Осмий

Осмий
Атомный номер	76
Внешний вид простого вещества	Сине-белый блестящий твёрдый металл
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	190,23 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	135 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	819,8(8,50) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Xe] 4f14 5d6 6s2
Химические свойства
Ковалентный радиус	126 пм
Радиус иона	(+6e) 69 (+4e) 88 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	2,2
Электродный потенциал	—
Степени окисления	8, 6, 4, 3, 2, 0, −2
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	22,61 г/см³
Молярная теплоёмкость	24,7[1] Дж/(K·моль)
Теплопроводность	(87,6) Вт/(м·K)
Температура плавления	3327 K
Теплота плавления	31,7 кДж/моль
Температура кипения	5300 K
Теплота испарения	738 кДж/моль
Молярный объём	8,43 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	2,740 Å
Отношение c/a	1,579
Температура Дебая	n/a K

Осмий — химический элемент с атомным номером 76 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом Os (Osmium). При стандартных условиях представляет собой серебристо-голубоватый хрупкий переходный металл. Относится к группе платиновых металлов.

История

Осмий открыт в 1804 году английским химиком Смитсоном Теннантом в осадке, остающемся после растворения платины в царской водке. Сходные исследования проводились французскими химиками Антуаном Франсуа де Фуркруа и Вокеленом, которые также 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.

Назван от греческого «osme» (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 твердых растворов природные сплавы осмия и иридия (невьянскит и сысертскит). Иногда эти минералы встречаются самостоятельно, чаще же осмистый иридий входит в состав самородной платины. Основные месторождения осмистых иридиев сосредоточены в России (Сибирь, Урал), США (Аляска, Калифорния), Колумбии, Канаде, странах Южной Африки. Осмий встречается также в виде соединений с серой и мышьяком (эрлихманит, осмиевый лаурит, осарситт). Содержание осмия в рудах как правило не превышает 1·10⁻³%.

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 длинный период полураспада — (2,0±1,1)×10¹⁵ лет, его можно считать практически стабильным. Согласно расчётам остальные естественные изотопы также способны к альфа-распаду, но с ещё большим полупериодом, кроме осмия-186 на практике не наблюдавшегося. 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 (рениево-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 стоят довольно дорого. Первый и единственный экспортёр чистого осмия-187 — Казахстан, с января 2004 года официально предлагающий это вещество по ценам 10 000 долларов за 1 грамм. Широкого практического применения осмий-187 не имеет. По некоторым данным, целью операций с этим изотопом было отмывание нелегальных капиталов.

Распространённость

в земной коре — 0,007 г/т
в перидотитах — 0,15 г/т
в эклогитах — 0,16 г/т
в формациях дунитов-перидотитов — 0,013 г/т
в формациях пироксенитов — 0,007 г/т

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:

Na₂[OsO₂(OH)₄] + 3H₂ = 2NaOH + Os + 4H₂O.

Осмий при этом получается в виде губки.

Осмий-187 получают из рениевых минералов (джезказганит) вследствие превращения радиоактивного рения-187, которое постоянно происходит в природе.

Физические свойства

Химические свойства

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 +4, +6, +8, реже другие от +1 до +7.

Применение

— Применяется как катализатор для синтеза аммиака, гидрирования органических соединений, в катализаторах метанольных топливных элементов.
— Сплав «осрам» (осмия с вольфрамом) использовался для изготовления нитей ламп накаливания.
-  Есть сведения о применении осмия в военных целях, как часть артиллерийских снарядов и боеголовок ракет. Также применяется в электронной аппаратуре авиа- и ракетной техники.
— Применяется в ювелирных изделиях.
— Компонент сверхтвердых и износостойких сплавов с иридием и рутением (опорные оси точных приборов, наконечники перьев для авторучек).
— Тетраоксид осмия применяется в электронной микроскопии для фиксации биологических объектов.

Биологическая роль и физиологическое действие

Дополнительная информация

Металлы платиновой группы

Периодическая система химических элементов Менделеева: