Строение
Это не диаграмма из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение иридий среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 136 pm — это 0,136 нм, поэтому около 3,68 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Иридий находится в жидком состоянии в диапазоне 1982 K — от 2719 K до 4701 K.
Положение
История
Самый устойчивый к коррозии металл из известных и след астероида, уничтожившего динозавров.
История открытия Иридия напоминает химический детектив. В 1803 году английский химик Smithson Tennant исследовал загадочный чёрный осадок, остававшийся после растворения неочищенной платины в царской водке (смеси азотной и соляной кислот). Другие химики считали этот осадок бесполезной примесью, но любопытство Теннанта привело к одному из самых впечатляющих открытий в истории химии.
Работая в своей лондонской лаборатории, Теннант заметил, что этот «бесполезный» осадок не растворяется ни в одной известной кислоте — настолько необычное свойство требовало дальнейшего исследования. Когда ему наконец удалось растворить его с помощью крайне интенсивных химических методов, произошло нечто удивительное: полученные растворы демонстрировали яркое многообразие цветов, невиданное ранее в химии.
Растворы, созданные Теннантом, переливались всеми цветами радуги — глубоким пурпурным, ярко-жёлтым, насыщенным зелёным и интенсивным красным. Поражённый этим великолепным зрелищем, он назвал новый элемент «иридием» в честь Ириды, греческой богини радуги, которая была вестницей между небом и землёй.
Это было не просто поэтическое название — оно идеально отражало самое поразительное химическое свойство металла. Различные соединения Иридия образуют растворы с характерной окраской: от глубокого пурпурного цвета хлорида Иридия(IV) до жёлтого цвета соединений Иридия(VI). Даже сегодня эта красочная химия делает соединения Иридия ценными в аналитической химии.
Исследование Теннантом платинового осадка на самом деле привело к открытию двух новых элементов. Вместе с радужно окрашенным Иридием он открыл Осмий, названный за его резкий запах. Это двойное открытие сделало 1803 год одним из самых продуктивных в истории открытия элементов.
Открытие закрепило за Теннантом репутацию одного из ведущих химиков своей эпохи. Его систематический подход к исследованию «отходных» материалов стал образцом для будущих открытий элементов. Многие последующие элементы были обнаружены в осадках и побочных продуктах других химических процессов.
Выделение чистого Иридия оказалось чрезвычайно сложной задачей. Исключительная химическая инертность металла — то самое свойство, которое делает его ценным сегодня, — почти не позволяла работать с ним, используя методы XIX века. Ранние химики с трудом получали даже небольшие количества чистого металла.
Прорыв стал возможен благодаря развитию технологий порошковой металлургии. Восстанавливая соединения Иридия до металлического порошка, а затем прессуя и спекая его при чрезвычайно высоких температурах, химики наконец получили пригодные для работы количества этого замечательного элемента.
Уникальные свойства Иридия быстро привлекли внимание как учёных, так и представителей королевских домов. Невероятная прочность металла и устойчивость к потускнению сделали его идеальным материалом для научных инструментов, которым требовалось сохранять точность на протяжении десятилетий.
К середине XIX века сплавы Иридия использовались в самых престижных научных проектах, включая международный эталон метра и гири, применявшиеся в национальных лабораториях. Это раннее признание исключительных свойств Иридия предвосхитило его современную роль в передовых технологиях.
Открытие Теннантом Иридия продемонстрировало важность тщательного исследования предположительно «отходных продуктов». Его работа вдохновила поколения химиков внимательнее изучать остатки реакций, что привело к открытию множества других элементов.
Сегодня Иридий, пожалуй, является самым ярким примером химической инертности в периодической таблице. Теннант едва ли мог представить, что его «радужный металл» однажды станет важнейшим материалом для освоения космоса, лечения рака и производства экологически чистого водородного топлива для устойчивого будущего.
Применение
Необычайно высокая температура плавления иридия — 2,466°C — делает его незаменимым в самых сложных аэрокосмических задачах. Его используют в соплах ракетных двигателей, где экстремальные температуры разрушили бы другие материалы. NASA использует камеры сгорания с иридиевой облицовкой в двигателях космических аппаратов, а иридий необходим в теплозащитных экранах возвращаемых аппаратов для космических миссий.
