Els empèdocles moderns – Smithson Tennant (1803) i l’element 77 (Ir) – iridi (nilseptisepti, Nss)

Amb les sis franges vermella, taronja, groga, verda, blava i morada, la bandera de l’arc del cel, de l’arc Iris pels pagans i de l’arc de Sant Martí per als cristians, ha onejat les passades setmanes amb motiu del 28 de Juny i de la reivindicació LGBTI (l’inicialisme inclusiu de lesbianes, gais, bisexuals, transgèneres i intersexuals) contra la cisheteronormativitat. El disseny originari de Gilbert Baker (1978) era de vuit franges: el rosa de la sexualitat, el vermell de la vida, el taronja del guariment, el groc de la llum solar, el verd de la natura, el blau turquesa de la màgia i de l’art, el blau anyil de la serenor i l’harmonia, i el morat de l’esperit. El rosa va caure aviat, mentre que les franges turquesa i anyil es fongueren en la blava. La bandera de l’arc del cel ja havia estat emprada pel moviment pacifista italià del 1961. Amb aquesta finalitat fou popularitzada en el 2002 en la campanya “Pace da tutti i balconi”, que també fou seguida a Barcelona, amb una bandera de set franges (habitualment, morat, blau marí, blau cel, verd, groc, taronga i vermell) amb la inscripció “PACE” en lletres blanques. Fins i tot si ens remuntem més en el temps, ens trobarem amb la bandera alçada en 1913 per James William van Kirk, la “Bandera de la Terra”. Aquestes representacions de l’arc del cel contrasten amb l’arc del cel, veritable, on la transició de color a color és esmortida, progressiva, quantitativa. Al llarg d’aquesta sèrie hem vist com les interrupcions d’aquest espectre, les bandes d’absorció, constitueixen una informació química fonamental. N’hi ha prou amb veure, per exemple, el capítol 24 del “Crash Course Astronomy” de Phil Plait, per adonar-se de com de fonamentals són les línies espectrals, d’emissió i absorció, per al desenvolupament de l’astrofísica i de l’astroquímica. Com a fenomen meteorològic, l’arc del cel és provocat per la reflexió, refracció i dispersió de la llum per gotes d’aigua. Apareix en aquelles condicions “on plou i fa sol” (i les bruixes es pentinen, i les bruixes van de dol), sempre que es compleixin també una sèrie de relacions entre la llum solar i els núvols de pluja, que en determinaran alhora l’amplitud, claredat i persistència. L’Arc del Cel, segons la mitologia jueva, fou fet per la Divinitat, “el signe de l’aliança que faig amb vosaltres els humans, i amb tots els éssers vius que us envolten, per totes les generacions i per sempre”. Cada vegada que reapareix, és un senyal que Déu recorda “l’aliança perpètua, la meva aliança, la que hi ha entre Déu i tots els vivents”. Iris, la d’Ales Daurades, la de Peus Lleugers, la companya de la Rosada, la filla del Meravellós, és, segons la mitologia grega, la que du l’Arc del Cel, també com a símbol de l’aliança entre déus i humans. La mitologia cristiana, finalment, ens parla de l’Arc de Sant Martí, convocat per qui fou bisbe de Tours, desafiat pel Dimoni. El fenomen de la iridescència o goniocromisme el trobem en superfícies que sembla que canviïn de colors segons l’angle amb el qual són il•luminades, un exemple de coloració estructural, on la raó del color no són pas pigments químics, sinó l’estructuració física, que interfereix amb la llum visible, refractant-la o dispersant-la. Nosaltres, així, arribem al nombre 77 de la nostra sèrie.

La gota de pluja descompon la llum blanca en un espectre de colors, precisament perquè la llum vermella és refractada a un angle inferior a la llum taronja, i aquesta a un angle inferior de la groga, etc.

Smithson Tennant i la descoberta de l’iridi

Smithson Tennant

Smithson Tennant i William Hyde Wollaston, com hem vist en diversos capítols anteriors, havien esdevingut primeres figures a Anglaterra en la recerca sobre els minerals de platí i el refinament d’aquest metall essencialment sud-americà, de propietats tan prometedores. Encara que algunes recerques i metodologies les guardaren en secret, relacionades amb els negocis que duien de manera individual o associada, les que tenien a veure amb aspectes bàsics les publicaren i compartiren amb col•legues britànics i del continent. Aquest fou el cas dels metalls minoritaris, associats al platí, i de propietats similars, que anaven identificant.

