Разработан и химический способ нанесения иридиевых покрытий на металлы и керамику. При этом на поверхность изделия наносят раствор комплексной соли иридия, например с фенолом или другим органическим соединением, и в контролируемой атмосфере нагревают изделие до 350400 °C; органическое вещество улетучивается, а слой иридия остается.

В чистом виде либо в союзе с другими металлами иридий находит применение в химической промышленности: иридиево-никелевые катализаторы помогают получать пропилен из ацетилена и метана; платиновые катализаторы, в состав которых входит иридий, ускоряют реакцию образования окислов азота в процессе получения азотной кислоты.

Другой областью, где используется иридий, является производство радиоизотопа иридий-191, применяемого в качестве датчика для контроля различных материалов и процессов, в том числе и в медицине. В настоящее время известно 15 изотопов этого элемента с массовыми числами от 182 до 198. У самого тяжелого изотопа – самая короткая жизнь: его период полураспада меньше минуты. Любопытно, что период полураспада иридия-183 – ровно час. Стабильных же изотопов у элемента всего два – иридий-191 и иридий-193. На долю более «весомого» из них в природной смеси приходится примерно 62 % атомов.

Изотопы иридия находят все новые области применения. Например, несколько лет назад во Франции специалисты Центра атомных исследований разработали гамматрон – прибор, позволяющий следить за состоянием мостов, плотин и других сооружений из железобетона: под действием гамма-лучей радиоактивного иридия-192 на стеклянной пластинке, покрытой светочувствительным слоем, появляется четкое изображение «внутренностей» контролируемых узлов и деталей, С помощью подобных дефектоскопов проверяют качество металлических изделий и сварных швов: на фотопленке фиксируются все пустоты, непроверенные места и инородные включения. В доменном производстве малогабаритные контейнеры с тем же изотопом иридия служат для контроля уровня материалов в печи.

В России изотоп иридия-192 также применяется для подобных целей. В октябре 2000 г, об этом стало известно из хроники происшествий. Сначала речь не шла о криминале, скорее всего причиной опасного случая стала халатность, но она, как и простота, иногда хуже воровства.

Было и такое…

ТЕПЕРЬ В АМУРЕ ЕСТЬ ИРИДИЙ?

В р. Амур, в Хабаровском крае, затонула баржа, на борту которой, помимо контейнеров с оборудованием, находился контейнер с радиоактивным элементом иридий-192. Радиационный фон в районе затопления баржи находится в норме. К поиску контейнера приступили водолазы. Правда, их работу на 10-метровой глубине затрудняет сильное течение. Специалисты утверждают, что при аварии контейнер должен сохранить герметичность. Опрокидывание баржи произошло на повороте реки. При сильном течении и возникших волнах баржа стремительно затонула, опустившись на глубину 10 м. При аварии никто не пострадал, однако на речном дне оказалось 220 бочек с нефтепродуктами и трехтонный контейнер с двумя источниками ионизирующего излучения – изотопом иридий-192, предназначавшимся оборонному предприятию ОАО «Николаевский-на-Амуре судостроительный завод». Иридий-192 используется на заводе при изготовлении дефектоскопов, оценивающих надежность сварных соединений, Что стало причиной аварии – халатность капитана или перегруженность баржи, еще предстоит выяснить. Между тем известно, что ущерб Николаевского-на-Амуре судостроительного завода, которому принадлежало все затонувшее оборудование, составил 1,5 млн долл.

По имеющимся данным, контейнер с изотопом все-таки подняли и в Амуре теперь нет иридия. Видимо.

Иридий в конце ХХ – начале XXI В

До настоящего времени в промышленно развитых и развивающихся странах произведено 20 т иридия чистотой 99,999,95 %, из них 10–20 % из осмиридиума, встречающегося в месторождениях Колумбии, Японии, Зимбабве, Эфиопии, Тасмании и Бразилии.

Спрос на иридий по отраслям, тыс. унций

По дачным компании «Джонсон Мали».

Как видно из приведенных данных, мировое потребление иридия составляет около 3,5 т. Наибольшее количество используется в химической промышленности – 32 %, в электротехнике – 26 %, в нейтрализаторах – свыше 6 % и других отраслях промышленности примерно 36 %. Цена на иридий в 2000 и 2001 гг. составляла около 415 долл. США за тройскую унцию. Правда, к концу 2001 г. она стала снижаться до 408 долл. в ноябре и 395 долл. в декабре, а к марту 2002 г. опустилась до 360 долл. за унцию.