В реактивных двигателях иридиевые компоненты выдерживают сильный нагрев камер сгорания. Устойчивость металла к термическому удару делает его идеальным для покрытий лопаток турбин в двигателях военных самолётов, работающих при экстремальных температурах.
Иридиевые катализаторы преобразуют «зелёную» химию и промышленные процессы. При электролизе воды для получения водорода катализаторы на основе иридия считаются эталонными для реакции выделения кислорода (OER). Эти катализаторы имеют решающее значение для получения экологически чистого водорода из возобновляемых источников энергии.
Фармацевтическая промышленность использует иридиевые катализаторы в сложных реакциях органического синтеза. Иридиевые комплексы обеспечивают реакции асимметричного гидрирования, создающие определённую молекулярную хиральность, необходимую для производства эффективных лекарств с минимальными побочными эффектами.
При переработке нефтехимического сырья иридиевые катализаторы способствуют реакциям риформинга, превращающим углеводороды с прямой цепью в разветвлённые молекулы, что повышает октановое число бензина и снижает детонацию двигателя.
Исключительная электропроводность и коррозионная стойкость иридия делают его ценным материалом для высококачественной электроники. Его используют в электрических контактах критически важных систем, где отказ недопустим, — от систем управления самолётами до медицинских устройств.
В точных измерениях иридиевые сплавы используют для изготовления эталонных гирь и мер. Международное бюро мер и весов использует платиново-иридиевый сплав для международных эталонов метра и килограмма.
Электроды свечей зажигания в высокопроизводительных двигателях изготавливают из иридия благодаря его долговечности и стабильным характеристикам. Такие свечи служат значительно дольше обычных и обеспечивают превосходные характеристики зажигания.
Изотоп иридий-192 имеет решающее значение для промышленной радиографии при неразрушающем контроле сварных швов, трубопроводов и конструктивных элементов. Его свойства гамма-излучения делают его идеальным для обнаружения дефектов в объектах критической инфраструктуры.
В ядерных реакторах иридиевые компоненты устойчивы к бомбардировке нейтронами и сохраняют структурную целостность в условиях экстремального радиационного воздействия. Научно-исследовательские центры используют иридиевые тигли для безопасного обращения с радиоактивными материалами.
Производители элитных часов ценят иридий за устойчивость к царапинам и блеск. В перах дорогих перьевых ручек часто используют иридиевые наконечники, обеспечивающие плавное письмо и исключительную долговечность.
Редкость и уникальные свойства иридия делают его символом эксклюзивности в предметах роскоши — от ювелирных изделий до коллекционных предметов ограниченного выпуска, где его характерные свойства оправдывают высокую цену.
В вашем автомобиле, скорее всего, есть иридий в свечах зажигания. Иридиевые свечи зажигания — премиальный выбор для высокопроизводительных автомобилей и мотоциклов. Они служат в 4–6 раз дольше традиционных медных свечей, обеспечивают более стабильное зажигание, повышают топливную экономичность и сокращают выбросы.
Производители роскошных и спортивных автомобилей выбирают иридиевые свечи за их превосходные эксплуатационные характеристики. Такие свечи дольше сохраняют форму электрода, обеспечивая оптимальную работу двигателя на протяжении всего увеличенного срока службы.
В перьевых ручках премиум-класса используются перья с иридиевым наконечником, обеспечивающие максимально плавное письмо. Несмотря на название «иридиевые наконечники», современные производители ручек часто используют иридиевые сплавы, сочетающие прочность и гибкость.
Такие перья устойчивы к износу из-за трения о бумагу и сохраняют форму десятилетиями. Иридиевый наконечник обеспечивает равномерную подачу чернил и предотвращает появление царапин, которые со временем возникают у стальных перьев.
В дорогих швейцарских часах используются детали из иридия, отличающиеся исключительной устойчивостью к царапинам и блеском. Часовые корпуса и механизмы выигрывают благодаря способности иридия сохранять первоначальный вид даже при ежедневной носке.
