Самый хрупкий металл в мире

Обновлено: 17.05.2024

Металл ассоциируется с надежностью, прочностью, твердостью. Хрупкость – это атрибут стекла и подобных материалов. Однако и в металлическом сегменте есть «стекло».

Хрупкими могут стать изначально пластичные элементы.

Что представляют собой

Хрупкость – антипод пластичности. Это свойство вещества разрушаться без визуально различимых деформаций. То есть на изломе, например, цинковой проволоки цвет, блеск, структура не изменятся.

Хрупкие металлы подразделяются на две группы:

Наделенные этим свойством от природы.
Ставшие таковыми в результате обработки.

Ко второй группе причисляются также сплавы.

Причины уязвимости

Склонность к разрушению у металлов, других простых веществ, сплавов обусловлена следующими причинами:

Переход металла в хрупкое состояние происходит при разных температурах.

Скорость нагрузки. Чем быстрее возрастает нагрузка на материал, тем быстрее он разрушится. Резкие удары способны погубить даже пластичные структуры (малоуглеродистую сталь).

Сплавы становятся хрупкими из-за примесей:

Самый «вредный» химический элемент – углерод. Он делает сплавы железа (чугун, сталь) хрупче в разы.
Сталь с фосфором обретает хладноломкость.
При малейшем «загрязнении» пластичный хром становится неподатливым к обработке.

«Стеклянными» сплавы делают фосфор, сера, мышьяк, сурьма, вольфрам.

Этот изъян не устранили даже создатели материалов поколения 2.0. Например, «супервещества» алюминид титана. Этот титаново-алюминиевый серебристый конгломерат термо-, коррозиестоек, но перед кувалдой бессилен.

Список

К металлам с изначальной хрупкостью относятся природные и технологичные материалы.

Щелочноземельные – бериллий.
Легкоплавкие – олово, висмут.
Тяжелые элементы – цинк, марганец, хром, сурьма, кобальт.

В списке присутствуют уникумы:

Вольфрам. Самый прочный на растяжение среди металлов. . Твердый хрупкий платиноид голубовато-серебристого цвета, второй по плотности среди простых веществ, тугоплавкий. . Мягкий хрупкий белый металл.

Самый хрупкий металл – сурьма. Ее легко сделать порошком вручную.

Материалы, полученные в результате технологических процессов: бронза, белый чугун, сталь с высоким содержанием углерода.

Особенности обработки

Материалы, наделенные хрупкостью, разрушаются при попытке их удлинить даже на пару процентов.

Поэтому их обработка специфична:

Перед работой материал подогревают, чтобы нейтрализовать хладноломкость.
Исключено воздействие давлением. Например, чугун (нагретый либо холодный) после такой операции сохранит форму, но внутренне разрушится.
Болванки из хрупких сплавов (чугунные, бронзовые) рубят от края к центру.

Неоднозначно воздействие закалки. В отличие от подогрева, при такой обработке кратно увеличивается прочность стали, других материалов, но в ущерб пластичности. То есть порог хрупкости понижается.

Хрупкие металлы легче разрушить растяжением, чем сжатием.

Где используются

Малопластичные вещества используют там, где исключено резкое механическое воздействие:

Производство катализаторов.
Электроника.
Лаки, краски.
Аптечные препараты.
Косметические средства.

Алюминид титана задействуют в космических технологиях и медицине.

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.

Промышленность

Супертвердое сырье востребовано передовыми отраслями:

Это материал сплавов узлов, деталей особо точных приборов.
Из него сделаны стрелки часовых механизмов, измерительной техники.
Это микропокрытие деталей, испытывающих при работе повышенные нагрузки по трению

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

Выбор вида сплава определяется функциями изделий в технике:

Осмий плюс платина либо палладий становятся электрическими контактами.
Сплав с никелем, вольфрамом, кобальтом – материал стойких механически и химически наконечников.
Многофункциональны соединения с рутением, иридием.

Они используются военно-промышленным комплексом, авиастроителями (гражданский и военный сегмент).

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

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

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.

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.

Все об осмии

Осмий – редкий металл, относится к платиновой группе. Был открыт в Англии в результате проведения опытов по реакции платины. Название осмию дано на греческом языке и в переводе обозначает «запах». Что же этот благородный металл из себя представляет? Каковы его особенности и в чём его польза?

