Осмий

химичен елемент с атомен номер 76

Осмият е химичен елемент от 8 група, 6 период. Има пореден номер 76 и атомна маса 190,23 (средно), температура на топене 3306 K и температура на кипене 5285 K.

Осмий
Осмий – сиво-син метал
Осмий – сиво-син метал
Сиво-син метал
Спектрални линии на осмий
Спектрални линии на осмий
РенийОсмийИридий
Ru

Os

Hs
Периодична система
Общи данни
Име, символ, ZОсмий, Os, 76
Група, период, блок86d
Химическа серияпреходен метал
Електронна конфигурация[Xe] 4f14 5d6 6s2
e- на енергийно ниво2, 8, 18, 32, 14, 2
CAS номер7440-04-2
Свойства на атома
Атомна маса190,23 u
Атомен радиус (изч.)130 (185) pm
Ковалентен радиус144±4 pm
Степен на окисление8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, −1, −2, −4
ОксидOsO4 и OsO2 (киселинни)
Електроотрицателност
(Скала на Полинг)
2,2
Йонизационна енергияI: 840 kJ/mol
II: 1600 kJ/mol
Физични свойства
Агрегатно състояниетвърдо вещество
Кристална структурашестоъгълна плътноопакована
Плътност22590 kg/m3
Температура на топене3306 K (3033 °C)
Температура на кипене5285 K (5012 °C)
Моларен обем8,421×10-6 m3/mol
Специф. топлина на топене31 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение378 kJ/mol
Налягане на парата
P (Pa) 1 10 102 103 104 105
T (K) 3160 3423 3751 4148 4638 5256
Скорост на звука4940 m/s при 20 °C
Специф. топл. капацитет130 J/(kg·K)
Специф. електропроводимост1,2×107 S/m при 0 °C
Специф. ел. съпротивление0,081 Ω.mm2/m при 0 °C
Топлопроводимост87,6 W/(m·K)
Магнетизъмпарамагнитен
Модул на срязване222 GPa
Модул на свиваемост462 GPa
Коефициент на Поасон0,25
Твърдост по Моос7
Твърдост по Викерс3620 – 4140 MPa
Твърдост по Бринел3490 – 4000 MPa
История
ОткритиеСмитсън Тенант (1803 г.)
Най-дълготрайни изотопи
Изотоп ИР ПП ТР ПР
184Os 0,02 % стабилен
185Os синт. 93,6 дена ε 185Re
186Os 1,59 % 2×1015 г. α 182W
187Os 1,96 % стабилен
188Os 13,24 % стабилен
189Os 16,15 % стабилен
190Os 26,26 % стабилен
191Os синт. 15,4 дена β- 191Ir
192Os 40,78 % стабилен
193Os синт. 30,11 дена β- 193Ir
194Os синт. 6 г. β- 194Ir

Осмият е металът с най-висока плътност на Земята. Съдържа се в съвсем малки количества в земната кора. Среща се и под формата на сплави, като например осмиридий.

История редактиране

Осмият е открит през 1804 г.[1] от Смитсън Тенант и Уилям Хайд Уоластън в Лондон, Англия. Откриването на осмия се преплита с това на платината и други метали от групата на платината. Откритието, че този метал не е сплав, а нов елемент, е публикувано през 1748 г. Химиците, които са изучавали платината, го разтварят в царска вода (смес от солна и азотна киселина) за създаване на разтворими соли. В разтвора се наблюдава малко количество тъмен, неразтворим остатък. Джоузеп Луис Пруст предположил, че остатъкът е графит. Редица други учени химици също наблюдавали черния остатък през 1803 г., но не получили достатъчно материал за по-нататъшни експерименти.

През 1803 г. Смитсън Тенант анализира неразтворимия остатък и стига до заключението, че той съдържа нов метал. Той продължава своите изследвания и идентифицира два неоткрити дотогава елементи в черния остатък – осмий и иридий.

Тенант нарича единия от елементите осмий, което на гръцки означава „мирис“, заради силния, неприятен мирис на едно от съединенията, в които се включва – осмиевият тетраоксид.

Разпространение редактиране

Разпространението на осмия в природата се определя от два процеса – неговото образуване при първичния ядрен синтез на тежките елементи и от натрупването му за сметка на β--разпада на изотопа 187Re по реакцията:[1]

 .

В резултат от реакцията количеството на радиоактивния изотоп 187Os непрекъснато расте.

Сведенията за разпространеността на осмия в земната кора са много ограничени и варират в широки граници, в зависимост от количеството 187Re в залежи от осмий. Той е слабо разпространен, като в земната кора е приет за 1×10-8% по маса и на 80-о място сред химичните елементи.

Съществуват неголям брой минерали с основна съставна част осмий. Те представляват единствени сплави на осми с иридия, в които съставът му се колебае между 2% и 98,5%. Изоморфизмът в системата Os-Ir е ограничен, определящо се от структурната несъвместимост на хексаголналния осмий с кубичния иридий.

Осмият се среща и във вид на съединения със сярата и арсена. Във вид на примеси присъства в самородната платина, паладий и злато, минералите сперлит (PtAs2) и лаурит (RuS2).[1]

Физични свойства редактиране

Осмият има синьо-сив оттенък и е най-плътният стабилен елемент. Осмият е твърд, но крехък метал, който остава лъскав дори и при много високи температури. Той е с много ниска свиваемост. Твърдостта на осмия е умерено висока. Поради своята твърдост, ниско налягане на парите и много висока точка на топене осмият е труден за обработване метал.

Температурата му на топене (3033 °C) и на кипене (5012 °C) са най-високите сред всички платинови метали.[1] Проявява свръхпроводимост при 0,671К.[1]

Изотопи редактиране

В природата осмият се среща в 7 стабилни изотопа. Известни са още 29 изкуствено получени радиоактивни изотопи и 5 изомера.[1]

Химични свойства редактиране

Има хексагонална плътноопакована кристална решетка. Електронната му обвивка е KLMN5s25p65d66s2. Известни са съединения в степени на окисление от −4 до +8. Най-стабилни са съединенията с четиривалентен и осемвалентен осмий.[1]

Характерно за осмия е лесното му взаимодействие с кислорода. Най-важното от съединенията, получавани при това взаимодействие, е OsO4. Той се образува при нагряване на силно надробен метален осмий на въздух или в поток от кислород при стайна температура или под въздействието на разтвори, съдържащи осмий и азотна киселина или други окислители. OsO4 кристализира във вид на жълти моноклинни кристали, които се топят при 40,6 °C и се разтварят във вода, спирт и етер.[1] Пàрите му са силно токсични и действат на очната лигавица и дихателните органи. OsO4 е силен окислител и лесно се редуцира до OsO2 или до метален осмий с водород.

Не са известни осмиеви хидриди.[1]

Интерес представляват сулфидите и халогенидите на осмия. Осмиев прах при нагряване взаимодейства и със селен, телур, фосфорна, азотна и сярна киселина. Реагира с концентрирани солна и азотна киселина и H2O2:[2]

 
 
 

Взаимодейства с разтопени основи в присъствието на окислител (нитрат или калиев хлорат), както и с разтопен натриев пероксид, NO и CO:[2]

 
 

Известни са многочислени комплексни съединения на осмия и негови металоорганични съединения.

Химични съединения редактиране

Оксиди, хидроксиди и соли редактиране

Известни са OsO2 и OsO4. Диоксидът има нестехиометричен състав, което е причината за промяната в цвета му – от жълт до кафяв.[3] Има рутилова структура и е неразтворим във вода. При загряване търпи диспропорциониране:[3]

 .

За получаването на OsO4 достатъчен окислител е азотната киселина. Той има молекулна решетка и затова е нискотопим и леснолетлив. Има слабожълтеникав цвят.[3] Пàрите му са силно отровни и се редуцират лесно от органични вещества.

Двата оксида са координационно наситени, не присъединяват водни молекули и не дават хидроксиди. Средноразтворими са и водните им разтвори, които не провеждат електричен ток. Разтварят се по-добре в органични разтворители. При разтваряне на OsO4 в алкални разтвори се образува осмиев транс-хидроксиден перосмат:[3]

 

Полученият калиев дихидроксиперосмат се отделя във вид на тъмночервени кристали. Това съединение е устойчиво на студена вода, но се разтваря в горещи вода и оксокиселини.[2] Аналогична реакция протича и с KF:

  – калиев дифлуороперосмат.

Съответните хидроксиди се получават при хидролиза на халогениди:

 

Те имат амфотерен характер.

Оксиди и хидроксиди в +6 и +7 степен на окисление не са получени, но са известни някои съединения.

Халогениди редактиране

Осмиеви халогениди
Степен на окисление F- Cl- Br- I-
+7 OsF7,

жълт

+6 OsF6,

жълт

+5 OsF5,

син

OsCl5,

черен

+4 OsF4,

жълт

OsCl4,

червен

OsBr4,

черен

+3 OsCl3,

тъмносив

OsBr3,

тъмносив

OsI3,

черен

OsF7 е синтезиран при 600 °C и налягане 40 МРа. Той е жълт, твърд и нестабилен. Всички опити за синтезиране на OsF8 са неуспешни.[3] OsF6 е най-стабилен от халогенидите на платиновите метали и се получава при пряка синтеза. Леснолетлив е и трябва да се държи на сухо, защото хидролизира при наличие на влага. Пентафлуоридът полимеризира до тетрамери – (OsF5)4. Тетрахалогенидите са получават при редукция на OsX6 и OsX5.[3]

Други съединения редактиране

При директна синтеза със S, Se и Te се получават съответни съединения от пиритов тип – OsS2, OsSe2, OsTe2. Нисшата степен на окисление на тези елементи са стабилизира в комплексни съединения.

