Осмий цвет. Один из самых дорогих металлов мира осмий и его стоимость за грамм
Читайте также
Порядковый элемент с номером атома 76 в химической системе Д.И. Менделеева называется осмий. В твердом виде металл блестящего серебристо-белого цвета с синеватыми переливами. Считается тяжелым металлом, плотность осмия равна 22,6 г/см3. Но в то же время хрупкий и из него можно изготовить порошок. Именно в этом состоянии был открыт металл английским химиком С. Теннантом. Металл переходный, входит в платиновую группу. В мелком состоянии поддаётся окислению при комнатной температуре.
Свойства осмия
Драгоценный металл самый плотный (22,61 г/см3) и тугоплавкий. Физические свойства осмия следующие:
1. Плавится при температуре 3047 °C., закипает — 5025°С, не перерабатывается механическим способом, нельзя растворить в кислоте и «царской водке».
2. Запах у него неприятный, напоминает смесь чеснока и хлорки, добавляют для придания сплаву платины твёрдости и упругости.
3. Атомная масса осмия составляет 190,23 г/моль.
4. Изотоп 187 является результатом распада изотопа рения. Благодаря химической инертности сплав из осмия используют в агрессивной кислотной среде.
5. Металл хорошо измельчается, в форме порошка фиолетового цвета медленно растворяется в кислотах, реагирует на такие соединения, как сера, селен, теллур и фосфор.
6. В рассыпчатом состоянии реагирует с ртутью, получается амальгам осмия.
7. При взаимодействии с другими веществами выделяет нехороший запах.
8. Внешне кристаллы выглядят красиво. После воздействия на него большой температуры он плавится, образуя твердые и хрупкие кристаллы. Цвет у металла серо-голубой с серебристым блеском.
Его внешние данные могли бы оценить ювелиры, но из-за его токсичности и химического взаимодействия с другими элементами не применяется для выпуска ювелирных изделий.
Земная кора на 0,5% состоит из этого металла, преимущественно в центре земли – ядре. Кусок металла, как яйцо, весит один килограмм. Если в тару 0,5 литра насыпать порошка из этого вещества, его вес составит 16 кг.
Химические свойства благородного металла следующие:
- в твердом состоянии окисляется при температуре более 400 C, в порошке уже реагирует при комнатной температуре (OsO4);
- при нагреве взаимодействует с серой, хлором, фтором, серой и другими химическими элементами;
- в кипящей соляной кислоте не растворяется, а в мелко раздробленном виде соединяется с молекулами азотной кислоты и окисляется: Os + 8HNO3 = OsO4 + 4H2O + 8NO2;
- диоксид осмия OsO2 черного цвета выделяют при обезвоживании в атмосфере азота;
- Гидроксил осмия (IV)Os(OH)4 (OsO2 2H2O) получают путем восстановления солей металла(VI).
В природе существует шесть изотопов, один из 186 изотоп распадается на соединения альфа-группы. Дольше всех существует осмий — 194 с полураспадом в два года. Осмий мало чем выделяется из своих собратьев группы платиноидов (рутений, палладий, осмий, иридий, платина), но превосходит другие металлы из-за своей плотности и способности закипать в очень большой температуре.
Встречается в природе в самородном виде как твёрдый раствор с иридием (минералы невьянскит и сысертскит).
Применение
Добавление осмия в различные сплавы делает их более устойчивыми, долговечными, не подверженными механизации и коррозии.
- Электрохимическая промышленность: используется в соединениях вольфрама, никеля и кобальта. Все изделия получаются износостойкие.
- Внедрение металла платиновой группы в металлические изделия повышает их прочность. Совсем немного нужно вещества, чтобы создать острые лезвия, изделия медицинского назначения и технические изделия.
- Авторучки с наконечниками долго не стираются.
- В кардиологии: назначение металл нашёл в имплантатах (электрокардиостимулятор) и при замещении клапанов лёгочного ствола.
- В соединение с вольфрамом используется для производства нитей для электрических ламп.
- Не обладает магнитным притяжением, благодаря чему нашёл свое применение в изготовлении деталей для часов.
- Катализаторы из него используют в производстве лекарственных препаратов, синтезируют аммиак. Высший оксид этого металла применяется в производстве искусственных лекарств и в лаборатории – им окрашивают ткани под микроскопом.
- Твердый металл применяется в изготовлении опоры и осей для высокоточных приборов измерения. Из-за твердости металл используют в приборостроении.
- Осмий 187 и другие изотопы применяется в тяжелой промышленности: ракетостроении, авиалайнерах, военной технике. Благодаря своей износостойкости помогает выдержать экстремальные условия.
История открытия
Осмий – благородный металл. Но это противоречит его статусу: в переводе с греческого «осме» означает запах, то есть химически активный. А благородство подразумевает инертность этого вещества.
Открытие осмия состоялось в 1803 году. Английский химик С.Теннант в сотрудничестве с Уильямом Х. Уолластоном производили опыт с растворением в царской водке осмия, но ничего из этого не вышло. Похожие испытания провели французские химики Колле-Дескоти, Антуан де Фуркруа и Воклен. Они обнаружили в этом элементе нерастворимый осадок платиновой руды. Химическому элементу присвоили имя птен, от греческого слова означает летящий. Этим опытом они доказали присутствие двух химических веществ - осмия и иридия.
Где он в природе и как его получают
В природе благородный металл в самородках не существует. Его добывают из следующих пород – сысертскит, невьянскит, осмиирид и сарсит. Он входит в состав медных, молибденовых и никелевых руд. По некоторым данным содержится в соединениях мышьяка и серы.
Доля вещества на планете составляет 0,000005% от общей массы всех горных пород. В природе осмий соединяется с иридием, процентное соотношение которого колеблется от 10 до 50. В Африке, Тасмании, Австралии, Соединенных Штатах, Канаде, Колумбии, России есть запасы этого металла. Самая богатая страна по содержанию осмия – ЮАР (месторождение Бушвельдского комплекса). Благородный металл можно встретить в сплавах самородной платины, но чаще в сплавах осмия и иридия.
Рассыпчатое состояние - это наиболее приемлемая форма существования. В таком виде он лучше вступает в химические реакции и подвергается термической обработке. Металл платиновой группы можно получить следующими способами:
- использование электронного луча;
- дуговой нагрев;
- применение бестигельной зонной плавки.
Кристаллы, полученные последним способом очень дорогие. Кто-то умудрялся выращивать кристаллы из порошка, но метод трудный и затрачивает много времени.
Стоимость
В природе металла довольно мало, а добыть осмий – затратный проект, поэтому этим обусловлена его цена на рынке. В 60–70 годы XX века драгметалл был дороже в несколько раз золота. Продавали дешёво, а ценился он дорого, из-за этого предложения на рынке были ошеломляющие: грамм металла оценивался в 10 тыс., и за 200 тыс. долларов. Золото так не ценится, как его собрат платиновой группы.
Чем опасен осмий
Химическое соединение с осмием повреждает человеческие органы. Вдыхание паров приводит к смертельному исходу. У животных при интоксикации наблюдалось малокровие, и нарушалась функция легких.
А вы знаете, что тетра оксид осмия OsO4 довольно агрессивное соединение, и если отравится, на коже появляются пузырьки зеленого или черного цвета. Человеку приходится нелегко, так как лечиться придётся долго.
Тем, кто трудится на опасных производствах, следует относиться к себе осторожно. Для этого на предприятиях выдают защитные костюмы и респираторы.
О́смий - химический элемент с атомным номером 76. В периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом Os (лат. Osmium). При стандартных условиях представляет собой серебристо-голубоватый хрупкий переходный металл. Относится к группе платиновых металлов. Обладает высокой плотностью, сравним по этому параметру только с иридием (плотности Os и Ir практически равны с учётом расчётной погрешности).
История
Осмий открыт в 1804 году английским химиком Смитсоном Теннантом в осадке, остающемся после растворения платины в царской водке. Сходные исследования проводились французскими химиками Колле-Дескоти, Антуаном Франсуа де Фуркруа и Вокеленом, которые тоже пришли к выводу о содержании неизвестного элемента в нерастворимом остатке платиновой руды. Гипотетическому элементу было присвоено имя птен (крылатый), однако опыты Теннанта продемонстрировали, что это смесь двух элементов - иридия и осмия.
Назван от др.-греч. ὀσμή (запах), по резко пахнущему летучему оксиду OsO 4 (напоминает озон).
