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Verbindungen
77, Iridium (Ir)
gr. irioeidys = Regenbogen
Das Element Iridium:
Ru
Rh
Pd
Os
Ir
Pt
Hs
Mt
Ds
Natürliche Entstehung von Iridium (Nukleosynthese):
Iridium wird während Supernovae des Typs Ia durch r-Prozesse, bzw. in Roten Riesen infolge von s-Prozessen aus leichteren Elementen gebildet. Das Element besitzt zwei stabile Isotope, mit den Massenzahlen 191 und 193, wobei das Verhältnis zwischen den beiden etwa 1 : 2 beträgt.
Die Iridium-Synthese:
191
Ir-Synthese:
(s- und r-Prozesse):
190
Os + n →
191
Ir + β
-
+ 6,07 MeV
56
Fe + 135n →
191
Ir + 51β
-
+ 1.066 MeV
193
Ir-Synthese:
(s- und r-Prozesse):
192
Os + n →
193
Ir + β
-
+ 6,72 MeV
56
Fe + 137n →
193
Ir + 51β
-
+ 1.080 MeV
Vorkommen von Iridium:
Iridium kommt im Universum mit durchschnittlich 2 μg/kg in der Materie vor (Rang 55). Damit ist es bedeutend häufiger als Rhodium, Ruthenium und Palladium, jedoch seltener als Platin und Osmium. Auf der Erde ist es gleich den anderen Platingruppenelementen vornehmlich im Kern zu finden, während es auf der Erdkruste abgereichert ist. So besteht die Materie der Erdkruste durchschnittlich nur zu 1 μg/kg aus Iridium (Rang 77), während es am Gesamtaufbau der Erde zu ca. 0,84 mg/kg beteiligt ist (Rang 42). Damit ist es etwa so häufig zu finden wie Ruthenium und Rhodium.
Iridiumanomalie:
Durch den Impakt des Meteors am Ende der Kreidezeit wurden große Mengen Iridium emittiert, die sich nachfolgend im Sediment niederschlugen. Man findet daher in den geologischen Schichten an der Kreide-Tertiär-Grenze anomal viel Iridium, neben den anderen Platingruppen-Elementen.
Mineralisch kommt Iridium zusammen mit den anderen Platinmetallelementen, inbesondere mit Osmium und Platin vor. Es bildet keine sulfidischen oder oxidischen Mineralien.
Gediegen Platin
[1]
KT-Grenzschicht
[2]
Iridium-Gewinnung:
Der Trennungsgang der Platinmetallgruppenelemente ist beim
Ruthenium
detailliert beschrieben.
Das gewonnene Iridium(IV)oxid wird zunächst in Königswasser gelöst, was im Gegensatz zum elementaren Iridium problemlos funktioniert. Die Lösung enthält das Iridium in Form eines Hexachloridokomplexes, der mit Ammoniumionen einen schwerlöslichen Niederschlag ergibt. Dieser wird filtriert, getrocknet und im Wasserstoffstrom geglüht, wodurch elementares, pulverförmiges Iridium resultiert. Dieses kann, wenn nötig, im Lichtbogenofen zu kompaktem Iridium verschmolzen werden.
Formeln zur Iridiumgewinnung:
1. Lösen des Iridium(IV)oxids in Königswasser:
4IrO
2
+ 24HCl → 4H
3
IrCl
6
+ 6H
2
O + O
2
2. Fällen als Ammoniumhexachloridoiridat(III):
H
3
IrCl
6
+ 3NH
3
→ (NH
4
)
3
IrCl
6
↓
3. Trocknen und Reduzieren mit Wasserstoff:
2(NH
4
)
3
IrCl
6
+ 3H
2
→ 2Ir + 6NH
3
+ 12HCl
Iridium-Schmelzperle
[7]
Iridiumfolie
[8]
Chemie von Iridium:
Iridium reagiert bevorzug in den Oxidationsstufen +3, +4 und +6. In Komplexverbindungen werden jedoch alle Oxidationsstufen zwischen -1 und +6 realisiert. Theoretisch müssten auch Verbindungen mit Ir in der Oxidationsstufe +7 darstellbar sein. Iridium ist das reaktionsträgste aller Platingruppenelemente.
Verhalten an der Luft:
Iridium wird von Sauerstoff in der Kälte nicht angegriffen. Beim Erhitzen auf Rotglut wird Iridium(IV)oxid gebildet, welches bei noch stärkerem Erhitzen zu Iridium(VI)oxid übergeht. Dieses verflüchtigt sich, gibt aber unterhalb 1200°C wieder Sauerstoff ab, und ist somit in Substanz nicht darstellbar.
Ir + O
2
→ IrO
2
+ 274kJ
Verhalten gegenüber Wasser, Säuren und Laugen:
Kompaktes Iridium ist sowohl in der Kälte als auch in der Hitze weder in konzentrierter Schwefel-, Salz- oder Salpetersäure, noch in Flusssäure oder Königswasser löslich. Gepulvertes Iridium löst sich in siedendem Königswasser sehr langsam.
Reaktionen mit Halogenen:
Iridium reagiert beim Erhitzen mit Fluor, Chlor und Brom zu Trihalogeniden IrX
3
. Unter Druck lässt es sich mit elementarem Fluor bis zum Iridium(VI)fluorid, IrF
6
fluorieren. Höhere Chloride oder Bromide sind dagegen nicht sicher bekannt. Dagegen sind Halogenid-Komplexe mit vierwertigem Iridium wohl bekannt (IrCl
6
2-
, IrBr
6
2-
). Es sind auch keine Halogenidkomplexe mit Ir(V) oder Ir(VI) bekannt.
