Осмий представляет собой химический элемент из соответствующей системы химических элементов. В обычном состоянии является переходным металлом платиновой группы в виде блестящего белого металла серебристого оттенка с голубым отливом. Данный вид материалов обладает наибольшим показателем плотности среди других наряду с иридием, однако, последний немного проигрывает.

Этот вид материалов выделяют из сырья платиновых металлов обогащенного типа, путем прокалывания при температуре от 800 до 900 градусов Цельсия на воздухе.

Таблица удельного веса осмия

Так как, осмий является сложным материалом, рассчитать его удельный вес в полевых условиях самостоятельно не представляется возможным. Эти вычисления проводят в специальных химических лабораториях. Однако, при этом средний удельный вес осмия известен и равен 22,61 г/см3.

Для упрощения подсчетов ниже представлена таблица с значениями удельного веса осмия, а также его веса в зависимости от единиц исчисления.

Свойства осмия

Данный материал является хрупким, но в тоже время, очень твердым металлом с большой удельной массой. Механической обработке поддается с трудом, из-за хрупкости, твердости и высокой температуре плавления, а также низкого давления паров. Температура плавления осмия составляет 3033 градусов Цельсия, а кипения 5012 градусов Цельсия. Данный вид материалов относят к группе парамагнетиков.

Осмий в состоянии порошка хорошо реагирует с галогенами, селеном, фосфором, кислородом, парами серы, серной и азотной кислотой при нагревании. Не взаимодействует в компактном виде с щелочами и кислотами. Обладает низкой скоростью реакции с царской водкой и азотной кислотой.

Данный вид материалов является одним из немногих металлов, которые образуют кластерные или полиядерные соединения.

Не оказывает никакого влияния на биологическую роль живых организмов и является крайне токсичным.

Получение осмия

В естественном виде в природе не найден. Этот материал всегда связан с другим видом металла платиновой группы - иридием. Добывают осмий наряду с платиной. При обработке которой выделяется осмистый иридий, который разделяют на отдельные компоненты - иридий и осмий. Затем осмий очищают, поддают процессу обработки кислотами и восстанавливают водородом в электропечи, получая в итоге, чистый металл с концентрацией до 99,9 процентов.

Применение осмия

Широкое распространение получил как катализатор реакций и компонент сплавов с иридием. Из основных направлений следует выделить:

Большинство людей считают, что ничего дороже золота, серебра и платины на свете нет. Но на самом деле есть несколько веществ, цена за грамм которых, превышает аналогичную трех перечисленных выше металлов. Один из них мы сегодня разберем. Это осмий, цена за 1 грамм в рублях которого, впечатлит любого человека.

В 1803 году английский химик Смитсон Теннант открыл Os, обнаружив его в осадке, который появился после того, как ученый растворил платину в водке царской. Параллельно велись опыты во Франции, где химики Воклен и Антуан ДеФуркруа также выявили неизвестный элемент в осадке, оставшемся от растворения платиновой руды. Сначала новый элемент назвали «птен» (в переводе с греческого «крылатый»). Но дальнейшие исследования позволили определить, что это не один элемент, а смесь двух – иридия и осмия.

Официально новые вещества были задокументированы в послании Тенанта Королевскому Клубу Лондона в июне 1804 года.

Физические свойства

Вещество имеет серо-голубоватый цвет. Металл очень хрупкий, но обладает высокой удельной массой. Подвергаясь критическим температурам, он всегда сохраняет свой естественный цвет и блеск.

Так как металл твердый, имеет высокую температуру плавления (3033 градусов по Цельсию), он тяжело подвергается механической обработке.

Химические свойства

Вещество в порошковом виде, при нагревании, отлично реагирует с кислородом, серными элементами, селеном, фосфором. Медленно вступает во взаимосвязь с царской водкой.

Металл является одним из нескольких веществ, что образуют кластерные соединения.

Где добывают

Осмистый иридий добывают в Сибири и на Урале в России; на Аляске и в штате Калифорния в США; Австралии (и острове Тасмания); Южно-Африканском государстве. Последняя страна в списке может похвастаться самыми масштабными месторождениями металла на планете.

Чаще встречается в сочетании с мышьяком и серой. В рудах количество вещества незначительно.

Стоимость осмия

Стоимость одного грамма этого вещества составляет 15-200 тысяч долларов. Рыночная цена металла меньше в разы. Такая высокая стоимость обусловлена низким уровнем добычи Os. Он попросту не применяется в широких масштабах, ввиду своей огромной плотности. Если провести сравнение: полулитровая бутылка с рассматриваемым веществом будет тяжелее, чем 12 литров воды. Осмий входит в тройку самых дорогих металлов мира. Дороже его только Калифорний, добыча которого составляет меньше грамма в год.

