Щільність осмію: характеристика, значення, фізичні та хімічні властивості, одержання і застосування

Як ви думаєте, який дорогоцінний метал вважається найважчим? Так, це елемент таблиці Менделєєва, позначений Os. Щільність осмію найвища серед всіх металів. У статті ми розберемо всі характерні властивості даного елемента, поговоримо про його поширеності, отриманні та практичному застосуванні.

Що це?

Слово “осмій” походить від лат. Osmium. Це один з хімічних елементів таблиці Менделєєва, укладений під номером 76. Щільність осмію вражає як вчених, так і просто співчуваючих. Вона найбільша серед усіх простих речовин, які зустрічаються в природі. “Конкурувати” з ним тут може тільки іридій. Однак теоретичні дослідження показали, що щільність осмію вище щільності цього елемента.

Os являє собою в стандартних умовах білий, сріблястий блискучий метал, що має характерний блакитний відлив. Його відносять до платиновим, перехідним.

Походження назви

Перед тим як перейти до властивостей осмію, розглянемо досить цікаву історію походження назви цього металу. Воно походить від ін-грец. ὀσμή, що означає “запах”. Чому?

Справа в тому, що хімічні реакції розчинення лужних складів осмиридия (так називається нерозчинний залишок платини в “царській горілці”) у кислоті або воді завжди супроводжуються виділенням стійкого неприємного запаху, який дратує горло людини. У чомусь він порівняємо з “ароматами” гнилий редьки або хлору.

Історія відкриття

Осмій (фото металу представлені в статті) був відкритий в 1803 році Смітсон Теннантом і Вільямом Х. Волластоном, англійськими вченими-хіміками. Вони виявили елемент в осаді, що утворюється після розчинення платини в “царській горілці”.

Треба відзначити, що подібні дослідження проводилися і французькими вченими: Колле-Дескоти, Вокленом, Антуаном де Фуркруа. Вони теж прийшли до висновку, що в нерозчинному платиновому осаді міститься невідому речовину.

Цього гіпотетичного елементу французькі дослідники запропонували назву птен (від грец. πτηνος – “крилатий”). Але Теннант своїми дослідами перший продемонстрував, що даний залишок – суміш осмію та іридію.

Відкриття відразу двох даних елементів було задокументовано англійцем в його листі Лондонському королівському суспільству, надісланим 22 липня 1804 року.

Опис елемента

Осмій – це сріблясто-рожевий, щільний, але при цьому досить крихкий метал. Має високу питому масу, здатний зберігати блиск навіть при високих температурах.

З-за своєї крихкості, твердості, низького тиску парів (воно є у осмію самим мінімальним у середовищі платинових металів), а також із-за високої температури плавлення цей елемент з працею піддається якій-небудь механічної обробці.

Що означає щільність осмію?

Перейдемо тепер до самої чудовою характеристикою цього металу. Осмій – ретельним з усіх простих речовин, які на даний момент відкриті вченими. Але за цим показником він лише ненабагато перевершує іридій.

Дивіться також:  Що таке дендрити і дендритні шипики

Найбільш достовірні показники за цією характеристикою для обох металів були розраховані по параметрам їх кристалічної решітки. Щільність рідкого металу осмію дорівнює 22,587 ± 0,009 г/см3. Для іридію значення лише трохи менше – 22,562 ± 0,009 г/см3.

Якщо звернутися до найсучасніших досліджень, то можна побачити, що щільність осмію (кг/м3) – 22600. Вчені порівняли і різні ізотопи елемента. Наиплотнейшим серед них був визнаний 192Os.

Що означає щільність осмію 22600 кг/м3? Це наслідок лантаноидного стиснення і плотноупакованной гексагональної кристалічної решітки.

Фізичні властивості елементу

Ми тепер в курсі, що щільність рідкого металу осмію – 22600 кг/м3. Розглянемо й інші його фізичні характеристики:

  • Температура плавлення металу – 3033 ° за Цельсієм.
  • Температура кипіння – 5012 °С.
  • Температура переходу речовини в надпровідний стан – 0,66 К.
  • Твердість за шкалою Мооса – 7.
  • Твердість елемента по Віккерсу – 3-4 ГПа.
  • Модуль нормальної пружності металу – 56,7 ГПа.
  • Модуль його зсуву – 22 ГПа.
  • Осмій є парамагнетиком (його магнітна сприйнятливість оцінюється в 9,9 · 10-6).

Хімічні властивості металу

Ще раз повторимо, що щільність рідкого металу осмію дорівнює 22600 кг/м3. Тепер позначимо хімічні властивості цього елемента:

  • При нагріванні порошок металу буде реагувати з киснем, парами сірки, галогенами, телуром, селеном, фосфором, сірчаної й азотної кислотами.
  • Компактний осмій не стане взаємодіяти з лугами і кислотами. Але при цьому буде утворювати водорозчинні осмати з розплавами лугів.
  • Осмій повільно реагує з “царською горілкою” і азотною кислотою.
  • Метал буде реагувати в присутності окислювачів (хлорату або нітрату калію) з розплавленої перекисом натрію.
  • У сполуках виявляє ступені окиснення від -2 до +8. З них найпоширенішими для осмію вважаються +2, +3, +4 і +8.
  • Це один з небагатьох металів, здатних утворювати кластерні (поліядерні) з’єднання. Приміром, полиядерный карбоніл елемента Os3(CO)12 застосовується для дослідження і моделювання реакцій вуглеводнів на металевих центрах.

Знаходження металу в природі

Цей елемент виділяється не лише тим, що щільність рідкого металу осмію дорівнює 22600 кг/м3. Він відноситься до найбільш непоширеним в природі. Його вміст у земній корі – близько 5 · 10-6 % по масі.

В самородному вигляді осмій можна зустріти у формі твердих розчинів з іридієм (вони можуть містити в собі від 10 до 50 % осмію). Також елемент знаходять і в поліметалічних рудах, що містять в собі і паладій і платину. Це мідно-молібденові та мідно-нікелеві сульфідні руди. Знаходять осмій і мінералах платини, а також відходів, отриманих після переробки золотовмісної руди.

Дивіться також:  Балкано-кавказька раса - це справжні європейці

Основні мінерали осмію відносяться до класу твердих розчинів. Це сплави іридію і осмію – сысертскит і невьянскит. Що стосується останнього, він утворює щільні (порівняйте: ρ = 17 000-22 000 кг/м3) світло-сірі або білуваті пластинчасті кристали гексагональної сингонії, чия твердість за шкалою Мооса оцінюється в 6 балів. Відсоток вмісту осмію в невьянските – від 21 до 43 % від загальної маси.

Сысертскит нерідко можна виявити поблизу від невьянскита. Зовні він буде представляти собою сіруваті кристали гексагональної структури. За шкалою Мооса їх твердість оцінюють у 6 балів. Щільність становить 17 800-22 500 кг/м3. Особливість цього мінералу в тому, що він може містити в собі не тільки іридій і осмій, але і рутеній.

У якихось прикладах дані мінерали зустрічаються самостійно. Але в більшості випадків осмистый іридій все ж входить в склад самородків платини.

Можна також зустріти осмій і у вигляді сполук з миш’яком і сіркою. Це осарсит, эрлихманит, осмієва лазурит. Однак зміст осмію в рудах не буде перевищувати 1 · 10-5.

Поширеність в навколишньому середовищі

Дослідження вчених показують, що осмій – один з найбільш рідкісних елементів, що зустрічаються в природі. Це твердження підтверджують конкретні цифри:

  • Поширеність у земній корі – близько 0,007 г/т.
  • Зміст эклогитах – 0,16 г/т.
  • Наявність у формаціях пироксенитов – близько 0,007 г/т.
  • Зміст в перидотитах – близько 0,15 г/т.
  • Наявність у формаціях дунитов-перидотитов – 0,0013 г/т.

Родовища осмію

Найбільші родовища осмістий іридію світу зафіксовані в даних зонах:

  • Урал і Сибір Російської Федерації.
  • Штати Аляска і Каліфорнія (США).
  • Канада.
  • Колумбія.
  • Ряд країн Південної Африки.
  • Австралія.
  • Тасманія.

Найбільшим родовищем сьогодні вважається Бушвельдский комплекс, розташований в Південно-Африканській республіці.

Отримання елемента

У промисловості осмій виділяється з збагаченого сировини платинового металу. Відбувається це шляхом прожарювання даного концентрату на повітрі при досить високих температурах, що досягають 800-900 °С. Відбувається кількісна сублімація відрізняються підвищеною летючістю парів тетраоксид осмію OsO4. Потім їх поглинають розчином NaOH.

При подальшому упарюванні розчину виділяють сіль – перосмат натрію. Потім її відновлюють воднем при нагріванні до +120 градусів за Цельсієм до осмію. Він при цьому виходить у вигляді губки.

Дивіться також:  Культивування клітин і тканин: особливості та цікаві факти

Застосування

Подивимося тепер наскільки застосуємо найщільніший відкритих металів у практичній діяльності людини:

  • Виняткова тугоплавкість, а також висока твердість дозволяють використовувати осмій в ролі покриття на різних вузлах тертя.
  • Може застосовуватися в якості каталізатора при синтезі аміаку, для гідрування органічних сполук. Також використовується в каталізаторах паливних метанольних елементів.
  • Сплав вольфраму і осмію “осрам” якийсь час використовувався для виготовлення ниток для освітлювальних ламп розжарювання.
  • Є інформація і про застосування осмію у військових цілях – як складової боєголовок ракет та артилерійських снарядів.
  • Застосовується в електронній апаратурі, яка встановлюється в авіаційній і ракетній техніці.
  • У комплексі з рутенієм та іридієм – компонент зносостійких і надміцних сплавів.
  • Тетраоксид осмію використовується в електронній мікроскопії для міцної фіксації біологічних об’єктів дослідження.
  • Сплав осмію (10 %) і платини (90 %) застосовується в хірургії для виготовлення імплантантів – електрокардіостимуляторів, при заміщенні клапанів легеневого стовбура.
  • Відомі і сплави алюмінію з осміем. Їх практична застосовність заснована на надзвичайно високій пластичності. Так, елемент даного сплаву може бути витягнуть в 2 рази без розриву.

Фізіологічний вплив, біологічна роль

Вчені впевнені сьогодні, що осмій будь-якої біологічної ролі не грає. Але при цьому його класифікують, як вкрай агресивний. Нарівні з ртуттю, вісмутом і берилієм.

Навіть мала кількість парів осмію у повітрі викликає у людей ураження очей – кон’юнктивіт, сльозотеча, біль. У роті при цьому з’являється неприємний металевий присмак, починаються бронхіальні спазми. Людині стає важко дихати. Навіть через кілька годин після того, як джерело виділення парів буде ліквідовано.

При тривалих впливах парів елемента на організм людини може настати сліпота, захворювання дихальної та нервової системи, порушення роботи нирок і ШЛУНКОВО-кишкового тракту. Не виключено навіть летальний результат.

Від впливу осмію також страждають і шкірні покриви. Вони набувають зеленуватий, а то і чорнуватий відтінок, з’являються ранки, пухирі та інші запалення. Шкірні покриви втрачають чутливість, можуть омертветь. При цьому виразки, що залишилися від впливу осмію, на тілі людини заживають дуже довго.

Осмій – самий щільний метал у світі. Це його якість дозволяє використовувати елемент в промисловості в найрізноманітніших сферах. Але осмій – і досить рідкісний коштовний метал.