Большинство людей считают, что ничего дороже золота, серебра и платины на свете нет. Но на самом деле есть несколько веществ, цена за грамм которых, превышает аналогичную трех перечисленных выше металлов. Один из них мы сегодня разберем. Это осмий, цена за 1 грамм в рублях которого, впечатлит любого человека.
В 1803 году английский химик Смитсон Теннант открыл Os, обнаружив его в осадке, который появился после того, как ученый растворил платину в водке царской. Параллельно велись опыты во Франции, где химики Воклен и Антуан ДеФуркруа также выявили неизвестный элемент в осадке, оставшемся от растворения платиновой руды. Сначала новый элемент назвали «птен» (в переводе с греческого «крылатый»). Но дальнейшие исследования позволили определить, что это не один элемент, а смесь двух – иридия и осмия.
Официально новые вещества были задокументированы в послании Тенанта Королевскому Клубу Лондона в июне 1804 года.
Вещество имеет серо-голубоватый цвет. Металл очень хрупкий, но обладает высокой удельной массой. Подвергаясь критическим температурам, он всегда сохраняет свой естественный цвет и блеск.
Так как металл твердый, имеет высокую температуру плавления (3033 градусов по Цельсию), он тяжело подвергается механической обработке.
Вещество в порошковом виде, при нагревании, отлично реагирует с кислородом, серными элементами, селеном, фосфором. Медленно вступает во взаимосвязь с царской водкой.
Металл является одним из нескольких веществ, что образуют кластерные соединения.
Осмистый иридий добывают в Сибири и на Урале в России; на Аляске и в штате Калифорния в США; Австралии (и острове Тасмания); Южно-Африканском государстве. Последняя страна в списке может похвастаться самыми масштабными месторождениями металла на планете.
Чаще встречается в сочетании с мышьяком и серой. В рудах количество вещества незначительно.
Стоимость одного грамма этого вещества составляет 15-200 тысяч долларов. Рыночная цена металла меньше в разы. Такая высокая стоимость обусловлена низким уровнем добычи Os. Он попросту не применяется в широких масштабах, ввиду своей огромной плотности. Если провести сравнение: полулитровая бутылка с рассматриваемым веществом будет тяжелее, чем 12 литров воды. Осмий входит в тройку самых дорогих металлов мира. Дороже его только Калифорний, добыча которого составляет меньше грамма в год.
Рассматриваемый металл очень сложно добывать, и этот процесс длится более 9 месяцев. Вещество является изотопом, имеет вид черного порошка, состоящего из маленьких кристаллов. Хоть осмий и является самым плотным веществом на нашей планете, он очень хрупкий. По запаху металл напоминает сразу хлорку и чеснок. Именно поэтому он получил такое название (расшифровывается, как «запах»).
Металл незаменим в научной, медицинской и исследовательской деятельности, так как является химическим катализатором, и его применяют при производстве приборов измерения, которые выдают данные высочайшей точности.
Единственным государством, которое промышляет сбытом осмия, является Казахстан.
Металл плавится при температуре более 3000 градусов Цельсия. Температура кипения достигает почти 6000 градусов.
Открыт он был довольно необычно. В царской водке разбавляли несколько веществ и обнаружили, что выпал осадок, имеющий не очень приятный запах.
Os не используют для изготовления ювелирных изделий, так как он не обладает ковкостью и пластичностью - теми свойствами, за которые так ценят драгоценные металлы ювелиры.
Вещество содержится в месторождениях руд. Также его можно найти в упавших на Землю метеоритах. Некоторые производства остро нуждаются в металле для изготовления своей продукции. К ним он идет уже как вторичное сырье, но стоит все равно недешево.
Металл применяют лишь из-за его невероятной прочности. Сплавы, в которые добавляют осмий, становятся невероятно износостойкими. Хватает минимальных доз вещества для добавления в сплав, чтобы он стал очень крепким.
Из изотопа осмия изготавливают емкости для хранения ядерных отходов. Также вещество используется в космической промышленности. А еще оно ускоряет синтез аммиака, органики. Кстати, вольфрамовые нити накаливания содержат описываемый металл.
Так как вещество славится своей прочностью, его используют в изготовлении оружия. Но в последнее время промышленность старается отказываться от использования металла, ввиду его высокой стоимости и трудной обработки.
Металл применяют лишь в том случае, где успех 100%-но гарантирован.
Оксид осмия используется в медицинских целях, в биологии. Многие имплантаты и кардиостимуляторы выполнены не без помощи рассматриваемого вещества. Вторые делают из платины, в которой содержится 10% осмия.
Нередко выпускают перьевые ручки, у которых наконечники сделаны из рассматриваемого металла. Такие изделия долговечнее образцов с золотыми концами.
Интересно! Если сделать сплав из осмия с алюминием, он будет невероятно пластичным. Его можно вытянуть несколько раз без каких-либо разрывов вещества.
Когда давление будет выше 770 Гпа, электроны, располагающиеся на внутренних орбиталях, будут взаимодействовать в осмии, но структура металла нисколько не изменится.
Наиболее часто осмий хранится в форме порошка. В таком виде металл легко вступает в реакции, без сложностей проходит его термообработка. Os не плавится, и его невозможно заклеймить, если металл находится в чистом виде.
При помощи электронных (иногда дуговых) лучей из металла получают слитки. Монокристаллы создают при помощи зонной плавки. Но такой способ изготовления очень дорогой, поэтому и цена на созданную продукцию высока. Но есть уникумы, которые умеют создавать кристаллы из порошка. Это долгий и сложный процесс, требующий немалых затрат энергии, но результаты все-таки есть.
Ранее говорилось, что осмий имеет неприятный запах. Тетраоксид вещества широко используется в медицине. Его в шутливой форме называют «красивым и пахучим». Кристаллы тетраоксида можно изготовить в домашних условиях, но следует быть осторожным, так как вещество токсическое.
Например, чтобы убить мышь с помощью тетраоксида, требуется в 40 раз меньше этого вещества, чем синильной кислоты (считается признанным ядом против грызунов). Такой поражающий эффект объясняется тем, что, попадая внутрь организма, вещество мгновенно приходит к металлическому виду. Оттого происходит поражение дыхательных путей и зрения. Но, несмотря на это, OsO4 широко используется в качестве красителя в химической промышленности.
Элемент является очень вредным и токсичным для биологических существ. При вдыхании осмия легкие отказывают (возникает их отек), и у живого существа развивается малокровие.
При нахождении в воздухе даже малого количества вещества у индивидуума возникает слезоточивость, боль в глазах, может развиться конъюнктивит.
Становится тяжело дышать, появляются спазмы в бронхах и металлический привкус во рту. Если вовремя не увести человека с пораженной территории, ему грозит слепота, нарушение работы почек, нервной системы, органов ЖКТ. Возможен летальный исход.
Металл затрагивает также целостность кожи. Она чернеет либо зеленеет. На ней появляются язвы, пузыри. Ткань начинает отмирать.
Отравиться осмием можно на производстве, в случае незначительного превышения количества этого вещества в воздухе. На многих современных производствах осмий в воздухе присутствует, хотя, по мнению специалистов, его концентрации в воздухе вообще быть не должно.
| Au | Pt | Ag | Pd | |
|---|---|---|---|---|
| 12,86 | 40,23 | 30,29 | 0,55 | 24,88 |
Таблица 1 - осмий цена (1 гр.) в сравнении с другими драгоценными металлами (рыночная).
Хоть осмий и считается одним из самых дорогих металлов на планете, его рыночная цена не столь высока. Для примера, 1 грамм золота можно купить за 2000-2500 рублей. Тогда как осмий стоит около 1800 рублей за грамм.
Стоимость осмия везде разная, но по самой дешевой нерыночной цене ее продает лишь Казахстан. Дело в том, что на мировом рынке торгуют не только осмием, но и его изотопом (осмий 187). Как раз второй имеет баснословную стоимость, ввиду трудности обработки, отделения от других изотопов и неширокого использования.
Теперь понятно, сколько стоит осмий 187 и обычный Os по рыночной цене. Обычный Os - это смесь изотопов.