La “platina”, el mineral de platí, donava lloc, en dissoldre-la amb aigua règia, a un residu insoluble i fosc. Aquest residu fou estudiat per científics de l’altra banda del Canal, com Joseph-Louis Proust, Victor Collet-Descotils, Antoine François de Fourcroy o Louis Nicolas Vauquelin. Proust suposà que es tractava de grafit, però no hi aprofundí.

En experiments fets en el 1803, Smithson Tennant sotmeté aquest residu fosc a cicles d’atac alcalí i àcid. Com havia fet Vauquelin, obtingué una substància olorosa. Seguint aquest rastre, Tennant identificà un nou metall al qual donà com a nom “osmi”.

Una altra fracció del residu negre, donava lloc un cristalls de color vermell fosc. El tractament d’aquests cristalls amb sosa càustica o amb àcid muriàtic, en diferents condicions, donava lloc a tot un ventall de sals de colors vius. Tennant sospitava que aquestes eren les sals d’un element metàl•lic i, per raó del color, denominà el metall amb el nom d’iridi (iridium), en record d’ Ἶρις, la dea que, especialment en la Ilíada, fa de missatgera dels déus olímpics, un dels símbols de la qual és l’arc del cel del qual hem parlat en la introducció.

Diverses solucions de diferents compostos d’iridi, en una imatge comercial de IEN. La rica coloració motivà Tennant a batejar aquest element amb el nom de la dea de l’arc del cel

La comunicació de la descoberta de l’osmi i de l’iridi, Tennant la va fer en una lectura a la Royal Society del 21 de juny del 1804, titulada “Sobre dos metalls trobats en la pols negra que roman després de la solució de la platina”.

L’acceptació de l’iridi i d’altres platinoids com a elements demanà un temps. En el 1808, John Dalton no els consigna com a substàncies primàries a “New System of Chemical Philosophy”. Sí que ho fa Berzelius en el 1813 en una taula de símbols químics, en el qual l’iridi (iridium) és simbolitzat amb la lletra “I”.

Tennant, Wollaston i d’altres investigadors havien treballat bàsicament amb sals d’iridi, i no havien obtingut més que iridi amb un fort contingut d’impureses. Les característiques fonamentals de l’iridi l’evidenciaven com un metall ben difícil de treball, degut al seu elevat punt de fusió. John George Children (1777-1852) fou el primer a aconseguir fondre iridi metàl•lic, emprant la bateria galvànica més gran que s’havia construït.

Els símbols químics de Berzelius s’acabarien per imposar. El cas de l’iridi es complicà quan el iode fou acceptat com a element. En la literatura alemanya, hom servà encara el símbol “I” per a l’iridi, emprant el símbol “J” per al iode. Però l’ús posterior desterraria la lletra “J” (però no pas la “U”) dels símbols químics. L’iridi passà a representar-se amb el símbol “Ir”, fins i tot a Alemanya, on el símbol “J” encara és utilitzat de manera residual com a símbol del iode. El nom d’iridi (amb adaptacions fonètiques i gràfiques en les diferents llengües) i el símbol Ir són avui universals.

Com a metall preciós i refractari, l’iridi va rebre les primeres aplicacions, limitades això sí per les dificultats de treballar-lo i, particularment, de fondre’l. En el 1834, John Isaac Hawkins (1772-1855) fabricà una ploma estilogràfica d’or amb punta d’iridi. La punta d’iridi oferia una major durabilitat i qualitat d’escriptura. Un disseny més popular, de ploma de platí amb punta d’iridi el va comercialitzar al preu d’una guinea.

Des del 1837, la companyia de Johnson Matthey feia servir el fòsfor per aconseguir la fusió d’iridi.

En el 1842, Robert Hare (1781-1858) aconseguí d’obtindre iridi d’alta puresa. Va poder determinar algunes propietats bàsiques amb precisió (densitat de 21,8 equivalents d’aigua). Tal com s’esperava, es tractava d’un metall gens mal•leable i molt dur.

Una altra aplicació primerenca de l’iridi fou l’ús com a pigment. L’iridi metàl•lic, finament dividit, fou utilitzat, amb el nom de “negre d’iridi” en porcellana ja en els anys 1850.

En el 1860, Henri Étienne Sainte-Claire Deville (1818-1881) i Jules Henry Debray (1827-1888) aconseguiren l’obtenció d’una quantitat notable d’iridi líquid. Per cada quilogram d’iridi fos van haver d’emprar més de 300 litres d’oxigen pur com a comburent.

Les característiques comunes dels platinoids, tot i ésser elements diferents, van contribuir als intents de sistematitzar el nombre creixent d’elements químics. John Newlands, en el 1865, formulava una llei d’octaus, en la qual platí i iridi compartien casella (la número 50) situats en el grup de l’hidrogen.