Некоторые эксклюзивные часы имеют корпуса из чистого иридия, что делает их одними из самых прочных и необычных часов на рынке. Редкость металла повышает эксклюзивность и стоимость этих роскошных изделий.
Лечение рака включает использование источников иридия-192 в брахитерапии. Эти радиоактивные источники имплантируют непосредственно в опухоли, доставляя направленное излучение и сводя к минимуму повреждение здоровых тканей.
В хирургических инструментах и медицинских имплантатах иногда используются иридиевые сплавы благодаря их биосовместимости и устойчивости к воздействию биологических жидкостей. Инертность металла делает его безопасным для длительного контакта с тканями человека.
На промышленных предприятиях источники иридия-192 используют для радиографического контроля трубопроводов, сосудов, работающих под давлением, и конструкционных сварных швов. Этот неразрушающий контроль обеспечивает безопасность и целостность объектов критической инфраструктуры.
Авиационная промышленность использует иридиевую радиографию для проверки компонентов воздушных судов, выявляя микроскопические дефекты, которые могут привести к катастрофическим отказам. Такие испытания обязательны для многих аэрокосмических деталей, критически важных с точки зрения безопасности.
Откуда он происходит
0,001 мг/кг земной коры · более распространён, чем 32% элементов
История иридия начинается в недрах умирающих звёзд. Этот драгоценный металл образуется во время взрывов сверхновых и столкновений нейтронных звёзд, поэтому на поверхности Земли он встречается чрезвычайно редко. Знаменитая иридиевая аномалия в геологической летописи Земли отмечает падение астероида, завершившее эру динозавров 66 миллионов лет назад.
Этот тонкий обогащённый иридием слой, обнаруженный по всему миру, служит убедительным доказательством теории астероидного удара как причины массового вымирания. Концентрация иридия в сотни раз выше, чем в обычных земных породах, и соответствует составу астероидов и комет.
Иридий на Земле чрезвычайно редок: его средняя распространённость в земной коре составляет всего 0.001 части на миллион — это делает его более редким, чем золото или платина. Большая часть доступного иридия опустилась к ядру Земли во время формирования планеты, оставив в земной коре лишь следовые количества.
Обычно этот металл встречается в месторождениях металлов платиновой группы (PGM) в Бушвельдском комплексе Южной Африки, Норильском регионе России и бассейне Садбери в Канаде. Эти месторождения сформировались в результате древних магматических процессов, сконцентрировавших металлы платиновой группы.
Южная Африка производит около 80% мирового иридия, главным образом как побочный продукт добычи платины и никеля. Бушвельдский магматический комплекс содержит крупнейшие из известных в мире запасы иридия, сформировавшиеся более 2 миллиардов лет назад.
Россия — второй по величине производитель; значительные месторождения находятся в Уральских горах и сибирских регионах. Норильско-Талнахские месторождения особенно богаты металлами платиновой группы, включая иридий.
Ежегодное мировое производство составляет всего 3-4 тонны, что делает иридий одним из самых редких активно добываемых металлов. Эта редкость обусловливает его высокую стоимость и ограничивает широкое применение, несмотря на превосходные свойства.
Из-за исключительной редкости и высокой стоимости переработка иридия имеет важнейшее экономическое значение. Отработанные катализаторы, старые свечи зажигания и электронные компоненты подвергаются сложным процессам восстановления для извлечения и очистки иридия.
В развитых странах уровень переработки иридия превышает 90%, поэтому вторичные источники почти столь же важны, как и первичная добыча. Современные химические процессы позволяют извлекать иридий из сложных сплавов и загрязнённых материалов.
Ирония заключается в том, что, будучи редким на поверхности Земли, иридий более распространён в астероидах и метеоритах. Некоторые металлические метеориты содержат концентрации иридия, в тысячи раз превышающие его содержание в земных породах.
В будущем космическая добыча может быть ориентирована на околоземные астероиды, богатые металлами платиновой группы, что потенциально сделает иридий более доступным. Один крупный астероид может содержать больше иридия, чем все известные запасы на Земле.
