کاربرد عنصر ایریدیوم چیست؟ خواص ایریدیم را می شناسید؟
عنصر ایریدیوم از عناصر شیمیایی جدول تناوبی مندلیف بوده و با نماد شیمیایی Ir شناخته می شود. عدد اتمی عنصر ایریدیم ۷۷ و عدد جرمی آن ۱۹۲.۲۱۷ است. خواص عنصر ایریدیوم منجر شده است تا در گروه ۹ و تناوب ۶ جدول مندلیف قرار بگیرد. از خواص عنصر ایریدیوم می توان به مقاومت بالا در برابر خوردگی و فرسایش اشاره نمود. عنصر ایریدیوم از عناصر کمیاب و از فلزات واسطه است. این ماده در دسته عناصر پلاتین جای گرفته است. نقطه ذوب ایریدیوم بالاست، بنابراین فرم دادن به این فلز مشکل است. ترکیبات عنصر ایریدیوم نیز شناسایی شده و کاربردهایی دارند. ایزوتوپ عنصر ایریدیوم نیز وجود داشته و در ادامه این مقاله بررسی می شود. کاربرد عنصر ایریدیوم در نوک خودکارها و خودنویس ها و همین‌طور کاتالیزور ها دیده می شود. در ادامه با معرفی این ماده شیمیایی با ما همراه باشید.
نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به معرفی خواص عناصر جدول تناوبی مندلیف پرداخته است. عناصری مانند: تانتال، اسمیم، ساماریم و … . در ادامه با شناخت خواص و کاربرد یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی یعنی ایریدیوم همراه ما باشید.
تاریخچه عنصر ایریدیوم
در سال ۱۸۰۳ در شهر لندن دانشمندی به نام اسمیتسون تنانت توانست ایریدیم را به همراه اسمیم کشف نماید. وی این ماده را از پسماند تیره پلاتین خام محلول در تیزاب سلطانی کشف نمود. تیزاب سلطانی همان مخلوط هیدروکلریک و اسید نیتریک است. نام عنصر ایریدیم از نام لاتین واژه رنگین‌کمان گرفته شده است. دلیل این نامگذاری این است که نمک های ایریدیوم بسیار رنگارنگ هستند.
ابتدا قرار بر این بود که میله متر استاندارد از این فلز ساخته شود که آلیاژی ۹۰% پلاتین و ۱۰% ایریدیم است. حادثه KT که مرز زمانی بین دوران کرتاسه و دوران سوم زمین شناسی را مشخص می‌کند، به وسیله لایه نازک عنصر ایریدیم شناسایی شد.
به عقیده بسیاری دانشمندان مانند Luis Alvarez، این ایریدیم منشا فرا زمینی داشته است. این ایریدیوم از یک اخترچه یا ستاره دنباله‌دار که سقوط کرده، به زمین آمده است. البته برخی از دانشمندان دیگر نیز مانند M. McLean از موسسه پلی تکنیک ویرجینیا به منشا آتشفشانی عنصر ایریدیم معتقدند.
تولید عنصر ایریدیوم
فلزات نجیب مانند نقره، طلا و فلزات گروه پلاتین و عناصری مانند سلنیوم و تلوریم طی تصفیه الکتریکی مس و نیکل به عنوان گل آند در پایین سلول قرار می گیرند. این درواقع نقطه شروع استخراج این عناصر است.
فلزات برای جداسازی ابتدا باید در محلول قرار داد. چندین روش جداسازی بسته به ماهیت مخلوط موجود است. بسته به روند جداسازی و ترکیب مخلوط فلزات چندین روش پیشنهاد می شود.
- همجوشی با پراکسید سدیم و به دنبال آن انحلال در ترکیبات زیستی
- انحلال در مخلوط کلر با اسید کلریدریک
منابع عنصر ایریدیوم
این فلز به طور طبیعی در آلیاژ طبیعی ایریدیوم و اسمیوم به نام iridiosmium در کوه های اورال و آمریکای شمالی و جنوبی یافت می شود. این ماده در رسوبات آبرفتی رودخانه های مملو از پلاتین نیز وجود دارد. فلز ایریدیم در سنگ معدن های نیکل دار، در سادبری انتاریو نیز به همراه سایر فلزات گروه پلاتین یافته شده است. البته فلزات پلاتین در این معادن کم است. اما حجم بالای سنگ معدن نیکل فرآوری شده است که بازیافت این فلز را مقرون به صرفه می کند.