Научный подвиг казанского ученого

В 1804 г. закончился период крупных открытий в группе платиноидов. Два знаменитых англичанина, давших миру четыре металла, продолжали жить и работать, но заметных результатов их труды больше не принесли. Другие ученые пытались найти что-то еще в платиновой руде и, бывало, находили, спешили дать название новому веществу, но потом приходилось от него отказываться, поскольку все оказывалось ошибочным, Так случилось, например, с профессором Дерптского университета Готфридом Вильгельмом Озанном, который, как ему показалось, нашел в уральской платине три новых вещества, одно из которых он назвал рутений. От всех трех Озанн вскоре отрекся: ничего нового в них не обнаружилось, все были плохо очищенными уже известными элементами.

И все-таки платиноидов оказалось не пять, а шесть. Доказал это профессор Казанского университета Карл Клаус.

Из Большого энциклопедического словаря: Клаус Карл Карлович (1796–1864), химик, член-корреспондент Петербургской АН (1861). Открыл (1844) химический элемент рутений, описал его свойства и определил атомную массу. Труды по химии платиновых металлов. Известен как ботаник, одним из первых применил (1851) количественные методы в сравнительной флористике.

К открытию Клаус шел долго. Поддержку своим научным интересам он нашел в Казанском университете. Его ректор, известный математик, создатель неевклидовой геометрии Н.И.Лобачевский энергично привлекал к работе способных людей.

В 1840 г. Клаус заинтересовался проблемами переработки уральской платиновой руды. По его просьбе петербургский Монетный двор прислал ему пробы платиновых остатков – нерастворимого осадка, образующегося после обработки сырой платины «царской водкой». «При самом начале работы, – писал позднее ученый, – я был удивлен богатством моего остатка, ибо извлек из него, кроме 10 % платины, немалое количество иридия, родия, осмия, несколько палладия и смесь различных металлов особенного содержания…»

Он был так поглощен исследованиями, что, по его словам, «…внешний мир исчез из кругозора… Два полных года я кряхтел над этой работой с раннего утра до поздней ночи, жил только в лаборатории и неутомимый труд принес свои плоды».

И здесь уместно привести цитату, дающую картину того, как происходило открытие рутения.

«Исследуя ту часть сплава остатков с селитрой, которая нерастворима в воде, – пишет Клаус, – я смешал жидкость (полученную после отделения осмиевой кислоты) с раствором поташа до щелочной реакции, получил обильный осадок водной окиси железа желто-бурого цвета, который я оставил на несколько дней в жидкости, причем он получил черно-бурый цвет. Это окрашивание приписывал я осадившейся окиси иридия, но подозревал в ней также присутствие некоторого количества окиси родия, и потому я собрал нечистую окись железа, растворил ее в соляной кислоте и получил темный, пурпурово-красный, почти черный, непрозрачный раствор. Это явление удивило меня потому, что ни одна из известных мне окисей не растворяется в кислотах таким цветом. Из этого раствора получил я через прибавление цинка металлический порошок, который вел себя не так, как иридий и родий, а именно: смешанный с поваренной солью и обработанный хлором, при калильном жаре, он дал черно-бурую массу, растворившуюся в воде померанцево-желтым цветом. Этот раствор, цвет которого легко можно было различить от растворов иридия и родия и смеси растворов обоих металлов, дал с аммиаком черный бархатный осадок и, обработанный сероводородом, при отделении черного сернистого металла, получил густой сапфирово-синий цвет. Ни иридий, ни родий, и ни один из других металлов не вел себя таким образом. Хлористый калий и аммоний дали с этим веществом труднорастворимые соли, которые не отличались от двойных солей двуххлористого иридия, Такое сходство побудило меня сначала принять металл за нечистый иридий, но необыкновенные реакции могли произойти и от неизвестного мне тела…»

Так началась погоня за «телом», которое от синей окиси иридия отличалось сапфировым оттенком, а в соединении с аммиаком, как выяснилось позднее, обладало вкусом «еще более едким, чем у едкого калия».

Задачу несколько облегчило лишь то, что Клаус имел возможность (и терпение) многократно повторять опыты. 15 фунтов остатков было сплавлено с селитрой и при дальнейшей обработке получено 150 л раствора, содержащего иридий и неизвестное тело. При смешивании с сильнонасыщенным раствором поташа образовался белый осадок.

Нерастворимая часть состояла из кремнезема, содержащего титановую кислоту и, вероятно, цирконовую землю.

Тщательно изучая раствор, полученный при обработке белого порошка соляной кислоты, Клаус получил вещество, которое, «будучи сварено с азотной кислотой, давало померанцево-желтый раствор, окрашиваемый сероводородом в синий цвет».

Так не вело себя никакое известное вещество. При дальнейших долгих опытах были получены «кусочки серовато-белого цвета с металлическим блеском, похожие, но более темные, чем иридий»

Клаус назвал этот металл рутением «в честь нашего отечества» (по-латыни Rutenia – Россия),

«Более целого года трудился я, но наконец открыл легкий и верный способ добывания нового металла рутения на изучение его свойств и соединений».

Любопытно, что для верности Клаус отправил в Стокгольм полученные образцы, чтобы заручиться мнением известного и авторитетного в то время химика Якоба Берцелиуса. Не сразу, со второго захода, но одобрение было получено. Более того, шведский ученый написал Клаусу; «В наше время очень принято, если кому-либо удалось сделать настоящее открытие, вести себя так, как будто не нужно упоминать о прежних работах… в надежде, что ему не придется делить честь открытия с каким-либо предшественником. Это плохое обыкновение, и тем более плохое, что преследуемая им цель все же ускользает. Вы поступили совсем иначе. Вы упомянули о заслугах Озанна и выдвинули их, причем даже сохранили предложенное им название. Это такой благородный и честный поступок, что Вы навсегда вызвали во мне самое искреннее глубокое почтение и сердечную симпатию, и я не сомневаюсь, что у всех друзей доброго и справедливого это встретит такой же отклик…»

25 октября 1844 г. на заседании Академии наук в Петербурге было торжественно объявлено об открытии нового элемента, 57-го по общему счету и первого в нашей стране,

Весь мир облетело сообщение о «русском члене платинового семейства». К этому времени уже было получено 6 г рутения.

Клаус продолжал исследования. Получив в подарок платиновую руду из Южной Америки, он обнаружил в ней рутений, доказал, что этот элемент не составляет специфической особенности уральской руды и оставался не замеченным всеми, кто изучал американские платиновые месторождения. Там. как и на Урале, «собственных» минералов рутения не нашли. Удалось установить, что рутений входит в состав некоторых минералов осмия и иридия (его в рутениевом невьянските и в рутениевом сысертските до 15 %).

Демидовская премия Академии наук за 1845 г. была единогласно присуждена Клаусу, а проделанная им работа охарактеризована как научный подвиг.

Свойства рутения

Рутений – металл серебристо-белого цвета, напоминающий платину.

Атомная масса – 101,07.

Коэффициент линейного расширения рутения при температуре от 0 до 100 ºС равен 0, 0000099.

При нагревании на воздухе рутений теряет в массе вследствие образования летучих окислов. При нагревании под током 500 А и напряжением 110 В в течение 5 мин улетучивается 10 % рутения.

Рутений обладает высоким сопротивлением к коррозии. Металлический рутений очень кислотоупорен. Сильно окисляется при плавке щелочами.

Порошок металлического рутения при прокаливании на воздухе в смеси с содой поглощает кислород воздуха, образуя рутенат натрия, растворяющийся в воде с оранжевой окраской. Еще быстрее рутений окисляется при сплавлении со смесью едкого калия и селитры, бертолетовой солью и перекисями натрия и бария. В пламени гремучего газа рутений окисляется в летучий рутениевый ангидрид.

Плавится рутений в пламени гремучего газа при самой высокой температуре горения этого газа. С наименьшими потерями рутений плавится в электропечи с угольными электродами.

Рутений в количестве до 2 кг сплавляется в мелкие гранулы током в 35 А при напряжении 70 В. Во избежание окисления плавку ведут в атмосфере чистого азота.

При плавлении на воздухе рутений покрывается тонкой пленкой окислов.

