Осмий — 187 (Osmium), Санкт-Петербург

Осмий — 187 (Osmium) 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 . Физические свойства Слиток осмия Кристаллы осмия 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 Степени окисления осмия −2 Na 2 [Os(CO) 4 ] −1 Na 2 [Os 4 (CO) 13 ] 0 Os 3 (CO) 12 +1 OsI +2 OsI 2 +3 OsBr 3 +4 OsO 2 , OsCl 4 +5 OsF 5 +6 OsF 6 +7 OsOF 5 , OsF 7 +8 OsO 4 , Os(NCH 3 ) 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] . Осмий — один из немногих металлов, образующих полиядерные (или кластерные ) соединения. Полиядерный карбонил осмия Os 3 (CO) 12 используется для моделирования и исследования химических реакций углеводородов на металлических центрах [16] [17] [18] . Карбонильные группы в Os 3 (CO) 12 могут замещаться на другие лиганды [19] , в том числе и содержащие кластерные ядра других переходных металлов [20] . Изотопы Основная статья: Изотопы осмия В природе осмий встречается в виде семи изотопов, 6 из которых стабильны: 184 Os (0,018 %), 187 Os (1,64 %), 188 Os (13,3 %), 189 Os (16,1 %), 190 Os (26,4 %) и 192 Os (41,1 %) [5] . Искусственным путём получены радиоактивные изотопы осмия с массовыми числами от 162 до 197, а также несколько ядерных изомеров . Осмий-186 (содержание природном осмии 1,59 % [5] ) подвержен альфа-распаду , но учитывая его исключительно большой период полураспада  — (2,0 ± 1,1)·10 15 лет, — его можно считать практически стабильным. Согласно расчётам, остальные естественные изотопы тоже способны к альфа-распаду, но с ещё большим полупериодом, поэтому их альфа-распад экспериментально не наблюдался. Теоретически для 184 Os и 192 Os возможен двойной бета-распад , наблюдениями также не зафиксированный. Изотоп осмий-187 является результатом распада изотопа рения ( 187 Re, период полураспада 4,56·10 10 лет). Он активно используется при датировке горных пород и метеоритов ( рений-осмиевый метод ). Наиболее известным применением осмия в методах датировки является иридиево-осмиевый метод, 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 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 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 OsO 4 , которые далее поглощают раствором NaOH . Упариванием раствора выделяют соль — перосмат натрия , который далее восстанавливают водородом при +120 °C до осмия: Осмий при этом получается в виде губки. Применение 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 метанольных топливных 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 Не играет биологической роли [27] . Тетраоксид осмия OsO 4 чрезвычайно токсичен. Внешний вид простого вещества Свойства атома Название, символ, номер Атомная масса
( молярная масса ) Электронная конфигурация Радиус атома Химические свойства Ковалентный радиус Радиус иона Электроотрицательность Электродный потенциал Степени окисления Энергия ионизации
(первый электрон) Термодинамические свойства простого вещества Плотность (при н. у. ) Температура плавления Температура кипения Уд. теплота плавления Уд. теплота испарения Молярная теплоёмкость Молярный объём 76 Рений ← Осмий → Иридий Ru
↑
Os [1]
↓
Hs 76 Os [1]
Серебристо-белый блестящий твёрдый металл с голубоватым оттенком Осмий / Osmium (Os), 76 190,23(3) [2]   а. е. м.  ( г / моль ) [Xe] 4f 14 5d 6 6s 2 135 пм 126  пм (+6e) 69 (+4e) 88  пм 2,2 (шкала Полинга) +0,850 8, 6, 4, 3, 2, 0, −2  819,8(8,50)  кДж / моль  ( эВ ) 22,587/22,61 [3] [4]  г/см³ 3306 K (3033 °C) [4] 5285 K (5012 °C) [4] 31,7 кДж/моль 738 кДж/моль 24,7 [5]  Дж/(K·моль)