Рассматриваемый металл очень сложно добывать, и этот процесс длится более 9 месяцев. Вещество является изотопом, имеет вид черного порошка, состоящего из маленьких кристаллов. Хоть осмий и является самым плотным веществом на нашей планете, он очень хрупкий. По запаху металл напоминает сразу хлорку и чеснок. Именно поэтому он получил такое название (расшифровывается, как «запах»).

Металл незаменим в научной, медицинской и исследовательской деятельности, так как является химическим катализатором, и его применяют при производстве приборов измерения, которые выдают данные высочайшей точности.

Единственным государством, которое промышляет сбытом осмия, является Казахстан.

Другие факты

Металл плавится при температуре более 3000 градусов Цельсия. Температура кипения достигает почти 6000 градусов.

Открыт он был довольно необычно. В царской водке разбавляли несколько веществ и обнаружили, что выпал осадок, имеющий не очень приятный запах.

Os не используют для изготовления ювелирных изделий, так как он не обладает ковкостью и пластичностью - теми свойствами, за которые так ценят драгоценные металлы ювелиры.

Вещество содержится в месторождениях руд. Также его можно найти в упавших на Землю метеоритах. Некоторые производства остро нуждаются в металле для изготовления своей продукции. К ним он идет уже как вторичное сырье, но стоит все равно недешево.

Металл применяют лишь из-за его невероятной прочности. Сплавы, в которые добавляют осмий, становятся невероятно износостойкими. Хватает минимальных доз вещества для добавления в сплав, чтобы он стал очень крепким.

Где используется

Из изотопа осмия изготавливают емкости для хранения ядерных отходов. Также вещество используется в космической промышленности. А еще оно ускоряет синтез аммиака, органики. Кстати, вольфрамовые нити накаливания содержат описываемый металл.

Так как вещество славится своей прочностью, его используют в изготовлении оружия. Но в последнее время промышленность старается отказываться от использования металла, ввиду его высокой стоимости и трудной обработки.

Металл применяют лишь в том случае, где успех 100%-но гарантирован.

Оксид осмия используется в медицинских целях, в биологии. Многие имплантаты и кардиостимуляторы выполнены не без помощи рассматриваемого вещества. Вторые делают из платины, в которой содержится 10% осмия.

Нередко выпускают перьевые ручки, у которых наконечники сделаны из рассматриваемого металла. Такие изделия долговечнее образцов с золотыми концами.

Интересно! Если сделать сплав из осмия с алюминием, он будет невероятно пластичным. Его можно вытянуть несколько раз без каких-либо разрывов вещества.

Когда давление будет выше 770 Гпа, электроны, располагающиеся на внутренних орбиталях, будут взаимодействовать в осмии, но структура металла нисколько не изменится.

Способы получения вещества

Наиболее часто осмий хранится в форме порошка. В таком виде металл легко вступает в реакции, без сложностей проходит его термообработка. Os не плавится, и его невозможно заклеймить, если металл находится в чистом виде.

При помощи электронных (иногда дуговых) лучей из металла получают слитки. Монокристаллы создают при помощи зонной плавки. Но такой способ изготовления очень дорогой, поэтому и цена на созданную продукцию высока. Но есть уникумы, которые умеют создавать кристаллы из порошка. Это долгий и сложный процесс, требующий немалых затрат энергии, но результаты все-таки есть.

Ранее говорилось, что осмий имеет неприятный запах. Тетраоксид вещества широко используется в медицине. Его в шутливой форме называют «красивым и пахучим». Кристаллы тетраоксида можно изготовить в домашних условиях, но следует быть осторожным, так как вещество токсическое.

Например, чтобы убить мышь с помощью тетраоксида, требуется в 40 раз меньше этого вещества, чем синильной кислоты (считается признанным ядом против грызунов). Такой поражающий эффект объясняется тем, что, попадая внутрь организма, вещество мгновенно приходит к металлическому виду. Оттого происходит поражение дыхательных путей и зрения. Но, несмотря на это, OsO4 широко используется в качестве красителя в химической промышленности.

Как влияет Os на организм живых существ

Элемент является очень вредным и токсичным для биологических существ. При вдыхании осмия легкие отказывают (возникает их отек), и у живого существа развивается малокровие.

