Tính chất vật lý

Là thành viên của các kim loại nhóm platin, iridi có màu trắng tương tự platin nhưng chơi ngả sang màu vàng nhạt. Do độ cứng, giòn, và điểm nóng chảy rất cao của nó, iridi rắn khó gia công, định hình, và thường được sử dụng ở dạng bột luyện kim.[7] Nó là kim loại duy nhất duy trì được các đặc điểm cơ học tốt trong không khí ở nhiệt độ trên 1600 °C.[8] Iridi có điểm nóng chảy cao và trở thành chất siêu dẫn ở nhiệt độ dưới 0,14 K.[9]

Mô đun đàn hồi của iridi lớn thứ 2 trong các kim loại, sau osmi.[8] Điều này kết hợp với mô đun độ cứng cao và hệ số Poisson thấp cho thấy cấp độ của độ cứng và khả năng chống biến dạng lớn nên để chế tạo các bộ phận hữu ích là vấn đề rất khó khăn. Mặc dù có những hạn chế và giá cao, nhiều ứng dụng đã được triển khai trong các môi trường cần độ bền cơ học cao đặc biệt trong công nghệ hiện đại.[8]

Mật độ được đo đạc của iridi chỉ thấp hơn của osmi một ít (khoảng 0,1%).[10][11] Có một số nhập nhằng liên quan đến hai nguyên tố này là nguyên tố nào đặc hơn, do kích thước nhỏ khác nhau về mật độ và khó khăn về độ chính xác của phép đo,[12] nhưng, khi độ chính xác tăng khi tính mật độ bằng dữ liệu tinh thể học tia X thì mật độ của iridi là 22,56 g/cm3 và của osmi là 22,59 g/cm3.[13]

Tính chất hóa học

Iridi là kim loại có khả năng chống ăn mòn lớn nhất:[14] nó không phản ứng với hầu hết axit, nước cường toan, kim loại nóng chảy hay các silicat ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, nó có thể phản ứng với một số muối nóng chảy như natri xyanua và kali xyanua,[15] cũng như oxy và các halogen (đặc biệt flo)[16] ở nhiệt độ cao hơn.[17]

Các hợp chất

Iridi tạo thành các hợp chất ở dạng ôxit có trạng thái ôxi hóa từ −3 đến +6; trạng thái ôxy hóa phổ biến nhất là +3 và +4.[7] Các mẫu có tính chất đặc trưng tốt của các trạng thái ôxy hóa cao nhất thì hiếm có, nhưng có một số dạng như IrF6 và 2 ôxit hỗn hợp Sr2MgIrO6 và Sr2CaIrO6.[7][18] Ngoài ra, năm 2009, iridi(VIII) tetroxit (IrO4) đã được điều chế ở dạng matrix isolation conditions (6 K trong Ar) bằng cách chiếu tia cực tím vào phức iridium-peroxo. Tuy nhiên, mẫu này không ổn định như mong đợi khi mà trạng thái rắn của nó phải được duy trì ở nhiệt độ cao hơn.[19] Trạng thái ôxy hóa cao nhất (+9) cũng là điểm mà nhiệt độ cao nhất được ghi nhận đối với bất kỳ nguyên tố này, chỉ được biết đến ở một cation IrO+4; đó là loại pha khí duy nhất được biết đến và không hình thành bất kỳ muối nào.[3]

Iridi điôxít, IrO2, một chất bột màu nâu, là ôxít của iridi được mô tả chi tiết nhất.[7] Sesquioxit, Ir2O3, đã được mô tả là một chất bộ màu xanh-đen bị ô-xy hóa thành IrO2 bởi HNO3.[16] Disulfua, diselenua, sesquisulfua, và sesquiselenua tương ứng cũng đã được biết đến, và IrS3 cũng đã được nghiên cứu.[7] Iridi cũng tạo thành các iridat có trạng thái ô-xy hóa +4 và +5, như K2IrO3 và KIrO3, các chất này có thể được điều chế từ phản ứng của kali ôxít hoặc kali superoxit với iridi ở nhiệt độ cao.[20]

Mặc dù các hydrua hai cấu tử của iridi, IrxHy đã được biết đến, các phức được cho là có chứa IrH4−5 và IrH3−6, trong các phức này iridi có trạng thái ô-xy hóa tương ứng là +1 và +3.[21] Hydrua ba cấu tử Mg6Ir2H11 được tin là chứa cả IrH4−5 và IrH5−4 18-electron.[22]

Không monohalua hoặc dihalua nào tồn tại trong khi trihalua, IrX3, kết hợp với tất cả halogen.[7] Đối với trạng thái ô-xy hóa +4 và cao hơn, chỉ có tetrafluorua, pentafluorua và hexafluorua là tồn tại.[7] Iridi hexafluorua, IrF6, là chất rắn màu vàng có tính phản ứng mạnh, bao gồm các phân tử tám mặt. Nó phân hủy trong nước và bị khử thành IrF4 ở dạng chất rắn kết tinh bằng iridi màu đen.[7] Iridi pentaflorua có tính chất tương tự nhưng thật sự là một tetramer, Ir4F20, được tạo thành bởi bát diện dùng chung 4 góc.[7] Kim loại iridi tan trong cyanua-kali kim loại nóng chảy tạo ra ion Ir(CN)3+6 (hexacyanoiridat).

