Властивості іридію

Іридій [Iridium; від грец. – Веселка], Ir – хім. елемент VII групи періодичної системи елементів] ат. н. 77, ат. м. 192, 22; стосується металів групи платини. Сріблясто-білий твердий метал. У з’єднаннях виявляє ступеня окислення + З і +4, іноді + 1, +2 і +6. Природний іридій суміш стабільних ізотопів 191Ir (38,5%) і 1931р (61,5%). Отримані радіоактивні ізотопи з масовими числами від 171 до 198. І. відкрив в 1804 англ. хімік С. Тенна в чорному осаді, образующемся після обробки платини самородної «царською горілкою». Зміст І. у земній корі 1 • 10-7%.
Знаходиться в природі гл. обр. у вигляді мінералів групи осмистого іридію (природних сплавів іридію з осмієм і іншими металами групи платини), вітрі чающихся в корінних і розсипних родовищах платини і золота. Найбільш широко поширений Невьянский, або осмістий іридій. І. міститься також в сульфідних мед-нонікелевих рудах, що є основним джерелом видобутку металів групи платини. І. кристалізується в гранецентричній кубічної структурі, період решітки а = 3,8389 А (при кімнатній т-рі). Щільність (т-ра 20 ° С) 22,5 (рентгенівська 22,65) г / см3; tпл +2443 ° С; tкип +4547 ° С; питома теплоємність (т-ра 25 ° С) 0,0312 кал / г • град; коеф. теплопровідності (т-ра 0- 100 ° С) 0,354 кал / см • сек • град; температурний коеф. лінійного розширення в інтервалі т-р 0-100 ° С становить 6,63 • 10-6 град-1; питомий електричний опір (т-ра 20 ° С) 5,3 мком • см; температурний коеф. електричного опору (т-ра 0-100 ° С) 0,003925 град-1; питома магнітна сприйнятливість (т-ра 25 ° С) 0,133 • 1-6. Поперечний перетин захоплення теплових нейтронів 440 барн. Модуль норм, пружності 52500 кгс / мм2; коеф. Пуассона 0,26; межа міцності на розтяг відпаленого металу 23 кгс / мм2; відносне подовження 2%; HV = 200-240 (у відпаленого стані). При звичайній т-рі насилу піддається хутро. обробці, прп т-рі 1200-1500 ° С його можна кувати і протягувати в дріт. У монокристаллическом стані пластичний вже при кімнатній т-рі, витримує без розтріскування обтиснення до 25%. И.- трудіолетучій у високому вакуумі метал (тиск насиченої пари його при т-рі 1 810 ° С становить 1 • 10-6, при т-рі +2110 ° С-1 • 10-4 мм рт. Ст.).
Однак при нагріванні на повітрі вже при світло-червоному калении помітно випаровується, що пов’язано з освітою летючої окису Ir02. І. відрізняється високою корозійною стійкістю. У вигляді компактного металу розчиняється у к-тах, лише в тонкоподрібненому стані при підвищенні температури повільно розчиняється в «царській горілці». При сплаві іридієвого порошку з сумішшю їдкого натру і селітри або перекисом натрію переходить в розчинні в соляній к-ті сполуки. Губчастий І. може бути переведений в розчин електролітично з використанням змінного струму. Фтор, хлор і кисень діють на І. тільки при т-рі червоного розжарювання. З кисневих з’єднань відомі Ir203 і Ir02.
При взаємодії з хлором (залежно від т-ри) утворюються хлориди IrCl, IrСl2, IrС13, з фтором – фторид IrF6, з сірою – сульфід IrS. З азотом не взаємодіє, розчинність водню в іридію становить 1 • 10-5 ат.%. І. утворює численні комплексні солі. Особливо велике значення мають комплексні хлориди трьох- і чотирьохвалентного іридію. Незначна розчинність хлорірідата амонію (NH4) 2 [IrCl6] в розчині NH4Cl використовується в аффінажу іридію. І. сплавляється з більшістю металів. Із перехідними металами утворює широкі області твердих розчинів на основі компонентів і проміжних фаз зі структурою типу CsCl, Cr3Si і Cu3Au. Іридієва чернь має каталітичної активністю. І. добувають спільно з платиною. Сировиною для його отримання служать концентрати металів групи платини, одержувані безпосередньо з корінних руд і після переробки анодних шламів електролізу нікелю та міді, а також шляхових метал з розсипних руд і вторинний метал – лом. Концентрати і метал розчиняють у «царській горілці», спочатку на холоду, а потім при т-рі 110-120 ° С. І- при цьому розчиняється не повністю, частково залишаючись в нерастворимом осаді.
Після селективного вилучення з розчину платини, паладію і родію іридій осаджують у вигляді хлорірідата амонію. Нерозчинний залишок після розчинення концентратів в «царській горілці» переплавляють на цинковий (або свинцевий) сплав, к-рий потім розчиняють у к-ті. Утворений при цьому порошок, що містить гл. обр. осмістий іридій і рутеній, спекают з перекисом барію або натрію. З спека відганяють осмій у вигляді OsО4, а з залишився після відгону розчину витягують І. у вигляді хлорірідата амонію. Очищений хлорірідат амонію прожарюють і відновлюють в струмі водню при т-рі 1000 ° С, отримуючи іридієвий порошок чистотою 99,8-99,9%.
Поставляють І. у вигляді порошку, жерсті, прутків і дроту. Для виготовлення іридієвих сплавів застосовують дугову або індукційну плавку у вакуумі, в середовищі аргону або гелію. И.- рідкісний і дорогий метал. У чистому вигляді його застосовують дуже обмежено: у вигляді фольги для неамальгамірующіхся катодів, для виготовлення тиглів, ірідірованія поверхні виробів. Основну частину І. використовують у вигляді сплавів, гл. обр. з платиною (він підвищує її твердість, міцність і корозійну стійкість). Ці сплави застосовують для виготовлення хім. посуду (зокрема, тиглів, де вирощують кристали для лазерної техніки), нерозчинних анодів, розривних контактів і потенціометрів автоматично керованою апаратури, тертьових деталей точних інструментів, електроконтактів в двигунах внутрішнього згоряння, слабкострумових контактів апаратури зв’язку, електр. стимуляторів серцевої діяльності, хірургічних інструментів і ювелірних виробів.
З сплаву іридію (10,1%) і платини (89,9%) виготовлені еталони мір довжини. Сплави іридію з осмієм, як і природний осмістий іридій, – незамінний матеріал для виготовлення осей і п’ят обертових частин вимірювальних і регулюючих приладів особливої ​​точності, кінчиків золотих пер і ріжучих частин хірургічних інструментів. І. та його сплави (напр., Іридій -вольфрам) знайшли застосування в произове термопар, експлуатованих до т-ри 2000- +2300 ° С.