ویژگی عنصر ایریدیوم عنصر شماره ۷۷ جدول تناوبی عناصر
- نشان (نماد) شیمیایی: Ir
- عدد اتمی: ۷۷
- عدد جرمی (جرم اتمی): ۱۹۲٫۲۱۷
- نقطه ذوب: ۲۴۶۶ درجه سانتی گراد
- نقطه جوش : ۴۴۲۸ درجه سانتی گراد
- شعاع اتمی: ۱۳۶ pm
- ظرفیت: ۴
- رنگ: سفید خاکستری
- حالت استاندارد : جامد
- نام گروه: ۹
- تناوب: ۶
- انرژی یونیزاسیون: ۸۸۰ کیلوژول بر مول
- آرایش الکترونی: [Xe]6s۲۴f۱۴۵d۷
- لایه الکترونی: ۲, ۸, ۱۸, ۳۲, ۱۵, ۲
- الکترونگاتیویته: ۲٫۲۰ مقیاس پائولینگ
- حالت اکسیداسیون : ۲,۳,۴,۶
- چگالی : ۲۲٫۴ گرم بر سانتی متر مکعب
- آنتالپی تبخیر: ۵۶۳ کیلوژول بر مول
خواص عنصر ایریدیوم
عنصر ایریدیوم تحت تاثیر اسید و یا تیزاب سلطانی (aqua regia) قرار نمی گیرد. اما این عنصر توسط نمک های جامد مانند NaCl و یا NaCN (سدیم سیانید) آسیب پذیر است. درواقع این عنصر از ترکیب پلاتین در تیزاب سلطانی به دست آمده است. همان‌طور که گفته شد نام ایریدیم (رنگین کمان) از نمک های خیلی رنگی گرفته شده است.
ایریدیوم از خانواده پلاتین است. رنگ این ماده شبیه پلاتین سفید کمی مایل به زرد است. از خواص عنصر ایریدیوم این است که فلزی سخت و شکننده می باشد. از خواص عنصر ایریدیوم برای ماشین های سخت و کار های سنگین استفاده می شود. این عنصر دارای مقاومت بالایی در برابر خوردگی است. به همین دلیل از آن برای ساخت مترهای استاندارد پاریس استفاده می شود. درواقع از آلیاژی از پلاتین و ایریدیم استفاده می شود که این آلیاژ حدود ۹۰ درصد پلاتین و ۱۰ درصد ایریدیم دارد. برای شناخت بیشتر عنصر ایریدیوم عنصر شماره ۷۷ جدول تناوبی به مدل اتمی بور مراجعه نمایید.
وزن مخصوص ایریدیم تقریبا مانند وزن مخصوص اسمیم است. لازم به ذکر است که از خواص عنصر ایریدیوم این است که به صورت ترکیب در طبیعت یافت نمی شود. به طور معمول این ماده به صورت آزاد همراه با پلاتین و دیگر فلزات از رسوبات آبرفتی یافته می شود.
فلزات واسطه
عناصر واسطه عناصری هستند که اوربیتال فرعی d آن ها به صورت جزئی پر شده است. یا اینکه از طریق آرایش اوربیتالی ناقص به شکل کاتیون وجود داشته باشند. درواقع هر عنصر از بلوک d جدول تناوبی را می توان به عنوان عناصر واسطه شناخت. فلزات واسطه گروه ۳ تا ۱۲ جدول تناوبی عناصر را شامل می شوند. البته عناصر بلوک f شامل لانتانید ها و اکتینید ها نیز در دسته فلزات واسطه قرار می‌گیرند. نامی که بر لانتانیدها و اکتانیدها نهاده‌اند، فلزات واسطه داخلی است. فلزات واسطه مابین فلزات قلیایی خاکی و عناصر گروه بور قرار دارند. لازم به ذکر است که عناصر دسته d، چگالی، نقطه ذوب و نقطه جوش بالایی دارند. تمامی فلزات واسطه رسانای خوب جریان الکتریسیته نیز هستند. این خواص به خاطر پیوند فلزی و جذب الکترون های زیر لایه d است. این موارد افزایش تعداد الکترون های اشتراکی و چسبندگی مولکول ها را منجر شده است.
