Осмий

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
Осмий
← Рений | Иридий →
76 Ru
↑
'
↓
Hs
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
76
Hexagonal.svg
Electron shell 076 Osmium.svg
Внешний вид простого вещества
Серебристо-белый блестящий твёрдый металл с голубоватым оттенком
Osmium-crystals 2.jpg
Кристаллы осмия чистотой 99,99 %, выращенные методом химического транспорта
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)
Наиболее долгоживущие изотопы
Основная статья: Изотопы осмия
Изотоп Распростра-
нённость 		Период полураспада Канал распада Продукт распада
184Os 0,02% 3,0⋅1013 лет α 180W
185Os синт. 93,6 сут ЭЗ 185Re
186Os 1,59% 2,0⋅1015 лет α 182W
187Os 1,96% стабилен - -
188Os 13,24% стабилен - -
189Os 16,15% стабилен - -
190Os 26,26% стабилен - -
191Os синт. 15,4 сут β− 191Ir
192Os 40,78% стабилен - -
193Os синт. 30,11 сут β− 193Ir
194Os синт. 6 лет β− 194Ir
76
Осмий
190,23
4f145d66s2
Запрос «Os» перенаправляется сюда; см. также другие значения.
Структура металла осмия

Осмий (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].

Происхождение названия

Название осмия происходит от др.-греч. ὀσμή «запах», так как химические реакции растворения щелочного сплава осмиридия (нерастворимого остатка платины в царской водке) в воде или кислоте сопровождаются выделением неприятного, стойкого запаха тетраоксида осмия OsO4, раздражающего горло, похожего на запах хлора или гнилой редьки[7].

История

Осмий открыт в 1803 году английским химиком Смитсоном Теннантом в сотрудничестве с Уильямом Х. Уолластоном[8] в осадке, остающемся после растворения платины в царской водке. Сходные исследования проводились французскими химиками Колле-Дескоти, Антуаном 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. πτηνός — 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[8][9].

Физические свойства

Слиток осмия

Осмий — серо-голубоватый, твёрдый, но хрупкий металл с очень высокой удельной массой.

Сохраняет 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[10]. 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 данным на 2013 год, плотность осмия ещё выше — она составляет 22,61 г/см3[3]. При сравнении различных изотопов этих элементов самым плотным 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[11]; модуль нормальной упругости — 56,7 ГПа; модуль сдвига — 22 ГПа[4]. Осмий — парамагнетик (магнитная восприимчивость — 9,9⋅10−6[4]).

При давлениях порядка 770 ГПа в металлическом осмии начинают взаимодействовать электроны на внутренних орбиталях, но при этом структура материала не меняется[12][13].

Химические свойства

Степени окисления осмия
Степень окисления Пример соединения
−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 хлорной кислотой, образуя растворимый перхлорат, реагирует с расплавленными щелочами в присутствии окислителей (нитрата или хлората калия), с расплавленной перекисью натрия[источник не указан 568 дней].

В соединениях проявляет степени окисления от −2 до +8, из которых самыми распространёнными являются +2, +3, +4 и +8[14].

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[15][16][17]. Карбонильные группы в Os3(CO)12 могут замещаться на другие лиганды[18], в том числе и содержащие кластерные ядра других переходных металлов[19].

Нахождение в природе

Кристаллы осмия

Содержание осмия в земной коре приблизительно составляет 5·10−6 % по массе[20].

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[20]. Основные минералы осмия — относящиеся к классу твёрдых растворов природные сплавы осмия и иридия (невьянскит и сысертскит)[20]. Невьянскит образует плотные (17—22 г/см3) белые или светло-серые пластинчатые кристаллы гексагональной сингонии с твёрдостью 6—7 баллов по шкале Мооса[20]. Содержание осмия в невьянските может достигать 21—49,3 %[20].

Сысертскит часто встречается вместе с невьянскитом. Он представляет собой серые кристаллы гексагональной структуры с твёрдостью 6 баллов по Моосу и плотностью 17,8—22,5 г/см3[20]. Кроме осмия и иридия, в состав этого минерала иногда может входить рутений[20].

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, Тасмании, Австралии. Казахстан является единственным экспортёром чистого осмия[21].

Крупнейшими запасами обладают месторождения Бушвельдского комплекса в Южно-Африканской Республике[22].

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

Основная статья: Изотопы осмия

Известны изотопы осмия с массовыми числами от 161 до 197 (количество протонов 76, нейтронов от 85 до 121), и 9 ядерных изомеров. В природе осмий встречается в виде семи изотопов, 6 из которых стабильны: 184Os (изотопная распространённость 0,018 %), 187Os (1,64 %), 188Os (13,3 %), 189Os (16,1 %), 190Os (26,4 %) и 192Os (41,1 %)[4]. Ещё один изотоп (186Os, изотопная распространённость 1,59 %) имеет огромный период полураспада, (2,0 ± 1,1)⋅1015 лет, что намного больше возраста Вселенной.

Изотоп осмий-187 является результатом распада изотопа рения 187Re с периодом полураспада 4,56⋅1010 лет. Соотношения изотопного состава 187Os/188Os и 187Re/188Os позволяют определять возраст горных пород и метеоритов (рений-осмиевый метод). Также известен иридиево-осмиевый метод радиоизотопного датирования, 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[23]. Широкого практического применения осмий-187 не имеет. По некоторым данным, целью операций с этим изотопом было «отмывание» нелегальных капиталов[24][25].

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:

[math]\displaystyle{ \mathsf{Na_2[OsO_2(OH)_4] + 3H_2 \rightarrow 2NaOH + Os + 4H_2O}. }[/math]

Осмий при этом получается в виде губки.

Применение

Биологическая роль и физиологическое действие

Не играет биологической роли[27]. На воздухе окисляется до чрезвычайно токсичного тетраоксида осмия OsO4, поэтому вызывает раздражение глаз, верхних дыхательных путей, пневмонию, воспаление почек[28].