En la taula periòdica de Mendeleev del 1869, l’iridi (Ir = 198) és consignat en el sisè període, en el grup del ferro (quart període) i del ruteni (cinquè període). La taula del 1871, més compacta, agrupa aquests metalls i d’altres en el grup VIII, de manera que l’iridi passà a compartir casella, en el període 10, amb l’osmi, el platí i l’or (“Os = 195, Ir = 197, Pt = 198, Au = 199”).

Més enllà dels fabricants de plomes estilogràfiques, la fusió de l’iridi també era investigada pels metròlegs. En el 1874, hom assajava (gravat) diversos aliatges de platí i iridi per tal de construir prototips internacionals del metre i del quilogram

En el 1880, el fabricant de plomes John Holland (1838-1917) i el químic William Lofland Dudley (1859-1914) patentaren als Estats Units un mètode de fusió d’iridi basat en l’addició de fòsfor. La patent fou contestada per Johnson Matthey, però la casa Holland se’n beneficià realment de la nova metodologia en la seva producció.

Ploma estilogràfica de punta d’iridi. Des dels anys 1830, les puntes d’iridi muntades en or gaudiren de gran prestigi. En el 1944, però, la Parker 51 utilitzava un aliatge de ruteni i d’iridi, en el qual aquest darrera era reduït al 3,8%. El nom de punta d’iridi es mantingué, si bé els aliatges actuals l’utilitzen en molt poca proporció o en no gens, en haver estat desplaçat pel tungstè.

L’Oficina Internacional de Pesos i Mesures seleccionà un aliatge del 90% de platí i del 10% d’iridi per a la construcció dels prototips internacionals del metre i del quilogram. La definició física del metre s’havia basat en la deu-mil•lèsima part del meridià terrestre (del Pol a l’Equador). Alhora, la definició del quilogram es basava en la massa d’un volum d’aigua d’un decímetre cúbic. A partir de les definicions físiques hom construí el metre-patró, consistent en una barra d’aquell aliatge amb secció en forma d’X, i el quilogram-patró, consistent en una massa del mateix aliatge (1889). El metre seria redefinit de manera independent d’acord amb un criteri físic (aquesta vegada, electromagnètic) en el 1960. El prototip internacional del quilogram del 1889 encara conserva poder definitori, si bé hom treballa activament per una definició física.

Noves aportacions a la taula periòdica, retornaren l’iridi al sisè període, ara situat ja en el grup del cobalt i del rodi. La massa atòmica fou reduïda a 192, i el nombre atòmic fou determinat en 77.

En el 1933, Otto Feussner (1890-1934) emprà un aliatge d’iridi i ruteni per construir un termoparell, capaç de superar el record de mesura de la temperatura d’aire, arribant a 2000ºC.

En el 1957, Rudolf Mössbauer (1929-2011) fonamentà el seu treball de tesi en la mesura de la fluorescència nuclear de raigs gamma en iridi-191 (Mössbauer, 1958). La descoberta de l’absorció i l’emissió ressonant i sense retrocés de raigs gamma per aquestes mostres de metall monoisotòpic tingué tan gran impacte, que Mössbauer va rebre el Premi Nobel de Física en 1961.

Luis Walter Alvarez (1911-1988) i el seu fill Walter Alvarez (1940-), retratats a Gubbio, Itàlia. Alvarez fill té la mà dreta recolzada en un dels darrers estrats cretàcics (secundaris) mentre Alvarez pare té la mà esquerra damunt d’un dels primers estrats terciaris (cenozoics).