При нахождении в воздухе даже малого количества вещества у индивидуума возникает слезоточивость, боль в глазах, может развиться конъюнктивит.

Становится тяжело дышать, появляются спазмы в бронхах и металлический привкус во рту. Если вовремя не увести человека с пораженной территории, ему грозит слепота, нарушение работы почек, нервной системы, органов ЖКТ. Возможен летальный исход.

Металл затрагивает также целостность кожи. Она чернеет либо зеленеет. На ней появляются язвы, пузыри. Ткань начинает отмирать.

Отравиться осмием можно на производстве, в случае незначительного превышения количества этого вещества в воздухе. На многих современных производствах осмий в воздухе присутствует, хотя, по мнению специалистов, его концентрации в воздухе вообще быть не должно.

Таблица 1 - осмий цена (1 гр.) в сравнении с другими драгоценными металлами (рыночная).

Заключение

Хоть осмий и считается одним из самых дорогих металлов на планете, его рыночная цена не столь высока. Для примера, 1 грамм золота можно купить за 2000-2500 рублей. Тогда как осмий стоит около 1800 рублей за грамм.

Стоимость осмия везде разная, но по самой дешевой нерыночной цене ее продает лишь Казахстан. Дело в том, что на мировом рынке торгуют не только осмием, но и его изотопом (осмий 187). Как раз второй имеет баснословную стоимость, ввиду трудности обработки, отделения от других изотопов и неширокого использования.

Теперь понятно, сколько стоит осмий 187 и обычный Os по рыночной цене. Обычный Os - это смесь изотопов.

Осмий - химический элемент с атомным номером 76 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом Os (лат. Osmium ).

Атомный номер - 76

Атомная масса - 190,23

Плотность, кг/м³ - 22500

Температура плавления, °С - 3000

Теплоемкость, кДж/(кг·°С) - 0,13

Электроотрицательность - 2,2

Ковалентный радиус, Å - 1,26

1-й ионизац. потенциал, эв - 8,70

История открытия осмия

В 1804 году известный английский ученый Уильям Волластон, изрядно поинтриговав перед этим научный мир (подробнее об этом рассказано в очерке о палладии "Шутка английского химика"), сообщил на заседании Королевского общества, что, анализируя сырую (природную) платину, он обнаружил в ней неизвестные ранее металлы, названные им палладием и родием. Оба были найдены в той части платины, которая растворялась в царской водке, но при этом взаимодействии оставался еще и нерастворимый остаток. Он, как магнит, притягивал к себе многих химиков, справедливо полагавших, что и в нем может прятаться какой-нибудь неведомый дотоле элемент.

Близки к успеху были французы Колле-Дескотиль, Фуркруа и Воклен. Они не раз замечали, что при растворении сырой платины в царской водке выделялся черный дым, а при сплавлении нерастворимого остатка с едким кали образовывались соединения, которые "не возражали" против растворения.

Фуркруа и Воклен предположили, что искомый элемент частично улетучивается в виде дыма, а та часть его, которой не удается таким способом "эвакуироваться", оказывает агрессору посильное сопротивление, не желая в нем даже растворяться. Ученые поторопились дать новому элементу имя - "птен", что по-гречески означает "крылатый, летучий".

Но это название порхнуло, как бабочка, и кануло в Лету, так как вскоре Теннант сумел разделить "птен": на самом деле он представлял собой естественный сплав двух разных металлов. Один из них ученый назвал иридием - за разнообразие окраски солей, а другой - осмием, поскольку его четырехокись, выделявшаяся при растворении в кислоте или воде продукта сплавления осмиридия (так в дальнейшем стали называть бывший "птен") со щелочью, имела неприятный, раздражающий запах, похожий одновременно на запахи хлора и подгнившей редьки. Позже выяснилось, что и сам металл способен издавать подобный "аромат", правда, послабее: тонкоизмельченный осмий постепенно окисляется на воздухе, превращаясь в четырехокись.

Видимо, не по душе пришелся этот запах Теннанту, и он в сердцах решил увековечить в названии открытого им элемента свое наиболее сильное впечатление от первого свидания с ним.

По одежке встречают, по уму провожают. И если запах да цвет - оловянно-белый с серовато-голубым отливом - можно считать "одеждой" осмия, то его характеристики как химического элемента и как металла по этой пословице следует отнести к "уму".

