Осмий

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към навигацията Направо към търсенето
Осмий
Осмий – сиво-син метал
Сиво-син метал
Спектрални линии на осмий
РенийОсмийИридий
Ru

Os

Hs
Периодична система
Общи данни
Име, символ, Z Осмий, Os, 76
Група, период, блок 86d
Химическа серия преходен метал
Електронна конфигурация [Xe] 4f14 5d6 6s2
e- на енергийно ниво 2, 8, 18, 32, 14, 2
CAS номер 7440-04-2
Свойства на атома
Атомна маса 190,23 u
Атомен радиус (изч.) 130 (185) pm
Ковалентен радиус 144±4 pm
Степен на окисление 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, −1, −2, −4
Оксид OsO4 и OsO2 (киселинни)
Електроотрицателност
(Скала на Полинг)
2,2
Йонизационна енергия I: 840 kJ/mol
II: 1600 kJ/mol
Физични свойства
Агрегатно състояние твърдо вещество
Кристална структура шестоъгълна плътноопакована
Плътност 22590 kg/m3
Температура на топене 3306 K (3033 °C)
Температура на кипене 5285 K (5012 °C)
Моларен обем 8,421×10-6 m3/mol
Специф. топлина на топене 31 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение 378 kJ/mol
Налягане на парата
P (Pa) 1 10 102 103 104 105
T (K) 3160 3423 3751 4148 4638 5256
Скорост на звука 4940 m/s при 20 °C
Специф. топл. капацитет 130 J/(kg·K)
Специф. електропроводимост 1,2×107 S/m при 0 °C
Специф. ел. съпротивление 0,081 Ω.mm2/m при 0 °C
Топлопроводимост 87,6 W/(m·K)
Магнетизъм парамагнитен
Модул на срязване 222 GPa
Модул на свиваемост 462 GPa
Коефициент на Поасон 0,25
Твърдост по Моос 7
Твърдост по Викерс 3620 – 4140 MPa
Твърдост по Бринел 3490 – 4000 MPa
История
Откритие Смитсън 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 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.

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 | редактиране на кода]

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 | редактиране на кода]

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 слаборазпространен, 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 | редактиране на кода]

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 | редактиране на кода]

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

Химични свойства[редактиране | редактиране на кода]

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 | редактиране на кода]

Оксиди, хидроксиди и соли[редактиране | редактиране на кода]

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 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 | редактиране на кода]

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 | редактиране на кода]

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 | редактиране на кода]

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[OaO2Cl4].

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 | редактиране на кода]

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 | редактиране на кода]

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.

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  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.