الإيريديوم: خصائص العنصر واستخداماته

الوصف

الإيريديوم معدن كثيف مقاوم للتآكل يشتهر بمظهره الأبيض الفضي وثباته الشديد. يُعتبر الإيريديوم أحد أندر المعادن على الأرض وأكثرها قيمة، حيث يُستخدم في التطبيقات الرئيسية في مكونات الطيران وشمعات الإشعال والتلامسات الكهربائية والعديد من السبائك الأخرى عالية القوة.

الإيريديوم العنصر

ينتمي الإيريديوم إلى مجموعة فلزات PGM، وهو أحد أندر العناصر في القشرة الأرضية. اكتشف عالم الكيمياء البريطاني سميثسون تينانت هذا العنصر في أوائل القرن التاسع عشر، ومنذ اكتشاف الإيريديوم من خامات البلاتين وهو يحظى باهتمام كبير من العلماء والصناعيين على حد سواء. يبلغ عدده الذري 77، في حين يبلغ وزنه الذري 192.217، مما يجعله سلعة ثمينة ولكنها نادرة. إن درجات الانصهار والغليان الكبيرة للإيريديوم، عند 2446 درجة مئوية و4130 درجة مئوية على التوالي، تجعل هذا العنصر قابلاً للتطبيق بشكل خاص في ظروف درجات الحرارة العالية والضغط العالي، ومن هنا دوره المستمر في العديد من التطورات التكنولوجية.

الخواص الكيميائية:

يتميز الإيريديوم بمجموعة من الخواص الكيميائية غير الشائعة إلى حد ما لمعظم المعادن. والجدير بالذكر أنه مقاوم للغاية للتآكل والأكسدة والتآكل. وحتى في أكثر البيئات تفاعلاً، يحتفظ الإيريديوم بسلامته الهيكلية بسبب طبيعته الخاملة. وتنبع هذه المقاومة للتدهور مباشرةً من حقيقة أنه يمكن أن يدعم حالتي أكسدة مستقرتين، +3 و+4، داخل عدد من مركباته. وبسبب هذا الاستقرار، يتمتع الإيريديوم باستخدام واسع النطاق في العمليات الحفازة، وخاصة تلك التي تتطلب أن يقف المعدن أو يعمل في ظروف حمضية أو في درجات حرارة عالية.

ويُعد الخمول الكيميائي للإيريديوم جانبًا آخر يجعل هذا المعدن مفيدًا في التطبيقات التي يتلامس فيها مع المواد الكيميائية العدوانية، على سبيل المثال، حمض الكبريتيك أو حمض النيتريك. وهذا بدوره شرط أساسي لتصنيع الأجزاء المقاومة للتآكل المستخدمة في الصناعات الكيميائية والصيدلانية. كما أن مقاومته البارزة للأكسدة في درجات الحرارة العالية تزيد من دوره في التطبيقات المتعلقة بالطاقة.

الخواص الفيزيائية:

الخصائص الفيزيائية تجعل الإيريديوم أحد أقوى العناصر في الجدول الدوري. وتبلغ كثافته حوالي 22.56 جم/سم مكعب، أي ضعف كثافة الرصاص تقريباً، وتسهم هذه الكثافة العالية في متانته الرائعة. ويتميز الإيريديوم بدرجة انصهار عالية تبلغ 2446 درجة مئوية؛ وقدرته على الحفاظ على قوته في درجات الحرارة القصوى تعني أن له العديد من التطبيقات الصناعية المهمة التي تحتاج فيها المواد إلى الحفاظ على الأداء تحت ضغط حراري مرتفع.

وبالإضافة إلى درجة انصهاره العالية بشكل ملحوظ، فإن الإيريديوم شديد الصلابة ومقاوم للتآكل. وهذا يجعله مفيدًا جدًا في التطبيقات التي تتعرض فيها الأجزاء الميكانيكية للتآكل المتكرر. وسواء استُخدم في شمعات الإشعال للمحركات عالية الأداء أو في التطبيقات الفضائية، فإن متانة الإيريديوم تعني أنه يعمل بشكل موثوق في ظل ظروف صعبة.

لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الاستخدامات الشائعة:

يتميز الإيريديوم بخصائص فيزيائية وكيميائية فائقة، مما يجعله لا غنى عنه في مجموعة واسعة من التطبيقات عالية الأداء.

1- شمعات الإشعال: يُستخدم الإيريديوم لتصنيع شمعات الإشعال لمحركات الطائرات ومحركات السيارات عالية السرعة والتطبيقات عالية الأداء ذات الصلة لأن توصيلها الكهربائي الممتاز ومقاومتها الجيدة للتدهور الحراري يجعلها تؤدي أداءً جيداً في المحركات في الظروف القاسية.