Открытие этого элемента произошло случайно в 1803 году химиками-англичанами Смитсоном Теннантом и Уильямом Х. Уолластаном. В результате опытов реакции платины на смесь кислот (серной с азотной) у получившегося осадка проявился неприятный аромат, напоминающий вонь хлора и гнилой редьки. Похожие эксперименты были проведены Колле-Дескоти, Антуаном де Фуркуа и Вокленом во Франции. В результате своих исследований они тоже нашли неизвестное им вещество в нерастворяемом осадке от платины.

Неизвестному тогда веществу присвоили название птен, но эксперименты англичан доказали, что это два схожих вещества – иридий и осмий.

Добыча элемента проводится из вторичного сырья в результате отделения его из иридиевой, платиновой, платиново-палладиевой руды или же медных и никелевых руд. Годовая выработка всего элемента в мире не превышает размера 1 тонны.

Месторождения

Крупнейшими мировыми месторождениями стоит отметить такие зоны, как Уральские горы и Сибирь в России, северный штат Аляска и западный штат Калифорния в Америке, Канада в Северной Америке, Колумбия в Южной Америке и некоторые страны Южной Африки, Австралия, остров Тасмания. В настоящее время значительным месторождением осмия считают Бушвельский комплекс в ЮАР, там добывают больше всего вещества. С учётом того, что самые большие залежи металла находятся в Южной Африке, то мировые цены на этот редкоземельный металл довольно высокие. Казахстан считается единственным крупным экспортером осмия-187 в мире. Хотя в Китае находятся запасы платиновой руды, он не обладает значительным объемом осмия.

Вещество хранится в порошковом виде и так как в форме кристаллов не плавится, то и поставить клеймо на него из-за физических свойств не представляется возможным. Для изготовления слитков этого металла применяется электронно-лучевой или дуговой нагрев из порошка, также используют нагрев в тигле.

Свойства

Осмий выглядит как серебристо-голубоватый металл. Это один из наиплотнейших элементов, его плотность составляет 22600 килограммов на кубический метр, но в то же время вещество довольно хрупкое, легко ломается и крошится. Обладает высоким удельным весом и способен блестеть даже при довольно высоких температурных воздействиях. Из-за параметров и значительной температуры плавки его сложно подвергнуть механической обработке. В природе существует в виде семерки изотопов, шестеро из которых считаются стабильными, это осмий-184, осмий-187, осмий-188, осмий-189, осмий-190 и осмий-192. Лабораторно получены радиоактивные изотопы металла с числами массы от 162 до 197, также искусственно получены некоторые ядерные изомеры.

Осмий по своим характеристикам неблагоприятно воздействует на все живые организмы.

Практически все соединения с этим металлом вызывают поражения внутренних органов, зрительные, слуховые нарушения. При отравлении парами осмия может наступить необратимые нарушения в организме и смерть. Ученые ставили опыты на животных, результатами которых было быстрое развитие малокровия, отсутствие нормальной работы легочной функции. Был сделан вывод, что это быстроразвивающийся отёк. Тетраоксид осмия, который используют в медицине, является очень агрессивным веществом. Обладает самым мерзким запахом на свете. При отравлении страдает кожа, она меняет цвет на зеленый или черный, зачастую это сопровождается язвами и трещинами, которые будут очень долго заживать.

Посредством воздействия на вещество раствора щелочи получается соль. На солевой раствор воздействуют гипосульфитом, в результате чего с помощью хлористого аммония металл выпадает в осадок уже в виде соли Фреми. Осадок промывается, фильтруется и прокаливается. Результатом всех этих действий является губчатый осмий. В дальнейшем он очищается с помощью кислот, восстанавливается в электропечи под струей водорода и охлаждается. Так получают осмий пробы до 99,9%.

Химические

Свойства этого элемента, с точки зрения химии, поражают. Самыми основными из них считаются следующие.