Так чем же может похвастать наш герой? Прежде всего, как уже было сказано, своим благородным происхождением. Взгляните на периодическую систему элементов: в правой части ее особняком держится семейство платиноидов, состоящее из двух триад. В верхнюю триаду входят легкие платиновые металлы - рутений, родий, палладий (все в мире относительно: любой представитель этой троицы в полтора с лишним раза тяжелее железа). Во второй триаде собрались настоящие богатыри-тяжеловесы - осмий, иридий и платина.

Интересно, что долгое время ученые придерживались такого порядка возрастания атомных весов этих элементов: платина - иридий - осмий. Но когда Д. И. Менделеев создавал свою периодическую систему, ему приходилось тщательно проверять, уточнять, а порой и исправлять атомные веса многих элементов. Одному проделать всю эту работу было нелегко, поэтому Менделеев привлекал к работе других химиков. Так, когда ему отрекомендовали Ю.В. Лермонтову, которая была не только родственницей великого поэта, но и высококвалифицированным химиком, ученый попросил ее уточнить атомные веса платины, иридия и осмия, поскольку они вызывали у него большое сомнение.

По его мнению, наименьший атомный вес должен был быть у осмия, а наибольший - у платины. Серия точных экспериментов, проведенных Лермонтовой, подтвердила правоту создателя периодического закона. Тем самым было определено нынешнее расположение элементов в этой триаде – все стало на свое место.

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 твердых растворов природные сплавы осмия и иридия (невьянскит и сысертскит). Иногда эти минералы встречаются самостоятельно, чаще же осмистый иридий входит в состав самородной платины. Основные месторождения осмистых иридиев сосредоточены в России (Сибирь, Урал), США (Аляска, Калифорния), Колумбии, Канаде, странах Южной Африки. Осмий встречается также в виде соединений с серой и мышьяком (эрлихманит, осмиевый лаурит, осарситт). Содержание осмия в рудах как правило не превышает 1·10 −3 %.

Вместе с другими благородными металлами встречается в составе железных метеоритов.

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 длинный период полураспада - (2,0±1,1)×10 15 лет, его можно считать практически стабильным. Согласно расчётам, остальные естественные изотопы также 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 стоят довольно дорого. Первый и единственный экспортёр чистого осмия-187 - Казахстан, с января 2004 года официально предлагающий это вещество по ценам 10 000 долларов за 1 грамм.

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

• 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

Самородный осмий в природе не найден. Он всегда связан в минералах с другим металлом платиновой группы – иридием. Существует целая группа минералов осмистого иридия. Самый распространенный из них – невьянскит, природный сплав этих двух металлов. Иридия в нем больше, поэтому невьянскит часто называют просто осмистым иридием. Зато другой минерал – сысертскит – называют иридистым осмием – в нем больше осмия... Оба эти минерала – тяжелые, с металлическим блеском, и это не удивительно – таков их состав. И само собой разумеется, все минералы группы осмистого иридия очень редки.

Иногда эти минералы встречаются самостоятельно, чаще же осмистый иридий входит в состав самородной сырой платины. Основные запасы этих минералов сосредоточены в СССР (Сибирь, Урал), США (Аляска, Калифорния), Колумбии, Канаде, странах Южной Африки.

Естественно, что добывают осмий совместно с платиной, но аффинаж осмия существенно отличается от способов выделения других платиновых металлов. Все их, кроме рутения, осаждают из растворов, осмий же получают отгонкой его относительно летучей четырехокиси.

Но прежде чем отгонять OsO 4 , нужно отделить от платины осмистый иридий, а затем разделить иридий и осмий.

Когда платину растворяют в царской водке, минералы группы осмистого иридия остаются в осадке: даже этот из всех растворителей растворитель не может одолеть эти устойчивейшие природные сплавы. Чтобы перевести их в раствор, осадок сплавляют с восьмикратным количеством цинка – этот сплав сравнительно просто превратить в порошок. Порошок спекают с перекисью бария BaO 3 , а затем полученную массу обрабатывают смесью азотной и соляной кислот непосредственно в перегонном аппарате – для отгонки OsO 4 .

Ее улавливают щелочным раствором и получают соль состава Na 2 OsO 4 . Раствор этой соли обрабатывают гипосульфитом, после чего осмий осаждают хлористым аммонием в виде соли Фреми Cl 2 . Осадок промывают, фильтруют, а затем прокаливают в восстановительном пламени. Так получают пока еще недостаточно чистый губчатый осмий.

Затем его очищают, обрабатывая кислотами (HF и HCl), и довосстанавливают в электропечи в струе водорода. После охлаждения получают металл чистотой до 99,9% O 3 .

