Examen independent Volgograd. Metal prețios - osmiu Aplicarea osmiului în aviație

Credința răspândită în viața de zi cu zi că nu există nimic mai scump decât aurul și platina în lume este extrem de eronată. Există mai multe tipuri de metale de origine naturală și artificială, prețuri greu de imaginat pentru omul de rând.

Planeta noastră este bogată în minerale, inclusiv în metale. Costul acestora depinde de mai mulți factori, și anume: proprietăți, cantitatea din lume, condițiile miniere. Rezultă de aici că, cu cât un metal este mai rar în natură, are multe proprietăți utile diferite și este extrem de dificil de obținut, costul unei astfel de resurse va fi foarte, foarte mare. Prezintă top 10 cele mai scumpe metale din lume cu prețurile lor.

Top 10 cele mai scumpe metale din lume

10

Descoperit în 1844, ruteniul a fost găsit în minereul Ural. Rezervele naturale se ridică la aproximativ 5.000 de tone. Aparține familiei de metal platină. Datorită refractarității și uzurii pe termen lung, este utilizat în combinație cu platina în producția de contacte electrice, precum și în industria spațială. Ruteniul a fost, de asemenea, folosit în producția de bijuterii ca aditiv la aliajele speciale de bijuterii. Metalul este folosit la fabricarea acelor de busolă și este folosit pentru acoperirea ceramicii și a sticlei. Costul său este de aproximativ 1,5 USD per 1 gram.

Următorul pe lista celor mai scumpe metale este reniul. Acest element foarte rar, de culoare argintie deschisă, de înaltă densitate, este foarte solicitat pe piața științei rachetelor. Reniul a fost descoperit în 1925 în timpul studiului său, s-a descoperit că metalul are un punct de topire foarte ridicat. Datorită acestor proprietăți, este utilizat în mod activ în producția de piese de tehnologie pentru rachete, precum și în industria chimică. Cel mai mare producător este o companie chiliană, deoarece în această țară se află rezerve mari din acest element. Preț - 10 USD.

Scandiul moale și ușor are o culoare argintie cu o nuanță gălbuie caracteristică. A fost descoperit în 1879 de chimistul Lars Nilsson. Principalele zăcăminte ale mineralului care conțin acest element sunt situate în Madagascar și Norvegia. Folosit pe scară largă la fabricarea structurilor utilizate în industriile cu temperaturi ultra-înalte. Dar, în principal, a găsit aplicație în fabricarea de articole sportive. Aliajul combinat cu aluminiu are rezistență și maleabilitate crescute. Este utilizat în producția de oglinzi cu raze X multistrat. Costul unui gram de scandiu este de 12 USD.

Asemănător extern cu staniul, iridiul este unul dintre cele mai rare și mai scumpe metale din lume. Proprietățile distinctive sunt densitatea mare, refractaritatea în același timp cu fragilitatea. Acest element al grupului de platină alb-argintiu. Descoperirea iridiului aparține savantului englez Tennant și a avut loc în 1803. Se folosește numai în aliaje cu alte metale, de exemplu, în dopurile de ardere internă, pe electrozi și crește durata de viață a acestora. Folosit și la fabricarea pixurilor scumpe cu pene. Prețul pentru 1 gram de iridiu este de 20 USD.

Un alt reprezentant nobil al grupului platinei este paladiul. A fost izolat pentru prima dată din minereul de platină în 1803 de către chimistul Wollaston, de origine engleză. Un element cu ductilitate și maleabilitate ridicate este utilizat activ în industria de bijuterii în combinație cu aurul. Bijuteriile din diferite categorii de preț sunt realizate din așa-numitul aur alb. Paladiul este utilizat pe scară largă pentru fabricarea instrumentelor medicale și a protezelor dentare datorită proprietăților sale anticorozive. 1 gram de paladiu este evaluat la 30 USD.

Un metal care a fost apreciat din cele mai vechi timpuri ca fiind unul dintre cele mai scumpe din lume este aurul. Culoare galbenă, ductilitate crescută, densitate mare - acestea sunt principalele proprietăți distinctive ale elementului. Suntem obișnuiți cu faptul că aurul este folosit în primul rând pentru bijuterii. Dar datorită conductivității termice și rezistenței scăzute, metalul a devenit indispensabil în fabricarea contactelor electrice. Folosit în galvanizare, se aplică un strat de aurire a metalelor pentru a evita coroziunea, precum și pentru a oferi produselor finite din materiale mai ieftine un aspect mai scump. Costul unui gram este de 45 USD.

Părerea că platina și aurul alb sunt același lucru este greșită. Platina este un metal independent și inițial a fost subestimată. Este foarte rar în natură, iar cel mai mare depozit se află în Africa de Sud. Elementul este utilizat în diverse industrii. Bijutierii folosesc metal pur pentru bijuterii. Adăugat la aliaje pentru a face sticla de laborator rezistentă la temperaturi ridicate. Folosit și în oglinzi speciale pentru tehnologia laser. Monedele au fost bătute din platină, iar comenzile au fost făcute în epoca sovietică. Prețul pentru 1 gram este de 70 USD.

Rodiul deschide primele trei cele mai scumpe metale din lume. Acesta este un metal dur. Elementul a fost descoperit de omul de știință William Wollaston în 1803 în timp ce lucra cu platină. Este extrem de rar, având în vedere că aproximativ 30 de tone de platină sunt extrase în întreaga lume în fiecare an. Datorită proprietății sale mari de a reflecta razele electromagnetice, este folosit pentru a acoperi suprafața oglinzilor. A câștigat o mare popularitate în bijuterii, atât sub formă de produse cu pietre prețioase, cât și în galvanizare pentru acoperire. Costă 1 gram - 225 USD.

Majoritatea oamenilor cred că nu există nimic mai scump decât aurul, argintul și platina în lume. Dar, de fapt, există mai multe substanțe al căror preț pe gram îl depășește pe cel al celor trei metale enumerate mai sus. Ne vom uita la unul dintre ele astăzi. Acesta este osmiul, prețul pentru 1 gram în ruble va impresiona orice persoană.

În 1803, chimistul englez Smithson Tennant a descoperit Os, găsindu-l într-un precipitat care a apărut după ce omul de știință a dizolvat platina în acva regia. Totodată, au fost efectuate experimente în Franța, unde chimiștii Vauquelin și Antoine DeFourcroy au identificat și un element necunoscut în sedimentul rămas din dizolvarea minereului de platină. La început, noul element a fost numit „pten” (tradus din greacă ca „înaripat”). Dar cercetările ulterioare au permis să se determine că acesta nu este un element, ci un amestec de două - iridiu și osmiu.

Noile substanțe au fost documentate oficial în mesajul lui Tenant către Clubul Regal din Londra în iunie 1804.

Proprietăți fizice

Substanța are o culoare gri-albăstruie. Metalul este foarte fragil, dar are o greutate specifică mare. Când este expus la temperaturi critice, își păstrează întotdeauna culoarea și strălucirea naturală.

Deoarece metalul este dur și are un punct de topire ridicat (3033 grade Celsius), este dificil de prelucrat.

Proprietăți chimice

Substanța sub formă de pulbere, atunci când este încălzită, reacționează bine cu oxigenul, elementele sulfuroase, seleniul și fosforul. Interacționează încet cu acva regia.

Metalul este una dintre numeroasele substanțe care formează compuși cluster.

Unde este minat?

Osmida de iridiu este extrasă în Siberia și Uralii în Rusia; în Alaska și California în SUA; Australia (și insula Tasmania); stat sud-african. Ultima țară de pe listă se mândrește cu cele mai mari zăcăminte de metale de pe planetă.

Cel mai des se găsește în combinație cu arsen și sulf. Cantitatea de substanță din minereuri este nesemnificativă.

Costul osmiului

Costul unui gram din această substanță este de 15-200 de mii de dolari. Prețul de piață al metalului este de câteva ori mai mic. Acest cost ridicat se datorează nivelului scăzut de producție de Os. Pur și simplu nu este folosit pe scară largă datorită densității sale enorme. Dacă facem o comparație: o sticlă de jumătate de litru cu substanța în cauză va fi mai grea decât 12 litri de apă. Osmiul este unul dintre cele mai scumpe trei metale din lume. Doar californianul este mai scump, producția sa este mai mică de un gram pe an.

Metalul în cauză este foarte greu de extras, iar procesul durează mai mult de 9 luni. Substanța este un izotop și are aspectul unei pulberi negre formate din cristale mici. Deși osmiul este cea mai densă substanță de pe planeta noastră, este foarte fragilă. Mirosul metalului seamănă imediat cu înălbitorul și usturoiul. De aceea a primit un astfel de nume (spre „miros”).

Metalul este indispensabil în activitățile științifice, medicale și de cercetare, deoarece este un catalizator chimic, și este utilizat în producția de instrumente de măsură care oferă date de cea mai mare acuratețe.

Singurul stat care vinde osmiu este Kazahstan.

Alte fapte

Metalul se topește la temperaturi de peste 3000 de grade Celsius. Punctul de fierbere ajunge la aproape 6000 de grade.

A fost deschis într-un mod destul de neobișnuit. Mai multe substanțe au fost diluate în acva regia și s-a descoperit că s-a format un precipitat care avea un miros nu foarte plăcut.

Os nu este folosit pentru realizarea de bijuterii, deoarece nu are maleabilitate și ductilitate - acele proprietăți pentru care bijutierii prețuiesc atât de mult metalele prețioase.

Substanța se găsește în zăcămintele de minereu. Poate fi găsit și în meteoriții care au căzut pe Pământ. Unele industrii au mare nevoie de metal pentru a-și face produsele. Merge la ei ca materie primă secundară, dar încă nu este ieftin.

Metalul este folosit doar datorită rezistenței sale incredibile. Aliajele la care se adaugă osmiu devin incredibil de rezistente la uzură. Este nevoie doar de doze minime de substanță pentru a se adăuga la aliaj pentru a-l face foarte puternic.

Unde este folosit?

Izotopul de osmiu este folosit pentru a face containere pentru depozitarea deșeurilor nucleare. Substanța este folosită și în industria spațială. De asemenea, accelerează sinteza amoniacului și a materiei organice. Apropo, filamentele de tungsten conțin metalul descris.

Deoarece substanța este renumită pentru puterea sa, este folosită la fabricarea armelor. Dar, recent, industria a încercat să renunțe la utilizarea metalului, din cauza costului ridicat și a procesării dificile.

Metalul este folosit doar în cazurile în care succesul este garantat 100%.

Oxidul de osmiu este utilizat în scopuri medicale și în biologie. Multe implanturi și stimulatoare cardiace sunt realizate cu ajutorul substanței în cauză. Acestea din urmă sunt fabricate din platină, care conține 10% osmiu.

Pixurile sunt adesea produse cu vârfuri din metalul în cauză. Astfel de produse sunt mai durabile decât mostrele cu capete aurii.

Interesant! Dacă faci un aliaj de osmiu cu aluminiu, acesta va fi incredibil de ductil. Poate fi scos de mai multe ori fără nicio rupere a substanței.

Când presiunea este peste 770 GPa, electronii aflați în orbitalii interiori vor interacționa în osmiu, dar structura metalului nu se va schimba deloc.

Metode de obținere a substanței

Osmiul este cel mai adesea depozitat sub formă de pulbere. În această formă, metalul reacționează ușor și poate fi tratat termic fără dificultate. Os nu se topește și nu poate fi marcat dacă metalul este în forma sa pură.

Folosind razele electronice (uneori cu arc), metalul este produs în lingouri. Cristalele simple sunt create folosind topirea zonei. Dar această metodă de fabricație este foarte costisitoare și, prin urmare, prețul produselor create este mare. Dar există oameni unici care știu să creeze cristale din pulbere. Acesta este un proces lung și complex care necesită multă energie, dar există încă rezultate.

Se spunea anterior că osmiul are un miros neplăcut. Substanța tetroxid este utilizată pe scară largă în medicină. Este numit în glumă „frumos și parfumat”. Cristalele de tetroxid pot fi făcute acasă, dar aveți grijă deoarece substanța este toxică.

De exemplu, pentru a ucide un șoarece cu tetroxid, este nevoie de 40 de ori mai puțin din această substanță decât acidul cianhidric (considerat o otravă recunoscută împotriva rozătoarelor). Acest efect dăunător se explică prin faptul că, la intrarea în organism, substanța devine instantaneu metalică. Acest lucru provoacă leziuni ale tractului respirator și ale vederii. Dar, în ciuda acestui fapt, OsO4 este utilizat pe scară largă ca colorant în industria chimică.

Cum afectează Os corpul ființelor vii?

Elementul este foarte dăunător și toxic pentru ființele biologice. Când osmiul este inhalat, plămânii eșuează (apare umflarea), iar creatura vie dezvoltă anemie.

Atunci când chiar și o cantitate mică de substanță se află în aer, o persoană experimentează lăcrimare, durere în ochi și se poate dezvolta conjunctivită.

Respirația devine dificilă, apar spasme în bronhii și gust metalic în gură. Dacă o persoană nu este îndepărtată la timp din zona afectată, el sau ea se confruntă cu riscul de orbire, tulburări ale rinichilor, sistemului nervos și tractului gastrointestinal. Moarte posibilă.

Metalul afectează și integritatea pielii. Devine negru sau verde. Pe ea apar ulcere și vezicule. Țesutul începe să moară.

Puteți fi otrăvit de osmiu la locul de muncă dacă cantitatea de această substanță din aer este ușor depășită. În multe unități de producție moderne, osmiul este prezent în aer, deși, conform experților, concentrația sa în aer nu ar trebui să fie prezentă deloc.

Tabelul 1 - prețul osmiului (1 g) în comparație cu alte metale prețioase (piață).

Concluzie

Deși osmiul este considerat unul dintre cele mai scumpe metale de pe planetă, prețul său de piață nu este atât de mare. De exemplu, 1 gram de aur poate fi cumpărat pentru 2000-2500 de ruble. În timp ce osmiul costă aproximativ 1800 de ruble pe gram.

Costul osmiului variază peste tot, dar numai Kazahstanul îl vinde la cel mai ieftin preț non-piață. Cert este că nu numai osmiul, ci și izotopul său (osmiul 187) este comercializat pe piața mondială. Este al doilea care are un cost fabulos, datorita dificultatii de prelucrare, separare de alti izotopi si utilizare limitata.

Acum este clar cât costă osmiul 187 și OS obișnuit la prețul pieței. Os obișnuit este un amestec de izotopi.

Osmiul este un element chimic din sistemul corespunzător de elemente chimice. În starea sa normală, este un metal de tranziție din grupul platinei sub forma unui metal alb strălucitor de o nuanță argintie cu o tentă albastră. Acest tip de material are cea mai mare densitate printre altele, alături de iridiu, cu toate acestea, acesta din urmă este ușor inferior.

Acest tip de material este izolat din materii prime din metal platină îmbogățit prin perforarea la o temperatură de 800 până la 900 de grade Celsius în aer.

Tabel de greutate specifică a osmiului

Deoarece osmiul este un material complex, nu este posibil să se calculeze în mod independent greutatea sa specifică în câmp. Aceste calcule sunt efectuate în laboratoare chimice speciale. Cu toate acestea, greutatea specifică medie a osmiului este cunoscută și este egală cu 22,61 g/cm3.

Pentru a simplifica calculele, mai jos este un tabel cu valorile greutății specifice a osmiului, precum și greutatea acestuia în funcție de unitățile de calcul.

Proprietățile osmiului

Acest material este fragil, dar, în același timp, un metal foarte dur, cu o greutate specifică mare. Este dificil de prelucrat din cauza fragilității, durității și punctului de topire ridicat, precum și a presiunii scăzute a vaporilor. Punctul de topire al osmiului este de 3033 grade Celsius, iar punctul de fierbere este de 5012 grade Celsius. Acest tip de material aparține grupului de materiale paramagnetice.

Osmiul sub formă de pulbere reacționează bine cu halogenii, seleniul, fosforul, oxigenul, vaporii de sulf, acidul sulfuric și azotic atunci când este încălzit. Nu interacționează în formă compactă cu alcalii și acizii. Are o rată de reacție scăzută cu acva regia și acid azotic.

Acest tip de material este unul dintre puținele metale care formează grupări sau compuși polinucleari.

Nu are niciun efect asupra rolului biologic al organismelor vii și este extrem de toxic.

Obținerea osmiului

Nu se găsește în mod natural în natură. Acest material este întotdeauna asociat cu un alt tip de metal din grupul de platină - iridiu. Osmiul este extras împreună cu platina. Când este procesat, iridiu osmic este eliberat, care este împărțit în componente separate - iridiu și osmiu. Osmiul este apoi purificat, tratat cu acizi și redus cu hidrogen într-un cuptor electric, rezultând metal pur cu o concentrație de până la 99,9 la sută.

Aplicații ale osmiului

Este utilizat pe scară largă ca catalizator pentru reacții și componentă a aliajelor cu iridiu. Ar trebui evidențiate direcțiile principale:

Osmiul este un element chimic cu număr atomic 76 în Tabelul periodic al elementelor chimice al lui D.I Mendeleev, notat cu simbolul Os (lat. Osmiu).

Numărul atomic - 76

Masa atomică - 190,23

Densitate, kg/m³ - 22500

Punct de topire, °C - 3000

Capacitate termică, kJ/(kg °C) - 0,13

Electronegativitatea - 2.2

Raza covalentă, Å - 1,26

prima ionizare potenţial, eV - 8,70

Istoria descoperirii osmiului

În 1804, celebrul om de știință englez William Wollaston, după ce a intrigat foarte mult lumea științifică (mai multe despre acest lucru sunt descrise în eseul despre paladiu „Gluma chimistului englez”), a raportat la o reuniune a Societății Regale că, în timp ce analiza crud (naturale). ) platină, a descoperit în ea metale necunoscute anterior, pe care le-a numit paladiu și rodiu. Ambele au fost găsite în acea parte a platinei care s-a dizolvat în acva regia, dar această reacție a lăsat și un reziduu insolubil. Asemenea unui magnet, a atras mulți chimiști, care au crezut pe bună dreptate că în el poate fi ascuns un element necunoscut până acum.

Francezii Collet-Descotilles, Fourcroix și Vauquelin au fost aproape de succes. Ei au observat de mai multe ori că, atunci când platina brută a fost dizolvată în acva regia, a fost eliberat fum negru, iar când reziduul insolubil a fost fuzionat cu potasiu caustic, s-au format compuși care „nu s-au opus” dizolvării.

Fourcroix și Vauquelin au sugerat că elementul dorit se evaporă parțial sub formă de fum, iar acea parte a acestuia care nu reușește să „evacueze” în acest fel oferă toată rezistența posibilă agresorului, nedorind nici măcar să se dizolve în el. Oamenii de știință s-au grăbit să dea noului element un nume - „pten”, care în greacă înseamnă „înaripat, zburător”.

Dar acest nume a fluturat ca un fluture și s-a scufundat în uitare, deoarece Tennant a reușit curând să separe „puiul”: de fapt, era un aliaj natural din două metale diferite. Omul de știință a numit unul dintre ele iridiu - pentru varietatea de culori ale sărurilor, iar celălalt - osmiu, deoarece tetroxidul său, eliberat atunci când produsul de fuziune a osmiridiului (cum a devenit cunoscut mai târziu fostul „pten”) cu alcalii a fost dizolvat. în acid sau apă, avea un miros neplăcut, iritant, asemănător în același timp cu mirosurile de clor și ridichi putrezite. Mai târziu, s-a dovedit că metalul în sine este capabil să emită o „aromă” similară, deși mai slabă: osmiul măcinat fin se oxidează treptat în aer, transformându-se în tetroxid.

Aparent, lui Tennant nu i-a plăcut acest miros și a decis să-l imortalizeze în numele elementului pe care și-a descoperit cea mai puternică impresie de la prima întâlnire cu el.

Ei te întâlnesc după hainele lor, îi deslușesc prin inteligența lor. Și dacă mirosul și culoarea - staniu-alb cu o tentă gri-albastru - pot fi considerate „îmbrăcămintea” osmiului, atunci caracteristicile sale ca element chimic și ca metal, conform acestui proverb, ar trebui atribuite „minții”. ”.

Deci cu ce se poate lăuda eroul nostru? În primul rând, după cum am menționat deja, prin originea sa nobilă. Aruncă o privire la tabelul periodic al elementelor: în partea dreaptă, grupul de platină, format din două triade, se află deoparte. Triada superioară include metale ușoare de platină - ruteniu, rodiu, paladiu (totul în lume este relativ: orice reprezentant al acestei trinități este de peste o dată și jumătate mai greu decât fierul). A doua triadă a reunit adevărați eroi grei - osmiu, iridiu și platină.

Este interesant că pentru o lungă perioadă de timp oamenii de știință au aderat la această ordine de creștere a greutăților atomice ale acestor elemente: platină - iridiu - osmiu. Dar când D.I Mendeleev și-a creat sistemul periodic, a trebuit să verifice cu atenție, să clarifice și, uneori, să corecteze greutățile atomice ale multor elemente. Nu a fost ușor să faci toată această muncă de unul singur, așa că Mendeleev a implicat în lucrare și alți chimiști. Deci, când i s-a recomandat Yu.V. Lermontov, care nu era doar o rudă a marelui poet, ci și un chimist de înaltă calificare, omul de știință i-a cerut să clarifice greutățile atomice ale platinei, iridului și osmiului, deoarece acestea i-au provocat mari îndoieli.

În opinia sa, osmiul ar trebui să aibă cea mai mică greutate atomică, iar platina ar trebui să aibă cea mai mare. O serie de experimente precise conduse de Lermontova au confirmat corectitudinea creatorului legii periodice. Astfel, a fost determinată aranjarea actuală a elementelor din această triadă - totul a căzut la locul lor.

Osmiul nu a fost găsit în formă nativă. Se găsește în minereurile polimetalice care conțin și platină și paladiu (minereuri sulfurate de cupru-nichel și cupru-molibden). Principalele minerale ale osmiului sunt aliajele naturale de osmiu și iridiu (nevyanskite și sysertskite) aparținând clasei soluțiilor solide. Uneori, aceste minerale apar independent, dar cel mai adesea iridiul osmic face parte din platina nativă. Principalele zăcăminte de iridiu osmic sunt concentrate în Rusia (Siberia, Urali), SUA (Alaska, California), Columbia, Canada și țările din Africa de Sud. Osmiul se găsește și sub formă de compuși cu sulf și arsen (erlichmanit, laurit de osmiu, osarit). Conținutul de osmiu din minereuri nu depășește de obicei 1·10−3%.

Împreună cu alte metale nobile, se găsește în meteoriții de fier.

În natură, osmiul se găsește în șapte izotopi, dintre care 6 sunt stabili: 184 Os, 187 Os, 188 Os, 189 Os, 190 Os și 192 Os. Cel mai greu izotop (osmiu-192) reprezintă 41%, cel mai ușor izotop (osmiu-184) doar 0,018% din totalul „rezervelor”. Osmiul-186 este supus dezintegrarii alfa, dar având în vedere timpul său de înjumătățire excepțional de lung de (2,0±1,1)×10 15 ani, poate fi considerat practic stabil. Conform calculelor, alți izotopi naturali sunt, de asemenea, capabili de descompunere alfa, dar cu un timp de înjumătățire și mai lung, astfel încât dezintegrarea lor alfa nu a fost observată experimental. Teoretic, dezintegrarea beta dublă este posibilă pentru 184 Os și 192 Os, care, de asemenea, nu a fost observată prin observații.

Izotopul osmiu-187 este rezultatul descompunerii izotopului reniu (187 Re, timp de înjumătățire 4,56×10 10 ani). Este utilizat în mod activ la datarea rocilor și meteoriților (metoda reniu-osmiu). Cea mai cunoscută utilizare a osmiului în metodele de datare este metoda iridium-osmium, care a fost folosită pentru a analiza cuarțul din stratul limită care separă perioadele Cretacic și Terțiar.

Separarea izotopilor de osmiu este o sarcină destul de complexă. Acesta este motivul pentru care unii izotopi sunt destul de scumpi. Primul și singurul exportator de osmiu pur-187 este Kazahstanul, care din ianuarie 2004 a oferit oficial această substanță la prețuri de 10.000 USD per 1 gram.

Osmiul-187 nu are o utilizare practică pe scară largă. Potrivit unor rapoarte, scopul operațiunilor cu acest izotop era spălarea capitalului ilegal.

• în scoarța terestră - 0,007 g/t
• în peridotite - 0,15 g/t
• în eclogite - 0,16 g/t
• în formaţiuni dunite-peridotite - 0,013 g/t
• în formaţiuni de piroxenită - 0,007 g/t

Osmiul nativ nu a fost găsit în natură. Este întotdeauna asociat în minerale cu un alt metal din grupa platinei - iridiu. Există un întreg grup de minerale de osmidă de iridiu. Cel mai comun dintre acestea este nevyanskite, un aliaj natural al acestor două metale. Conține mai mult iridiu, motiv pentru care nevyanschitul este adesea numit pur și simplu iridiu osmic. Dar un alt mineral - sysertskite - se numește iridură de osmiu - conține mai mult osmiu... Ambele minerale sunt grele, cu un luciu metalic și acest lucru nu este surprinzător - așa este compoziția lor. Și este de la sine înțeles că toate mineralele din grupul iridiului osmic sunt foarte rare.

Uneori, aceste minerale apar independent, dar cel mai adesea iridiul osmic face parte din platina brută nativă. Principalele rezerve ale acestor minerale sunt concentrate în URSS (Siberia, Urali), SUA (Alaska, California), Columbia, Canada și țările din Africa de Sud.

Desigur, osmiul este extras împreună cu platina, dar rafinarea osmiului diferă semnificativ de metodele de izolare a altor metale de platină. Toate acestea, cu excepția ruteniului, sunt precipitate din soluții, în timp ce osmiul este obținut prin distilare din tetroxidul volatil.

Dar înainte de a distila OsO 4, este necesar să se separe osmida de iridiu de platină și apoi să se separe iridiu și osmiu.

Când platina este dizolvată în acva regia, mineralele grupului de osmide de iridiu rămân în precipitat: chiar și acesta dintre toți solvenții nu poate depăși aceste aliaje naturale cele mai stabile. Pentru a le transforma în soluție, precipitatul este topit cu o cantitate de opt ori mai mare de zinc - acest aliaj este relativ ușor de transformat în pulbere. Pulberea este sinterizată cu peroxid de bariu BaO 3 , iar apoi masa rezultată este tratată cu un amestec de acizi azotic și clorhidric direct într-un aparat de distilare pentru a îndepărta OsO 4 .

Se captează cu o soluţie alcalină şi se obţine o sare din compoziţia Na 2 OsO 4 . O soluție din această sare este tratată cu hiposulfit, după care osmiul este precipitat cu clorură de amoniu sub formă de sare Fremy Cl2. Precipitatul este spălat, filtrat și apoi calcinat într-o flacără reducătoare. Așa se face că osmiul spongios nu este încă suficient de pur.

Apoi este purificat prin tratare cu acizi (HF și HCl) și redus în continuare într-un cuptor electric într-un curent de hidrogen. După răcire, se obţine metal cu o puritate de până la 99,9% O 3.

Aceasta este schema clasică de obținere a osmiului - un metal care este încă folosit extrem de limitat, un metal care este foarte scump, dar destul de util.

Duritatea ridicată și refractaritatea excepțională fac posibilă utilizarea osmiului pentru acoperirea unităților de frecare.

Osmiul este primul element în densitate. Densitatea sa este de 22,61 g/cm³.

Osmiul este un metal de staniu alb cu o nuanță gri-albastru. Este cel mai greu dintre toate metalele și unul dintre cele mai dure. Cu toate acestea, buretele de osmiu poate fi măcinat în pulbere deoarece este fragil.

Rețea cristalină hexagonală de tip Mg, a = 0,27353 nm, c = 0,43191 nm, z = 2, spații. grupa P63/mmc;

Osmiul se topește la o temperatură de aproximativ 3000°C, iar punctul său de fierbere nu a fost încă determinat cu precizie. Se crede că se află undeva în jurul valorii de 5500°C.

Densitatea metalului 22,61 g/cm3; punct de topire 31,8 kJ/mol, temperatura de evaporare 747,4 kJ/mol; presiunea aburului 2,59 Pa (3000 °C), 133 Pa (3240 °C); 1,33 kPa (3640°C), 13,3 kPa (4110°C); coeficient de temperatură de dilatare liniară 5·10 -6 K -1 (298 K); conductivitate termică 0,61 W/(cm K); conductivitate 9,5 μΩ cm (20°C), coeficient de temperatură. Conductivitate 4,2·10 -3 K -1; paramagnetic, magnetic susceptibilitate + 9,9·10 -6; temperatura de tranziție la starea supraconductoare 0,66 K; Duritate Vickers 3-4 GPa, Mohs 7; modul elastic normal 56,7 GPa; modul de forfecare 22 GPa.

Ca și alte metale de platină, osmiul prezintă mai multe valențe: 0, 2+, 3+, 4+, 6+ și 8+. Cel mai adesea puteți găsi compuși ai osmiului tetra și hexavalent. Dar atunci când interacționează cu oxigenul, acesta prezintă o valență de 8+.

Când este încălzită, pulberea de osmiu reacţionează cu oxigenul, halogenii, vaporii de sulf, seleniul, telurul, fosforul, acizii nitric şi sulfuric. Osmiul compact nu reacționează nici cu acizii, nici cu alcalii, dar formează osmați solubili în apă cu alcalii topiți. Reacționează lent cu acidul azotic și acva regia, reacționează cu alcalii topiți în prezența agenților de oxidare (nitrat de potasiu sau clorat) și cu peroxid de sodiu topit. În compuși, prezintă stări de oxidare +4, +6, +8, mai rar altele de la +1 la +7.

În starea sa compactă, osmiul este rezistent la oxidare până la 400 °C. Osmiul compact nu se dizolvă în acid clorhidric fierbinte și apă regia fierbinte. Osmiul fin dispersat este oxidat de HNO 3 şi fierbind H 2 SO 4 la OsO 4, când este încălzit, reacţionează cu F 2, Cl 2, P, Se, Te, etc. Os metalic poate. transferat în soluție prin fuziune cu alcalii în prezența agenților de oxidare, care formează săruri ale acidului osmic H2OsO4-osmat(VI), care este instabil în stare liberă. Când OsO4 reacționează cu KOH în prezența etanolului sau prin radiație cu KNO2, se obține și osmatul(VI)K2 sau K2OsO42H2O cu etanol la hidroxid Os(OH). ) 4 (negru) , care într-o atmosferă de N 2 este deshidratat la dioxid de OsO 2. Se cunosc perosmații M 2, unde X = OH, F, formați prin interacțiunea unei soluții de OsO 4 cu o soluție alcalină concentrată.

O caracteristică remarcabilă a tetroxidului de osmiu este că solubilitatea sa în lichide organice este mult mai mare decât în ​​apă. Deci, în condiții normale, doar 14 grame din această substanță sunt dizolvate într-un pahar cu apă și peste 700 de grame într-un pahar de tetraclorură de carbon.

Într-o atmosferă de vapori de sulf, pulberea de osmiu se aprinde ca un chibrit, formând sulfură. Fluorul omnivor la temperatura camerei nu dăunează osmiului, dar atunci când este încălzit la 250-300 C, se formează o serie de fluoruri. Deoarece cele două fluoruri volatile de osmiu au fost preparate pentru prima dată în 1913, se credea că formulele lor sunt OsF6 și OsF8. Dar în 1958, s-a dovedit că fluorura OsF8, care „a trăit” în literatura chimică timp de aproape jumătate de secol, nu a existat niciodată, iar acești compuși corespundeau formulelor OsF5 și OsF6. Relativ recent, oamenii de știință au reușit să obțină o altă fluorură, OsF7, care, atunci când este încălzită peste 100 C, se descompune în OsF6 și fluor elementar.

Unul dintre principalele avantaje ale osmiului este duritatea sa foarte mare; În acest sens, puține metale pot concura cu el. De aceea, la crearea aliajelor cu cea mai mare rezistență la uzură, în compoziția acestora este introdus osmiul. Pixurile cu vârf de aur nu sunt neobișnuite. Dar aurul este un metal destul de moale și, de-a lungul multor ani de muncă, stiloul trebuie să parcurgă kilometri lungi pe hârtie la voința proprietarului său. Desigur, hârtia nu este o pilă sau șmirghel, dar doar câteva metale pot rezista unui astfel de test. Și totuși vârfurile penelor fac față acestui rol dificil. Cum? Secretul este simplu: sunt de obicei realizate din aliaje de osmiu cu alți platinoizi, cel mai adesea din osmiridiu, pe care îl cunoașteți deja. Fără exagerare, putem spune că un stilou „blindat” cu osmiu nu poate fi demolat.

Duritatea excepțională, rezistența bună la coroziune, rezistența ridicată la uzură și lipsa proprietăților magnetice fac din osmiridiul un material excelent pentru vârful acului busolei, axele și suporturile celor mai precise instrumente de măsurare și mecanisme de ceas. Din el sunt realizate muchii de tăiere ale instrumentelor chirurgicale și tăietoare pentru prelucrarea artistică a fildeșului.

Faptul că osmiul și iridiul „acționează adesea ca un duet” - sub forma unui aliaj natural, se explică nu numai prin proprietățile valoroase ale osmiridiului. dar și prin voința sorții, care dorea ca în scoarța terestră aceste elemente să fie legate prin legături neobișnuit de puternice. Niciun metal nu a fost găsit sub formă de pepite în natură, dar osmida de iridiu și iridul de osmiu sunt minerale binecunoscute (se numesc nevyanskite și, respectiv, sysertskite): iridiul predomină în primul, osmiul în al doilea.

Uneori, aceste minerale apar independent, dar mai des fac parte din platina nativă. Separarea sa în componente (așa-numita rafinare) este un proces care include mai multe etape, la una dintre care precipită osmiridiul. Și poate cel mai dificil și mai scump lucru din toată această „poveste” este separarea osmiului și a iridiului. Dar de multe ori acest lucru nu este necesar: după cum știți deja, aliajul este utilizat pe scară largă în tehnologie și costă mult mai puțin decât, de exemplu, osmiul pur. La urma urmei, pentru a izola acest metal dintr-un aliaj, este necesar să se efectueze atât de multe operații chimice încât doar enumerarea lor ar ocupa mult spațiu. Produsul final al unui lanț lung de proces este osmiul metalic cu o puritate de 99,9%.

Alături de duritate, este cunoscut un alt avantaj al osmiului - refractaritatea.

În ceea ce privește punctul de topire (aproximativ 3000 C), a depășit nu numai frații săi nobili - platinoizii, ci și marea majoritate a altor metale. Datorită refractarității sale, osmiul și-a găsit loc în biografia becului electric: în vremurile când electricitatea își dovedea superioritatea față de o altă sursă de lumină - gazul, omul de știință german K. Auer von Welsbach a propus înlocuirea fibrei de carbon în o lampă incandescentă cu una cu osmiu. Lămpile au început să consume de trei ori mai puțină energie și au oferit o lumină plăcută, uniformă. Dar osmiul nu a rezistat mult în această poziție importantă: la început a fost înlocuit cu tantalul mai puțin rar, dar în curând chiar și acesta a fost forțat să cedeze locul celui mai refractar dintre refractare - wolfram, care își menține până astăzi ceasul de foc.

Ceva similar s-a întâmplat cu osmiul într-un alt domeniu de aplicare - în producția de amoniac. Metoda modernă pentru sinteza acestui compus, propusă în 1908 de celebrul chimist german Fritz Haber, este de neconceput fără participarea catalizatorilor. Primii catalizatori care au fost folosiți în acest scop și-au arătat abilitățile doar la temperaturi ridicate (peste 700 C) și, în plus, nu au fost foarte eficienți.

Încercările de a găsi un înlocuitor pentru ei nu au dus la nimic mult timp. Oamenii de știință de la laboratorul Școlii Tehnice Superioare din Karlsruhe au spus un cuvânt nou în îmbunătățirea acestui proces: au propus utilizarea osmiului fin dispersat ca catalizator. (Apropo, fiind foarte dur, osmiul este în același timp foarte fragil, așa că un burete din acest metal poate fi zdrobit și transformat în pulbere fără prea mult efort.) Experimentele industriale au arătat că jocul merită lumânarea: temperatura a procesului a fost redus cu mai mult de 100 de grade, da, iar producția de produse finite a crescut semnificativ.

În ciuda faptului că mai târziu osmiul a trebuit să părăsească scena și aici (acum, de exemplu, sunt utilizați catalizatori de fier ieftini, dar eficienți pentru sinteza amoniacului), se poate considera că acesta a fost cel care a dus problema importantă mai departe. Osmiul își continuă activitatea catalitică până în zilele noastre: utilizarea sa în reacțiile de hidrogenare a substanțelor organice dă rezultate excelente. Acest lucru se datorează în primul rând cererii mari de osmiu din partea chimiștilor: aproape jumătate din producția sa globală este cheltuită pentru nevoile chimice.

Elementul 76 prezintă, de asemenea, un interes considerabil ca obiect al cercetării științifice. Osmiul natural este format din șapte izotopi stabili cu numerele de masă 184, 186-190 și 192. Este curios că cu cât este mai mic numărul de masă al izotopului acestui element, cu atât este mai puțin frecvent: dacă cel mai greu izotop (osmiu-192) este considerat pentru 41%, atunci cel mai ușor dintre cei șapte „frați” (osmiu-184) are doar 0,018% din totalul „rezervelor”. Deoarece izotopii diferă unul de celălalt numai prin masa atomilor, iar în „înclinațiile” lor fizico-chimice sunt foarte asemănători între ei, este foarte dificil să-i separați. De aceea, chiar și „fărâmiturile” de izotopi ai unor elemente sunt incredibil de scumpe: de exemplu, un kilogram de osmiu-187 este estimat pe piața mondială la 14 milioane de dolari. Adevărat, oamenii de știință au învățat recent să „separe” izotopii folosind raze laser și există speranța că în curând prețurile pentru aceste „bunuri non-de consum” vor fi reduse considerabil.

Dintre compușii de osmiu, tetroxidul său este de cea mai mare importanță practică (da, același căruia elementul își datorează numele). Acționează ca un catalizator în sinteza anumitor medicamente. În medicină și biologie, este folosit ca agent de colorare pentru examinarea microscopică a țesuturilor animale și vegetale. Trebuie amintit că cristalele aparent inofensive galben pal de tetroxid de osmiu sunt o otravă puternică care irită pielea și mucoasele și este dăunătoare pentru ochi.

Oxidul de osmiu este folosit ca colorant negru pentru vopsirea pe porțelan: sărurile acestui element sunt folosite în mineralogie ca agenți puternici. Majoritatea compușilor de osmiu, inclusiv diferite complexe (osmiul prezintă capacitatea inerentă a tuturor metalelor de platină de a forma compuși complecși), precum și aliajele sale (cu excepția osmiridiului deja cunoscut și a unor aliaje cu alți platinoizi, wolfram și cobalt), sunt încă „languind” în așteptarea locului de muncă potrivit.

Halterele și halterele pe care culturistii le folosesc pentru a-și pompa mușchii sunt fabricate din oțel. Proiectilele fabricate din plumb - sau mai bine zis - ar pierde volum semnificativ. Dar este și mai bine să folosiți osmiul pentru a produce greutăți: Un kilogram de osmiu este o minge mică care poate încăpea cu ușurință într-un pumn strâns. O sticlă de jumătate de litru de osmiu pulbere (aceasta este forma în care metalul nobil părăsește pereții plantei de îmbogățire) cântărește considerabil mai mult decât o găleată cu apă.

Dar nu poți găsi pe cineva suficient de curajos să arunce greutăți din osmiu: este prea refractar. Și costul metalului este așa încât un club de atletism ar trebui să lucreze trei sute de ani pentru a cumpăra o ganteră cu osmiu...

Nu este suficient osmiu!

În natură, osmiul apare în principal sub formă de compus cu iridiu, care face parte fie din minereul nativ de platină, fie din minereu de platină-paladiu. Mineralele considerate materii prime pentru exploatarea osmiului conțin în medie o miime de procent din platina grea „relativă”. Pe parcursul întregii perioade de cercetare, nu a fost extrasă nici măcar o pepită de osmiu, nici măcar de cea mai mică dimensiune.

Cantitatea mică și dificultatea obținerii osmiului determină înălțimea prețului acestuia. În urmă cu o jumătate de secol, osmiul era evaluat la șapte până la opt ori mai scump decât aurul. Speculațiile din ultimii ani au dus la oferte absolut nebunești: un gram de osmiu a fost vândut atât cu 10 mii, cât și cu 200 mii de dolari. A fost vândut, dar nu a fost vândut: osmiul nu este utilizat în mod activ, deși este folosit în unele locuri.

Descoperirea osmiului

Wollaston, care a experimentat cu minereuri de platină, a fost aproape de descoperirea osmiului. Încurajați de succesele sale, francezii Antoine de Fourcroix și Louis-Nicolas Vauquelin și-au început propriile cercetări și și-au asumat corect existența unui nou element, care s-a evaporat sub formă de fum negru în timpul experimentelor.

Fourcroix și Vauquelin au dat substanței numele „pten” - care înseamnă „volatil”, și s-au calmat, așteptând recunoașterea. Cu toate acestea, chimistul englez Smithson Tennant a împărțit „ptenul” în două metale înrudite, dintre care unul era numit iridiu pentru varietatea de culori ale compușilor săi, iar al doilea, din cauza mirosului său iritant, a fost numit osmiu.

Aceste evenimente importante au loc în anul 1803, generos cu descoperiri.

Proprietățile osmiului

Până de curând, punctele de topire și de fierbere erau considerate condițional egale cu 3000° și 5000°C: nu existau mijloace pentru verificarea la scară completă a calculelor. Cu doar câțiva ani în urmă a fost posibil să se clarifice parametrii fizici ai metalului. Aparent, se dovedește că este mai bine să gătiți aliaje de osmiu pe suprafața Soarelui...

Aspectul osmiului este interesant. Solidificându-se din topire, osmiul formează cristale dure și fragile, a căror strălucire argintie este umbrită de o nuanță gri-albastru (și chiar albastru). Avantajele externe ale osmiului ar putea atrage bijutieri, dar activitatea chimică ridicată a metalului și toxicitatea compușilor acestuia exclud posibilitatea utilizării acestei platine în bijuterii.

Aplicații ale osmiului

Catalizatorii de osmiu sunt utilizați în hidrogenarea compușilor organici, în producția de medicamente și în sinteza amoniacului. Adevărat, costul ridicat al metalului îi obligă pe industriași să caute înlocuitori la prețuri accesibile, iar astăzi osmiul devine din ce în ce mai puțin obișnuit în industria chimică.

Topoarele, suporturile și prizele de susținere pentru instrumentele de măsurare de înaltă precizie sunt fabricate din osmiu solid și nemagnetic. Și deși suporturile de rubin sunt mai dure și mai ieftine decât cele cu osmiu, durabilitatea metalului este uneori de preferată pentru fabricarea instrumentelor.

Osmiul este periculos și necesită prudență

Este aproape imposibil de evitat oxidarea osmiului, dacă metalul intră în contact cu oxigenul atmosferic. Prin urmare, nu se utilizează osmiu în