Iridium
Cet article concerne l'élément chimique, le corps simple et les composés de combinaison. Pour les autres significations, voirIridium (homonymie).
L'iridiumest l'élément chimiquedenuméro atomique77, de symbole Ir.
Généralité sur l'élément et histoire
modifierL'élément est considéré, du fait de soncorps simple,comme unplatinoïde,dans lafamilledesmétaux de transition.
L'iridium a été découvert en1803parSmithson TennantàLondres,Angleterre,en même temps que l'osmiumdans les résidus (osmiure d'iridium) de la dissolution du platine et des minerais de platine dans de l'eau régale.Pour récupérer le platinoïde osmium, le procédé de l'époque avait utilisé l'oxydation aucreusetde grand feu, de façon à obtenir une matière pulvérulente, attaquable par l'eau régale à l'ébullition, puis l'addition d'ammoniaqueavait permis de libérer par évaporation jusqu'à sec l'acide osmiqueou letétroxyde d'osmium.
Le dernier résidu expurgé de l'essentiel de l'osmium contient alors des composés d'iridium, et accessoirement derhodiumet deruthénium.Repris par de l'eau chaude, il forme une « liqueur jaune ». L'ajout du sel d'ammoniac,chlorure d'ammoniumnaturel ousalmiacen excès permet de précipiter un « métal platinoïde » sous forme de chlorure. En réalité, l'essentiel du rhodium reste en solution, alors que l'iridium et le ruthénium éventuel, voire les restes de platine et de rhodium, précipitent sous forme de doubleschlorures.Leprécipitéest réduit au rouge par un balayage de gazdihydrogène.L'éponge demétalloïdeest fondue avec duplomb.Le plomb fondu solubilise les traces de rhodium et de platine. L'iridium et le ruthénium cristallisent sous forme de cristaux bien visibles, et normalement différents par leur structure cristalline malgré l'existence d'alliages possibles. Les cristaux métalliques peuvent être chauffés au creuset d'argent avec un mélange d'alcalis fondus, à base depotasseKOH et denitrate de potassiumounitreKNO3.Le lavage à l'eau permet de dissoudre leruthéniate de potassiumjaune et de ne garder que l'oxyde d'iridiumcomme résultat de la préparation. Une réduction rapide par exemple un balayage de gaz dihydrogène permet d'obtenir de l'iridium purifié.
Son nom vient du latinirissignifiant «arc-en-ciel», à cause de ses composés qui sont très colorés. Le terme gréco-latin ou anglais savant iridium n'apparaît en français qu'en 1805, dans les rapports descriptifs desAnnales de Chimie.
Un alliage de 10 % d'iridium et de 90 % de platine a été utilisé comme matériau pour lesétalonsdumètreet dukilogramme,conservés par leBureau international des poids et mesuresàSèvres,près deParis,France.
L'adjectifiridiéqualifie une matière quelconque, mais le plus souvent un alliage métallique, qui contient de l'iridium en quantité non négligeable, par exemple le platine iridié (évoqué ci-dessus) ou encore l'awaruiteiridiée.
Isotopes
modifierL'iridium naturel est composé de deux isotopes observés stables,191Ir (37,3 %) et193Ir (62,7 %)[6].
On connaît 37radioisotopesde l'iridium, avec desnombres de masseallant de 164 à 202[6].
- Le plus stable est192Ir avec unedemi-viede 73,827 jours et uneénergie moyenne de380keV[Quoi?].Il se désintègre en192Pt,essentiellement.
- Trois autres ont une demi-vie dépassant un jour:188Ir,189Ir et190Ir.
- Les isotopes dont le nombre de masse est inférieur à 191 se désintègrent par une combinaison de désintégrationsβ+,αet (plus rarement)p,à l'exception de189Ir qui se désintègre parcapture électronique.
- Les isotopes dont le nombre de masse est supérieur à 191 (tous synthétiques) se désintègrent pardésintégration β−(192Ir se désintègre aussi, mais de façon mineure, parcapture électronique).
L'isotope192Ir est utilisé encuriethérapie.
