Свойства осмия. Осмий: самый дорогой и тяжелый металл
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.
О́смий - химический элемент с атомным номером 76. В периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом Os (лат. Osmium). При стандартных условиях представляет собой серебристо-голубоватый хрупкий переходный металл. Относится к группе платиновых металлов. Обладает высокой плотностью, сравним по этому параметру только с иридием (плотности Os и Ir практически равны с учётом расчётной погрешности).
История
Осмий открыт в 1804 году английским химиком Смитсоном Теннантом в осадке, остающемся после растворения платины в царской водке. Сходные исследования проводились французскими химиками Колле-Дескоти, Антуаном Франсуа де Фуркруа и Вокеленом, которые тоже пришли к выводу о содержании неизвестного элемента в нерастворимом остатке платиновой руды. Гипотетическому элементу было присвоено имя птен (крылатый), однако опыты Теннанта продемонстрировали, что это смесь двух элементов - иридия и осмия.
Назван от др.-греч. ὀσμή (запах), по резко пахнущему летучему оксиду OsO 4 (напоминает озон).
Получение
Осмий выделяют из обогащённого сырья платиновых металлов путём прокаливания этого концентрата на воздухе при температурах 800-900 °C. При этом количественно сублимируют пары весьма летучего тетраоксида осмия 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.
Свойства
Физические
Осмий - серо-голубоватый, твёрдый, но хрупкий металл с очень высокой удельной массой, сохраняющий свой блеск даже при высоких температурах. В силу своей твёрдости, хрупкости, низкого давления паров (самого низкого среди всех платиновых металлов), а также очень высокой температуры плавления, металлический осмий с трудом поддаётся механической обработке. Осмий считается самым плотным из всех химических элементов, немного превосходя по этому параметру иридий. Наиболее достоверные значения плотностей для этих металлов могут быть рассчитаны по параметрам их кристаллических решёток: 22,562 ± 0,009 г/см³ для иридия и 22,587 ± 0,009 г/см³ для осмия. При сравнении различных изотопов этих металлов, наиплотнейшим оказывается 192 Os. Необычайно высокая плотность осмия объясняется лантаноидным сжатием.
Химические
Порошок осмия при нагревании реагирует с кислородом, галогенами, парами серы, селеном, теллуром, фосфором, азотной и серной кислотами. Компактный осмий не взаимодействует ни с кислотами, ни со щелочами, но с расплавами щелочей образует водорастворимые осматы. Медленно реагирует с азотной кислотой и царской водкой, реагирует с расплавленными щелочами в присутствии окислителей (нитрата или хлората калия), с расплавленной перекисью натрия. В соединениях проявляет степени окисления от −2 до +8, из которых самыми распространенными являются +2, +3, +4 и +8.
Осмий - один из немногих металлов, образующих полиядерные (или кластерные) соединения. Полиядерный карбонил осмия Os 3 (CO) 12 используется для моделирования и исследования химических реакций углеводородов на металлических центрах. Карбонильные группы в Os 3 (CO) 12 могут замещаться на другие лиганды, в том числе и содержащие кластерные ядра других переходных металлов.
Осмий представляет собой химический элемент из соответствующей системы химических элементов. В обычном состоянии является переходным металлом платиновой группы в виде блестящего белого металла серебристого оттенка с голубым отливом. Данный вид материалов обладает наибольшим показателем плотности среди других наряду с иридием, однако, последний немного проигрывает.
Этот вид материалов выделяют из сырья платиновых металлов обогащенного типа, путем прокалывания при температуре от 800 до 900 градусов Цельсия на воздухе.
Таблица удельного веса осмия
Так как, осмий является сложным материалом, рассчитать его удельный вес в полевых условиях самостоятельно не представляется возможным. Эти вычисления проводят в специальных химических лабораториях. Однако, при этом средний удельный вес осмия известен и равен 22,61 г/см3.
Для упрощения подсчетов ниже представлена таблица с значениями удельного веса осмия, а также его веса в зависимости от единиц исчисления.
Свойства осмия
Данный материал является хрупким, но в тоже время, очень твердым металлом с большой удельной массой. Механической обработке поддается с трудом, из-за хрупкости, твердости и высокой температуре плавления, а также низкого давления паров. Температура плавления осмия составляет 3033 градусов Цельсия, а кипения 5012 градусов Цельсия. Данный вид материалов относят к группе парамагнетиков.
Осмий в состоянии порошка хорошо реагирует с галогенами, селеном, фосфором, кислородом, парами серы, серной и азотной кислотой при нагревании. Не взаимодействует в компактном виде с щелочами и кислотами. Обладает низкой скоростью реакции с царской водкой и азотной кислотой.
Данный вид материалов является одним из немногих металлов, которые образуют кластерные или полиядерные соединения.
Не оказывает никакого влияния на биологическую роль живых организмов и является крайне токсичным.
Получение осмия
В естественном виде в природе не найден. Этот материал всегда связан с другим видом металла платиновой группы - иридием. Добывают осмий наряду с платиной. При обработке которой выделяется осмистый иридий, который разделяют на отдельные компоненты - иридий и осмий. Затем осмий очищают, поддают процессу обработки кислотами и восстанавливают водородом в электропечи, получая в итоге, чистый металл с концентрацией до 99,9 процентов.
Применение осмия
Широкое распространение получил как катализатор реакций и компонент сплавов с иридием. Из основных направлений следует выделить:
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