ویژگی عناصر واسطه
به علت انتقالات الکترونی d-d است که این عناصر می توانند ترکیبات رنگی تشکیل دهند. علت رنگی بودن برخی از ترکیبات فلزات واسطه نیز در حالات گذار الکترونی آنهاست. این حالات دو اصل مهم را در برمی گیرد.
- حالت گذار اوربیتال های d
- انتقال بار
به دلیل حضور الکترون های جفت نشده بسیاری از ترکیبات پارامغناطیس تشکیل می شوند.
عناصر واسطه و ترکیبات آن ها بر اساس فعالیت های کاتالیستی همگن و ناهمگن نیز شناخته می‌شوند.
در پیوند با لیگاند ها بیشتر فلزات واسطه به تشکیل کمپلکس‌های فلزی زیادی منجر می‌شوند.
اعداد اکسایش متفاوت از شاخصه های مهم عناصر واسطه است. در این فلزات ترکیباتی با اعداد اکسایش متفاوت تشکیل می شوند. این اتفاق به دلیل اختلاف انرژی در حالات مختلف عدد اکسایش است.
ایزوتوپ عنصر ایریدیوم
عنصر ایریدیوم ایزوتوپ های طبیعی و تعداد زیادی هم رادیو ایزوتوپ داراست. عنصر ایریدیوم دارای دو ایزوتوپ طبیعی و پایدار ۱۹۱Ir و ۱۹۳Ir می باشد. پایدار ترین رادیو ایزوتوپ عنصر ایریدیم Ir-192 با نیمه عمری برابر با ۷۳,۸۳ روز است. Ir-192 بصورت پلاتین متلاشی می‌شود. اما سایر رادیو ایزوتوپ ها بیشتر به صورت اسمیم فروپاشی می شوند.
| نیمه عمر | ایزوتوپ |
| ۱.۷ روز | Ir-188 |
| ۱۳.۲ روز | Ir-189 |
| ۱۱.۸ روز | Ir-190 |
| ۱.۲ ساعت | Ir-190m |
| ۳.۲ ساعت | Ir-190m2 |
| پایدار | Ir-191 |
| ۷۳.۸ روز | Ir-192 |
| پایدار | Ir-193 |
| ۱۰.۵ روز | Ir-193m |
| ۱۹.۳ ساعت | Ir-194 |
| ۱۷۰ روز | Ir-194m |
کاربرد ایزوتوپ ایریدیم
ایریدیم -۱۹۲
همان‌طور که پیش تر اشاره شد، ایریدیم -۱۹۲ یکی از رادیوایزوتوپ های ایریدیم است. این رادیوایزوتوپ در نتیجه پرتو دهی ایریدیم -۱۹۱ با نیمه عمر ۷۴ روز ایجاد می شود. این ایزوتوپ مصارف گوناگونی در حوزه صنعت و پزشکی دارد. از کاربرد های این ایزوتوپ می توان به موارد زیر اشاره کرد:
کاربرد در حوزه صنعت: از کاربرد های آن در حوزه صنعت می توان به انجام عملیات رادیوگرافی و… به وسیله دوربین های رادیوگرافی و دیگر تجهیزات اشاره کرد. این ماده در استخراج نفت نیز کاربرد دارد.
کاربرد در حوزه سلامت: از کاربردهای ۱۹۲Ir در حوزه سلامت نیز می توان به کاربرد در براکی تراپی (پرتودرمانی داخلی) برای درمان سرطان های زبان، لب، پوست، پروستات، پستان، مغز و… اشاره کرد.
فواید کاربرد ایزوتوپ ۱۹۲Ir
تحویل دز دقیق به بافت سرطانی
عدم دریافت دز توسط بافت سالم به دلیل سهولت کار با این ماده
تجربه قبلی در بیمارستان های کشور
اکتیویته ویژه بالا
درمان برخی از بیماری های متداول نظیر سرطان ریه، پروستات، پستان و گردن.
معرفی ترکیبات عنصر ایریدیوم
عدد اکسایش ایریدیم می تواند از -۳ تا +۹ متغیر باشد. اما متداول ترین عدد اکسایش ایریدیم +۳ و +۴ است. اعداد اکسایشی که از +۶ بیشترند بسیار نادر هستند. عدد اکسایش +۹ هم تنها شامل کاتیون های گازی شکل می‌شود. لازم به ذکر است که عنصر ایریدیم با این عدد اکسایش در هیچ نمکی وجود ندارد. عنصر ایریدیم اکسیدهای مختلفی را با رنگ های مختلف تشکیل می دهد. ترکیب IrO۲ جامدی آبی رنگ و Ir۲O۳ رنگی آبی مایل به سیاه دارد.
کاربرد عنصر ایریدیوم
اصلی ترین کاربرد عنصر اریدیوم استفاده از آن به عنوان عامل سخت کننده در آلیاژ های پلاتین است.
ایریدیم خالص بسیار شکننده است و ماشین کاری آن غیرممکن است. درواقع مهم ترین کاربرد ایریدیوم این است که به عنوان عامل سخت کننده پلاتین استفاده می شود. از آلیاژهای پلاتین– ایریدیم برای ساخت بتن گلدان و سایر تجهیزات با درجه حرارت بالا استفاده می گردد.
کاربرد عنصر ایریدیوم برای ساخت دیگ کوره و وسایلی که به دمای بالا نیاز دارند، به چشم می خورد.
کاربرد این ماده برای ساخت اتصالات برقی دیده می شود که بارز ترین نمونه آن شمع های اتومبیل است.
کاربرد آلیاژ ایریدیم-اسمیم در نوک خودکار ها و قطب نما ها مشاهده می شود.
عنصر ایریدیوم حتی بصورت آلیاژ با پلاتین در سوراخ های مخزن توپ های سنگین استفاده می شده است.
حالت پودری این ماده (ایریدیم سیاه) برای رنگ سیاه چینی استفاده می شده است.
عنصر ایریدیوم مقاوم ترین فلز در برابر خوردگی شناخته می شود. به همین دلیل، میله استاندارد متر از آلیاژ ۹۰٪ پلاتین و ۱۰٪ ایریدیم ایجاد شد.
تاثیر خواص ایریدیم بر سلامتی
آسیب بر چشم: باعث تحریک و سوزش چشم می شود.
آسیب های پوستی: لمس این ماده خطرات کمی دارد.
خوردن: بلع این ماده می تواند باعث سوزش مجاری گوارش شود، اما خطر کمی دارد.
تنفس: در تماس با این ماده نیز مانند مواد شیمیایی دیگر باید جانب احتیاط را رعایت نمود. اما خطر اندکی دارد.
احتراق: توجه شود که فلز ایریدیم بسیار احتراق پذیر است.
درباره عناصر شیمیایی
جهان از عناصر مختلف تشکیل شده است و بدون عناصر شیمیایی جهان نمی توانست شکل بگیرد. شناخت عناصر شیمیایی از ملزومات گسترش علم و دانش است. عناصر شیمیایی در جدولی به نام جدول تناوبی مندلیف چیده شده اند. بنابراین جدول تناوبی مندلیف شامل عناصر گوناگونی است. البته عناصر موجود در جدول تناوبی از لحاظ خواص، چه فیزیکی و چه شیمیایی با یکدیگر متفاوت هستند. جامد، مایع، گاز، حالت های مختلف این عناصر است. برخی از عناصر جدول تناوبی فلز و برخی نافلز و برخی از عناصر نیز شبه فلز هستند. وجود همین تفاوت هاست که خواص متفاوت عناصر را ایجاد نموده است.
معمولا عناصری که در یک گروه از جدول تناوبی قرار دارند، ویژگی های فیزیکی و شیمیایی مشابه دارند. برای شناخت جایگاه این عناصر می توان به جدول تناوبی مندلیف مراجعه نمود. کاربرد مختلف عناصر در صنایع و سلامت و پزشکی و کشاورزی و… تنها با شناخت صحیح عناصر امکان پذیر است. لازم به ذکر است که توسعه علم به توسعه و پیشرفت بیشتر جوامع انسان می انجامد.
سخن آخر
اهمیت بالای شیمی در صنعت و اهمیت عناصر در زمینه های مختلف زندگی انسان منجر شده تا نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی کامل این عناصر بپردازد. جهت آشنایی با خواص و کاربرد و تاریخچه عناصر شیمیایی می توانید به سایت نشریه علمی جهان شیمی فیزیک مراجعه و اطلاعات خود را افزایش دهید.