Occurrence naturelle
modifierL'iridium se trouve dans la nature sous forme d'iridium natif,parfois comme composant notable duplatine natifou l'osmium natif.
Parmi lesalliagesnaturels, avec divers platinoïdes et d'autres métaux de la même famille, les plus connus avec l'osmium, sont l'iridosmine et l'osmiridium[7].Les mélanges isomorphes d'iridium et d'osmium avec d'autres platinoïdes constituent la principale matière première de ces deux métaux.
Il figure en quantité non négligeable dans les gisements secondaires d'or natifet de platine natif.
De naturesidérophile,il est très rare, voire souvent quasiment absent de la surface de laTerreavec unclarkede l'ordre de 0,001g/tou 0,001ppmdans la croûte terrestre.
Mais il n'est pas absent desmétéoritesmétalliques,typemétéorite de fer.La présence d'iridium à la limite des couches géologiquesCrétacé-Tertiaireest un élément essentiel appuyant la théorie d'un impact météoritique (peut-être celui ducratère de Chicxulub) à l'origine de l'extinction du Crétacé,dont celle desdinosauresnon aviens.
Lalimite K-T,marquant la frontière temporelle entre les ères du secondaire (période duCrétacé) et dutertiaire(période du Paléogène), a été identifiée par une finestrated'argile riche en iridium.
Selon de nombreux scientifiques, tels que les AméricainsLuis Alvarezet son fils,Walter,qui sont à l'origine de la théorie de l'extinction des dinosaures provoquée par une collision entre la Terre et unastéroïdegéant, cet iridium a une origine extraterrestre, apporté par un astéroïde ou unecomètequi aurait frappé la Terre près de ce qui est maintenant la péninsule duYucatan,auMexique.
Selon d’autres, tels queDewey M. McLeandu Virginia Polytechnic Institute, cet iridium a une origine volcanique. En effet, lenoyau terrestreen est riche, et lepiton de la FournaisedeLa Réunionpar exemple en relâche encore aujourd'hui.
Il est récupéré commercialement comme unsous-produitdes mines denickel.
Corps simple, chimie de l'élément Ir et ses combinaisons
modifier
Le corps simple est unmétallourd qualifié deplatinoïdepour son analogie avec le platine. Il est dur, dense, cassant et d'aspect blanc argenté ou blanc grisâtre à lustre métallique. Il est très résistant à lacorrosion.Laréflectancelumineuse de ce métal pur n'est dépassée que par celle de l'argent.
Caractéristiques physiques et chimiques du corps simple
modifierL'iridium ressemble surtout aurhodiumblanc et au platine blanc très brillant, sans être toutefois malléable. Il s'en distingue avec une légère touche jaunâtre ou grisâtre. Il s'agit d'un cristal cubique compact, type cubique à faces centrées, ce qui explique pourquoi l’iridium a une densité très élevée: il est le2eplus dense corps simple (naturel) après l'osmium.Sa densité est de 22,56.
Du fait de sa dureté et son inélasticité, quoique certains échantillons d'iridium natifs, légèrement alliés, soient relativement malléables, il est difficile à usiner, à mettre en forme ou à travailler. Lepoint de fusionest très élevé, bien plus que celui du platine, au-delà de2 400°C.Il fond au chalumeau oxyhydrique. Ilrocheà l'instar du platine[8].
La plage liquide est importante, couvrant presque2 000°Ccar il ne bout qu'au-delà de4 400°C.
L'iridium est un des métaux connus les plus résistants à la corrosion. Il est très peu réactif chimiquement, il n'est nullement attaqué par l'ozoneà température ambiante. Bien plus que l'osmium,il peut en un sens large être qualifié demétal réfractaire.Ses alliages avec le platine sont très peu sensibles aux déformations thermiques. Les alliages avec le platine et le palladium sont d'une dureté remarquable.
Il est insoluble dans l'eau. Il ne peut être attaqué par lesacidesforts ni les bases fortes à l'état compact comme à l'état divisé. Sous forme fissurée (plus lentement sous forme compacte) et surtout de poudre fine facilement obtenue par broyage, il est soluble dans l'eau régaleà chaud.
