Iryd (Ir) – właściwości, działanie i występowanie irydu

Iryd (Ir) to jeden z najrzadszych pierwiastków na świecie, a zarazem drugi najtwardszy metal na tablicy Mendelejewa. Zdaniem naukowców dotarł on na naszą planetę wraz z olbrzymią asteroidą, która najprawdopodobniej spowodowała wyginięcie dinozaurów! Jako dar z kosmosu iryd faktycznie wykazuje się nieziemskimi właściwościami, które znajdują coraz szersze zastosowanie, m.in. w medycynie.

Iryd należy do platynowców, czyli grupy metali obejmujących m.in. platynę i pallad. Jako taki był już przed tysiącami lat wykorzystywany przez ludzkość etiopską oraz południowo-amerykańską w ramach szerokiego zastosowania platyny, zanieczyszczonej drobinkami innych metali. Dopiero w XIX w. jednak naukowcy studiujący roztwór platyny stwierdzili obecność w nim czarnego osadu, z którego po długich eksperymentach Brytyjczyk Smithson Tennant wyizolował iryd i osm. Nazwę iryd badacz zaczerpnął z mitologii greckiej, według której różanopalca bogini Iris władała tęczą – sole irydu są wszak bardzo kolorowe.

Występowanie i produkcja irydu

W skorupie ziemskiej iryd jest przysłowiową igłą w stogu siana. Należy do dziewięciu najrzadziej spotykanych pierwiastków na Ziemi, a jego ilość określa się na poziomie 0.001 ppm. Dla porównania platyny jest na świecie 10 razy więcej, złota 40 razy, zaś srebra nawet 80 razy więcej. Iryd występuje przy tym zarówno w czystej postaci, jak i w stopach osmu oraz złożach niklu i miedzi. Istnieją także minerały zdominowane irydem w postaci ciemnych, krystalicznych kamieni ze srebrnym połyskiem. Co ciekawe, pewne ilości irydu znajdowane są również w oceanicznych osadach oraz morskich organizmach.

Globalna produkcja irydu jest bardzo niska, co tłumaczy niezwykle wysokie ceny rzadkiego metalu. W 2019 r. na świecie pozyskano go zaledwie 6860 kg, głównie poprzez przemysłowe przetwórstwo miedzi i niklu. W czasie ich elektrorafinacji szlachetne metale osiadają w formie anodowego szlamu na dnie zbiorników, a następnie przygotowuje się z nich roztwór, który dalej poddawany jest rozmaitym procesom chemicznym. W efekcie powstaje czysty iryd w formie pianki metalicznej lub proszku. Najwięcej złóż zwierających iryd wydobywa się przy tym w Brazylii, Stanach Zjednoczonych, Mjanmie, Południowej Afryce, Rosji i Australii.

Właściwości irydu

Iryd jest metalem wyjątkowym i poniekąd „trudnym”. Jako najgęstszy znany nam pierwiastek (22.65 g na cm³ – dla porównania ołów ma gęstość 11.34 g/cm3) jest niezwykle twardy, więc nie daje się łatwo kuć ani przerabiać, krusząc się zwykle na proszek. Aby dało się go ukształtować do pożądanych form, musi być podgrzany do ekstremalnie wysokich temperatur: między 2200 a 2700 stopni C. Metal topi się w temperaturze 2446 stopni C, zaś punkt wrzenia osiąga dopiero w temperaturze 4428 C!

Z drugiej strony, iryd nigdy nie koroduje, nie ulega działaniu kwasów ani innych silnych substancji chemicznych, więc świetnie nadaje się do produkcji odpornych i wytrzymałych elementów.

Ciekawostka: Międzynarodowy prototyp 1 kilograma wykonany jest ze stopu platyny oraz irydu.

Przemysłowe zastosowania irydu

Najpowszechniejszym zastosowaniem irydu jest utwardzanie stopów platynowych, których wykorzystanie na świecie jest bardzo szerokie – od przemysłu samochodowego po elektrykę. Ze stopów tych powstaje także bardzo wytrzymała biżuteria. Dla porównania w skali twardości Vickersa platyna ma 56 HV, podczas gdy zmieszana pół na pół z irydem osiąga już parametry 500 HV!

Z czystego irydu wytwarza się ponadto części przeznaczone do kontaktu z wysokimi temperaturami oraz prądem elektrycznym. Przemysł elektroniczny jest powodem, dla którego popyt na iryd znacząco wzrósł w ostatnich latach. W irydowych tyglach wytwarza się bowiem wysokiej jakości kryształy, które wykorzystywane są do produkcji komputerowej pamięci, a także laserów.

Z irydu produkuje się świece zapłonowe wykorzystywane szeroko w przemyśle samochodowym oraz lotniczym. W niektórych samolotach montuje się nawet silniki wykonane częściowo ze stopów irydu, które zapewniają długoletnią funkcjonalność. Irydem powleka się również soczewki optyczne, aby zredukować efekt odblasku. W połączeniu z tytanem staje się surowcem do produkcji rur głębinowych, idealnie odpornych na korozję. Iryd znajduje także zastosowanie w wyrobie piór do pisana i łożysk w kompasach – jego niezawodność i trwałość gwarantuje zachowanie idealnej precyzji nawet przy miniaturowej skali konstrukcji. Jego roztwory są z kolei cennym barwnikiem do porcelany, pozwalając osiągnąć idealnie czarną barwę.

Izotopy irydu wykorzystuje się wreszcie również jako źródło energii przy radiografii oraz testowaniu metali. Jak widać zastosowania niezwykłego platynowca są bardzo specyficzne i unikalne, a światu naprawdę trudno byłoby go zastąpić innym metalem!

Naukowe zastosowanie irydu

W niewielkiej skali, ale z olbrzymim znaczeniem iryd wykorzystywany jest również w ściśle naukowych eksperymentach, jak również w specjalistycznych urządzeniach. Zawierają go na przykład mikroskopy elektronowe, promy kosmiczne czy rentgenowe teleskopy. W laboratoriach znajduje z kolei zastosowanie przy produkcji antyprotonów i aktywacji wiązań węglowo-wodorowych oraz jako cenny katalizator.

Iryd w medycynie

Jednym z najbardziej fascynujących i perspektywicznych zastosowań irydu jest leczenie ludzkich nowotworów! Zdaniem naukowców z Uniwersytetu Warwick w USA oraz Uniwersytetu Sun Yat-Sen w Chinach za pomocą irydu można niszczyć komórki rakowe wypełniając je zabójczą odmianą tlenu, ale nie powodując żadnych szkód w zdrowej tkance! Badaczom udało się bowiem opracować specjalny związek na bazie irydu, który dociera bezpośrednio do komórek nowotworowych i przekazuje im energię, która z kolei sprawia, że klasyczny tlen O₂ zmienia się w niszczące cząsteczki o pojedynczych atomach. Cały proces zachodzi wskutek aktywacji irydu laserem skierowanym na dotknięte rakiem części ciała.

Metoda wydaje się bardzo efektywna, a przy tym zupełnie bezpieczna dla organizmu chorego, atakując jedynie białka w komórkach rakowych. Pierwsze próby w laboratoriach okazały się fantastycznym sukcesem np. w kontekście zwalczania guzów nowotworowych płuc!

Ponadto iryd stosowany jest już z powodzeniem do radioterapii śródjamowej w ginekologii – za jego pomocą zwalcza się nowotwory szyjki macicy oraz samej macicy. W tym przypadku wykorzystuje się przede wszystkim promieniotwórczy izotop irydu (Ir 192), który umożliwia podanie wysokiej dawki promieniowania bezpośrednio do chorej tkanki. Metoda ta, choć niepozbawiona przykrych skutków ubocznych, wykorzystywana jest również do leczenia raka żółciowodów oraz prostaty. Najczęstsze jej komplikacje obejmują zmęczenie, zawroty głowy, łysienie, bóle brzucha, palpitacje serca oraz biegunki.

Czy iryd jest toksyczny?

Według aktualnych danych koncentracja irydu w środowisku naturalnym – w powietrzu, glebie, kurzu, wodzie i pożywieniu jest bardzo niska i nie stwarza ryzyka dla ludzkiego zdrowia. Bierze się jednak pod uwagę fakt, że przemysłowe wykorzystanie irydu jest coraz szersze, a ekspozycja na niego częstsza, co może w przyszłości zagrażać organizmom żywym, zwłaszcza ludziom pracującym w branżach przemysły aktywnie wykorzystujących iryd.

Jeśli chodzi o jego potencjalny toksyczny wpływ, to nie mamy jeszcze w tym zakresie wyczerpującej wiedzy. Nie znamy skutków długotrwałego oddziaływania małych dawek irydu na funkcje życiowe. Nieliczne badania in vitro owszem wykazały, że iryd może powodować uszkodzenia DNA w komórkach skóry szczurów za pośrednictwem stresu oksydacyjnego. U gryzoni, którym podano iryd doustnie, odnotowano również zmiany w nerkach, wzrost poziomu białka w moczu oraz zaburzenia immunologiczne.

Jeśli chodzi o ludzi, jak dotąd opisano u pracowników mających bezpośrednią styczność z irydem w czystej postaci przypadki nadwrażliwości i reakcji alergicznych, objawiających się katarem, astmą, zapaleniem skóry oraz pokrzywką. Z kolei przypadkowe połknięcie promieniotwórczego izotopu irydu wykorzystywanego w onkologii może prowadzić nawet do spalenia śluzówki żołądka oraz jelit, niewydolności wątroby, a nawet śmierci! Toksyczna jest również ekspozycja na skórę.

Iryd to błogosławieństwo czy też przekleństwo

Iryd z jednej strony jest więc dosłowną „manną z nieba”, która osiadła na Ziemi w przypadkowy sposób i okazała się tak zaskakująco wielofunkcyjną odpowiedzią na dziesiątki technicznych problemów. Z drugiej strony, w pogoni za doskonałością technologiczną a paradoksalnie również zdrowiem, wykorzystujemy irydu z każdym rokiem coraz więcej, nie bacząc specjalnie na ewentualne skutki ekologiczne czy zdrowotne. Dopiero przyszłość więc pokaże czy iryd jest dla ludzkości błogosławieństwem czy też przekleństwem.