Komplexchemie:
Von Iridium sind, wie auch von seinen beiden leichteren Homologen, eine Vielzahl an Komplexen mit verschiedensten anorganischen und organischen Ionen und Molekülen bekannt. Eine Auswahl sei hier genannt: Als Oxokomplexe sind IrO
3
2-
und Ir(OH)
6
2-
mit vierwertigem Iridium bekannt. Wie bei Cobalt und Rhodium ist auch von Iridium ein Hexanitrito-Komplex, Ir
III
(NO
2
)
6
3-
, bekannt, welcher mit niedriggeladenen, großen Kationen (Ammonium, höhere Alkalimetalle) in Wasser schwerlösliche Salze bildet. Mit Kohlenmonoxid bildet Iridium einen Dodecakomplex mit einem Iridiumcluster aus 4 Ir-Atomen im Zentrum, die mit kovalenten Bindungen miteinander verbunden sind (analog dem Rhodium).
Strukturen von Iridium-Verbindungen
Ammoniumhexachloridoiridat(III)
(NH
4
)
3
IrCl
6
Hexanitritoiridat(III)-Ion
Ir(NO
2
)
6
3-
Tetrairidiumcarbonyl-Komplex
Ir
4
(CO)
12
Physikalische Besonderheiten von Iridium bzw. von seinen Verbindungen:
Superlative spezifische Dichte:
Von allen bisher in wägbaren Mengen zugänglichen Elementen hat Osmium zusammen mit Iridium die größte spezifische Dichte, wobei der Superlativ mit verschiedenen Quellen variiert. Es steht jedoch zu erwarten, dass die d-Elemente der 7. Periode, insbesondere die Metalle Dubnium, Seaborgium, Bohrium, Hassium, Meitnerium, Darmstadtium und Roentgenium noch höhere Dichten haben könnten.
Die höchsten Dichtewerte
Rang
Stoff
Wert (g/cm
3)
1.
Iridium
22,67
2.
Osmium
22,61
3.
Platin
21,45
4.
Neptunium
20,45
5.
Plutonium
19,82
Verwendung von Iridium und seinen Verbindungen :
Iridium und Iridiumlegierungen:
Legierungen für Urmeter und Urkilogramm.
Am 26. September 1889 wurde das dritte Urmeter von der Generalkonferenz für Maß und Gewicht durch einen Meterprototypen aus einer Legierung aus 90% Platin und 10% Iridium ersetzt. Auf diesem 102 cm langen Normal mit X-förmigem Querschnitt (20 x 20 mm) repräsentierten Strichgruppen die Länge von einem Meter. Definiert wurde er über den Abstand der Mittelstriche dieser Strichgruppen – aufgrund der Wärmeausdehnung des Materials bei einer Temperatur von 0°C. Diese Längendefinition besaß eine Genauigkeit von 10
?7
und war damit um drei Größenordnungen genauer als das Urmeter von 1799. Kopien dieses Meterprototyps wurden an die Eichinstitute in vielen Ländern vergeben.
[3]
Seit 1889 bildet das – in der Metrologie sächliche – Internationale Kilogrammprototyp das Referenznormal für die Maßeinheit Kilogramm. Es handelt sich um einen Zylinder von 39 Millimeter Höhe und 39 Millimeter Durchmesser, der ebenfalls aus einer Legierung von 90% Platin und 10% Iridium besteht. Das Material ist chemisch weitestgehend inert, wodurch es zu keiner Massenveränderung infolge Oxidation oder sonstiger korrosiven Effekten kommen kann. Seine hohe Dichte minimiert, wie die Wahl der Geometrie, die Auswirkung von Oberflächeneffekten.
[4]
Schreibkugeln
von hochwertigen Kugelschreibern werden aus einer Osmium-Iridium-Legierung gefertigt. Osmium-Iridium-Legierungen zeichnen sich durch besondere Härte neben chemischer Inertheit aus.
Trauringe
können aus einer Platin-Iridium-Legierung hergestellt werden. Solche Ringe haben neben einem hohen Glanzgrad auch hohe Härte neben chemischer Beständigkeit.
Iridium-Verbindungen:
Katalysator.
Der Diiodidodicarbonyliridat(I)komplex katalysiert die Synthese von Methanol und Kohlenmonoxid zu Essigsäure (Cativa-Prozess).
Beispiele für die Verwendung von Iridium
Meter-Prototyp-Kopien ("Urmeter")
[2]
Schreibkugel
[5]
Ring aus einer Pt/Ir-Legierung
[6]
Biologische Bedeutung von Iridium:
Von Iridium sind derzeit keine biologischen Funktionen bekannt. Während elementares Iridium als ungiftig zu betrachten ist, haben Iridiunverbindungen hingegen toxische Eigenschaften.
Quellen:
[1] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Aram Dulyan. Das Bild ist von seinem Urheber als Public Domain veröffentlicht worden. Dies gilt weltweit.
[2] Derivat folgender Bildquelle: Bild einer US-Behörde, welches in Ausübung des Dienstes angefertig wurde. Solche Bilder sind gemeinfrei, wenn es nicht ausdrücklich anders angegeben ist.
[3] Textquelle: Wikipedia, Urmeter.
[4] Textquelle: Wikipedia, Kilogramm. Absatz: Die Kilogrammprototype und -normale
[5] Eigenes Bild. Dieses Bild darf unter den Bedingungen der
Creative Commons Lizenz
frei verwendet werden. Bei Verwendung bitte einen Link auf mein Web-Angebot setzen.
[6] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
1791diamonds
. Das Bild ist unter den Bedingungen der
Creative Commons Lizenz
freigegeben.
[7] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
Tomihahndorf
. Das Bild ist unter den Bedingungen der
Creative Commons Lizenz
freigegeben.
[8] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
Dschwen
. Das Bild ist unter den Bedingungen der
Creative Commons Lizenz
freigegeben.