Il peut être solubilisé par des sels en fusion, tels que lechlorure de sodium(NaCl) et lecyanure de sodium(NaCN) ou encore un mélange de potasse fondue (KOH et K2CO3).
Un mélange d'iridium et dechlorure de sodium(Ir, NaCl) chauffé au rouge vif sous un courant dedichloreréagit, comme l'avait remarqueFriedrich Wöhleret donne duchlorure d'iridium(II).
- (Ir, NaCl)mélange porté au rouge vif+ Cl2gaz→ IrCl2poudre colorée soluble dans l'eau (rouge foncé)+ NaClgaz
Applications du corps simple et de ses alliages
modifierIl est utilisé dans lesalliagesà haute résistance et pouvant supporter de hautes températures. Parmi les éléments connus, l'iridium est le plus résistant à lacorrosion.
L'iridium est utilisé dans des dispositifs devant supporter de hautes températures, dans les contacts électriques et comme agent durcissant du platine ou dans ses alliages.
L'iridium est principalement utilisé en métallurgie comme agent durcissant dans les alliages très stables de platine. Leplatine iridiéétait la matière du mètre étalon. Il était encore, jusqu'en2019,une mesure concrète par le prototype du kilogramme, oukilogramme étalon.
Voici d'autres utilisations de l'iridium et surtout de ces divers alliages:
- les pièces et ustensiles scientifiques, comme lescreusetsetspatulesd'analyse chimique,lesaiguilles hypodermiques,lesthermocouplesélectriques et les équipements supportant des hautes températures;
- les contacts électriques, dont les contacteurs techniques et notamment lesbougiesdesmoteurs à allumage commandé,en particulier les électrodes de bougies de moteur d'avions.
Parfois en alliage complémentaire avec l'osmium,ils sont présents dans les pointes deplume métalliqueou destylo-plumeet dans les assises et pivots d'instruments de précision, comme les paliers deboussole(support d'aiguilles aimantées), dans les systèmes d'injection deréacteurs chimiques.
Chimie de l'iridium et principales combinaisons
modifierChauffé au rouge, vers600°C,sous un flux d'oxygène,l'iridium donne ledioxyde d'iridiumqui se dissocie au-delà de1 140°C.
- Irsolide cristal, en poudre, chauffée au rouge+ O2gaz→ IrO2poudre ou masse solide noire
- IrO2poudre chauffée vers1 200°C→ Irsolide cristal+ O2gaz
Il existe le dioxyde d'iridium anhydre IrO2noir, mais aussi le dioxyde d'iridium dihydraté IrO2.H2Obleu indigo, ce dernier redonnant une poudre anhydre noire par chauffage. Il existe aussi l'oxyde d'iridium(III)ou sesquioxyde d'iridium, Ir203.
L'iridium réagit également avec leshalogènesà chaud. L'attaque de l'iridium par lefluorest exceptionnellement facile, comparée à la résistance des autres platinoïdes nécessitant des températures d'au moins300°C:
- Irsolide cristal+ 2 F2gaz→ IrF4
Elle peut d'ailleurs se poursuivre en obtenant IrF6.
L'attaque du dichlore nécessite de hautes températures, au-delà d'un simple chauffage au rouge. Il est possible d'obtenir le trichlorure d'iridium ou le tétrachlorure d'iridium, mais aussi lemonochlorureet le dichlorure d'iridium.
- Irsolide cristal, en poudre, chauffée au rouge+ 2 Cl2gaz→ IrCl4
Sa chimie se caractérise par les degrés d'oxydation principaux -II, -I, III et IV. Laliste globaleest plus complexe.
Il existe ainsi les chlorures d'iridium(II, III et IV), les bromures d'iridium(II, III et IV), les fluorures d'iridium(III, IV, V et VI), les iodures d'iridium(II, III et IV).
Il y a aussi le sulfure d'iridium(II et IV), le séléniure d'iridium(III), le tellurure d'iridium(III).