En el 1980, Luis W. Alvarez, Walter Alvarez, Frank Asaro i Helen V. Michel publicaren a Science un famós article titulat “Extraterrestrial Cause for the Cretaceous-Tertiary Extinction”. L’article recollia recerques sobre la transició entre el cretàcic i el terciari, moment d’una gran extinció massiva, i la més icònica doncs fou la que s’endugué per sempre les darreres i més espectaculars espècies de grans dinosaures, bo i assenyalant la transició del Mesozoic (l’Era dels Dinosaures) al Cenozoic (l’Era dels Mamífers). Alvarez et al. havien recollit mostres de formacions calcàries d’Itàlia, Dinamarca i Nova Zelanda corresponents a aquesta transició. La concentració d’iridi corresponent a aquesta transició mostrava una multiplicació per 20 en els materials nova-zelandesos, de 30 en el materials italians i de 160 en els materials danesos. Com hem vist, els platinoids són metalls extraordinàriament rars ja que, degut a la seva siderofília, foren segrestats en el nucli planetari en el procés de diferenciació de la Terra. La presència de platinoids en l’escorça pot ser d’origen igni o d’impactes meteòrics. Una altra possibilitat era una aportació d’iridi procedent de materials ejectats per una supernova propera. Alvarez et al., però, s’orientaven per l’impacte d’un asteroide de 10 km de diàmetre. L’asteroide hauria aportat l’iridi, però alhora hauria generat un impacte enorme sobre l’atmosfera, amb una supressió considerable de la fotosíntesi. Aquesta hipòtesi ja havia estat formulada amb anterioritat, però ara es feia molt més quantificable a través de l’iridi present en la transició. Hom identificà anys després les restes del cràter a Chicxhulub (Yucatan). Des de llavors, autors com Paul Renne han gosat datar amb força precisió la data de l’impacte (fa 66.038.000±11.000 anys). Tot i així, l’enriquiment d’iridi en la transició també es podria explicar per augment notable de l’activitat volcànica.

