Osmium

Osmium
←  Rhenium | Iridium  →
76 Ru ↑ Os [1] ↓ hs 76 Os [1]
Vzhled jednoduché látky
Stříbřitě bílý lesklý tvrdý kov s namodralým nádechem
Krystaly Osmia o čistotě 99,99 %, vypěstované chemickým transportem
Vlastnosti atomu
Jméno, symbol, číslo	Osmium / Osmium (Os), 76
atomová hmotnost ( molární hmotnost )	190,23(3) [2]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronická konfigurace	[Xe] 4f 14 5d 6 6s 2
Poloměr atomu	135 hodin
Chemické vlastnosti
kovalentní poloměr	126  hodin
Poloměr iontů	(+6e) 69 (+4e) 88  hodin
Elektronegativita	2,2 (Paulingova stupnice)
Elektrodový potenciál	+0,850
Oxidační stavy	8, 6, 4, 3, 2, 0, −2
Ionizační energie (první elektron)	819,8 (8,50)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky
Hustota (v n.a. )	22,587/22,61 [3] [4]  g/cm³
Teplota tání	3306K ( 3033 °C) [4]
Teplota varu	5285 K (5012 °C) [4]
Oud. teplo tání	31,7 kJ/mol
Oud. výparné teplo	738 kJ/mol
Molární tepelná kapacita	24,7 [5]  J/(K mol)
Molární objem	8,43  cm³ / mol
Krystalová mřížka jednoduché látky
Příhradová konstrukce	šestiúhelníkový
Parametry mřížky	a  = 2,734 c  = 4,317 [6]
poměr c / a	1,579
Další vlastnosti
Tepelná vodivost	(300 K) (87,6) W/(m K)
Číslo CAS	7440-04-2
nejdéle žijící izotopy
Izotop Prevalence _ Poločas rozpadu Rozpadový kanál Produkt rozpadu 184 Os 0,02 % 3,0⋅10 13  let α 180W _ 185 Os synth. 93,6 dne EZ 185 Re 186 Os 1,59 % 2,0⋅10 15  let α 182 W _ 187 Os 1,96 % stabilní - - 188 Os 13,24 % stabilní - - 189 Os 16,15 % stabilní - - 190 Os 26,26 % stabilní - - 191 Os synth. 15,4 dne β - 191 Ir 192 Os 40,78 % stabilní - - 193 Os synth. 30,11 dnů β - 193 Ir 194 Os synth. 6 let β - 194 Ir

Osmium ( lat.  Osmium ) je chemický prvek s atomovým číslem 76 v Periodické tabulce chemických prvků D. I. Mendělejeva , označovaný symbolem Os . Za standardních podmínek se jedná o lesklý stříbřitě bílý kov s namodralým nádechem . Přechodový kov , odkazuje na platinové kovy . Spolu s iridiem má nejvyšší hustotu ze všech jednoduchých látek. Podle teoretických výpočtů je jeho hustota dokonce vyšší než u iridia [7] .

Původ jména

Název osmium pochází z jiné řečtiny. ὀσμή „vůně“, protože chemické reakce při rozpouštění alkalické slitiny osmiridia (nerozpustný zbytek platiny v aqua regia ) ve vodě nebo kyselině jsou doprovázeny uvolňováním nepříjemného, ​​přetrvávajícího zápachu oxidu osmičelého OsO 4 , který dráždí hrdlo , podobný zápachu chlóru nebo shnilé ředkve [8] .

Historie

Osmium objevil v roce 1803 anglický chemik Smithson Tennant ve spolupráci s Williamem H. Wollastonem [9] ve zbytku po rozpuštění platiny v aqua regia . Podobné studie provedli francouzští chemici Collet-Descoti , Antoine de Fourcroix a Vauquelin , kteří rovněž došli k závěru o obsahu neznámého prvku v nerozpustném zbytku platinové rudy. Hypotetický prvek dostal jméno Pten ( řecky πτηνός  - okřídlený), ale Tennantovy pokusy ukázaly, že jde o směs dvou prvků - iridia a osmia.

Objev nových prvků byl zdokumentován v dopise Tennanta Královské společnosti v Londýně ze dne 21. června 1804 [9] [10] .

Fyzikální vlastnosti

Osmium je šedomodrý, tvrdý, ale křehký kov s velmi vysokou měrnou hmotností .

