Обновлено: 27.04.2024

ОСМИЙ
свойства, получение и применение

Осмий (лат. Osmium) — химический элемент с атомным номером 76 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом Os. При стандартных условиях представляет собой блестящий серебристо-белый с голубоватым отливом металл.

Осмий самый тяжелый из всех металлов (его плотность 22,6 г/см3) и один из самых твердых, но при этом хрупкий, и из него легко получается порошок. Он является переходным металлом и относится к платиновой группе.

Осмий открыт в 1804 английским химиком С. Теннантом в черном порошке, остающемся после растворения платины в царской водке. Для него характерно образование тетраоксида OsO 4 с резким запахом. Отсюда и название элемента, происходящее от греческого «осме» — запах.

Содержание осмия в земной коре примерно составляет 5·10-6% по массе. Встречается в природе в самородном виде как твёрдый раствор с иридием (минералы невьянскит и сысертскит).

Внешне осмий мало отличается от других металлов платиновой группы, но именно у него самые высокие температуры плавления и кипения среди всех металлов этой группы, именно он наиболее тяжел. Его же можно считать наименее «благородным» из платиноидов, поскольку в мелкораздробленном состоянии кислородом воздуха он окисляется уже при комнатной температуре.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСМИЯ

Осмий самый плотный драгоценный металл. Он по плотности немного превосходит платиновый элемент - 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. По новейшим сведениям, плотность осмия составляет 22,61 г/см3.

В силу своей твёрдости, хрупкости, низкого давления паров (самого низкого среди всех платиновых металлов), а также очень высокой температуры плавления, осмий с трудом поддаётся механической обработке.

Термодинамические свойства:
- температура плавления 3327 K (3054 °C);
- температура кипения 5300 K (5027 °C);
- теплота плавления 31,7 кДж/моль;
- теплота испарения 738 кДж/моль;
- теплопроводность (300 K) (87,6) Вт/(м·К);
- температура перехода в сверхпроводящее состояние — 0,66 К;
- молярная теплоёмкость 24,7 Дж/(K·моль).
Молярный объём 8,43 см3/моль.
Структура решётки гексагональная.
Твёрдость по Виккерсу 3 - 4 ГПа, по шкале Мооса – 7.
Модуль нормальной упругости - 56,7 ГПа.
Модуль сдвига - 22 ГПа.
Осмий — парамагнетик (магнитная восприимчивость 9,9·10-6).

В природе осмий встречается в виде семи изотопов, 6 из которых стабильны: 184Os (0,018 %), 187Os (1,64 %), 188Os (13,3 %), 189Os (16,1 %), 190Os (26,4 %) и 192Os (41,1 %)[4]. Осмий-186 (содержание в земной коре 1,59 %) подвержен альфа-распаду, но учитывая его исключительно большой период полураспада - (2,0 ± 1,1)·1015 лет, его можно считать практически стабильным. Искусственным путём получены радиоактивные изотопы осмия с массовыми числами от 162 до 197, а также несколько ядерных изомеров. Самый долгоживущий осмий-194 с периодом полураспада около 700 дней.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСМИЯ

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 распространёнными являются +2, +3, +4 и +8. Металлический осмий и все его соединения электрохимически легко окисляются до OsO4.

Для осмия, в отличие от большинства элементов VIII группы, характерна валентность 8+, и он образует с кислородом устойчивую четырехокись OsO4. Это своеобразное соединение, несомненно, является его самым важным.

Внешне чистая четырехокись осмия выглядит достаточно обычно – бледно-желтые кристаллы, растворимые в воде и четыреххлористом углероде. При температуре около 40°C (есть две модификации OsO4 с близкими точками плавления) они плавятся, а при 130°C четырехокись осмия закипает.

Как и элементарный осмий, OsO4 обладает каталитическими свойствами; OsO4 применяют при синтезе важнейшего современного лекарственного препарата – кортизона.

Оксид осмия очень летуч, его пары OsO4 ядовиты, разъедают слизистые оболочки. Он имеет кислотные свойства, образует соединения типа K2OsO4.

Другой окисел осмия – OsO2 – нерастворимый в воде черный порошок – практического значения не имеет. Также не нашли пока практического применения и другие известные его соединения – хлориды и фториды, иодиды и оксихлориды, сульфид OsS2 и теллурид OsTe2 – черные вещества со структурой пирита, а также многочисленные комплексы и большинство сплавов осмия.

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 Os3(CO)12 – желтое кристаллическое вещество, плавящееся при 224°C.

Нахождение в природе

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.

