Iridium

Sicherheitshinweise

GHS-Gefahrstoffkennzeichnung^[10]
Pulver

Gefahr

H- und P-Sätze

Entzündbarer Feststoff.
Verursacht schwere Augenreizung.

Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen und anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen.

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Iridium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Ir und der Ordnungszahl 77. Es zählt zu den Übergangsmetallen, im Periodensystem steht es in der Gruppe 9 (in der älteren Zählung Teil der 8. Nebengruppe) oder Cobaltgruppe. Das sehr schwere, harte, spröde, silber-weiß glänzende Edelmetall aus der Gruppe der Platinmetalle gilt als das korrosionsbeständigste Element. Unter 0,11 Kelvin wechselt es in den supraleitfähigen Zustand über.

Geschichte

Iridium (griech. ίριοειδής „regenbogenfarbig“ nach der Vielfarbigkeit seiner Verbindungen) wurde 1804 in London von Smithson Tennant zusammen mit Osmium entdeckt. Beim Auflösen von Rohplatin in Königswasser befanden sich beide Platinmetalle im unlöslichen schwarzen Rückstand. Die Farbvielfalt der Iridiumsalze inspirierte Tennant zu dem Namen Iridium. Auch das „Urkilogramm“ sowie das „Urmeter“ bestehen aus einer Iridiumlegierung; beide werden seit 1898 in Paris im Bureau International des Poids et Mesures aufbewahrt.

Vorkommen

Iridium ist seltener als Gold oder Platin. Es ist nach Rhenium zusammen mit Rhodium und Ruthenium das seltenste nicht-radioaktive Metall. Sein Anteil in der kontinentalen Erdkruste beträgt nur 1 ppb. In der Natur tritt es elementar in Form von kleinen Körnern oder in Begleitung des Platins auf. Mit Osmium bildet es zwei natürlich vorkommende Minerale:

Osmiridium, das zu 50 % aus Iridium, der Rest aus Osmium, Platin, Ruthenium und Rhodium besteht, und
Iridosmium, das sich zu 55–80 % aus Osmium und zu 20–45 % aus Iridium zusammensetzt.

Wichtige Vorkommen liegen in Südafrika, im Ural, Nord- und Südamerika, in Tasmanien, Borneo und Japan.

Freies Iridium ebenso wie andere Elemente der Platingruppe finden sich in Flusssanden. Daneben fällt Iridium bei der Verhüttung von Nickelerzen an.

Eigenschaften

Iridium 8,3 g lichtbogengeschmolzen

Iridiumfolie

Physikalische Eigenschaften

Wegen seiner Härte und Sprödigkeit kann Iridium nur schwer bearbeitet werden. Bei Rotglut oxidiert es unvollständig zu schwarzem IrO₂, das oberhalb 1140 °C wieder zerfällt. Auch ist Iridium wie Osmium in der Hitze und vor allem bei höherem Sauerstoffgehalt als Oxid IrO₃ flüchtig. An kalten Stellen jedoch scheidet es sich im Gegensatz zum Osmium als Metall oder IrO₂ wieder ab.

In der natürlich auftretenden Isotopenzusammensetzung ist Iridium nach Osmium das zweitdichteste Element. Das stabile Iridiumisotop ¹⁹³Ir hat jedoch mit 22,65 g/cm³ die höchste Dichte aller nicht radioaktiven Isotope. Ob Iridium oder Osmium das dichteste Element darstellt, ist also Definitionssache. In der angelsächsischen Literatur gilt überwiegend Osmium als das dichteste Element.

Chemische Eigenschaften

In Mineralsäuren, auch in Königswasser, ist es beständig. In Chlorid-Schmelzen wird es jedoch bei Gegenwart von Chlor zu Doppelchloriden umgesetzt, z.B. Na₂[IrCl₆].

Isotope

Es gibt zwei natürliche Isotope von Iridium, 34 Radioisotope und 21 Kernisomere, wovon das Kernisomer ^192m2Ir mit einer Halbwertszeit von 241 Jahren das stabilste ist. Es zerfällt durch innere Konversion zu ¹⁹²Ir das mit 73,831 Tagen Halbwertszeit das Isotop mit der längsten HWZ ist.¹⁹²Ir zerfällt als Betastrahler zum Platinisotop ^192mPt, die meisten anderen zu Osmium. Die restlichen Isotope und Kernisomere haben Halbwertszeiten zwischen 300 µs bei ¹⁶⁵Ir und 11,78 Tagen bei ¹⁹⁰Ir.

¹⁹²Ir eignet sich wegen seiner Gammastrahlung mit einer Energie von etwa 550 keV (Kiloelektronenvolt) für die Durchstrahlungsprüfung von Bauteilen. Bei Werkstücken mit einer Wanddicke von über 20 mm wird meistens auf dieses Isotop zurückgegriffen (normativ geregelt, siehe z. B. DIN EN 1435).

Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Iridium, Ir, 77
Serie	Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block	9, 6, d
Aussehen	silbrig weiß
CAS-Nummer	7439-88-5
EG-Nummer	231-095-9
ECHA-InfoCard	100.028.269
Massenanteil an der Erdhülle	0,001 ppm
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Kristallstruktur	kubisch flächenzentriert
Dichte	22,56 g/cm³
Mohshärte	6,5
Magnetismus	paramagnetisch ( $\chi_{m}$ = 3,8 · 10⁻⁵)
Schmelzpunkt	2739 K (2466 °C)
Siedepunkt	4403 K (4130 °C)
Molares Volumen	8,52 · 10⁻⁶ m³/mol
Verdampfungswärme	564 kJ/mol
Schmelzwärme	26 kJ/mol
Schallgeschwindigkeit	4825 m/s
Elektrische Leitfähigkeit	19,7 · 10⁶ A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit	150 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände	−3, −1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9
Normalpotential	1,156 V (Ir³⁺ + 3e⁻ → Ir)
Elektronegativität	2,20 (Pauling-Skala)

Für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung (ZfP) ist der Iridiumstrahler meistens in Form einer 2–3 mm großen Tablette in einem Strahlerhalter eingeschweißt, und dieser ist in einem verschließbaren Typ-B-Arbeitsbehälter untergebracht, der zur Abschirmung der Gammastrahlung mit abgereichertem Uran ausgekleidet ist.

Arbeitsbehälter für Iridiumstrahler haben folgende Abmessungen: 20 cm lang, 10 cm breit und 15 cm hoch. Das Gewicht beträgt auf Grund des Uranmantels je nach Aktivität etwa 13 bis 20 kg. Damit sind sie für den mobilen Einsatz besser geeignet als industrielle Röntgenanlagen.

Verwendung

Iridium ist oft Bestandteil von Legierungen, denen es Härte und/oder Sprödigkeit verleiht. Platin-Iridium-Legierungen setzt man bei Präzisionsmessungen, in der Medizin und dem Maschinenbau ein.

Weitere Verwendung findet es:

als Bestandteil der Legierung des Ur-Kilogramms sowie des dritten Ur-Meters,
zur Umhüllung von Plutoniumdioxid in Isotopenbatterien,
in Form von Behältern und Tiegeln für Hochtemperaturanwendungen,
als elektrischer Kontakt,
in Schmuck als Platin-Iridium-Legierung (PtIr 800 und PtIr 900) für stark beanspruchte Teile (Verschlüsse, Mechaniken und Federn),
bei Zündkerzen-Elektroden,
in Schreibfedern für Füllfederhalter wird meist eine Os/Ir-Legierung eingesetzt,
als Bestandteil von Kugelschreiberminen (Schreibkugel),
in Legierung mit Platin als Zerstäuberspitze in der Flammen-Atomabsorptionsspektrometrie,
bei der Messung der Oberflächenspannung nach der Du-Noüy-Ringmethode, wo es in Legierung mit Platin wegen seiner optimalen Benetzbarkeit eingesetzt wird,
in Sputter-Targets zur Erzeugung von elektronenableitenden Beschichtungen von elektrischen Nichtleitern in der hochauflösenden Rasterelektronenmikroskopie,
in Form der UV-Schutzschicht auf hochwertigen Sonnenbrillen,
in Dentallegierungen,
zunehmend als Katalysator chemischer Reaktionen (industriell wichtiger Einsatz bei der Synthese der Essigsäure),
wegen seiner hohen Dichte und seines hohen Schmelzpunktes als Target in der Kernphysik, beispielsweise zur Antiprotonenerzeugung im CERN.
In den Farbstoffen von Organischen Leuchtdioden, zur Erzeugung von Singulett-Triplett-Übergängen

KT-Impakt

Iridium kommt in verhältnismäßig hoher Konzentration in der Sedimentschicht vor, die das Zeitalter der Kreide vom Tertiär trennt, und dient als Indiz für einen großen Meteoriteneinschlag, der unter anderem die Dinosaurier ausgerottet haben soll.

Sicherheitshinweise

Metallisches Iridium ist wegen seiner Beständigkeit ungiftig. Als Pulver oder Staub ist es leicht entzündlich, in kompakter Form nicht brennbar. Iridiumverbindungen müssen als toxisch eingestuft werden.

Verbindungen

Viele Iridiumsalze sind farbig: Mit Chlor bildet es olivgrünes Iridium(III)-chlorid oder dunkelblauschwarzes, nicht ganz definiertes Iridium(IV)-chlorid. Mit Fluor reagiert es zu gelbem, leichtflüchtigem Iridium(VI)-fluorid beziehungsweise gelbgrünem Iridium(V)-fluorid. Die für Iridium bereits vor Jahren vorhergesagte Oxidationsstufe +IX konnte 2014 durch das synthetisierte [IrO₄]⁺ auch experimentell bestätigt werden. Es handelt sich um das einzige Element, bei welchem diese Oxidationsstufe in einer Verbindung bekannt ist.

Einzelnachweise

↑ ^{Hochspringen nach: a} ^b Eintrag zu Iridium, Pulver in der GESTIS-Stoffdatenbank des Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung.

Basierend auf einem Artikel in Wikipedia.de