Обращение
Металлический иридий считается одним из самых безопасных металлов для работы благодаря своей исключительной химической инертности. В обычных условиях он не реагирует с кожей, воздухом или большинством химических веществ. Однако при обращении и обработке всё же необходимо соблюдать надлежащие меры предосторожности.
Порошок и пыль иридия представляют основную опасность для безопасности. Мелкие частицы могут попадать в воздух и вызывать раздражение дыхательных путей при вдыхании. Всегда используйте подходящие противопылевые маски (минимум N95) при работе с порошкообразным иридием или во время шлифовки и механической обработки.
Контакт пыли иридия с кожей может вызвать лёгкое раздражение у чувствительных людей. Надевайте нитриловые перчатки и тщательно мойте руки после работы. При работе с мелкими частицами необходимо защищать глаза.
Иридий-192 представляет значительную радиационную опасность и требует специальной подготовки и оборудования. Этот изотоп испускает высокоэнергетическое гамма-излучение, которое может вызвать тяжёлое повреждение тканей, лучевую болезнь и повысить риск развития рака.
С источниками Ir-192 должны работать только лицензированные специалисты по радиационной безопасности. Для хранения необходимы контейнеры с защитной свинцовой облицовкой, а время воздействия следует минимизировать в соответствии с принципом ALARA (настолько низкий уровень, насколько это разумно достижимо). Регулярный радиационный контроль обязателен.
Для происшествий с Ir-192 должны быть разработаны аварийные протоколы. Воздействие излучения может вызвать острый радиационный синдром в течение нескольких часов. Критически важны немедленная медицинская помощь и процедуры по устранению радиоактивного загрязнения.
Высокотемпературная обработка иридия требует специального оборудования и подготовки. Температура плавления 2,466°C означает чрезвычайно высокую опасность воздействия тепла и возможность тяжёлых ожогов. Используйте подходящие термостойкие средства индивидуальной защиты и обеспечьте достаточную вентиляцию.
Химическая обработка соединений иридия требует осторожного обращения, поскольку некоторые из них могут быть более реакционноспособными, чем чистый металл. Соблюдайте стандартные правила безопасности в лаборатории и обращайтесь к паспортам безопасности конкретных соединений.
Из-за исключительно высокой ценности и редкости иридия утилизация экономически невыгодна и не нужна с экологической точки зрения. Все материалы, содержащие иридий, следует перерабатывать через специализированные службы извлечения драгоценных металлов.
Иридий представляет минимальную угрозу для окружающей среды благодаря своей химической инертности, однако надлежащая утилизация радиоактивных изотопов требует обращения в лицензированные организации по переработке радиоактивных отходов.
Краткие ответы
Иридий (символ Ir) — элемент 77 в периодической таблице, представитель семейства переходный металл в 6 периоде, 9 группе. Самый устойчивый к коррозии металл из известных и след астероида, уничтожившего динозавров. При комнатной температуре это твёрдое вещество.
[Xe] 4f¹⁴ 5d⁷ 6s²; она включает 6 занятых электронных оболочек с распределением 2, 8, 18, 32, 15, 2.Иридий плавится при 2719 K (2445.9 °C) и кипит при 4701 K (4427.9 °C). Это относит его к самым тугоплавким элементам — он остаётся твёрдым при температурах, при которых большинство металлов испаряется.
Стандартная атомная масса Иридий составляет 192.217 u. Это средневзвешенное значение для его природных изотопов, поэтому оно редко бывает целым числом.
Плотность Иридий составляет 22.56 г/см³. Плотность воды — 1,0 г/см³, поэтому блок из Иридий примерно в 22.6× тяжелее.
Электроотрицательность Иридий по шкале Полинга составляет 2.2. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Значения в этом среднем диапазоне обычно соответствуют ковалентным, а не преимущественно ионным связям.
Иридий был открыт в 1803 году Smithson Tennant. Назван в честь ирида, богиня радуги.
На долю Иридий приходится около 0.001 мг/кг земной коры — это действительно редкий элемент, поэтому он дорог.