Осмий
О́СМИЙ -я; м. Химический элемент (Os), твёрдый металл голубовато-белого цвета (входит как компонент в состав сверхтвёрдых и износостойких сплавов).
о́смий(лат. Osmium), Os, химический элемент VIII группы периодической системы, относится к платиновым металлам. Название от греч. osmē - запах, по резко пахнущему оксиду OsO 4 . Плотность 22,61 г/см 3 , t пл 3027°C. Катализатор многих реакций, компонент сверхтвёрдых и износостойких сплавов с иридием.
ОСМИЙО́СМИЙ (лат. Osmium), Os (читается «осмий»), химический элемент с атомным номером 76, атомная масса 190,2.
В природе семь стабильных изотопов 184 Os (0,018%), 186 Os (1,59%), 187 Os (1,64%), 188 Os (13,3%), 189 Os (16,1%), 190 Os (26,4%) и 192 Os (41,1%). Конфигурация внешнего и предвнешнего электронного слоя 5s 2 p 6 5d 6 6s 2 . Степени окисления +4, +6, +8 (наиболее характерны), +1, +3, +5 (валентности I, III, IV, V, VI, VIII). Принадлежит к платиновым металлам. (см.
ПЛАТИНОВЫЕ МЕТАЛЛЫ)
Расположен в VIII группе периодической системы элементов, в подгруппе железа, в 6-м периоде. Радиус атома 0,135 нм, ионный радиус иона Os 4+ - 0,077 (координационное число 6), Os 5+ - 0,072 (6), Os 6+ - 0,069 (6), Os 7+ - 0.067 (6), Os 8+ - 0,053 нм (4). Энергии последовательной ионизации 8,5, 17 и 25 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см.
ПОЛИНГ Лайнус)
2,1.
Осмий - тяжелый серебристо-белый металл.
История открытия
Открыт в 1804 английским химиком С.
Теннантом (см.
ТЕННАНТ Смитсон)
в черном порошке, остающемся после растворения платины (см.
ПЛАТИНА)
в царской водке (см.
ЦАРСКАЯ ВОДКА)
. Для осмия характерно образование тетраоксида OsO 4 с резким запахом. Отсюда и название элемента, происходящее от греческого «осме» - запах.
Нахождение в природе
Осмий - очень редкий элемент, содержание в земной коре 5·10 –6 % по массе. Встречается в природе в полиметаллических рудах, содержащих также платину (см.
ПЛАТИНА)
и палладий (см.
ПАЛЛАДИЙ (химический элемент))
(сульфидные медно-никелевые и медно-молибденовые руды). Основные минералы - природные сплавы осмия с иридием (невьянскит (см.
ОСМИСТЫЙ ИРИДИЙ)
, сысертскит) и платиной. Встречается в виде соединений с серой (см.
СЕРА)
и мышьяком (см.
МЫШЬЯК)
(эрлихманит, осмиевый лаурит, осарситт). В качестве изоморфной примеси входит в состав халькопирита (см.
ХАЛЬКОПИРИТ)
,
пирротина (см.
ПИРРОТИН)
, пентландита, (см.
ПЕНТЛАНДИТ)
кубанита, магнетита (см.
МАГНЕТИТ)
. Обычно содержание осмия в рудах не превышает 1·10 –3 %.
Получение
Процесс выделения и разделения платиновых металлов, приводящий к разделению этих металлов и получению осмия, описан в статье иридий (см.
ИРИДИЙ)
. Другой способ выделения осмия их обогащенного сырья - прокаливание концентрата платиновых металлов на воздухе при температурах порядка 800-900°C. При этом сублимируют пары OsO 4 , которые далее поглощают раствором NaOH.
Упариванием раствора выделяют соль - перосмат натрия, который далее восстанавливают водородом при 120°C до осмия:
Na 2 + 3H 2 = 2NaOH + Os + 4H 2 O.
Осмий при этом получается в виде губки.
Физические и химические свойства
Осмий - тяжелый серебристо-белый металл (плотность при 20°C 22,65 г/см 3). Решетка гесагональная, типа Mg, а
= 0,27353 нм, с
= 0,43191 нм. Температура плавления 3027°C, кипения 5027°C. При температуре ниже 0,66 К осмий переходит в сверхпроводящее состояние. Металлический осмий парамагнетик (см.
ПАРАМАГНЕТИК)
. В ряду стандартных потенциалов стоит правее водорода (см.
ВОДОРОД)
, с неокисляющими кислотами и водой не реагирует.
Химическая активность осмия зависит от его состояния. Компактный осмий начинает окисляться на воздухе при температурах выше 400°C, а тонкий порошок осмия медленно окисляется до OsO 4 уже при комнатной температуре.
Компактный осмий не растворяется в горячей соляной кислоте и кипящей царской водке (см.
