इरिडियम (Ir): गुणधर्म, अभिक्रिया आणि उपयोग

इरिडियम (Ir) ची ओळख

इरिडियम हा एक उल्लेखनीय रासायनिक घटक आहे, जो सर्वात घन आणि सर्वात गंज-प्रतिरोधक धातूंपैकी एक म्हणून ओळखला जातो. त्याचे अत्यंत गुणधर्म उच्च-कार्यक्षमतेच्या अनुप्रयोगांमध्ये (high-performance applications) ते अपरिहार्य बनवतात, जिथे टिकाऊपणा आणि रासायनिक निष्क्रियता (chemical inertness) सर्वात महत्त्वाची असते. उल्कापिंडात (meteorites) वारंवार आढळणारे, पृथ्वीच्या कवचातील (Earth’s crust) त्याचे सापेक्ष प्रमाण कमी आहे, जे काही स्थलीय ठेवींसाठी (terrestrial deposits) बाह्य-भौगोलिक उत्पत्ती (extraterrestrial origin) सुचवते, जे K-Pg नामशेष होण्याच्या घटनेशी (extinction event) प्रसिद्धपणे जोडलेले आहे.

CBSE/JEE द्रुत उजळणी नोट्स

• अणुअंक (Z): 77
• अणुवस्तुमान: 192.22 u
• चिन्ह: Ir
• गट: 9
• आवर्त: 6
• खंड: d-खंड (संक्रमण धातू)
• सामान्य ऑक्सिडिकरण अवस्था: +3, +4 (सर्वात सामान्य); +1, +2, +5, +6 (देखील आढळतात)
• घनता: अंदाजे 22.56 g/cm³ (ऑस्मियमनंतर दुसरा सर्वात घन घटक)
• द्रवणांक: 2466 °C
• उत्कलनांक: 4428 °C
• STP वरील भौतिक अवस्था: स्थायू
• स्वरूप: अत्यंत कठीण, ठिसूळ, चंदेरी-पांढरा संक्रमण धातू. रासायनिक हल्ल्यास अत्यंत प्रतिरोधक.

इलेक्ट्रॉन संरूपण आणि बंधनाचे वर्तन

इलेक्ट्रॉन संरूपण

इरिडियमचे मूळ स्थितीतील इलेक्ट्रॉन संरूपण [Xe] 4f¹⁴ 5d⁷ 6s² आहे. हे संरूपण, अंशतः भरलेल्या d-कक्षांसह (partially filled d-orbitals), संक्रमण धातूंचे वैशिष्ट्य आहे, ज्यामुळे ते अनेक ऑक्सिडिकरण अवस्था दर्शवते आणि विविध समन्वय संयुगे (coordination compounds) तयार करते.

बंधनाचे वर्तन

इरिडियम त्याच्या मूलद्रव्य अवस्थेत प्रामुख्याने धात्विक बंध (metallic bonds) तयार करतो. संयुगांमध्ये, ते सहसंयुजी वैशिष्ट्य (covalent character) दर्शवते, विशेषतः ऑक्सिजन आणि हॅलोजन्ससारख्या ऋणविद्युत मूलद्रव्यांसोबत. त्याचे d-कक्षक बंधनामध्ये मोठ्या प्रमाणात भाग घेतात, ज्यामुळे अनेक स्थिर समन्वय संकुले (stable coordination complexes) तयार होतात, जे तिसऱ्या-पंक्तीतील संक्रमण धातूंसाठी वैशिष्ट्यपूर्ण आहे. सर्वात स्थिर ऑक्सिडिकरण अवस्था +3 आणि +4 आहेत, परंतु +6 पर्यंतच्या उच्च अवस्था देखील (उदा. IrF₆ मध्ये) ज्ञात आहेत.

महत्त्वाच्या रासायनिक अभिक्रिया

इरिडियम त्याच्या उच्च स्थिरता आणि इलेक्ट्रॉन संरूपणामुळे अत्यंत निष्क्रिय आहे. तो सर्वात गंज-प्रतिरोधक धातू म्हणून ओळखला जातो.

ऑक्सिजनसोबत अभिक्रिया

इरिडियम वातावरणीय तापमानावर ऑक्सिजनसोबत अभिक्रिया करत नाही. तो इरिडियम डायऑक्साइड (IrO₂) फक्त खूप जास्त तापमानावर (1100 °C च्या वर) तयार करतो.

2 Ir(s) + 2 O₂(g) → 2 IrO₂(s) (1100 °C च्या वर)

हॅलोजन्ससोबत अभिक्रिया

इरिडियम हॅलोजन्ससोबत, विशेषतः फ्लोरीनसोबत, उच्च तापमानावर विविध हॅलाइड्स (halides) तयार करतो.