Такова классическая схема получения осмия – металла, который применяют пока крайне ограниченно, металла очень дорогого, но достаточно полезного.

Высокая твердость и исключительная тугоплавкость позволяет использовать осмий для покрытия им в узлах трения.

Осмий является первым по плотности простым веществом. Его плотность составляет 22,61 г/см³.

Осмий – оловянно-белый металл с серовато-голубым оттенком. Это самый тяжелый из всех металлов один из самых твердых. Тем не менее осмиевую губку можно растереть в порошок, поскольку он хрупок.

Кристаллическая решетка гексагональная типа Mg, а = 0,27353 нм, с = 0,43191 нм, z = 2, пространств. группа P6 3 /mmc;

Плавится осмий при температуре около 3000°C, а температура его кипения до сих пор точно не определена. Полагают, что она лежит где-то около 5500°C.

Плотность металла 22,61 г/см 3 ; температура плавления 31,8 кДж/моль, температура испарения 747,4 кДж/моль; давление пара 2,59 Па (3000 °С), 133 Па (3240 °С); 1,ЗЗкПа (3640 °С), 13.3 кПа (4110°С); температурный коэффициент линейного расширения 5·10 -6 К -1 (298 К); теплопроводность 0,61 Вт/(см·К); проводимость 9,5 мкОм·см (20°С), температурный коэффициент. Проводимости 4,2·10 -3 К -1; парамагнетик, магн. восприимчивость + 9,9·10 -6 ; температура перехода в сверхпроводящее состояние 0,66 К; твердость по Виккерсу 3-4 ГПа, по Моосу 7; модуль нормальной упругости 56,7 ГПа; модуль сдвига 22 ГПа.

Как и прочие платиновые металлы, осмий проявляет несколько валентностей: 0, 2+, 3+, 4+, 6+ и 8 +. Чаще всего можно встретить соединения четырех- и шестивалентного осмия. Но при взаимодействии с кислородом он проявляет валентность 8+.

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 +4, +6, +8, реже другие от +1 до +7.

В компактном состоянии осмий устойчив к окислению до 400 °С. Компактный осмий не растворяется в горячей соляной кислоте и кипящей царской водке. Мелкодисперсный осмий окисляется HNO 3 и кипящей H 2 SO 4 до OsO 4 , при нагревании реагирует с F 2 , Сl 2 , Р, Se, Те и др. Металлический Os м. б. переведен в раствор сплавлением со щелочами в присутствии окислителей, при этом образуются соли неустойчивой в свободном состоянии осмиевой кислоты Н 2 ОsО 4 -осматы(VI). При взаимодействии OsO 4 с КОН в присутствии этанола либо радиацией с KNO 2 получают также осмат(VI) K 2 , или K 2 OsO 4 ·2H 2 O. Осматы(VI) восстанавливаются этанолом до гидроксида Os(OH) 4 (черного цвета), который в атмосфере N 2 обезвоживается до диоксида OsO 2 . Известны перосматы M 2 , где X = ОН, F, образующиеся при взаимодействии раствора OsO 4 с концентрированным раствором щелочи.

Примечательна особенность четырехокиси осмия: ее растворимость в органических жидкостях значительно выше, чем в воде. Так, при обычных условиях в стакане воды растворяется всего 14 граммов этого вещества, а в стакане четыреххлористого углерода более 700 граммов.

В атмосфере серных паров порошок осмия вспыхивает, как спичка, образуя сульфид. Всеядный фтор при комнатной температуре не причиняет осмию никакого "вреда", но при нагреве до 250-300 С образуется ряд фторидов. С тех пор как в 1913 году впервые были получены два летучих фторида осмия, считалось, что их формулы OsF6 и OsF8. Но в 1958 году выяснилось, что фторид OsF8, почти полвека "проживший" в химической литературе, на самом деле никогда не существовал, а указанные соединения соответствуют формулам OsF5 и OsF6. Сравнительно недавно ученым удалось получить еще один фторид OsF7, который при нагреве выше 100 С распадается на OsF6 и элементарный фтор.

Одно из главных достоинств осмия - его очень высокая твердость; в этом с ним могут конкурировать немногие металлы. Вот почему при создании сплавов с наивысшей износостойкостью в их состав вводят осмий. Авторучки с золотым пером - не редкость. Но ведь золото - довольно мягкий металл, а перу за долгие годы работы приходится по воле хозяина пройти по бумаге долгие километры пути. Конечно, бумага - не напильник и не наждак, однако выдержать такое испытание могут лишь немногие металлы. И все же кончики перьев справляются с этой трудной ролью. Как? Секрет прост: их обычно изготовляют из сплавов осмия с другими платиноидами, чаще всего из уже известного вам осмиридия. Без преувеличения можно сказать, что перу, "бронированному" осмием, сносу нет.

Исключительная твердость, хорошая коррозионная стойкость, высокое сопротивление износу, отсутствие магнитных свойств делают осмиридий прекрасным материалом для острия компасной стрелки, осей и опор точнейших измерительных приборов и часовых механизмов. Из него изготовляют режущие кромки хирургических инструментов, резцов для художественной обработки слоновой кости.

То, что осмий и иридий часто "выступают дуэтом" - в виде природного сплава, объясняется не только ценными свойствами осмиридия. но и волею судьбы, пожелавшей, чтобы в земной коре эти элементы были связаны необыкновенно прочными узами. В виде самородков ни тот, ни другой металл в природе не обнаружены, зато осмистый иридий и иридистый осмий – хорошо известные минералы (называются они соответственно невьянскит и сысертскит): в первом преобладает иридий, во втором - осмий.

Иногда эти минералы встречаются самостоятельно, но чаще входят в состав самородной платины. Разделение ее на компоненты (так называемый аффинаж) - процесс, включающий множество стадий, на одной из которых осмиридий выпадает в осадок. И вот едва ли не самое сложное и дорогостоящее во всей этой "истории" - разлучить осмий и иридий. Но зачастую в этом и нет необходимости: как вы уже знаете, сплав широко применяют в технике, а стоит он значительно дешевле, чем, например, чистый осмий. Ведь для того, чтобы выделить этот металл из сплава, нужно провести столько химических операций, что одно их перечисление заняло бы много места. Конечный продукт длинной технологической цепи - металлический осмий чистотой 99,9 %.

Наряду с твердостью, известно еще одно достоинство осмия - тугоплавкость.

По температуре плавления (около 3000 С) он превзошел не только своих благородных собратьев - платиноидов, но и подавляющее большинство остальных металлов. Благодаря своей тугоплавкости осмий попал в биографию электрической лампочки: еще в те времена, когда электричество доказывало свое преимущество перед другим источником света - газом, немецкий ученый К. Ауэр фон Вельсбах предложил заменить в лампе накаливания угольный волосок осмиевым. Лампы стали потреблять в три раза меньше энергии и давали приятный, ровный свет. Но на этом ответственном посту осмий долго не продержался: сначала его сменил менее дефицитный тантал, однако вскоре и тот вынужден был уступить место самому тугоплавкому из тугоплавких - вольфраму, который по сей день несет свою огненную вахту.

Нечто подобное произошло с осмием и в другой сфере его применения – в производстве аммиака. Современный способ синтеза этого соединения, предложенный еще в 1908 году известным немецким химиком Фрицем Габером немыслим без участия катализаторов. Первые катализаторы, которые использовались для этой цели, проявляли свои способности лишь при высоких температурах (выше 700 С), да к тому же они были не очень эффективны.

Попытки найти им замену долго ни к чему не приводили. Новое слово в совершенствовании этого процесса сказали ученые лаборатории Высшей технической школы в Карлсруэ: они предложили применять в качестве катализатора тонкораспыленный осмий. (Кстати, будучи весьма твердым, осмий в то же время очень хрупок, поэтому губку этого металла можно без больших усилий раздробить и превратить в порошок.) Промышленные опыты показали, что игра стоит свеч: температуру процесса удалось снизить более чем на 100 градусов, да и выход готовой продукции заметно возрос.

Несмотря на то что в дальнейшем осмию пришлось и здесь сойти со сцены (сейчас, например, для синтеза аммиака используют недорогие, но эффективные железные катализаторы), можно считать, что именно он сдвинул важную проблему с мертвой точки. Каталитическую деятельность осмий продолжает и в наши дни: применение его в реакциях гидрогенизации органических веществ дает отличные результаты. Этим в первую очередь обусловлен большой спрос на осмий со стороны химиков: на химические нужды расходуется почти половина его мировой добычи.

