Osmium

Osmium
←  Rhenium | Iridium  →
76 Ru ↑ Os [1] ↓ hs 76 Os [1]
Udseende af et simpelt stof
Sølvhvidt skinnende hårdt metal med en blålig nuance
Osmiumkrystaller med en renhed på 99,99%, dyrket ved kemisk transport
Atom egenskaber
Navn, symbol, nummer	Osmium / Osmium (Os), 76
Atommasse ( molær masse )	190.23(3) [2]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration	[Xe] 4f 14 5d 6 6s 2
Atomradius	135 kl
Kemiske egenskaber
kovalent radius	126  kl
Ion radius	(+6e) 69 (+4e) 88  kl
Elektronegativitet	2.2 (Pauling-skala)
Elektrodepotentiale	+0,850
Oxidationstilstande	8, 6, 4, 3, 2, 0, -2
Ioniseringsenergi (første elektron)	819,8(8,50)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof
Tæthed ( i.a. )	22.587/22.61 [3] [4]  g/cm³
Smeltetemperatur	3306K ( 3033 °C) [4]
Kogetemperatur	5285 K (5012 °C) [4]
Oud. fusionsvarme	31,7 kJ/mol
Oud. fordampningsvarme	738 kJ/mol
Molær varmekapacitet	24,7 [5]  J/(K mol)
Molært volumen	8,43  cm³ / mol
Krystalgitteret af et simpelt stof
Gitterstruktur	sekskantet
Gitterparametre	a  = 2,734 c  = 4,317 [6]
c / a -forhold	1.579
Andre egenskaber
Varmeledningsevne	(300 K) (87,6) W/(m K)
CAS nummer	7440-04-2
længst levede isotoper
Isotop Udbredelse _ Halvt liv Decay kanal Forfaldsprodukt 184 Os 0,02 % 3,0⋅10 13  år α 180W _ 185 Os synth. 93,6 dage EZ 185 Vedr 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 dage β - 191 Ir 192 Os 40,78 % stabil - - 193 Os synth. 30.11 dage β - 193 Ir 194 Os synth. 6 år β - 194 Ir

Osmium ( lat.  Osmium ) er et kemisk grundstof med atomnummer 76 i det periodiske system for kemiske grundstoffer af D. I. Mendeleev , betegnet med symbolet Os . Under standardforhold er det et skinnende sølvhvidt metal med en blålig nuance . Overgangsmetal , refererer til platinmetallerne . Sammen med iridium har det den højeste tæthed blandt alle simple stoffer. Ifølge teoretiske beregninger er dens tæthed endnu højere end iridiums [7] .

Navnets oprindelse

Navnet osmium kommer fra andet græsk. ὀσμή "lugt", da de kemiske reaktioner ved opløsning af den alkaliske legering af osmiridium (uopløselig rest af platin i aqua regia ) i vand eller syre ledsages af frigivelsen af ​​en ubehagelig, vedvarende lugt af osmiumtetroxid OsO 4 , som irriterer halsen , svarende til lugten af ​​klor eller rådden radise [8] .

Historie

Osmium blev opdaget i 1803 af den engelske kemiker Smithson Tennant i samarbejde med William H. Wollaston [9] i resterne efter opløsning af platin i aqua regia . Lignende undersøgelser blev udført af de franske kemikere Collet-Descoti , Antoine de Fourcroix og Vauquelin , som også kom til konklusionen om indholdet af et ukendt grundstof i den uopløselige rest af platinmalm. Det hypotetiske grundstof fik navnet Pten ( græsk πτηνός  - bevinget), men Tennants forsøg viste, at det var en blanding af to grundstoffer - iridium og osmium.

Opdagelsen af ​​de nye grundstoffer blev dokumenteret i et brev fra Tennant til Royal Society of London dateret 21. juni 1804 [9] [10] .

Fysiske egenskaber

Osmium er et grå-blåligt, hårdt, men skørt metal med en meget høj vægtfylde .

Bevarer sin glans selv ved høje temperaturer. På grund af dets hårdhed, skørhed, lave damptryk (det laveste blandt alle platinmetaller ), samt et meget højt smeltepunkt , er osmium svært at bearbejde. Osmium anses for at være det tætteste af alle simple stoffer, og det overgår lidt iridium i denne parameter [11] . De mest pålidelige tæthedsværdier for disse metaller kan beregnes ud fra parametrene for deres krystalgitre : 22.562 ± 0.009 g/cm³ for iridium og 22.587 ± 0.009 g/cm³ for osmium [3] . Ifølge data for 2013 er tætheden af ​​osmium endnu højere - den er 22,61 g/cm 3 [4] . Når man sammenligner forskellige isotoper af disse grundstoffer, viser 192 Os sig at være den tætteste . Den usædvanligt høje tæthed af osmium forklares af lanthanidkontraktion [3] samt et sekskantet tætpakket krystalgitter .

Osmium smelter ved 3306 K (3033 °C) [4] og koger ved 5285 K (5012 °C) [4] . Overgangstemperaturen til den superledende tilstand er 0,66 K; hårdhed ifølge Vickers  - 3-4 GPa, ifølge Mohs skala  - 7 [12] ; modul for normal elasticitet  , 56,7 GPa; forskydningsmodul  - 22 GPa [5] . Osmium er en paramagnet (magnetisk modtagelighed er 9,9⋅10 −6 [5] ).

Ved tryk i størrelsesordenen 770 GPa begynder elektroner i de indre orbitaler at interagere i metallisk osmium, men materialets struktur ændres ikke [13] [14] .

Kemiske egenskaber

Osmiumpulver, når det opvarmes, reagerer med oxygen, halogener, svovldamp, selen, tellur, fosfor, salpetersyre og svovlsyre. Kompakt osmium interagerer ikke med hverken syrer eller baser, men danner vandopløselige osmater med alkalismelter. Reagerer langsomt med salpetersyre og aqua regia , reagerer med perchlorsyre, danner opløseligt perchlorat, reagerer med smeltede alkalier i nærvær af oxidationsmidler (kaliumnitrat eller chlorat), med smeltet natriumperoxid .

I forbindelser udviser den oxidationstilstande fra -2 til +8, hvoraf de mest almindelige er +2, +3, +4 og +8 [15] .

Osmium er et af de få metaller, der danner polynukleære (eller klynge ) forbindelser. Osmium polynukleær carbonyl Os 3 (CO) 12 bruges til at modellere og studere de kemiske reaktioner af kulbrinter på metalcentre [16] [17] [18] . Carbonylgrupper i Os 3 (CO) 12 kan erstattes af andre ligander [19] , herunder dem der indeholder klyngekerner af andre overgangsmetaller [20] .

At være i naturen

Indholdet af osmium i jordskorpen er cirka 5·10 −6  vægtprocent [21] .

I den native tilstand forekommer osmium i form af faste opløsninger med iridium, der indeholder fra 10% til 50% osmium. Osmium findes i komplekse malme , der også indeholder platin og palladium (sulfid kobber-nikkel og kobber-molybdæn malme), i platinmineraler og affald fra forarbejdning af guldholdige malme [21] . De vigtigste mineraler i osmium er naturlige legeringer af osmium og iridium ( nevyanskite og sysertskite ), der tilhører klassen af ​​faste opløsninger [21] . Nevyanskit danner tætte (17-22 g/cm 3 ) hvide eller lysegrå lamelformede sekskantede krystaller med en hårdhed på 6-7 på Mohs-skalaen [21] . Osmiumindholdet i nevyanskite kan nå 21-49,3 % [21] .

Sysertskite findes ofte sammen med nevyanskite. Det er grå krystaller med sekskantet struktur med en hårdhed på 6 punkter ifølge Mohs og en tæthed på 17,8-22,5 g/cm 3 [21] . Ud over osmium og iridium kan dette mineral nogle gange indeholde ruthenium [21] .

Nogle gange opstår disse mineraler alene, men oftere er osmium iridium en del af naturligt platin .

