Применение осмия в промышленности. Осмий свойства, получение и применение
Осмий представляет собой химический элемент из соответствующей системы химических элементов. В обычном состоянии является переходным металлом платиновой группы в виде блестящего белого металла серебристого оттенка с голубым отливом. Данный вид материалов обладает наибольшим показателем плотности среди других наряду с иридием, однако, последний немного проигрывает.
Этот вид материалов выделяют из сырья платиновых металлов обогащенного типа, путем прокалывания при температуре от 800 до 900 градусов Цельсия на воздухе.
Таблица удельного веса осмия
Так как, осмий является сложным материалом, рассчитать его удельный вес в полевых условиях самостоятельно не представляется возможным. Эти вычисления проводят в специальных химических лабораториях. Однако, при этом средний удельный вес осмия известен и равен 22,61 г/см3.
Для упрощения подсчетов ниже представлена таблица с значениями удельного веса осмия, а также его веса в зависимости от единиц исчисления.
Свойства осмия
Данный материал является хрупким, но в тоже время, очень твердым металлом с большой удельной массой. Механической обработке поддается с трудом, из-за хрупкости, твердости и высокой температуре плавления, а также низкого давления паров. Температура плавления осмия составляет 3033 градусов Цельсия, а кипения 5012 градусов Цельсия. Данный вид материалов относят к группе парамагнетиков.
Осмий в состоянии порошка хорошо реагирует с галогенами, селеном, фосфором, кислородом, парами серы, серной и азотной кислотой при нагревании. Не взаимодействует в компактном виде с щелочами и кислотами. Обладает низкой скоростью реакции с царской водкой и азотной кислотой.
Данный вид материалов является одним из немногих металлов, которые образуют кластерные или полиядерные соединения.
Не оказывает никакого влияния на биологическую роль живых организмов и является крайне токсичным.
Получение осмия
В естественном виде в природе не найден. Этот материал всегда связан с другим видом металла платиновой группы - иридием. Добывают осмий наряду с платиной. При обработке которой выделяется осмистый иридий, который разделяют на отдельные компоненты - иридий и осмий. Затем осмий очищают, поддают процессу обработки кислотами и восстанавливают водородом в электропечи, получая в итоге, чистый металл с концентрацией до 99,9 процентов.
Применение осмия
Широкое распространение получил как катализатор реакций и компонент сплавов с иридием. Из основных направлений следует выделить:
Большинство людей считают, что ничего дороже золота, серебра и платины на свете нет. Но на самом деле есть несколько веществ, цена за грамм которых, превышает аналогичную трех перечисленных выше металлов. Один из них мы сегодня разберем. Это осмий, цена за 1 грамм в рублях которого, впечатлит любого человека.
В 1803 году английский химик Смитсон Теннант открыл Os, обнаружив его в осадке, который появился после того, как ученый растворил платину в водке царской. Параллельно велись опыты во Франции, где химики Воклен и Антуан ДеФуркруа также выявили неизвестный элемент в осадке, оставшемся от растворения платиновой руды. Сначала новый элемент назвали «птен» (в переводе с греческого «крылатый»). Но дальнейшие исследования позволили определить, что это не один элемент, а смесь двух – иридия и осмия.
Официально новые вещества были задокументированы в послании Тенанта Королевскому Клубу Лондона в июне 1804 года.
Физические свойства
Вещество имеет серо-голубоватый цвет. Металл очень хрупкий, но обладает высокой удельной массой. Подвергаясь критическим температурам, он всегда сохраняет свой естественный цвет и блеск.
Так как металл твердый, имеет высокую температуру плавления (3033 градусов по Цельсию), он тяжело подвергается механической обработке.
Химические свойства
Вещество в порошковом виде, при нагревании, отлично реагирует с кислородом, серными элементами, селеном, фосфором. Медленно вступает во взаимосвязь с царской водкой.
Металл является одним из нескольких веществ, что образуют кластерные соединения.
Где добывают
Осмистый иридий добывают в Сибири и на Урале в России; на Аляске и в штате Калифорния в США; Австралии (и острове Тасмания); Южно-Африканском государстве. Последняя страна в списке может похвастаться самыми масштабными месторождениями металла на планете.