2. الفضاء الجوي: الإيريديوم قادر على العمل في درجات حرارة عالية للغاية وبالتالي يوجد في الفوهات والأقطاب الكهربائية والمكونات الأساسية الأخرى في صناعة الطيران. وتشمل هذه الأجزاء في المركبات الفضائية التي يجب أن تعمل في الفضاء والمحركات في الطائرات التي تعمل في درجات حرارة عالية للغاية.

3. السبائك عالية القوة: يتم دمج الإيريديوم مع معادن أخرى لصنع سبائك عالية القوة تستخدم في التطبيقات التي تتعرض فيها الأجزاء الميكانيكية لضغط عالٍ، مثل شفرات التوربينات والأجهزة الطبية والمكونات الحرجة الأخرى. وتعزز مقاومته الممتازة للتآكل من طول عمر هذه السبائك وموثوقيتها.

4. الأدوات العلمية: يستخدم الإيريديوم في صناعة الأدوات والمعدات العلمية التي تحتاج إلى مقاومة درجات الحرارة العالية والبيئات المسببة للتآكل. ويشمل ذلك على سبيل المثال المزدوجات الحرارية وأنابيب التفريغ وغيرها من الأدوات عالية التقنية المرتبطة بالأبحاث في مجالات الفيزياء والكيمياء وعلوم المواد.

5. التلامسات الكهربائية والطلاءات: تجعل قوة الإيريديوم وموصلية الإيريديوم الكهربائية منه مادة مثالية للتلامس الكهربائي والطلاءات الكهربائية. وتُستخدم في العديد من الأجهزة الإلكترونية التي تتراوح بين المفاعلات النووية والدوائر الكهربائية عالية الطاقة.

6. المحفزات: يُستخدم الإيريديوم كعامل حفاز في العديد من العمليات الكيميائية، خاصة في تفاعلات الهدرجة. كما أن خموله وثباته في ظروف الضغط العالي ودرجات الحرارة المرتفعة تجعله عاملًا حفازًا فعالاً في إنتاج المواد الكيميائية الدقيقة والمستحضرات الصيدلانية والمنتجات البتروكيميائية.

قراءة ذات صلة: 5 استخدامات شائعة للإيريديوم

طرق التحضير:

يُستخرج الإيريديوم في المقام الأول كمنتج ثانوي لتعدين البلاتين؛ وبالتالي، فإن الإمدادات محدودة. في هذه العملية، يتم تعدين المعادن الثمينة مثل البلاتين والبلاديوم والروديوم. ويتم فصل الإيريديوم عن طريق إجراءات كيميائية معقدة مختلفة، بما في ذلك الاستخلاص بالمذيبات والترسيب الكيميائي وتقنيات التكرير في درجات حرارة عالية. ونظراً لندرته وتعقيد عملية استخلاصه، فإن إنتاج الإيريديوم أغلى عموماً من العديد من المعادن الأخرى.

ويستلزم الاستخلاص معدات خاصة وظروف ضغط ودرجة حرارة عالية للوصول إلى النقاء المطلوب. بعد التنقية، يُستخدم الإيريديوم في تصنيع عدد من المنتجات الصناعية عالية القيمة، بما في ذلك بعض السبائك والمكونات المستخدمة في الإلكترونيات والفضاء وغيرها من التقنيات المتقدمة.

الأسئلة المتداولة:

1. ما الذي يجعل الإيريديوم ذا قيمة كبيرة في التطبيقات الصناعية؟

نظراً لمقاومة الإيريديوم الكبيرة للتآكل والأكسدة، بالإضافة إلى درجة انصهاره وكثافته العالية جداً، يصبح مادة مثالية للصناعات التي تنطوي على ظروف قاسية، كما هو الحال في تطبيقات الفضاء والسيارات والتطبيقات الإلكترونية.

2. كيف يتم استخراج الإيريديوم؟

يتم الحصول على الإيريديوم كمنتج ثانوي للتعدين الذي يتم إجراؤه لإنتاج البلاتين. ويؤدي تكرير خامات فلزات مجموعة البلاتين في درجات حرارة عالية جداً باستخدام عمليات كيميائية محددة إلى فصل الإيريديوم.

3. ما هي بعض التطبيقات الشائعة للإيريديوم؟

يُستخدَم الإيريديوم في شمعات الإشعال والسبائك عالية القوة والأدوات العلمية والتلامسات الكهربائية والطلاءات وكعامل حفاز في عمليات كيميائية مختلفة.

4. لماذا يُعَدُّ الإيريديوم أحد أندر العناصر؟

يُعتبر الإيريديوم عنصراً نادراً بسبب انخفاض تركيزه في القشرة الأرضية وصعوبة استخراجه وعمليات تكريره التي تتطلب موارد كثيفة.

5. كيف تساهم الخواص الفيزيائية للإيريديوم في الاستخدامات الصناعية للعنصر؟

إن كثافة الإيريديوم العالية ومقاومته للتآكل ونقطة انصهاره العالية وقوته في درجات الحرارة المرتفعة تجعله لا غنى عنه في التطبيقات عالية الأداء التي تتطلب المتانة والدقة والموثوقية.