См. также

Примечания

  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. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047—1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 Arblaster, J. W. Osmium, the Densest Metal Known (англ.) // Platinum Metals Review  (англ.) (рус. : journal. — 1995. — Vol. 39, no. 4. — P. 164. Архивировано 27 сентября 2011 года.
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Osmium: physical properties (англ.). WebElements. Дата обращения: 17 августа 2013. Архивировано 6 августа 2013 года.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 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. Дата обращения: 17 августа 2013. Архивировано 12 августа 2013 года.
  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. ↑ Химический факультет МГУ. Дата обращения: 26 апреля 2016. Архивировано 7 апреля 2016 года.
  8. ↑ 8,0 8,1 Hunt, L. B. A History of Iridium (англ.) // Platinum Metals Review  (англ.) (рус. : journal. — 1987. — Vol. 31, no. 1. — P. 32—41.
  9. ↑ Tennant, S. On Two Metals, Found in the Black Powder Remaining after the Solution of Platina (англ.) // Philosophical Transactions of the Royal Society of London : journal. — 1804. — Vol. 94. — P. 411—418. — doi:10.1098/rstl.1804.0018. — JSTOR 107152.
  10. ↑ Arblaster, J. W. Densities of osmium and iridium: recalculations based upon a review of the latest crystallographic data (англ.) // Platinum Metals Review  (англ.) (рус. : journal. — 1989. — Vol. 33, no. 1. — P. 14—16.
  11. ↑ Осмий. Популярная библиотека химических элементов. Дата обращения: 17 августа 2013. Архивировано 27 декабря 2013 года.
  12. ↑ L. Dubrovinsky, N. Dubrovinskaia, E. Bykova, M. Bykov, V. Prakapenka. The most incompressible metal osmium at static pressures above 750 gigapascals (англ.) // Nature. — 2015-09-10. — Vol. 525, iss. 7568. — P. 226—229. — ISSN 0028-0836. — doi:10.1038/nature14681.
  13. ↑ Эксклюзив. Сила и контроль: при сжатии осмия до 7 млн атмосфер обнаружено взаимодействие между внутренними электронами атомов. geektimes.ru. Дата обращения: 26 января 2016. Архивировано 24 декабря 2015 года.
  14. ↑ Barnard, C. F. J. Oxidation States of Ruthenium and Osmium (англ.) // Platinum Metals Review  (англ.) (рус. : journal. — 2004. — Vol. 48. — P. 157. — doi:10.1595/147106704X10801.
  15. ↑ Krause, J. Preparation of [Os3(CO)11]2− and its reactions with Os3(CO)12; structures of [Et4N][HOs3(CO)11] and H2OsS4(CO) (англ.) // Journal of Organometallic Chemistry  (англ.) (рус. : journal. — 1993. — Vol. 454. — P. 263—271. — doi:10.1016/0022-328X(93)83250-Y.
  16. ↑ Carter, Willie J.; Kelland, John W.; Okrasinski, Stanley J.; Warner, Keith E.; Norton, Jack R. Mononuclear hydrido alkyl carbonyl complexes of osmium and their polynuclear derivatives (англ.) // Inorganic Chemistry : journal. — 1982. — Vol. 21. — P. 3955—3960. — doi:10.1021/ic00141a019.
  17. ↑ 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
  18. ↑ Tunik S.P. Reviews: The chemistry of carbonyl clusters of transition metals containing labile and hemilabile ligands. Synthesis, reactivity, and prospects for application (англ.) // Russian Chemical Bulletin, International Edition : journal. — 2004. — Vol. 53, No. 12. — P. 2657—2669.
  19. ↑ Osipov M.V., Nikolskyi A.B. Synthesis and spectroscopic characterization of the heteronuclear diphosphine linked cluster Os3(CO)11(Ph2PCH2PPh2)Rh6(CO)15 (англ.) // Journal of Organometallic Chemistry  (англ.) (рус. : journal. — 1992. — 10 April (vol. 426, Issue 1). — P. 105—107. — doi:10.1016/0022-328X(92)83165-E.
  20. ↑ 20,0 20,1 20,2 20,3 20,4 20,5 20,6 Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — С. 629—630. — 871 с.
  21. ↑ Какой металл в мире поставляет только Казахстан?. inbusiness.kz. Дата обращения: 5 июля 2021. Архивировано 5 июля 2021 года.
  22. ↑ Seymour, R. J.; O'Farrelly, J. I. Platinum-group metals // Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (англ.). — Wiley, 2001. — doi:10.1002/0471238961.1612012019052513.a01.pub2.
  23. ↑ Юлия Золина. Казахстан официально выставил на продажу осмий-187. Самый дорогой металл в мире. ЦентрАзия (22 января 2004). Дата обращения: 17 августа 2013. Архивировано 25 мая 2013 года.
  24. ↑ «Философский» осмий-187. Ядерная контрабанда из Казахстана — это блеф?. NuclearNo.ru (19 сентября 2003). — «Осмий-187 якобы казахстанского происхождения вновь будоражит воспалённые 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». Дата обращения: 17 августа 2013. Архивировано 4 марта 2016 года.
  25. ↑ В. И. Петрик: штрихи к портрету. humanism.al.ru. Дата обращения: 17 августа 2013. Архивировано 17 марта 2013 года.
  26. ↑ Осмий — Los Alamos National Security. Дата обращения: 4 мая 2020. Архивировано 16 мая 2020 года.
  27. ↑ Osmium: biological information. Дата обращения: 8 февраля 2014. Архивировано 4 января 2014 года.
  28. ↑ Новый справочник химика и технолога. Радиоактивные вещества. Вредные вещества. Гигиенические нормативы / Редкол.: Москвин А. В. и др.. — СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2004. — 1142 с.
Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Осмий&oldid=7206535