Почему осмий самый тяжелый металл

Обновлено: 18.05.2024

С незапамятных времен люди активно используют различные металлы. После изучения их свойств, вещества заняли достойное место в таблице знаменитого Д. Менделеева. До сих пор не утихают споры ученых относительно вопроса, какому металлу присвоить звание самого тяжелого и плотного в мире. На чаше весов два элемента менделеевской таблицы – иридий, а также осмий. Чем они интересны, читайте далее.

Общая информация

На протяжении веков люди занимались изучением полезных свойств самых распространенных металлов на планете. Больше всего сведений наука хранит о золоте серебре и меди. Со временем человечество познакомилось с железом, более легкими металлами – оловом и свинцом. В мире Средневековья люди активно пользовались мышьяком, а болезни лечили ртутью.

Благодаря стремительному прогрессу, сегодня самыми тяжелыми и плотными металлами считается не один элемент таблицы, а сразу два. Под номером 76 расположен осмий (Os), а под номером 77 – иридий (Ir), вещества имеют следующие показатели плотности:

осмий тяжелый, благодаря плотности 22,62 г/ см³;
иридий не намного легче – 22,53 г/ см³.

Плотность относят к физическим свойствам металлов, она представляет собой соотношение массы вещества к его объему. Теоретические расчеты плотности обоих элементов имеют некоторые погрешности, поэтому оба металла сегодня принято считать самыми тяжелыми.

Для наглядности можно сравнить вес обыкновенной пробки с весом пробки из самого тяжелого металла в мире. Чтобы уравновесить чаши весов с пробкой из осмия либо иридия, потребуется более сотни обычных пробок.

История открытия металлов

Оба элемента были открыты на заре XIX века ученым Смитсоном Теннантом. Многие исследователи того времени занимались изучением свойств сырой платины, обрабатывая ее «царской водкой». Только Теннанту удалось обнаружить в полученном осадке два химических вещества:

осадочный элемент со стойким запахом хлора ученый назвал осмием;
субстанция с меняющейся окраской получила название иридий (радуга).

Оба элемента были представлены единым сплавом, который ученому удалось разделить. Дальнейшим исследованием самородков платины занялся русский химик К. Клаус, тщательно исследовавший свойства осадочных элементов. Сложность определения самого тяжелого металла в мире заключается в невысокой разности их плотности, которая не является величиной постоянной.

Яркие характеристики самых плотных металлов

Добытые экспериментальным путем вещества представляют собой порошок, довольно трудно поддающийся обработке, ковка металлов требует очень высоких температур. Наиболее распространенной формой содружества иридия с осмием является сплав осмистого иридия, который добывают в месторождениях платины, пластах залегания золота.

Наиболее частым местом обнаружения иридия считаются метеориты, богатые железом. Самородного осмия в мире природы не найти, только в содружестве с иридием и другими компонентами платиновой группы. Залежи часто содержат соединения серы с мышьяком.

Особенности самого тяжелого и дорогого металла в мире

Среди элементов периодической таблицы Менделеева самым дорогостоящим считается осмий. Серебристый металл с голубоватым отливом принадлежит к платиновой группе благородных химических соединений. Свой блеск самый плотный, но очень хрупкий металл не теряет под воздействием высоких температурных показателей.

Характеристики

Элемент №76 Osmium имеет атомную массу 190,23 а.е.м.;
Расплавленное при температуре 3033°C вещество закипит при 5012°C.
Самый тяжелый материал обладает плотностью 22,62 г/ см³;
Структура кристаллической решетки имеет гексагональную форму.

Несмотря на изумительно холодный блеск серебристого отлива, осмий не годится для производства ювелирных изделий из-за высочайшей токсичности. Для плавки украшения потребовалась бы температура, как на поверхности Солнца, ведь самый плотный в мире металл разрушается при механическом воздействии.

Превращаясь в порошок, осмий взаимодействует с кислородом, реагирует на серу, фосфор, селен, на царскую водку реакция вещества очень медленная. Osmium не обладает магнетизмом, сплавы имеют склонность к окислению, формированию кластерных соединений.

