Осмий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
76 РенийОсмийИридий
Ru

Os

Hs
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
76Os
Hexagonal.svg
Electron shell 076 Osmium.svg
Внешний вид простого вещества
Кристаллы осмия чистотой 99,99 %, выращенные методом химического транспорта
Серебристо-белый блестящий твёрдый металл с голубоватым оттенком
Свойства атома
Название, символ, номер

Осмий / Osmium (Os), 76

Атомная масса
(молярная масса)

190,23(3)[1] 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.)

22,587/22,61[2][3] г/см³

Температура плавления

3306 K (3033 °C)[3]

Температура кипения

5285 K (5012 °C)[3]

Уд. теплота плавления

31,7 кДж/моль

Уд. теплота испарения

738 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

24,7[4] Дж/(K·моль)

Молярный объём

8,43 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

гексагональная

Параметры решётки

a = 2,734 c = 4,317[5]

Отношение c/a

1,579

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) (87,6) Вт/(м·К)

76
Осмий
Os
190,23
4f145d66s2

О́смий (лат. Osmium) — химический элемент с атомным номером 76 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом Os. При стандартных условиях представляет собой блестящий серебристо-белый с голубоватым отливом металл. Переходный металл, относится к платиновым металлам. Наряду с иридием обладает наибольшей плотностью среди всех простых веществ. Согласно теоретическим расчётам его плотность даже выше, чем у иридия[6].

История[править | править вики-текст]

Осмий открыт в 1803 году английским химиком Смитсоном Теннантом в сотрудничестве с Уильямом Х. Уолластоном[7] 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 (греч. πτηνος — крылатый), однако опыты Теннанта продемонстрировали, что это смесь двух элементов — иридия и осмия.

Открытие новых элементов было задокументировано в письме Теннанта Лондонскому королевскому обществу от 21 июня 1804 года[7][8].

Физические свойства[править | править вики-текст]

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, осмий с трудом поддаётся механической обработке. Осмий считается самым плотным из всех простых веществ, немного превосходя по этому параметру иридий[9]. 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[2]. По новейшим сведениям, плотность осмия ещё выше — она составляет 22,61 г/см3[3]. При сравнении различных изотопов этих элементов наиплотнейшим оказывается 192Os. Необычайно высокая плотность осмия объясняется лантаноидным сжатием[2], а также гексагональной плотноупакованной кристаллической решёткой.

Осмий плавится при 3306 K (3033 °C)[3], кипит при 5285 K (5012 °C)[3]. Температура перехода в сверхпроводящее состояние — 0,66 К; твёрдость по Виккерсу — 3—4 ГПа, по шкале Мооса — 7[10]; модуль нормальной упругости — 56,7 ГПа; модуль сдвига — 22 ГПа[4]. Осмий — парамагнетик (магнитная восприимчивость — 9,9·10−6[4]).

Химические свойства[править | править вики-текст]

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 распространёнными являются +2, +3, +4 и +8[11].

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[12][13][14]. Карбонильные группы в Os3(CO)12 могут замещаться на другие лиганды[15], в том числе и содержащие кластерные ядра других переходных металлов[16].

Происхождение названия[править | править вики-текст]

Назван от др.-греч. ὀσμή (запах), по резко пахнущему летучему оксиду OsO4 (напоминает озон).

Нахождение в природе[править | править вики-текст]

Кристаллы осмия

Содержание осмия в земной коре приблизительно составляет 5·10−6 % по массе[17].

В самородном состоянии осмий встречается в виде твёрдых растворов с иридием, содержащих от 10 до 50 % осмия. Осмий встречается в полиметаллических рудах, содержащих также платину и палладий (сульфидные медно-никелевые и медно-молибденовые руды), в минералах платины и отходах от переработки золотосодержащих руд[17]. Основные минералы осмия — относящиеся к классу твёрдых растворов природные сплавы осмия и иридия (невьянскит и сысертскит)[17]. Невьянскит образует плотные (ρ = 17000—22000 кг/м3) белые или светло-серые пластинчатые кристаллы гексагональной сингонии с твёрдостью 6—7 баллов по шкале Мооса[17]. Содержание осмия в невьянските может достигать 21—49,3 %[17].

Сысертскит часто встречается вместе с невьянскитом. Он представляет собой серые кристаллы гексагональной структуры с твёрдостью 6 баллов по Моосу и плотностью 17800—22500 кг/м3[17]. Кроме осмия и иридия в состав этого минерала иногда может входить рутений[17].

Иногда эти минералы встречаются самостоятельно, чаще же осмистый иридий входит в состав самородной платины.

Месторождения[править | править вики-текст]

Основные месторождения осмистых иридиев сосредоточены в России (Сибирь, Урал), США (Аляска, Калифорния), Колумбии, Канаде, странах Южной Африки, Тасмании, Австралии.

Крупнейшими запасами обладают месторождения Бушвельдского комплекса в Южно-Африканской Республике[18].

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[править | править вики-текст]

В природе осмий встречается в виде семи изотопов, 6 из которых стабильны: 184Os (0,018 %), 187Os (1,64 %), 188Os (13,3 %), 189Os (16,1 %), 190Os (26,4 %) и 192Os (41,1 %)[4]. Искусственным путём получены радиоактивные изотопы осмия с массовыми числами от 162 до 197, а также несколько ядерных изомеров. Осмий-186 (содержание в земной коре 1,59 %[4]) 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[19].

Широкого практического применения осмий-187 не имеет. По некоторым данным, целью операций с этим изотопом было отмывание нелегальных капиталов[20][21].

Распространённость[править | править вики-текст]

Получение[править | править вики-текст]

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_2O}.

Осмий при этом получается в виде губки.

Применение[править | править вики-текст]

Биологическая роль и физиологическое действие[править | править вики-текст]

Не играет биологической роли[23]. Тетраоксид осмия OsO4 чрезвычайно токсичен.

Интересные факты[править | править вики-текст]

  • Сплав осмия с алюминием имеет необычно высокую пластичность и может быть вытянут без разрыва в 2 раза.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 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 Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. 1 2 3 Arblaster, J. W. (1995). «Osmium, the Densest Metal Known». Platinum Metals Review 39 (4): 164.
  3. 1 2 3 4 5 6 Osmium: physical properties (англ.). WebElements. Проверено 17 августа 2013.
  4. 1 2 3 4 5 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.
  5. Osmium: crystal structure (англ.). WebElements. Проверено 17 августа 2013.
  6. 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.
  7. 1 2 Hunt, L. B. (1987). «A History of Iridium». Platinum Metals Review 31 (1): 32–41. Проверено 2012-03-15.
  8. Tennant, S. (1804). «On Two Metals, Found in the Black Powder Remaining after the Solution of Platina». Philosophical Transactions of the Royal Society of London 94: 411–418. DOI:10.1098/rstl.1804.0018.
  9. 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.
  10. Осмий. Популярная библиотека химических элементов. Проверено 17 августа 2013. Архивировано из первоисточника 19 августа 2013.
  11. Barnard, C. F. J. (2004). «Oxidation States of Ruthenium and Osmium». Platinum Metals Review 48: 157. DOI:10.1595/147106704X10801.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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|
  15. 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.
  16. (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.
  17. 1 2 3 4 5 6 7 Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — С. 629-630. — 871 с.
  18. Seymour R. J. Platinum-group metals // Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. — Wiley, 2001.
  19. Юлия Золина. Казахстан официально выставил на продажу осмий-187. Самый дорогой металл в мире. ЦентрАзия (22 января 2004). Проверено 17 августа 2013. Архивировано из первоисточника 19 августа 2013.
  20. «Философский» осмий-187. Ядерная контрабанда из Казахстана — это блеф?. NuclearNo.ru (19 сентября 2003). — «Осмий-187 якобы казахстанского происхождения вновь будоражит воспаленные умы россиян. На днях в Москве будут судить нелегальных сбытчиков скандально известного изотопа. Основной фигурант в этом деле — Владимир Солгалов, который, как утверждается, в начале этого года получил именно из Казахстана две ампулы. В них находилось около 5 граммов платиноида»  Проверено 17 августа 2013. Архивировано из первоисточника 19 августа 2013.
  21. В.И. Петрик: штрихи к портрету. humanism.al.ru. Проверено 17 августа 2013. Архивировано из первоисточника 19 августа 2013.
  22. Осмий — Los Alamos National Security
  23. Osmium: biological information