No Image

Что делают из осмия

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
10 марта 2020

Осмий является наименее потребляемым драгоценным металлом из платиновой группы. Среди причин, тормозящих его активное применение, на первом месте стоит редкостность элемента. Следующей помехой является высокая стоимость металла. Осмий применяется лишь там, где никакое другое сырье или вещество не может быть ему заменой, и при условии получения максимального эффекта.

Главное свойство осмия – его непревзойденная твердость. По данному параметру конкурировать с ним может лишь хром. Именно твердость позволяет наиболее широко использовать этот ценнейший металл в особо точных приборах и инструментах. Изделия, в составе которых есть осмий, обладают самой высокой износоустойчивостью. И неважно, перо ли это для письма, скальпель для операции или резец для работы со слоновой костью.

Отсутствие у металла магнитных свойств делает его незаменимым при изготовлении стрелок и осей для измерительной техники и часовых механизмов. Уникальная тугоплавкость способствует его применению в тех местах, где расположены трущиеся детали. Здесь он используется в виде тончайшего стойкого покрытия.

Благодаря твердости осмий успешно применяется для создания особо прочных сплавов – износостойких и долговечных. С такими металлами как платина и палладий он образует идеальный состав для создания электрических контактов, а с никелем, кобальтом, вольфрамом используется в производстве физически и химически стойких технических наконечников. Самыми распространенными в промышленности являются сплавы осмия с иридием и рутением.

Высокая каталитическая способность металла используется в химии и нефтехимии. В некоторых реакциях осмиевые катализаторы являются более эффективными, чем платиновые. Среди всех соединений элемента, наиболее популярной в применении стала его известная четырехокись. Она выступает катализатором при синтезе лекарственных средств, без нее не обходится синтез аммиака и невозможно произвести гидрирование органики. Есть данные о способности этого драгоценного компонента связывать молекулярный азот. Следует отметить, что на долю химической промышленности приходится почти половина добываемого в мире осмия.

Роль осмия как биопрепарата не доказана. Его соединения используются в качестве красителя при исследовании растительного и животного материала в биологии и медицине. Сплав осмия с платиной является материалом для изготовления сердечных имплантатов, кардиостимуляторов и клапанов.

Применение осмия в авиастроении и ракетостроении

Из этого металла получают насыщенную краску черного цвета для нужд фарфорового производства. Есть сведения о применении осмиевого сырья в авиастроении и ракетостроении, а также в военной промышленности для изготовления боеголовок.

В ювелирном деле доля драгоценного осмия совсем мала. Его добавляют в платиновые сплавы для улучшения прочностных характеристик изделий.

Немалый интерес проявляется к осмию со стороны исследователей как к металлу, содержащему в себе семь различных изотопов.

Большинство сплавов и соединений металла, образованных им разнообразных комплексов, не находят практического применения. Ввиду совсем низкой добычи поиск новых возможностей для его поля деятельности является пока преждевременным. Применение осмия может расшириться лишь с увеличением производства и стабильностью поставки данного сырья. Свойства этого благородного металла, его физические и каталитические характеристики дают предпосылки именно к такому варианту развития событий.

Несколько десятков килограммов в год. Такова выработка осмия. Он входит в топ самых дорогих металлов мира, причем, стоит на втором месте после калифорния.

Сколько дают за один грамм, расскажем позже. Пока же, заметим, что дороговизна сырья обосновывает его применение лишь там, где результат важнее денег .

Результат же осмий обеспечивает тот, на который не способны другие металлы. Почему? Ответом станет перечисление свойств элемента.

Свойства осмия

Осмий – металл, не растворяющийся в кислотах и щелочах. Даже их мощные представители бессильны перед элементом.

Более того, он остается невредимым в царской водке – смеси азотной и соляной кислот. Платина , к группе которой относится осмий, к примеру, царской водке поддается.

Химическая инертность позволяет использовать сплавы с осмием и покрытия из него в агрессивных средах. Конкретные примеры опишем в отдельной главе.