Осмият се характеризира и с голямо разнообразие на арилни и алифатни производни.[4]

Комплексни съединения редактиране

Комплексните съединения на осмия са в разнообразни степени на оксиление.[4]

В шеста степен на окисление като комплекси могат да се разглеждат производните на осмиловия катион OsO2+
2
, които се получават като се действа на солнокисел разтвор на OsO4 с различни лиганди. При алкализиране на разтвора се получава [OsO2(OH)4]2-. При замяна на хидроксидните групи с Cl, Br, C2O2−
4
, NO
2
, NH3 и други лиганди се получават осмилови производни, чиито кристални соли са оранжеви или червени – K2[OsO2(CN)4], Cs2[OsO2Cl4].

От комплексите в +4 степен на окисление са познати [OsX6]2−. Познати са и оксохалогенидни комплекси, [Os2OX10]2−. При тях кислородният атом мостово свързва двата метални атома – [Cl5Os–O–OsCl5].[3]

Получаване редактиране

Находищата на осмий са концентрирани в Русия (Сибир и Урал), САЩ (Аляска, Калифорния), Колумбия, Канада, Южна Африка, Тасмания и Австралия. Но най-големите количества осмий са открити по територията на Южна Африка. Осмий се получава от суровина за извличане на платина чрез калциране на концентрата на въздух при температура от 800 – 900 °C. Сублиматът от осмиев тетраоксид (OsO4) се абсорбира от разтвор на натриева основа.

Солта се изолира чрез изпаряване на разтвора на натриев перосмат, който след това се редуцира с водород при 120 °C, при което се получава чист осмий.

Употреба редактиране

В чисто състояние осмият се използва рядко поради трошливостта си. Високата му твърдост и устойчивост позволяват използването му в различни сфери:

  • Нагревателните жици на електрическите крушки първоначално са били направени с осмиеви жички, а след това са заменени от волфрам.[1]
  • Използва се като катализатор за синтез на амоняк и хидрогениране на различни органични съединения.
  • Осмиев тетраоксид се използва за откриване на пръстови отпечатъци и в оцветяване на мастна тъкан за оптичния и електронния микроскоп.
  • Използва се за производството на лампи с нажежаеми нишки, заедно с волфрам.
  • Прилага се за различни военни цели, като част от артилерийски снаряди и ракетни бойни глави.
  • Също така се използва в електронното оборудване и ракетните технологии.
  • Осмий се използва при хирургичната процедура синовектомия при пациенти с артрит, само в Скандинавия. Това включва прилагане на осмиев тетраоксид (OsO4), което е силно токсично съединение.
  • Осмиев тетраоксид се използва за определяне на биологични обекти в електронна микроскопия.
  • Сплав от платина (90%) и осмий (10%) се използва при хирургични импланти като пейсмейкъри и при смяна на пулмонална клапа.
  • Правят се опити с присъствието на осмий в съединения, които показват противоракова активност ин виво (в животински изследвания). Те показват обещаващо бъдеще за използването на осмиеви съединения в борбата за намиране лекарство против раковите образувания.

Биологична роля редактиране

Осмият няма биологична роля. Фино стрит прах на осмия реагира с кислорода във въздуха, като се получава осмиев тетраоксид (OsO4). Осмиевият тетраоксид е силно отровен при погълщане. Ниски концентрации от него във въздуха предизвикват дразнене на очите и горните дихателни пътища.

Източници редактиране

  1. а б в г д е ж з и к Лефтеров, Димитър. Химичните елементи и техните изтопи. София, Академично издателство „Проф. Марин Дринов“, 2015. ISBN 978-954-322-831-7. с. 233 – 236.
  2. а б в Лидин, Р. Неорганическая химия. Дрофа, 2007. ISBN 978-5-358-01303-2. с. 417 – 421.
  3. а б в г д е ж Киркова, Елена. Химия на елементите и техинте изотопи. София, Университетско издетелство „Св. Климент Охридски“, 2013. ISBN 978-95407-3504-7. с. 576 – 583.
  4. а б King, R. Encyclopedia of Inorganic Chemistry [10 Volumes]. 2005. ISBN 9780470860786. с. 3336 – 3377.