Плотность рутения составляет 12,37 г/см3,

Рутений – один из самых твердых металлов группы, но в то же время он более хрупкий, чем, например, платина.

Легко истирается в порошок темно-серого цвета. В этом состоянии обнаруживает сильные металлические свойства. Твердость по Бринеллю составляет 220, по Моосу 6,5.

Температура кипения – 4200ºС.

Температура плавления – 2250ºС.

Удельное количество теплоты при температуре от 0 до 100 °C составляет 0,255 Дж/г,

Сопротивление 1 м проволоки площадью сечения 1 мм2 при 0 °C составляет 0,144 Ом.

Рутений образует летучие окислы, которые при нагревании на воздухе образуют ядовитые пары.

Четырехокись рутения представляет собой иглы желтого цвета с сильным запахом, легко растворимые в воде. При температуре плавления цвет изменяется на бурый, который сохраняется и после охлаждения. Бурая форма слабо пахнет, плавится при 27 °C, испаряется при 60 °C. Водный раствор четырехокиси рутения – это слабая кислота, образующая с щелочами соли рутенаты. Четырехокись рутения является сильным окислителем. Из йодистого калия в кислом растворе она выделяет свободный иод.

При сплавлении металлического рутения со смесью щелочи и перекиси натрия образуется сплав, который при растворении в воде дает сильноокрашенный рутенат натрия.

Двуокись рутения образуется при сильном нагревании в струе кислорода и представляет собой черный нерастворимый в кислотах порошок, восстанавливающийся нагреванием в токе водорода до металла.

Из сернистых соединений рутения известен сернистый рутений, образующийся при действии сероводорода на растворы солей рутения и представляющий собой черный осадок, нерастворимый в кислотах, за исключением «царской водки». Дает прочные коллоидные растворы.

При взаимодействии с роданистым калием наблюдается красное окрашивание. При нагревании этот цвет переходит в характерный для рутения фиолетовый. Эта реакция наиболее характерна для рутения, так как роданистый калий почти не реагирует с прочими платиновыми металлами. В присутствии других платиновых металлов реакция не происходит (если рутения меньше 1/3 или 1/2 от общего количества).

При пропускании газа через концентрированный раствор треххлористого рутения сначала не происходит никакого действия. Через некоторое время осаждается светлоокрашенный сернистый рутений, который постепенно темнеет, и раствор принимает темно-синюю окраску. Образующийся коллоидный раствор сернистого рутения коагулирует и выпадает в виде бурых хлопьев.

Сернистый аммоний осаждает рутений в виде сернистого металла. Некоторая часть рутения остается в растворе.

При кипячении соли рутения с окисью ртути рутений выделяется в виде черного гидрата окиси.

Металлический цинк из кислых растворов выделяет рутений очень медленно. Сначала раствор окрашивается в синий цвет, затем выпадает рутений, и жидкость обесцвечивается.

При сплавлении рутения с едким калием и селитрой получается черно-зеленая масса, которая растворяется в воде, окрашивая ее в оранжево-желтый цвет. При добавлении в раствор азотной кислоты образует черный осадок.

Тиомочевина является чувствительным реактивом на рутений, окрашивая раствор в зеленый или голубовато-зеленый цвет. При добавлении в раствор азотной кислоты образует черный осадок.

Минеральные кислоты на рутений не действуют. Тонкий порошок рутения растворяется в гипокислотах. При повышенных температурах свободный хлор и фтор соединяются с рутением.

Существует около 12 наиболее известных сплавов рутения: рутений-железо, рутений-медь, рутений-олово, рутений-мышьяк, рутений-свинец и т. д.

Металл с большими перспективами

В ювелирной промышленности рутений в составе платиновых и платино-палладиевых сплавов используется в незначительном количестве. Но, в принципе, он считается металлом с достаточно широким применением.

Например, в химической промышленности его используют в виде аммонийных солей, обладающих особой окраской (рутениевая краска), а также в качестве катализатора при получении метана из окиси углерода и разложении формальдегида и муравьиной кислоты.

В технике из рутения в сплавах с платиной изготовляют иглы фонографов, детали точных машин, наконечники перьев и различные точные инструменты.

В медицине соли рутения применяются при лечении туберкулеза.

Четырехокись рутения используется для окраски гистологических препаратов (выделение черного элементарного металла).