Осмий | это... Что такое Осмий? (original) (raw)

76 Рений ← Осмий → Иридий Периодическая система элементов 76Os Hexagonal.svg Electron shell 076 Osmium.svg
Внешний вид простого вещества
Osmium-crystals 2.jpgСине-белый блестящий твёрдый металл
Свойства атома
Имя, символ, номер Осмий / Osmium (Os), 76
Атомная масса(молярная масса) 190,23 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Xe] 4f14 5d6 6s2
Радиус атома 135 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 126 пм
Радиус иона (+6e) 69 (+4e) 88 пм
Электроотрицательность 2,2 (шкала Полинга)
Электродный потенциал +0,850
Степени окисления 8, 6, 4, 3, 2, 0, −2
Энергия ионизации(первый электрон) 819,8(8,50) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 22,587 г/см³
Температура плавления 3327 K
Температура кипения 5300 K
Теплота плавления 31,7 кДж/моль
Теплота испарения 738 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 24,7[1] Дж/(K·моль)
Молярный объём 8,43 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки гексагональная
Параметры решётки a=2,734 c=4,317[2] Å
Отношение c/a 1,579
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) (87,6) Вт/(м·К)

У этого термина существуют и другие значения, см. OS (значения).

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

История

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

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[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 192Os. Необычайно высокая плотность осмия объясняется лантаноидным сжатием[7], а также гексагональной плотноупакованной кристаллической решёткой.

Химические свойства

Степени окисления осмия
−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 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: 184Os, 187Os, 188Os, 189Os, 190Os и 192Os. 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)·1015 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 184Os и 192Os возможен двойной бета-распад, наблюдениями также не зафиксированный.

Изотоп осмий-187 является результатом распада изотопа рения (187Re, период полураспада 4,56·1010 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

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:

\mathsf{Na_2[OsO_2(OH)_4] + 3H_2 \rightarrow 2NaOH + Os + 4H_2}

Осмий при этом получается в виде губки.

Применение

Биологическая роль и физиологическое действие

Не играет биологической роли. Высший оксид осмия чрезвычайно токсичен.

Цена

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.

См. также

Ссылки

wikt: Осмий в Викисловаре?
commons: Осмий на Викискладе?

Примечания

  1. ↑ 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.
  2. ↑ WebElements Periodic Table of the Elements | Osmium | crystal structures
  3. ↑ 1 2 Книга рекордов Гиннесса для химических веществ
  4. ↑ Этот результат получен путём теоретических расчётов. См. 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.
  5. ↑ Hunt, L. B. (1987). «A History of Iridium». Platinum Metals Review 31 (1): 32–41.
  6. ↑ Arblaster, J. W. (1989). «Densities of osmium and iridium: recalculations based upon a review of the latest crystallographic data». Platinum Metals Review 33 (1): 14–16.
  7. ↑ 1 2 Arblaster, J. W. (1995). «Osmium, the Densest Metal Known». Platinum Metals Review 39 (4): 164.
  8. ↑ Barnard, C. F. J. (2004). «Oxidation States of Ruthenium and Osmium». Platinum Metals Review 48: 157. DOI:10.1595/147106704X10801.
  9. ↑ Krause, J. (1993). «Preparation of [Os3(CO)11]2− and its reactions with Os3(CO)12; structures of [Et4N][HOs3(CO)11] and H2OsS4(CO)». Journal of Organometallic Chemistry 454: 263–271. DOI:10.1016/0022-328X(93)83250-Y.
  10. ↑ Carter, Willie J.; Kelland, John W.; Okrasinski, Stanley J.; Warner, Keith E.; Norton, Jack R. (1982). «Mononuclear hydrido alkyl carbonyl complexes of osmium and their polynuclear derivatives». Inorganic Chemistry 21: 3955–3960. DOI:10.1021/ic00141a019.
  11. ↑ 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 = 10.1021/ja00457a077|
  12. ↑ Tunik S.P. (2004). «Reviews: The chemistry of carbonyl clusters of transition metals containing labile and hemilabile ligands. Synthesis, reactivity, and prospects for application». Russian Chemical Bulletin, International Edition: 2657—2669.
  13. ↑ (10 April 1992) «Synthesis and spectroscopic characterization of the heteronuclear diphosphine linked cluster Os3(CO)11(Ph2PCH2PPh2)Rh6(CO)15». Journal of Organometallic Chemistry 426, Issue 1: 105-107. DOI:10.1016/0022-328X(92)83165-E.
  14. ↑ Seymour R. J. Platinum-group metals // Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. — Wiley, 2001.
  15. ↑ Казахстан официально выставил на продажу осмий-187. Самый дорогой металл в мире, 22.01.2004
  16. ↑ Философский осмий-187. Ядерная контрабанда из Казахстана — это блеф?, 19.09.2003
  17. ↑ Петрик В. И. Штрихи к портрету, 12.06.2003
  18. ↑ http://db.alta.ru/poyasnenia/htmltnved/P7110.html
  19. ↑ http://www.nrcan-rncan.gc.ca/mms-smm/busi-indu/cmy-amc/content/2005/71.pdf
  20. ↑ Live Osmium prices.
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
Щелочные металлы Щёлочноземельные металлы Лантаноиды Актиноиды Переходные металлы Другие металлы Металлоиды Другие неметаллы Галогены Инертные газы
Просмотр этого шаблона Электрохимический ряд активности металлов
Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu, Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2, W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au Элементы расположены в порядке возрастания стандартного электродного потенциала.
Есть более полная статья