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:
Na 2 + 3H 2 = 2NaOH + Os + 4H 2 O.
Осмий при этом получается в виде губки.
Свойства
Физические
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, металлический осмий с трудом поддаётся механической обработке. Осмий считается самым плотным из всех химических элементов, немного превосходя по этому параметру 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. При сравнении различных изотопов этих металлов, наиплотнейшим оказывается 192 Os. Необычайно высокая плотность осмия объясняется лантаноидным сжатием.
Химические
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 распространенными являются +2, +3, +4 и +8.
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. Карбонильные группы в Os 3 (CO) 12 могут замещаться на другие лиганды, в том числе и содержащие кластерные ядра других переходных металлов.
Не золото и не платина самые дорогостоящие металлы из таблицы Д. И. Менделеева, а осмий металл. Это редчайший и дорогущий металл серебристо-белого цвета с серым оттенком голубого отлива. У химиков этот металл считается благородным, относящийся к группе платиновых.
Состоит из нескольких изотопов. Их очень трудно разделить, что и отражается на стоимости. Самый востребованный из них изотоп – Осмий-187.
Предполагается, что на 0,5% масса земной коры состоит из осмия, а находится он в ядре. Удивляет пропорция между размером и весом. Килограмм соединения по размеру сопоставим со средним размером куриного яйца. Ёмкость, объёмом 0,5 л., наполненная осмиевым порошком, весит больше 15 кг. Но желание отлить гантельки из такого удобного, в плане соотношения размер/вес, материала, сразу пропадает не только из-за цены на порошок, для кого-то это и не проблема, а ввиду его чрезвычайной редкости и недоступности.
Найти слитки в лесах, горах, водоёмах не получится. До сих пор не найдено ни одного самородка. Добывают его на рудных месторождениях в составе с иридием, платиной, в платиново-палладиевой руде, в медных и никелевых рудах. Но содержание осмия в нём составляет 0,001%. И ещё он встречается в метеоритах. Правда, отделяются изотопы от них больше чем через 9 месяцев. Поэтому промышленные производства с применением осмия обходятся вторичным сырьём, что ненамного дешевле.
Общая выработка самого тяжёлого металла в год во всём мире составляет несколько десятков килограмм. Но увеличивается добыча платины, где осмий присутствует и попутно извлекается. Называют цифры уже 200 кг в год. Так, встаёт задача не столько искать осмий, сколько найти более дешёвый способ отделения его от «соседей».
На Норильском горно-металлургическом комбинате добились определённых успехов в этой задаче. Получили чистый металл из медно-никелевых руд. Количество его на планете – 0,000005% от всей массы горных пород. Но в России есть. И в Казахстане. А основные запасы располагаются в Тасмании, Америке, Австралии. Самые большие сосредоточены в Южной Африке. Она-то и диктует цены.
История открытия и природные свойства
В 1803-1804 годах в Англии, при проведении опытов над платиной с царской водкой (смесь азотной кислоты с соляной), в полученном неизвестном осадке, после растворения платины, появился резкий, неприятный запах, напоминающий хлор. Благодаря этому запаху, только что открытый металл и получил своё название. Правда, на греческом языке. С греческого «осмий» переводится, как «запах».
Формально это , потому что входит в платиновую группу. На этом истинное благородство и заканчивается. Свойства этого металла как химические, так и физические, до сих пор до конца не изучены. Физические характеристики более-менее уточнили несколько лет назад.
Osmium
| Химические свойства | Физические свойства |
|---|---|
| Не растворяется в щелочах и кислотах | Внешне кристаллы твёрдые и хрупкие, имеют красивый серебристый блеск с оттенками от серого до голубого. Слитки – тёмно-синего цвета, порошок – фиолетового. И все с изумительным серебристым блеском. |
| Не реагирует на адскую смесь азотной и соляной кислот – единственный из металлов на планете. | Температура сплавов такая, что производить плавку предпочтительнее на поверхности Солнца. |
| Инертен. Возможно использование сплавов и покрытий из осмия в агрессивных средах. | Высочайшая токсичность, не позволяющая использовать такую красоту для изготовления ювелирных изделий. |
| Чрезмерно токсичен, даже в малых дозах. Особенно летучий оксид осмия, выделяющийся из платины. | Чрезвычайно хрупок. Механической обработке неподвластен. |
| Кипит при температуре 5500°С, но точно не определена – для проверки не существует расчётов | Тугоплавкость. Размягчается только при температуре свыше 3000 градусов С. |
| Не имеет магнитных свойств. | |
| Потрясающая твёрдость. Сплав с добавлением осмия становится более износостойким, долговечным, с повышенной сопротивляемостью коррозиям и механическому воздействию. | |
| Высочайшая плотность 22,61 г/см3. |
Стоимость
Высокая стоимость вызвана ограниченным количеством. Поскольку его мало в природе, а добыча дорогая, то рынок реагирует соответственно. Если сравнивать с золотом, то это будут тысячи тонн золота против нескольких десятков килограммов добычи. Отсюда и цена – она начинается с 15 тысяч и доходит до 200 тысяч долларов за грамм. На мировом рынке золото в 7.5 раз дешевле.
Такие цифры говорят о непопулярности материала для широкого употребления. Основную роль в применении этого тяжёлого металла в сплавах играет прочность. Изделия становятся невероятно износоустойчивы за счет добавления совсем небольших порций металла в состав.
Применение
В широком промышленном производстве осмий применяют редко из-за его дороговизны. Но там, где эффект может превысить материальные затраты, его, конечно, используют. Сырьём он выступает, чаще всего, в порошке. Сам металл хрупкий, крошится легко. Получение порошка несложное.
Еще варианты использования:
Не все соединения осмия применимы к использованию. Но учёные работают над этим.
Опасность и техника безопасности
Как и другие тяжёлые металлы, осмий оказывает не самое благоприятное влияние на живые организмы, не обходя и человеческий. Любые соединения с осмием поражают внутренние органы, вызывают потерю зрения. Отравление парами элемента приводит и к летальному исходу. При наблюдении за животными наблюдалось резкое развитие малокровия, и лёгкие переставали функционировать. Полагают, что это быстроразвивающийся отёк.
Что такое тетраоксид осмия OsO4? А это и есть то самое вещество, благодаря которому элемент носит своё имя. Крайне агрессивен. Его запах нельзя не заметить. Ужасней и омерзительнее запаха в природе не существует. При отравлении задеваются и кожные покровы. Дерма зеленеет, чернеет, а может и вовсе омертветь. Возможно появление пузырей, язв. Заживает всё очень долго.
Опасность отравления грозит, прежде всего, работникам производственных помещений при малейшей концентрации паров в воздухе. Ни о каких допустимых нормах учёные уже не заикаются. Поэтому предусмотренная специальная одежда, респираторы – обычное явление на производствах с применением оксида осмия. Всё герметизировано, ёмкости закупорены и хранятся в соответствии с уже испытанными правилами.
Если всё же по какой-то немыслимой причине соединение осмия попадёт в глаза, промывать их надо продолжительное, минут 20, время. Чистой проточной водой. И сразу к врачу. При попадании в организм через дыхательные пути пары осмия нейтрализуются бикарбонатом натрия. Он выпускается в аэрозольной упаковке. Много молока внутрь. И промыть желудок.
Несомненная польза тяжелейшего металла
По мнению английских учёных этот тяжёлый металл блокирует развитие раковых клеток. Методы терапии онкозаболеваний с задействованием осмия хоть и очень медленно, но уже разрабатываются.
В медицине, в кардиостимуляции, его используют в имплантах, изготовление которых требует благородных металлов для предотвращения развития аллергий. Состав импланта, заменяющего элементы сердца, включает 10% осмия и 90% платины. Конечно, такие приборы и оцениваются соответственно. Такая же пропорция применяется для изготовления лёгочных клапанов.
Применение соединений осмия для медицинских потребностей заметно при производстве особо прочных, длительного использования, инструментов, таких, как скальпели, всевозможные металлокерамические резцы. И нужно для этого совсем немного сырья, а эффект потрясающий.
Микроскопические добавки осмия к стали режущих сортов позволяют создавать острейшие лезвия.
Изделия, применение которых подразумевает использование самого тяжелого металла, оказываются непревзойдёнными в износоустойчивости.
Коммерческий интерес
Разнообразные потрясающие свойства металла осмия вызывают несомненный интерес и неподдельное удивление. Но эти же свойства убивают коммерческий интерес наповал. И, несмотря ни на что, цена на рынке не падает.