ЦАРСКАЯ ВОДКА)
, а мелко раздробленный осмий окисляется в азотной кислоте и кипящей серной кислоте до высшего оксида:
Os + 8HNO 3 = OsO 4 + 4H 2 O + 8NO 2
При нагревании осмий реагирует со фтором (см.
ФТОР)
,
хлором (см.
ХЛОР)
,
кислородом (см.
КИСЛОРОД)
, серой (см.
СЕРА)
, другими халькогенами (см.
ХАЛЬКОГЕНЫ)
и неметаллами.
Os + 3F 2 = OsF 6 (при 250–300°C),
Os + Cl 2 = OsCl 4 (при 650–700°C).
При сплавлении в присутствии окислителей осмий реагирует со щелочами. При этом образуются осматы (VI) - соли неустойчивой осмиевой кислоты H 2 OsO 4:
2Os + 4NaOH + 3O 2 = 2Na 2 OsO 4 + 2H 2 O
Для осмия наиболее характерно образование оксидов OsO 4 и OsO 2 . В газовой фазе существуют оксиды OsO и OsO 3 .
Тетраоксид осмия OsO 4 проявляет кислотные свойства и является сильным окислителем.
OsO 4 + NaOH = Na 2 .
Диоксид осмия OsO 2 получают аккуратным обезвоживанием в атмосфере азота Os(OH) 4 . При этом образуется черная модификация OsO 2 . Она реакционноспособнее коричневой модификации OsO 2 , получаемой электровосстановлением щелочного раствора OsO 4 или реакцией осмия с OsO 4:
Os + OsO 4 = 2OsO 2 .
Гидроксид осмия(IV) Os(OH) 4 (OsO 2 ·2H 2 O) получают восстановлением солей осмия (VI) - осматов этиловым спиртом.
Для степеней окисления осмия 0 и +2 наиболее характерно образование осмийорганических соединений со связью Os-C или карбонилов:
Os + 5CO = Os(CO) 5 .
3Os(CO) 5 = Os 3 (CO) 12 + 3CO
Os 3 (CO) 12 + 6Na = 3Na 2 Os(CO) 4 .
Применение
Осмий - компонент сверхтвердых и износостойких сплавов с иридием (детали особо точных приборов, прецизионно малые контакты), с иридием и рутением (перья для авторучек), с вольфрамом и молибденом (катоды термоионных диодов), компонент композиционного материала (электрические контакты). OsO 4 используется для окраски биологических препаратов.
Физиологическое действие
Соединения осмия, особенно легколетучие, сильно ядовиты. Тетраоксид OsO 4 раздражает слизистые, поражает органы дыхания. ПДК в воздухе 0,002 мг/м 3 .
Энциклопедический словарь . 2009 .
Синонимы :Смотреть что такое "осмий" в других словарях:
осмий - осмий, я … Русский орфографический словарь
- (греч., от osme запах, от ozo обоняю). Металл, из группы платиновых, голубовато белого цвета, горюч, очень тверд и хрупок, встречается редко. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ОСМИЙ греч., от osme,… … Словарь иностранных слов русского языка
- (символ Os), бело голубой ПЕРЕХОДНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, металл, открытый в 1803 г. Будучи самым плотным элементом, осмий встречается в соединениях с платиной. Получают его главным образом как побочный продукт при плавке никеля. Как и ИРИДИЙ, осмий… … Научно-технический энциклопедический словарь
Гантели и штанги, которыми бодибилдеры накачивают мускулы, сделаны из стали. Изготовленные из свинца – а лучше из – снаряды значительно потеряли бы в объеме. Но еще вернее использовать для производства гирь осмий: килограмм осмия – это небольшой шарик, легко помещающийся в сжатом кулаке. Поллитровая бутылка с порошковым осмием (именно в таком виде благородный металл покидает стены обогатительного предприятия) весит заметно больше ведра воды.
Вот только лить из осмия гири смелых не сыскать: уж больно тугоплавок. Да и стоимость металла такова, что атлетическому клубу для покупки одной осмиевой гантели пришлось бы работать лет триста...
Осмия мало!
И это понятно. Для формирования тяжелых элементов природе приходится «создавать» особые условия, что случается не слишком часто. Тем не менее, полпроцента массы земной коры приходится на осмий. Есть все основания полагать, что большая часть благородного металла, собранного в теле нашей планеты, сконцентрирована в ядре.В природе осмий встречается в основном в виде соединения с иридием, входящим в состав либо самородной платины, либо платиново-палладиевой руды. Минералы, считающиеся сырьем для добычи осмия, содержат в среднем одну тысячную процента тяжелого «родственника» платины. За все время изысканий не было добыто ни одного осмиевого самородка – даже самого незначительного размера.
Малое количество и сложность получения осмия определяет высоту его цены. Полвека назад осмий оценивался в семь-восемь раз дороже золота. Спекуляции последних лет привели к возникновению совершенно безумных предложений: грамм осмия продавался и за 10 тыс., и за 200 тыс. долларов. Продавался – да не продался: активного применения осмий не находит, хотя кое-где используется.
Открытие осмия
Осмий входит в группу платиноидов и формально считается благородным металлом. Название химического элемента, однако, противоречит статусу: «осме» по-гречески значит «запах»; наличие запаха свидетельствует о значительной химической активности – в то время как «благородство» веществ подразумевает инертность.К открытию осмия был близок У. Уолластон, экспериментировавший с платиновыми рудами. Раззадоренные его успехами французы Антуан де Фуркруа и Луи-Николя Воклен взялись за собственные исследования и верно предположили существование нового элемента, при опытах улетучивавшегося в виде черного дыма.
Фуркруа и Воклен дали веществу имя «птен» - что значит «летучий», и успокоились в ожидании признания. Однако английский химик Смитсон Теннант разделил «птен» на два родственных металла, один из которых за разноцветье его соединений назвал иридием, а второй – по причине раздражающей вонючести – осмием.
Происходят эти важные события в щедром на открытия 1803-м году.
Свойства осмия
Исследовать физико-химические свойства осмия во всей их полноте не получается до сих пор. Довольно долго ученые спорили о том, какой из металлов плотнее – иридий или осмий. Точные измерения лабораторных образцов в данном случае дают лишь примерный результат – из-за большого количества разных по плотности изотопов.Температура плавления и кипения до недавнего времени считалась условно равной 3000° и 5000°С: средств для натурной проверки расчетов не существовало. Лишь несколько лет назад удалось уточнить физические параметры металла. По всему вышло, что варить осмиевые сплавы лучше на поверхности Солнца...
Интересен внешний вид осмия. Застывая из расплава, осмий образует твердые и хрупкие кристаллы, серебристый блеск которых оттенен серовато-голубым (и даже синим) отливом. Внешние достоинства осмия могли бы привлечь ювелиров, однако высокая химическая активность металла и токсичность его соединений исключают возможность использования этого платиноида в украшениях.
Применение осмия
Осмий находит весьма ограниченное применение в разных сферах человеческой деятельности. Легирование сплавов – одна из главных задач, решение которой иногда возлагается на осмий. В соединении с вольфрамом, никелем и кобальтом осмий становится «работником» электрохимической отрасли. Контакты, наконечники и сердечники из содержащих осмий сплавов славятся минимальным износом. Нити ламп накаливания из вольфрама с осмием работают дольше и большей отдачей.Внедрение твердого и тяжелого платиноида в материал резко повышает износостойкость трущихся пар. Совсем немного осмия нужно для придания металлокерамическому резцу особой прочности. Микроскопические добавки осмия к стали режущих сортов позволяет создавать острейшие лезвия технических, медицинских, промышленных ножей.
Осмиевые катализаторы используются при гидрировании органических соединений, в производстве лекарств, при синтезе аммиака. Правда, дороговизна металла заставляет промышленников искать доступные заменители, и сегодня осмий в химической индустрии встречается все реже.
Из твердого и немагнитного осмия изготавливают оси, опоры и опорные гнезда для измерительных приборов высокой точности. И хотя рубиновые опоры тверже и дешевле осмиевых, стойкость металла иногда оказывается предпочтительной для приборостроения.
Осмий опасен и требует осторожности
Сам по себе осмий не более опасен, чем любой другой тяжелый металл. Однако тетраоксид осмия OsO4 – то самое вещество, из-за которого элемент получил не слишком завидное наименование – отличается крайней агрессивностью. Раздражая дыхательные пути и слизистые оболочки человека, он воспринимается как испарение от гниющей редьки, смешанной с давленым чесноком и засыпанной хлорной известью.Избежать окисления осмия практически невозможно , если металл контактирует с атмосферным кислородом. Поэтому ни о каком использовании осмия в
Не золото и не платина самые дорогостоящие металлы из таблицы Д. И. Менделеева, а осмий металл. Это редчайший и дорогущий металл серебристо-белого цвета с серым оттенком голубого отлива. У химиков этот металл считается благородным, относящийся к группе платиновых.
Состоит из нескольких изотопов. Их очень трудно разделить, что и отражается на стоимости. Самый востребованный из них изотоп – Осмий-187.
Предполагается, что на 0,5% масса земной коры состоит из осмия, а находится он в ядре. Удивляет пропорция между размером и весом. Килограмм соединения по размеру сопоставим со средним размером куриного яйца. Ёмкость, объёмом 0,5 л., наполненная осмиевым порошком, весит больше 15 кг. Но желание отлить гантельки из такого удобного, в плане соотношения размер/вес, материала, сразу пропадает не только из-за цены на порошок, для кого-то это и не проблема, а ввиду его чрезвычайной редкости и недоступности.
Найти слитки в лесах, горах, водоёмах не получится. До сих пор не найдено ни одного самородка. Добывают его на рудных месторождениях в составе с иридием, платиной, в платиново-палладиевой руде, в медных и никелевых рудах. Но содержание осмия в нём составляет 0,001%. И ещё он встречается в метеоритах. Правда, отделяются изотопы от них больше чем через 9 месяцев. Поэтому промышленные производства с применением осмия обходятся вторичным сырьём, что ненамного дешевле.
Общая выработка самого тяжёлого металла в год во всём мире составляет несколько десятков килограмм. Но увеличивается добыча платины, где осмий присутствует и попутно извлекается. Называют цифры уже 200 кг в год. Так, встаёт задача не столько искать осмий, сколько найти более дешёвый способ отделения его от «соседей».
На Норильском горно-металлургическом комбинате добились определённых успехов в этой задаче. Получили чистый металл из медно-никелевых руд. Количество его на планете – 0,000005% от всей массы горных пород. Но в России есть. И в Казахстане. А основные запасы располагаются в Тасмании, Америке, Австралии. Самые большие сосредоточены в Южной Африке. Она-то и диктует цены.
История открытия и природные свойства
В 1803-1804 годах в Англии, при проведении опытов над платиной с царской водкой (смесь азотной кислоты с соляной), в полученном неизвестном осадке, после растворения платины, появился резкий, неприятный запах, напоминающий хлор. Благодаря этому запаху, только что открытый металл и получил своё название. Правда, на греческом языке. С греческого «осмий» переводится, как «запах».
Формально это , потому что входит в платиновую группу. На этом истинное благородство и заканчивается. Свойства этого металла как химические, так и физические, до сих пор до конца не изучены. Физические характеристики более-менее уточнили несколько лет назад.
Osmium
| Химические свойства | Физические свойства |
|---|---|
| Не растворяется в щелочах и кислотах | Внешне кристаллы твёрдые и хрупкие, имеют красивый серебристый блеск с оттенками от серого до голубого. Слитки – тёмно-синего цвета, порошок – фиолетового. И все с изумительным серебристым блеском. |
| Не реагирует на адскую смесь азотной и соляной кислот – единственный из металлов на планете. | Температура сплавов такая, что производить плавку предпочтительнее на поверхности Солнца. |
| Инертен. Возможно использование сплавов и покрытий из осмия в агрессивных средах. | Высочайшая токсичность, не позволяющая использовать такую красоту для изготовления ювелирных изделий. |
| Чрезмерно токсичен, даже в малых дозах. Особенно летучий оксид осмия, выделяющийся из платины. | Чрезвычайно хрупок. Механической обработке неподвластен. |
| Кипит при температуре 5500°С, но точно не определена – для проверки не существует расчётов | Тугоплавкость. Размягчается только при температуре свыше 3000 градусов С. |
| Не имеет магнитных свойств. | |
| Потрясающая твёрдость. Сплав с добавлением осмия становится более износостойким, долговечным, с повышенной сопротивляемостью коррозиям и механическому воздействию. | |
| Высочайшая плотность 22,61 г/см3. |
Стоимость
Высокая стоимость вызвана ограниченным количеством. Поскольку его мало в природе, а добыча дорогая, то рынок реагирует соответственно. Если сравнивать с золотом, то это будут тысячи тонн золота против нескольких десятков килограммов добычи. Отсюда и цена – она начинается с 15 тысяч и доходит до 200 тысяч долларов за грамм. На мировом рынке золото в 7.5 раз дешевле.
Такие цифры говорят о непопулярности материала для широкого употребления. Основную роль в применении этого тяжёлого металла в сплавах играет прочность. Изделия становятся невероятно износоустойчивы за счет добавления совсем небольших порций металла в состав.
Применение
В широком промышленном производстве осмий применяют редко из-за его дороговизны. Но там, где эффект может превысить материальные затраты, его, конечно, используют. Сырьём он выступает, чаще всего, в порошке. Сам металл хрупкий, крошится легко. Получение порошка несложное.
Еще варианты использования:
Не все соединения осмия применимы к использованию. Но учёные работают над этим.
Опасность и техника безопасности
Как и другие тяжёлые металлы, осмий оказывает не самое благоприятное влияние на живые организмы, не обходя и человеческий. Любые соединения с осмием поражают внутренние органы, вызывают потерю зрения. Отравление парами элемента приводит и к летальному исходу. При наблюдении за животными наблюдалось резкое развитие малокровия, и лёгкие переставали функционировать. Полагают, что это быстроразвивающийся отёк.
Что такое тетраоксид осмия OsO4? А это и есть то самое вещество, благодаря которому элемент носит своё имя. Крайне агрессивен. Его запах нельзя не заметить. Ужасней и омерзительнее запаха в природе не существует. При отравлении задеваются и кожные покровы. Дерма зеленеет, чернеет, а может и вовсе омертветь. Возможно появление пузырей, язв. Заживает всё очень долго.
Опасность отравления грозит, прежде всего, работникам производственных помещений при малейшей концентрации паров в воздухе. Ни о каких допустимых нормах учёные уже не заикаются. Поэтому предусмотренная специальная одежда, респираторы – обычное явление на производствах с применением оксида осмия. Всё герметизировано, ёмкости закупорены и хранятся в соответствии с уже испытанными правилами.
Если всё же по какой-то немыслимой причине соединение осмия попадёт в глаза, промывать их надо продолжительное, минут 20, время. Чистой проточной водой. И сразу к врачу. При попадании в организм через дыхательные пути пары осмия нейтрализуются бикарбонатом натрия. Он выпускается в аэрозольной упаковке. Много молока внутрь. И промыть желудок.
Несомненная польза тяжелейшего металла
По мнению английских учёных этот тяжёлый металл блокирует развитие раковых клеток. Методы терапии онкозаболеваний с задействованием осмия хоть и очень медленно, но уже разрабатываются.
В медицине, в кардиостимуляции, его используют в имплантах, изготовление которых требует благородных металлов для предотвращения развития аллергий. Состав импланта, заменяющего элементы сердца, включает 10% осмия и 90% платины. Конечно, такие приборы и оцениваются соответственно. Такая же пропорция применяется для изготовления лёгочных клапанов.
Применение соединений осмия для медицинских потребностей заметно при производстве особо прочных, длительного использования, инструментов, таких, как скальпели, всевозможные металлокерамические резцы. И нужно для этого совсем немного сырья, а эффект потрясающий.
Микроскопические добавки осмия к стали режущих сортов позволяют создавать острейшие лезвия.
Изделия, применение которых подразумевает использование самого тяжелого металла, оказываются непревзойдёнными в износоустойчивости.
Коммерческий интерес
Разнообразные потрясающие свойства металла осмия вызывают несомненный интерес и неподдельное удивление. Но эти же свойства убивают коммерческий интерес наповал. И, несмотря ни на что, цена на рынке не падает.
Большая часть населения в курсе, что золото и платина - самые дорогие металлы. Цена осмия за 1 грамм, который относят к платиновой группе, уступает по стоимости золоту..
Почему осмий такой дорогой
Ежегодно в мире добывают порядка 2600 тонн золота и какое -то количество платины. Причем по данным статистики каждый год объем добычи драгоценных металлов прирастает на 1,5 %. Между тем осмия добывают всего 600 кг, это вызвано тем, что его очень сложно найти в природе. И в чистом виде не встречается. А добывают путем прокалывания из металлов платиновой группы. Именно поэтому один грамм стоит порядка 12-15 USD или 800-900 рублей на 2019 год. Добыча осмия связана с множеством трудностей. Во-первых, его содержание в земной коре ничтожно и ко всему прочему он рассеян земле. Сложность добычи, и как следствие высокая стоимость ограничивают применение осмия в промышленности и поэтому его применяют там, где экономический эффект от применения превышает понесенные затраты для добычи и обработки.
Осмий находят в осколках метеоритов, которые в разные времена попали на нашу планету. Но чаще всего его добывают в рудниках. Нередко рядом можно найти и такой материал, как иридий . Добываемое количество осмия действительно ничтожно мало и для удовлетворения нужд разных отраслей промышленности приходиться использовать вторичных металл.
Одним из крупных экспортеров этого металла является республика Казахстан. По неподтвержденным сведения цена одного грамма, добытого в этой стране, составляет порядка 10 000 долларов США. Но это всего лишь слухи, так цена металла за унцию является коммерческой тайной. Размер стоимости металла заставляет подумать о целесообразности массового использования его в промышленности, медицине и биологии.
Место в таблице Менделеева и основные свойства
Металл, обозначаемый как Os, расположился в ячейке под номером 76. Ближайшие соседи - рений и иридий. В нормальных условиях вещество обладает серебристо-белым цветом.
Осмий обладает рядом уникальных свойств. Например, плотность составляет 22,6 грамма на кубический сантиметр. В этом плане он перегнал иридий. Металл, который находят в природе состоит из нескольких изотопов, которые практические невозможно разделить. Самый применяемый изотоп носит индекс 187.
Температура, при которой, осмий меняет свое агрегатное состояние и переходит в жидкое состояние равна 3 027 ºC. Кипеть материал начинает по достижении 5500 ºC. Высокая плотность обеспечила металлу высокую хрупкость.