Сырье для продукции, как правило, — порошковый осмий. Получить его не сложно, поскольку, вещество легко крошится.

В форме порошка осмий, хоть медленно, но растворяется в концентратах азотной и серной кислот , реагирует с парами серы , селеном , теллуром и фосфором .

Получить из порошка можно и амальгаму осмия, то есть, его раствор в ртути .

Взаимодействия осмия с другими веществами сопровождается неприятным, резким запахом.

Это «аромат» героя статьи . Имя ему дал первооткрыватель – британский химик Уильям Волластон. С греческого «осмий» переводится, как «запах».

Внешность элемента, напротив, привлекательна. Металл считают одним из самых красивых. Кристаллы осмия серебристо-голубые.

В слитках металл темно-синий, отливает серебром . Порошок элемента насыщенно-фиолетовый.

Однако, при такой внешности, «модельная карьера» у осмия не задалась. Ювелиры не работают с металлом.

Из-за цены, твердости и, одновременно, хрупкости, элемент не поддается механической обработке.

Мешает ей и тугоплавкость вещества. Осмий – элемент, размягчающийся лишь при температуре выше 3000 градусов Цельсия.

То, что не по нраву ювелирам , пригождается в тяжелой промышленности. Для нюансов есть отдельная глава.

Здесь же, стоит сказать, что кроме тугоплавкости, внимания достойна плотность осмия. Это почти 23 грамма на кубический сантиметр.

Такой показатель делает героя статьи самым тяжелым металлом в мире. Насыпьте порошок осмия в пластиковую бутылку.

Теперь, налейте воду в металлическое ведро литров, этак, на 20. Поднимите. Бутылка окажется в несколько раз тяжелее.

Читайте также:  Фото ананаса в природе

Тяжело и влияние соединений металла на организм. Оксид осмия, или другие вещества с ним, поражают внутренние органы, вызывают потерю зрения.

Отравление парами элемента может привести к летальному исходу. Норма осмия в атмосфере в 5 раз меньше, чем у синильной кислоты, всего 0,002 миллиграмма на кубический метр.

В пределах этого содержания металл даже способен принести пользу. Так, английские ученые доказали, что осмий блокирует развитие раковых клеток.

Уже разрабатываются осмиевые методы терапии онкологических заболеваний. Где еще, и как, может пригодиться герой статьи, расскажем далее.

Применение осмия

До открытия противораковых свойств осмия, он, так же, применялся медиками, но в имплантах. Их делают из благородных металлов, дабы не было аллергических реакций и, вообще, каких-либо реакций с окружающей средой.

Для каждого импланта – свой сплав . Осмий нужен в кардиостимуляции, то есть, заменяет элементы сердца.

В него вживляют импланты, состоящие из осмия на 10%. Остальное – платина .

Неудивительно, что стоимость аппаратуры сравнима с ценником за работу лучших хирургов в лучших клиниках мира.

Из платиновой группы осмий – наименее потребляемый металл. Из-за дороговизны и редкости ему ищут замены.

Так, в прошлом веке герой статьи был частью ламп накаливания, как наиболее тугоплавкий металл.

Но, нашлась достойная альтернатива – вольфрам . Из последнего нити накаливания делали несколько десятилетий.

Не изжило себя применение осмия, как компонента сплавов для приборов и инструментария.

Изделия с самым тяжелым металлом бьют рекорды по износоустойчивости. Она составляется из твердости элемента, конкурирует с которым лишь хром , тугоплавкости, невосприимчивости к химическим реагентам.

Хочешь получить резец для слоновой кости , которому не будет сноса, или скальпель, прооперировать которым можно всех живых существ, — заказывай инструментарий с осмием.

Купить осмий промышленники стремятся и для измерительной техники. В ней металл присутствует на осях и стрелках.

Для них важно отсутствие магнитных свойств. Осмий соответствует запросу. В часовых механизмах герой статьи, кстати, тоже пригождается.

