приступ стенокардии, он включает генератор. В кольцевую антенну поступают импульсы, которые передаются в приемник, а от него – на платино-иридиевые электроды. Электроды, передавая импульсы на нервы, заставляют сердце биться активнее.

Иридий используется для покрытия поверхностей изделий. Разработан метод получения иридиевых покрытий электролитическим путем из расплавленных цианидов калия и натрия при 600°C. В этом случае образуется плотное покрытие толщиной до 0,08 мм.

Иридий может быть использован в химической промышленности в качестве катализатора. Иридиево-никелевые катализаторы иногда применяют для получения пропилена из ацетилена и метана. Иридий входил в состав платиновых катализаторов реакции образования окислов азота (в процессе получения азотной кислоты).

Из иридия делают также мундштуки для выдувания тугоплавкого стекла.

Платино-иридиевые сплавы привлекают и ювелиров – украшения из этих сплавов красивы и почти не изнашиваются.

Из платино-иридиевого сплава делают также эталоны. Из этого сплава, в частности, изготовлен эталон килограмма.

Иридий используется также для изготовления перьев для ручек. Небольшой шарик из иридия можно встретить на кончиках перьев, особенно хорошо его видно на золотых перьях, где он отличается по цвету от самого пера.

Там, где применяют иридий, он служит безотказно, и в этой уникальной надежности залог того, что наука и промышленность будущего без этого элемента не обойдутся.