Основные минералы осмия, относящиеся к классу твёрдых растворов, природные сплавы осмия и иридия (невьянскит и сысертскит). 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 очень редки.

Основные месторождения осмистых иридиев сосредоточены в России (Сибирь, Урал), США (Аляска, Калифорния), Колумбии, Канаде, странах Южной Африки, Тасмании, Австралии.

Несмотря на то, что месторождения осмия расположены по всему миру, единственным производителем 187 изотопа является Казахстан. Эта страна лидирует по запасам ценного осмия-187, являясь и единственным экспортером изотопа.

Получение осмия

Чтобы отделить от платины осмистый иридий её растворяют в царской водке, минералы группы осмистого иридия остаются в осадке. Далее полученный осадок сплавляют с восьмикратным количеством цинка – этот сплав сравнительно просто превратить в порошок, который спекают с перекисью бария BaO3. Затем полученную массу обрабатывают смесью азотной и соляной кислот непосредственно в перегонном аппарате – для отгонки OsO4.

Тетраоксид осмия улавливают щелочным раствором и получают соль состава Na2OsO4. Раствор этой соли обрабатывают гипосульфитом, после чего осмий осаждают хлористым аммонием в виде соли Фреми [OsO2(NH3)4]Cl2. 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% Os.

Такова классическая схема получения осмия – металла, который применяют пока крайне ограниченно, металла очень дорогого, но достаточно полезного. Мировое производство осмий составляет всего около 600 кг в год.

Все страны, добывающие осмий, не экспортируют его. Все, кроме Казахстана. Это единственная страна, которая продавала полученный осмий в лабораториях по цене 100 000 долларов за грамм. Однако на сегодняшний день продажи прекращены. Приобрести осмий можно только на черном рынке, где много лет зафиксировалась цена за 1 грамм в 200 000 долларов.

Применение

Осмий используется во многих сплавах, что делает их очень износостойкими. Если добавить осмий в какой-нибудь сплав, то он тут же приобретает неимоверную износостойкость, становится долговечным, повышается его сопротивляемость механическим воздействиям и коррозиям.

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.

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 позволяют создавать острейшие лезвия технических, медицинских, промышленных ножей.

Авторучки с осмиевыми наконечниками перьев могут писать годами, чего нельзя сказать о полностью золотых или других металлических перьях – осмиевым перьям действительно «нет износу».

Сплав платины (90 %) и осмия (10 %) применяется в хирургических имплантатах, таких, как электрокардиостимуляторы, и при замещении клапанов лёгочного ствола.

Сплав «осрам» (осмия с вольфрамом) использовался для изготовления нитей ламп накаливания.

Поскольку осмий не имеет магнитных свойств, его активно используют при создании часовых механизмов и компасов.

Осмиевые катализаторы используются при гидрировании органических соединений, в производстве лекарств, при синтезе аммиака. Тетраоксид (высший оксид, OsO4) осмия находит своё применение, как катализатор, при производстве некоторых синтетических лекарств, а также в лабораторных исследованиях – с его помощью удобно окрашивать ткани под микроскопом.

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.

Биологическая роль и физиологическое действие

Современные ученые уверены, что биологической роли данный металл не играет. Однако, этот элемент классифицируется как крайне агрессивный, наряду с такими металлами как ртуть, бериллий и висмут.

Даже малые количества осмия в воздухе вызывают у человека поражение глаз – боль, слезотечение и конъюнктивит; во рту появляется металлический привкус, а в бронхах – спазмы; дышать становится трудно, и это может продолжаться несколько часов после того, как источник отравления ликвидирован. Если осмий действует на человека дольше, он может вызвать слепоту, заболевания лёгких и нервной системы, нарушения пищеварения и работы почек – возможен даже смертельный исход.

Кроме того, от этого микроэлемента страдают кожные покровы человека. Они могут приобретать зеленый и черный цвета, на коже могут появляться воспаления, раны и волдыри. Кожа человека может потерять чувствительность и омертветь. Язвы при таком отравлении, затягиваются очень длительное время.

Особенно опасен летучий тетраоксид осмия. Он образуется в процессе выделения данного элемента из платинового сырья. Это то самое вещество, из-за которого элемент получил не слишком завидное наименование. Раздражая дыхательные пути и слизистые оболочки человека, он воспринимается как испарение от гниющей редьки, смешанной с давленым чесноком и засыпанной хлорной известью.

Получить интоксикацию осмием можно на различных производствах. Ученые считают, что в помещениях этого вещества быть не должно даже в очень малых дозах.

Осмий

(хим.; Osmium; Os = 190,3 [O = 15,96], К. Зейберт, 1891) — принадлежит к семье платиновых металлов, один из тяжелых членов ее; по атомному весу он легче иридия, а по удельному немного тяжелее его. По всем свойствам он занимает в VIII группе периодической системы место под железом и рутением; подобно последнему, образует летучий высший окисел типа RO₄, осмиевый ангидрид, который получается весьма легко — при прямом сжигании металла в кислороде или воздухе, к чему рутений неспособен. Открыт О одновременно с иридием (Теннант, 1803), потому что главный минерал, в котором он находится, есть осмистый иридий, встречающийся вместе с другими платиновыми металлами и отделяемый от них весьма легко при обработке царской водкой, в которой он нерастворим. Один из способов обработки осмистого иридия уже указан в ст. Иридий (см.), но можно поступать для отделения О. и проще; накаливают (Фреми) минерал, помещенный в фарфоровой трубке, в струе кислорода (или воздуха), который предварительно пропущен через серную кислоту ради осушения и очищения от пыли, и уловляют OsO₄ в виде кристаллов в хорошо охлажденном приемнике, а небольшое количество несгустившегося пара поглощается в другом приемнике раствором едкого кали. Осмиевый ангидрид OsO₄ — большие бесцветные призмы; при нагревании рукой он делается мягким, как воск, при 40° плавится, а при 110° кипит, превращаясь в бесцветный пар, плотность которого 128,4 (H = 1, при 246° — 285° — Девилль и Дебрэ) вполне подтверждает приведенную формулу. OsO₄ сильно и неприятно пахуч (отсюда название металла от όσμή — запах) даже при обыкновенной температуре, напоминая запах хлористой серы; пары его ядовито действуют на глаза и органы дыхания. Растворимость в воде значительная, хотя растворение совершается медленно; раствор не имеет кислой реакции и обладает запахом ангидрида; этот запах пропадает, если прибавить щелочи — очевидно, вследствие образования соли, но осмиевая кислота столь слабая кислота, что вытесняется, в растворе, даже углекислотой, причем запах ангидрида снова появляется; соли ее некристалличны и при нагревании ангидрид из них обыкновенно улетает, за исключением щелочных солей; растворы солей окрашены в красно-желтый цвет. OsO₄ растворяется в эфире и спирте, но такие растворы постепенно выделяют металлический О., причем растворитель окисляется. Вообще OsO₄ легко восстановляется разными, способными окисляться веществами, вследствие чего и необходимо при получении его избегать пыли; по этой же причине осмиевая кислота употребляется для окрашивания гистологических препаратов в черный цвет (порошкообразным О.). Если к щелочному (КОН, а также NaOH) раствору OsO₄ прибавить немного спирта, то происходит разогревание, сопровождаемое появлением запаха альдегида и изменением красного цвета жидкости в фиолетовый; из такого раствора спирт осаждает кристаллы осмистокислого калия, состава К₂OsO₄.2Н₂O, которые могут быть получены в более крупном виде, если сильно щелочной раствор OsO₄ смешать с азотистокислым калием и дать стоять (Фреми). Та же соль получается, особенно при нагревании, и из раствора OsO₄ просто в избытке крепкого КОН, причем, конечно, должен выделиться кислород (Клаус, ср. Марганец). Соответствующая осмистая кислота Н₂OsO₄ получается (Морат и К. Бишин, 1893) при разложении водой калиевой соли в присутствии спирта и в струе водорода, так как при доступе воздуха образуется OsO₄; эта кислота обладает цветом сажи и нерастворима в воде; серная кислота на нее не действует, соляная на холоде слабо действует, а азотная легко, превращая в OsO₄; способ получения: К₂OsO₄ + 2Н₂O = Н₂OsO₄ + 2КОН показывает, что это тоже очень слабая кислота; ангидрид ее OsO₃ неизвестен. Если нагревать металлический О. в струе хлора, то получаются хлористые соединения — одно более летучее высшего типа OsCl₄, возгон которого представляет темно-красный порошок, другое, менее летучее, низшего типа OsCl₂, возгоняющееся в виде темно-зеленых игол. Оба соединения в небольшом количестве воды растворимы с желтым или зеленым цветом, но избытком ее разлагаются, причем образуются осмиевая и соляная кислоты и металлический О.; вода не производит разложения, если присутствует хлористый калий, с которым соединения обоих типов дают двойные соли, напр. OsCl₄.2KCl, которая в порошке по цвету напоминает сурик или образует темно-бурые октаэдры. Двойная соль особого типа OsCl₃.3KCl.3Н₂O, темно-красные кристаллы, получается, если к раствору OsO₄ в едком кали прибавить аммиак (для восстановления) и затем насытить его соляной кислотой. Соответственные кислородные соединения OsO, Os₂O₃ и OsO₂ получаются при нагревании солей с содой в токе углекислоты. В низших типах своих соединений О. играет роль металла. В парах серы О. горит; растворы хлористых его соединений осаждаются сероводородом (Берцелиус); из раствора K₂OsO₄ сероводород осаждает не OsS₃, a OsS₂, и в растворе образуется многосернистый калий (Фреми); H₂OsO₄ легко реагирует с сероводородом — продукт, бурый порошок, имеет состав Os₂O₃S₂H₂ (Морат и Вишин) и с серной кислотой выделяет сероводород; подкисленный соляной кислотой раствор OsO₄ дает при осаждении сероводородом гидрат OsS₄ — этот осадок нельзя сушить при высокой температуре, так как при этом он загорается; сернистые соединения О. нерастворимы ни в щелочах, ни в сернистых соединениях щелочных металлов или аммония. При действии аммиака на раствор OsO₄ в едком кали осаждается особая соль, так называемый осмиамовокислый калий (Фритче и Струве, 1847); она кристаллизуется в светло-желтых октаэдрах и имеет состав (Жоли, 1891) OsNO₃K, образуясь по уравнению: OsO₄ + КОН + NH₃ = OsNO₃K + 2H₂O. Осмиамовая кислота, OsNO₃H известна только в растворе; получены кристаллические соли аммонийная, серебряная, бариевая. При осторожном нагревании (350°) калиевая соль выделяет азот и превращается в смесь OsO₂ и K₂OsO₄. При ударе и при быстром нагревании эти соли разлагаются со взрывом. Есть основания полагать, что осмиамовая кислота может быть отнесена к разряду нитрозосоединений O:Os(NO).OH и, следов., принадлежит к типу OsX₄, а быть может, она содержит группу (N:N)" и выражается такой формулой: HO.O₂Os.N:N.OsO₂.OH, где О. шестиэквивалентен. Металлический О. разными способами может быть получен из OsO₄. Вокелен восстановлял цинком солянокислый раствор ангидрида. Берцелиус пропускал смесь паров его с водородом через накаленную трубку, где и происходило восстановление. Девилль и Дебрэ пользовались для той же цели окисью углерода. Во всех этих случаях металл получался порошкообразный, или в виде губчатой массы, смотря по температуре, при которой велась операция. Сплавляя О. с оловом в угольном тигле и удалив по охлаждении олово из королька соляной кислотой, Девилль и Дебрэ получили (1876) кристаллический О., уд. в. 22,477; кристаллы представляли очень маленькие кубики синевато-белого цвета с фиолетовым отливом. Сплавление с пиритом точно также приводит к кристаллическому О. Это самый трудноплавкий металл; в пламени гремучего газа вполне сплавить его не удается, а только в электрической печи (Жоли, 1893); сплавленный О. блестящ, синевато-серого цвета, чертит стекло и кварц и сам чертится топазом; уд. в. 22,48. По удельному весу О. тяжелее всех металлов. Порошкообразный О. окисляется уже при обыкновенной температуре, пахнет ангидридом и, подогретый в одной точке, горит, как трут; сплавленный совсем не окисляется при обыкновенной температуре. При температуре плавления иридия О. летуч. Чистый О. не имеет никаких практических применений, но О.-иридий. вследствие своей неизменяемости и твердости, употребляется для концов стальных перьев, так наз. "вечных", и для приготовления цапф и остриев в компасах, потому что он и немагнитен.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890—1907 .

Полезное

Смотреть что такое "Осмий" в других словарях:

осмий — осмий, я … Русский орфографический словарь

ОСМИЙ — (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

ОСМИЙ — (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

ОСМИЙ — хим. элемент, символ Os (лат. Osmium), ат. н. 76, ат. м. 190,2. Относится к семейству платиновых металлов. В природе встречается в виде осмистого иридия. Осмий белый с серо голубым оттенком металл, плотность 22 610 кг/м3, очень твёрд, хрупок,… … Большая политехническая энциклопедия

ОСМИЙ — (лат. Osmium) Os, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 76, атомная масса 190,2, относится к платиновым металлам. Назван от греч. osme запах, по резко пахнущему оксиду OsO4. Плотность 22,61 г/см³, tпл ок. 3027 .C … Большой Энциклопедический словарь

Осмий — Os (лат. Osmium, от греч. osme запах * a. osmium; н. Osmium; ф. osmium; и. osmio), хим. элемент VIII группы периодич. системы Mенделеева, ат.н. 76, ат. м. 190,2; относится к платиновым металлам. B природе 7 изотопов: 184Os… … Геологическая энциклопедия

ОСМИЙ — ОСМИЙ, осмия, муж. (от греч. osme запах) (хим.). Химический элемент, металл платиновой группы. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

ОСМИЙ — или осм муж. один из металлов, открытый в платине. Толковый словарь Даля. В.И. Даль. 1863 1866 … Толковый словарь Даля

ОСМИЙ — (Osmium), Os, хим. элементVIII группы периодич. системы элементов Менделеева, ат. номер 76, ат. масса190,2, относится к платиновой группе благородных металлов. ПриродныйО. представляет собой смесь 7 изотопов: 184Os,186Os 190 Оs, 192 Оs, причём… … Физическая энциклопедия

осмий — сущ., кол во синонимов: 4 • металл (86) • минерал (5627) • платиноид (8) • … Словарь синонимов

Осмий — (хим.; Osmium; Os=190, 3[0=15,96], К. Зейберт, 1891) принадлежит к семье платиновых металлов, один из тяжелых членов ее; поатомному весу он легче иридия, а по удельному Немного тяжелее его. Повсем свойствам он занимает в VIII группе периодической … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

О́СМИЙ -я; м. Химический элемент (Os), твёрдый металл голубовато-белого цвета (входит как компонент в состав сверхтвёрдых и износостойких сплавов).

(лат. Osmium), Os, химический элемент VIII группы периодической системы, относится к платиновым металлам. Название от греч. osmē — запах, по резко пахнущему оксиду OsO₄. Плотность 22,61 г/см 3 , t_пл 3027°C. Катализатор многих реакций, компонент сверхтвёрдых и износостойких сплавов с иридием.

О́СМИЙ (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 OsO₄ 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 OsO₄, которые далее поглощают раствором NaOH.
Упариванием раствора выделяют соль — перосмат натрия, который далее восстанавливают водородом при 120°C до осмия:
Na₂[OsO₂(OH)₄] + 3H₂ = 2NaOH + Os + 4H₂O.
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 OsO₄ 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 + 8HNO₃ = OsO₄ + 4H₂O + 8NO₂
При нагревании осмий реагирует со фтором (см. ФТОР) , хлором (см. ХЛОР) , кислородом (см. КИСЛОРОД) , серой (см. СЕРА) , другими халькогенами (см. ХАЛЬКОГЕНЫ) и неметаллами.
Os + 3F₂ = OsF₆ (при 250–300°C),
Os + Cl₂ = OsCl₄ (при 650–700°C).
При сплавлении в присутствии окислителей осмий реагирует со щелочами. При этом образуются осматы (VI) — соли неустойчивой осмиевой кислоты H₂OsO₄:
2Os + 4NaOH + 3O₂ = 2Na₂OsO₄ + 2H₂O
Для осмия наиболее характерно образование оксидов OsO₄ и OsO₂. В газовой фазе существуют оксиды OsO и OsO₃.
Тетраоксид осмия OsO₄ проявляет кислотные свойства и является сильным окислителем.
OsO₄ + NaOH = Na₂[OsO₄(OH)₂].
Диоксид осмия OsO₂ получают аккуратным обезвоживанием в атмосфере азота Os(OH)₄. При этом образуется черная модификация OsO₂. Она реакционноспособнее коричневой модификации OsO₂, получаемой электровосстановлением щелочного раствора OsO₄ или реакцией осмия с OsO₄:
Os + OsO₄ = 2OsO₂.
Гидроксид осмия(IV) Os(OH)₄ (OsO₂·2H₂O) 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 = Os₃(CO)₁₂ + 3CO
Os₃(CO)₁₂ + 6Na = 3Na₂Os(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). OsO₄ используется для окраски биологических препаратов.
Физиологическое действие
Соединения осмия, особенно легколетучие, сильно ядовиты. Тетраоксид OsO₄ раздражает слизистые, поражает органы дыхания. ПДК в воздухе 0,002 мг/м 3 .

Энциклопедический словарь . 2009 .

Сине-белый блестящий твёрдый металл

Осмий / Osmium (Os), 76

[Xe] 4f 14 5d 6 6s 2

2,2 (шкала Полинга)

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 наибольшей плотностью среди всех веществ [3] , сравним по этому параметру только с иридием (плотности Os и Ir практически равны с учётом расчётной погрешности) [4] .

