Interested Article - Осмий
![](/images/007/200/7200314/1.jpg?rand=596889)
![](https://cdn.wafarin.com/avatars/84dfdcb9d5ea5a538ca6c185070a798e.jpg)
- 2021-02-01
- 2
76 |
Осмий
|
|
|
4f 14 5d 6 6s 2 |
![](/images/007/200/7200314/5.jpg?rand=829839)
Осмий ( лат. osmium ) — химический элемент с атомным номером 76 в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева , обозначают символом Os . При стандартных условиях представляет собой блестящий серебристо-белый с голубоватым отливом металл . Переходный металл , относится к платиновым металлам . Наряду с иридием обладает наибольшей плотностью среди всех простых веществ. Согласно теоретическим расчётам, его плотность даже выше, чем у иридия .
Происхождение названия
Название осмия происходит от др.-греч. ὀσμή «запах», так как химические реакции растворения щелочного сплава осмиридия (нерастворимого остатка платины в царской водке ) в воде или кислоте сопровождаются выделением неприятного, стойкого запаха тетраоксида осмия OsO 4 , раздражающего горло, похожего на запах хлора или гнилой редьки .
История
Осмий был открыт в 1803 году английским химиком Смитсоном Теннантом в сотрудничестве с Уильямом Х. Уолластоном в осадке, остающемся после растворения платины в царской водке . Сходные исследования проводили французские химики , Антуан де Фуркруа и Воклен , которые тоже пришли к выводу о содержании неизвестного элемента в нерастворимом остатке платиновой руды. Гипотетическому элементу было присвоено имя птен ( греч. πτηνός — крылатый), однако, в опытах Теннант продемонстрировал, что это смесь двух элементов — иридия и осмия.
Открытие новых элементов было задокументировано в письме Теннанта Лондонскому королевскому обществу от 21 июня 1804 года .
Физические свойства
![](/images/007/200/7200314/6.jpg?rand=863161)
Осмий — серо-голубоватый, твёрдый, но хрупкий металл с очень высокой удельной массой .
Сохраняет 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 осмий с трудом поддаётся механической обработке. Осмий считают самым плотным из всех простых веществ, немного превосходя по этому параметру иридий . Наиболее достоверные значения плотности 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 данным на 2013 год, плотность осмия ещё выше — она составляет 22,61 г/см 3 . При сравнении различных изотопов этих элементов самым плотным оказывается 192 Os. Необычайно высокая плотность осмия объясняется лантаноидным сжатием , а также гексагональной плотноупакованной кристаллической решёткой .
Осмий плавится при 3.306 K (3.033 °C) , кипит при 5.285 K (5012 °C) . Температура перехода в сверхпроводящее состояние — 0,66 К; 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 ).
При давлении порядка 770 ГПа в металлическом осмии начинают взаимодействовать электроны на внутренних орбиталях, но при этом структура материала не меняется .
Химические свойства
Степень окисления | Пример соединения |
---|---|
−2 | Na 2 [Os(CO) 4 ] |
−1 | Na 2 [Os 4 (CO) 13 ] |
0 | Os 3 (CO) 12 |
+1 | OsI |
+2 | OsI 2 |
+3 | OsBr 3 |
+4 | OsO 2 , OsCl 4 |
+5 | OsF 5 |
+6 | OsF 6 |
+7 | OsOF 5 , OsF 7 |
+8 | OsO 4 , Os(NCH 3 ) 4 |
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 хлорной кислотой, образуя растворимый перхлорат, реагирует с расплавленными щелочами в присутствии окислителей (нитрата или хлората калия), с расплавленной перекисью натрия [ источник не указан 485 дней ] .
В соединениях проявляет степени окисления от −2 до +8, из которых самыми распространёнными являются +2, +3, +4 и +8 .
Осмий — один из немногих металлов, образующих полиядерные (или кластерные ) соединения. Полиядерный карбонил осмия Os 3 (CO) 12 используют для моделирования и исследования химических реакций углеводородов на металлических центрах . Карбонильные группы в Os 3 (CO) 12 могут замещаться на другие лиганды , в том числе и содержащие кластерные ядра других переходных металлов .
Нахождение в природе
![](/images/007/200/7200314/7.jpg?rand=202147)
Содержание осмия в земной коре приблизительно составляет 5·10 −6 % по массе .
В самородном состоянии осмий встречается в виде твёрдых растворов с иридием, содержащих от 10 % до 50 % осмия. Осмий встречается в полиметаллических рудах , содержащих также платину и палладий (сульфидные медно-никелевые и медно-молибденовые руды), в минералах платины и отходах от переработки золотосодержащих руд . Основные минералы осмия — относящиеся к классу твёрдых растворов природные сплавы осмия и иридия ( невьянскит и сысертскит ) . Невьянскит образует плотные (17-22 г/см 3 ) белые или светло-серые пластинчатые кристаллы гексагональной сингонии с твёрдостью 6-7 баллов по шкале Мооса . Содержание осмия в невьянските может достигать 21-49,3 % .
Сысертскит часто встречается вместе с невьянскитом. Он представляет собой серые кристаллы гексагональной структуры с твёрдостью 6 баллов по Моосу и плотностью 17,8-22,5 г/см 3 . Кроме осмия и иридия в состав этого минерала иногда может входить рутений .
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 , Тасмании , Австралии . Казахстан является единственным экспортёром чистого осмия .
Крупнейшими запасами обладают месторождения в Южно-Африканской республике .
Осмий встречается также в виде соединений с серой и мышьяком ( , , ). Содержание осмия в рудах, как правило, не превышает 1⋅10 −5 .
Вместе с другими благородными металлами встречается в составе железных метеоритов .
Изотопы
Известны изотопы осмия с массовыми числами от 161 до 197 (количество протонов 76, нейтронов от 85 до 121), и 9 ядерных изомеров . В природе осмий встречается в виде семи изотопов, 6 из которых стабильны: 184 Os ( изотопная распространённость 0,018 %), 187 Os (1,64 %), 188 Os (13,3 %), 189 Os (16,1 %), 190 Os (26,4 %) и 192 Os (41,1 %) . Ещё один изотоп ( 186 Os, изотопная распространённость 1,59 %) имеет огромный период полураспада , (2,0 ± 1,1)⋅10 15 лет, что намного больше возраста Вселенной .
Изотоп осмий-187 является результатом распада изотопа рения 187 Re с периодом полураспада 4,56⋅10 10 лет. Соотношения изотопного состава 187 Os/ 188 Os и 187 Re/ 188 Os позволяют определять возраст горных пород и метеоритов ( ). Также известен иридиево-осмиевый метод радиоизотопного датирования, 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 . Широкого практического применения осмий-187 не имеет. По некоторым данным, целью операций с этим изотопом было «отмывание» нелегального капитала .
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 OsO 4 , которые далее поглощают раствором NaOH .
Упариванием раствора выделяют соль — , 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 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 применяют в электронной аппаратуре авиа- и ракетной техники.
- Компонент сверхтвёрдых и износостойких сплавов с иридием и рутением .
- В ювелирном деле.
- Тетраоксид осмия применяют в электронной микроскопии для фиксации биологических объектов .
- Сплав платины (90 %) и осмия (10 %) применяют 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.
Биологическая роль и физиологическое действие
Не играет биологической роли . На воздухе окисляется до чрезвычайно токсичного тетраоксида осмия OsO 4 , поэтому вызывает раздражение глаз, верхних дыхательных путей, пневмонию, воспаление почек .
См. также
Примечания
- ↑ , , (англ.) // Pure and Applied Chemistry — IUPAC , 2010. — Vol. 83, Iss. 2. — P. 359–396. — ISSN ; ; —
- Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. (англ.) // Pure and Applied Chemistry . — 2013. — Vol. 85 , no. 5 . — P. 1047—1078 . — doi : . 5 февраля 2014 года.
- ↑ Arblaster, J. W. (англ.) // Vol. 39 , no. 4 . — P. 164 . 27 сентября 2011 года. : journal. — 1995. —
- ↑ (англ.) . WebElements. Дата обращения: 17 августа 2013. 6 августа 2013 года.
- ↑ Орлов А. М. Осмий // Химическая энциклопедия: в 5 т / Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — М. : Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3 . — С. 416 . — ISBN 5—85270—039—8 .
- (англ.) . WebElements. Дата обращения: 17 августа 2013. 12 августа 2013 года.
- The lattice parameters, densities and atomic volumes of the platinum metals. Crabtree, Robert H. Sterling Chem. Lab., Yale Univ., New Haven, CT, USA. Journal of the Less-Common Metals (1979), 64(1), стр. 7-9.
- . Дата обращения: 26 апреля 2016. 7 апреля 2016 года.