Гантели и штанги, которыми бодибилдеры накачивают мускулы, сделаны из стали. Изготовленные из свинца – а лучше из – снаряды значительно потеряли бы в объеме. Но еще вернее использовать для производства гирь осмий: килограмм осмия – это небольшой шарик, легко помещающийся в сжатом кулаке. Поллитровая бутылка с порошковым осмием (именно в таком виде благородный металл покидает стены обогатительного предприятия) весит заметно больше ведра воды.
Вот только лить из осмия гири смелых не сыскать: уж больно тугоплавок. Да и стоимость металла такова, что атлетическому клубу для покупки одной осмиевой гантели пришлось бы работать лет триста...
Осмия мало!
И это понятно. Для формирования тяжелых элементов природе приходится «создавать» особые условия, что случается не слишком часто. Тем не менее, полпроцента массы земной коры приходится на осмий. Есть все основания полагать, что большая часть благородного металла, собранного в теле нашей планеты, сконцентрирована в ядре.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.
Малое количество и сложность получения осмия определяет высоту его цены. Полвека назад осмий оценивался в семь-восемь раз дороже золота. Спекуляции последних лет привели к возникновению совершенно безумных предложений: грамм осмия продавался и за 10 тыс., и за 200 тыс. долларов. Продавался – да не продался: активного применения осмий не находит, хотя кое-где используется.
Открытие осмия
Осмий входит в группу платиноидов и формально считается благородным металлом. Название химического элемента, однако, противоречит статусу: «осме» по-гречески значит «запах»; наличие запаха свидетельствует о значительной химической активности – в то время как «благородство» веществ подразумевает инертность.К открытию осмия был близок У. Уолластон, экспериментировавший с платиновыми рудами. Раззадоренные его успехами французы Антуан де Фуркруа и Луи-Николя Воклен взялись за собственные исследования и верно предположили существование нового элемента, при опытах улетучивавшегося в виде черного дыма.
Фуркруа и Воклен дали веществу имя «птен» - что значит «летучий», и успокоились в ожидании признания. Однако английский химик Смитсон Теннант разделил «птен» на два родственных металла, один из которых за разноцветье его соединений назвал иридием, а второй – по причине раздражающей вонючести – осмием.
Происходят эти важные события в щедром на открытия 1803-м году.
Свойства осмия
Исследовать физико-химические свойства осмия во всей их полноте не получается до сих пор. Довольно долго ученые спорили о том, какой из металлов плотнее – иридий или осмий. Точные измерения лабораторных образцов в данном случае дают лишь примерный результат – из-за большого количества разных по плотности изотопов.Температура плавления и кипения до недавнего времени считалась условно равной 3000° и 5000°С: средств для натурной проверки расчетов не существовало. Лишь несколько лет назад удалось уточнить физические параметры металла. По всему вышло, что варить осмиевые сплавы лучше на поверхности Солнца...
Интересен внешний вид осмия. Застывая из расплава, осмий образует твердые и хрупкие кристаллы, серебристый блеск которых оттенен серовато-голубым (и даже синим) отливом. Внешние достоинства осмия могли бы привлечь ювелиров, однако высокая химическая активность металла и токсичность его соединений исключают возможность использования этого платиноида в украшениях.
Применение осмия
Осмий находит весьма ограниченное применение в разных сферах человеческой деятельности. 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. Нити ламп накаливания из вольфрама с осмием работают дольше и большей отдачей.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 позволяет создавать острейшие лезвия технических, медицинских, промышленных ножей.
Осмиевые катализаторы используются при гидрировании органических соединений, в производстве лекарств, при синтезе аммиака. Правда, дороговизна металла заставляет промышленников искать доступные заменители, и сегодня осмий в химической индустрии встречается все реже.
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.
Осмий опасен и требует осторожности
Сам по себе осмий не более опасен, чем любой другой тяжелый металл. Однако тетраоксид осмия OsO4 – то самое вещество, из-за которого элемент получил не слишком завидное наименование – отличается крайней агрессивностью. Раздражая дыхательные пути и слизистые оболочки человека, он воспринимается как испарение от гниющей редьки, смешанной с давленым чесноком и засыпанной хлорной известью.Избежать окисления осмия практически невозможно , если металл контактирует с атмосферным кислородом. Поэтому ни о каком использовании осмия в