Образование

Плотность осмия: характеристика, значение, физические и химические свойства, получение и применение

Как вы думаете, какой драгоценный металл считается самым тяжелым? Да, это элемент таблицы Менделеева, обозначенный Os. Плотность осмия самая высокая среди всех металлов. В статье мы разберем все характерные свойства данного элемента, поговорим о его распространенности, получении и практическом применении.

Что это?

Слово «осмий» происходит от лат. Osmium. Это один из химических элементов в таблице Менделеева, заключенный под номером 76. Плотность осмия поражает как ученых, так и просто любопытствующих. Она наибольшая среди всех простых веществ, которые встречаются в природе. «Конкурировать» с ним тут может только иридий. Однако теоретические исследования показали, что плотность осмия выше плотности этого элемента.

Os представляет собой в стандартных условиях белый, серебристый блестящий металл, имеющий характерный голубой отлив. Его относят к платиновым, переходным.

Плотность осмия: характеристика, значение, физические и химические свойства, получение и применение - новости образования и науки на News4Smart.ru

Происхождение названия

Перед тем как перейти к свойствам осмия, рассмотрим достаточно интересную историю происхождения названия этого металла. Оно происходит от др.-греч. ὀσμή, что значит «запах». Почему?

Дело в том, что химические реакции растворения щелочных составов осмиридия (так называется нерастворимый остаток платины в «царской водке») в кислоте или воде всегда сопровождаются выделением неприятного стойкого запаха, который раздражает горло человека. В чем-то он сравним с «ароматами» гнилой редьки или хлора.

История открытия

Осмий (фото металла представлены в статье) был открыт в 1803 году Смитсоном Теннантом и Уильямом Х. Волластоном, английскими учеными-химиками. Они обнаружили элемент в осадке, образующемся после растворения платины в «царской водке».

Надо отметить, что подобные исследования проводились и французскими учеными: Колле-Дескоти, Вокленом, Антуаном де Фуркруа. Они тоже пришли к выводу, что в нерастворимом платиновом осадке содержится неизвестное вещество.

Этому гипотетическому элементу французские исследователи предложили название птен (от греч. πτηνος — «крылатое»). Но Теннант своими опытами первый продемонстрировал, что данный остаток — смесь осмия и иридия.

Открытие сразу двух данных элементов было задокументировано англичанином в его письме Лондонскому королевскому обществу, отправленному 22 июля 1804 года.

Плотность осмия: характеристика, значение, физические и химические свойства, получение и применение - новости образования и науки на News4Smart.ru

Описание элемента

Осмий — это серебристо-голубоватый, плотный, но при этом достаточно хрупкий металл. Имеет высокую удельную массу, способен сохранять блеск даже при высоких температурах.

Из-за своей хрупкости, твердости, низкого давления паров (оно является у осмия самым минимальным в среде платиновых металлов), а также из-за высокой температуры плавления этот элемент с трудом поддается какой-либо механической обработке.

Что означает плотность осмия?

Перейдем теперь к самой замечательной характеристике этого металла. Осмий — плотнейшее из всех простых веществ, которые на данный момент открыты учеными. Но по данному показателю он лишь ненамного превосходит иридий.

Наиболее достоверные показатели по этой характеристике для обеих металлов были рассчитаны по параметрам их кристаллической решетки. Плотность редкого металла осмия равна 22,587 ± 0,009 г/см³. Для иридия значение всего на немного меньше — 22,562 ± 0,009 г/см³.

Если обратиться к самым современным исследованиям, то можно увидеть, что плотность осмия (кг/м3) — 22600. Ученые сравнили и различные изотопы элемента. Наиплотнейшим среди них был признан 192Os.

Что означает плотность осмия 22600 кг/м3? Это следствие лантаноидного сжатия и плотноупакованной гексагональной кристаллической решетки.