Элемент используют, как правило, в элитных моделях. Так что, «Ролексы» неспроста стоят миллионы долларов.

Ценник состоит не только из престижа фирмы, качественного механизма и драгоценного корпуса. Драгоценные элементы есть и внутри часов. Осмий – благородный металл, не зря же он причислен к группе платиноидов.

Из сплавов осмия наиболее распространены дуэты с рутением и иридием . Их производят, к примеру, для технических наконечников с повышенной физической и химической стойкостью.

Электрические контакты создают из сплава с палладием . Осмий продать можно и для производства электрических контактов. В них, наряду с самым тяжелым металлом, добавляют кобальт , никель и вольфрам.

Тетраоксид осмия применяют в электронной микроскопии. Здесь самый тяжелый металл служит фиксатором биологических объектов. Редкий элемент обеспечивает сохранность микроструктур их клеток.

Тетрооксид – наиболее применяемое соединение осмия. Его фото можно выложить в сеть с подписью «катализатор».

В этой роли осмий бывает эффективнее платины . В частности, без героя статьи не обходятся синтез аммиака , производство некоторых лекарств и гидрирование органики.

Теперь, обещанные сведения о тяжелой промышленности. Осмий 187, и другие изотопы вещества, применяются в ракетостроении, авиакораблях, а так же, в военных боеголовках.

Металл упрочняет их, позволяет выдерживать экстремальные температуры и нагрузки.

187-ой изотоп осмия – лишь один из. У металла несколько видов нуклидов. Это разновидности атома. Они отличаются по числу нейтронов в его ядре.

У осмия все изотопы схожи по температуре плавления, внешности, твердости . Это усложняет разделение частиц, их добычу.

В итоге, еще больше подскакивает стоимость осмия. Разберемся, через что приходится пройти промышленникам, чтобы явить миру порошкообразный металл.

Добыча осмия

«Мы с Тамарой ходим парой». Фразу из детского стишка можно применить и к осмию. Только, он «ходит парой» с родием .

Отдельно металл в природе не встречается. Так что, перед промышленниками стоит задача не только разделить изотопы героя статьи, но и отделить его от «товарища».

Наряду с родием , осмий часто сопровождают иридий, палладий и другие платиноиды во главе с самой платиной .

Встречаться самый тяжелый металл может, так же, в медных и никелевых рудах. Находят осмий и в метеоритах , но, где же их столько найти, чтобы обеспечить мировую добычу элемента?

Пока изотопы героя статьи отделяют от спутников, проходит около 9-ти месяцев.

Такое длительное «рождение» металла – еще одна причина его дороговизны. Роль играет и редкость элемента.

Доля осмия на планете – 0,000005% от общей массы горных пород. России повезло.

В ней, наряду с Тасманией, США, Австралией и Колумбией, сосредоточенны основные запасы редкого вещества. Но, самые большие залежи находятся в Южной Африке.

Поэтому, она во многом устанавливает цены на осмий. Каковы они в текущем году, поведаем в финальной главе.

Цена осмия

Цена осмия за грамм превышает 200 000 долларов. Это данные из топа самых дорогих металлов. Однако, он составлен в начале 2000-ых.

Ситуация изменилась. Наблюдается тенденция увеличения добычи платины . Поскольку осмий извлекают попутно, наступило временное увеличение производства до 200 килограммов в год и, как следствие, снизилась стоимости самого тяжелого вещества.

Читайте также:  Размеры тележки для мотоблока своими руками

Однако, учитывая ограниченность, как запасов платины, так и осмия, в дальней перспективе ценник, все равно, вырастет.

Исключением станет ситуация, в которой ученые найдут герою статьи достойную и более выгодную по затратам замену.

Стоит отметить, что цена осмия разнится, в зависимости от вида изотопа. Наиболее практичным, химически стойким и твердым является 187-ой.

За него-то и просят по максимуму. Есть, так же, 188-ой, 189-ый, 190-ый, 191-ый и 192-ой нуклиды.

Не стабилен из них лишь 191-ый, то есть, может использоваться в ядерной промышленности, поэтому, тоже ценится высоко, но до 187-го чуть не дотягивает.

Осмий ← Рений | Иридий →
76 Ru

Os [1]

Hs

Внешний вид простого вещества Серебристо-белый блестящий твёрдый металл с голубоватым оттенком Свойства атома Название, символ, номер Осмий / Osmium (Os), 76 Атомная масса
(молярная масса) 190,23(3) [2] а. е. м. (г/моль) Электронная конфигурация [Xe] 4f 14 5d 6 6s 2 Радиус атома 135 пм Химические свойства Ковалентный радиус 126 пм Радиус иона (+6e) 69 (+4e) 88 пм Электроотрицательность 2,2 (шкала Полинга) Электродный потенциал +0,850 Степени окисления 8, 6, 4, 3, 2, 0, −2 Энергия ионизации
(первый электрон) 819,8(8,50) кДж/моль (эВ) Термодинамические свойства простого вещества Плотность (при н. у.) 22,587/22,61 [3] [4] г/см³ Температура плавления 3306 K (3033 °C) [4] Температура кипения 5285 K (5012 °C) [4] Уд. теплота плавления 31,7 кДж/моль Уд. теплота испарения 738 кДж/моль Молярная теплоёмкость 24,7 [5] Дж/(K·моль) Молярный объём 8,43 см³/моль Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки гексагональная Параметры решётки a = 2,734 c = 4,317 [6] Отношение c/a 1,579 Прочие характеристики Теплопроводность (300 K) (87,6) Вт/(м·К) Номер CAS 7440-04-2 4f 14 5d 6 6s 2

О́смий (лат. Osmium ) — химический элемент с атомным номером 76 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом Os. При стандартных условиях представляет собой блестящий серебристо-белый с голубоватым отливом металл. Переходный металл, относится к платиновым металлам. Наряду с иридием обладает наибольшей плотностью среди всех простых веществ. Согласно теоретическим расчётам, его плотность даже выше, чем у иридия [7] .

Содержание

Происхождение названия [ править | править код ]

Название осмия происходит от др.-греч. ὀσμή «запах», так как химические реакции растворения щелочного сплава осмиридия (нерастворимого остатка платины в царской водке) в воде или кислоте сопровождаются выделением неприятного, стойкого запаха тетраоксида осмия OsO4, раздражающего горло, похожего на запах хлора или гнилой редьки [8] .

История [ править | править код ]

Осмий открыт в 1803 году английским химиком Смитсоном Теннантом в сотрудничестве с Уильямом Х. Уолластоном [9] в осадке, остающемся после растворения платины в царской водке. Сходные исследования проводились французскими химиками Колле-Дескоти, Антуаном де Фуркруа и Вокленом, которые тоже пришли к выводу о содержании неизвестного элемента в нерастворимом остатке платиновой руды. Гипотетическому элементу было присвоено имя птен (греч. πτηνός — крылатый), однако опыты Теннанта продемонстрировали, что это смесь двух элементов — иридия и осмия.

Открытие новых элементов было задокументировано в письме Теннанта Лондонскому королевскому обществу от 21 июня 1804 года [9] [10] .

Физические свойства [ править | править код ]

Осмий — серо-голубоватый, твёрдый, но хрупкий металл с очень высокой удельной массой, сохраняющий свой блеск даже при высоких температурах. В силу своей твёрдости, хрупкости, низкого давления паров (самого низкого среди всех платиновых металлов), а также очень высокой температуры плавления, осмий с трудом поддаётся механической обработке. Осмий считается самым плотным из всех простых веществ, немного превосходя по этому параметру иридий [11] . Наиболее достоверные значения плотностей для этих металлов могут быть рассчитаны по параметрам их кристаллических решёток: 22,562 ± 0,009 г/см³ для иридия и 22,587 ± 0,009 г/см³ для осмия [3] . По новейшим сведениям, плотность осмия ещё выше — она составляет 22,61 г/см 3 [4] . При сравнении различных изотопов этих элементов наиплотнейшим оказывается 192 Os. Необычайно высокая плотность осмия объясняется лантаноидным сжатием [3] , а также гексагональной плотноупакованной кристаллической решёткой.

Осмий плавится при 3306 K (3033 °C) [4] , кипит при 5285 K (5012 °C) [4] . Температура перехода в сверхпроводящее состояние — 0,66 К; твёрдость по Виккерсу — 3—4 ГПа, по шкале Мооса — 7 [12] ; модуль нормальной упругости — 56,7 ГПа; модуль сдвига — 22 ГПа [5] . Осмий — парамагнетик (магнитная восприимчивость — 9,9⋅10 −6 [5] ).

При давлениях порядка 770 ГПа в металлическом осмии начинают взаимодействовать электроны на внутренних орбиталях, но при этом структура материала не меняется [13] [14] .

Химические свойства [ править | править код ]

Степени окисления осмия
−2 Na2[Os(CO)4]
−1 Na2[Os4(CO)13]
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 осмия при нагревании реагирует с кислородом, галогенами, парами серы, селеном, теллуром, фосфором, азотной и серной кислотами. Компактный осмий не взаимодействует ни с кислотами, ни со щелочами, но с расплавами щелочей образует водорастворимые осматы. Медленно реагирует с азотной кислотой и царской водкой, реагирует с расплавленными щелочами в присутствии окислителей (нитрата или хлората калия), с расплавленной перекисью натрия. В соединениях проявляет степени окисления от −2 до +8, из которых самыми распространёнными являются +2, +3, +4 и +8 [15] .

Читайте также:  То же что аронник 4

Осмий — один из немногих металлов, образующих полиядерные (или кластерные) соединения. Полиядерный карбонил осмия Os3(CO)12 используется для моделирования и исследования химических реакций углеводородов на металлических центрах [16] [17] [18] . Карбонильные группы в Os3(CO)12 могут замещаться на другие лиганды [19] , в том числе и содержащие кластерные ядра других переходных металлов [20] .

Нахождение в природе [ править | править код ]

Содержание осмия в земной коре приблизительно составляет 5·10 −6 % по массе [21] .

В самородном состоянии осмий встречается в виде твёрдых растворов с иридием, содержащих от 10 до 50 % осмия. Осмий встречается в полиметаллических рудах, содержащих также платину и палладий (сульфидные медно-никелевые и медно-молибденовые руды), в минералах платины и отходах от переработки золотосодержащих руд [21] . Основные минералы осмия — относящиеся к классу твёрдых растворов природные сплавы осмия и иридия (невьянскит и сысертскит) [21] . Невьянскит образует плотные (ρ = 17000—22000 кг/м 3 ) белые или светло-серые пластинчатые кристаллы гексагональной сингонии с твёрдостью 6—7 баллов по шкале Мооса [21] . Содержание осмия в невьянските может достигать 21—49,3 % [21] .

Сысертскит часто встречается вместе с невьянскитом. Он представляет собой серые кристаллы гексагональной структуры с твёрдостью 6 баллов по Моосу и плотностью 17800—22500 кг/м 3 [21] . Кроме осмия и иридия, в состав этого минерала иногда может входить рутений [21] .

Иногда эти минералы встречаются самостоятельно, чаще же осмистый иридий входит в состав самородной платины.

Месторождения [ править | править код ]

Основные месторождения осмистых иридиев сосредоточены в России (Сибирь, Урал), США (Аляска, Калифорния), Колумбии, Канаде, странах Южной Африки, Тасмании, Австралии. Казахстан является единственным экспортёром чистого осмия [ источник не указан 78 дней ] .

Осмий встречается также в виде соединений с серой и мышьяком (эрлихманит, осмиевый лаурит, осарситт). Содержание осмия в рудах, как правило, не превышает 1⋅10 −5 .

Вместе с другими благородными металлами встречается в составе железных метеоритов.

Изотопы [ править | править код ]

Известны изотопы осмия с массовыми числами от 161 до 197 (количество протонов 76, нейтронов от 85 до 121), и 9 ядерных изомеров. В природе осмий встречается в виде семи изотопов, 6 из которых стабильны: 184 Os (изотопная распространённость 0,018 %), 187 Os (1,64 %), 188 Os (13,3 %), 189 Os (16,1 %), 190 Os (26,4 %) и 192 Os (41,1 %) [5] . Ещё один изотоп ( 186 Os, изотопная распространённость 1,59 %) имеет огромный период полураспада, (2,0 ± 1,1)⋅10 15 лет, что много больше возраста Вселенной.

Изотоп осмий-187 является результатом распада изотопа рения 187 Re с периодом полураспада 4,56⋅10 10 лет. Соотношения изотопного состава 187 Os/ 188 Os и 187 Re/ 188 Os позволяют определять возраст горных пород и метеоритов (рений-осмиевый метод). Также известен иридиево-осмиевый метод радиоизотопного датирования, применявшийся для анализа кварцев из пограничного слоя, разделяющего меловой и третичный периоды.

Разделение изотопов осмия представляет собой достаточно сложную задачу. Именно поэтому некоторые изотопы довольно дороги. Первый и единственный экспортёр чистого осмия-187 — Казахстан, с января 2004 года официально предлагающий это вещество по цене 10 000 долларов за 1 грамм [23] . Широкого практического применения осмий-187 не имеет. По некоторым данным, целью операций с этим изотопом было «отмывание» нелегальных капиталов [24] [25] .

Распространённость [ править | править код ]

  • в земной коре — 0,007 г/т
  • в перидотитах — 0,15 г/т
  • в эклогитах — 0,16 г/т
  • в формациях дунитов-перидотитов — 0,013 г/т
  • в формациях пироксенитов — 0,007 г/т

Получение [ править | править код ]

Осмий выделяют из обогащённого сырья платиновых металлов путём прокаливания этого концентрата на воздухе при температурах 800—900 °C. При этом количественно сублимируют пары весьма летучего тетраоксида осмия OsO4, которые далее поглощают раствором NaOH.

Упариванием раствора выделяют соль — перосмат натрия, который далее восстанавливают водородом при +120 °C до осмия:

N a 2 [ O s O 2 ( O H ) 4 ] + 3 H 2 → 2 N a O H + O s + 4 H 2 O . <displaystyle <mathsf <2>[OsO_<2>(OH)_<4>]+3H_<2>
ightarrow 2NaOH+Os+4H_<2>O>>.>

Осмий при этом получается в виде губки.

Применение [ править | править код ]

  • Высокая твёрдость и исключительная тугоплавкость позволяет использовать осмий в качестве покрытия в узлах трения.
  • Применяется как катализатор для синтеза аммиака, гидрирования органических соединений, в катализаторах метанольныхтопливных элементов.
  • Сплав «осрам» (осмия с вольфрамом) использовался для изготовления нитей ламп накаливания.
  • Есть сведения о применении осмия в военных целях, как часть артиллерийских снарядов и боеголовок ракет. Также применяется в электронной аппаратуре авиа- и ракетной техники.
  • Компонент сверхтвёрдых и износостойких сплавов с иридием и рутением.
  • Тетраоксид осмия применяется в электронной микроскопии для фиксации биологических объектов [26] .
  • Сплав платины (90 %) и осмия (10 %) применяется в хирургических имплантатах, таких, как электрокардиостимуляторы, и при замещении клапанов лёгочного ствола.
  • Сплав осмия с алюминием имеет необычно высокую пластичность и может быть вытянут без разрыва в 2 раза.

Биологическая роль и физиологическое действие [ править | править код ]

Не играет биологической роли [27] . Тетраоксид осмия OsO4 чрезвычайно токсичен.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Огород
0 комментариев
No Image Огород
0 комментариев
No Image Огород
0 комментариев
Adblock detector