• फ्लोरीनसोबत अभिक्रिया: 2 Ir(s) + 3 F₂(g) → 2 IrF₃(s) (कमी तापमानावर, किंवा मर्यादित F₂ सह) Ir(s) + 3 F₂(g) → IrF₆(g) (सुमारे 300 °C, जास्त F₂ सह)

• क्लोरीनसोबत अभिक्रिया: 2 Ir(s) + 3 Cl₂(g) → 2 IrCl₃(s) (सुमारे 340 °C)

आम्ल आणि आम्लारीसोबत अभिक्रिया

इरिडियम सर्व सामान्य आम्लांच्या (acids) हल्ल्यास उल्लेखनीयपणे प्रतिरोधक आहे, ज्यात तीव्र नायट्रिक आम्ल, सल्फ्यूरिक आम्ल आणि हायड्रोक्लोरिक आम्ल यांचा समावेश आहे. एक्वा रेजिया (aquaria) (तीव्र नायट्रिक आणि हायड्रोक्लोरिक आम्लांचे मिश्रण), जो गुणधर्म त्याला सोने आणि प्लॅटिनमपासून वेगळा करतो, यानेही तो अप्रभावित राहतो. तो वितळलेल्या अल्कधर्मी धातूंच्या हायड्रॉक्साईड्स (molten alkali metal hydroxides) किंवा इतर आम्लारीसोबत अभिक्रिया करत नाही.

संमिश्र आयनची निर्मिती

इरिडियम विस्तृत श्रेणीतील स्थिर संमिश्र आयन (complex ions) तयार करतो. एक सामान्य उदाहरण म्हणजे हेक्साक्लोरोइरिडेट(III) आयन:

IrCl₃(s) + 3 Cl⁻(aq) → [IrCl₆]³⁻(aq)

औद्योगिक आणि जैविक महत्त्व

औद्योगिक महत्त्व

• संमिश्रण (Alloys): इरिडियमचा मुख्यत्वे प्लॅटिनम संमिश्रणांसाठी (platinum alloys) कठिणकारक घटक (hardening agent) म्हणून वापर केला जातो. हे संमिश्रण उच्च-तापमान विद्युत संपर्क (high-temperature electrical contacts), स्पार्क प्लग इलेक्ट्रोड (spark plug electrodes), एकल स्फटिक वाढवण्यासाठी क्रूसिबल (crucibles for growing single crystals) आणि विशेष वैज्ञानिक उपकरणांमध्ये वापरले जातात.
• उत्प्रेरण (Catalysis): इरिडियम संयुगे औद्योगिक प्रक्रियेत उत्प्रेरक म्हणून कार्य करतात, विशेषतः मोठ्या प्रमाणावर ॲसेटिक आम्ल (acetic acid) तयार करण्यासाठी कॅटिवा प्रक्रियेत (Cativa process). त्यांचा सेंद्रिय रसायनशास्त्रातील (organic chemistry) विविध हायड्रोजनीकरण अभिक्रियांमध्ये (hydrogenation reactions) देखील वापर केला जातो.
• वैज्ञानिक मानके (Scientific Standards): 1889 मध्ये स्थापित आंतरराष्ट्रीय प्रोटोटाइप मीटर बार (international prototype meter bar) आणि किलोग्रॅम वस्तुमान (kilogram mass) 90% प्लॅटिनम आणि 10% इरिडियमच्या संमिश्रणापासून बनवलेले होते, कारण त्याची अपवादात्मक कठोरता, गंज प्रतिरोधकता आणि स्थिरता हे गुणधर्म आहेत.
• वैद्यकीय अनुप्रयोग (Medical Applications): किरणोत्सर्गी समस्थानिक इरिडियम-192 (¹⁹²Ir) चा वापर कर्करोगाच्या उपचारासाठी ब्रेकीथेरपीमध्ये (brachytherapy) आणि औद्योगिक रेडियोग्राफीमध्ये (industrial radiography) केला जातो.
• इतर उपयोग: इरिडियमचा वापर पेनच्या निबसाठी, कंपासच्या बेरिंगसाठी आणि विशेष प्रयोगशाळेच्या उपकरणांसाठी केला जातो.

जैविक महत्त्व

इरिडियम त्याच्या मूलद्रव्य स्वरूपात (elemental form) सामान्यतः जैविकदृष्ट्या निष्क्रिय (biologically inert) आणि बिनविषारी (non-toxic) मानला जातो, कारण त्याची प्रतिक्रियाशीलता अत्यंत कमी असते. जरी काही इरिडियम संयुगे विषारी असू शकतात, तरी त्यांची कमी जैवउपलब्धता (low bioavailability) जैविक प्रणालींशी (biological systems) त्यांच्या परस्परसंवादाला मर्यादित करते. काही इरिडियम संकुलांचा कर्करोगविरोधी घटक (anticancer agents) म्हणून संभाव्य वापर करण्यासाठी संशोधन चालू आहे, त्यांच्या DNA सोबत संवाद साधण्याच्या किंवा एन्झाईम्सना (enzymes) प्रतिबंध करण्याच्या क्षमतेचा लाभ घेत, जरी हे सामान्यतः नैसर्गिकरित्या जैविक प्रणालींमध्ये न आढळणारी कृत्रिम संयुगे (synthetic compounds) आहेत.