L’iridi: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard de l’iridi és de 192,217 uma, que resulta de la mitjana ponderada dels dos isòtops naturals (193Ir i 191Ir). El llistat complet d’isòtops fa:
– iridi-164 (164Ir; 163,99220 uma). Nucli format per 77 protons i 87 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,001 s. Posseeix un estat metastable (164mIr) a 270 keV, que té una semivida de 9,4•10-5 s.
– iridi-165 (165Ir; 164,98752 uma). Nucli format per 77 protons i 88 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 10-6 s. Decau a osmi-164 (amb emissió d’un protó) o, rarament, a reni-161 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (165mIr) a 180 keV, que té una semivida de 3•10-4 s, i que decau bé a osmi-164 (87%) o a reni-161 (13%).
– iridi-166 (166Ir; 165,98582 uma). Nucli format per 77 protons i 89 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0105 s. Decau majoritàriament (93%) a reni-162 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (7%), a osmi-165 (amb emissió d’un protó). Posseeix un estat metastable (166mIr) a 172 keV, que té una semivida de 0,0151 s, i que decau bé a reni-162 (98,2%) o a osmi-165 (1,8%).
– iridi-167 (167Ir; 166,981665 uma). Nucli format per 77 protons i 90 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0352 s. Decau a reni-163 (48%; amb emissió d’un nucli d’heli-4), a osmi-166 (32%; amb emissió d’un protó) o a osmi-167 (20%; amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (167mIr) a 175,3 keV, que té una semivida de 0,03 s, i que decau a reni-163 (80%), a osmi-167 (20%) o a osmi-166 (0,4%).
– iridi-168 (168Ir; 167,97988 uma). Nucli format per 77 protons i 91 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,161 s. Decau normalment a reni-164 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, rarament, a osmi-168 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (168mIr) a 50 keV, que té una semivida de 0,125 s, i que decau a reni-164.
– iridi-169 (169Ir; 168,976295 uma). Nucli format per 77 protons i 92 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 0,78 s. Decau normalment a reni-165 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, rarament, a osmi-169 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (169mIr) a 154 keV, que té una semivida de 0,308 s, i que decau a reni-165 (72%) o a osmi-169 (28%).
– iridi-170 (170Ir; 169,97497 uma). Nucli format per 77 protons i 93 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,91 s. Decau majoritàriament (64%) a osmi-170 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (36%), a reni-166 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (170mIr) a 270 keV, que té una semivida de 0,44 s.
– iridi-171 (171Ir; 170,97163 uma). Nucli format per 77 protons i 94 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,6 s. Decau bé a reni-167 (58%; amb emissió d’un nucli d’heli-4) o bé a osmi-171 (42%; amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (171mIr) a 180 keV, que té una semivida de 1,4 s. Aquest isòtop fou detectat per primera vegada en el 2001.
– iridi-172 (172Ir; 171,97046 uma). Nucli format per 77 protons i 95 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,4 s. Decau majoritàriament (98%) a osmi-172 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (2%), a reni-168 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (172mIr) a 280 keV, que té una semivida de 2 s, i que decau bé a osmi-172 (77%) bé a reni-168 (23%).
– iridi-173 (173Ir; 172,967502 uma). Nucli format per 77 protons i 96 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 9 s. Decau majoritàriament (93%) a osmi-173 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (7%), a reni-169 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (173mIr) a 253 keV, que té una semivida de 2,2 s, i que decau a osmi-173 (88%) o a reni-169 (12%).
– iridi-174 (174Ir; 173,966861 uma). Nucli format per 77 protons i 97 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 7,9 s. Decau normalment (99,5%) a osmi-174 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,5%), a reni-170 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (174mIr) a 193 keV, que té una semivida de 4,9 s, i que decau bé a osmi-174 (99,53%) o a reni-170 (0,47%).
– iridi-175 (175Ir; 174,964113 uma). Nucli format per 77 protons i 98 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 9 s. Decau normalment (99,15%) a osmi-175 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,85%), a reni-171 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– iridi-176 (176Ir; 175,963649 uma). Nucli format per 77 protons i 99 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8,3 s. Decau normalment (97,9%) a osmi-176 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (2,1%), a reni-172 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– iridi-177 (177Ir; 176,961302 uma). Nucli format per 77 protons i 100 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 30 s. Decau normalment (99,94%) a osmi-177 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,06%), a reni´-173 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– iridi-178 (178Ir; 177,961082 uma). Nucli format per 77 protons i 101 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 12 s. Decau a osmi-178, amb emissió d’un positró.
– iridi-179 (179Ir; 178,959122 uma). Nucli format per 77 protons i 102 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 79 s. Decau a osmi-179, amb emissió d’un positró.
– iridi-180 (180Ir; 179,959229 uma). Nucli format per 77 protons i 103 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 90 s. Decau a osmi-180, amb emissió d’un positró.
– iridi-181 (181Ir; 180,958076 uma). Nucli format per 77 protons i 104 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 294 s (5 minuts). Decau a osmi-181, amb emissió d’un positró.
– iridi-182 (182Ir; 181,958076 uma). Nucli format per 77 protons i 105 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 900 s (15 minuts). Decau a osmi-182, amb emissió d’un positró.
– iridi-183 (183Ir; 182,956846 uma). Nucli format per 77 protons i 106 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3400 s (57 minuts). Decau majoritàriament (99,95%) a osmi-183 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,05%), a reni-179 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– iridi-184 (184Ir; 183,95748 uma). Nucli format per 77 protons i 107 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,11•104 s (3 hores). Decau a osmi-184, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 225,65 keV (184m1Ir; que té una semivida de 4,7•10-4 s) i un altre a 328,4 keV (184m2Ir; que té una semivida de 3,5•10-4 s).
– iridi-185 (185Ir; 184,95670 uma). Nucli format per 77 protons i 108 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,18•104 s (14 hores). Decau a osmi-185, amb emissió d’un positró.
– iridi-186 (186Ir; 185,957946 uma). Nucli format per 77 protons i 109 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,99•104 s (17 hores). Decau a osmi-186, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (186mIr) a 0,8 keV, que té una semivida de 6910 s, i que decau rarament a l’estat basal i normalment a osmi-186.
– iridi-187 (187Ir; 186,957363 uma). Nucli format per 77 protons i 110 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,78•104 s (11 hores). Decau a osmi-187, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 186,15 keV (187m1Ir; que té una semivida de 0,0303 s, i que decau a l’estat basal) i un altre a 433,81 keV (187m2Ir; que té una semivida de 1,52•10-7 s.
– iridi-188 (188Ir; 187,958853 uma). Nucli format per 77 protons i 111 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,49•105 s (42 hores). Decau a osmi-188, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (188mIr) a 970 keV, que té una semivida de 0,0042 s, i que decau a l’estat basal o, rarament, a osmi-188.
– iridi-189 (189Ir; 188,958719 uma). Nucli format per 77 protons i 112 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,14•106 s (13 dies). Decau a osmi-189, per captura electrònica. Posseeix dos estats metastables, un a 372,18 keV (189m1Ir; que té una semivida de 0,0133 s i que decau a l’estat basal) i un altre a 2333,3 keV (189m2Ir; que té una semivida de 0,0037 s).
– iridi-190 (190Ir; 189,9605460 uma). Nucli format per 77 protons i 113 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,018•106 s (12 dies). Decau a osmi-190, amb emissió d’un positró. Posseeix tres estats metastables, un a 26,1 keV (190m1Ir; que té una semivida de 4032 s i que decau a l’estat basal), un altre a 36,154 keV (190m2Ir; que té una semivida de 2•10-6 s) i un tercer a 376,4 keV (190m3Ir; que té una semivida de 1,111•104 s
– iridi-191 (191Ir; 190,9605940 uma). Nucli format per 77 protons i 114 neutrons. Teòricament, decauria a reni-187 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La freqüència és de 37,3%. Posseeix dos estats metastables, un a 171,24 keV (191m1Ir; que té una semivida de 4,94 s, i que decau a l’estat basal) i un altre a 2120 keV (191m2Ir; que té una semivida de 5,5 s).
– iridi-192 (192Ir; 191,9626050 uma). Nucli format per 77 protons i 115 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,3787•106 s (74 dies). Decau normalment (95,24%) a platí-192 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (4,76%), a osmi-192 (per captura electrònica). Posseeix dos estats metastables, un a 56,720 keV (192m1Ir; que té una semivida de 87,0 s) i un altre a 168,14 keV (192m2Ir; que té una semivida de 7,61•109 s). El 192Ir és emprat com a font de raigs gamma (emissions de 0,2 a 0,6 MeV) en radiografia industrial. També és emprat en medicina (radiobraquiteràpia). L’iridi-192 és un dels materials radioactius més seguits pels organismes reguladors per a la prevenció de la construcció clandestina de “bombes brutes”.
– iridi-193 (193Ir; 192,9629264 uma). Nucli format per 77 protons i 116 neutrons. Teòricament, decauria a reni-189, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La freqüència és de 62,7%. Posseeix un estat metastable (193mIr) a 80,240 keV, que té una semivida de 9,098•105 s, i que decau a l’estat basal.
– iridi-194 (194Ir; 193,9650784 uma). Nucli format per 77 protons i 117 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,941•104 s (19 hores). Decau a platí-194, amb emissió d’un electró. Posseeix dos estats metastables, un a 147,078 keV (194m1Ir; que té una semivida de 0,03185 s, i que decau a l’estat basal) i un altre a 370 keV (194m2Ir; que té una semivida de 1,48•107 s).
– iridi-195 (195Ir; 194,9659796 uma). Nucli format per 77 protons i 118 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 9000 s (3 hores). Decau a platí-195, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (195mIr) a 100 keV, que té una semivida de 1,4•104 s, i que decau bé a l’estat basal (5%) o directament a platí-195 (95%).
– iridi-196 (196Ir; 195,96840 uma). Nucli format per 77 protons i 119 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 52 s. Decau a platí-196, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (196mIr) a 5040 s i que decau bé a l’estat basal o directament a platí-196 (99,7%).
– iridi-197 (197Ir; 196,969653 uma). Nucli format per 77 protons i 120 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 350 s (6 minuts). Decau a platí-197, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (197mIr) a 115 keV, que té una semivida de 530 s, i que decau bé a l’estat basal (0,25%) o directament a platí-197 (99,75%).
– iridi-198 (198Ir; 197,97228 uma). Nucli format per 77 protons i 121 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8 s. Decau a platí-198, amb emissió d’un electró.
– iridi-199 (199Ir; 198,97380 uma). Nucli format per 77 protons i 122 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 20 s. Decau a platí-199, amb emissió d’un electró.