Zachovává si lesk i při vysokých teplotách. Kvůli jeho tvrdosti, křehkosti, nízkému tlaku par (nejnižší mezi všemi platinovými kovy ), stejně jako velmi vysokému bodu tání , je osmium obtížně obrobitelné. Osmium je považováno za nejhustší ze všech jednoduchých látek, v tomto parametru mírně předčí iridium [11] . Nejspolehlivější hodnoty hustoty pro tyto kovy lze vypočítat z parametrů jejich krystalových mřížek : 22,562 ± 0,009 g/cm³ pro iridium a 22,587 ± 0,009 g/cm³ pro osmium [3] . Podle údajů za rok 2013 je hustota osmia ještě vyšší - činí 22,61 g/cm 3 [4] . Při porovnání různých izotopů těchto prvků se 192 Os ukazuje jako nejhustší . Neobvykle vysoká hustota osmia je vysvětlena kontrakcí lanthanoidů [3] , stejně jako šestiúhelníkovou těsně sbalenou krystalovou mřížkou .

Osmium taje při 3306 K (3033 °C) [4] a vře při 5285 K (5012 °C) [4] . Teplota přechodu do supravodivého stavu je 0,66 K; tvrdost dle Vickerse  - 3-4 GPa, dle Mohsovy stupnice  - 7 [12] ; modul normální pružnosti  , 56,7 GPa; smykový modul  - 22 GPa [5] . Osmium je paramagnet (magnetická susceptibilita je 9,9⋅10 −6 [5] ).

Při tlacích řádově 770 GPa začnou elektrony ve vnitřních orbitalech interagovat v kovovém osmiu, ale struktura materiálu se nemění [13] [14] .

Chemické vlastnosti

Osmium prášek po zahřátí reaguje s kyslíkem, halogeny, sirnými parami, selenem, telurem, fosforem, dusičnou a sírovou kyselinou. Kompaktní osmium neinteraguje ani s kyselinami, ani s alkáliemi, ale tvoří ve vodě rozpustné osmáty s alkalickými taveninami. Pomalu reaguje s kyselinou dusičnou a aqua regia , reaguje s kyselinou chloristou za vzniku rozpustného chloristanu, reaguje s roztavenými alkáliemi za přítomnosti oxidačních činidel (dusičnan draselný nebo chlorečnan), s roztaveným peroxidem sodným .

Ve sloučeninách vykazuje oxidační stavy od -2 do +8, z nichž nejčastější jsou +2, +3, +4 a +8 [15] .

Osmium je jedním z mála kovů, které tvoří polynukleární (neboli klastrové ) sloučeniny. Osmium polynuclear karbonyl Os 3 (CO) 12 se používá k modelování a studiu chemických reakcí uhlovodíků na kovových centrech [16] [17] [18] . Karbonylové skupiny v Os 3 (CO) 12 mohou být nahrazeny jinými ligandy [19] , včetně těch, které obsahují klastrová jádra jiných přechodných kovů [20] .

Být v přírodě

Obsah osmia v zemské kůře je přibližně 5·10 −6  % hmotnosti [21] .

V přirozeném stavu se osmium vyskytuje ve formě pevných roztoků s iridiem, obsahujících od 10 % do 50 % osmia. Osmium se nachází v komplexních rudách obsahujících také platinu a palladium (sulfidická měď-niklové a měď-molybdenové rudy), v platinových minerálech a odpadech ze zpracování zlatonosných rud [21] . Hlavními minerály osmia jsou přírodní slitiny osmia a iridia ( nevyanskit a sysertskit ) patřící do třídy tuhých roztoků [21] . Nevyanskit tvoří husté (17–22 g/cm 3 ) bílé nebo světle šedé lamelární šestihranné krystaly s tvrdostí 6–7 na Mohsově stupnici [21] . Obsah osmia ve nevyanskitu může dosáhnout 21-49,3 % [21] .

Sysertskit se často vyskytuje společně s nevyanskitem. Jde o šedé krystaly hexagonální struktury s tvrdostí 6 bodů dle Mohse a hustotou 17,8-22,5 g/cm 3 [21] . Kromě osmia a iridia může tento minerál někdy obsahovat ruthenium [21] .

Někdy se tyto minerály vyskytují samy o sobě, ale častěji je osmium iridium součástí nativní platiny .