Элемент 76 представляет немалый интерес и как объект научных исследований. Природный осмий состоит из семи стабильных изотопов с массовыми числами 184, 186-190 и 192. Любопытно, что чем меньше массовое число изотопа этого элемента, тем менее он распространен: если на долю самого тяжелого изотопа (осмия-192) приходится 41 %, то легчайший из семи "братьев" (осмий-184) располагает лишь 0,018 % общих "запасов". Поскольку изотопы отличаются друг от друга только массой атомов, а по своим физико-химическим "наклонностям" они весьма схожи между собой, то разделить их очень сложно. Именно поэтому даже "крохи" изотопов некоторых элементов стоят баснословно дорого: так, килограмм осмия-187 оценивается на мировом рынке в 14 миллионов долларов. Правда, в последнее время ученые научились "разлучать" изотопы с помощью лазерных лучей, и есть надежда, что вскоре цены на эти "товары неширокого потребления" будут заметно снижены.

Из соединений осмия наибольшее практическое значение имеет его четырехокись (да-да, та самая, которой элемент так "обязан" своим названием). В роли катализатора она выступает при синтезе некоторых лекарственных препаратов. В медицине и биологии ее используют как окрашивающее средство при микроскопическом исследовании животных и растительных тканей. Следует помнить, что безобидные на вид бледно-желтые кристаллы четырехокиси осмия - сильный яд, раздражающий кожу и слизистые оболочки, вредно действующий на глаза.

Окись осмия используют в качестве черного красителя для живописи по фарфору: соли этого элемента применяют в минералогии как сильные травители. Большинство же осмиевых соединений, в том числе разнообразные комплексы (осмий проявляет присущую всем платиновым металлам способность к образованию комплексных соединений), а также его сплавы (кроме уже известного осмиридия и некоторых сплавов с другими платиноидами, вольфрамом и кобальтом), пока "томится" в ожидании подходящей работы.

Большая часть населения в курсе, что золото и платина - самые дорогие металлы. Цена осмия за 1 грамм, который относят к платиновой группе, уступает по стоимости золоту..

Почему осмий такой дорогой

Ежегодно в мире добывают порядка 2600 тонн золота и какое -то количество платины. Причем по данным статистики каждый год объем добычи драгоценных металлов прирастает на 1,5 %. Между тем осмия добывают всего 600 кг, это вызвано тем, что его очень сложно найти в природе. И в чистом виде не встречается. А добывают путем прокалывания из металлов платиновой группы. Именно поэтому один грамм стоит порядка 12-15 USD или 800-900 рублей на 2019 год. Добыча осмия связана с множеством трудностей. Во-первых, его содержание в земной коре ничтожно и ко всему прочему он рассеян земле. Сложность добычи, и как следствие высокая стоимость ограничивают применение осмия в промышленности и поэтому его применяют там, где экономический эффект от применения превышает понесенные затраты для добычи и обработки.

Осмий находят в осколках метеоритов, которые в разные времена попали на нашу планету. Но чаще всего его добывают в рудниках. Нередко рядом можно найти и такой материал, как иридий . Добываемое количество осмия действительно ничтожно мало и для удовлетворения нужд разных отраслей промышленности приходиться использовать вторичных металл.

Одним из крупных экспортеров этого металла является республика Казахстан. По неподтвержденным сведения цена одного грамма, добытого в этой стране, составляет порядка 10 000 долларов США. Но это всего лишь слухи, так цена металла за унцию является коммерческой тайной. Размер стоимости металла заставляет подумать о целесообразности массового использования его в промышленности, медицине и биологии.

Место в таблице Менделеева и основные свойства

Металл, обозначаемый как Os, расположился в ячейке под номером 76. Ближайшие соседи - рений и иридий. В нормальных условиях вещество обладает серебристо-белым цветом.

Осмий обладает рядом уникальных свойств. Например, плотность составляет 22,6 грамма на кубический сантиметр. В этом плане он перегнал иридий. Металл, который находят в природе состоит из нескольких изотопов, которые практические невозможно разделить. Самый применяемый изотоп носит индекс 187.

Температура, при которой, осмий меняет свое агрегатное состояние и переходит в жидкое состояние равна 3 027 ºC. Кипеть материал начинает по достижении 5500 ºC. Высокая плотность обеспечила металлу высокую хрупкость.

Особенности добычи и применения

Несмотря на дороговизну, осмий не используют для изготовления драгоценностей. Причиной тому служит плохая обрабатываемость. Его практически невозможно подвергнуть механической обработке. Ко всему прочему надо помнить о тугоплавкости и хрупкости.

Среди изотопов, довольно редко встречающегося металла есть под номер 187. Именно его и применяют при строительстве космической техники. Кроме того, не обошлось без него и ядерное оружие. Применяют для создания электронной аппаратуры, которая задействована в управлении ракетным оружием. Кстати, также используют при обустройстве хранилищ ядерных отходов.

Применение осмия в разных отраслях

Как уже отмечалось выше это один из немногих материалов, обладающих высокой плотностью, к примеру, ведро воды, будет легче весить чем полулитровая бутылка, наполненная этим металлом. Между тем, это свойство - твердость практически не востребовано, в отличие от другого его свойства - твердости.

Осмий применяют как добавку для получения многих сплавов. Даже небольшая добавка металла придает сплавам невероятную стойкость к износу. Сплав с добавкой этого материала может прослужить значительно дольше, чем остальные. Кроме того, сплавы с добавлением осмия обладают повышенной механической прочностью и высокой стойкостью к воздействию коррозии. Как следствие этого свойства, осмий и сплавы применяют для снижения трения в различных узлах. Сплав осмия и иридия применяют при производстве сверхтвердых сплавов для разных отраслей.

Благодаря обозначенным свойствам осмий используют при изготовлении измерительного оборудования, предназначенного для проведения измерений с высокой точностью.

Кстати, осмий используют при производстве автоматических ручек. Именно поэтому ручки могут писать года и при этом не подвергаются износу.

Еще одно из свойств редкого металла - не магнитен. И это послужило поводом для использования в механизмах часов и механических навигационных приборах (компасах).

Металл применяют в качестве катализатора при производстве аммиака, органических соединений. Кроме того, без него не обходится производство катализаторов с метанольным топливным элементом.

Еще не так давно, сплав вольфрама с осмием применяли для производства нитей ламп накаливания. Этот сплав называют осрам.

Микроскопия также не обошлась без редкого металла. Его применяют для работы электронных микроскопов.

В медицине осмий и его оксиды применяют для хирургических имплантатах и сердечных стимуляторах и при замещении клапанов в легких. Вместе с тем тетраоксид осмия является сильным токсином и практически не применяется ни в одной отрасли.

На самом деле осмий в чистом виде редко используют на практике. Куда чаще в ход идут его соединения, например, оксиды.

Особенности хранения

Готовый осмий хранят в виде порошка. Поскольку в виде кристаллов он не плавиться и не поддается никакой обработки, его даже нельзя заклеймить. Для получения слитков металла применяют лучевой нагрев. Но существуют методы получения кристаллов из порошкового материала, например, тигельный нагрев.

Немного истории

Осмий как элемент был открыт в начале ХХ века английскими учеными. Они проводили эксперименты по растворению платины в царской водке. Это смесь соляной и азотной кислоты, которая способна растворять металлы без остатка.

В ходе экспериментов появлялся осадок, подвергшийся тщательному исследованию. В результате их и был найдена смесь осмия и иридия. Кстати, аналогичные работы проводились и во Франции.

Осмий

Осмий - 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 высокой плотностью, сравним по этому параметру только с иридием (плотности Os и Ir практически равны с учётом расчётной погрешности) .

История

Осмий открыт в 1804 году английским химиком Смитсоном Теннантом в осадке, остающемся после растворения платины в царской водке. Сходные исследования проводились французскими химиками Колле-Дескоти, Антуаном Франсуа де Фуркруа и Вокеленом , 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.

Химические свойства

Физические свойства

Слиток осмия.

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 . 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 . При сравнении различных изотопов этих металлов, наиплотнейшим оказывается 192 Os. Необычайно высокая плотность осмия объясняется лантаноидным сжатием .

Происхождение названия

Назван от др.-греч. ὀσμή (запах), по резко пахнущему летучему оксиду OsO 4 (напоминает озон).

Нахождение в природе

Кристаллы осмия

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 .

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 .

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

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 - перосмат натрия, который далее восстанавливают водородом при 120 °C до осмия:

Na 2 + 3H 2 = 2NaOH + Os + 4H 2 O.

Осмий при этом получается в виде губки.

Физические свойства

Высокая твёрдость и исключительная тугоплавкость позволяет использовать осмий в качестве покрытия в узлах трения.

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 .

Осмий - один из немногих металлов, образующих полиядерные (или кластерные) соединения. Полиядерный карбонил осмия Os 3 (CO) 12 используется 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 .

Применение

Применяется как катализатор для синтеза аммиака, гидрирования органических соединений, в катализаторах метанольных топливных 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) .

Тетраоксид осмия применяется в электронной микроскопии для фиксации биологических объектов.

Биологическая роль и физиологическое действие

Не играет биологической роли. Высший оксид осмия крайне токсичен.

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