Где применяют

Самый тяжелый и невероятно плотный металл обладает высокой износостойкостью, поэтому добавка его к сплавам значительно повышает их крепость. Применение осмия в основном связано с химической промышленностью. Кроме того, его используют для следующих нужд:

изготовления ёмкостей, предназначенных для хранения отходов ядерного синтеза;
для нужд ракетостроения, оружейного производства (боеголовки);
в часовой промышленности для изготовления механизмов брендовых моделей;
для изготовления хирургических имплантатов, деталей кардиостимуляторов.

Интересно, что самый плотный металл считается единственным в мире элементом, неподвластным воздействию агрессии «адской» смеси кислот (азотная и соляная). Алюминий, соединенный с осмием, становится настолько пластичным, что его можно вытягивать без разрыва.

Тайны самого редкого и плотного в мире металла

Принадлежность иридия к платиновой группе наделяет его свойством невосприимчивости к обработке кислотами и их смесями. В мире иридий получают из анодных шламов при медно-никелевом производстве. После обработки шлама царской водкой, выпавший осадок прокаливают, результатом чего становится добыча иридия.

Самый твердый металл серебристо-белого цвета обладает следующей группой свойств:

элемент таблицы Менделеева Iridium №77 обладает атомной массой 192,22 а.е.м.;
расплавленное при температуре 2466°C вещество закипит при 4428°C;
плотность расплавленного иридия – в пределах 19,39 г/см³;
плотность элемента при комнатной температуре – 22,7 г/см³;
кристаллическая решётка иридия ассоциируется с гранецентрированным кубом.

Тяжелый иридий не меняется под воздействием обычной температуры воздуха. Результатом прокаливания под воздействием нагревания при определенных температурах становится образование многовалентных соединений. Порошок свежего осадка иридиевой черни поддается частичному растворению царской водкой, а также раствором хлора.

Область применения

Хотя Iridium принадлежит к числу драгоценных металлов, для ювелирных изделий его применяют редко. Элемент, плохо поддающийся обработкам, весьма востребован при строительстве дорог, производстве автомобильных деталей. Сплавы с неподверженным окислению самым плотным металлом применяются для следующих целей:

изготовления тиглей для проведения лабораторных опытов;
производства специальных мундштуков для стеклодувов;
покрытия кончиков перьев и стержней шариковых ручек;
изготовления долговечных свечей зажигания для автомобилей;

Сплавы с изотопами иридия используют на сварочном производстве, в приборостроении, для выращивания кристаллов в составе лазерной техники. Применение самого тяжелого металла позволило осуществлять лазерную коррекцию зрения, дробление камней в почках и другие медицинские процедуры.

Хотя Iridium лишен токсичности и не опасен для биологических организмов, в природной среде можно встретиться его опасным изотопом – гексафторидом. Вдыхание паров ядовитого вещества ведет к мгновенному удушью и смерти.

Места природного залегания

Залежи самого плотного металла Iridium в мире природы ничтожно малы, их намного меньше, чем запасов платины. Предположительно самое тяжелое вещество сместилось к ядру планеты, поэтому объемы промышленной добычи элемента невелики (около трех тонн в год). Изделия из сплавов с иридием могут прослужить до 200 лет, драгоценности станут более долговечными.

Самородков самого тяжелого металла с неприятным запахом Osmium в природе не найти. В составе минералов можно обнаружить следы осмистого иридия вместе с платиной и палладием, рутением. Залежи осмистого иридия разведаны на территории Сибири (Россия), некоторых штатов Америки (Аляска и Калифорния), в Австралии и Южной Африке.

Если обнаружены залежи платины, удастся выделить осмий с иридием для укрепления и усиления физических либо химических соединений различных изделий.

Тяжелые металлы – перечень, свойства и риски элементов

Официально такой группы химических элементов не существует. Однако металлурги, аграрии, особенно экологи, оперируют понятием «тяжелые металлы». Этот сегмент привлекает повышенное внимание.

Что представляют собой

Термин «тяжелые металлы» еще двести лет назад пытался ввести в научный оборот немецкий химик Лео Гмелин.