A-xít hexachloroiridic(IV), H2IrCl6, và các muối của nó là những hợp chất iridi quan trong nhất trong lĩnh vực công nghiệp.[23] Chúng liên quan đến việc làm tinh khiết iridi và được sử dụng như các tiền chất để tạo các hợp chất iridi quan trọng khác, cũng như trong việc mạ anode. Ion IrCl2−6 có màu nâu sẫm, và có thể dễ dàng bị khử thành IrCl3−6 nhạt màu hơn và ngược lại.[23] Iridi trichlorua, IrCl3, có thể thu được ở dạng anhydrat từ sự ô-xy hóa trực tiếp bột iridi bằng clo ở 650 °C,[23] hoặc dạng hydrat bằng cách hòa tan Ir2O3 trong Axit clohydric, thường được dùng làm vật liệu ban đầu trong việc tổng hợp các hợp chất Ir(III) khác.[7] Hợp chất khác được sử dụng làm tiến chất là ammoni hexachloroiridat(III), (NH4)3IrCl6. Các phức iridi(III) là nghịch từ (spin thấp) và thường có phân tử tám mặt đối xứng.[7]

Các hợp chất iridi hữu cơ chứa các liên kết iridi–carbon trong đó kim loại thường có trạng thái ô-xy hóa thấp hơn. Ví dụ, trong thái ô-xy hóa zero được phát hiện trong tetrairidi dodecacarbonyl, Ir4(CO)12, đây là một carbonyl của iridi hai cấu tử bền ổn định và phổ biến nhất.[7] Trong hợp chất này, mỗi nguyên tử iridi được liên kết đến 3 nguyên tử khác, tạo thành ô mạng tứ diện. Một vài hợp chất kim loại hữu cơ Ir(I) không đủ nổi tiếng để đặt tên sau khi được phát hiện ra. Ví dụ một chất là phức Vaska, IrCl(CO)[P(C6H5)3]2, nó có tính chất liên kết bất thường với phân tử ôxy, O2.[24] Một chất khác là xúc tác Crabtree, xúc tác đồng nhất trong các phản ứng tạo hydro.[25] Các hợp chất này đều có cấu trúc phẳng vuông, phức d8, có tổng cộng 16 electron liên kết, chúng liên quan đến tính hoạt động của chất này.[26]

Một vật liệu hữu cơ gốc iridi LED đã được ghi nhận, và được phát hiện là sáng hơn nhiều so với DPA hoặc PPV, vì vậy nó có thể là nền tảng cho ánh sáng OLED chủ động trong tương lai.[27]

Đồng vị

Iridi có hai đồng vị bền trong tự nhiên là 191Ir và 193Ir, với thành phần thứ tự 37,3% và 62,7%.[28] Có ít nhất 34 đồng vị phóng xạ đã được tổng hợp có số khối từ 164 đến 199. 192Ir, nằm giữa hai đồng vị bền là đồng vị phóng xạ bề nhất với chu kỳ bán rã là 73,827 ngày, và được ứng dụng trong cận xạ trị[29] và trong chụp ảnh phóng xạ công nghiệp, đặc biệt trong các thí nghiệm không phá hủy các mối hàn của thép và trong công nghiệp dầu khí; các nguồn iridi-192 liên quan đến nhiều sự cố phóng xạ. Ba đồng vị khác có chu kỳ bán rã ít nhất một ngày—188Ir, 189Ir, và 190Ir.[28] Các đồng vị có số khối dưới 191 phân rã theo cách kết hợp giữa phân rã β+, α, và (hiếm hơn) phát xạ proton, ngoại trừ 189Ir phân rã bằng cách bắt giữ electron. Các đồng vị tổng hợp nặng hơn 191 phân rã β−, mặc dù 192Ir cũng có bắt giữ một ít electron.[28] Tất cả các đồng vị đã biết của iridi đã được phát hiện trong khoảng thời gian 1934 và 2001; đồng vị được phát hiện gần đây nhất là 171Ir.[30]

Ít nhất có 32 đồng phân hạt nhân đã được mô tả có số khối từ 164 đến 197. Đồng phân ổn định nhất là 192m2Ir, nó phân rã thành đồng phân chuyển tiếp với chu kỳ bán rã 241 năm,[28] nên nó là đồng phân ở định hơn trong tất cả các đồng vị tổng hợp ở trạng thái ổn định. Đồng phân kém bền nhất là 190m3Ir có chu kỳ bán rã chỉ 2 µ giây.[28] Đồng vị 191Ir là đồng vị đầu tiên trong bất kỳ nguyên tổ nào thể hiện hiệu ứng Mössbauer. Điều này rất hữu ích trong phổ Mössbauer trong nghiên cứu vật lý, hóa học, sinh hóa, luyện kim và khoáng vật học.[31]