Плотность осмия: характеристика, значение, физические и химические свойства, получение и применение - новости образования и науки на News4Smart.ru

Физические свойства элемента

Мы теперь в курсе, что плотность редкого металла осмия — 22600 кг/м3. Рассмотрим и другие его физические характеристики:

  • Температура плавления металла — 3033 ° по Цельсию.
  • Температура кипения — 5012 °С.
  • Температура перехода вещества в сверхпроводящее состояние — 0,66 К.
  • Твердость по шкале Мооса — 7.
  • Твердость элемента по Виккерсу — 3-4 ГПа.
  • Модуль нормальной упругости металла — 56,7 ГПа.
  • Модуль его сдвига — 22 ГПа.
  • Осмий является парамагнетиком (его магнитная восприимчивость оценивается в 9,9 · 10−6).

Химические свойства металла

Еще раз повторим, что плотность редкого металла осмия равна 22600 кг/м3. Теперь обозначим химические свойства данного элемента:

  • При нагревании порошок металла будет реагировать с кислородом, парами серы, галогенами, теллуром, селеном, фосфором, серной и азотной кислотами.
  • Компактный осмий не станет взаимодействовать со щелочами и кислотами. Но при этом будет образовывать водорастворимые осматы с расплавами щелочей.
  • Осмий медленно реагирует с «царской водкой» и азотной кислотой.
  • Металл будет реагировать в присутствии окислителей (хлората или нитрата калия) с расплавленной перекисью натрия.
  • В соединениях проявляет степени окисления от −2 до +8. Из них самыми распространенными для осмия считаются +2, +3, +4 и +8.
  • Это один из немногих металлов, способных образовывать кластерные (полиядерные) соединения. К примеру, полиядерный карбонил элемента Os3(CO)12 применяется для исследования и моделирования реакций углеводородов на металлических центрах.
    Плотность осмия: характеристика, значение, физические и химические свойства, получение и применение - новости образования и науки на News4Smart.ru

Нахождение металла в природе

Этот элемент выделяется не только тем, что плотность редкого металла осмия равна 22600 кг/м3. Он относится к самым нераспространенным в природе. Его содержание в земной коре — около 5 · 10−6 % по массе.

В самородном виде осмий можно встретить в форме твердых растворов с иридием (они могут содержать в себе от 10 до 50 % осмия). Также элемент находят и в полиметаллических рудах, содержащих в себе и палладий, и платину. Это медно-молибденовые и медно-никелевые сульфидные руды. Находят осмий и в минералах платины, а также отходах, полученных после переработки золотосодержащей руды.

Основные же минералы осмия относятся к классу твердых растворов. Это сплавы иридия и осмия — сысертскит и невьянскит. Что касается последнего, он образует плотные (сравните: ρ = 17 000—22 000 кг/м3) светло-серые или беловатые пластинчатые кристаллы сингонии гексагональной, чья твердость по шкале Мооса оценивается в 6 баллов. Процент содержания осмия в невьянските — от 21 до 43 % от общей массы.

Сысертскит нередко можно обнаружить поблизости от невьянскита. Внешне он будет представлять собой сероватые кристаллы гексагональной структуры. По шкале Мооса их твердость оценивают в 6 баллов. Плотность же составляет 17 800—22 500 кг/м3. Особенность этого минерала в том, что он может содержать в себе не только иридий и осмий, но и рутений.

В каких-то примерах данные минералы встречаются самостоятельно. Но в большинстве случаев осмистый иридий все же входит в состав самородков платины.

Можно также встретить осмий и в виде соединений с мышьяком и серой. Это осарсит, эрлихманит, осмиевый лазурит. Однако содержание осмия в рудах не будет превышать 1 · 10−5.

Плотность осмия: характеристика, значение, физические и химические свойства, получение и применение - новости образования и науки на News4Smart.ru

Распространенность в окружающей среде

Исследования ученых показывают, что осмий — один из самых редких элементов, встречающихся в природе. Это утверждение подтверждают конкретные цифры:

  • Распространенность в земной коре — около 0,007 г/т.
  • Содержание в эклогитах — 0,16 г/т.
  • Наличие в формациях пироксенитов — порядка 0,007 г/т.
  • Содержание в перидотитах — около 0,15 г/т.
  • Наличие в формациях дунитов-перидотитов — 0,0013 г/т.