Однако в номенклатуре Международного союза, курирующего вопросы теории и практики химии (IUPAC), такое подразделение отсутствует.

Промышленность

В академических и промышленных кругах циркулирует четыре десятка критериев, по которым металл признается тяжелым.

Самые популярные основания:

Атомный номер выше 50.
Плотность 5+ г/см3.

На практике чаще востребован второй критерий.

То есть к тяжелым металлам относятся элементы с плотностью, превышающей 5 г/см3.

В соответствии с ним таковыми считаются:

Традиционные: железо, медь, хром, марганец, кобальт, олово, свинец, никель, цинк.
Менее известные: кадмий, молибден, вольфрам, сурьма. Плюс экзотика – галлий, теллур.
И самые коварные – ртуть, таллий, висмут.

На бытовом уровне они считаются токсичными элементами. Подобное отождествление некорректно.

Не каждый тяжелый металл токсичен, но таким способно стать при благоприятных условиях безобидное вещество.

Экология, медицина

У экологов и врачей свои подходы. Для них тяжелыми металлами являются особо значимые (полезные либо опасные) для биологических организмов элементы.

Суровее критерии Организации Объединенных наций (ООН). В соответствии с ее экологической доктриной, тяжелыми считаются стабильные металлы либо металлоиды, их соединения (особенно соли тяжелых металлов) с плотностью более 4,5 г/см3.

Критерий действует с 1998 года.

Классификация

Кроме плотности, маркером принадлежности к группе служат температура плавления, степень использования, другие свойства.

На основании этого выделяют следующие виды тяжелых металлов:

Редкие – галлий, висмут, таллий, кадмий. – молибден, вольфрам, хром. – кадмий, кобальт, свинец, ртуть, олово, галлий, таллий, висмут.

Самый тяжелый металл планеты – иридий. Кубик с ребром в 1 см весит 22,6 грамма. Но вещество попадает на Землю только с метеоритами.

Иридий

В сегменте обычных земных «тяжеловесов» лидирует вольфрам – он на три грамма легче. Это восьмая позиция среди металлов.

Откуда берутся

Естественных поставщиков тяжелых металлов четыре:

Горное сырье. Чаще это магматические либо осадочные породы.
Породообразующие минералы. У меди, например, это малахит и другие минералы.
Вулканы. Частицы вещества извергаются попутно с вулканическими продуктами (газами, гейзерами).

Еще один источник – Вселенная. Вещество заносится в стратосферу метеоритами либо облаками космической пыли.

Получение продукта

На большинстве металлургических комбинатах сырье плавят в доменных и мартеновских печах. Это оборудование из позапрошлого века делает процесс тяжелым, опасным для экологии и человека.

Внедрение « зеленых » технологий продвигается медленно, поскольку требует инвестиций.

Результат недостаточной очистки отходов производства – высокое содержание вредных компонентов. Следствие – загрязнение почвы, воды, воздуха.

Влияние на экологию

Особо опасные загрязнители биосферы – именно тяжелые металлы. Самая вредная форма соединений – соли.

Пути поступления

Загрязнение биосферы происходит следующими способами:

Металлургия. Выбросы в процессе плавки, обжига. Вымывание тяжелых веществ из отвалов месторождений либо меткомбинатов водой, выветривание.
Агросектор. Полив плантаций, удобрение полей илом бытовых стоков либо пестицидами.
Быт. Использование как топлива торфа, угля, другого сырья.
Автобаны. Свинцом, цинком, кадмием насыщены обочины автострад.

Свинец пропитывает почву минимум на 100 м по обе стороны дороги.

Свинец

Способы очищения

Почва очищается от такого груза десятилетиями, иногда столетиями.

Концентрация цинка уменьшается наполовину спустя столетие, кадмию требуется вдвое меньше.

Медь исчезает через три столетия, свинец – через десять:

Токсичные соединения растворяются в воде.
В почве процесс активируют влажность и растительность.

Флора вытягивает «свои» металлы. Так, лишайники «кушают» цинк, никель, медь.

Самородная медь

Токсичность тяжелых металлов возрастает с увеличением атомного номера.

Воздействие на человека

Влияние большинства таких веществ двояко:

Микродозы цинка, железа, меди задействованы в биологических процессах. Например, поддержании уровня гемоглобина в крови.
Превышение микродоз опасно: тормозится работа нервной системы, сердца, почек, других органов. Разрушается скелет, идет разбалансировка жизненных процессов.
Токсичны бесполезные свинец, ртуть.

Отравление организма внешне проявляется как тошнота, рвота, головная боль, нарушение координации движений. Плюс более тяжелые последствия, до летального исхода.

В зоне риска следующие категории:

Работники меткомбинатов.
Жители мегаполисов, окрестностей автострад.
Потребители продуктов со стихийных рынков (не прошедших санитарный контроль).

Уровень загрязненности территории экологи определяют благодаря местным животным.

Чуткие «индикаторы» загрязненности на европейской части – лоси, мышь-полевка, кроты, бурый мишка.

Осмий – уникальные свойства и польза платиноида

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.

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.

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.

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).

Слитки осмия

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.

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.

Где он в природе

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 благородный металл, 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:

Химическая промышленность применяет его в качестве катализатора. Иногда он срабатывает быстрей платины. Вообще, почти половина мировых запасов осмия отдана на нужды химической промышленности.
Тетраоксид осмия применяют при синтезировании некоторых лекарств.
В химических лабораториях помогает в окрашивании живых тканей под микроскопом. Обеспечивает сохранность микроструктуры клеток.
В аэрокосмической промышленности.
При производстве ядерного оружия полезен для изготовления тары под ядерные отходы. Вот тут стоимость осмий металла оправдана в полной мере.
Благодаря отсутствию магнитных свойств такой металл приветствуется при изготовлении дорогих часов, элитных моделей. Цена «Ролексов» включает не только брендовую стоимость, качество механизма и драгоценность корпуса. Содержание корпуса с использованием благородного сплава тоже повышает цену.
В росписи фарфора, как краситель чёрного цвета.
Минеральное производство включает соли осмия для вытравки разных материалов, синтеза аммиака, гидрирования органических веществ.
Придумали даже авторучки с наконечниками из осмия – это металл, который позволяет продукцией из него пользоваться вечно. Этого нельзя сказать о металлических перьях из чистого золота или других металлов.
Высокоточные приборы. Электронная микроскопия.
Механика использует соединения металла для улучшения прочности сплавов для узлов трения.
Изотопы Осмия187 задействованы в ракетостроении, авиа- и кораблестроении.
В военных боеголовках.

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.

Осмий – это благородный металл, платиноид. 76-й элемент таблицы Менделеева.
Каноническое описание – блестящий серебристо-белый с голубоватым отливом.

Название химического элемента по-древнегречески ὀσμή, что означает «запах».

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 метанольных топливных элементов.
Сплав «osram» (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.
Тетраоксид осмия 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.
Сплав осмия с алюминием имеет необычно высокую пластичность и может быть вытянут без разрыва в 2 раза.

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.

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.

Деликатные ученые назвали новый металл «осмий», в переводе с древнегреческого «запах».

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.
Степени окисления осмия

Плотность относят к физическим свойствам металлов, она представляет собой соотношение массы вещества к его объему. Теоретические расчеты плотности обоих элементов имеют некоторые погрешности, поэтому оба металла сегодня принято считать самыми тяжелыми.

Доля осмия на планете по массе – 0,007 г на тонну породы.

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.

Кристаллы осмия чистотой 99,99 %, выращенные методом химического транспорта

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.

Познавательно: оба минерала обнаружены на Урале, в районах Невьянска и Сысерти.

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.

Сегодня Osmium оставлен отраслям, где заменить его нечем.

Изделия, выполненные из сплавов с осмием, устойчивы к износу. Служат десятилетиями.

Слитки осмия

Химия и нефтепереработка забирают половину наличного осмия.

Неоценимую пользу Osmium может принести как блокиратор онкологии. Данное направление – приоритет исследовательских работ.

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 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.

Структура металла осмия

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.

Рекомендуем: НИКЕЛЬ — «пасынок» в семье серебристых металлов

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.

Читайте также: