Осмій
Осмій (Os, від грец. ὀσμή — запах) — хімічний елемент з атомним номером 76. Твердий, крихкий, синьо-білий перехідний метал у платиновій групі. Символ Os, ат. н. 76; ат. м. 190,2. Твердий синювато-сірий метал. Належить до платинових металів. Дуже твердий і крихкий. Густина 22,61; tплав 3027 °C, tкип 5,027 °C. Поширеність (г/т) у земній корі 0,007, в перидотитах — 0,15, в еклогітах 0,16, у формаціях дунітів-перидотитів 0,013; піроксенітів 0,007. Часто супроводжує платину. Знаходиться в природі у вигляді самородного осмію, у формі селективних мінералів, а також як домішка у мінералах платинової групи. Порошкуватий осмій легко окиснюється на повітрі. Один з найдорожчих у світі металів. Вартість до 2 тис. доларів США за грам[1].
Історія
Осмій, найважчий гомолог 8 групи Періодичної Системи. Відкритий 1804 року англійським хіміком Смітсоном Теннантом (англ. Smithson Tennant) разом з іридієм в осаді, що залишився після розчинення платини царською водою.
Назва осмію походить від запаху редьки (грец. ὀσμή osmē), який чути при наявності незначної кількості його леткого тетроксиду.
Ізотопи
Природній осмій складається з семи різних ізотопів. З них 5 стабільні, а ще 2 має надзвичайно довгий період розпаду.
| Масове число | Частка у природному осмії | Період напіврозпаду |
|---|---|---|
| 184 | 0,02 % | > 5,6×1013 років |
| 186 | 1,59 % | 2,0×1015 років |
| 187 | 1,96 % | ∞ |
| 188 | 13,24 % | ∞ |
| 189 | 16,15 % | ∞ |
| 190 | 26,26 % | ∞ |
| 192 | 40,78 % | ∞ |
Загалом відомо 58 ізотопів осмію з масовими числами від 161 до 200, 11 з яких — метастабільні.З нестабільних ізотопів, що не зустрічаються в природі, найбільші періоди напіврозпаду мають Os194 (6 років) і Os177m (160 днів)[2].
Поширення і отримання
Знаходиться в природі у вигляді самородного осмію, у формі селективних мінералів: осміриду, нев'янськіту і сисертськіту (усі Os+Ir), осарситу (Os, Ru)AsS , ерліхманіту (OsS2), а також як домішка у мінералах платинової групи[3][4].Осмій відокремлюють від супутніх елементів (залежно від початкової сировини), переводять у форму тетроксиду і потім в амонієвий комплекс хлоридом амонію, з якого відновлюють воднем:
Добувається в малих кількостях — світове виробництво становить близько 100 кг на рік.
Осмій виділяють зі збагаченої сировини платинових металів шляхом прожарювання цього концентрату на повітрі за температури 800–900 °C. Внаслідок цього сублімують пари досить леткого тетраоксиду осмію OsO4, які далі поглинають розчином NaOH.
Випарюванням розчину виділяють сіль — перосмат натрію, який далі відновлюють воднем за температури 120 °C до осмію:
- Na2[OsO2(OH)4] + 3H2 → 2NaOH + Os + 4H2O.
Осмій виходить у вигляді губки.
Фізичні властивості
Висока твердість і виняткова тугоплавкість дозволяє застосовувати осмій як покриття у вузлах тертя. Осмій має найбільшу з природних речовин густину — 22,587±0,009, що на дві сотих більше іридію. Здатність осмію опиратися тиску теж є надзвичайно високою — його модуль всебічного стиску становить 405 ГПа, що можна порівняти з показниками діаманта (443 ГПа).[5] Осмій має четверту вищу температуру плавлення (3327 K) серед простих речовин (після вуглецю, вольфраму і ренію).
Хімічні властивості
| Степені окислення осмію | |
|---|---|
| −2 | Na2[Os(CO)4] |
| −1 | Na2[Os4(CO)13] |
| 0 | Os3(CO)12 |
| +1 | OsI |
| +2 | OsI2 |
| +3 | OsBr3 |
| +4 | OsO2, OsCl4 |
| +5 | OsF5 |
| +6 | OsF6 |
| +7 | OsOF5, OsF7 |
| +8 | OsO4, Os(NCH3)4 |
Порошок осмію під час нагрівання реагує з киснем, галогенами, парами сірки, селеном, телуром, фосфором, азотною та сірчаною кислотами. Компактний осмій не взаємодіє ні з кислотами, ні з лугами, але з розплавами лугів утворює водорозчинні осмати. Повільно реагує з азотною кислотою і царською водою, реагує з розплавленими лугами за наявності окислювачів (нітрату або хлорату калію), з розплавленим перекисом натрію. У сполуках виявляє ступені окислення від -2 до +8, з яких найпоширенішими є +2, +3, +4 і +8[6].
Осмій — один з небагатьох металів, що утворює поліядерні (або кластерні) сполуки. Поліядерний карбоніл осмію Os3(CO)12 застосовується для моделювання і дослідження хімічних реакцій вуглеводнів на металевих центрах[7][8][9]. Карбонільні групи в Os3(CO)12 можуть заміщатися іншими лігандами[10], зокрема містити кластерні ядра інших перехідних металів[11].
Застосування
Застосовують у сплавах з іридієм для виготовлення деталей вимірювальних приладів. Окремо застосовується як легуюча домішка до надтвердих сплавів. Осмій та його сполуки — добрі каталізатори.
Див. також
Примітки
Література
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
- Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк: Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
