Ири́дий ( химический символ — Ir , от лат. Ir idium ) — химический элемент 9-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы восьмой группы, VIIIB), шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева , с атомным номером 77.

Простое вещество иридий — очень твёрдый, тугоплавкий, серебристо-белый переходный металл платиновой группы , обладающий высокой плотностью и сравнимый по этому параметру только с осмием (плотности Os и Ir практически равны с учётом погрешности теоретических расчётов ). Имеет высокую коррозионную стойкость даже при температуре 2000 °C. В земных породах встречается крайне редко, поэтому высокая концентрация иридия в образцах породы является индикатором космического ( метеоритного ) происхождения последних ( ).

История

Химики, изучавшие платину, растворяли ее в царской водке (смеси соляной и азотной кислот) для получения растворимых солей. Они всегда наблюдали небольшое количество темного, нерастворимого осадка. Джозеф Луи Пруст думал, что этот осадок был графитом. Французские химики Виктор Колле-Дескотиль, Антуан Франсуа, граф де Фуркруа и Луи Николя Воклен также наблюдали черный остаток в 1803 году, но не получили достаточного количества для дальнейших экспериментов ^{[ источник не указан 17 дней ]} .

В итоге иридий был открыт в 1803 году английским химиком С. Теннантом одновременно с осмием , которые в качестве примесей присутствовали в природной платине , доставленной из Южной Америки . Теннант был первым среди нескольких учёных, кому удалось получить в достаточном количестве нерастворимый остаток после воздействия на платину царской водки и определить в нём ранее неизвестные металлы .

Происхождение названия

Иридий ( др.-греч. ἶρις — «радуга») получил такое название благодаря разнообразной окраске своих солей .

Нахождение в природе

Содержание иридия в земной коре ничтожно мало (10 ⁻⁷ % по массе). Он встречается гораздо реже золота и платины . Встречается вместе с осмием , родием , рением и рутением . Относится к наименее распространённым элементам. Иридий относительно часто встречается в метеоритах . Не исключено, что реальное содержание металла на планете гораздо выше: его высокая плотность и высокое сродство к железу ( сидерофильность ) могли привести к смещению иридия вглубь Земли, в ядро планеты , в процессе её формирования из протопланетного диска . Небольшое количество иридия было обнаружено в фотосфере Солнца .

Иридий содержится в таких минералах, как невьянскит , сысертскит и .

Месторождения и добыча

Коренные месторождения осмистого иридия расположены в основном в перидотитовых серпентинитах складчатых областей (в ЮАР , Канаде , России , США , на Новой Гвинее ) .

Ежегодное производство иридия на Земле (по данным на 2009 год) составляет около 3 тонн . За 2015 год было добыто 7,8 тонн (251 тыс. тройских унций ). В 2016 году цена килограмма составляла около 16,7 тысяч долларов (520 долларов США за тройскую унцию) .

Физические свойства

Полная электронная конфигурация атома иридия: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ 5p ⁶ 6s ² 4f ¹⁴ 5d ⁷ .

Иридий — тяжёлый серебристо-белый металл , из-за своей твёрдости плохо поддающийся механической обработке. Температура плавления — 2739 K (2466 °C), кипит при 4701 K (4428 °C) . Кристаллическая структура — кубическая гранецентрированная с периодом а ₀ =0,38387 нм; электрическое сопротивление — 5,3⋅10 ⁻⁸ Ом·м (при 0 °C), и 2⋅10 ⁻⁷ Ом·м (при 2300 °C); коэффициент линейного расширения — 6,5⋅10 ⁻⁶ град; модуль нормальной упругости — 538 ГПа ; плотность при 20 °С — 22,65 г/см³ , жидкого иридия — 19,39 г/см³ (2466 °С) . По плотности сопоставим с соседним осмием.

Изотопный состав

Природный иридий встречается в виде смеси из двух стабильных изотопов : ¹⁹¹ Ir (содержание 37,3 %) и ¹⁹³ Ir (62,7 %) . Искусственными методами получены радиоактивные изотопы иридия с массовыми числами 164—199, а также множество ядерных изомеров . Распространение получил искусственный ¹⁹² Ir.

Химические свойства

Иридий устойчив на воздухе при обычной температуре и нагревании , при прокаливании порошка в токе кислорода при 600—1000 °C образует в незначительном количестве IrO ₂ . Выше 1200 °C частично испаряется в виде IrO ₃ . Компактный иридий при температурах до 100 °C не реагирует со всеми известными кислотами и их смесями, даже с царской водкой . Свежеосажденная 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 Na ₂ O ₂ или BaO ₂ с последующим растворением в кислотах. Иридий взаимодействует с фтором (F ₂ ) при 400—450 °C, а c хлором (Cl ₂ ) и серой (S) при температуре красного каления.

Соединения двухвалентного иридия

• Хлорид иридия (IrCl ₂ ) — блестящие тёмно-зелёные кристаллы. Плохо растворяется в кислотах и щелочах. При нагревании до 773 °C разлагается на IrCl и хлор, а выше 798 °C — на составные элементы. Получают нагреванием металлического иридия или IrCl ₃ в токе хлора при 763 °C.
• Сульфид иридия (IrS) — блестящее тёмно-синее твёрдое вещество. Мало растворим в воде и кислотах. Растворяется в сульфиде калия. Получают нагреванием металлического иридия в парах серы.

Соединения трёхвалентного иридия

• Оксид иридия (Ir ₂ O ₃ ) — твёрдое тёмно-синее вещество. Малорастворим в воде и этаноле . Растворяется в серной кислоте . Получают при лёгком прокаливании сульфида иридия(III) .
• Хлорид иридия (IrCl ₃ ) — летучее соединение, цвет которого колеблется от тёмно-оливкового до светлого жёлто-зелёного в зависимости от раздробленности и чистоты полученного продукта. Плотность тёмно-оливкового соединения — 5,292 г/см ³ . Малорастворим в воде, щелочах и кислотах. При 765 °C разлагается на IrCl ₂ и хлор, при 773 °C на IrCl и хлор, а выше 798 °C — на составные элементы. Получают действием хлора, содержащего следы СО, на нагретый до 600 °C иридий при ярком освещении прямым солнечным светом или горящей магниевой лентой. При этих условиях через 15—20 минут получают чистый хлорид иридия.
• Бромид иридия (IrBr ₃ ) — оливково-зелёные кристаллы. Растворяется в воде, мало растворим в спирте. Дегидратируется при нагревании до 105—120 °C. При сильном нагревании разлагается на элементы. Получают взаимодействием IrO ₂ с бромоводородной кислотой .
• Сульфид иридия (Ir ₂ S ₃ ) — твёрдое коричневое вещество. Разлагается на элементы при нагревании выше 1050 °C. Мало растворим в воде. Растворяется в азотной кислоте и растворе сульфида калия. Получают действием сероводорода на хлорид иридия(III) или нагреванием порошкообразного металлического иридия с серой при температуре не выше 1050 °C в вакууме .

Соединения четырёхвалентного иридия

• Оксид иридия (IrO ₂ ) — чёрные тетрагональные кристаллы с решёткой типа рутила. Плотность — 3,15 г/см ³ . Малорастворим в воде, этаноле и кислотах. Восстанавливается до металла водородом. Термически диссоциирует на элементы при нагревании. Получают нагреванием порошкообразного иридия на воздухе или в кислороде при 700 °C, нагреванием IrO ₂ * n Н ₂ О.
• Фторид иридия (IrF ₄ ) — жёлтая маслянистая жидкость, разлагающаяся на воздухе и гидролизующаяся водой. t _пл 106 °C. Получают нагреванием IrF ₆ с порошком иридия при 150 °C.
• Хлорид иридия (IrCl ₄ ) — гигроскопичное коричневое твёрдое вещество. Растворяется в холодной воде и разлагается тёплой (водой). Получают нагреванием (600—700 °C) металлического иридия с хлором при повышенном давлении.
• Бромид иридия (IrBr ₄ ) — расплывающееся на воздухе синее вещество. Растворяется в этаноле; в воде (с разложением), диссоциирует при нагревании на элементы. Получают взаимодействием IrO ₂ с бромоводородной кислотой при низкой температуре.
• Сульфид иридия (IrS ₂ ) — твёрдое коричневое вещество. Малорастворим в воде. Получают пропусканием сероводорода через растворы солей иридия(IV) или нагреванием порошкообразного металлического иридия с серой без доступа воздуха в вакууме.
• Гидроксид иридия (Ir(OH) ₄ ) (IrO ₂ ·2H ₂ O) образуется при нейтрализации растворов хлороиридатов(IV) в присутствии окислителей. Тёмно-синий осадок Ir ₂ O ₃ · n Н ₂ О выпадает при нейтрализации щёлочью хлороиридатов(III) и легко окисляется на воздухе до IrO ₂ . Практически нерастворим в воде.

Соединения шестивалентного иридия

• Фторид иридия (IrF ₆ ) — жёлтые тетрагональные кристаллы. t _пл 44 °C, t _кип 53 °C, плотность — 6,0 г/см ³ . Под действием металлического иридия превращается в IrF ₄ , восстанавливается водородом до металлического иридия. Получают нагреванием иридия в атмосфере фтора в трубке из флюорита. Сильный окислитель, реагирует с водой и монооксидом азота :

${\displaystyle {\mathsf {2IrF_{6}+10H_{2}O\rightarrow 2Ir(OH)_{4}+12HF+O_{2}\uparrow }}}$

${\displaystyle {\mathsf {IrF_{6}+NO\rightarrow NO[IrF_{6}]}}}$

• Сульфид иридия (IrS ₃ ) — серый, малорастворимый в воде порошок. Получают нагреванием порошкообразного металлического иридия с избытком серы в вакууме. Строго говоря, не является соединением шестивалентного иридия, так как содержит связь S-S.

Высшие степени окисления иридия (+7, +8, +9) получены при очень низких температурах в соединениях [(η ² -O ₂ )IrO ₂ ] ⁺ , IrO ₄ и [IrO ₄ ] ⁺ . Известны также низшие степени окисления (+1, 0, −1, −3), например [Ir(CO)Cl(PPh ₃ )] ₂ , Ir ₄ (CO) ₁₂ , [Ir(CO) ₃ (PPh ₃ )] ¹⁻ , [Ir(CO) ₃ ] ³⁻ .

Получение

Основной источник получения иридия — анодные шламы медно-никелевого производства. Из концентрата металлов платиновой группы отделяют золото (Au) , палладий (Pd) , платину (Pt) и др. Остаток, содержащий рутений (Ru) , осмий (Os) и иридий, сплавляют с нитратом калия (KNO ₃ ) и гидроксидом калия (КОН) , сплав выщелачивают водой, раствор окисляют кислородом (O ₂ ) , отгоняют оксид осмия(VIII) (OsO4) и Оксид рутения(VIII) (RuO ₄ ) , а осадок, содержащий иридий, сплавляют с пероксидом натрия (Na ₂ O ₂ ) и гидроксидом натрия (NaOH) , сплав обрабатывают царской водкой и раствором хлорида аммония (NH ₄ Cl) , осаждая иридий в виде комплексного соединения (NH ₄ ) ₂ [IrCl ₆ ] , который затем прокаливают, получая металл — иридий. Перспективен метод извлечения иридия из растворов экстракцией гексахлороиридатов высшими алифатическими аминами. Для отделения иридия от неблагородных металлов перспективно использование ионного обмена . Для извлечения иридия из минералов группы осмистого иридия минералы сплавляют с оксидом бария, обрабатывают соляной кислотой и царской водкой , отгоняют OsO ₄ и осаждают иридий в виде (NH ₄ ) ₂ [IrCl ₆ ] .

Применение

Мировое потребление иридия составило 10,4 тонн в 2010 году. Основное применение — оборудование для выращивания монокристаллов , где иридий используют в качестве материала . В 2010 году на эти цели ушло 6 тонн иридия. Примерно по 1 тонне потребляют производители премиальных свечей зажигания, химического оборудования и химических катализаторов .

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. Первой компанией, которая стала использовать иридий, улучшив благодаря этому качество свечей зажигания, стала японская компания NGK . Изначально использовался в авиации и гоночных автомобилях, затем, по мере снижения стоимости продукции, стал применяться и на массовых автомобилях . В настоящее время такие свечи доступны для большинства двигателей, однако являются наиболее дорогими.

Сплавы с вольфрамом (W) и торием (Th) — материалы термоэлектрических генераторов , с родием (Rh) , рением (Re) , вольфрамом (W) — материалы для термопар , эксплуатируемых выше 2000 °C, с лантаном (La) и церием (Се) — материалы термоэмиссионных катодов.

Из платиноиридиевого сплава были изготовлены исторические эталоны метра и килограмма .

В 2013 году иридий впервые в мире был применён в изготовлении официальных монет Национальным банком Руанды , который выпустил монету из чистого металла 999-й пробы. Иридиевая монета была выпущена номиналом 10 руандийских франков .

Иридий использовался для изготовления премиальных 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. В наше время иридий заменён на другие стойкие к истиранию металлы .

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

Иридий-192 является гамма-источником с периодом полураспада 74 суток. Применяется в дефектоскопии и брахитерапии .

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

Соединения иридия — потенциальные лекарства для лечения онкологических заболеваний .

Биологическая роль

Не играет никакой биологической роли. Металлический иридий неядовит, но некоторые соединения иридия, например, его гексафторид (IrF ₆ ), очень ядовиты .

Стоимость

Цена на иридий на мировом рынке в 2021 году — около 160 долларов США за 1 грамм .

В Российской Федерации за незаконное приобретение, хранение, перевозку, пересылку и сбыт иридия (а равно и других драгоценных металлов золота , серебра , платины , палладия , родия , рутения и осмия ) в крупном размере (то есть стоимостью более 2,25 млн руб. ) за исключением ювелирных и бытовых изделий и лома таких изделий, предусмотрена уголовная ответственность в виде лишения свободы на срок до 5 лет .

Примечания