Il existe aussi des complexes organométalliques avec Ir(VI) ou Ir(III), par exemple avec l'acétylacétone.
Analyse
modifierLa détection chimique est parfois coûteuse, requérant des quantités appréciables de produit rare. Les méthodes physiques sont communément utilisées, comme le spectre d'émission UV (avec les raies caractéristiques à 322,08nmet 351,36nm) et/ou lafluorescence Xparfois susceptible de discriminer avec un logiciel performant un mélange de platinoïdes complexes à environ10ppm.
Risques et toxicologie
modifierL'iridium sous sa forme métallique n’est généralement pas toxique du fait de sa non-réactivité chimique, mais ses composés doivent être considérés comme hautement toxiques.
Notes et références
modifier- (en)David R. Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics,CRC Press Inc,,90eéd.,2804p.,Relié(ISBN978-1-420-09084-0)
- (en)Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez,«Covalent radii revisited»,Dalton Transactions,,p.2832 - 2838(DOI10.1039/b801115j)
- (en)David R. Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics,CRC,,89eéd.,p.10-203
- Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
- Entrée « Iridium, powder » dans la base de données de produits chimiquesGESTISde la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand,anglais), accès le 30 juin 2018(JavaScript nécessaire)
- Georges Audi, Olivier Bersillon, Jean Blachot etAaldert Hendrik Wapstra(en),«The NUBASEevaluation of nuclear and decay properties»,Nuclear Physics A,vol.729,,p.3-128(DOI10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001).
- (en)J.Emsley,Nature's Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements,Oxford, Angleterre,Oxford University Press,,201–204p.(ISBN0-19-850340-7),« Iridium »
- Il cloque, mousse et forme des cloques en se solidifiant.
Voir aussi
modifierBibliographie
modifier- Alain Foucault, Jean-François Raoult, Fabrizio Cecca et Bernard Platevoet,Dictionnaire de Géologie,5eéd.,édition Dunod, 2014, 416p.Avec la simple entrée « iridium ».
- PaulPascal,Nouveau traité de chimie minérale,Paris, Masson,(réimpr.1966), 32 vol.
« 19. Ruthénium, osmium, rhodium, iridium, palladium, platine; 20.1. Alliages métalliques; 20.2. Alliages métalliques (suite); 20.3 Alliages métalliques (suite) »
Articles connexes
modifier- Analyse Ir aprèsfusion au peroxyde
- Catalyseur de Crabtree
- Catalyseur à base Ir pour la décomposition duMonergol,pour lacarbonylation
- Catalyseur Pt Rh Ir pour leprocédé Andrussow
- Complexe de Vaska
- Complexe igné du Bushveld
- Cratère de Chicxulub(teneur anormale en Ir à la suite d'une collision météoritique)
- Dodécacarbonyle de tétrairidium
- Éléments du bloc d
- Éléments du groupe 9
- Éléments de la période 6
- Groupe du platine
- Iridium natif
- Isotopes de l'iridium
- Métal noble
- Osmiridium
- Procédé Cativa
Liens externes
modifier- (en)Images de l'iridium sous différentes formes,surperiodictable.com
- (en)«Technical data for Iridium»(consulté le),avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||||||||||||||||
| 1 | H | He | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | |||||||||||||||||||||||||
| 3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||
| 4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | |||||||||||||||
| 5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | |||||||||||||||
| 6 | Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | |
| 7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | |
| 8 | 119 | 120 | * | ||||||||||||||||||||||||||||||
| * | 121 | 122 | 123 | 124 | 125 | 126 | 127 | 128 | 129 | 130 | 131 | 132 | 133 | 134 | 135 | 136 | 137 | 138 | 139 | 140 | 141 | 142 | |||||||||||
| Métaux alcalins | Métaux alcalino-terreux | Lanthanides | Métaux de transition | Métaux pauvres | Métalloïdes | Non-métaux | Halogènes | Gaz nobles | Éléments non classés |
| Actinides | |||||||||
| Superactinides |
