Строение
Это не схема 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 связей.
Измеренные значения
Каждая полоса показывает, какое место иридий занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Radius 136 pm — that is 0.136 nm, so about 3676 million of them side by side would span a millimetre.
Тепловой диапазон
Иридий is liquid over a 1982 K window, from 2719 K to 4701 K.
История
The most corrosion-resistant metal known, and the fingerprint of the asteroid that ended the dinosaurs.
Открытие иридия напоминает детективную историю из химии. В 1803 году английский химик Smithson Tennant исследовал загадочный чёрный остаток, который оставался после растворения неочищенной платины в царской водке (смеси азотной и соляной кислот). В то время как другие химики считали этот остаток бесполезной примесью, любопытство Tennant привело к одному из самых впечатляющих открытий в истории химии.
Работая в своей лондонской лаборатории, Tennant заметил, что этот «бесполезный» остаток не растворяется ни в одной известной кислоте — настолько необычное свойство требовало дальнейшего изучения. Когда ему наконец удалось растворить его с помощью экстремальных химических методов, произошло нечто удивительное: полученные растворы демонстрировали яркую гамму цветов, не имевшую прежде аналогов в химии.
Созданные Tennant растворы переливались всеми цветами радуги — глубокими пурпурными, яркими жёлтыми, насыщенными зелёными и интенсивными красными оттенками. Поражённый этим великолепным зрелищем, он назвал новый элемент «иридий» в честь Iris, греческой богини радуги, которая служила посланницей между небом и землёй.
Это было не просто поэтическое название — оно идеально отражало наиболее поразительное химическое свойство металла. Различные соединения иридия образуют растворы характерного цвета: от глубокого пурпурного у хлорида иридия(IV) до жёлтого у соединений иридия(VI). Даже сегодня эта красочная химия делает соединения иридия ценными в аналитической химии.
Исследование Tennant платинового остатка фактически привело к открытию двух новых элементов. Вместе с радужно окрашенным иридием он открыл осмий, названный из-за его резкого запаха. Это двойное открытие сделало 1803 год одним из самых плодотворных в истории открытия элементов.
Это открытие принесло Tennant 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 остатках и побочных продуктах других химических процессов.
Выделить чистый иридий оказалось невероятно сложно. Исключительная химическая инертность металла — то самое свойство, которое делает его ценным сегодня, — практически не позволяла работать с ним, используя методы XIX века. Первые химики с трудом получали даже небольшие количества чистого металла.
Прорыв произошёл с развитием технологий порошковой металлургии. Восстанавливая соединения иридия до металлического порошка, а затем прессуя и спекая его при экстремально высоких температурах, химики наконец получили пригодные для работы количества этого замечательного элемента.
Уникальные свойства иридия быстро привлекли внимание как учёных, так и представителей королевских дворов. Невероятная долговечность металла и устойчивость к потускнению сделали его идеальным материалом для научных инструментов, которые должны были сохранять точность на протяжении десятилетий.
К середине XIX века сплавы иридия использовались в наиболее 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 иридия Tennant продемонстрировало важность тщательного исследования кажущихся «отходными продуктами». Его работа вдохновила поколения химиков внимательнее изучать остатки реакций, что привело к открытию множества других элементов.
Сегодня иридий остаётся, пожалуй, самым ярким примером химической инертности в периодической таблице. Tennant вряд ли мог представить, что его «радужный металл» однажды станет незаменимым 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 требовательных аэрокосмических применениях. Его используют в соплах ракетных двигателей, где экстремальные температуры разрушили бы другие материалы. NASA использует камеры сгорания с иридиевой облицовкой в двигателях ориентации космических аппаратов, а иридий необходим в теплозащитных экранах возвращаемых аппаратов для космических миссий.
В реактивных двигателях иридиевые компоненты выдерживают интенсивный 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 революционизируют зелёную химию и промышленные процессы. При электролизе воды для получения водорода катализаторы на основе иридия считаются лучшими для реакции выделения кислорода (OER). Эти катализаторы имеют решающее значение для получения зелёного 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 нефтехимической переработке 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 устойчивость иридия к коррозии делают его ценным материалом для высококачественной электроники. Его используют в электрических контактах в критически важных системах, где отказ недопустим, — от систем управления самолётами до медицинских устройств.
В точных измерениях иридиевые сплавы используют в эталонных гирях и мерах. 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 в промышленной радиографии для неразрушающего контроля сварных швов, трубопроводов и конструкционных компонентов. Его свойства гамма-излучения делают его идеальным для обнаружения дефектов в критически важной инфраструктуре.
В ядерных реакторах иридиевые компоненты устойчивы к нейтронной бомбардировке и сохраняют структурную целостность в условиях экстремального радиационного воздействия. Научно-исследовательские учреждения используют иридиевые тигли для безопасного обращения с радиоактивными материалами.
Индустрия элитных часов ценит иридий за устойчивость к царапинам и блестящий внешний вид. В перьях дорогих перьевых ручек часто используют иридиевые наконечники, обеспечивающие плавное письмо и исключительную долговечность.
Редкость иридия и его уникальные свойства делают его символом исключительности в предметах роскоши — от ювелирных изделий до коллекционных предметов ограниченного выпуска, где его отличительные свойства оправдывают премиальную цену.
В вашем автомобиле, скорее всего, есть Иридий в составе свечей зажигания. Иридиевые свечи зажигания — премиальный выбор для высокопроизводительных автомобилей и мотоциклов. Они служат в 4–6 раз дольше традиционных свечей из меди, обеспечивают более стабильное зажигание, повышают топливную экономичность и снижают выбросы.