Осмий совсем не дает реакции со щелочами и кислотами. Образовывает водорастворимые осматы в реакции со щелочными расплавами. Взаимодействие со смесью азотной и соляной кислот даёт крайне медленную реакцию.
Очень ядовит, даже в микроскопических дозах. Особенно токсичным значится оксид осмия, выделяемый из платины.
Температуру закипания металла определить невозможно, так как он особо тугоплавкий.
Металл в порошке легко вступает в реакцию нагревания с такими веществами: чистый кислород, галогены, кислоты серная или азотная.
В различных соединениях получает числа окиси от -2 до +8. Наиболее распространенными значатся +2, +3, +4 и +8.
Способен к образованию кластерных соединений.
Главные минералы имеют отношение к твердым растворам и представлены сплавами иридия с осмием – это сысертскит и невьянскит. Причем сысерскит имеет другое название – иридистый осмий, а невьянскит – осмистый иридий.

Физические

Плотность осмия примерно составляет 22,61 грамма на кубический сантиметр. Кристаллы обладают красивейшим серебристым блеском, с различными отливами от серого до голубого цвета. В слитках проявляется тёмно-синий цвет, в порошке – фиолетовый. Весь металл обладает серебристым блеском. Токсичность элемента не допускает его применение в ювелирной промышленности. Основными физическими свойствами отмечают такие.

Температура плавления этого элемента достаточно высока, плавка возможна при температуре более 3000 градусов Цельсия.
Магнитных свойств у металла нет.
Удивительная твердость. Сплавы при добавлении этого металла приобретают повышенную износостойкость, долговечность, антикоррозийность, устойчивость к механическому воздействию.
Температура кипения составляет 5012 ºC.
Твердость по шкале Мооса равна 7.
Твердость по Виккерсу составляет 3-4 ГПа.

Сферы применения

В связи со значительной стоимостью самого элемента в массовом промышленном производстве этот металл используют редко. В основном сфера применения осмия представлена промышленностью в химической отрасли, где его используют в качестве катализатора. Тетраоксид осмия используется в составе некоторых лекарственных средств. При лабораторных анализах используется при окрашивании живых тканей, обеспечивает сохранение структуры клеток.

В аэрокосмической отрасли осмий используют в электронной аппаратуре оборудования для авиационной и ракетной техники, а также при изготовлении ядерного вооружения. В связи с отсутствием магнитных свойств, металл используют в изготовлении брендовых часов, таких как Rolex. Сплав осмия с платиной применяют при создании хирургических имплантатов – это электрокардиостимуляторы или клапаны легочного ствола.

Помимо этого, осмий применяется в микроскопии и для создания высокоточных приборов.

Под давлением примерно 770 ГПа в осмии происходит взаимодействие электронов на внутренних орбиталях, структура вещества остается неизменной.
Осмий в горных породах содержится в половине процента от всей массы рудных залежей.
Из-за высокой плотности внешний вид и фактическая масса металла сильно различаются. Так, пластиковая бутылка объемом 0,5 литра, наполненная порошком этого металла, будет тяжелее 10-литрового ведра, наполненного водой.
Этот металл состоит в пятёрке самых дорогостоящих.
Стоимость тройственной унции осмия составляет коммерческую тайну, в открытых источниках можно найти примерную цену за 1 грамм вещества.
Из-за тугоплавкости осмий отметился в истории электрической лампы. Ученый К. Ауэр фон Вельсбах из Германии внес предложение о замене в лампочке угольной нити на нить из осмия. Лампочки получились в 3 раза менее энергоемкими, и освещение заметно улучшилось. Правда, вскоре его сменил более распространенный тантал, который, в свою очередь, был заменен на вольфрам.
Похожая ситуация случилась с редким металлом и в аммиачном производстве. Используемый и в настоящее время метод синтеза аммиака, разработанный в 1908 году химиком Фрицем Габером из Германии, невозможен без использования катализаторов. Изначально катализаторы, которыми пользовались в то время, показывали свои свойства только при наличии значительных температурных режимов и не обладали высокой эффективностью, поэтому поиск замены был очень актуален. Ученые из лаборатории Высшей технической школы в Карлсруэ вынесли предложение об использовании тонкораспыленного осмия в виде катализирующего элемента. Результаты испытаний подтвердили, что идея эта стоящая, температура катализации снизилась больше чем на 100 ºC, а выпуск аммиака существенно вырос. Правда, в дальнейшем от осмия отказались, но он помог в решении такой важной проблемы.

Осмий и остальные редкие и уникальные металлы играют значительную роль в различных отраслях промышленности. Даже при всей своей токсичности он спасает жизни и здоровье людей.

Получить дополнительную информацию об осмии можно в следующем видео.

Читайте также: