Osmium

Osmium
←  Rhenium | Iridium  →
76 Ru ↑ Os [1] ↓ hs 76 Os [1]
Utseendet av en enkel substans
Silvervit glänsande hårdmetall med en blåaktig nyans
Osmiumkristaller med en renhet på 99,99 %, odlade genom kemisk transport
Atomegenskaper
Namn, symbol, nummer	Osmium / Osmium (Os), 76
Atommassa ( molmassa )	190.23(3) [2]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration	[Xe] 4f 14 5d 6 6s 2
Atomradie	135 pm
Kemiska egenskaper
kovalent radie	126  pm
Jonradie	(+6e) 69 (+4e) 88  pm
Elektronnegativitet	2.2 (Pauling-skala)
Elektrodpotential	+0,850
Oxidationstillstånd	8, 6, 4, 3, 2, 0, −2
Joniseringsenergi (första elektron)	819,8(8,50)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiska egenskaper hos ett enkelt ämne
Densitet (vid ej )	22.587/22.61 [3] [4]  g/cm³
Smält temperatur	3306K ( 3033 °C) [4]
Koktemperatur	5285 K (5012 °C) [4]
Oud. fusionsvärme	31,7 kJ/mol
Oud. avdunstningsvärme	738 kJ/mol
Molär värmekapacitet	24,7 [5]  J/(K mol)
Molar volym	8,43  cm³ / mol
Kristallgittret av en enkel substans
Gallerstruktur	hexagonal
Gitterparametrar	a  = 2,734 c  = 4,317 [6]
c / a -förhållande	1,579
Andra egenskaper
Värmeledningsförmåga	(300 K) (87,6) W/(m K)
CAS-nummer	7440-04-2
längst levande isotoper
Isotop Prevalens _ Halva livet Decay kanal Förfallande produkt 184 Os 0,02 % 3,0⋅10 13  år α 180W _ 185 Os synth. 93,6 dagar EZ 185 Re 186 Os 1,59 % 2,0⋅10 15  år α 182W _ 187 Os 1,96 % stabil - - 188 Os 13,24 % stabil - - 189 Os 16,15 % stabil - - 190 Os 26,26 % stabil - - 191 Os synth. 15,4 dagar β − 191 Ir 192 Os 40,78 % stabil - - 193 Os synth. 30.11 dagar β − 193 Ir 194 Os synth. 6 år β − 194 Ir

Osmium ( lat.  Osmium ) är ett kemiskt grundämne med atomnummer 76 i det periodiska systemet för kemiska grundämnen av D. I. Mendelejev , betecknat med symbolen Os . Under standardförhållanden är det en blank silvervit metall med en blåaktig nyans . Övergångsmetall , hänvisar till platinametallerna . Tillsammans med iridium har det den högsta densiteten bland alla enkla ämnen. Enligt teoretiska beräkningar är dess densitet till och med högre än för iridium [7] .

Namnets ursprung

Namnet osmium kommer från andra grekiska. ὀσμή "lukt", eftersom de kemiska reaktionerna av att lösa den alkaliska legeringen av osmiridium (olöslig rest av platina i aqua regia ) i vatten eller syra åtföljs av frigörandet av en obehaglig, ihållande lukt av osmiumtetroxid OsO 4 , som irriterar halsen , liknande lukten av klor eller rutten rädisa [8] .

Historik

Osmium upptäcktes 1803 av den engelske kemisten Smithson Tennant i samarbete med William H. Wollaston [9] i resterna efter upplösning av platina i aqua regia . Liknande studier utfördes av de franska kemisterna Collet-Descoti , Antoine de Fourcroix och Vauquelin , som också kom fram till innehållet av ett okänt grundämne i den olösliga återstoden av platinamalm. Det hypotetiska grundämnet fick namnet Pten ( grekiska πτηνός  – bevingat), men Tennants experiment visade att det var en blandning av två grundämnen – iridium och osmium.

Upptäckten av de nya elementen dokumenterades i ett brev från Tennant till Royal Society of London daterat den 21 juni 1804 [9] [10] .

Fysiska egenskaper

Osmium är en gråblåaktig, hård men spröd metall med mycket hög specifik vikt .

Behåller sin briljans även vid höga temperaturer. På grund av dess hårdhet, sprödhet, låga ångtryck (det lägsta bland alla platinametaller ), samt en mycket hög smältpunkt , är osmium svårt att bearbeta. Osmium anses vara den tätaste av alla enkla ämnen, något som överträffar iridium i denna parameter [11] . De mest tillförlitliga densitetsvärdena för dessa metaller kan beräknas från parametrarna för deras kristallgitter : 22.562 ± 0.009 g/cm³ för iridium och 22.587 ± 0.009 g/cm³ för osmium [3] . Enligt uppgifterna för 2013 är densiteten av osmium ännu högre - den är 22,61 g/cm 3 [4] . När man jämför olika isotoper av dessa grundämnen visar sig 192 Os vara den tätaste . Den ovanligt höga densiteten av osmium förklaras av lantanidkontraktion [3] , samt ett sexkantigt tätpackat kristallgitter .

Osmium smälter vid 3306 K (3033 °C) [4] och kokar vid 5285 K (5012 °C) [4] . Övergångstemperaturen till supraledande tillstånd är 0,66 K; hårdhet enligt Vickers  - 3-4 GPa, enligt Mohs skala  - 7 [12] ; normal elasticitetsmodul  , 56,7 GPa; skjuvmodul  - 22 GPa [5] . Osmium är en paramagnet (magnetisk känslighet är 9,9⋅10 −6 [5] ).

Vid tryck av storleksordningen 770 GPa börjar elektroner i de inre orbitalen att interagera i metalliskt osmium, men materialets struktur förändras inte [13] [14] .

Kemiska egenskaper

Osmiumpulver, när det upphettas, reagerar med syre, halogener, svavelånga, selen, tellur, fosfor, salpetersyra och svavelsyra. Kompakt osmium interagerar inte med vare sig syror eller alkalier, utan bildar vattenlösliga osmater med alkalismältor. Reagerar långsamt med salpetersyra och aqua regia , reagerar med perklorsyra, bildar lösligt perklorat, reagerar med smälta alkalier i närvaro av oxidationsmedel (kaliumnitrat eller klorat), med smält natriumperoxid .

I föreningar uppvisar den oxidationstillstånd från -2 till +8, av vilka de vanligaste är +2, +3, +4 och +8 [15] .

Osmium är en av få metaller som bildar polynukleära (eller kluster ) föreningar. Osmium polynukleär karbonyl Os 3 (CO) 12 används för att modellera och studera kolvätens kemiska reaktioner på metallcentra [16] [17] [18] . Karbonylgrupper i Os 3 (CO) 12 kan ersättas av andra ligander [19] , inklusive de som innehåller klusterkärnor av andra övergångsmetaller [20] .

Att vara i naturen

Innehållet av osmium i jordskorpan är cirka 5·10 −6  viktprocent [21] .

I det naturliga tillståndet förekommer osmium i form av fasta lösningar med iridium, innehållande från 10% till 50% osmium. Osmium finns i komplexa malmer som även innehåller platina och palladium (sulfidkoppar-nickel och koppar-molybdenmalmer), i platinamineral och avfall från bearbetning av guldhaltiga malmer [21] . De viktigaste mineralerna i osmium är naturliga legeringar av osmium och iridium ( nevyanskite och sysertskite ) som tillhör klassen av fasta lösningar [21] . Nevyanskit bildar täta (17–22 g/cm 3 ) vita eller ljusgrå lamellära hexagonala kristaller med en hårdhet på 6–7 på Mohs-skalan [21] . Osmiumhalten i nevyanskite kan nå 21-49,3 % [21] .

Sysertskite finns ofta tillsammans med nevyanskite. Det är en grå kristall med hexagonal struktur med en hårdhet på 6 punkter enligt Mohs och en densitet på 17,8-22,5 g/cm 3 [21] . Förutom osmium och iridium kan detta mineral ibland innehålla rutenium [21] .

Ibland uppstår dessa mineraler på egen hand, men oftare är osmium iridium en del av inhemsk platina .

Insättningar

De huvudsakliga fyndigheterna av osmiskt iridium är koncentrerade i Ryssland ( Sibirien , Ural ), USA ( Alaska , Kalifornien ), Columbia , Kanada , Sydafrika , Tasmanien , Australien . Kazakstan är den enda exportören av rent osmium [22] .

Avlagringarna av Bushveld-komplexet i Sydafrika har de största reserverna [23] .

Osmium förekommer också som föreningar med svavel och arsenik ( erlichmanit , osmiumlaurit , osarsit ). Innehållet av osmium i malmer överstiger som regel inte 1⋅10 −5 .

Tillsammans med andra ädelmetaller finns den som en del av järnmeteoriter .

Isotoper

Kända isotoper av osmium med masstal från 161 till 197 (antal protoner 76, neutroner från 85 till 121) och 9 kärnisomerer . I naturen förekommer osmium i form av sju isotoper, varav 6 är stabila: 184 Os ( isotopmängd 0,018%), 187 Os (1,64%), 188 Os (13,3%), 189 Os (16,1%), 190 Os. (26,4%) och 192 Os (41,1%) [5] . En annan isotop ( 186 Os, isotopisk överflöd 1,59%) har en enorm halveringstid , (2,0 ± 1,1)⋅10 15 år, vilket är mycket längre än universums ålder .

Isotopen osmium-187 är resultatet av sönderfallet av rheniumisotop 187 Re med en halveringstid på 4,56⋅10 10 år. Förhållandena mellan den isotopiska sammansättningen av 187 Os/ 188 Os och 187 Re/ 188 Os gör det möjligt att bestämma åldern på stenar och meteoriter ( rhenium-osmiummetoden ). Också känd är iridium-osmiummetoden för radioisotopdatering, som användes för att analysera kvarts från gränsskiktet som skiljer krita- och tertiärperioderna .

Separationen av osmiumisotoper är en ganska svår uppgift. Det är därför vissa isotoper är ganska dyra. Den första och enda exportören av ren osmium-187 är Kazakstan , som sedan januari 2004 officiellt erbjuder detta ämne till ett pris av $10 000 per 1 gram [24] . Osmium-187 har inte en bred praktisk tillämpning. Enligt vissa rapporter var syftet med operationer med denna isotop "tvättning" av illegalt kapital [25] [26] .

Prevalens

• i jordskorpan - 0,007 g / t
• i peridotiter  - 0,15 g/t
• i eklogiter  — 0,16 g/t
• i dunit- peridotitformationer - 0,013 g/t
• i pyroxenitformationer -  0,007 g/t

Får

Osmium isoleras från den anrikade råvaran av platinametaller genom att kalcinera detta koncentrat i luft vid temperaturer på 800–900 °C. I detta fall sublimeras ångor av mycket flyktig osmiumtetroxid OsO 4 kvantitativt , som sedan absorberas av en lösning av NaOH .

Genom att indunsta lösningen isoleras ett salt - natriumperosmat , som sedan reduceras med väte vid +120 ° C till osmium:

Osmium erhålls i form av en svamp.

Applikation

• Hög hårdhet och exceptionell eldfasthet gör det möjligt att använda osmium som beläggning i friktionsenheter.
• Används som katalysator för ammoniaksyntes , hydrering av organiska föreningar , i metanolbränslecellskatalysatorer .
• Legeringen " osram " ( osmium med volfram ) användes för att tillverka glödtrådar för glödlampor .
• Det finns bevis på användningen av osmium för militära ändamål, som en del av artillerigranater och missilstridsspetsar. Det används också i elektronisk utrustning för flygplan och raketteknik.
• Komponent av superhårda och slitstarka legeringar med iridium och rutenium .
• I smyckesbranschen.
• Osmiumtetroxid används i elektronmikroskopi för att fixera biologiska föremål [27] .
• En legering av platina (90%) och osmium (10%) används i kirurgiska implantat , såsom pacemakers , och vid ersättning av lungklaffar .
• En legering av osmium med aluminium har en ovanligt hög duktilitet och kan sträckas utan att gå sönder med 2 gånger.

Biologisk roll och fysiologisk verkan

Spelar ingen biologisk roll [28] . I luft oxideras den till extremt giftig osmiumtetroxid OsO 4 , och orsakar därför irritation i ögonen, övre luftvägarna, lunginflammation, inflammation i njurarna [29] .

Se även

• Platinagruppens metaller

Anteckningar

1. ↑ 1 2 Wieser M. E. , Coplen T. B. , Wieser M. Grundämnenas atomvikter 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. Grundämnenas atomvikter 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
3. ↑ 1 2 3 Arblaster, JW Osmium, den tätaste metallen som är känd  //  Platinum Metals Review : journal. - 1995. - Vol. 39 , nr. 4 . - S. 164 . Arkiverad från originalet den 27 september 2011.
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 Osmium : fysikaliska egenskaper  . WebElements. Hämtad 17 augusti 2013. Arkiverad från originalet 6 augusti 2013.
5. ↑ 1 2 3 4 Orlov A. M. Osmiy // Chemical Encyclopedia: i 5 volymer / Utg.: Knunyants I. L. (huvudredaktör). - M . : Sovjetiskt uppslagsverk, 1992. - T. 3 . - S. 416 . — ISBN 5-85270-039-8 .
6. ↑ Osmium : kristallstruktur  . WebElements. Hämtad 17 augusti 2013. Arkiverad från originalet 12 augusti 2013.
7. ↑ Platinametallernas gitterparametrar, densiteter och atomvolymer. 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. ↑ Kemiska fakulteten, Moscow State University . Hämtad 26 april 2016. Arkiverad från originalet 7 april 2016. (obestämd)
9. ↑ 1 2 Hunt, LB A History of Iridium  //  Platinum Metals Review : journal. - 1987. - Vol. 31 , nr. 1 . - S. 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. - Vol. 94 . - s. 411-418 . - doi : 10.1098/rstl.1804.0018 . — .
11. ↑ Arblaster, JW Densiteter av osmium och iridium: omräkningar baserade på en granskning av de senaste kristallografiska data  //  Platinum Metals Review : journal. - 1989. - Vol. 33 , nr. 1 . - S. 14-16 .
12. ↑ Osmium . Populärt bibliotek av kemiska grundämnen. Hämtad 17 augusti 2013. Arkiverad från originalet 27 december 2013. (obestämd)
13. ↑ L. Dubrovinsky, N. Dubrovinskaia, E. Bykova, M. Bykov, V. Prakapenka. Den mest inkompressibla metallosmium vid statiska tryck över 750 gigapascal   // Nature . — 2015-09-10. — Vol. 525 , utg. 7568 . - S. 226-229 . — ISSN 0028-0836 . - doi : 10.1038/nature14681 .
14. ↑ Exklusivt. Styrka och kontroll: när osmium komprimeras till 7 miljoner atmosfärer upptäcks en interaktion mellan atomernas inre elektroner . geektimes.ru. Datum för åtkomst: 26 januari 2016. Arkiverad från originalet den 24 december 2015. (obestämd)
15. ↑ Barnard, CFJ Oxidationstillstånd av rutenium och osmium   // Platinum Metals Review : journal. - 2004. - Vol. 48 . - S. 157 . - doi : 10.1595/147106704X10801 .
16. ↑ Krause, J. Framställning av [Os 3 (CO) 11 ] 2− och dess reaktioner med Os 3 (CO) 12 ; strukturer av [Et 4 N][HOs 3 (CO) 11 ] och H 2 OsS 4 (CO)  (engelska)  // Journal of Organometallic Chemistry : journal. - 1993. - Vol. 454 . - S. 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. Mononukleära hydridoalkylkarbonylkomplex av osmium och deras polynukleära derivat  (engelska)  // Inorganic Chemistry : journal. - 1982. - Vol. 21 . - P. 3955-3960 . - doi : 10.1021/ic00141a019 .
18. ↑ Calvert, R. B.; Shapley, JR "Aktivering av kolväten genom omättade metallklusterkomplex. 6. Syntes och karakterisering av metyldekakarbonylhydridotriosmium, metylendekakarbonyldihydridotriosmium och metylidynenonakarbonyltrihydridotriosmium. Interconversion of Cluster-Bound Methyl and Methylene Ligands" Journal of the American Chemical Society 1977, volym 99, 5225-6. doi : 10.1021/ja00457a077
19. ↑ Tunik SP Recensioner: Kemin av karbonylkluster av övergångsmetaller som innehåller labila och hemilabila ligander. Syntes, reaktivitet och framtidsutsikter för tillämpning  (engelska)  // Russian Chemical Bulletin, International Edition: journal. - 2004. - Vol. 53, nr. 12 . - P. 2657-2669 .
20. ↑ Osipov MV, Nikolskyi AB Syntes och spektroskopisk karakterisering av det heteronukleära difosfinkopplade klustret Os 3 (CO) 11 (Ph 2 PCH 2 PPh 2 )Rh 6 (CO) 15  (engelska)  // Journal of Organometallic Chemistry : journal. - 1992. - 10 april ( vol. 426, nummer 1 ). - S. 105-107 . - doi : 10.1016/0022-328X(92)83165-E .
21. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Ripan R., Chetyanu I. Oorganisk kemi. Kemi av metaller. - M . : Mir, 1972. - T. 2. - S. 629-630. — 871 sid.
22. ↑ Vilken metall i världen levereras endast av Kazakstan? . inbusiness.kz _ Hämtad 5 juli 2021. Arkiverad från originalet 5 juli 2021. (ryska)
23. ↑ Seymour, RJ; O'Farrelly, JI Platina-gruppmetaller // Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology  (engelska) . - Wiley, 2001. - doi : 10.1002/0471238961.1612012019052513.a01.pub2 .
24. ↑ Yulia Zolina. Kazakstan har officiellt lagt ut till försäljning osmium-187. Den dyraste metallen i världen . CentralAsia (22 januari 2004). Hämtad 17 augusti 2013. Arkiverad från originalet 25 maj 2013. (obestämd)
25. ↑ "Filosofiskt" osmium-187. Är kärnsmuggling från Kazakstan en bluff? . NuclearNo.ru (19 september 2003). "Osmium-187, som påstås ha kazakstiskt ursprung, retar återigen ryssarnas inflammerade sinnen. En av dessa dagar kommer illegala distributörer av den ökända isotopen att ställas inför rätta i Moskva. Den huvudsakliga åtalade i det här fallet är Vladimir Solgalov, som ska ha fått två ampuller från Kazakstan i början av detta år. De innehöll cirka 5 gram platina." Hämtad 17 augusti 2013. Arkiverad från originalet 4 mars 2016. (obestämd)
26. ↑ V. I. Petrik: berör porträttet . humanism.al.ru. Hämtad 17 augusti 2013. Arkiverad från originalet 17 mars 2013. (obestämd)
27. ↑ Osmium - Los Alamos nationell säkerhet . Hämtad 4 maj 2020. Arkiverad från originalet 16 maj 2020. (obestämd)
28. ↑ Osmium: biologisk information . Datum för åtkomst: 8 februari 2014. Arkiverad från originalet 4 januari 2014. (obestämd)
29. ↑ Ny uppslagsbok av en kemist och teknolog. radioaktiva ämnen. Skadliga ämnen. Hygieniska standarder / Redaktionsråd: Moskvin A.V. m.fl. - St. Petersburg. : ANO NPO "Professional", 2004. - 1142 sid.

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor katalanska Stor norsk Stor ryss Brockhaus och Efron Litet Brockhaus och Efron Ny Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis
I bibliografiska kataloger	GND : 4172906-7 J9U : 987007553481505171 LCCN : sh85095926 NDL : 00568958