L’àtom neutre d’iridi conté 77 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d76s2. Això fa que sigui l’element del període 6 del grup 9 (el grup del cobalt), dins del bloc d (metalls de transició). Potser és més rellevant, però, la seva inclusió en el grup del platí (platinoids), on defineix un subgrup propi (amb l’osmi i el ruteni). Els estats d’oxidació més habituals són +3 (ex. IrCl3) i +4 (ex. IrO2), encara que també el podem trobar amb +9 (p.ex. [IrO4]+; Wang et al., 2014), +8 (ex. IrO4), +7 (ex. [(η2-O2)IrO2]+), +6 (ex. IrF6), +5 (ex. Ir4F20), +2 (ex. IrCl2), +1 (ex. [Ir(CO)Cl(PPh3)2]), 0 (ex. Ir4(CO)12), -1 (ex. Ir(CO)3(PPh3)]) i -3 (ex. [Ir(CO)3]3-). El radi atòmic és de 1,36•10-10 m.

Iridi elemental

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, l’iridi es presenta com un sòlid metàl•lic de color blanc argentí, semblant als altres platinoids, si bé té una certa tonalitat groga. Segueix una estructura cristal•lina cúbica centrada en les cares. És un metall dur, fràgil i certament refractari. És l’únic metall que conserva les característiques mecàniques típiques a 1900 K. És resistent a la deformació (el mòdul d’elasticitat és tan sols depassat per l’osmi entre tots els metalls elemental). És el segon element metàl•lic més dens en condicions estàndards, de 22560 kg•m-3 (el supera l’osmi). La temperatura crítica de superconducció és de 0,14 K.

En condicions estàndards de pressió, l’iridi elemental fon a 2719 K. L’iridi líquid té una densitat en el punt de fusió de 19000 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, l’iridi elemental bull a 4403 K.

