Iridium

Iridium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Ir und der Ordnungszahl 77. Dieses silbrig-weiße Metall mit einem leichten Gelbstich gehört zur Platingruppe. Es ist sehr hart und spröde und gilt nach Osmium als das zweitdichteste natürlich vorkommende Metall; seine mit Röntgenkristallographie gemessene Dichte beträgt 22,56 g/cm³. Der Name des Elements leitet sich vom griechischen Wort iris (Regenbogen) ab und bezieht sich auf die vielen Farben seiner Verbindungen. Es gibt nur zwei natürlich vorkommende Isotope: 191Ir und 193Ir, beide stabil, wobei 193Ir häufiger ist. Iridium ist außergewöhnlich korrosionsbeständig, selbst bei Temperaturen bis zu 2.000 °C. Es ist eines der seltensten Elemente in der Erdkruste; die weltweite Produktion wurde 2023 auf nur 6.800 Kilogramm geschätzt. Der britische Chemiker Smithson Tennant entdeckte Iridium im Jahr 1803, indem er es aus den säureunlöslichen Rückständen von Platinerzen isolierte. Zu seinen Hauptanwendungen gehören Hochleistungs-Zündkerzen, Tiegel zum Umkristallisieren von Halbleitern bei hohen Temperaturen und Elektroden für die Chlorproduktion im Chlor-Alkali-Verfahren. Iridiumverbindungen, insbesondere Chloride und Iodide, dienen als Industriekatalysatoren, und das Element ist auch ein Bestandteil einiger OLEDs. Iridium kommt in Meteoriten weitaus häufiger vor als in der Erdkruste. Diese Tatsache führte zur Alvarez-Hypothese: Eine ungewöhnlich hohe Iridiumschicht an der Kreide-Paläogen-Grenze deutete darauf hin, dass ein massiver außerirdischer Einschlag – heute mit dem Chicxulub-Krater in Verbindung gebracht – vor 66 Millionen Jahren das Aussterben der Nicht-Vogel-Dinosaurier verursachte. Ebenso deutet eine Iridium-Anomalie in Bohrkernen aus dem Pazifischen Ozean auf den Eltanin-Einschlag vor etwa 2,5 Millionen Jahren hin. Als Platingruppenmetall sieht Iridium wie Platin aus, hat aber einen schwachen Gelbstich. Seine Härte, Sprödigkeit und der sehr hohe Schmelzpunkt erschweren die Bearbeitung, Formgebung oder Schweißung von festem Iridium – die Wärmeeinflusszone neigt zur Rissbildung. Die Pulvermetallurgie ist das übliche Herstellungsverfahren. Es ist das einzige Metall, das an der Luft oberhalb von 1.600 °C gute mechanische Eigenschaften behält. Iridium hat den zehnthöchsten Siedepunkt aller Elemente und wird unterhalb von 0,14 K zum Supraleiter. Sein Elastizitätsmodul liegt unter den Metallen nur hinter dem von Osmium, und sein hoher Schubmodul sowie die sehr niedrige Poissonzahl deuten auf eine große Steifigkeit und Verformungsbeständigkeit hin, was die Fertigung erschwert. Trotz dieser Herausforderungen und der hohen Kosten wird Iridium dort eingesetzt, wo unter extremen Bedingungen mechanische Festigkeit erforderlich ist. Seine gemessene Dichte ist nur etwa 0,12 % geringer als die von Osmium, und zeitweise gab es eine Debatte darüber, welches Metall dichter sei. Mit verbesserter Messgenauigkeit ergeben Röntgendaten nun 22,56 g/cm³ für Iridium und 22,59 g/cm³ für Osmium. Iridium ist so spröde, dass Schweißen schwierig ist, aber die Zugabe kleiner Mengen Titan und Zirkonium (je 0,2 %) verbessert die Duktilität. Zum Vergleich: Reines Platin hat eine Vickershärte von 56 HV, während eine 50 %ige Platin-Iridium-Legierung über 500 HV erreichen kann. Iridium ist das korrosionsbeständigste bekannte Metall. Es widersteht allen Säuren, einschließlich Königswasser, löst sich jedoch in konzentrierter Salzsäure mit Natriumperchlorat. In Gegenwart von Sauerstoff reagiert es mit Cyanidsalzen. Auch herkömmliche Oxidationsmittel wie Halogene und Sauerstoff bei hohen Temperaturen greifen es an, und es reagiert bei Atmosphärendruck direkt mit Schwefel unter Bildung von Iridiumdisulfid. Die beiden stabilen Isotope 191Ir und 193Ir kommen natürlicherweise mit Häufigkeiten von 37,3 % bzw. 62,7 % vor. Es sind 40 Radioisotope bekannt, mit Massenzahlen von 164 bis 205. Das stabilste Radioisotop ist 192Ir mit einer Halbwertszeit von 73,82 Tagen; es wird in der Brachytherapie und der industriellen Radiographie eingesetzt, insbesondere für die zerstörungsfreie Schweißnahtprüfung in der Öl- und Gasindustrie. Iridium-192-Quellen waren an mehreren radiologischen Unfällen beteiligt. Drei weitere Isotope – 188Ir, 189Ir und 190Ir – haben Halbwertszeiten von mindestens einem Tag. Isotope, die leichter als 191 sind, zerfallen durch β+-Zerfall, α-Zerfall oder seltenen Protonenzerfall; solche, die schwerer als 193 sind, zerfallen durch β−-Zerfall. 192Ir zerfällt hauptsächlich durch β+-Zerfall (95,24 %), der Rest durch Elektroneneinfang. Mindestens 32 metastabile Isomere mit Massenzahlen von 164 bis 197 wurden charakterisiert. Das stabilste ist 192m2Ir, das durch isomeren Übergang mit einer Halbwertszeit von 241 Jahren zerfällt – länger als jedes der Radioisotope von Iridium im Grundzustand. Das Isotop 191Ir zeigte als erstes einen Mößbauer-Effekt, was es für die Mößbauer-Spektroskopie in Physik, Chemie, Biochemie, Metallurgie und Mineralogie wertvoll macht. Iridium bildet Verbindungen in Oxidationsstufen von −3 bis +9, wobei die häufigsten +1, +2, +3 und +4 sind. Gut charakterisierte Verbindungen im Zustand +6 umfassen IrF₆ und andere.