Ири́дий — химический элемент с атомным номером 77 в периодической системе, обозначается символом Ir (лат. Iridium). 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 расчетной погрешности)^[4]. Имеет высокую коррозионную стойкость даже при температуре 2000 °C.

История

Иридий был открыт в 1803 году английским химиком С. Теннантом одновременно с осмием^[5], которые в качестве примесей присутствовали в природной платине, доставленной из Южной Америки. Название (др.-греч. ἶρις — радуга) получил благодаря разнообразной окраске своих солей.

Нахождение в природе

Содержание иридия в земной коре ничтожно мало (10⁻⁷ масс. %). Он встречается гораздо реже золота и платины. Встречается вместе с 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 расплава.

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

Месторождения

Коренные месторождения осмистого иридия расположены в основном в перидотитовых серпентинитах складчатых областей (в ЮАР, Канаде, США, на Новой Гвинее)^[6].

Получение

Основной источник получения иридия — анодные шламы медно-никелевого производства. Из концентрата металлов платиновой группы отделяют Au, Pd, Pt и др. Остаток, содержащий Ru, Os и иридий, сплавляют с KNO₃ и КОН, сплав выщелачивают водой, раствор окисляют O₂, отгоняют OsO₄ и RuO₄, а осадок, содержащий иридий, сплавляют с Na₂O₂ и NaOH, сплав обрабатывают царской водкой и раствором NH₄Cl, осаждая иридий в виде комплексного соединения (NH₄)₂[IrCl₆], 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 OsO₄ и осаждают иридий в виде (NH₄)₂[IrCl₆].

Физические свойства

Тяжёлый серебристо-белый металл, из-за своей твердости плохо поддающийся механической обработке. Кристаллическая структура — кубическая гранецентрированная с периодом а₀=0,38387 нм; электрическое сопротивление — 5,3·10⁻⁸Ом·м (при 0 °C); коэффициент линейного расширения — 6,5·10⁻⁶ град; модуль нормальной упругости — 52,029·10⁶ кг/мм²; плотность — 22,65 г/см³.

Стабильными являются изотопы ¹⁹¹Ir и ¹⁹³Ir. Период полураспада ¹⁹²Ir — 74 дня.

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 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.

Соединения двухвалентного иридия

• IrCl₂ — блестящие тёмно-зелёные кристаллы. Плохо растворяется в кислотах и щёлочах. При нагревании до 773 °C разлагается на IrCl и хлор, а выше 798 °C — на составные элементы. Получают нагреванием металлического иридия или IrCl₃ в токе хлора при 763 °C.
• 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

• Ir₂O₃ — твёрдое тёмно-синее вещество. Малорастворим в воде и этаноле. Растворяется в серной кислоте. Получают при лёгком прокаливании сульфида иридия (III).
• IrCl₃ — летучее соединение оливково-зелёного цвета. Плотность — 5,30 г/см³. Малорастворим в воде, щелочах и кислотах. При 765 °C разлагается на IrCl₂ и хлор, при 773 °C на IrCl и хлор, а выше 798 °C — на составные элементы. Получают действием хлора на нагретый до 600 °C иридий.
• IrBr₃ — 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 IrO₂ с бромоводородной кислотой.
• Ir₂S₃ — 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

• IrO₂ — чёрные тетрагональные кристаллы с решёткой типа рутила. Плотность — 3,15 г/см³. 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 IrO₂*nН₂О.
• IrF₄ — жёлтая маслянистая жидкость, разлагающаяся на воздухе и гидролизующаяся водой. t_пл 106 °C. Получают нагреванием IrF₆ с порошком иридия при 150 °C.
• IrCl₄- гигроскопичное коричневое твёрдое вещество. Растворяется в холодной воде и разлагается тёплой (водой). Получают нагреванием (600—700 °C) металлического иридия с хлором при повышенном давлении.
• IrBr₄ — расплывающееся на воздухе синее вещество. Растворяется в этаноле; в воде (с разложением), диссоциирует при нагревании на элементы. Получают взаимодействием IrO₂ с бромоводородной кислотой при низкой температуре.
• IrS₂ — 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.

Соединения шестивалентного иридия

• IrF₆ — жёлтые тетрагональные кристаллы. t_пл 44 °C, t_кип 53 °C, плотность — 6,0 г/см³. Под действием металлического иридия превращается в IrF₄, восстанавливается водородом до металлического иридия. Получают нагреванием иридия в атмосфере фтора в трубке из флюорита. Сильный окислитель, реагирует с водой:

,

и монооксидом азота:

• IrS₃ — серый, малорастворимый в воде порошок. Получают нагреванием порошкообразного металлического иридия с избытком серы в вакууме. Строго говоря. не является соединением шестивалетного иридия, так как содержит связь S-S.
• Ir(OH)₄ (IrO₂*2H₂O) образуется при нейтрализации растворов хлороиридатов(IV) в присутствии окислителей. Осадок Ir₂O₃*nН₂О выпадает при нейтрализации щёлочью хлороиридатов (III) и легко окисляется на воздухе до IrO₂. Практически нерастворим в воде.

Применение

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 являясь наиболее дорогими.

Биологическая роль

Не играет никакой биологической роли. Металлический иридий нетоксичен, но некоторые соединения иридия, например, его гексафторид (IrF₆), очень ядовиты.

Стоимость

Цена на иридий на мировом рынке в мае-июне 2012 — около 35 долларов США за 1 грамм (1085 долларов за тройскую унцию)^[7] .

Интересные факты

Иридий — металл, который не взаимодействует с кислотами и их смесями (например, царской водкой) как при нормальной, так и при повышенной температурах^[8].

См. также

• Металлы платиновой группы

Примечания