En condicions ambientals, l’iridi és el metall que més resisteix a la corrosió. Se’l pot considerar, doncs, el més noble dels elements: resisteix gairebé qualsevol àcid, l’aigua règia, metalls fosos, silicats a elevades temperatures. Tan sols el poden atacar, en temperatures elevades, algunes sals foses (NaCN, KCN), l’oxigen, el fluor i altres halògens.

Entre els compostos d’iridi podem esmentar:
– òxids: IrO2 (sòlid de color bru; densitat de 11660 kg•m-3), Ir2O3 (sòlid de color blau negrós).
– hidroxiàcids i hidroxisals: K2IrO3, KIrO3.
-halurs: IrF3, IrCl3, IrBr3, IrI3, IrF4 (sòlid cristal•lí), IrF5, IrF6 (sòlid groc volàtil i molt reactiu).
– sulfurs: IrS2, Ir2S3, IrS3.
– seleniürs: IrSe2, Ir2Se3.
– compostos organoirídics, amb enllaç C-Ir.

L’abundància atòmica de l’iridi en l’univers és condicionada pels processos de nucleosíntesi de supernoves i per l’estabilitat dels seus isòtops. Com correspon a elements de nombre Z, l’estabilitat isotòpica juga en contra de l’iridi, per bé que no tan marcadament com en altres casos. L’iridi és, de fet, més abundant que un bon nombre d’elements més lleugers (el tecneci, el rodi, l’argent, l’antimoni, el cesi, el lantà, el praseodimi i tots els que van des del prometi al reni). Dels més pesants, en termes atòmics, tan sols el superen el platí i el plom.

En el planeta Terra l’abundància de l’iridi és de 0,90 ppm en termes de massa (0,120 ppm en termes atòmics). L’iridi és un element fortament sideròfil, i això fa que sigui molt més abundant en el nucli terrestre. La concentració en l’escorça terrestre és de tan sols 0,001 ppm en termes de massa. En termes atòmics, l’iridi és, descomptant els elements pràcticament inexistents en la natura, el més rar dels metalls més rars (el platí és 10 vegades més abundant; l’or 40 vegades més; l’argent i el mercuri 80 vegades més). Aquesta raresa extrema de l’iridi en les roques terrestres contrasta amb la concentració que presenten els meteorits (0,5 ppm o més). D’origen igni o meteòric, l’iridi el trobem sobretot en forma elemental o en aliatges naturals. Entre l’osmi i l’iridi hi ha una continuïtat d’aliatges des de l’osmiridi a l’iridosmi (on preval l’iridi). Una part la trobem combinada en forma de sulfurs, per exemple associada a dipòsits de níquel i coure.

Conegut entre els Clackama com a “Tomanowos”, aquest meteorit de la Vall de Willamette (Oregon) és un dels més grans dels quals es té notícia. Se suposa que va caure damunt de la coberta glacial fa uns 13.000 anys. El contingut d’iridi és de 4,7 ppm, una xifra típica en meteorits. Pot semblar modesta, però és 5000 vegades superior a la concentració en les roques terrestres.

La presència d’iridi en la hidrosfera i l’atmosfera és negligible.

L’iridi no és un bioelement per cap organisme. La concentració típica en teixits humans és de 20 ppb en termes de massa, amb un cert tropisme cap al fetge. A banda de la seva raresa, també es tracta d’un element molt poc reactiu. A més, tan sols uns pocs compostos d’iridi (com els halurs) són prou solubles com per ésser assimilats. La toxicitat d’aquests compostos no és gaire ben coneguda. El caràcter irritant de la pols d’iridi té més a veure amb propietats físiques (compartides amb la majoria de metalls) que no pas químiques. L’iridi en pols, a més, constitueix un risc pirofòric.

Pel que fa a l’iridi-192, d’ús mèdic, les consideracions tenen a veure amb el seu caràcter radioactiu.

Aplicacions de l’iridi

Per les seves característiques de resistència a la corrosió i per la seva raresa, l’iridi és comptat entre els metalls nobles. Les reserves d’iridi a l’escorça consisteixen en dipòsits ignis (p.ex. el complex igni de Bushveld, a l’Àfrica Austral) o cràters d’impacte, més o menys reelaborats per processos geològics subsegüents (com és el cas dels dipòsits de coure-níquel de Norilsk a Rússia o de Sudbury Basin, a Canadà). Exemple extrem de reelaboració serien els dipòsits secundaris de caràcter al•luvial rics en platinoids, com els del Chocó (Colòmbia).