Vklady

Hlavní ložiska osmicového iridia jsou soustředěna v Rusku ( Sibiř , Ural ), USA ( Aljaška , Kalifornie ), Kolumbii , Kanadě , Jižní Africe , Tasmánii , Austrálii . Kazachstán je jediným vývozcem čistého osmia [22] .

Největší zásoby mají ložiska komplexu Bushveld v Jihoafrické republice [23] .

Osmium se také vyskytuje jako sloučeniny se sírou a arsenem ( erlichmanit , osmium laurit , osarsite ). Obsah osmia v rudách zpravidla nepřesahuje 1⋅10 −5 .

Spolu s dalšími ušlechtilými kovy se vyskytuje jako součást železných meteoritů .

Izotopy

Známé izotopy osmia s hmotnostními čísly od 161 do 197 (počet protonů 76, neutronů od 85 do 121) a 9 jaderných izomerů . V přírodě se osmium vyskytuje ve formě sedmi izotopů, z nichž 6 je stabilních: 184 Os ( zastoupení izotopů 0,018 %), 187 Os (1,64 %), 188 Os (13,3 %), 189 Os (16,1 %), 190 Os (26,4 %) a 192 Os (41,1 %) [5] . Další izotop ( 186 Os, zastoupení izotopů 1,59 %) má obrovský poločas rozpadu , (2,0 ± 1,1)⋅10 15 let, což je mnohem déle než věk vesmíru .

Izotop osmium-187 je výsledkem rozpadu izotopu rhenia 187 Re s poločasem rozpadu 4,56⋅10 10 let. Poměry izotopového složení 187 Os/ 188 Os a 187 Re/ 188 Os umožňují určit stáří hornin a meteoritů ( metoda rhenium-osmium ). Známá je také iridium-osmiová metoda radioizotopového datování, která byla použita k analýze křemene z mezní vrstvy oddělující období křídy a třetihor .

Separace izotopů osmia je poměrně obtížný úkol. Proto jsou některé izotopy poměrně drahé. Prvním a jediným vývozcem čistého osmia-187 je Kazachstán , který od ledna 2004 tuto látku oficiálně nabízí za cenu 10 000 $ za 1 gram [24] . Osmium-187 nemá široké praktické uplatnění. Podle některých zpráv bylo účelem operací s tímto izotopem „praní“ nelegálního kapitálu [25] [26] .

Prevalence

• v zemské kůře - 0,007 g / t
• v peridotitech  - 0,15 g/t
• v eklogitech  — 0,16 g/t
• v dunito -peridotitových útvarech - 0,013 g/t
• v pyroxenitových formacích  - 0,007 g/t

Získání

Osmium se izoluje z obohacené suroviny platinovými kovy kalcinací tohoto koncentrátu na vzduchu při teplotách 800–900 °C. V tomto případě jsou kvantitativně sublimovány páry vysoce těkavého oxidu osmičelého OsO 4 , které jsou následně absorbovány roztokem NaOH .

Odpařením roztoku se izoluje sůl - perosmát sodný , který se následně redukuje vodíkem při +120 °C na osmium:

Osmium se získává ve formě houby.

Aplikace

• Vysoká tvrdost a mimořádná žáruvzdornost umožňují použití osmia jako povlaku ve třecích jednotkách.
• Používá se jako katalyzátor pro syntézu amoniaku , hydrogenaci organických sloučenin, v katalyzátorech pro palivové články s methanolem .
• Slitina " osram " (osmium s wolframem ) se používala k výrobě vláken pro žárovky .
• Existují důkazy o použití osmia pro vojenské účely, jako součást dělostřeleckých granátů a hlavic raket. Používá se také v elektronickém vybavení letecké a raketové techniky.
• Složka supertvrdých a otěruvzdorných slitin s iridiem a rutheniem .
• V klenotnictví.
• Oxid osmičelý se používá v elektronové mikroskopii k fixaci biologických objektů [27] .
• Slitina platiny (90 %) a osmia (10 %) se používá v chirurgických implantátech , jako jsou kardiostimulátory , a při náhradě plicních chlopní .
• Slitina osmia s hliníkem má neobvykle vysokou tažnost a lze ji natáhnout bez porušení 2krát.

Biologická role a fyziologické působení

Nehraje biologickou roli [28] . Na vzduchu oxiduje na extrémně toxický oxid osmičelý OsO 4 , a proto způsobuje podráždění očí, horních cest dýchacích, zápaly plic, záněty ledvin [29] .

Viz také

• Kovy skupiny platiny

Poznámky

1. ↑ 1 2 Wieser M. E. , Coplen T. B. , Wieser M. Atomic weights of the elements 2009 (IUPAC Technical Report  ) // Pure and Applied Chemistry - IUPAC , 2010. - Vol. 83, Iss. 2. - S. 359-396. — ISSN 0033-4545 ; 1365-3075 ; 0074-3925 - doi:10.1351/PAC-REP-10-09-14
2. ↑ 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. Atomové hmotnosti prvků 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Sv. 85 , č. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
3. ↑ 1 2 3 Arblaster, JW Osmium, nejhustší známý kov  // Recenze  platinových kovů : deník. - 1995. - Sv. 39 , č. 4 . - str. 164 . Archivováno z originálu 27. září 2011.
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 Osmium : fyzikální vlastnosti  . WebElements. Získáno 17. srpna 2013. Archivováno z originálu 6. srpna 2013.
5. ↑ 1 2 3 4 Orlov A. M. Osmiy // Chemická encyklopedie: v 5 svazcích / Ed.: Knunyants I. L. (hlavní redaktor). - M . : Sovětská encyklopedie, 1992. - T. 3 . - S. 416 . — ISBN 5-85270-039-8 .
6. ↑ Osmium : krystalová struktura  . WebElements. Získáno 17. srpna 2013. Archivováno z originálu 12. srpna 2013.
7. ↑ Mřížkové parametry, hustoty a atomové objemy platinových kovů. Crabtree, Robert H. Sterling Chem. Lab., Yale Univ., New Haven, CT, USA. Journal of the Less-Common Metals (1979), 64(1), s. 7-9.
8. ↑ Chemická fakulta Moskevské státní univerzity . Získáno 26. dubna 2016. Archivováno z originálu 7. dubna 2016. (neurčitý)
9. ↑ 1 2 Hunt, LB Historie Iridia  // Recenze  platinových kovů : deník. - 1987. - Sv. 31 , č. 1 . - str. 32-41 .
10. ↑ Tennant, S. On Two Metals, Found in the Black Powder Remaining after the Solution of Platina  // Philosophical Transactions of the Royal Society of London  :  journal. - 1804. - Sv. 94 . - str. 411-418 . - doi : 10.1098/rstl.1804.0018 . — .
11. ↑ Arblaster, JW Hustoty osmia a iridia: přepočty založené na přehledu nejnovějších krystalografických dat  // Přehled  platinových kovů : deník. - 1989. - Sv. 33 , č. 1 . - S. 14-16 .
12. ↑ Osmium . Populární knihovna chemických prvků. Získáno 17. srpna 2013. Archivováno z originálu dne 27. prosince 2013. (neurčitý)
13. ↑ L. Dubrovinsky, N. Dubrovinskaia, E. Bykova, M. Bykov, V. Prakapenka. Nejnestlačitelnější kovové osmium při statickém tlaku nad 750 gigapascalů   // Nature . — 2015-09-10. — Sv. 525 , iss. 7568 . - str. 226-229 . — ISSN 0028-0836 . - doi : 10.1038/příroda14681 .
14. ↑ Exkluzivně. Síla a kontrola: když je osmium stlačeno na 7 milionů atmosfér, je objevena interakce mezi vnitřními elektrony atomů . geektimes.ru. Datum přístupu: 26. ledna 2016. Archivováno z originálu 24. prosince 2015. (neurčitý)
15. ↑ Barnard, CFJ Oxidační stavy ruthenia a osmia   // Přehled platinových kovů : deník. - 2004. - Sv. 48 . - str. 157 . - doi : 10.1595/147106704X10801 .
16. ↑ Krause, J. Příprava [Os 3 (CO) 11 ] 2− a jeho reakce s Os 3 (CO) 12 ; struktury [Et 4 N][HOs 3 (CO) 11 ] a H 2 OsS 4 (CO)  (anglicky)  // Journal of Organometallic Chemistry : deník. - 1993. - Sv. 454 . - str. 263-271 . - doi : 10.1016/0022-328X(93)83250-Y .
17. ↑ Carter, Willie J.; Kelland, John W.; Okrasinski, Stanley J.; Warner, Keith E.; Norton, Jack R. Mononukleární hydridoalkylkarbonylové komplexy osmia a jejich polynukleární deriváty  (anglicky)  // Anorganic Chemistry : journal. - 1982. - Sv. 21 . - S. 3955-3960 . - doi : 10.1021/ic00141a019 .
18. ↑ Calvert, R. B.; Shapley, JR „Aktivace uhlovodíků nenasycenými kovovými klastrovými komplexy. 6. Syntéza a charakterizace methyldekakarbonylhydridotriosmia, methylendekakarbonyldihydridotriosmia a methylidynenonakarbonyltrihydridotriosmia. Interconversion of Cluster-Bound Methyl and Methylen Ligands" Journal of the American Chemical Society 1977, svazek 99, 5225-6. doi : 10.1021/ja00457a077
19. ↑ Recenze Tunik SP : Chemie karbonylových klastrů přechodných kovů obsahujících labilní a hemilabilní ligandy. Syntéza, reaktivita a perspektivy aplikace  (anglicky)  // Russian Chemical Bulletin, International Edition: journal. - 2004. - Sv. 53, č.p. 12 . - str. 2657-2669 .
20. ↑ Osipov MV, Nikolskyi AB Syntéza a spektroskopická charakterizace heteronukleárního difosfinově vázaného klastru Os 3 (CO) 11 (Ph 2 PCH 2 PPh 2 )Rh 6 (CO) 15  (anglicky)  // Journal of Organometallic Chemistry : deník. - 1992. - 10. dubna ( roč. 426, číslo 1 ). - str. 105-107 . - doi : 10.1016/0022-328X(92)83165-E .
21. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Ripan R., Chetyanu I. Anorganická chemie. Chemie kovů. - M .: Mir, 1972. - T. 2. - S. 629-630. — 871 s.
22. ↑ Jaký kov na světě dodává pouze Kazachstán? . inbusiness.kz _ Získáno 5. července 2021. Archivováno z originálu dne 5. července 2021. (Ruština)
23. ↑ Seymour, RJ; O'Farrelly, JI Kovy platinové skupiny // Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology  (anglicky) . - Wiley, 2001. - doi : 10.1002/0471238961.1612012019052513.a01.pub2 .
24. ↑ Julia Zolina. Kazachstán oficiálně nabídl k prodeji osmium-187. Nejdražší kov na světě . Střední Asie (22. ledna 2004). Získáno 17. srpna 2013. Archivováno z originálu 25. května 2013. (neurčitý)
25. ↑ "Filozofické" osmium-187. Je jaderné pašování z Kazachstánu bluf? . NuclearNo.ru (19. září 2003). „Osmium-187, údajně kazašského původu, opět vzrušuje zanícené mysli Rusů. Jednoho z těchto dnů budou v Moskvě souzeni nelegální distributoři nechvalně známého izotopu. Hlavním obžalovaným je v tomto případě Vladimir Solgalov, který prý začátkem letošního roku dostal z Kazachstánu dvě ampule. Obsahovaly asi 5 gramů platiny.“ Získáno 17. srpna 2013. Archivováno z originálu dne 4. března 2016. (neurčitý)
26. ↑ V. I. Petrik: doteky k portrétu . humanismus.al.ru. Získáno 17. srpna 2013. Archivováno z originálu dne 17. března 2013. (neurčitý)
27. ↑ Národní bezpečnost Osmium - Los Alamos . Staženo 4. května 2020. Archivováno z originálu dne 16. května 2020. (neurčitý)
28. ↑ Osmium: biologická informace . Datum přístupu: 8. února 2014. Archivováno z originálu 4. ledna 2014. (neurčitý)
29. ↑ Nová příručka chemika a technologa. radioaktivní látky. Škodlivé látky. Hygienické normy / Redakční rada: Moskvin A. V. a další - Petrohrad. : ANO NPO "Professional", 2004. - 1142 s.

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Velká Katalánština Skvělý norský Velký Rus Brockhaus a Efron Malý Brockhaus a Efron Nový Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis
V bibliografických katalozích	GND : 4172906-7 J9U : 987007553481505171 LCCN : sh85095926 NDL : 00568958