Месторождения осмия

Самые крупные месторождения осмистого иридия мира зафиксированы в данных зонах:

  • Урал и Сибирь Российской Федерации.
  • Штаты Аляска и Калифорния (США).
  • Канада.
  • Колумбия.
  • Ряд стран Южной Африки.
  • Австралия.
  • Тасмания.

Крупнейшим месторождением сегодня считается Бушвельдский комплекс, расположенный в Южно-Африканской республике.

Плотность осмия: характеристика, значение, физические и химические свойства, получение и применение - новости образования и науки на News4Smart.ru

Получение элемента

В промышленности осмий выделяется из обогащенного сырья платинового металла. Происходит это путем прокаливания данного концентрата на воздухе при достаточно высоких температурах, достигающих 800-900 °С. Происходит количественная сублимация отличающихся повышенной летучестью паров тетраоксида осмия OsO4. Затем их поглощают раствором NaOH.

При дальнейшем упаривании раствора выделяют соль — перосмат натрия. Затем ее восстанавливают водородом при нагреве до +120 градусов по Цельсию до осмия. Он при этом получается в виде губки.

Применение

Посмотрим теперь насколько применим самый плотный из открытых металлов в практической деятельности человека:

  • Исключительная тугоплавкость, а также высокая твердость позволяют использовать осмий в роли покрытия на различных узлах трения.
  • Может применяться в качестве катализатора при синтезе аммиака, для гидрирования органических соединений. Также используется в катализаторах топливных метанольных элементов.
  • Сплав вольфрама и осмия «осрам» какое-то время использовался для изготовления нитей для ламп накаливания.
  • Есть информация и о применении осмия в военных целях — в качестве составляющей боеголовок ракет и артиллерийских снарядов.
  • Применяется в электронной аппаратуре, устанавливаемой в авиационной и ракетной технике.
  • В комплексе с рутением и иридием — компонент износостойких и сверхпрочных сплавов.
  • Тетраоксид осмия используется в электронной микроскопии для прочной фиксации биологических объектов исследования.
  • Сплав осмия (10 %) и платины (90 %) применяется в хирургии для изготовления имплантантов — электрокардиостимуляторов, при замещении клапанов легочного ствола.
  • Известны и сплавы алюминия с осмием. Их практическая применимость основана на необычайно высокой пластичности. Так, элемент из данного сплава может быть вытянут в 2 раза без разрыва.
Плотность осмия: характеристика, значение, физические и химические свойства, получение и применение - новости образования и науки на News4Smart.ru

Физиологическое воздействие, биологическая роль

Ученые уверены сегодня, что осмий какой-либо биологической роли не играет. Но при этом его классифицируют, как крайне агрессивный. Наравне со ртутью, висмутом и бериллием.

Даже малое количество паров осмия в воздухе вызывает у людей поражение глаз — конъюнктивит, слезотечение, боли. Во рту при этом появляется неприятный металлический привкус, начинаются бронхиальные спазмы. Человеку становится трудно дышать. Даже спустя несколько часов после того, как источник выделения паров будет ликвидирован.

При долгих воздействиях паров элемента на организм человека может наступить слепота, заболевания дыхательной и нервной системы, нарушения работы почек и ЖКТ. Не исключен даже летальный исход.

От воздействия осмия также страдают и кожные покровы. Они приобретают зеленоватый, а то и черноватый оттенок, появляются ранки, волдыри и другие воспаления. Кожные покровы теряют чувствительность, могут омертветь. При этом язвы, оставшиеся от воздействия осмия, на теле человека заживают очень долго.

Осмий — самый плотный металл в мире. Это его качество позволяет использовать элемент в промышленности в самых разнообразных сферах. Но осмий — и достаточно редкий драгоценный металл.

Плотность осмия: характеристика, значение, физические и химические свойства, получение и применение — все интересные факты и достижения науки и образования на News4Smart.ru

Поделитесь ссылкой и ваши друзья узнают, что вы знаете ответы на все вопросы. Спасибо ツ

Related Articles

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Close