Металл иридий: история, свойства, как получают и где используют
Минерал существует в чистом виде, но первые упоминания об изотопном металле связаны с падением на Землю железоникелевого метеорита. Столкновение с Землёй метеорита произошло 65 млн лет назад, в эпоху трицерапторов и дипладоков. В Земле упавший объект оставил след, последствия которого видны и сегодня. Образовался кратер в 180 километров глубиной, пыль, поднявшаяся из-за нарушения земной коры и падения метеорита, заставила Землю пребывать во мгле 14 дней, случились извержения вулканов на территории Азии, Индостана и Мадагаскара.
Некоторые учёные предполагают, что именно этот металл погубил всех динозавров и других крупных ящеров, из-за того, что начал выделять токсин при соприкосновении с хлором и земным ядром. Как известно, металл плавится при 2300 градусов по Цельсию.
Так, он лежал в Земле все 65 млн лет, пока его не обнаружили по случайности люди, искавшие платину и нашедшие её на месте старого кратера.
Как земной элемент, иридий был обнаружен в 1804 году, учёным С. Теннатом. В результате проведения процедур по изучению платиновых минералов и выявления в них осмия, был обнаружен иридий.
Вот так Юкатанская катастрофа привела к тому, что в периодической таблице появился Иридий.
Иридий устойчив на воздухе при обычной температуре и нагревании, при прокаливании порошка в токе кислорода при 600—1000°C образует в незначительном количестве IrO2. Выше 1200°C частично испаряется в виде IrO3. Компактный иридий при температурах до 100°C не реагирует со всеми известными кислотами и их смесями. Свежеосажденная иридиевая чернь частично растворяется в царской водке с образованием смеси соединений Ir(III) и Ir(IV). Порошок иридия может быть растворён хлорированием в присутствии хлоридов щелочных металлов при 600—900°C или спеканием с Na2O2 или BaO2 с последующим растворением в кислотах. Иридий взаимодействует с F2 при 400—450°C, а c Cl2 и S при температуре красного каления.
Иридий не играет никакой биологической роли. Нетоксичен. Однако некоторые его соединения, например, его гексафторид (IrF6), очень ядовиты.
Подготовил Евгений Лавриненко (СМ)
Физические свойства иридия
Иридий обладает высокой твердостью и устойчивостью к воздействию окружающей среды. Плохо поддается механической обработке, тугоплавкий. По мнению некоторых ученых иридий заслуживает звание самого плотного металла среди всех прочих.
Основные физические характеристики:
- ρ = 22,42 г/см3;
- Т плавления – 2466 ᵒС;
- Т кипения – 4428 ᵒС;
- Твердость по шкале Мооса – 6,5;
- Теплопроводность – 147 Вт/м×К
Значительная часть металла задействована в химической промышленности. Он используется в изготовлении термостойкой посуды.
Также применяется как ускоритель реакций, например, при извлечении азотной кислоты.
Чистый сплав без примесей используется для изготовления деталей высокоточных приборов и датчиков. В основном для лабораторных экспериментов.
В автомобильной промышленности наиболее часто можно встретить свечи зажигания изготовленный из иридия. Он используется в качестве защиты и продления срока годности таких деталей.
Добавление металла к другим элементам даже в незначительных количествах, существенно повышает их изностостойкость.
Иридий наряду с платиной используется в медицине, ювелирном деле, в науке и других отраслях.
Производство и применение
Наиболее известные российские предприятия, добывающие Иридий из вторичного сырья или соответствующих руд:
- Красноярский завод цветных металлов ОАО «Красцветмет»;
- НПП «Биллон» (Екатеринбург);
- ОАО ГМК «Норильский Никель».
При обнаружении в природе химический элемент Ir сопровождается своими природными изотопами. Это стабильные 191 и 193. Однако есть целая сеть синтезированных изотопов, имеющих короткий период полураспада. Из них самый примечательный относительно стабильный (время жизни 241 год) Иридий 192, имеет изомер Ir 192 с периодом полураспада 74 суток.
Первый из них может выступать в качестве источника электроэнергии. Второй используется, как индикатор качества сварных швов. Гамма-дефектоскопы оснащаются, как раз изотопом 192.
Поскольку прочность металла соизмерима с его компаньоном Осмием, материал может заменить последний практически во всех областях. Его используют для изготовления термопар, топливных баков, термоэлектрических генераторов.
Известны свечи: иридий – медь – платина, где интересующее нас вещество, выполняет роль элемента, повышающего износоустойчивость и продлевающего жизнь изделиям. Также известны тигли, ряд объектов, используемых в качестве эталонов мер и весов. Наиболее известный из них – эталонный килограмм. Все это неумолимо повышает цену на иридий и его изотопы.
Иридиевые свечи зажигания
Сплав платины и Ir даже без меди известен высокой прочностью, разговоры о том, что ранее его использовали для изготовления перьев для ручек – правда, но аналогичные изделия делались из сплава платины с осмием. В отличие от последнего, иридий с удовольствием используется для сплавов с платиной ювелирами. Он хоть и тугоплавкий, все же позволяет добиваться получения необходимых форм, ставить клеймо.
Использование иридия в электронике
Металлургические инновационные технологии коснулись применения этого химического вещества. Сегодня популярны напыления Иридия, образующие тончайшие и прочные пленки.
Находит свое место иридий в медицине. Уже упомянутый сплав платина-иридий используется сразу в двух ипостасях: как материал для изготовления элемента электрического кардиостимулятора, а также в качестве электрода, с помощью которого вся конструкция вживляется человеку. Здесь используется сложная схема, где внедренные части взаимодействуют с внешней антенной, находящейся где-то поблизости, например, в кармане пациента.
Добыча и переработка
Основные объемы иридия извлекают из сульфатных железистых, никелевых руд. Немного дает минералогическая экзотика – невьянскит, уросмирид, сысертскит.
Чистый иридий получают промышленным способом из продуктов переработки медно-никелевых сплавов.
Технология многоэтапная – выделение из концентрата платиноидов, выщелачивание остатка водой, перегонка, воздействие царской водкой. Осадочный иридий прокаливают, получая чистый металл.
Есть другие методы: ионный обмен, экстракция. Все технологии добычи сложны, затратны.
В России добычу иридия ведут предприятия Красноярска, Екатеринбурга, «Норильский Никель».
Иридий – космический странник
Хоть иридий и сопутствует платине, но в земной коре он встречается достаточно редко. Есть версия, что из-за большого удельного веса при формировании планеты иридий ушел вглубь в состав ядра. Но это только одна из гипотез. Гораздо чаще иридий встречается в составе метеоритов. Именно это свойство служит для определения происхождения пород. Высокая концентрация иридия свидетельствует об их метеоритном происхождении.
Объемы мировой добычи подтверждают репутацию иридия как редкого металла. По последним официальным данным сейчас добыча иридия стабилизировалась на уровне 6 тонн в год с небольшими колебаниями в ту или иную сторону. Этого объема даже не хватит, чтобы заполнить до верха 300-литровую бочку. Для сравнения, годовая добыча платины составляет в среднем 180-200 тонн.
Применение [ править ]
Особый интерес в качестве источника электроэнергии вызывает его ядерный изомер иридий-192m2 (имеющий период полураспада 241 год).
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.
Иридий используется также для изготовления перьев для ручек. Небольшой шарик из иридия можно встретить на кончиках перьев и чернильных стержней, особенно хорошо его видно на золотых перьях, где он отличается по цвету от самого пера.
Иридий в палеонтологии и геологии является индикатором слоя, который сформировался сразу после падения метеоритов.
Иридий, наряду с медью и платиной, применяется в свечах зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в качестве материала для изготовления электродов, делая такие свечи наиболее долговечными (100—160 тыс. км пробега автомобиля) и снижая требования к напряжению искрообразования. Изначально использовался в авиации и гоночных автомобилях, затем, по мере снижения стоимости продукции, стал употребляться и на массовых автомобилях. В настоящее время такие свечи доступны для большинства двигателей, однако являются наиболее дорогими.
Иридий-192 является радионуклидом с периодом полураспада 74 сут, широко применяемым в дефектоскопии, особенно в условиях, когда генерирующие источники не могут быть использованы (взрывоопасные среды, отсутствие питающего напряжения нужной мощности) [13] .
Платиноиридиевый сплав обладает большой механической прочностью, не окисляется. Из этого сплава, в частности, изготовлен эталон килограмма.