Indskud

De vigtigste aflejringer af osmisk iridium er koncentreret i Rusland ( Sibirien , Ural ), USA ( Alaska , Californien ), Columbia , Canada , Sydafrika , Tasmanien , Australien . Kasakhstan er den eneste eksportør af rent osmium [22] .

Forekomsterne af Bushveld-komplekset i Republikken Sydafrika har de største reserver [23] .

Osmium forekommer også som forbindelser med svovl og arsen ( erlichmanit , osmiumlaurit , osarsit ). Indholdet af osmium i malme overstiger som udgangspunkt ikke 1⋅10 −5 .

Sammen med andre ædelmetaller findes den som en del af jernmeteoritter .

Isotoper

Kendte isotoper af osmium med massetal fra 161 til 197 (antal protoner 76, neutroner fra 85 til 121) og 9 nukleare isomerer . I naturen forekommer osmium i form af syv isotoper, hvoraf 6 er stabile: 184 Os ( isotopforekomst 0,018%), 187 Os (1,64%), 188 Os (13,3%), 189 Os (16,1%), 190 Os . (26,4%) og 192 O'er (41,1%) [5] . En anden isotop ( 186 Os, isotopisk overflod 1,59%) har en enorm halveringstid , (2,0 ± 1,1)⋅10 15 år, hvilket er meget længere end universets alder .

Isotopen osmium-187 er resultatet af henfaldet af rheniumisotop 187 Re med en halveringstid på 4,56⋅10 10 år. Forholdet mellem den isotopiske sammensætning af 187 Os/ 188 Os og 187 Re/ 188 Os gør det muligt at bestemme alderen på sten og meteoritter ( rhenium-osmium metoden ). Også kendt er iridium-osmium-metoden til radioisotopdatering, som blev brugt til at analysere kvarts fra grænselaget, der adskiller kridttiden og tertiærperioden .

Adskillelsen af ​​osmiumisotoper er en ret vanskelig opgave. Derfor er nogle isotoper ret dyre. Den første og eneste eksportør af ren osmium-187 er Kasakhstan , som siden januar 2004 officielt har tilbudt dette stof til en pris på $10.000 pr. 1 gram [24] . Osmium-187 har ikke en bred praktisk anvendelse. Ifølge nogle rapporter var formålet med operationer med denne isotop "hvidvaskning" af ulovlig kapital [25] [26] .

Prævalens

• i jordskorpen - 0,007 g / t
• i peridotitter  - 0,15 g/t
• i eklogitter  - 0,16 g/t
• i dunit -peridotitformationer - 0,013 g/t
• i pyroxenitformationer -  0,007 g/t

Henter

Osmium isoleres fra det berigede råmateriale af platinmetaller ved at kalcinere dette koncentrat i luft ved temperaturer på 800-900 °C. I dette tilfælde sublimeres dampe af meget flygtigt osmiumtetroxid OsO 4 kvantitativt , som derefter absorberes af en opløsning af NaOH .

Ved at fordampe opløsningen isoleres et salt - natriumperosmat , som derefter reduceres med brint ved +120 ° C til osmium:

Osmium opnås i form af en svamp.

Ansøgning

• Høj hårdhed og enestående ildfasthed gør det muligt at anvende osmium som belægning i friktionsenheder.
• Anvendes som katalysator til ammoniaksyntese , hydrogenering af organiske forbindelser, i methanol -brændselscellekatalysatorer .
• Legeringen " osram " ( osmium med wolfram ) blev brugt til at lave filamenter til glødelamper .
• Der er beviser for brugen af ​​osmium til militære formål, som en del af artillerigranater og missilsprænghoveder. Det bruges også i elektronisk udstyr til fly og raketteknologi.
• Komponent af superhårde og slidstærke legeringer med iridium og ruthenium .
• I smykkebranchen.
• Osmiumtetroxid bruges i elektronmikroskopi til at fiksere biologiske objekter [27] .
• En legering af platin (90%) og osmium (10%) bruges i kirurgiske implantater , såsom pacemakere , og til udskiftning af lungeventiler .
• En legering af osmium med aluminium har en usædvanlig høj duktilitet og kan strækkes 2 gange uden at gå i stykker.

