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.

Обнаружение этих химических элементов было представлено Королевскому обществу в Лондоне письменным сообщением Теннанта от 21 июня 1804 года. В периодической таблице химических элементов Менделеева металл расположен под порядковым числом 76. В чистом виде самородками металл не встречается, поэтому его химическая формула представлена в растворенном виде.

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.

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.

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.

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.

Самому высокому риску подвержены сотрудники производственных помещений, по всем нормам техники безопасности они работают только в респираторах и специальной одежде. Вся тара, в которой содержится оксид осмия, герметизируется и хранится в соответствии с правилами. Для получения минералов невьянскита платину преобразуют посредством царской водки в раствор. Затем на получившийся осадок воздействуют с помощью цинка в 8-кратном количестве – такой сплав относительно легко превращается в порошкообразное состояние, который затем сплавляют с перекисью бария. Следующим этапом идет обработка получившейся массы с помощью царской водки, выгонка через аппарат для отделения тетраоксида осмия.

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%.

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

1. 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.
2. Очень ядовит, даже в микроскопических дозах. Особенно токсичным значится оксид осмия, выделяемый из платины.
3. Температуру закипания металла определить невозможно, так как он особо тугоплавкий.
4. Металл в порошке легко вступает в реакцию нагревания с такими веществами: чистый кислород, галогены, кислоты серная или азотная.
5. В различных соединениях получает числа окиси от -2 до +8. Наиболее распространенными значатся +2, +3, +4 и +8.
6. Способен к образованию кластерных соединений.
7. 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.

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.

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

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.

1. Под давлением примерно 770 ГПа в осмии происходит взаимодействие электронов на внутренних орбиталях, структура вещества остается неизменной.
2. Осмий в горных породах содержится в половине процента от всей массы рудных залежей.
3. 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.
4. Этот металл состоит в пятёрке самых дорогостоящих.
5. Стоимость тройственной унции осмия составляет коммерческую тайну, в открытых источниках можно найти примерную цену за 1 грамм вещества.
6. 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.
7. 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.