Производители роскошных и спортивных автомобилей выбирают иридиевые свечи за их превосходные эксплуатационные характеристики. Такие свечи дольше сохраняют форму электродов, обеспечивая оптимальную работу двигателя на протяжении всего увеличенного срока службы.
В дорогих перьевых ручках 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.
Эти перья устойчивы к износу от 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 компоненты из иридия, отличающиеся исключительной устойчивостью к царапинам и блеском. Часовые корпуса и механизмы выигрывают благодаря способности иридия сохранять первоначальную отделку даже при ежедневной носке.
В некоторых эксклюзивных часах используются корпуса из чистого иридия, что делает их одними из самых прочных и самобытных часов на рынке. Редкость металла повышает эксклюзивность и ценность этих роскошных изделий.
Лечение рака включает использование источников иридия-192 в брахитерапии. Эти радиоактивные источники имплантируют непосредственно в опухоли, доставляя излучение точно к цели 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.
Промышленные предприятия используют источники иридия-192 для радиографического контроля трубопроводов, сосудов, работающих под давлением, и конструкционных сварных швов. Этот неразрушающий контроль обеспечивает безопасность и целостность важнейшей инфраструктуры.
Авиационная промышленность полагается на радиографию с использованием иридия для проверки компонентов воздушных судов, выявляя микроскопические дефекты, которые могут привести к катастрофическим отказам. Такие испытания обязательны для многих аэрокосмических деталей, критически важных для безопасности.
Откуда он берётся
0.001 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 32% of elements
История иридия начинается в недрах умирающих звёзд. Этот драгоценный металл образуется во время взрывов сверхновых и столкновений нейтронных звёзд, что делает его чрезвычайно редким на поверхности Земли. Знаменитая иридиевая аномалия в геологической летописи Земли отмечает падение астероида, завершившее эпоху динозавров 66 миллионов лет назад.
Этот тонкий обогащённый иридием слой, обнаруженный по всему миру, служит убедительным доказательством теории астероидного столкновения как причины массового вымирания. Концентрация иридия в сотни раз выше, чем в обычных земных породах, и соответствует составу астероидов и комет.
Иридий чрезвычайно редко встречается на Земле: его средняя распространённость в земной коре составляет всего 0.001 части на миллион — он встречается реже, чем золото или платина. Большая часть доступного иридия опустилась к ядру Земли в процессе формирования планеты, оставив в земной коре лишь следовые количества.
Этот металл обычно обнаруживают 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 в мире известные запасы иридия, сформировавшиеся более 2 миллиардов лет назад.
Россия занимает второе место по объёму производства; значительные месторождения расположены на Уральских горах и в сибирских регионах. Норильско-Талнахские месторождения особенно богаты металлами платиновой группы, включая иридий.
Годовое мировое производство составляет всего 3-4 тонны, что делает иридий одним из самых редких активно добываемых металлов. Эта редкость определяет его высокую стоимость и ограничивает широкое применение, несмотря на превосходные свойства.
Из-за чрезвычайной редкости и высокой стоимости переработка иридия имеет важнейшее экономическое значение. Отработанные катализаторы, старые свечи зажигания и электронные компоненты подвергаются сложным процессам 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 космические горнодобывающие операции могут быть направлены на богатые металлами платиновой группы околоземные астероиды, 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 с ним и его обработке всё равно следует соблюдать надлежащие меры предосторожности.
Порошок и пыль иридия представляют основную опасность для безопасности. Мелкие частицы могут попасть в воздух и вызвать раздражение дыхательных путей при вдыхании. Всегда используйте подходящие противопылевые маски (не ниже N95) при работе с порошкообразным иридием, а также во время шлифовки или механической обработки.
Контакт кожи с иридиевой пылью может вызвать лёгкое раздражение у чувствительных людей. Надевайте нитриловые перчатки и тщательно мойте руки после работы. При работе с мелкими частицами необходима защита глаз.
Иридий-192 представляет значительную радиационную опасность и требует специальной подготовки и оборудования. Этот изотоп испускает гамма-излучение высокой энергии, которое может вызвать тяжёлое повреждение тканей, лучевую болезнь и повышенный риск развития рака.
С источниками Ir-192 должны работать только лицензированные специалисты по радиационной безопасности. Для хранения необходимы контейнеры с защитой из свинца, а время воздействия следует свести к минимуму в соответствии с принципом ALARA (настолько низкий уровень, насколько это разумно достижимо). Регулярный радиационный контроль обязателен.
Для происшествий с Ir-192 должны быть разработаны протоколы экстренного реагирования. Воздействие может вызвать острый радиационный синдром в течение нескольких часов. Критически важны немедленная медицинская помощь и процедуры ликвидации 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 лаборатории и обращайтесь к паспортам безопасности конкретных соединений.
Из-за чрезвычайно высокой ценности и редкости иридия утилизация экономически нецелесообразна и экологически необоснованна. 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 учреждения по управлению радиоактивными отходами.
Краткие ответы
Иридий (symbol Ir) is element 77 on the periodic table, a переходный металл in period 6, group 9. The most corrosion-resistant metal known, and the fingerprint of the asteroid that ended the dinosaurs. At room temperature it is a solid.
[Xe] 4f¹⁴ 5d⁷ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 15, 2 electrons respectively.Иридий melts at 2719 K (2445.9 °C) and boils at 4701 K (4427.9 °C). That puts it among the most refractory elements — it stays solid at temperatures that vaporise most metals.
The standard atomic weight of Иридий is 192.217 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Иридий has a density of 22.56 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of иридий is about 22.6× heavier.
Иридий has a Pauling electronegativity of 2.2. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Иридий was discovered in 1803 by Smithson Tennant. It is named after iris, goddess of the rainbow.
Иридий makes up about 0.001 mg/kg of the Earth's crust — genuinely rare, which is why it is expensive.