Осмій

Осмій (Os)
Атомний номер76
Зовнішній вигляд простої речовини
Синьо-білий, блискучий
твердий метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)190,23 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома135 пм
Енергія іонізації (перший електрон)819,8(8,50) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація[Xe] 4f14 5d6 6s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус126 пм
Радіус іона(+6e) 69 (+4e) 88 пм
Електронегативність (за Полінгом)2,2
Електродний потенціал—
Ступені окиснення8, 6, 4, 3, 2, 0, -2
Термодинамічні властивості
Густина22,57 г/см³
Молярна теплоємність0,131 Дж/(К·моль)
Теплопровідність(87,6) Вт/(м·К)
Температура плавлення3327 К
Теплота плавлення31,7 кДж/моль
Температура кипіння5300 К
Теплота випаровування738 кДж/моль
Молярний об'єм8,43 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґраткигексагональна
Період ґратки2,740 Å
Відношення с/а1,579
Температура Дебаяn/a К
Інші властовості
Критична точкан/д
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
CMNS: Осмій у Вікісховищі

Осмій (Os, від грец. ὀσμή — запах) — хімічний елемент з атомним номером 76. Твердий, крихкий, синьо-білий перехідний метал у платиновій групі. Символ Os, ат. н. 76; ат. м. 190,2. Твердий синювато-сірий метал. Належить до платинових металів. Дуже твердий і крихкий. Густина 22,61; tплав 3027 °C, tкип 5,027 °C. Поширеність (г/т) у земній корі 0,007, в перидотитах — 0,15, в еклогітах 0,16, у формаціях дунітів-перидотитів 0,013; піроксенітів 0,007. Часто супроводжує платину. Знаходиться в природі у вигляді самородного осмію, у формі селективних мінералів, а також як домішка у мінералах платинової групи. Порошкуватий осмій легко окиснюється на повітрі. Один з найдорожчих у світі металів. Вартість до 2 тис. доларів США за грам[1].

Осмій

Історія

Осмій, найважчий гомолог 8 групи Періодичної Системи. Відкритий 1804 року англійським хіміком Смітсоном Теннантом (англ. Smithson Tennant) разом з іридієм в осаді, що залишився після розчинення платини царською водою.

Назва осмію походить від запаху редьки (грец. ὀσμή osmē), який чути при наявності незначної кількості його леткого тетроксиду.

Ізотопи

Природній осмій складається з семи різних ізотопів. З них 5 стабільні, а ще 2 має надзвичайно довгий період розпаду.

Масове число Частка у природному осмії Період напіврозпаду
184 0,02 % > 5,6×1013 років
186 1,59 % 2,0×1015 років
187 1,96 % ∞
188 13,24 % ∞
189 16,15 % ∞
190 26,26 % ∞
192 40,78 % ∞

Загалом відомо 58 ізотопів осмію з масовими числами від 161 до 200, 11 з яких — метастабільні. З нестабільних ізотопів, що не зустрічаються в природі, найбільші періоди напіврозпаду мають Os194 (6 років) і Os177m (160 днів)[2].

Поширення і отримання

Знаходиться в природі у вигляді самородного осмію, у формі селективних мінералів: осміриду, нев'янськіту і сисертськіту (усі Os+Ir), осарситу (Os, Ru)AsS , ерліхманіту (OsS2), а також як домішка у мінералах платинової групи[3][4]. Осмій відокремлюють від супутніх елементів (залежно від початкової сировини), переводять у форму тетроксиду і потім в амонієвий комплекс хлоридом амонію, з якого відновлюють воднем:

Добувається в малих кількостях — світове виробництво становить близько 100 кг на рік.

Осмій виділяють зі збагаченої сировини платинових металів шляхом прожарювання цього концентрату на повітрі за температури 800–900 °C. Внаслідок цього сублімують пари досить леткого тетраоксиду осмію OsO4, які далі поглинають розчином NaOH.

Випарюванням розчину виділяють сіль — перосмат натрію, який далі відновлюють воднем за температури 120 °C до осмію:

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

Осмій виходить у вигляді губки.

Фізичні властивості

Висока твердість і виняткова тугоплавкість дозволяє застосовувати осмій як покриття у вузлах тертя. Осмій має найбільшу з природних речовин густину — 22,587±0,009, що на дві сотих більше іридію. Здатність осмію опиратися тиску теж є надзвичайно високою — його модуль всебічного стиску становить 405 ГПа, що можна порівняти з показниками діаманта (443 ГПа).[5] Осмій має четверту вищу температуру плавлення (3327 K) серед простих речовин (після вуглецю, вольфраму і ренію).

Хімічні властивості

Степені окислення осмію
−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 осмію під час нагрівання реагує з киснем, галогенами, парами сірки, селеном, телуром, фосфором, азотною та сірчаною кислотами. Компактний осмій не взаємодіє ні з кислотами, ні з лугами, але з розплавами лугів утворює водорозчинні осмати. Повільно реагує з азотною кислотою і царською водою, реагує з розплавленими лугами за наявності окислювачів (нітрату або хлорату калію), з розплавленим перекисом натрію. У сполуках виявляє ступені окислення від -2 до +8, з яких найпоширенішими є +2, +3, +4 і +8[6].

Осмій — один з небагатьох металів, що утворює поліядерні (або кластерні) сполуки. Поліядерний карбоніл осмію Os3(CO)12 застосовується для моделювання і дослідження хімічних реакцій вуглеводнів на металевих центрах[7][8][9]. Карбонільні групи в Os3(CO)12 можуть заміщатися іншими лігандами[10], зокрема містити кластерні ядра інших перехідних металів[11].

Застосування

Застосовують у сплавах з іридієм для виготовлення деталей вимірювальних приладів. Окремо застосовується як легуюча домішка до надтвердих сплавів. Осмій та його сполуки — добрі каталізатори.

Див. також

Примітки

  1. ↑ СБУ запобігла нелегальному вивезенню з України партії одного з найдорожчих у світі металів. SSU (укр.). Процитовано 23 грудня 2021.
  2. ↑ Isotopes of the Element Osmium(англ.)
  3. ↑ Геохімічна характеристика осмію в різних природних середовищах
  4. ↑ Осарсит
  5. ↑ Bulk modulus of osmium, 4–300 K
  6. ↑ Barnard, C. F. J. (2004). Oxidation States of Ruthenium and Osmium. Platinum Metals Review. 48: 157. doi:10.1595/147106704X10801.
  7. ↑ Krause, J. (1993). Preparation of [Os3(CO)11]2− and its reactions with Os3(CO)12; structures of [Et4N][HOs3(CO)11] and H2OsS4(CO). Journal of Organometallic Chemistry. 454: 263—271. doi:10.1016/0022-328X(93)83250-Y.
  8. ↑ Carter, Willie J.; Kelland, John W.; Okrasinski, Stanley J.; Warner, Keith E.; Norton, Jack R. (1982). Mononuclear hydrido alkyl carbonyl complexes of osmium and their polynuclear derivatives. Inorganic Chemistry. 21: 3955—3960. doi:10.1021/ic00141a019.
  9. ↑ 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|
  10. ↑ Tunik S.P. (2004). Reviews: The chemistry of carbonyl clusters of transition metals containing labile and hemilabile ligands. Synthesis, reactivity, and prospects for application. Russian Chemical Bulletin, International Edition. 53, No. 12: 2657—2669.
  11. ↑ Tunik S.P.; Osipov M.V., Nikolskyi A.B. (10 квітня 1992). Synthesis and spectroscopic characterization of the heteronuclear diphosphine linked cluster Os3(CO)11(Ph2PCH2PPh2)Rh6(CO)15. Journal of Organometallic Chemistry. 426, Issue 1: 105—107. doi:10.1016/0022-328X(92)83165-E.

Література

  • Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
  • Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк: Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0