Открытия этого металла ученые не ждали. Просто пытались получше очистить платину. Он стал последним компонентом группы платиноидов, пополнившим таблицу Менделеева. Его используют серьезные отрасли, но раскрытие потенциала осмия впереди.
Что представляет собой
Осмий – это благородный металл, платиноид. 76-й элемент таблицы Менделеева.
Каноническое описание – блестящий серебристо-белый с голубоватым отливом.
Но в разных формах выглядит чуть иначе:
- Слиток отличает темно-синяя серебристость.
- Кристаллы, полученные лабораторно, – серебристо-голубые.
- Порошок темно-фиолетовый.
Международное наименование – Osmium (Os).
Это простое вещество, состоящее из семи изотопов.
Название химического элемента по-древнегречески ὀσμή, что означает «запах».
Его происхождение обусловлено свойством порошка при взаимодействии с другими элементами выделять резкий отвратный запах.
История
Осмий был обнаружен учеными при исследовании платиновой руды.
Первыми (1803 год) стали британские химики:
- Уильям Волластон экспериментировал с сырьем, намереваясь извлечь чистую платину. Опыт по растворению платины царской водкой удался, но химика заинтересовал нерастворенный черный осадок-порошок. Ученый предположил, что это неизвестные науке элементы.
- Те же результаты получил Смитсон Теннант. По его версии нерастворившимся осадком был графит. Однако дальнейшие манипуляции показали, что это металл (или металлы).
Их французские коллеги Воклен, Фуркуа и Колле-Дескоти посчитали полученное вещество единичным химическим элементом. В процессе растворения платины они зафиксировали черный дым. Поэтому вещество окрестили птеном, то есть «летучим».
Дальнейшие опыты доказали, что это соединение двух металлов, названное осмиридием. Первым их разделил, получив чистый иридий и осмий, Смитсон Теннант.
Так завершилась история открытия металла.
Первооткрыватель Теннант придумал название. Его неприятно поразило амбре (как хлорка либо гниющая редька), источаемое при растворении осадка водой или кислотой и порошком этого металла при окислении на воздухе.
Физико-химические характеристики
Осмий – самый тяжелый, твердый, химически устойчивый, тугоплавкий, но хрупкий в семействе платиноидов.
Химическая активность определяется формой вещества:
- Металлический осмий не окисляется на воздухе, не растворяется в кислотах, не реагирует на щелочи.
- Порошковый самый активный: легко взаимодействует с кислородом, азотной, серной кислотами, другими химическими элементами. Это хороший катализатор.
Металл не перестает блестеть даже при высоких температурах.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Осмий / Osmium (Os), 76 |
| Атомная масса (молярная масса) |
190,23(3) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Xe] 4f14 5d6 6s2 |
| Радиус атома | 135 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 126 пм |
| Радиус иона | (+6e) 69 (+4e) 88 пм |
| Электроотрицательность | 2,2 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | +0,850 |
| Степени окисления | 8, 6, 4, 3, 2, 0, −2 |
| Энергия ионизации (первый электрон) |
819,8(8,50) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 22,587/22,61 г/см³ |
| Температура плавления | 3306 K (3033 °C) |
| Температура кипения | 5285 K (5012 °C) |
| Уд. теплота плавления | 31,7 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 738 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 24,7 Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 8,43 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | гексагональная |
| Параметры решётки | a = 2,734 c = 4,317 |
| Отношение c/a | 1,579 |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) (87,6) Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-04-2 |
Плотность осмия вдвое выше свинца, почти втрое – железа. По твердости сопоставим с кремнием.
Osmium – самый плотный и тяжелый металл на Земле. Такую характеристику обеспечивает, среди прочих факторов, плотноупакованная гексагональная кристаллическая решетка.
Кубик чистого осмия с ребром 8 см тяжелее 10-литрового ведра воды.
| Степень окисления | Пример соединения |
|---|---|
| −2 | Na2[Os(CO)4] |
| −1 | Na2[Os4(CO)13] |
| 0 | Os3(CO)12 |
| +1 | OsI |
| +2 | OsI2 |
| +3 | OsBr3 |
| +4 | OsO2, OsCl4 |
| +5 | OsF5 |
| +6 | OsF6 |
| +7 | OsOF5, OsF7 |
| +8 | OsO4, Os(NCH3)4 |
Металл в природе
Osmium как самостоятельный «игрок» в природе не представлен.
Он всегда часть состава породы с прочими благородными металлами:
- Медные, никелевые, молибденовые руды. Это главный источник металла.
- Собственные металлы осмия – сысертскит, невьянскит. В невьянските доля осмия достигает 22-49%.
- Платиновые, золотосодержащие руды.
- В виде изотопов: шесть из семи стабильны.
На предмет обнаружения осмия исследуются серные, мышьяковые соединения, вещество железных метеоритов.
Доля осмия на планете по массе – 0,007 г на тонну породы.
Поставщики сырья
Месторождениями руд с осмием в составе располагают следующие страны:
- Россия;
- Южно-Африканская Республика;
- США;
- Колумбия;
- Австралия;
- Канада.
Однако чистый металл попадает на мировой рынок эксклюзивно: только из Казахстана.
Глобальный годовой объем добычи осмия – 100 кг.
Технология получения
Подобно другим платиноидам, Osmium извлекают из материнской породы: медно-никелевой, платиновой, золотой.
Добыча осмия проходит по-разному:
- На аффинажном предприятии в процессе очистки платины. Это отработанная, но технологически сложная многоэтапная процедура. Вначале получается осадочный осмиридий. Он ценен сам по себе, но иногда два компонента требуется разделить. Для этого проводят цепочку химических реакций.
- Второй способ получения осмия – прокаливание обогащенной породы при 800-900°С. Осмий получается губчатым.
- Металл чистотой 99,99% получают методом химического транспортирования.
Однако потери при производстве металла велики, поэтому разрабатываются более эффективные технологии.
Где используется металл
Osmium – самый малопотребляемый из платиноидов. Практическое применение тормозят редкость в природе и тугоплавкость: чтобы расплавить порошок, требуется выше 3000°С. Обеспечить такую температуру плавления по силам не каждому предприятию.
Первые идеи
Новый металл долго оставался невостребованным: люди не знали, куда его приспособить. Идею подали практичные немцы. Они решили делать из осмия нить накаливания. Такая лампочка светила ярко, потребляя втрое меньше энергии. Однако выгоды все равно не было, поэтому эксперимент свернули: победил более дешевый вольфрам.
Компромиссный вариант нашелся в конце ХХ века: транснациональная корпорация Osram выпускала бытовые лампочки накаливания под одноименным брендом. Он образован от слов осмий и вольфрам: из такого сплава были сделаны их нити накаливания.
Сегодня Osmium оставлен отраслям, где заменить его нечем.
Промышленность
Супертвердое сырье востребовано передовыми отраслями:
- Это материал сплавов узлов, деталей особо точных приборов.
- Из него сделаны стрелки часовых механизмов, измерительной техники.
- Это микропокрытие деталей, испытывающих при работе повышенные нагрузки по трению
Изделия, выполненные из сплавов с осмием, устойчивы к износу. Служат десятилетиями.
Выбор вида сплава определяется функциями изделий в технике:
- Осмий плюс платина либо палладий становятся электрическими контактами.
- Сплав с никелем, вольфрамом, кобальтом – материал стойких механически и химически наконечников.
- Многофункциональны соединения с рутением, иридием.
Они используются военно-промышленным комплексом, авиастроителями (гражданский и военный сегмент).
Химическая отрасль
Данной сферой востребованы премиальные свойства осмия как катализатора – он эффективнее платиновых аналогов.
С разными целями закупается четырехокись металла:
- Фармацевтическими гигантами – для синтеза лекарственных препаратов.
- Без нее невозможно синтезировать аммиак, молекулярный азот, прогидрировать органические соединения.
Химия и нефтепереработка забирают половину наличного осмия.
Благодаря осмиевому компоненту стало возможным получение густо-черного пигмента для нужд фарфорового производства.
Медицина
Осмиевая составляющая присутствует в изделиях, к которым предъявляются повышенные требования по твердости:
- хирургический инструментарий;
- имплантанты;
- кардиостимуляторы.
Материалам служит сплав осмия с платиной (осмия – 11%).
Как и «рутениевый красный», осмиевый пигмент создает контрастность при исследовании под микроскопом биологических субстанций (например, тканей человека).
Неоценимую пользу Osmium может принести как блокиратор онкологии. Данное направление – приоритет исследовательских работ.
Ювелирное дело
В данном сегменте благородный металл – лигатура платиновых сплавов. Ювелирные изделия в таком исполнении особо прочны, красивы, долговечны. Но это единичные случаи: сырья мало.
Предостережение
Порошковый Osmium дурно пахнет. Однако реальную опасность представляют его соединения: они весьма токсичны, образуются даже на воздухе при обычных условиях.
Допустимая концентрация в воздухе – 0,002 мг/ м3. Ее превышение чревато слепотой, поражением верхних дыхательных путей, внутренних органов, даже смертью.
Ценовые парадоксы
Это не самый дорогой элемент: из благородных металлов на бирже дешевле только рутений и серебро.
За последние 20 лет продукт подорожал впятеро: в 2021 году за грамм осмия дают 950 руб. ($13).
Другое дело стоимость природных изотопов. Например, Osmium-187. Его получение затратно, поэтому Казахстан – единственный продавец в мире – установил цену за 1 грамм в $10 тыс.
Загрузка...