Содержание

История

Осмий открыт в 1804 году английским химиком Смитсоном Теннантом в сотрудничестве с Уильямом Х. Уолластоном [5] в осадке, остающемся после растворения платины в царской водке. Сходные исследования проводились французскими химиками Колле-Дескоти, Антуаном Франсуа де Фуркруа и Вокленом, 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.

Физические свойства

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 [6] . 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 [7] . При сравнении различных изотопов этих металлов, наиплотнейшим оказывается 192 Os. Необычайно высокая плотность осмия объясняется лантаноидным сжатием [7] , а также гексагональной плотноупакованной кристаллической решёткой.

Химические свойства

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 [8] .

Осмий — один из немногих металлов, образующих полиядерные (или кластерные) соединения. Полиядерный карбонил осмия Os₃(CO)₁₂ используется для моделирования и исследования химических реакций углеводородов на металлических центрах [9] [10] [11] . Карбонильные группы в Os₃(CO)₁₂ могут замещаться на другие лиганды [12] , в том числе и содержащие кластерные ядра других переходных металлов [13] .

Происхождение названия

Назван от др.-греч. ὀσμή (запах), по резко пахнущему летучему оксиду OsO₄ (напоминает озон).

Нахождение в природе

В самородном виде осмий не обнаружен. Он встречается в полиметаллических рудах, содержащих также платину и палладий (сульфидные медно-никелевые и медно-молибденовые руды). Основные минералы осмия — относящиеся к классу твёрдых растворов природные сплавы осмия и иридия (невьянскит и сысертскит). Иногда эти минералы встречаются самостоятельно, чаще же осмистый иридий входит в состав самородной платины.

Месторождения

Основные месторождения осмистых иридиев сосредоточены в России (Сибирь, Урал), США (Аляска, Калифорния), Колумбии, Канаде, странах Южной Африки.

Крупнейшими запасами обладают месторождения Бушвельдского комплекса в Южно-Африканской Республике [14] .

Осмий встречается также в виде соединений с серой и мышьяком (эрлихманит, осмиевый лаурит, осарситт). Содержание осмия в рудах, как правило, не превышает 1·10 −5 .

Вместе с другими благородными металлами встречается в составе железных метеоритов.

Изотопы

В природе осмий встречается в виде семи изотопов, 6 из которых стабильны: 184 Os, 187 Os, 188 Os, 189 Os, 190 Os и 192 Os. На долю самого тяжёлого изотопа (осмия-192) приходится 41 %, на долю самого лёгкого изотопа (осмий-184) лишь 0,018 % общих «запасов». Осмий-186 подвержен альфа-распаду, но учитывая его исключительно большой период полураспада — (2,0 ± 1,1)·10 15 лет, — его можно считать практически стабильным. Согласно расчётам, остальные естественные изотопы тоже способны к альфа-распаду, но с ещё большим полупериодом, поэтому их альфа-распад экспериментально не наблюдался. Теоретически для 184 Os и 192 Os возможен двойной бета-распад, наблюдениями также не зафиксированный.

Изотоп осмий-187 является результатом распада изотопа рения ( 187 Re, период полураспада 4,56·10 10 лет). Он активно используется при датировке горных пород и метеоритов (рений-осмиевый метод). Наиболее известным применением осмия в методах датировки является иридиево-осмиевый метод, применявшийся для анализа кварцев из пограничного слоя, разделяющего меловой и третичный периоды.

Разделение изотопов осмия представляет собой достаточно сложную задачу. Именно поэтому некоторые изотопы довольно дороги. Первый и единственный экспортёр чистого осмия-187 — Казахстан, с января 2004 года официально предлагающий это вещество по цене 10 000 долларов за 1 грамм [15] .

Широкого практического применения осмий-187 не имеет. По некоторым данным, целью операций с этим изотопом было отмывание нелегальных капиталов [16] [17] .

Распространённость

• в земной коре — 0,007 г/т
• в перидотитах — 0,15 г/т
• в эклогитах — 0,16 г/т
• в формациях дунитов-перидотитов — 0,013 г/т
• в формациях пироксенитов — 0,007 г/т

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 OsO₄, которые далее поглощают раствором NaOH.

Упариванием раствора выделяют соль — перосмат натрия, который далее восстанавливают водородом при 120 °C до осмия:

Осмий при этом получается в виде губки.