Особенности добычи и применения
Несмотря на дороговизну, осмий не используют для изготовления драгоценностей. Причиной тому служит плохая обрабатываемость. Его практически невозможно подвергнуть механической обработке. Ко всему прочему надо помнить о тугоплавкости и хрупкости.
Среди изотопов, довольно редко встречающегося металла есть под номер 187. Именно его и применяют при строительстве космической техники. Кроме того, не обошлось без него и ядерное оружие. Применяют для создания электронной аппаратуры, которая задействована в управлении ракетным оружием. Кстати, также используют при обустройстве хранилищ ядерных отходов.
Применение осмия в разных отраслях
Как уже отмечалось выше это один из немногих материалов, обладающих высокой плотностью, к примеру, ведро воды, будет легче весить чем полулитровая бутылка, наполненная этим металлом. Между тем, это свойство - твердость практически не востребовано, в отличие от другого его свойства - твердости.
Осмий применяют как добавку для получения многих сплавов. Даже небольшая добавка металла придает сплавам невероятную стойкость к износу. Сплав с добавкой этого материала может прослужить значительно дольше, чем остальные. Кроме того, сплавы с добавлением осмия обладают повышенной механической прочностью и высокой стойкостью к воздействию коррозии. Как следствие этого свойства, осмий и сплавы применяют для снижения трения в различных узлах. Сплав осмия и иридия применяют при производстве сверхтвердых сплавов для разных отраслей.
Благодаря обозначенным свойствам осмий используют при изготовлении измерительного оборудования, предназначенного для проведения измерений с высокой точностью.
Кстати, осмий используют при производстве автоматических ручек. Именно поэтому ручки могут писать года и при этом не подвергаются износу.
Еще одно из свойств редкого металла - не магнитен. И это послужило поводом для использования в механизмах часов и механических навигационных приборах (компасах).
Металл применяют в качестве катализатора при производстве аммиака, органических соединений. Кроме того, без него не обходится производство катализаторов с метанольным топливным элементом.
Еще не так давно, сплав вольфрама с осмием применяли для производства нитей ламп накаливания. Этот сплав называют осрам.
Микроскопия также не обошлась без редкого металла. Его применяют для работы электронных микроскопов.
В медицине осмий и его оксиды применяют для хирургических имплантатах и сердечных стимуляторах и при замещении клапанов в легких. Вместе с тем тетраоксид осмия является сильным токсином и практически не применяется ни в одной отрасли.
На самом деле осмий в чистом виде редко используют на практике. Куда чаще в ход идут его соединения, например, оксиды.
Особенности хранения
Готовый осмий хранят в виде порошка. Поскольку в виде кристаллов он не плавиться и не поддается никакой обработки, его даже нельзя заклеймить. Для получения слитков металла применяют лучевой нагрев. Но существуют методы получения кристаллов из порошкового материала, например, тигельный нагрев.
Немного истории
Осмий как элемент был открыт в начале ХХ века английскими учеными. Они проводили эксперименты по растворению платины в царской водке. Это смесь соляной и азотной кислоты, которая способна растворять металлы без остатка.
В ходе экспериментов появлялся осадок, подвергшийся тщательному исследованию. В результате их и был найдена смесь осмия и иридия. Кстати, аналогичные работы проводились и во Франции.
Если с точки зрения практики элемент №76 среди прочих платиновых металлов выглядит достаточно заурядно, то с точки зрения классической химии (подчеркиваем, классической неорганической химии, а не химии комплексных соединений) этот элемент весьма знаменателен.
Прежде всего, для него, в отличие от большинства элементов VIII группы, характерна валентность 8+, и он образует с кислородом устойчивую четырехокись OsO 4 . Это своеобразное соединение, и, видимо, не случайно элемент №76 получил название, в основу которого положено одно из характерных свойств его четырехокиси.
Осмий обнаруживают по запаху
Подобное утверждение может показаться парадоксальным: ведь речь идет не о галогене, а о платиновом металле...
История открытия четырех из пяти платиноидов связана с именами двух английских ученых, двух современников. Уильям Волластон в 1803...1804 гг. открыл палладий и родий, а другой англичанин, Смитсон Теннант (1761...1815), в 1804 г. – иридий и осмий. Но если Волластон оба «свои» элемента нашел в той части сырой платины, которая растворялась в царской водке, то Теннанту повезло при работе с нерастворимым остатком: как оказалось, он представлял собой естественный природный сплав иридия с осмием.
Тот же остаток исследовали и три известных французских химика – Колле-Дескоти, Фуркруа и Воклен. Они начали свои исследования даже раньше Теннанта. Как и он, они наблюдали выделение черного дыма при растворении сырой платины. Как и он, они, сплавив нерастворимый остаток с едким кали, сумели получить соединения, которые все-таки удавалось растворить. Фуркруа и Воклен были настолько убеждены, что в нерастворимом остатке сырой платины есть новый элемент, что заранее дали ему имя – птен – от греческого πτηνος – крылатый. Но только Теннанту удалось разделить этот остаток и доказать существование двух новых элементов – иридия и осмия.