Чаще встречается в сочетании с мышьяком и серой. В рудах количество вещества незначительно.
Стоимость осмия
Стоимость одного грамма этого вещества составляет 15-200 тысяч долларов. Рыночная цена металла меньше в разы. Такая высокая стоимость обусловлена низким уровнем добычи Os. Он попросту не применяется в широких масштабах, ввиду своей огромной плотности. Если провести сравнение: полулитровая бутылка с рассматриваемым веществом будет тяжелее, чем 12 литров воды. Осмий входит в тройку самых дорогих металлов мира. Дороже его только Калифорний, добыча которого составляет меньше грамма в год.
Рассматриваемый металл очень сложно добывать, и этот процесс длится более 9 месяцев. Вещество является изотопом, имеет вид черного порошка, состоящего из маленьких кристаллов. Хоть осмий и является самым плотным веществом на нашей планете, он очень хрупкий. По запаху металл напоминает сразу хлорку и чеснок. Именно поэтому он получил такое название (расшифровывается, как «запах»).
Металл незаменим в научной, медицинской и исследовательской деятельности, так как является химическим катализатором, и его применяют при производстве приборов измерения, которые выдают данные высочайшей точности.
Единственным государством, которое промышляет сбытом осмия, является Казахстан.
Другие факты
Металл плавится при температуре более 3000 градусов Цельсия. Температура кипения достигает почти 6000 градусов.
Открыт он был довольно необычно. В царской водке разбавляли несколько веществ и обнаружили, что выпал осадок, имеющий не очень приятный запах.
Os не используют для изготовления ювелирных изделий, так как он не обладает ковкостью и пластичностью - теми свойствами, за которые так ценят драгоценные металлы ювелиры.
Вещество содержится в месторождениях руд. Также его можно найти в упавших на Землю метеоритах. Некоторые производства остро нуждаются в металле для изготовления своей продукции. К ним он идет уже как вторичное сырье, но стоит все равно недешево.
Металл применяют лишь из-за его невероятной прочности. Сплавы, в которые добавляют осмий, становятся невероятно износостойкими. Хватает минимальных доз вещества для добавления в сплав, чтобы он стал очень крепким.
Где используется
Из изотопа осмия изготавливают емкости для хранения ядерных отходов. Также вещество используется в космической промышленности. А еще оно ускоряет синтез аммиака, органики. Кстати, вольфрамовые нити накаливания содержат описываемый металл.
Так как вещество славится своей прочностью, его используют в изготовлении оружия. Но в последнее время промышленность старается отказываться от использования металла, ввиду его высокой стоимости и трудной обработки.
Металл применяют лишь в том случае, где успех 100%-но гарантирован.
Оксид осмия используется в медицинских целях, в биологии. Многие имплантаты и кардиостимуляторы выполнены не без помощи рассматриваемого вещества. Вторые делают из платины, в которой содержится 10% осмия.
Нередко выпускают перьевые ручки, у которых наконечники сделаны из рассматриваемого металла. Такие изделия долговечнее образцов с золотыми концами.
Интересно! Если сделать сплав из осмия с алюминием, он будет невероятно пластичным. Его можно вытянуть несколько раз без каких-либо разрывов вещества.
Когда давление будет выше 770 Гпа, электроны, располагающиеся на внутренних орбиталях, будут взаимодействовать в осмии, но структура металла нисколько не изменится.
Способы получения вещества
Наиболее часто осмий хранится в форме порошка. В таком виде металл легко вступает в реакции, без сложностей проходит его термообработка. Os не плавится, и его невозможно заклеймить, если металл находится в чистом виде.
При помощи электронных (иногда дуговых) лучей из металла получают слитки. Монокристаллы создают при помощи зонной плавки. Но такой способ изготовления очень дорогой, поэтому и цена на созданную продукцию высока. Но есть уникумы, которые умеют создавать кристаллы из порошка. Это долгий и сложный процесс, требующий немалых затрат энергии, но результаты все-таки есть.
Ранее говорилось, что осмий имеет неприятный запах. Тетраоксид вещества широко используется в медицине. Его в шутливой форме называют «красивым и пахучим». Кристаллы тетраоксида можно изготовить в домашних условиях, но следует быть осторожным, так как вещество токсическое.
Например, чтобы убить мышь с помощью тетраоксида, требуется в 40 раз меньше этого вещества, чем синильной кислоты (считается признанным ядом против грызунов). Такой поражающий эффект объясняется тем, что, попадая внутрь организма, вещество мгновенно приходит к металлическому виду. Оттого происходит поражение дыхательных путей и зрения. Но, несмотря на это, OsO4 широко используется в качестве красителя в химической промышленности.
Как влияет Os на организм живых существ
Элемент является очень вредным и токсичным для биологических существ. При вдыхании осмия легкие отказывают (возникает их отек), и у живого существа развивается малокровие.
При нахождении в воздухе даже малого количества вещества у индивидуума возникает слезоточивость, боль в глазах, может развиться конъюнктивит.
Становится тяжело дышать, появляются спазмы в бронхах и металлический привкус во рту. Если вовремя не увести человека с пораженной территории, ему грозит слепота, нарушение работы почек, нервной системы, органов ЖКТ. Возможен летальный исход.
Металл затрагивает также целостность кожи. Она чернеет либо зеленеет. На ней появляются язвы, пузыри. Ткань начинает отмирать.
Отравиться осмием можно на производстве, в случае незначительного превышения количества этого вещества в воздухе. На многих современных производствах осмий в воздухе присутствует, хотя, по мнению специалистов, его концентрации в воздухе вообще быть не должно.
| Au | Pt | Ag | Pd | |
|---|---|---|---|---|
| 12,86 | 40,23 | 30,29 | 0,55 | 24,88 |
Таблица 1 - осмий цена (1 гр.) в сравнении с другими драгоценными металлами (рыночная).
Заключение
Хоть осмий и считается одним из самых дорогих металлов на планете, его рыночная цена не столь высока. Для примера, 1 грамм золота можно купить за 2000-2500 рублей. Тогда как осмий стоит около 1800 рублей за грамм.
Стоимость осмия везде разная, но по самой дешевой нерыночной цене ее продает лишь Казахстан. Дело в том, что на мировом рынке торгуют не только осмием, но и его изотопом (осмий 187). Как раз второй имеет баснословную стоимость, ввиду трудности обработки, отделения от других изотопов и неширокого использования.
Теперь понятно, сколько стоит осмий 187 и обычный Os по рыночной цене. Обычный Os - это смесь изотопов.
Гантели и штанги, которыми бодибилдеры накачивают мускулы, сделаны из стали. Изготовленные из свинца – а лучше из – снаряды значительно потеряли бы в объеме. Но еще вернее использовать для производства гирь осмий: килограмм осмия – это небольшой шарик, легко помещающийся в сжатом кулаке. Поллитровая бутылка с порошковым осмием (именно в таком виде благородный металл покидает стены обогатительного предприятия) весит заметно больше ведра воды.
Вот только лить из осмия гири смелых не сыскать: уж больно тугоплавок. Да и стоимость металла такова, что атлетическому клубу для покупки одной осмиевой гантели пришлось бы работать лет триста...
Осмия мало!
И это понятно. Для формирования тяжелых элементов природе приходится «создавать» особые условия, что случается не слишком часто. Тем не менее, полпроцента массы земной коры приходится на осмий. Есть все основания полагать, что большая часть благородного металла, собранного в теле нашей планеты, сконцентрирована в ядре.В природе осмий встречается в основном в виде соединения с иридием, входящим в состав либо самородной платины, либо платиново-палладиевой руды. Минералы, считающиеся сырьем для добычи осмия, содержат в среднем одну тысячную процента тяжелого «родственника» платины. За все время изысканий не было добыто ни одного осмиевого самородка – даже самого незначительного размера.
Малое количество и сложность получения осмия определяет высоту его цены. Полвека назад осмий оценивался в семь-восемь раз дороже золота. Спекуляции последних лет привели к возникновению совершенно безумных предложений: грамм осмия продавался и за 10 тыс., и за 200 тыс. долларов. Продавался – да не продался: активного применения осмий не находит, хотя кое-где используется.
Открытие осмия
Осмий входит в группу платиноидов и формально считается благородным металлом. Название химического элемента, однако, противоречит статусу: «осме» по-гречески значит «запах»; наличие запаха свидетельствует о значительной химической активности – в то время как «благородство» веществ подразумевает инертность.К открытию осмия был близок У. Уолластон, экспериментировавший с платиновыми рудами. Раззадоренные его успехами французы Антуан де Фуркруа и Луи-Николя Воклен взялись за собственные исследования и верно предположили существование нового элемента, при опытах улетучивавшегося в виде черного дыма.
Фуркруа и Воклен дали веществу имя «птен» - что значит «летучий», и успокоились в ожидании признания. Однако английский химик Смитсон Теннант разделил «птен» на два родственных металла, один из которых за разноцветье его соединений назвал иридием, а второй – по причине раздражающей вонючести – осмием.
Происходят эти важные события в щедром на открытия 1803-м году.
Свойства осмия
Исследовать физико-химические свойства осмия во всей их полноте не получается до сих пор. Довольно долго ученые спорили о том, какой из металлов плотнее – иридий или осмий. Точные измерения лабораторных образцов в данном случае дают лишь примерный результат – из-за большого количества разных по плотности изотопов.Температура плавления и кипения до недавнего времени считалась условно равной 3000° и 5000°С: средств для натурной проверки расчетов не существовало. Лишь несколько лет назад удалось уточнить физические параметры металла. По всему вышло, что варить осмиевые сплавы лучше на поверхности Солнца...
Интересен внешний вид осмия. Застывая из расплава, осмий образует твердые и хрупкие кристаллы, серебристый блеск которых оттенен серовато-голубым (и даже синим) отливом. Внешние достоинства осмия могли бы привлечь ювелиров, однако высокая химическая активность металла и токсичность его соединений исключают возможность использования этого платиноида в украшениях.
Применение осмия
Осмий находит весьма ограниченное применение в разных сферах человеческой деятельности. Легирование сплавов – одна из главных задач, решение которой иногда возлагается на осмий. В соединении с вольфрамом, никелем и кобальтом осмий становится «работником» электрохимической отрасли. Контакты, наконечники и сердечники из содержащих осмий сплавов славятся минимальным износом. Нити ламп накаливания из вольфрама с осмием работают дольше и большей отдачей.Внедрение твердого и тяжелого платиноида в материал резко повышает износостойкость трущихся пар. Совсем немного осмия нужно для придания металлокерамическому резцу особой прочности. Микроскопические добавки осмия к стали режущих сортов позволяет создавать острейшие лезвия технических, медицинских, промышленных ножей.
Осмиевые катализаторы используются при гидрировании органических соединений, в производстве лекарств, при синтезе аммиака. Правда, дороговизна металла заставляет промышленников искать доступные заменители, и сегодня осмий в химической индустрии встречается все реже.
Из твердого и немагнитного осмия изготавливают оси, опоры и опорные гнезда для измерительных приборов высокой точности. И хотя рубиновые опоры тверже и дешевле осмиевых, стойкость металла иногда оказывается предпочтительной для приборостроения.
Осмий опасен и требует осторожности
Сам по себе осмий не более опасен, чем любой другой тяжелый металл. Однако тетраоксид осмия OsO4 – то самое вещество, из-за которого элемент получил не слишком завидное наименование – отличается крайней агрессивностью. Раздражая дыхательные пути и слизистые оболочки человека, он воспринимается как испарение от гниющей редьки, смешанной с давленым чесноком и засыпанной хлорной известью.Избежать окисления осмия практически невозможно , если металл контактирует с атмосферным кислородом. Поэтому ни о каком использовании осмия в
Осмий
О́СМИЙ -я; м. Химический элемент (Os), твёрдый металл голубовато-белого цвета (входит как компонент в состав сверхтвёрдых и износостойких сплавов).
о́смий(лат. Osmium), Os, химический элемент VIII группы периодической системы, относится к платиновым металлам. Название от греч. osmē - запах, по резко пахнущему оксиду OsO 4 . Плотность 22,61 г/см 3 , t пл 3027°C. Катализатор многих реакций, компонент сверхтвёрдых и износостойких сплавов с иридием.
ОСМИЙО́СМИЙ (лат. Osmium), Os (читается «осмий»), химический элемент с атомным номером 76, атомная масса 190,2.
В природе семь стабильных изотопов 184 Os (0,018%), 186 Os (1,59%), 187 Os (1,64%), 188 Os (13,3%), 189 Os (16,1%), 190 Os (26,4%) и 192 Os (41,1%). Конфигурация внешнего и предвнешнего электронного слоя 5s 2 p 6 5d 6 6s 2 . Степени окисления +4, +6, +8 (наиболее характерны), +1, +3, +5 (валентности I, III, IV, V, VI, VIII). Принадлежит к платиновым металлам. (см.
ПЛАТИНОВЫЕ МЕТАЛЛЫ)
Расположен в VIII группе периодической системы элементов, в подгруппе железа, в 6-м периоде. Радиус атома 0,135 нм, ионный радиус иона Os 4+ - 0,077 (координационное число 6), Os 5+ - 0,072 (6), Os 6+ - 0,069 (6), Os 7+ - 0.067 (6), Os 8+ - 0,053 нм (4). Энергии последовательной ионизации 8,5, 17 и 25 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см.
ПОЛИНГ Лайнус)
2,1.
Осмий - тяжелый серебристо-белый металл.
История открытия
Открыт в 1804 английским химиком С.
Теннантом (см.
ТЕННАНТ Смитсон)
в черном порошке, остающемся после растворения платины (см.
ПЛАТИНА)
в царской водке (см.
ЦАРСКАЯ ВОДКА)
. Для осмия характерно образование тетраоксида OsO 4 с резким запахом. Отсюда и название элемента, происходящее от греческого «осме» - запах.
Нахождение в природе
Осмий - очень редкий элемент, содержание в земной коре 5·10 –6 % по массе. Встречается в природе в полиметаллических рудах, содержащих также платину (см.
ПЛАТИНА)
и палладий (см.
ПАЛЛАДИЙ (химический элемент))
(сульфидные медно-никелевые и медно-молибденовые руды). Основные минералы - природные сплавы осмия с иридием (невьянскит (см.
ОСМИСТЫЙ ИРИДИЙ)
, сысертскит) и платиной. Встречается в виде соединений с серой (см.
СЕРА)
и мышьяком (см.
МЫШЬЯК)
(эрлихманит, осмиевый лаурит, осарситт). В качестве изоморфной примеси входит в состав халькопирита (см.
ХАЛЬКОПИРИТ)
,
пирротина (см.
ПИРРОТИН)
, пентландита, (см.
ПЕНТЛАНДИТ)
кубанита, магнетита (см.
МАГНЕТИТ)
. Обычно содержание осмия в рудах не превышает 1·10 –3 %.
Получение
Процесс выделения и разделения платиновых металлов, приводящий к разделению этих металлов и получению осмия, описан в статье иридий (см.
ИРИДИЙ)
. Другой способ выделения осмия их обогащенного сырья - прокаливание концентрата платиновых металлов на воздухе при температурах порядка 800-900°C. При этом сублимируют пары OsO 4 , которые далее поглощают раствором NaOH.
Упариванием раствора выделяют соль - перосмат натрия, который далее восстанавливают водородом при 120°C до осмия:
Na 2 + 3H 2 = 2NaOH + Os + 4H 2 O.
Осмий при этом получается в виде губки.
Физические и химические свойства
Осмий - тяжелый серебристо-белый металл (плотность при 20°C 22,65 г/см 3). Решетка гесагональная, типа Mg, а
= 0,27353 нм, с
= 0,43191 нм. Температура плавления 3027°C, кипения 5027°C. При температуре ниже 0,66 К осмий переходит в сверхпроводящее состояние. Металлический осмий парамагнетик (см.
ПАРАМАГНЕТИК)
. В ряду стандартных потенциалов стоит правее водорода (см.
ВОДОРОД)
, с неокисляющими кислотами и водой не реагирует.
Химическая активность осмия зависит от его состояния. Компактный осмий начинает окисляться на воздухе при температурах выше 400°C, а тонкий порошок осмия медленно окисляется до OsO 4 уже при комнатной температуре.
Компактный осмий не растворяется в горячей соляной кислоте и кипящей царской водке (см.
ЦАРСКАЯ ВОДКА)
, а мелко раздробленный осмий окисляется в азотной кислоте и кипящей серной кислоте до высшего оксида:
Os + 8HNO 3 = OsO 4 + 4H 2 O + 8NO 2
При нагревании осмий реагирует со фтором (см.
ФТОР)
,
хлором (см.
ХЛОР)
,
кислородом (см.
КИСЛОРОД)
, серой (см.
СЕРА)
, другими халькогенами (см.
ХАЛЬКОГЕНЫ)
и неметаллами.
Os + 3F 2 = OsF 6 (при 250–300°C),
Os + Cl 2 = OsCl 4 (при 650–700°C).
При сплавлении в присутствии окислителей осмий реагирует со щелочами. При этом образуются осматы (VI) - соли неустойчивой осмиевой кислоты H 2 OsO 4:
2Os + 4NaOH + 3O 2 = 2Na 2 OsO 4 + 2H 2 O
Для осмия наиболее характерно образование оксидов OsO 4 и OsO 2 . В газовой фазе существуют оксиды OsO и OsO 3 .
Тетраоксид осмия OsO 4 проявляет кислотные свойства и является сильным окислителем.
OsO 4 + NaOH = Na 2 .
Диоксид осмия OsO 2 получают аккуратным обезвоживанием в атмосфере азота Os(OH) 4 . При этом образуется черная модификация OsO 2 . Она реакционноспособнее коричневой модификации OsO 2 , получаемой электровосстановлением щелочного раствора OsO 4 или реакцией осмия с OsO 4:
Os + OsO 4 = 2OsO 2 .
Гидроксид осмия(IV) Os(OH) 4 (OsO 2 ·2H 2 O) получают восстановлением солей осмия (VI) - осматов этиловым спиртом.
Для степеней окисления осмия 0 и +2 наиболее характерно образование осмийорганических соединений со связью Os-C или карбонилов:
Os + 5CO = Os(CO) 5 .
3Os(CO) 5 = Os 3 (CO) 12 + 3CO
Os 3 (CO) 12 + 6Na = 3Na 2 Os(CO) 4 .
Применение
Осмий - компонент сверхтвердых и износостойких сплавов с иридием (детали особо точных приборов, прецизионно малые контакты), с иридием и рутением (перья для авторучек), с вольфрамом и молибденом (катоды термоионных диодов), компонент композиционного материала (электрические контакты). OsO 4 используется для окраски биологических препаратов.
Физиологическое действие
Соединения осмия, особенно легколетучие, сильно ядовиты. Тетраоксид OsO 4 раздражает слизистые, поражает органы дыхания. ПДК в воздухе 0,002 мг/м 3 .
Энциклопедический словарь . 2009 .
Синонимы :Смотреть что такое "осмий" в других словарях:
осмий - осмий, я … Русский орфографический словарь
- (греч., от osme запах, от ozo обоняю). Металл, из группы платиновых, голубовато белого цвета, горюч, очень тверд и хрупок, встречается редко. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ОСМИЙ греч., от osme,… … Словарь иностранных слов русского языка
- (символ Os), бело голубой ПЕРЕХОДНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, металл, открытый в 1803 г. Будучи самым плотным элементом, осмий встречается в соединениях с платиной. Получают его главным образом как побочный продукт при плавке никеля. Как и ИРИДИЙ, осмий… … Научно-технический энциклопедический словарь