§ 15. Що таке розчинні та нерозчинні речовини

1. Що таке розчин. Вода – чудовий розчинник. У кожному літрі морської води розчинено в середньому 34 г різних солей. Тому вона має солонувато-гіркий смак і є головним джерелом видобутку кухонної солі.

Властивість води розчиняти речовини ти щодня використовуєш у житті. Розчиняєш цукор, щоб чай був солодкий. Розчиняєш сіль, коли солиш борщ, соду, коли робиш розчин для полоскання горла. Готуєш гарячий шоколад (мал. 63). Вода розчиняє бруд, коли ти миєш руки.

Мал. 63. 1 – плоди шоколадного дерева (какао-боби). Змішуємо какао-порошок і цукор (2), заливаємо окропом (3)

Дослідження

Спробуй какао-порошок на смак. Він гіркий. Це смак натурального шоколаду.

У всіх цих випадках спостерігаємо змішування рідини і твердих тіл, унаслідок якого отримуємо рідину з новими властивостями. Наприклад, змішуючи воду, яка не має забарвлення, з крупинками зеленої акварельної фарби, ми отримаємо суміш – рідину зеленого кольору. Розчин – це однорідна суміш. Навіть у лупу чи мікроскоп не можна побачити його окремих складників.

Рідину, яка розчиняє, називають розчинником. Її змішують з речовиною, яку розчиняють, і отримують розчин. У побуті ми найчастіше користуємося водними розчинами. У воді можуть розчинятися тверді, рідкі та газуваті речовини (мал. 64).

Мал. 64. Водні розчини: 1 – газовані води, 2 – соки, 3 – маринади

Проаналізуй склад водних розчинів.

Дослідження

Вміст води у багатьох соках досягає 9 /₁₀. Вони збагачені біологічно активними речовинами рослинних клітин. Знайди склад соків на пакуванні готової продукції, виріж і приклей у робочий зошит.

Прочитай за QR-кодом, як розпізнати синтетичні та натуральні барвники у соках.

2. Як відбувається процес розчинення. Частинки рідини розташовані щільно, але хаотично (мал. 65, 2). Вони безперервно рухаються, наче мурашиний рій, час від часу міняються місцями. Речовина, що розчиняється, розпадається на молекули, які перемішуються з молекулами розчинника (мал. 65, 3).

Мал. 65. Модель явища розчинення: 1 – речовина, що розчиняється; 2 – вода; 3 – розчин

Поясни на основі моделі, як відбувається розчинення.

Розчин має водночас деякі властивості речовини, яку розчиняють (наприклад, смак, колір) і певні властивості розчинника (текучість, збереження об’єму).

Речовини, які не розчиняються у воді (пісок, глина, ошурки заліза), називають нерозчинними. Частинки таких речовин зависають у воді і з часом осідають.

Випивши чашку чаю, ми поглинаємо одну десятитисячну грама скла. Це тому, що вода – чудовий розчинник. У морській воді розчинено понад 70 хімічних елементів. Якби виділити розчинене в океані золото, то кожній людині на Землі дісталося б 3 кг.

3. Що впливає на швидкість розчинення. Якщо додати до чаю цукор, то внаслідок дифузії речовини із часом змішаються. Але самовільно частинки води і цукру будуть перемішуватися досить довго. Щоб прискорити розчинення, можна помішати суміш або подрібнити цукор: цукрова пудра розчиниться швидше, ніж кристалічний цукор.

На швидкість розчинення впливає температура. За вищої температури частинки рухаються швидше, цукор швидше розпадається на частинки, які проникають поміж молекулами води.

4. Скільки речовини можна розчинити. Якщо до склянки з цукром всипати надто багато цукру, то його кристалики перестануть розчинятися, скільки б ми не перемішували суміш. Не можна розчинити будь-яку кількість солі, цукру чи іншої речовини у воді.

Розчин, у якому розчинено так багато речовини, що більше розчинитися не може, називають насиченим. Але якщо підігріти суміш, то цукор знову почне розчинятися: що вища температура розчинника, то більше речовини він розчиняє. Якщо розчин охолоджувати, почнуть з’являтися кристалики, – цукор кристалізується (мал. 66).

Мал. 66. Кристали, вирощені з розчину цукру

Дослідження

Вирости вдома кристали з цукру або солі.

Секрети вирощування кристалів

Речовини, які розчиняються у воді, можуть не розчинятися в інших рідинах (наприклад, сіль не розчиняється в олії). І навпаки, деякі речовини не розчиняються у воді (наприклад парафін), але розчиняються у бензині.

5. Чи є у природі чисті рідини. У природі немає чистих рідин. У звичайній воді, яку ми п’ємо, розчинені мінеральні солі. Вони мають величезне значення для організмів. Тривале вживання води, що не містить розчинених солей (дощової, з гірських потоків), може призвести до захворювання.

Розчини є і в тебе на кухні (столовий оцет, компот, сік, мінеральна і питна вода), і в твоїй домашній аптечці (нашатирний спирт, перекис водню, зеленка). Для консервування овочів і фруктів застосовують водні розчини кухонної солі та цукру.

Мал. 67. Акваріум з морською (1) та прісною (2) водою

Довідайся, як насичують киснем воду в акваріумі. Які ще речовини розчинені у воді акваріумів?

Ти вже знаєш, як багато в людині води. Це тому, що всі процеси в організмах відбуваються за участю водних розчинів різних речовин. Рослини беруть усі поживні речовини з ґрунту у вигляді розчинів. В організмі тварин і людини їжа перетворюється на розчинні сполуки, які всмоктуються стінками шлунка й кишківника. Вивчаючи організм людини, ти довідаєшся, що розчинами є найважливіші фізіологічні рідини – плазма крові, лімфа, травні соки, рідкий вміст живих клітин. Тож правильно сказати, що людина містить не воду, а водні розчини різних речовин.

Слина – це теж розчин. Це вода, у якій розчинені солі різних кислот, мікроелементи, деякі вітаміни та інші складники.

КОРОТКО ПРО ГОЛОВНЕ

• Розчин – це однорідна суміш розчинника і речовини, яку розчиняють. Навіть через лупу чи у мікроскоп не можна побачити його окремих складників.

• Під час розчинення частинки однієї речовини проникають поміж частинками іншої.

• Швидкість розчинення можна збільшити, якщо подрібнити речовину, що розчиняється, збільшити температуру розчинника або помішати розчин.

ЗАПИТАННЯ ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ

1. Назви три речовини, які розчиняються у воді, і три, які не розчиняються.

2. Досліди, чи розчиняє вода лимонну кислоту, крохмаль, харчову соду, борошно.

3. Чому жирні плями на одязі не виводяться водою, але це можна зробити спиртом або бензином?

4. Поясни, чому досвідчені господині спочатку солять овочевий салат, а лише після цього заправляють олією. Що є розчинником солі у цьому випадку? Яким буде на смак салат, якщо зробити навпаки?

5. Склади усну розповідь або намалюй комікс «Я і розчини зранку до ночі» (можеш скористатися онлайн-сервісами).

НАУКОВІ ЗАБАВИ

Танці у воді

Тобі знадобиться: пляшка з газованим напоєм, прозора посудина для спостережень, шматочок шоколаду, кілька дрібних ягід.

Що треба робити: налий газований напій у склянку, кинь туди крихти шоколаду або ягоди і спостерігай «танці» частинок у воді. Поясни рух ягід.