Осмій

Осмій (Os)
Осмій (Os)
Атомний номер	76
Зовнішній вигляд простої речовини	; Синьо-білий, блискучий; твердий метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)	190,23 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома	135 пм
Енергія іонізації (перший електрон)	819,8(8,50) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація	[Xe] 4f14 5d6 6s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	126 пм
Радіус іона	(+6e) 69 (+4e) 88 пм
Електронегативність (за Полінгом)	2,2
Електродний потенціал	—
Ступені окиснення	8, 6, 4, 3, 2, 0, -2
Термодинамічні властивості
Густина	22,57 г/см³
Молярна теплоємність	0,131 Дж/(К·моль)
Теплопровідність	(87,6) Вт/(м·К)
Температура плавлення	3327 К
Теплота плавлення	31,7 кДж/моль
Температура кипіння	5300 К
Теплота випаровування	738 кДж/моль
Молярний об'єм	8,43 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки	гексагональна
Період ґратки	2,740 Å
Відношення с/а	1,579
Температура Дебая	n/a К
Інші властовості
Критична точка	н/д
	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; t_плав 3027 °C, t_кип 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].

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 %	$\infty$
188	13,24 %	$\infty$
189	16,15 %	$\infty$
190	26,26 %	$\infty$
192	40,78 %	$\infty$

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 Os^177m (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:

\mathrm {OsO_{2}(NH_{3})_{4}Cl_{2}+3\ H_{2}\longrightarrow }

\mathrm {Os+4\ NH_{4}^{+}+2\ Cl^{-}+2\ OH^{-}}

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

↑ СБУ запобігла нелегальному вивезенню з України партії одного з найдорожчих у світі металів. SSU (укр.). Процитовано 23 грудня 2021.
↑ Isotopes of the Element Osmium(англ.)
↑ Геохімічна характеристика осмію в різних природних середовищах
↑ Осарсит
↑ Bulk modulus of osmium, 4–300 K
↑ Barnard, C. F. J. (2004). Oxidation States of Ruthenium and Osmium. Platinum Metals Review. 48: 157. doi:10.1595/147106704X10801.
↑ 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.
↑ 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.
↑ 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|
↑ 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.
↑ 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

[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.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]