Применение

• Высокая твёрдость и исключительная тугоплавкость позволяет использовать осмий в качестве покрытия в узлах трения.
• Применяется как катализатор для синтеза аммиака, гидрирования органических соединений, в катализаторах метанольныхтопливных элементов.
• Сплав «осрам» (осмия с вольфрамом) использовался для изготовления нитей ламп накаливания.
• Есть сведения о применении осмия в военных целях, как часть артиллерийских снарядов и боеголовок ракет. Также применяется в электронной аппаратуре авиа- и ракетной техники.
• Компонент сверхтвёрдых и износостойких сплавов с иридием и рутением (опорные оси точных приборов, наконечники перьев для авторучек) [18] . применяется в электронной микроскопии для фиксации биологических объектов.
• Сплав платины (90 %) и осмия (10 %) применяется в хирургических имплантатах, таких как электрокардиостимуляторы, и при замещении клапанов лёгочного ствола [19] .

Биологическая роль и физиологическое действие

Не играет биологической роли. Высший оксид осмия чрезвычайно токсичен.

Осмий обычно продаётся в виде 99-процентного порошка. Как и другие драгметаллы, измеряется в тройских унциях и граммах. Его цена составляет около 12 [20] долларов США за грамм, в зависимости от качества и поставщика.

Интересные факты

Осмий — вещество, имеющее наибольшую плотность — 22,587 г/см³ [3] .

Сплав осмия с алюминием имеет необычно высокую пластичность и может быть вытянут без разрыва в 2 раза.

ОСМИЙ — тяжелее нет металла

Иногда полезно копаться в остатках, отходах, разглядывать и прикидывать — что еще отсюда можно извлечь. Вот так поступил С. Теннант, химик из Англии. С ним сотрудничал У.Г. Волластон, «папа» палладия и родия.

Кстати, Теннант обнаружил иридий — еще один платиноид, и дал металлу название.

Любопытство химиков приводит к …

История открытия металла простая и незатейливая.

Работали химики — Теннант и Волластон — с самородной платиной, воздействовали на металл любыми способами и смотрели — что из этого получится. Получилось открытие нового металла.

Параллельно исследованиями платиноидов увлеклись французские химики А. Ф. де Фуркруа и Вокелен. В результате опытов ученые установили существование неизвестного элемента в растворах от работ с сырой платиной. Счастливые первооткрыватели даже дали название открытому металлу — «птен», но дальнейшие исследования показали, что это не новый металл, а смесь иридия и осмия.

В процессе исследований выделили соединение осмия OsO4, обладающий резким, стойким, весьма неприятным запахом. Смешайте хлорку с гнилой редькой, и получите отдаленное ощущение от вдыхания паров этого соединения.

Удивительные свойства голубого платиноида

Химический элемент под атомным номером 76 — это осмий. По латыни, как положено называть элементы, Osmium. Белый металл с серо-голубым отливом относится к группе платиноидов.

Свойства платиноидов, в частности осмия, во многом уникальны.

Плотность у осмия огромна — около 22,6 г/см³, это самый тяжелый из химических элементов, металлов. Представьте кубик металла со стороной 10 сантиметров — он будет весить 22,6 килограммов. Такой же кубик из алюминия потянет на 2,7 кг. Масса ледяного куба с ребром 10 сантиметров 900 грамм.

Температура плавления поражает — 3033°С, кипеть металл начинает при 5012°С.

Вспомним химию. Осмий один, а вот изотопов у него много. Атомы металла могут иметь разное количество нейтронов в ядре. При том это осмий. В природе платиноид состоит из семи изотопов, один из них радиоактивный, 186Os, совершенно уникальный. Период полураспада изотопа старше возраста Вселенной.

Месторождения, откуда добывают осмий

Происхождение металл берет в медно-никелевых и молибденовых рудах.

Месторождения полиметаллических руд, откуда идет добыча самого тяжелого металла, находятся в Казахстане, Колумбии, России, США, Австралии, Канаде. Из всех добывающих драгоценный металл стран продает его на экспорт лишь Казахстан.

Есть в природе минералы, содержащие редкий платиноид. Это невьянскит и сысертскит. Внешне их можно различить по окраске (сысертскит немного темнее). Остальные различия определяются только при помощи химических анализов.

Кроме этих минералов существуют эрлихманит, осарситт, осмиевый лаурит. В этих минералах металл выступает в соединении с мышьяком и серой.

Чистый осмий (в виде самородков, например), в природе отсутствует. Он всегда в тандеме с другими элементами, в полиметаллических рудах, в кусочках метеоритов.

Как получают осмий

Промышленная добыча осмия начинается с добычи платины. Обогащенное платиновое сырье прокаливается, улетучивающиеся пары улавливают с помощью едкого натра. Дальше из раствора выделяют натриевую соль осмия, ее восстанавливают до чистого металла.

Дорого, но полезно

Осмий мог бы найти гораздо более широкое применение в народном хозяйстве (с таким набором уникальных свойств). Но его редкость и цена позволяют применять металл лишь там, где он приносит наибольшую пользу (или где без него не обойтись).

Добавка осмия в сплавы делает их сверхтвердыми. Эти сплавы устойчивы к истиранию, применяются в трущихся частях точных инструментов.

Еще одно свойство осмия — тугоплавкость — давно нашло применение в промышленности. Спирали для ламп накаливания давно изготавливали из сплава осмия и вольфрама. Компания OSRAM давно и успешно поставляет на рынок приборы освещения.

Познавательно: в 1926 году работники компании придумали и «выпустили в свет» всем известную осветительную лампочку грушевидной формы. Нить накаливания была изготовлена из сплава вольфрам-осмий. Лампочку эту помнят все жители России.

Военно-промышленному комплексу России с его сложнейшей техникой требуется дорогой металл с уникальными свойствами.

Металл применяют в качестве катализатора в химической промышленности (при синтезе аммиака).

Сплав осмий-иридий используют для изготовления компасных игл.

Изотоп осмий-187 используют палеонтологи при определении датировки слоев Мелового и Третичного периода.

Ювелирам не нравится, но…

В ювелирном деле осмий практически не используется. Металл этот внешне красив — голубовато-серебристый. Но свойства (тугоплавкость, ковкость, пластичность) не позволяют использовать его в создании украшений.

Можно ли отнести перьевую ручку стоимостью более миллиона долларов к ювелирным изделиям — решать вам. Но такие ручки (наряду с часами и другими аксессуарами) предпочитают богатые и успешные мужчины, это признак состоятельности, «статусности» их владельца. Есть несколько фирм, выпускающих эти ручки. Они делаются из золота, платины, украшены бриллиантами, сапфирами, рубинами.

Кстати, эти ручки действительно пишут, это не простые безделушки. При чем тут осмий — при кончике пера. На нем всегда есть напайка, маленький шарик, чтобы перо не рвало бумагу, а мягко скользило по ней. Чтобы ручка работала долго и хорошо, напайка должна быть из очень твердого сплава. Этому требованию полностью отвечает осмий и металлы платиновой группы.

Часы — еще одна метка мужчины из слоев элиты. В механизме дорогих часов используется осмий, как не обладающий магнитными свойствами. А способность к истиранию у него огромная. Значит, в механических часах он необходим.

Соединения осмия в медицине

Тетраоксид осмия применяют при производстве кортизона, жизненно необходимого для больных гормональными заболеваниями препарата. Применение тетрахлорида осмия необходимо в лабораториях в подготовке образцов для электронных микроскопов.

Хирургические инструменты (например, скальпели) снабжаются режущими кромками из сплава платиноидов.

Эти сплавы используются в изготовлении кардиостимуляторов, имплантов, клапанов.

Чем опасен синий платиноид

Металлический осмий не опасен (если не возникнет желания съесть ложку-другую). А вот тетраоксид осмия (OsO4), кроме отвратительного запаха, еще несет угрозу для здоровья человека. Это очень токсичное, летучее соединение. Представляет опасность при вдыхании паров. Хранить его надо в запаянных капсулах, работать в защитных костюмах и при хорошей вытяжной вентиляции.

Исторический факт: К. Клаус (о нем можно прочитать в статье об иридии), как любознательный ученый, не обремененный приборами для анализа, поступил просто. Так, кстати, делали многие ученые — пробовали на вкус исследуемые вещества. Вот и Клаус попробовал тетраоксид осмия, и записал в рабочем журнале: «вкус у этого соединения острый, перцеподобный».

Мало того, работая с «неблаговонным» соединением, ученый отравился, и пару недель провалялся больной.

Опасное соединение раздражает кожу, слизистые, вредно для глаз.

ПДК (предельно-допустимая концентрация) в воздухе составляет 0.002 мг/м3.

Купить осмий

Единственная страна-экспортер осмия на мировой рынок с 2004 года — Казахстан. До начала поставок драгоценного и редчайшего металла стоил осмий баснословно дорого. Затем цены стабилизировались.

Стоимость тройской унции металла 400$ США.

Рекомендуем посмотреть видео: самый тяжелый металл на земле — осмий.

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Читайте также:

  
• Как согнуть металлический пруток
  
• Гаражные ворота распашные металлические клин
  
• Двухъярусная кровать ikea металлическая
  
• Препарат от металлов в воде маркопул кемиклс аквадеметалл 1 л
  
• Как смазать петли входной металлической двери не снимая