Название элемента №76 происходит от греческого слова οσμη, что означает «запах». Неприятный раздражающий запах, похожий одновременно на запахи хлора и чеснока, появлялся, когда растворяли продукт сплавления осмиридия со щелочью. Носителем этого запаха оказался осмиевый ангидрид, или четырехокись осмия OsO 4 . Позже выяснилось, что так же скверно, хотя и значительно слабее, может пахнуть и сам осмий. Тонкоизмельченный, он постепенно окисляется на воздухе, превращаясь в OsO 4 ...
Осмий металлический
Осмий – оловянно-белый металл с серовато-голубым оттенком. Это самый тяжелый из всех металлов (его плотность 22,6 г/см 3) и один из самых твердых. Тем не менее осмиевую губку можно растереть в порошок, поскольку он хрупок. Плавится осмий при температуре около 3000°C, а температура его кипения до сих пор точно не определена. Полагают, что она лежит где-то около 5500°C.
Большая твердость осмия (7,0 по шкале Мооса), пожалуй, то из его физических свойств, которое используют наиболее широко. Осмий вводят в состав твердых сплавов, обладающих наивысшей износостойкостью. У дорогих авторучек напайку на кончик пера делают из сплавов осмия с другими платиновыми металлами или с вольфрамом и кобальтом. Из подобных же сплавов делают небольшие детали точных измерительных приборов, подверженные износу. Небольшие – потому что осмий мало распространен (5·10 –6 % веса земной коры), рассеян и дорог. Этим же объясняется ограниченное применение осмия в промышленности. Он идет лишь туда, где при малых затратах металла можно получить большой эффект. Например, в химическую промышленность, которая пытается использовать осмий как катализатор. В реакциях гидрогенизации органических веществ осмиевые катализаторы даже эффективнее платиновых.
Несколько слов о положении осмия среди прочих платиновых металлов. Внешне он мало от них отличается, но именно у осмия самые высокие температуры плавления и кипения среди всех металлов этой группы, именно он наиболее тяжел. Его же можно считать наименее «благородным» из платиноидов, поскольку кислородом воздуха он окисляется уже при комнатной температуре (в мелкораздробленном состоянии). А еще осмий – самый дорогой из всех платиновых металлов. Если в 1966 г. платина ценилась на мировом рынке в 4,3 раза дороже, чем золото, а иридий – в 5,3, то аналогичный коэффициент для осмия был равен 7,5.
Как и прочие платиновые металлы, осмий проявляет несколько валентностей: 0, 2+, 3+, 4+, 6+ и 8 +. Чаще всего можно встретить соединения четырех- и шестивалентного осмия. Но при взаимодействии с кислородом он проявляет валентность 8+.
Как и прочие платиновые металлы, осмий – хороший комплексообразователь, и химия соединений осмия не менее разнообразна, чем, скажем, химия палладия или рутения.
Ангидрид и другие
Несомненно, самым важным соединением осмия остается его четырехокись OsO 4 , пли осмиевый ангидрид. Как и элементарный осмий, OsO 4 обладает каталитическими свойствами; OsO 4 применяют при синтезе важнейшего современного лекарственного препарата – кортизона. При микроскопических исследованиях животных и растительных тканей четырехокись осмия используют как окрашивающий препарат. OsO 4 очень ядовит, он сильно раздражает кожу, слизистые оболочки и особенно вреден для глаз. Любая работа с этим полезным веществом требует чрезвычайной осторожности.
Внешне чистая четырехокись осмия выглядит достаточно обычно – бледно-желтые кристаллы, растворимые в воде и четыреххлористом углероде. При температуре около 40°C (есть две модификации OsO 4 с близкими точками плавления) они плавятся, а при 130°C четырехокись осмия закипает.
Другой окисел осмия – OsO 2 – нерастворимый в воде черный порошок – практического значения не имеет. Также не нашли пока практического применения и другие известные соединения элемента №76 – его хлориды и фториды, иодиды и оксихлориды, сульфид OsS 2 и теллурид OsTe 2 – черные вещества со структурой пирита, а также многочисленные комплексы и большинство сплавов осмия. Исключение составляют лишь некоторые сплавы элемента №76 с другими платиновыми металлами, вольфрамом и кобальтом. Главный их потребитель – приборостроение.
Как получают осмий
Самородный осмий в природе не найден. Он всегда связан в минералах с другим металлом платиновой группы – иридием. Существует целая группа минералов осмистого иридия. Самый распространенный из них – невьянскит, природный сплав этих двух металлов. Иридия в нем больше, поэтому невьянскит часто называют просто осмистым иридием. Зато другой минерал – сысертскит – называют иридистым осмием – в нем больше осмия... Оба эти минерала – тяжелые, с металлическим блеском, и это не удивительно – таков их состав. И само собой разумеется, все минералы группы осмистого иридия очень редки.
Иногда эти минералы встречаются самостоятельно, чаще же осмистый иридий входит в состав самородной сырой платины. Основные запасы этих минералов сосредоточены в СССР (Сибирь, Урал), США (Аляска, Калифорния), Колумбии, Канаде, странах Южной Африки.
Естественно, что добывают осмий совместно с платиной, но аффинаж осмия существенно отличается от способов выделения других платиновых металлов. Все их, кроме рутения, осаждают из растворов, осмий же получают отгонкой его относительно летучей четырехокиси.
Но прежде чем отгонять OsO 4 , нужно отделить от платины осмистый иридий, а затем разделить иридий и осмий.
Когда платину растворяют в царской водке, минералы группы осмистого иридия остаются в осадке: даже этот из всех растворителей растворитель не может одолеть эти устойчивейшие природные сплавы. Чтобы перевести их в раствор, осадок сплавляют с восьмикратным количеством цинка – этот сплав сравнительно просто превратить в порошок. Порошок спекают с перекисью бария BaO 3 , а затем полученную массу обрабатывают смесью азотной и соляной кислот непосредственно в перегонном аппарате – для отгонки OsO 4 .
Ее улавливают щелочным раствором и получают соль состава Na 2 OsO 4 . Раствор этой соли обрабатывают гипосульфитом, после чего осмий осаждают хлористым аммонием в виде соли Фреми Cl 2 . Осадок промывают, фильтруют, а затем прокаливают в восстановительном пламени. Так получают пока еще недостаточно чистый губчатый осмий.
Затем его очищают, обрабатывая кислотами (HF и HCl), и довосстанавливают в электропечи в струе водорода. После охлаждения получают металл чистотой до 99,9% O 3 .
Такова классическая схема получения осмия – металла, который применяют пока крайне ограниченно, металла очень дорогого, но достаточно полезного.
Чем больше, тем... больше
Природный осмий состоит из семи стабильных изотопов с массовыми числами 184, 186...190 и 192. Любопытная закономерность: чем больше массовое число изотопа осмия, тем больше он распространен. Доля самого легкого изотопа, осмия-184, – 0,018%, а самого тяжелого, осмия-192, – 41%. Из искусственных радиоактивных изотопов элемента №76 самый долгоживущий – осмий-194 с периодом полураспада около 700 дней.
Карбонилы осмия
В последние годы химиков и металлургов все больше интересуют карбонилы – соединения металлов с СО, в которых металлы формально нульвалентны. Карбонил никеля уже довольно широко применяется в металлургии, и это позволяет надеяться, что и другие подобные соединения со временем смогут облегчить получение тех или иных ценных материалов. Для осмия сейчас известны два карбонила. Пентакарбонил Os(CO) 5 – в обычных условиях бесцветная жидкость (температура плавления – 15°C). Получают его при 300°C и 300 атм. из четырехокиси осмия и угарного газа. При обычных температуре и давлении Os(CO) 5 постепенно переходит в другой карбонил состава Os 3 (CO) 12 – желтое кристаллическое вещество, плавящееся при 224°C. Интересно строение этого вещества: три атома осмия образуют равносторонний треугольник с гранями длиной 2,88 Å, а к каждой вершине этого треугольника присоединены по четыре молекулы СО.
Фториды спорные и бесспорные
«Фториды OsF 4 , OsF 6 , OsF 8 образуются из элементов при 250...300°C... OsF 8 – самый летучий из всех фторидов осмия, т. кип. 47,5°»... Эта цитата взята из III тома «Краткой химической энциклопедии», выпущенного в 1964 г. Но в III томе «Основ общей химии» Б.В. Некрасова, вышедшем в 1970 г., существование октафторида осмия OsF 8 отвергается. Цитируем: «В 1913 г. были впервые получены два летучих фторида осмия, описанные как OsF 6 и OsF 8 . Так и считалось до 1958 г., когда выяснилось, что в действительности они отвечают формулам OsF 5 и OsF 6 . Таким образом, 45 лет фигурировавший в научной литературе OsF 8 на самом деле никогда не существовал. Подобные случаи «закрытия» ранее описанных соединений встречаются не так уж редко».
Заметим, что и элементы тоже иногда приходится «закрывать»... Остается добавить, что, помимо упомянутых в «Краткой химической энциклопедии», был получен еще один фторид осмия – нестойкий OsF 7 . Это бледно-желтое вещество при температуре выше –100°C распадается на OsF 6 и элементарный фтор.