Biologisk rolle og fysiologisk virkning

Spiller ikke en biologisk rolle [28] . I luften oxideres det til ekstremt giftigt osmiumtetroxid OsO 4 , og forårsager derfor irritation af øjnene, øvre luftveje, lungebetændelse, nyrernes betændelse [29] .

Se også

• Platingruppe metaller

Noter

1. ↑ 1 2 Wieser M. E. , Coplen T. B. , Wieser M. Grundstoffernes atomvægte 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. Grundstoffernes atomvægte 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Bd. 85 , nr. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
3. ↑ 1 2 3 Arblaster, JW Osmium, det tætteste metal kendt  //  Platinum Metals Review : journal. - 1995. - Bd. 39 , nr. 4 . - S. 164 . Arkiveret fra originalen den 27. september 2011.
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 Osmium : fysiske egenskaber  . WebElements. Hentet 17. august 2013. Arkiveret fra originalen 6. august 2013.
5. ↑ 1 2 3 4 Orlov A. M. Osmiy // Chemical Encyclopedia: i 5 bind / Red.: Knunyants I. L. (chefredaktør). - M . : Sovjetisk encyklopædi, 1992. - T. 3 . - S. 416 . — ISBN 5-85270-039-8 .
6. ↑ Osmium : krystalstruktur  . WebElements. Hentet 17. august 2013. Arkiveret fra originalen 12. august 2013.
7. ↑ Platinmetallernes gitterparametre, tætheder og atomvolumener. 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. ↑ Det kemiske fakultet, Moscow State University . Hentet 26. april 2016. Arkiveret fra originalen 7. april 2016. (ubestemt)
9. ↑ 1 2 Hunt, LB A History of Iridium  //  Platinum Metals Review : journal. - 1987. - Bd. 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. - Bd. 94 . - S. 411-418 . - doi : 10.1098/rstl.1804.0018 . — .
11. ↑ Arblaster, JW Densiteter af osmium og iridium: genberegninger baseret på en gennemgang af de seneste krystallografiske data  //  Platinum Metals Review : journal. - 1989. - Bd. 33 , nr. 1 . - S. 14-16 .
12. ↑ Osmium . Populært bibliotek af kemiske elementer. Hentet 17. august 2013. Arkiveret fra originalen 27. december 2013. (ubestemt)
13. ↑ L. Dubrovinsky, N. Dubrovinskaia, E. Bykova, M. Bykov, V. Prakapenka. Det mest inkompressible metalosmium ved statiske tryk over 750 gigapascal   // Natur . — 2015-09-10. — Bd. 525 , udg. 7568 . - S. 226-229 . — ISSN 0028-0836 . - doi : 10.1038/nature14681 .
14. ↑ Eksklusivt. Styrke og kontrol: Når osmium komprimeres til 7 millioner atmosfærer, opdages en vekselvirkning mellem atomernes indre elektroner . geektimes.ru. Dato for adgang: 26. januar 2016. Arkiveret fra originalen 24. december 2015. (ubestemt)
15. ↑ Barnard, CFJ Oxidationstilstande for ruthenium og osmium   // Platinum Metals Review : journal. - 2004. - Bd. 48 . - S. 157 . - doi : 10.1595/147106704X10801 .
16. ↑ Krause, J. Fremstilling af [Os 3 (CO) 11 ] 2− og dets reaktioner med Os 3 (CO) 12 ; strukturer af [Et 4 N][HOs 3 (CO) 11 ] og H 2 OsS 4 (CO)  (engelsk)  // Journal of Organometallic Chemistry : journal. - 1993. - Bd. 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. Mononukleære hydridoalkylcarbonylkomplekser af osmium og deres polynukleare derivater  (engelsk)  // Inorganic Chemistry : journal. - 1982. - Bd. 21 . - S. 3955-3960 . - doi : 10.1021/ic00141a019 .
18. ↑ Calvert, R. B.; Shapley, JR "Aktivering af kulbrinter ved umættede metalklyngekomplekser. 6. Syntese og karakterisering af Methyldecacarbonylhydridotriosmium, Methylenedecacarbonyldihydridotriosmium og Methylidynenonacarbonyltrihydridotriosmium. Interconversion of Cluster-Bound Methyl and Methylene Ligands" Journal of the American Chemical Society 1977, bind 99, 5225-6. doi : 10.1021/ja00457a077
19. ↑ Tunik SP Anmeldelser: Kemien af ​​carbonylklynger af overgangsmetaller indeholdende labile og hemilabile ligander. Syntese, reaktivitet og perspektiver for anvendelse  (engelsk)  // Russian Chemical Bulletin, International Edition: journal. - 2004. - Bd. 53, nr. 12 . - P. 2657-2669 .
20. ↑ Osipov MV, Nikolskyi AB Syntese og spektroskopisk karakterisering af den heteronukleære diphosphin-forbundne klynge Os 3 (CO) 11 (Ph 2 PCH 2 PPh 2 )Rh 6 (CO) 15  (engelsk)  // Journal of Organometallic Chemistry : journal. - 1992. - 10. april ( bind 426, hæfte 1 ). - S. 105-107 . - doi : 10.1016/0022-328X(92)83165-E .
21. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Ripan R., Chetyanu I. Uorganisk kemi. Kemi af metaller. - M . : Mir, 1972. - T. 2. - S. 629-630. — 871 s.
22. ↑ Hvilket metal i verden leveres kun af Kasakhstan? . inbusiness.kz _ Hentet 5. juli 2021. Arkiveret fra originalen 5. juli 2021. (Russisk)
23. ↑ Seymour, RJ; O'Farrelly, JI Platin-gruppe metaller // Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology  (engelsk) . - Wiley, 2001. - doi : 10.1002/0471238961.1612012019052513.a01.pub2 .
24. ↑ Yulia Zolina. Kasakhstan er officielt sat til salg osmium-187. Det dyreste metal i verden . CentralAsia (22. januar 2004). Hentet 17. august 2013. Arkiveret fra originalen 25. maj 2013. (ubestemt)
25. ↑ "Filosofisk" osmium-187. Er atomsmugling fra Kasakhstan et bluff? . NuclearNo.ru (19. september 2003). "Osmium-187, angiveligt af kasakhisk oprindelse, ophidser igen russernes betændte sind. En af disse dage vil ulovlige distributører af den berygtede isotop blive retsforfulgt i Moskva. Den hovedtiltalte i denne sag er Vladimir Solgalov, som angiveligt modtog to ampuller fra Kasakhstan i begyndelsen af ​​dette år. De indeholdt omkring 5 gram platin." Hentet 17. august 2013. Arkiveret fra originalen 4. marts 2016. (ubestemt)
26. ↑ V. I. Petrik: rører ved portrættet . humanism.al.ru. Hentet 17. august 2013. Arkiveret fra originalen 17. marts 2013. (ubestemt)
27. ↑ Osmium - Los Alamos National Sikkerhed . Hentet 4. maj 2020. Arkiveret fra originalen 16. maj 2020. (ubestemt)
28. ↑ Osmium: biologisk information . Dato for adgang: 8. februar 2014. Arkiveret fra originalen 4. januar 2014. (ubestemt)
29. ↑ Ny opslagsbog af en kemiker og teknolog. radioaktive stoffer. Skadelige stoffer. Hygiejniske standarder / Redaktion: Moskvin A.V. m.fl. - St. Petersborg. : ANO NPO "Professional", 2004. - 1142 s.

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk catalansk Fantastisk norsk Stor russer Brockhaus og Efron Lille Brockhaus og Efron Ny Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis
I bibliografiske kataloger	GND : 4172906-7 J9U : 987007553481505171 LCCN : sh85095926 NDL : 00568958