- ↑ Hunt, L. B. (англ.) // Vol. 31 , no. 1 . — P. 32—41 . 4 марта 2012 года. : journal. — 1987. —
- Tennant, S. On Two Metals, Found in the Black Powder Remaining after the Solution of Platina (англ.) // Philosophical Transactions of the Royal Society of London : journal. — 1804. — Vol. 94 . — P. 411—418 . — doi : . — .
- Arblaster, J. W. (англ.) // Vol. 33 , no. 1 . — P. 14—16 . 7 февраля 2012 года. : journal. — 1989. —
- . Популярная библиотека химических элементов. Дата обращения: 17 августа 2013. 27 декабря 2013 года.
- L. Dubrovinsky, N. Dubrovinskaia, E. Bykova, M. Bykov, V. Prakapenka. (англ.) // Nature. — 2015-09-10. — Vol. 525 , iss. 7568 . — P. 226—229 . — ISSN . — doi : .
- . geektimes.ru. Дата обращения: 26 января 2016. 24 декабря 2015 года.
- Barnard, C. F. J. Oxidation States of Ruthenium and Osmium (англ.) // Vol. 48 . — P. 157 . — doi : . : journal. — 2004. —
- Krause, J. Preparation of [Os 3 (CO) 11 ] 2− and its reactions with Os 3 (CO) 12 ; structures of [Et 4 N][HOs 3 (CO) 11 ] and H 2 OsS 4 (CO) (англ.) // Vol. 454 . — P. 263—271 . — doi : . : journal. — 1993. —
- Carter, Willie J.; Kelland, John W.; Okrasinski, Stanley J.; Warner, Keith E.; Norton, Jack R. Mononuclear hydrido alkyl carbonyl complexes of osmium and their polynuclear derivatives (англ.) // Inorganic Chemistry : journal. — 1982. — Vol. 21 . — P. 3955—3960 . — doi : .
- Calvert, R. B.; Shapley, J. R. «Activation of Hydrocarbons by Unsaturated Metal Cluster Complexes. 6. Synthesis and Characterization of Methyldecacarbonylhydridotriosmium, Methylenedecacarbonyldihydridotriosmium, and Methylidynenonacarbonyltrihydridotriosmium. Interconversion of Cluster-Bound Methyl and Methylene Ligands» Journal of the American Chemical Society 1977, volume 99, 5225-6. doi :
- Tunik S.P. Reviews: The chemistry of carbonyl clusters of transition metals containing labile and hemilabile ligands. Synthesis, reactivity, and prospects for application (англ.) // Russian Chemical Bulletin, International Edition : journal. — 2004. — Vol. 53, No. 12 . — P. 2657—2669 .
- Osipov M.V., Nikolskyi A.B. Synthesis and spectroscopic characterization of the heteronuclear diphosphine linked cluster Os 3 (CO) 11 (Ph 2 PCH 2 PPh 2 )Rh 6 (CO) 15 (англ.) // vol. 426, Issue 1 ). — P. 105—107 . — doi : . : journal. — 1992. — 10 April (
- ↑ Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М. : Мир, 1972. — Т. 2. — С. 629—630. — 871 с.
- inbusiness.kz . Дата обращения: 5 июля 2021. 5 июля 2021 года.
- Seymour, R. J.; O'Farrelly, J. I. Platinum-group metals // Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (англ.) . — Wiley, 2001. — doi : .
- Юлия Золина. . ЦентрАзия (22 января 2004). Дата обращения: 17 августа 2013. 25 мая 2013 года.
- NuclearNo.ru (19 сентября 2003). — «Осмий-187 якобы казахстанского происхождения вновь будоражит воспалённые умы россиян. На днях в Москве будут судить нелегальных сбытчиков скандально известного изотопа. Основной фигурант в этом деле — Владимир Солгалов, который, как утверждается, в начале этого года получил именно из Казахстана две ампулы. В них находилось около 5 граммов платиноида». Дата обращения: 17 августа 2013. 4 марта 2016 года.
- . humanism.al.ru. Дата обращения: 17 августа 2013. 17 марта 2013 года.
- . Дата обращения: 4 мая 2020. 16 мая 2020 года.
- . Дата обращения: 8 февраля 2014. 4 января 2014 года.
- Новый справочник химика и технолога. Радиоактивные вещества. Вредные вещества. Гигиенические нормативы / Редкол.: Москвин А. В. и др.. — СПб. : АНО НПО «Профессионал», 2004. — 1142 с.
![](https://cdn.wafarin.com/avatars/84dfdcb9d5ea5a538ca6c185070a798e.jpg)
- 2021-02-01
- 2