Иридијум

Иридијум (, лат. ) јесте хемијски елемент, прелазни метал са атомским бројем 77.^[4] Назив потиче од латинске речи која означава дугу. Заступљеност: иридијум је заступљен у земљиној кори у количини од 3×10⁻⁶ (енгл. ). Најважнији минерал иридијума је осмирид. Са густином од 22,56 ³, иридијум је елемент са највећом густином после осмијума (22,59 ³).^[5]

Иридијум

Општа својства
Име, симбол	иридијум,
Изглед	сребрнасто бео
У периодноме систему
Водоник Хелијум Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон ↑ ↓ осмијум ← иридијум → платина ‍
Атомски број (Z)	77
Група, периода	група 9, периода 6
Блок	d-блок
Категорија	прелазни метал
Рел. ат. маса (Ar)	192,217(3)[1]
Ел. конфигурација
по љускама	2, 8, 18, 32, 15, 2
Физичка својства
Тачка топљења	2719 K ​(2446 °‍C, ​4435 °F)
Тачка кључања	4403 K ​(4130 °‍C, ​7466 °F)
Густина при с.т.	22,56 g/cm3
течно ст., на т.т.	19 g/cm3
Топлота фузије	41,12 kJ/mol
Топлота испаравања	564 kJ/mol
Мол. топл. капацитет	25,10 J/(mol·K)
Напон паре P (Pa) 100 101 102 на T (K) 2713 2957 3252 P (Pa) 103 104 105 на T (K) 3614 4069 4659
Атомска својства
Електронегативност	2,20
Енергије јонизације	1: 880 kJ/mol 2: 1600 kJ/mol
Атомски радијус	136 pm
Ковалентни радијус	141±6 pm
Спектралне линије
Остало
Кристална структура	​постраничноцентр. кубична (FCC)
Брзина звука танак штап	4825 m/s (на 20 °‍C)
Топл. ширење	6,4 µm/(m·K)
Топл. водљивост	147 W/(m·K)
Електроотпорност	47,1 nΩ·m (на 20 °‍C)
Магнетни распоред	парамагнетичан[2]
Магнетна сусцептибилност (χmol)	+25,6·10−6 cm3/mol (298 )[3]
Јангов модул	528 GPa
Модул смицања	210 GPa
Модул стишљивости	320 GPa
Поасонов коефицијент	0,26
Мосова тврдоћа	6,5
Викерсова тврдоћа	1760–2200 MPa
Бринелова тврдоћа	1670 MPa
CAS број	7439-88-5
Историја
Откриће и прва изолација	Смитсон Тенант (1803)
Главни изотопи
изотоп расп. пж. (1/2) ТР ПР 188 1,73  ε 188 189 syn 13,2  ε 189 190 syn 11,8  ε 190 191 37,3% стабилни 192 syn 73,827  β− 192 ε 192 192 syn 241 y IT 192 193 62,7% стабилни syn 10,5  IT 193 194 syn 19,3  β− 194 171  194
референце • Википодаци

Иридијум је врло је тврд, ломљив, сребрено-бели прелазни метал из платинске породице. Иридијум је други елемент по густини (после осмијума) и један од најотпорнијих метала на корозију, чак и при температурама до 2000 °. У периодном систему елемената налази се у 9. групи и 6. периоди. Иако су само неке истопљене соли и халогена једињења подложни корозији у чврстом стању, фино иситњени прах иридијума је запаљив и много реактивнији.

Иридијум је открио енглески научник Смитсон Тенант 1803. године заједно са осмијумем у нерастворљивим остацима у природној платини. Име је дао по грчкој богињи Ириди, персонификацији дуге, због упечатљивих и шароликих боја његових соли. Иридијум је један од најређих елемената који се могу наћи у Земљиној кори, а његова годишња производња и потрошња у свету износи само 3 тоне. Постоје само два изотопа која се могу наћи у природи ¹⁹¹ и ¹⁹³, од којих је ¹⁹³ много више заступљен, а то су и једини стабилни изотопи.

Међу најзначајнија иридијумова једињења у употреби спадају соли и киселине које он даје са хлором, иако иридијум такође формира и бројне органометална једињења која се користе као индустријски катализатори и у сврху истраживања. Метални иридијум се користи када је потребна велика отпорност на корозију на високим температурама, као што су високотехнолошке свећице, тиглови за рекристализацију полупроводника при високим температурама и електроде за производњу хлора у хлороалкалном процесу. Радиоизотопи иридијума се користе у неким радиоизотопским термоелектричним генераторима.

Иридијум је пронађен у бројним метеоритима у количинама много већим него што је његов просечни удео у Земљиној кори. Из овог разлога, неуобичајено велики удео иридијума у слоју глине у такозваној К-Т граници дао је повод за Алварезову хипотезу да је удар ванземаљског објекта проузроковао изумирање диносауруса и многих других врста пре око 65 милиона година. Верује се да је укупна количина иридијума на планети Земљи много већа него што је то измерено у стенама Земљине коре, али као и код других метала платинске групе, велика густина и тенденција иридијума да се спаја са жељезом узроковала је да се највећи део иридијума спусти испод Земљине коре у периоду док је планета била „млада” и још у течном стању.

Историја

Грчка богиња Ирида, по којој је иридијум добио име.

Откриће иридијума је уско везано са платином и другим металима из платинске групе метала. Самородну (природну) платину су користили древни Етиопљани^[6] и јужноамеричке културе,^[7] а она је увек садржавала мању количину других метала из платинске групе, укључујући иридијум. Платина је у Европу дошла као шпанска реч која у пријеводу значи мало сребро, а донели су је шпански освајачи у 17. веку након што су је пронашли у данашњој Колумбији.^[8] Откриће да овај метал није легура неког дотад познатог елемента, већ сасвим нови елемент, десило се тек 1748. године.^[9] Хемичари који су изучавали платину растварали су је у царској води (мешавини и азотне киселине) да би направили њене растворљиве соли. У већини случаја примећивали су мале количине тамног, нерастворљивог остатка.^[10] Жозеф Пруст је сматрао да је остатак графит.^[10] Francuski hemičari Виктор Колет-Декотил, Антоин Франсоа де Форква i Луј Никола Воклен су такође пронашли црни остатак 1803. године, али нису успели да га нађу у довољним количинама да би извели друге експерименте.^[10]

Године 1803. британски научник Смитсон Тенант анализирао је нерастворљиви остатак и закључио да он засигурно садржи неки нови метал. Воклен је прах наизменично третирао базама и киселинама^[11] те тако добио нестабилни нови оксид за који је веровао да је оксид тог новог метала, којем је дао назив птен из грчке речи πτηνός () у значењу „са крилима, крилат”.^[12][13] Тенант, који је имао предност тако што је добио много већу количину остатка, наставио је истраживање и коначно утврдио постојање два дотад непозната елемента у црном остатку, иридијума и осмијума.^[10][11] Он је добио тамноцрвене кристале (вероватно Na
2[IrCl
6]·H
2O) путем секвенце реакција са натријум хидроксидом и хлороводоничном киселином.^[13] Тенант је новом елементу дао име по Ириди (Ἶρις), грчкој богињи са крилима, заштитници дуге и гласници Олимпских божанстава, јер су многе соли иридијума које је добио биле обојене јарким бојама.^[14] Откриће новог елемента је документирано у писму Краљевском друштву 21. јуна 1804. године.^[10][15]

Британски научник Џон Џорџ Чилдрен је први који је успео да истопи узорак иридијума 1813. године уз помоћ најбоље галванске батерије која је икад направљена (у то време).^[10] Први који је добио изразито чисти иридијум био је Роберт Хеа 1842. године. Он је измерио густину иридијума од око 21,8 ³ те је запазио да метал готово никако није кован и врло чврст. Прво топљење у значајнијој количини извели су Анри Сент-Клер Девил и Жил Анри Дебре 1860. године. За сваки килограм иридијума било им је потребно сагоревање од око 300 литара чистог O
2 и H
2.^[10] Ове изузетне потешкоће при топљењу метала су ограничавале могућности обраде иридијума. Џон Исак Хопкинс је тражио могућност да добије фини али чврсти врх за наливперо те је 1834. године успео да направи златно наливперо са иридијумским врхом. Џон Холанд, израђивач наливпера, заједно са Вилијам Лофланд Дадлијем је 1880. године истопио иридијум тако што му је додавао фосфор те је тај процес патентирао у САД. Међутим, британска компанија Џонсон Мати је касније објавила да су они користили сличан процес још од 1837. године и да су дотад на бројним светским сајмовима излагали истопљени иридијум.^[10] Прву легуру иридијума са рутенијумом користио је Ото Фојзна 1933. године у термопару. Тиме је омогућено мерење високих температура у ваздуху до 2000 °.^[10]

Године 1957 Рудолф Месбауер, у једном експерименту којег су назвали експериментом који ће обележити 20. век у физици,^[16] открио је резонантну и бесповратну емисију и апсорпцију гама зрака од стране атома у чврстом узорку метала који је садржавао само ¹⁹¹.^[17] Овај феномен, познат као Месбауеров ефекат (а од тада до данас је откривен и код других изотопа попут ⁵⁷), на основу којег је заснована Месбауерова спектроскопија, је дао значајан допринос у изучавању физике, хемије, биохемије, металургије и минералогије.^[18] За свој рад, Месбауер је у својој 32. години добио Нобелову награду за физику 1961. године, само три године након што је објавио своје откриће.^[19]

Особине

Физичке

Куглица иридијума 8,3 , добијена топљењем електричним луком

Као члан платинске групе метала, иридијум је сребрнаст, доста сличан платини али са незнатним жутим одсјајем. Због своје ломљивости, тврдоће и врло високог талишта, чврсти иридијум је врло тежак за машинску обраду и прераду, те се због тога у његовој преради користи металургија праха.^[20] Он је једини метал који задржава добре механичке особине у додиру са ваздухом при температурама изнад 1600 ° (2912 °).^[10] Иридијум има врло високу тачку кључања (10. по реду од свих елемената), а на температурама испод 0,14 постаје суперпроводник.

Модул еластичности код иридијума је други највећи међу металима, једино осмијум има већи.^[10] Ова особина, заједно са високим тангенцијалним модулом и врло ниским вредностима Поасонововог односа (однос лонгитудиналне и латералне напетости), што означава висок степен крутости и отпорности на деформације утичући на његову ширу могућност кориштења у индустрији. И поред ових ограничења и високе цене иридијума, развијени су бројни начини његове примене где је механичка снага основни фактор у неким од најекстремнијих и најзахтевнијих услова примене у данашњој технологији.^[10]

Измерена густина иридијума је за око 0,12% мања од густоће осмијума, елемента са највећом густоћом.^[21][22] Постојала су одређена неслагања око тога који је од ова два елемента гушћи, највише због мале разлике у густинама и потешкоћама око њеног мерења,^[23] али након што је повећана тачност у кориштеним факторима за израчунавање густине, подаци добијени путем кристалографског мерења x-зрацима показали су да је густина иридијума 22,56 а осмијума 22,59 ³.^[24]

Хемијске

Иридијум је најотпорнији метал на корозију.^[11] Не напада га готово ниједна киселина, царска вода, истопљени метали ни силикати на високој температури. Међутим, нападају га истопљене соли као што је натријум цијанид и калијум цијанид,^[11] као и кисеоник те халогени елементи (нарочито флуор)^[25] на високим температурама.^[26]

Изотопи

Иридијум има два природна стабилна изотопа, ¹⁹¹ и¹⁹³ који имају заступљеност у природи од 37,3% и 62,7% респективно.^[27] Позната су најмање 34 радиоизотопа иридијума који су синтетизовани, а чији масени бројеви се крећу од 164 до 199. Изотоп ¹⁹² који се налази између два стабилна природна изотопа је најстабилнији радиоизотоп са временом полураспада од 73,827 дана. Пронашао је примену у брахитерапији^[28] и индустријској радиографији, нарочито је погодан за недеструктивно испитивање челичних варова те у индустрији плина и нафте. Извори изотопа иридијума 192 су били укључени у неколико радиолошких несрећа. Осим овог изотопа, постоје још три изотопа чији је полувреме распада дуже од једног дана: ¹⁸⁸, ¹⁸⁹ и ¹⁹⁰.^[27] Изотопи са масама испод 191 се распадају у комбинацији β⁺ и α распада те емисије протона, са изузетком ¹⁸⁹ који се распада електронским захватом те ¹⁹⁰ који емитује позитрон. Синтетички изотопи који су тежи од 191 распадају се путем β⁻ распада, мада изотоп ¹⁹² има мали пут распада преко електронског захвата.^[27] Сви познати изотопи иридијума су откривени између 1934. и 2001. године; најскорији откривени изотоп је ¹⁷¹.^[29]

До данас су откривена и 32 метастабилна (нуклеарна) изомера иридијума, чији се масени бројеви крећу од 164 до 197. Најстабилнији од њих је , који се распада путем изомерске транзиције, а време полураспада износи 241 годину,^[27], што га чини стабилнијим од било којег синтетичког изотопа иридијума у његовом основном стању. Најмање стабилан је изомер ^190m3 са временом полураспада од само 2 .^[27] Изотоп ¹⁹¹ је први међу свим елементима код којег је уочен Месбауеров ефекат. То га чини корисним за Месбауерову спектроскопију у истраживањима у областима физике, хемије, биохемије, металургије и минералогије.^[18]

Референце

1. Meija, J.; . (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305.
2. Lide, D. R., ур. (2005). „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. Архивирано из оригинала 03. 03. 2011. г. Приступљено 08. 01. 2021.CS1 одржавање: Неподобан URL (веза)
3. Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
4. Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.
5. Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.
6. J. M. Ogden (1976). „The So-Called 'Platinum' Inclusions in Egyptian Goldwork”. The Journal of Egyptian Archaeology. 62: 138—144. doi:10.2307/3856354.
7. J. C. Chaston (1980). „The Powder Metallurgy of Platinum”. Platinum Metals Rev. 24 (21): 70—79.
8. McDonald, M. (1959). „The Platinum of New Granada: Mining and Metallurgy in the Spanish Colonial Empire”. Platinum Metals Review. 3 (4): 140—145. Архивирано из оригинала 09. 06. 2011. г. Приступљено 08. 01. 2021.
9. Juan, J.; de Ulloa, A. (1748). Relación histórica del viage a la América Meridional (на језику: шпански). 1. стр. 606.
10. L. B. Hunt (1987). „A History of Iridium” (PDF). Platinum Metals Review. 31 (1): 32—41. Архивирано из оригинала (PDF) 04. 03. 2012. г. Приступљено 08. 01. 2021.
11. Emsley J. (2003). „Iridium”. Nature's Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements. Oxford, Engleska, UK: Oxford University Press. стр. 201–204. ISBN 0-19-850340-7.
12. Thomson, T. (1831). A System of Chemistry of Inorganic Bodies. Baldwin & Cradock, London; i William Blackwood, Edinburgh. стр. 693.
13. Griffith, W. P. (2004). „Bicentenary of Four Platinum Group Metals. Part II: Osmium and iridium – events surrounding their discoveries”. Platinum Metals Review. 48 (4): 182—189. doi:10.1595/147106704X4844.
14. Weeks, M. E. (1968). Discovery of the Elements (7 изд.). Journal of Chemical Education. стр. 414–418. ISBN 0-8486-8579-2.
15. S. Tennant (1804). „On Two Metals, Found in the Black Powder Remaining after the Solution of Platina”. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 94: 411—418. doi:10.1098/rstl.1804.0018.
16. Trigg, G. L. (1995). Landmark Experiments in Twentieth Century Physics. Courier Dover Publications. стр. 179–190. ISBN 0-486-28526-X.
17. R. L. Mössbauer (1958). „Gammastrahlung in Ir¹⁹¹”. Zeitschrift für Physik A (на језику: немачки). 151 (2): 124—143. doi:10.1007/BF01344210.
18. Chereminisoff, N. P. (1990). Handbook of Ceramics and Composites. CRC Press. стр. 424. ISBN 0-8247-8006-X.
19. I. Waller (1964). „The Nobel Prize in Physics 1961: presentation speech”. Nobel Lectures, Physics 1942–1962. Elsevier.
20. Greenwood N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2. изд.). Oxford: Butterworth–Heinemann. стр. 1113–1143, 1294. ISBN 0-7506-3365-4.
21. Arblaster, J. W. (1995). „Osmium, the Densest Metal Known”. Platinum Metals Review. 39 (4): 164. Архивирано из оригинала 27. 9. 2011. г. Приступљено 5. 12. 2013.
22. Cotton Simon (1997). Chemistry of Precious Metals. Springer-Verlag New York, LLC. стр. 78. ISBN 978-0-7514-0413-5.
23. Lide, D. R. (1990). CRC Handbook of Chemistry and Physics (70. izd.). Boca Raton (FL):CRC Press.
24. J. W. Arblaster: Densities of Osmium and Iridium. u: Platinum Metals Review. 1989, 33, 1, str. 14–16 (tekst u PDFu Архивирано на сајту (7. фебруар 2012)).
25. Perry, D. L. (1995). Handbook of Inorganic Compounds. CRC Press. стр. 203—204. ISBN 1439814619.
26. Lagowski, J. J. (2004). Chemistry Foundations and Applications. 2. Thomson Gale. стр. 250–251. ISBN 0028657233.
27. Audi G. (2003). „The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties”. Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3—128.
28. J. Mager Stellman (1998). „Iridium”. Encyclopaedia of Occupational Health and Safety. International Labour Organization. стр. 63.19. ISBN 978-92-2-109816-4.
29. Arblaster, J. W. (2003). „The discoverers of the iridium isotopes: the thirty-six known iridium isotopes found between 1934 and 2001”. Platinum Metals Review. 47 (4): 167—174. Архивирано из оригинала 06. 01. 2009. г. Приступљено 08. 01. 2021.

Спољашње везе