Fonamentalment, l’iridi és subproducte de la mineria del coure i del níquel. Els dipòsits al•luvials de platinoids tenen una rellevància quantitativament secundària. Així, l’electrorefinat del coure genera uns fangs anòdics. Els fangs són dissolts amb aigua règia o àcid clorhídric, dels quals l’iridi és separat per precipitació en forma d’hexacloroiridat d’amoni ((NH4)2IrCl6). De manera creixent, hom empra mètodes d’extracció líquid-líquid, en el qual es recupera IrCl62- amb l’ús d’amines orgàniques.

El preu d’una unça d’iridi (imatge) és actualment d’uns 600$

L’iridi metàl•lic s’obté d’aquests productes intermediaris per reducció amb hidrogen. L’iridi metàl•lic és comercialitzat en forma de pols o d’esponja segons els usos. Habitualment, se’l treballa per pulvimetal•lúrgia. El preu de l’iridi és condicionat per les fluctuacions de producció, però en tractar-se del més rar dels metalls nobles, la influència d’estratègies d’atresorament o especulatives és poderosa. Val a dir que si l’iridi va augmentar de preu devers el 2010, fou en part per un augment de la demanda amb finalitats industrials.

L’aplicació que més condiciona la fluctuació de demanda i, per tant, el preu és la dels gresols d’iridi. Els gresols d’iridi es fan servir en la confecció de cristalls gran d’alta qualitat, necessaris per a diferents aplicacions electròniques, com ara el creixement de safirs per a televisions de LEDs. En èpoques on hi ha un excedent de gresols d’iridi (per exemple, entre el 2001 i el 2003), el preu d’iridi tendeix a baixar (3000$/kg). Entre el 2009 i el 2010, la demanda d’iridi per la indústria electrònica es multiplicà per 30 (fins a 6 tones anuals), arrossegant la demanda total (que passà de 2,5 tones a 10,4), i fent que el preu arribés a 20000$/kg.

En moltes aplicacions industrials, l’iridi s’utilitza en forma d’aliatges: iridi-platí, osmi-iridi, iridi-platí, etc. La duresa i resistència a la corrosió compensa l’elevat preu en determinades peces. En el cas dels gresols d’iridi, aquests resisteixen temperatures de 2400 K, necessàries per algunes de les passes del procés de Czochralski.

També en les bugies d’encesa, l’iridi és convenient per a contactes elèctrics que han de suportar una forta erosió. Una altra aplicació quantitativa (més d’una tona anual) és l’ús d’iridi en la confecció d’elèctrodes per al procés cloràlcali (obtenció de gas clor i de sosa càustica a partir de NaCl).

Com també és el cas d’altres platinoids, compostos d’iridi són utilitzats en catàlisi industrial.

L’iridi-192 és utilitza en gammagrafia industrial, com a mètode no destructiu d’anàlisi de metalls. Com hem vist, també s’utilitza com a font de radiació gamma en radiomedicina (braquiteràpia en el tractament de càncer de pròstata, de conducte biliar, de coll uterí, etc.).

Altres usos de l’iridi són quantitativament menors:
– l’aliatge 90% de platí i 10% d’iridi és emprat en els prototips del metre i del quilogram, i dels diversos referents metrològics que s’hi vinculen.
– l’iridi és emprat com a material reflectant de raigs X. Els miralls del telescopi orbital de raigs X Chandra foren recoberts damunt d’una base de crom de vapor d’iridi fins a fer una capa de 60 nm de gruix.
– l’iridi és utilitzat com a material de gran densitat en generadors d’antiprotons. En aquesta aplicació, ara com ara reduïda a l’experimentació en física de partícules, l’iridi és bombardat amb un corrent intens de protons.
– l’iridi és emprat en la coberta de generadors termoelèctrics de radioisòtops (RTG). Els RTG de plutoni-238 que trobem icònicament en naus interplanetàries assoleixen temperatures d’operació de 2300 K.

Pel que fa a les aplicacions de compostos d’iridi podem citar:
– l’àcid hexacloroirídic (H2IrCl6 i l’hexacloroiridiat d’amoni tenen un paper central en la indústria de l’iridi. Són producte final del procés d’extracció i alhora precursors d’un ample ventall de compostos d’iridi. També s’utilitzen en revestiments anòdics.
– l’IrCl3 també és precursor de tota una sèrie de compostos d’iridi (III).
– el complex de Vaska (IrCl(CO)[P(C6H5)3]2) és capaç d’unir-se a O2 de manera reversible.
– el catalitzador de Crabtree (C8H12IrP(C6H11)3C5H5N]PF6) és utilitzat en reaccions d’hidrogenació.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: