Осмий химический элемент

Осмий — это химический элемент, простое вещество, относится к платиновым металлам и известен своей чрезвычайной плотностью, твёрдостью и редкостью.

Считается благородным металлом, поэтому химически инертен и устойчив к коррозии.

Обладает самой высокой плотностью среди всех известных элементов при стандартных условиях.

Является одним из самых редких элементов в земной коре, это уникальный и ценный элемент, который находит применение в различных областях науки и техники.

Что такое осмий

(Osmium; от греч.— запах), Os — химический элемент который находиться в 8 группе, 6 периода (устаревшая классификация:  VIII Группы) периодической системы элементов.

Атомный номер 76, атомная масса 190,2; относится к металлам группы платины.

Металл синевато-серого цвета. Очень твердый и хрупкий, растирается в порошок.

В соединениях проявляет степени окисления + 2, + 3, + 4,+6 и +8, из них наиболее часто + 6 и + 8.

Открыл (1804) англ. химик С. Теннант в черном осадке, образующемся после обработки платины самородной «царской водкой».

Содержание в земной коре 5 х 10^-6%.

В природе

В природе часто сопутствует платине. Образует очень редкие минералы группы осмистого иридия (природные сплавы осмия и иридия).

Из них важнейшие — невьянскит, или осмистый иридий (Ir, Os), и сысертскит, или иридистый осмий (Os, Ir).

Содержится также в сульфидных медноникелевых рудах, являющихся одним из осн. источников добычи металлов группы платины.

Физические свойства

Осмий твёрдый металл с серо — голубоватым цветам из за своей твёрдости и плотности он очень хрупок и с трудом поддаётся механической переработке.

Благородный метал имеет температуру плавления 3027°C по некоторым источникам 3033°C.

По физическим свойствам осмий считается самым плотным из всех известных веществ, соизмерим по плотности лишь только с Ir иридием.

Кристаллическая структура гексагональная плотноупакованная, типа магния, с периодами решетки а=2,7341 А и с = 4,3196 А (при комнатной т-ре).

Плотность (т-ра 20° С) 22,61 г/см³; t_пл 3045 ± 30°С; t_кип 5027 ± 100° С; удельная теплоемкость (т-ра 25° С) 0,031 кал/г-град..

Коэфф. теплопроводности (т-ра 0 —100° С) 0,208 кал/ см х сек х град; температурный коэфф. линейного расширения (в интервале т-р 0-100° С) 6,1 х 10^-6 град-1.

Удельное электрическое сопротивление (т-ра 25° С) 9,66 мком-см; температурный коэфф. электр. сопротивления (в интервале т-р 0—100° С) 0,0042 град-1.

Удельная парамагнитная восприимчивость (т-ра 25° С) 0,052 х 10-6 см3/г; модуль норм. упругости 57 000 кгс/мм².

Модуль сдвига 22 000 кгс/мм²; HV отожженного О. при т-ре 25° С составляет 300—670 кгс/мм2, при т-ре 1200° С равна 140—410 кгс/мм² (диапазон значений обусловлен анизотропией).

Практически недеформирующийся металл (для ковки и прокатки его сплавов необходима т-ра выше 1500° С), труднолетуч в высоком вакууме (давление насыщенного пара при т-ре 2500° С составляет 1 х 10-4 мм рт. ст.).

Химические свойства

Однако при нагревании на воздухе уже при невысокой т-ре он улетучивается в результате образования летучей четырехокиси OsО₄.

Осмий — наименее благородный из металлов группы платины. В тонкоизмельченном состоянии он окисляется кислородом воздуха уже при комнатной т-ре.

При нагреве на воздухе сгорает, превращаясь в четырехокись.

Известен также окисел OsО₂.

В компактном состоянии при комнатной т-ре на воздухе практически не изменяется.

Порошкообразный при нагревании энергично соединяется с фтором, хлором (в зависимости от т-ры образуются смеси различных галогенидов типа:

OsX8, OsX6, OsX4,   OsX3 и OsX2).

Серой (OsS₂) и фосфором (OsP₂).

Легко поглощает водород.

Взаимодействует с азотной (особенно концентрированной) и горячей серной к-тами, «царской водкой».

Соляная к-та, свободная от кислорода, на него не действует

Сплавляя металлический осмий или осмистый иридий со смесью щелочи и сильного окислителя (перекисью натрия, бария, селитрой и др.), получают растворимые в соляной к-те соединения.

Образует многочисленные комплексные соединения, гл. обр. анионного типа.

Преобладающее координационное число — шесть, например. соединения типа М₂[OsCl₆].

Сплавляется с большинством металлов, образуя твердые растворы и интерметаллические соединения.

Осмиевая чернь отличается каталитической активностью, но осмиевые  катализаторы легко отравляются.

Практически наиболее важными соединениями являются четырехокись осмия и осмилтетрааминхлорид, или соль Фреми [OsО₂(NH₃)₄] Сl₂.

Четырехокись осмия — твердое,   легкоплавкое (t_пл 39,5° С), летучее вещество бледно-желтого цвета с характерным едким запахом, растворимое в воде.

Ядовита, раздражает кожу и слизистую оболочку (особенно глаз).

Отличается каталитической  активностью.

Соль Фреми трудно растворима в воде и в растворах хлористого аммония. Оба соединения являются промежуточными продуктами в произ-ве осмия.

Изотопы

Природный О. состоит из стабильных изотопов с массовыми числами ¹⁸⁴Os (0,018%), ¹⁸⁶Os (1,582%), ¹⁸⁷Os (1,64%), ¹⁸⁸Os (13,27%), ¹⁸⁹Os (16,14%), ¹⁹⁰Os (26,38%) и ¹⁹²Os (40,97%).

Получены радиоактивные изотопы с массовыми числами 180—183, 185, 191, 193— 195.

Получение

Осмий добывают совместно с платиной из концентратов платиновых металлов, получаемых непосредственно из руд и после переработки анодных шламов электролиза никеля и меди.

Его получают отгонкой четырехокиси осмия (образующейся в результате спекания  нерастворимых  в  «царской водке» остатков концентратов с перекисью бария).

Улавливаемой щелочным раствором, из к-рого осаждают металл в виде [OsО₂(NH₃)₄]Cl₂.

Осадок прокаливают и восстанавливают в токе водорода с получением осмиевого порошка чистотой 99,8— 99,9%.

Применение

Поставляют в виде порошков, к-рые прессуют в прутки. Выплавляют и его сплавы в высокочастотных индукционных или дуговых печах в среде инертного газа или в вакууме.

В чистом виде металл практически не используется.

Его вводят в состав сверхтвердых сплавов, обладающих высокой износостойкостью (сплавов с иридием и др. платиновыми металлами, кобальтом и вольфрамом).

И применяемых для изготовления опор, игл, компасов, осей и др. вращающихся частей измерительных и регулирующих приборов особой точности,  кончиков золотых перьев, прецизионных малых контактов, заменяя очень редкий природный осмистый иридий.

Четырехокись осмия используют в металлографии, для получения яркой черной краски, в качестве катализатора в органическом синтезе и др.

История

История осмия, известно, что осмий открыт в результате химической реакции при растворении царской водкой (смесь азотной и соляной кислот) сырой платины английскими химиками.

В результате в осадке получился считаемый в то время новый металл, но со временем было доказано, что это природная смесь двух элементов -осмия и иридия.

Нахождение в природе

В самородном состоянии осмий находится только в природном сплаве с иридием, но помимо основного сплава также встречается и в сплаве с платиной так же совместно с иридием.

Осмий встречается в сульфидных медно никелевых и молибденовых рудах совместно с платиной и палладием.

Так же его получают из отходов при переработке платиновых и золотосодержащих руд.

Для основного получения используют минералы, к ним относятся невьянскит.

Своё название получил от места нахождения на Урале в 74 километрах от Екатеринбурга (бывший Свердловск).

Также Невьянск известен своей наклонной башней который используется как символ города .

Основное месторождения природных сплавов осмия с иридием: Австралия, Африка, Колумбия, Канада, Россия, США.

Применение

1. Применяется в местах сильного трения из за своей твердости.
2. В химической промышленности используется как катализатор для синтеза аммиака, а также гидрирования органических соединений.
3. Сплав ( осрам ) вольфрам осмий применяется для изготовления долговечных нитей накаливания с улучшенными характеристиками.
4. Сплав платины и осмия применяется в хирургических имплантатах в электро кардиостимуляторах.

Часто задаваемые вопросы

Для чего нужен осмий?

Основное применение как катализатор химических реакций, например в получении аммиака NH₃.

Сплав (осмий — вольфрам) используется как нить накала в лампах.

Осмий дороже золота?

Считается самым дорогим из востребованных металлов, стоимость зависит от спросов на рынке.

Откуда берут осмий?

Получают из природных сплавов иридий — осмий, а также при переработке отходов платино — золото содержащих руд