Если с точки зрения практики элемент №76 среди прочих платиновых металлов выглядит достаточно заурядно, то с точки зрения классической химии (подчеркиваем, классической неорганической химии, а не химии комплексных соединений) этот элемент весьма знаменателен.
Прежде всего, для него, в отличие от большинства элементов VIII группы, характерна валентность 8+, и он образует с кислородом устойчивую четырехокись OsO 4 . Это своеобразное соединение, и, видимо, не случайно элемент №76 получил название, в основу которого положено одно из характерных свойств его четырехокиси.
Подобное утверждение может показаться парадоксальным: ведь речь идет не о галогене, а о платиновом металле...
История открытия четырех из пяти платиноидов связана с именами двух английских ученых, двух современников. Уильям Волластон в 1803...1804 гг. открыл палладий и родий, а другой англичанин, Смитсон Теннант (1761...1815), в 1804 г. – иридий и осмий. Но если Волластон оба «свои» элемента нашел в той части сырой платины, которая растворялась в царской водке, то Теннанту повезло при работе с нерастворимым остатком: как оказалось, он представлял собой естественный природный сплав иридия с осмием.
Тот же остаток исследовали и три известных французских химика – Колле-Дескоти, Фуркруа и Воклен. Они начали свои исследования даже раньше Теннанта. Как и он, они наблюдали выделение черного дыма при растворении сырой платины. Как и он, они, сплавив нерастворимый остаток с едким кали, сумели получить соединения, которые все-таки удавалось растворить. Фуркруа и Воклен были настолько убеждены, что в нерастворимом остатке сырой платины есть новый элемент, что заранее дали ему имя – птен – от греческого πτηνος – крылатый. Но только Теннанту удалось разделить этот остаток и доказать существование двух новых элементов – иридия и осмия.
Название элемента №76 происходит от греческого слова οσμη, что означает «запах». Неприятный раздражающий запах, похожий одновременно на запахи хлора и чеснока, появлялся, когда растворяли продукт сплавления осмиридия со щелочью. Носителем этого запаха оказался осмиевый ангидрид, или четырехокись осмия OsO 4 . Позже выяснилось, что так же скверно, хотя и значительно слабее, может пахнуть и сам осмий. Тонкоизмельченный, он постепенно окисляется на воздухе, превращаясь в OsO 4 ...
Осмий – оловянно-белый металл с серовато-голубым оттенком. Это самый тяжелый из всех металлов (его плотность 22,6 г/см 3) и один из самых твердых. Тем не менее осмиевую губку можно растереть в порошок, поскольку он хрупок. Плавится осмий при температуре около 3000°C, а температура его кипения до сих пор точно не определена. Полагают, что она лежит где-то около 5500°C.
Большая твердость осмия (7,0 по шкале Мооса), пожалуй, то из его физических свойств, которое используют наиболее широко. Осмий вводят в состав твердых сплавов, обладающих наивысшей износостойкостью. У дорогих авторучек напайку на кончик пера делают из сплавов осмия с другими платиновыми металлами или с вольфрамом и кобальтом. Из подобных же сплавов делают небольшие детали точных измерительных приборов, подверженные износу. Небольшие – потому что осмий мало распространен (5·10 –6 % веса земной коры), рассеян и дорог. Этим же объясняется ограниченное применение осмия в промышленности. Он идет лишь туда, где при малых затратах металла можно получить большой эффект. Например, в химическую промышленность, которая пытается использовать осмий как катализатор. В реакциях гидрогенизации органических веществ осмиевые катализаторы даже эффективнее платиновых.
Несколько слов о положении осмия среди прочих платиновых металлов. Внешне он мало от них отличается, но именно у осмия самые высокие температуры плавления и кипения среди всех металлов этой группы, именно он наиболее тяжел. Его же можно считать наименее «благородным» из платиноидов, поскольку кислородом воздуха он окисляется уже при комнатной температуре (в мелкораздробленном состоянии). А еще осмий – самый дорогой из всех платиновых металлов. Если в 1966 г. платина ценилась на мировом рынке в 4,3 раза дороже, чем золото, а иридий – в 5,3, то аналогичный коэффициент для осмия был равен 7,5.
Как и прочие платиновые металлы, осмий проявляет несколько валентностей: 0, 2+, 3+, 4+, 6+ и 8 +. Чаще всего можно встретить соединения четырех- и шестивалентного осмия. Но при взаимодействии с кислородом он проявляет валентность 8+.
Как и прочие платиновые металлы, осмий – хороший комплексообразователь, и химия соединений осмия не менее разнообразна, чем, скажем, химия палладия или рутения.
Несомненно, самым важным соединением осмия остается его четырехокись OsO 4 , пли осмиевый ангидрид. Как и элементарный осмий, OsO 4 обладает каталитическими свойствами; OsO 4 применяют при синтезе важнейшего современного лекарственного препарата – кортизона. При микроскопических исследованиях животных и растительных тканей четырехокись осмия используют как окрашивающий препарат. OsO 4 очень ядовит, он сильно раздражает кожу, слизистые оболочки и особенно вреден для глаз. Любая работа с этим полезным веществом требует чрезвычайной осторожности.
Внешне чистая четырехокись осмия выглядит достаточно обычно – бледно-желтые кристаллы, растворимые в воде и четыреххлористом углероде. При температуре около 40°C (есть две модификации OsO 4 с близкими точками плавления) они плавятся, а при 130°C четырехокись осмия закипает.
Другой окисел осмия – OsO 2 – нерастворимый в воде черный порошок – практического значения не имеет. Также не нашли пока практического применения и другие известные соединения элемента №76 – его хлориды и фториды, иодиды и оксихлориды, сульфид OsS 2 и теллурид OsTe 2 – черные вещества со структурой пирита, а также многочисленные комплексы и большинство сплавов осмия. Исключение составляют лишь некоторые сплавы элемента №76 с другими платиновыми металлами, вольфрамом и кобальтом. Главный их потребитель – приборостроение.
Самородный осмий в природе не найден. Он всегда связан в минералах с другим металлом платиновой группы – иридием. Существует целая группа минералов осмистого иридия. Самый распространенный из них – невьянскит, природный сплав этих двух металлов. Иридия в нем больше, поэтому невьянскит часто называют просто осмистым иридием. Зато другой минерал – сысертскит – называют иридистым осмием – в нем больше осмия... Оба эти минерала – тяжелые, с металлическим блеском, и это не удивительно – таков их состав. И само собой разумеется, все минералы группы осмистого иридия очень редки.
Иногда эти минералы встречаются самостоятельно, чаще же осмистый иридий входит в состав самородной сырой платины. Основные запасы этих минералов сосредоточены в СССР (Сибирь, Урал), США (Аляска, Калифорния), Колумбии, Канаде, странах Южной Африки.
Естественно, что добывают осмий совместно с платиной, но аффинаж осмия существенно отличается от способов выделения других платиновых металлов. Все их, кроме рутения, осаждают из растворов, осмий же получают отгонкой его относительно летучей четырехокиси.
Но прежде чем отгонять OsO 4 , нужно отделить от платины осмистый иридий, а затем разделить иридий и осмий.
Когда платину растворяют в царской водке, минералы группы осмистого иридия остаются в осадке: даже этот из всех растворителей растворитель не может одолеть эти устойчивейшие природные сплавы. Чтобы перевести их в раствор, осадок сплавляют с восьмикратным количеством цинка – этот сплав сравнительно просто превратить в порошок. Порошок спекают с перекисью бария BaO 3 , а затем полученную массу обрабатывают смесью азотной и соляной кислот непосредственно в перегонном аппарате – для отгонки OsO 4 .
Ее улавливают щелочным раствором и получают соль состава Na 2 OsO 4 . Раствор этой соли обрабатывают гипосульфитом, после чего осмий осаждают хлористым аммонием в виде соли Фреми Cl 2 . Осадок промывают, фильтруют, а затем прокаливают в восстановительном пламени. Так получают пока еще недостаточно чистый губчатый осмий.
Затем его очищают, обрабатывая кислотами (HF и HCl), и довосстанавливают в электропечи в струе водорода. После охлаждения получают металл чистотой до 99,9% O 3 .
Такова классическая схема получения осмия – металла, который применяют пока крайне ограниченно, металла очень дорогого, но достаточно полезного.
Природный осмий состоит из семи стабильных изотопов с массовыми числами 184, 186...190 и 192. Любопытная закономерность: чем больше массовое число изотопа осмия, тем больше он распространен. Доля самого легкого изотопа, осмия-184, – 0,018%, а самого тяжелого, осмия-192, – 41%. Из искусственных радиоактивных изотопов элемента №76 самый долгоживущий – осмий-194 с периодом полураспада около 700 дней.
В последние годы химиков и металлургов все больше интересуют карбонилы – соединения металлов с СО, в которых металлы формально нульвалентны. Карбонил никеля уже довольно широко применяется в металлургии, и это позволяет надеяться, что и другие подобные соединения со временем смогут облегчить получение тех или иных ценных материалов. Для осмия сейчас известны два карбонила. Пентакарбонил Os(CO) 5 – в обычных условиях бесцветная жидкость (температура плавления – 15°C). Получают его при 300°C и 300 атм. из четырехокиси осмия и угарного газа. При обычных температуре и давлении Os(CO) 5 постепенно переходит в другой карбонил состава Os 3 (CO) 12 – желтое кристаллическое вещество, плавящееся при 224°C. Интересно строение этого вещества: три атома осмия образуют равносторонний треугольник с гранями длиной 2,88 Å, а к каждой вершине этого треугольника присоединены по четыре молекулы СО.
«Фториды OsF 4 , OsF 6 , OsF 8 образуются из элементов при 250...300°C... OsF 8 – самый летучий из всех фторидов осмия, т. кип. 47,5°»... Эта цитата взята из III тома «Краткой химической энциклопедии», выпущенного в 1964 г. Но в III томе «Основ общей химии» Б.В. Некрасова, вышедшем в 1970 г., существование октафторида осмия OsF 8 отвергается. Цитируем: «В 1913 г. были впервые получены два летучих фторида осмия, описанные как OsF 6 и OsF 8 . Так и считалось до 1958 г., когда выяснилось, что в действительности они отвечают формулам OsF 5 и OsF 6 . Таким образом, 45 лет фигурировавший в научной литературе OsF 8 на самом деле никогда не существовал. Подобные случаи «закрытия» ранее описанных соединений встречаются не так уж редко».
Заметим, что и элементы тоже иногда приходится «закрывать»... Остается добавить, что, помимо упомянутых в «Краткой химической энциклопедии», был получен еще один фторид осмия – нестойкий OsF 7 . Это бледно-желтое вещество при температуре выше –100°C распадается на OsF 6 и элементарный фтор.
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 .
Результат же осмий обеспечивает тот, на который не способны другие металлы. Почему? Ответом станет перечисление свойств элемента.
Свойства осмия
Осмий – металл , не растворяющийся в и щелочах. Даже их мощные представители бессильны перед элементом.
Более того, он остается невредимым в – смеси и кислот. , 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 , реагирует с парами , , и .
Получить из порошка можно и амальгаму осмия , то есть, его раствор в .
Взаимодействия осмия с другими веществами сопровождается неприятным, резким запахом.
Это «аромат» героя . 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 металл темно-синий, отливает . Порошок элемента насыщенно-фиолетовый.
Однако, при такой внешности, «модельная карьера» у осмия не задалась. не работают с металлом.
Из-за цены, 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 , 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.
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 . Осмий нужен в кардиостимуляции, то есть, заменяет элементы сердца.
В него вживляют импланты, состоящие из осмия на 10%. Остальное – .
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 – . Из последнего 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 элемента, конкурирует с которым лишь , тугоплавкости, невосприимчивости к химическим реагентам.
Хочешь получить резец для , 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 свойств. Осмий соответствует запросу. В 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 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 и . Их производят, к примеру, для технических наконечников с повышенной физической и химической стойкостью.
Электрические контакты создают из сплава с . Осмий продать можно и для производства электрических контактов. В них, наряду с самым тяжелым металлом, добавляют , 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 . В частности, без героя статьи не обходятся синтез , 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, . 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 .
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 , осмий часто сопровождают иридий, палладий и другие платиноиды во главе с самой 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 . Поскольку осмий извлекают попутно, наступило временное увеличение производства до 200 килограммов в год и, как следствие, снизилась стоимости самого тяжелого вещества.
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 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 (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.
Осмий самый тяжелый из всех металлов (его плотность 22,6 г/см3) и один из самых твердых, но при этом хрупкий, и из него легко получается порошок. Он является переходным металлом и относится к платиновой группе.
Осмий открыт в 1804 английским химиком С. Теннантом в черном порошке, остающемся после растворения платины в царской водке. Для него характерно образование тетраоксида OsO 4 с резким запахом. Отсюда и название элемента, происходящее от греческого «осме» - запах.
Внешне осмий мало отличается от других металлов платиновой группы, но именно у него самые высокие температуры плавления и кипения среди всех металлов этой группы, именно он наиболее тяжел. Его же можно считать наименее «благородным» из платиноидов, поскольку в мелкораздробленном состоянии кислородом воздуха он окисляется уже при комнатной температуре.
Осмий самый плотный драгоценный металл . Он по плотности немного превосходит платиновый элемент - иридий. 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. По новейшим сведениям, плотность осмия составляет 22,61 г/см3.
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.
Термодинамические свойства:
- температура плавления 3327 K (3054 °C);
- температура кипения 5300 K (5027 °C);
- теплота плавления 31,7 кДж/моль;
- теплота испарения 738 кДж/моль;
- теплопроводность (300 K) (87,6) Вт/(м·К);
- температура перехода в сверхпроводящее состояние - 0,66 К;
- молярная теплоёмкость 24,7 Дж/(K·моль).
Молярный объём 8,43 см3/моль.
Структура решётки гексагональная.
Твёрдость по Виккерсу 3 - 4 ГПа, по шкале Мооса – 7.
Модуль нормальной упругости - 56,7 ГПа.
Модуль сдвига - 22 ГПа.
Осмий - парамагнетик (магнитная восприимчивость 9,9·10-6).
В природе осмий встречается в виде семи изотопов, 6 из которых стабильны: 184Os (0,018 %), 187Os (1,64 %), 188Os (13,3 %), 189Os (16,1 %), 190Os (26,4 %) и 192Os (41,1 %). Осмий-186 (содержание в земной коре 1,59 %) подвержен альфа-распаду, но учитывая его исключительно большой период полураспада - (2,0 ± 1,1)·1015 лет, его можно считать практически стабильным. Искусственным путём получены радиоактивные изотопы осмия с массовыми числами от 162 до 197, а также несколько ядерных изомеров. Самый долгоживущий осмий-194 с периодом полураспада около 700 дней.
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. Металлический осмий и все его соединения электрохимически легко окисляются до OsO4.
Для осмия, в отличие от большинства элементов VIII группы, характерна валентность 8+, и он образует с кислородом устойчивую четырехокись OsO4. Это своеобразное соединение, несомненно, является его самым важным.
Внешне чистая четырехокись осмия выглядит достаточно обычно – бледно-желтые кристаллы, растворимые в воде и четыреххлористом углероде. При температуре около 40°C (есть две модификации OsO4 с близкими точками плавления) они плавятся, а при 130°C четырехокись осмия закипает.
Как и элементарный осмий, OsO4 обладает каталитическими свойствами; OsO4 применяют при синтезе важнейшего современного лекарственного препарата – кортизона.
Оксид осмия очень летуч, его пары OsO4 ядовиты, разъедают слизистые оболочки. Он имеет кислотные свойства, образует соединения типа K2OsO4.
Другой окисел осмия – OsO2 – нерастворимый в воде черный порошок – практического значения не имеет. Также не нашли пока практического применения и другие известные его соединения – хлориды и фториды, иодиды и оксихлориды, сульфид OsS2 и теллурид OsTe2 – черные вещества со структурой пирита, а также многочисленные комплексы и большинство сплавов осмия.
Для осмия сейчас известны два карбонила. Пентакарбонил Os(CO)5 – в обычных условиях бесцветная жидкость (температура плавления – 15°C). Получают его при 300°C и 300 атм. из четырехокиси осмия и угарного газа. При обычных температуре и давлении Os(CO)5 постепенно переходит в другой карбонил состава Os3(CO)12 – желтое кристаллическое вещество, плавящееся при 224°C.
В природе осмий встречается в основном в виде соединения с иридием, входящим в состав либо самородной платины , либо платиново-палладиевой руды. Минералы, считающиеся сырьем для добычи осмия, содержат в среднем одну тысячную процента тяжелого «родственника» платины. За все время изысканий не было добыто ни одного осмиевого самородка – даже самого незначительного размера.
Основные минералы осмия, относящиеся к классу твёрдых растворов, природные сплавы осмия и иридия (невьянскит и сысертскит). Самый распространенный из них – невьянскит, природный сплав этих двух металлов. Иридия в нем больше, поэтому невьянскит часто называют просто осмистым иридием. Зато другой минерал – сысертскит – называют иридистым осмием – в нем больше осмия. Оба эти минерала тяжелые, с металлическим блеском и очень редки.
Основные месторождения осмистых иридиев сосредоточены в России (Сибирь, Урал), США (Аляска, Калифорния), Колумбии, Канаде, странах Южной Африки, Тасмании, Австралии.
Несмотря на то, что месторождения осмия расположены по всему миру, единственным производителем 187 изотопа является Казахстан. Эта страна лидирует по запасам ценного осмия-187, являясь и единственным экспортером изотопа.
Чтобы отделить от платины осмистый иридий её растворяют в царской водке, минералы группы осмистого иридия остаются в осадке. Далее полученный осадок сплавляют с восьмикратным количеством цинка – этот сплав сравнительно просто превратить в порошок, который спекают с перекисью бария BaO3. Затем полученную массу обрабатывают смесью азотной и соляной кислот непосредственно в перегонном аппарате – для отгонки OsO4.
Тетраоксид осмия улавливают щелочным раствором и получают соль состава Na2OsO4. Раствор этой соли обрабатывают гипосульфитом, после чего осмий осаждают хлористым аммонием в виде соли Фреми Cl2. Осадок промывают, фильтруют, а затем прокаливают в восстановительном пламени. Так получают пока еще недостаточно чистый губчатый осмий.
Затем его очищают, обрабатывая кислотами (HF и HCl), и довосстанавливают в электропечи в струе водорода. После охлаждения получают металл чистотой до 99,9% Os.
Такова классическая схема получения осмия – металла, который применяют пока крайне ограниченно, металла очень дорогого, но достаточно полезного. Мировое производство осмий составляет всего около 600 кг в год.
Все страны, добывающие осмий, не экспортируют его. Все, кроме Казахстана. Это единственная страна, которая продавала полученный осмий в лабораториях по цене 100 000 долларов за грамм. Однако на сегодняшний день продажи прекращены. Приобрести осмий можно только на черном рынке , где много лет зафиксировалась цена за 1 грамм в 200 000 долларов.
Осмий используется во многих сплавах, что делает их очень износостойкими. Если добавить осмий в какой-нибудь сплав, то он тут же приобретает неимоверную износостойкость, становится долговечным, повышается его сопротивляемость механическим воздействиям и коррозиям.
Легирование сплавов – одна из главных задач, решение которой иногда возлагается на осмий. В соединении с вольфрамом, никелем и кобальтом осмий становится «работником» электрохимической отрасли. Контакты, наконечники и сердечники из содержащих осмий сплавов славятся минимальным износом.
Внедрение твердого и тяжелого платиноида в материал резко повышает износостойкость трущихся пар. Совсем немного осмия нужно для придания металлокерамическому резцу особой прочности. Микроскопические добавки осмия к стали режущих сортов позволяют создавать острейшие лезвия технических, медицинских, промышленных ножей.
Сплав платины (90 %) и осмия (10 %) применяется в хирургических имплантатах, таких, как электрокардиостимуляторы, и при замещении клапанов лёгочного ствола.
Сплав «осрам» (осмия с вольфрамом) использовался для изготовления нитей ламп накаливания.
Поскольку осмий не имеет магнитных свойств, его активно используют при создании часовых механизмов и компасов.
Осмиевые катализаторы используются при гидрировании органических соединений, в производстве лекарств, при синтезе аммиака. Тетраоксид (высший оксид, OsO4) осмия находит своё применение, как катализатор, при производстве некоторых синтетических лекарств, а также в лабораторных исследованиях – с его помощью удобно окрашивать ткани под микроскопом.
Из твердого и немагнитного осмия изготавливают оси, опоры и опорные гнезда для измерительных приборов высокой точности. И хотя рубиновые опоры тверже и дешевле осмиевых, стойкость металла иногда оказывается предпочтительной для приборостроения.
Современные ученые уверены, что биологической роли данный металл не играет. Однако, этот элемент классифицируется как крайне агрессивный, наряду с такими металлами как ртуть, бериллий и висмут.
Даже малые количества осмия в воздухе вызывают у человека поражение глаз – боль, слезотечение и конъюнктивит; во рту появляется металлический привкус, а в бронхах – спазмы; дышать становится трудно, и это может продолжаться несколько часов после того, как источник отравления ликвидирован. Если осмий действует на человека дольше, он может вызвать слепоту, заболевания лёгких и нервной системы, нарушения пищеварения и работы почек – возможен даже смертельный исход.
Кроме того, от этого микроэлемента страдают кожные покровы человека. Они могут приобретать зеленый и черный цвета, на коже могут появляться воспаления, раны и волдыри. Кожа человека может потерять чувствительность и омертветь. Язвы при таком отравлении, затягиваются очень длительное время.
Особенно опасен летучий тетраоксид осмия. Он образуется в процессе выделения данного элемента из платинового сырья. Это то самое вещество, из-за которого элемент получил не слишком завидное наименование. Раздражая дыхательные пути и слизистые оболочки человека, он воспринимается как испарение от гниющей редьки, смешанной с давленым чесноком и засыпанной хлорной известью.
Получить интоксикацию осмием можно на различных производствах. Ученые считают, что в помещениях этого вещества быть не должно даже в очень малых дозах.
Осмий представляет собой химический элемент из соответствующей системы химических элементов. В обычном состоянии является переходным металлом платиновой группы в виде блестящего белого металла серебристого оттенка с голубым отливом. Данный вид материалов обладает наибольшим показателем плотности среди других наряду с иридием, однако, последний немного проигрывает.
Этот вид материалов выделяют из сырья платиновых металлов обогащенного типа, путем прокалывания при температуре от 800 до 900 градусов Цельсия на воздухе.
Так как, осмий является сложным материалом, рассчитать его удельный вес в полевых условиях самостоятельно не представляется возможным. Эти вычисления проводят в специальных химических лабораториях. Однако, при этом средний удельный вес осмия известен и равен 22,61 г/см3.
Для упрощения подсчетов ниже представлена таблица с значениями удельного веса осмия, а также его веса в зависимости от единиц исчисления.
Данный материал является хрупким, но в тоже время, очень твердым металлом с большой удельной массой. Механической обработке поддается с трудом, из-за хрупкости, твердости и высокой температуре плавления, а также низкого давления паров. Температура плавления осмия составляет 3033 градусов Цельсия, а кипения 5012 градусов Цельсия. Данный вид материалов относят к группе парамагнетиков.
Осмий в состоянии порошка хорошо реагирует с галогенами, селеном, фосфором, кислородом, парами серы, серной и азотной кислотой при нагревании. Не взаимодействует в компактном виде с щелочами и кислотами. Обладает низкой скоростью реакции с царской водкой и азотной кислотой.
Данный вид материалов является одним из немногих металлов, которые образуют кластерные или полиядерные соединения.
Не оказывает никакого влияния на биологическую роль живых организмов и является крайне токсичным.
В естественном виде в природе не найден. Этот материал всегда связан с другим видом металла платиновой группы - иридием. Добывают осмий наряду с платиной. При обработке которой выделяется осмистый иридий, который разделяют на отдельные компоненты - иридий и осмий. Затем осмий очищают, поддают процессу обработки кислотами и восстанавливают водородом в электропечи, получая в итоге, чистый металл с концентрацией до 99,9 процентов.
Широкое распространение получил как катализатор реакций и компонент сплавов с иридием. Из основных направлений следует выделить:
