Osmiyum nasıl çıkarılır? Dünyanın en pahalı metalleri

Nüfusun büyük bir kısmı altın ve platinin en pahalı metaller olduğunun bilincindedir. Platin grubuna ait olan osmiyumun 1 gram başına fiyatı, altın değerinden daha düşüktür.

Osmiyum neden bu kadar pahalı?

Dünyada her yıl yaklaşık 2.600 ton altın ve bir miktar da platin çıkarılıyor. Üstelik istatistiklere göre değerli madenlerin üretim hacmi her yıl %1,5 oranında artıyor. Bu arada doğada bulunmasının çok zor olmasından dolayı sadece 600 kg osmiyum çıkarılıyor. Ve saf haliyle bulunmaz. Ve platin grubu metallerden delinerek çıkarılırlar. Bu nedenle 2019'da bir gramın fiyatı yaklaşık 12-15 ABD Doları veya 800-900 ruble civarındadır. Osmiyum madenciliği birçok zorluğu beraberinde getiriyor. Birincisi, yerkabuğundaki içeriği ihmal edilebilecek kadar azdır ve her şeyden önce yeryüzüne dağılmıştır. Ekstraksiyonun karmaşıklığı ve bunun sonucunda ortaya çıkan yüksek maliyet, osmiyumun endüstride kullanımını sınırlamaktadır ve bu nedenle, kullanımın ekonomik etkisinin ekstraksiyon ve işleme maliyetlerini aştığı durumlarda kullanılır.

Osmiyum, gezegenimize farklı zamanlarda düşen meteor parçalarında bulunur. Ancak çoğu zaman madenlerde çıkarılır. Yakınlarda iridyum gibi bir malzemeyi sıklıkla bulabilirsiniz. Üretilen osmiyum miktarı gerçekten ihmal edilebilir düzeydedir ve çeşitli endüstrilerin ihtiyaçlarını karşılamak için ikincil metal kullanılması gerekmektedir.

Bu metalin en büyük ihracatçılarından biri Kazakistan Cumhuriyeti'dir. Doğrulanmamış bilgilere göre bu ülkede çıkarılan bir gramın fiyatı yaklaşık 10.000 ABD dolarıdır. Ancak metalin ons başına fiyatı ticari bir sır olduğu için bunlar sadece söylentiler. Metalin maliyetinin büyüklüğü, endüstride, tıpta ve biyolojide kitlesel kullanımının fizibilitesini düşündürmektedir.

Periyodik tablodaki yeri ve temel özellikleri

Os olarak adlandırılan metal, 76 numaralı hücrede bulunur. En yakın komşular renyum ve iridyumdur. Normal koşullar altında madde gümüşi beyaz bir renge sahiptir.

Osmiyumun bir dizi benzersiz özelliği vardır. Örneğin yoğunluk santimetreküp başına 22,6 gramdır. Bu bakımdan iridyumu geride bıraktı. Doğada bulunan bir metal, ayrılması neredeyse imkansız olan birçok izotoptan oluşur. En yaygın kullanılan izotop indeks 187'dir.

Osmiyumun toplanma durumunu değiştirip sıvı hale geçtiği sıcaklık 3.027 ºC'dir. Malzeme 5500 ºC'ye ulaştığında kaynamaya başlar. Yüksek yoğunluk metali oldukça kırılgan hale getirdi.

Ekstraksiyon ve uygulama özellikleri

Yüksek maliyetine rağmen osmiyum takı yapımında kullanılmaz. Bunun nedeni zayıf işlenebilirliktir. Makineyle işlenmesi neredeyse imkansızdır. Ayrıca refrakterliği ve kırılganlığı da unutmamalıyız.

Oldukça nadir bir metalin izotopları arasında 187 sayısı var. Uzay teknolojisinin yapımında kullanılan da budur. Ayrıca nükleer silahlar onsuz yapamazdı. Füze silahlarının kontrolünde yer alan elektronik ekipman oluşturmak için kullanılır. Bu arada nükleer atık depolama tesislerinin yapımında da kullanılıyorlar.

Osmiyumun çeşitli endüstrilerde uygulanması

Yukarıda belirtildiği gibi, bu yüksek yoğunluğa sahip birkaç malzemeden biridir; örneğin bir kova su, bu metalle dolu yarım litrelik bir şişeden daha hafif olacaktır. Bu arada, bu özellik - sertlik - diğer özelliği - sertliğin aksine pratikte talep edilmiyor.

Osmiyum birçok alaşımın üretiminde katkı maddesi olarak kullanılır. Küçük bir metal ilavesi bile alaşımlara inanılmaz aşınma direnci kazandırır. Bu malzemenin eklenmesiyle alaşım diğerlerinden çok daha uzun süre dayanabilir. Ayrıca osmiyum ilaveli alaşımlar mekanik mukavemeti arttırmış ve korozyona karşı yüksek dirence sahiptir. Bu özelliğinin bir sonucu olarak osmiyum ve alaşımları çeşitli bileşenlerdeki sürtünmeyi azaltmak için kullanılır. Çeşitli endüstriler için süper sert alaşımların üretiminde osmiyum ve iridyum alaşımı kullanılır.

Belirtilen özelliklerden dolayı osmiyum, ölçümlerin yüksek doğrulukla yapılmasına yönelik ölçüm ekipmanlarının imalatında kullanılır.

Bu arada otomatik kalem üretiminde osmiyum kullanılıyor. Bu nedenle kalemler yıllarca yıpranmadan yazabilir.

Nadir bir metalin bir diğer özelliği de manyetik olmamasıdır. Saat mekanizmalarında ve mekanik navigasyon cihazlarında (pusulalarda) kullanılmasının nedeni de buydu.

Metal, amonyak ve organik bileşiklerin üretiminde katalizör olarak kullanılır. Ayrıca metanol yakıt hücreleriyle katalizör üretimi onsuz yapılamaz.

Çok uzun zaman önce, akkor lamba filamanları üretmek için osmiyumlu bir tungsten alaşımı kullanıldı. Bu alaşıma Osram adı veriliyor.

Mikroskopi de nadir metallerden yoksun değildir. Elektron mikroskoplarını çalıştırmak için kullanılır.

Tıpta osmiyum ve oksitleri cerrahi implantlarda, kalp stimülatörlerinde ve akciğerlerdeki kapakçıkların değiştirilmesinde kullanılır. Ancak osmiyum tetroksit güçlü bir toksindir ve pratik olarak hiçbir endüstride kullanılmaz.

Aslında osmiyum saf haliyle pratikte nadiren kullanılır. Bileşikleri, örneğin oksitler, çok daha sık kullanılır.

Depolama Özellikleri

Hazır osmiyum toz halinde depolanır. Kristal formunda erimediği ve hiçbir şekilde işlenemediği için markalanamamaktadır. Radyasyonla ısıtma metal külçe üretmek için kullanılır. Ancak toz malzemeden kristal üretmenin, örneğin potanın ısıtılması gibi yöntemleri vardır.

Biraz tarih

Osmiyum bir element olarak yirminci yüzyılın başında İngiliz bilim adamları tarafından keşfedildi. Kral Suyu'nda platinin çözülmesi üzerine deneyler yaptılar. Bu, metalleri kalıntı bırakmadan çözebilen bir hidroklorik ve nitrik asit karışımıdır.

Deneyler sırasında bir çökelti ortaya çıktı ve iyice incelendi. Sonuç olarak osmiyum ve iridyum karışımı bulundu. Bu arada Fransa'da da benzer çalışmalar yapıldı.

Osmiyum

Osmiyum- D. I. Mendeleev'in Kimyasal Elementlerin Periyodik Tablosunda atom numarası 76 olan, sembolü ile gösterilen bir kimyasal element İşletim sistemi(lat. Osmiyum). Standart koşullar altında gümüşi-mavimsi kırılgan bir geçiş metalidir. Gruba ait platin metalleri. Bu parametrede yalnızca iridyumla karşılaştırılabilecek yüksek bir yoğunluğa sahiptir (hesaplanan hata dikkate alınarak Os ve Ir'nin yoğunlukları neredeyse eşittir).

Hikaye

Osmiyum 1804 yılında İngiliz kimyager tarafından keşfedildi. Smithson Tennant Platin'in Kral Kral Suyu'nda çözülmesinden sonra kalan tortuda. Benzer çalışmalar Fransız kimyager Collet-Descoti tarafından da yürütülmüştü. Antoine François de Fourcroix ve platin cevherinin çözünmeyen kalıntısındaki bilinmeyen bir elementin içeriği hakkında da sonuca varan Vauquelin. Varsayımsal öğeye bir ad verildi para(kanatlı) ancak Tennant'ın deneyleri bunun iki elementin (iridyum ve osmiyum) bir karışımı olduğunu gösterdi.

Kimyasal özellikler

Osmiyumun oksidasyon durumları
−2	Na2Os(CO)4
−1	Na 2 Os 4 (CO) 13
	İşletim Sistemi 3 (CO) 12
+2	OSI 2
+3	OsBr3
+4	OsO2 OsCl4
	OSF5
	OSF6
	OsOF5 OSF 7
+8	OsO4 İşletim Sistemi(NCH 3) 4

Fiziki ozellikleri

Osmiyum külçe.

Osmiyum, gri-mavimsi, sert fakat kırılgan bir metal olup, özgül ağırlığı çok yüksektir ve yüksek sıcaklıklarda bile parlaklığını korur. Sertliği, kırılganlığı ve düşük buhar basıncı nedeniyle (tüm ürünler arasında en düşük olanı) platin metalleri) ve çok yüksek bir erime noktasına sahip olan osmiyum metalinin işlenmesi zordur. Osmiyum, bu parametrede iridyumu biraz aşan tüm kimyasal elementlerin en yoğun olduğu kabul edilir. Bu metaller için en güvenilir yoğunluklar, kristal kafeslerinin parametrelerinden hesaplanabilir: iridyum için 22,562 ± 0,009 g/cm³ ve osmiyum için 22,587 ± 0,009 g/cm³. Bu metallerin farklı izotopları karşılaştırıldığında 192 Os en yoğun olanıdır. Osmiyumun alışılmadık derecede yüksek yoğunluğu, lantanit büzülmesine bağlanıyor.

ismin kökeni

Adını eski Yunancadan almıştır. ὀσμή (koku), güçlü kokulu uçucu oksit bazlı OsO4(ozona benzer).

Doğada olmak

Osmiyum kristalleri

Osmiyum doğal formda bulunamadı. İçinde bulunur polimetalik cevherler ayrıca platin ve paladyum (sülfit bakır-nikel ve bakır-molibden cevherleri) içerir. Osmiyumun ana mineralleri katı çözeltiler sınıfına ait doğal osmiyum ve iridyum alaşımlarıdır (nevyanskit ve sysertskite). Bazen bu mineraller bağımsız olarak meydana gelir, ancak daha sıklıkla ozmik iridyum doğal platinin bir parçasıdır.

Doğum yeri

Osmik iridyumun ana yatakları Rusya'da (Sibirya, Urallar), ABD'de (Alaska, Kaliforniya), Kolombiya, Kanada ve Güney Afrika ülkelerinde yoğunlaşmıştır.

Mevduatlar en büyük rezervlere sahiptir Bushveld kompleksi V Güney Afrika Cumhuriyeti .

Osmiyum ayrıca kükürt ve arsenikli bileşikler (erlichmanit, osmiyum laurit, osarsit) formunda da bulunur. Cevherlerdeki osmiyum içeriği kural olarak 1×10 −5'i geçmez.

Diğer asil metallerle birlikte demir meteoritlerde bulunur.

İzotoplar

Doğada osmiyum, 6'sı kararlı olan yedi izotopta oluşur: 184 Os, 187 Os, 188 Os, 189 Os, 190 Os ve 192 Os. En ağır izotop (osmiyum-192) toplam “rezervlerin” %41'ini oluştururken, en hafif izotop (osmiyum-184) yalnızca %0,018'ini oluşturur. Osmiyum-186 alfa bozunmasına maruz kalır, ancak olağanüstü uzun yarı ömrü (2,0 ± 1,1) x 10 15 yıl) göz önüne alındığında pratik olarak kararlı kabul edilebilir. Hesaplamalara göre, diğer doğal izotoplar da alfa bozunması yeteneğine sahiptir, ancak daha uzun bir yarı ömre sahiptirler, dolayısıyla bunların alfa bozunması deneysel olarak gözlemlenmemiştir. Teorik olarak 184 Os ve 192 Os için çift beta bozunması mümkündür, ancak bu da gözlemlerle gözlemlenmemiştir.

İzotop osmiyum-187, izotop renyumun bozunmasının sonucudur (187 Re, yarı ömür 4,56×10 10 yıl). Kayaların ve meteorların tarihlendirilmesinde aktif olarak kullanılmaktadır ( renyum-osmiyum yöntemi). Osmiyumun tarihleme yöntemlerinde en iyi bilinen kullanımı, Kretase ve Tersiyer dönemlerini ayıran sınır tabakasından kuvarsın analiz edilmesinde kullanılan iridyum-osmiyum yöntemidir.

Osmiyum izotoplarının ayrılması oldukça karmaşık bir iştir. Bazı izotopların oldukça pahalı olmasının nedeni budur. Saf osmiyum-187'nin ilk ve tek ihracatçısı, Ocak 2004'ten bu yana bu maddeyi resmi olarak gram başına 10.000 $ fiyatla sunan Kazakistan'dır.

Osmiyum-187'nin yaygın pratik kullanımı yoktur. Bazı haberlere göre bu izotopla yapılan operasyonların amacı yasadışı sermayenin aklanmasıydı.

Yaygınlık

yer kabuğunda - 0,007 g/t

peridotitlerde - 0,15 g/t

eklojitlerde - 0,16 g/t

dünit-peridotit oluşumlarında - 0,013 g/t

piroksenit oluşumlarında - 0,007 g/t

Fiş

Osmiyum, platin metallerinin zenginleştirilmiş hammaddelerinden, bu konsantrenin havada 800-900 °C sıcaklıklarda kalsine edilmesiyle izole edilir. Bu durumda çok uçucu bir maddenin buharları niceliksel olarak süblimleşir. osmiyum tetroksit OsO4 daha sonra NaOH çözeltisi tarafından emilir.

Solüsyonun buharlaştırılmasıyla bir tuz izole edilir - sodyum perosmat, daha sonra 120 °C'de hidrojen ile osmiyuma indirgenir:

Na2 + 3H2 = 2NaOH + Os + 4H20.

Bu durumda osmiyum sünger şeklinde elde edilir.

Fiziki ozellikleri

Yüksek sertlik ve olağanüstü refrakterlik, osmiyumun sürtünme ünitelerinde kaplama olarak kullanılmasını mümkün kılar.

Kimyasal özellikler

Osmiyumun oksidasyon durumları
−2	Hayır 2
−1	Hayır 2
0	İşletim Sistemi 3 (CO) 12
+1	OSI
+2	OSI 2
+3	OsBr3
+4	OsO2, OsCl4
+5	OSF5
+6	OSF6
+7	OSOF5, OSF7
+8	OsO4, Os(NCH3)4

Osmiyum tozu ısıtıldığında oksijen, halojenler, kükürt buharı, selenyum, tellür, fosfor, nitrik ve sülfürik asitlerle reaksiyona girer. Kompakt osmiyum asitlerle veya alkalilerle reaksiyona girmez ancak erimiş alkalilerle suda çözünür osmatlar oluşturur. Nitrik asit ve kral suyu ile yavaş reaksiyona girer, oksitleyici maddelerin (potasyum nitrat veya klorat) varlığında erimiş alkalilerle ve erimiş sodyum peroksit ile reaksiyona girer. Bileşiklerde -2'den +8'e kadar oksidasyon durumları sergiler; bunların en yaygın olanları +2, +3, +4 ve +8'dir.

Osmiyum, çok çekirdekli (veya küme) bileşikler oluşturan birkaç metalden biridir. Polinükleer osmiyum karbonil Os3 (CO) 12, hidrokarbonların metal merkezler üzerindeki kimyasal reaksiyonlarını modellemek ve incelemek için kullanılır. Os3(CO)12'deki karbonil grupları, diğer geçiş metallerinin küme çekirdeklerini içerenler dahil olmak üzere diğer ligandlarla değiştirilebilir.

Başvuru

Metanol katalizörlerinde amonyak sentezi, organik bileşiklerin hidrojenasyonu için katalizör olarak kullanılır yakıt hücreleri.

Alaşım " osram" (tungstenli osmia) iplik yapımında kullanıldı akkor lambalar.

Osmiyumun topçu mermileri ve füze savaş başlıklarının bir parçası olarak askeri amaçlarla kullanıldığına dair bilgiler var. Ayrıca uçak ve roketçilik için elektronik ekipmanlarda da kullanılır.

İridyum ve rutenyum içeren süper sert ve aşınmaya dayanıklı alaşımların bileşeni (hassas aletlerin destekleyici eksenleri, dolma kalemler için kalem uçları).

Osmiyum tetroksit nerelerde kullanılır? elektron mikroskobu biyolojik nesneleri sabitlemek için.

Biyolojik rol ve fizyolojik etki

Biyolojik bir rol oynamaz. Daha yüksek osmiyum oksit son derece toksiktir.

Kalp pili ve pulmoner kapak değişimi gibi cerrahi implantlarda platin (%90) ve osmiyum (%10) alaşımı kullanılır.

Vücut geliştiricilerin kaslarını güçlendirmek için kullandıkları dambıl ve halterler çelikten yapılmıştır. Kurşundan yapılan mermiler (veya daha iyisi) önemli miktarda hacim kaybedecektir. Ancak ağırlık üretmek için osmiyum kullanmak daha da iyidir: Bir kilogram osmiyum, sıkılmış bir yumruğa kolayca sığabilecek küçük bir toptur. Yarım litrelik bir toz osmiyum şişesi (bu, asil metalin zenginleştirme tesisinin duvarlarından çıktığı formdur) bir kova sudan belirgin şekilde daha ağırdır.

Ancak osmiyumdan ağırlık çıkaracak kadar cesur birini bulamazsınız: o çok dirençlidir. Ve metalin maliyeti o kadar yüksek ki, bir atletizm kulübünün bir osmiyum dambıl satın alabilmesi için üç yüz yıl çalışması gerekiyor...

Yeterli osmiyum yok!

Ve bu anlaşılabilir bir durum. Ağır elementlerin oluşması için doğanın özel koşulları “yaratması” gerekir ki bu da çok sık gerçekleşmez. Ancak yer kabuğunun kütlesinin yüzde yarısı osmiyumdur. Gezegenimizin gövdesinde toplanan asil metallerin çoğunun çekirdekte yoğunlaştığına inanmak için her türlü neden var.

Doğada osmiyum esas olarak doğal platin veya platin-paladyum cevherinin bir parçası olan iridyum ile bir bileşik formunda oluşur. Osmiyum madenciliği için hammadde olarak kabul edilen mineraller, ağır "göreceli" platinin ortalama yüzde binde birini içerir. Araştırmanın tamamı boyunca, en küçük boyutta bile tek bir osmiyum külçesi bile çıkarılmadı.

Osmiyumun elde edilmesinin azlığı ve zorluğu, fiyatının yüksekliğini belirler. Yarım yüzyıl önce osmiyumun değeri altından yedi ila sekiz kat daha pahalıydı. Son yıllardaki spekülasyonlar tamamen çılgın tekliflere yol açtı: Bir gram osmiyum hem 10 bin hem de 200 bin dolara satıldı. Satıldı ama satılmadı: osmiyum bazı yerlerde kullanılsa da aktif olarak kullanılmıyor.

Osmiyumun keşfi

Osmiyum platin grubunun bir parçasıdır ve resmi olarak asil bir metal olarak kabul edilir. Ancak kimyasal elementin adı, statüsüyle çelişmektedir: Yunancada "osme", "koku" anlamına gelir; kokunun varlığı önemli kimyasal aktiviteyi gösterirken, maddelerin "asalet"i eylemsizliği ima eder.

Platin cevherleri üzerinde deneyler yapan Wollaston, osmiyumun keşfine çok yaklaşmıştı. Başarılarından cesaret alan Fransız Antoine de Fourcroix ve Louis-Nicolas Vauquelin, kendi araştırmalarına başladılar ve deneyler sırasında siyah duman şeklinde buharlaşan yeni bir elementin varlığını doğru bir şekilde varsaydılar.

Fourcroix ve Vauquelin, maddeye "uçucu" anlamına gelen "ptene" adını verdiler ve tanınmayı bekleyerek sakinleştiler. Ancak İngiliz kimyager Smithson Tennant, "pten"i iki ilgili metale ayırdı; bunlardan birine bileşiklerinin renk çeşitliliği nedeniyle iridyum, ikincisine ise rahatsız edici kokusundan dolayı osmiyum adı verildi.

Bu önemli olaylar, keşiflerle dolu, 1803 yılında gerçekleşiyor.

Osmiyumun özellikleri

Osmiyumun fizikokimyasal özelliklerini bütünüyle incelemek hala mümkün değil. Uzun bir süre bilim adamları hangi metalin daha yoğun olduğunu - iridyum veya osmiyum - tartıştılar. Bu durumda laboratuvar numunelerinin doğru ölçümleri, farklı yoğunluklardaki çok sayıda izotop nedeniyle yalnızca yaklaşık sonuçlar sağlar.

Yakın zamana kadar erime ve kaynama noktalarının şartlı olarak 3000° ve 5000°C'ye eşit olduğu düşünülüyordu; hesaplamaların tam ölçekli doğrulanması için hiçbir araç yoktu. Sadece birkaç yıl önce metalin fiziksel parametrelerini açıklığa kavuşturmak mümkün oldu. Görünüşe göre osmiyum alaşımlarını Güneş yüzeyinde pişirmenin daha iyi olduğu ortaya çıktı...

Osmiyumun görünümü ilginçtir. Eriyikten katılaşan osmiyum, gümüşi parlaklığı grimsi mavi (ve hatta mavi) bir renk tonuyla gölgelenen sert ve kırılgan kristaller oluşturur. Osmiyumun dış avantajları kuyumcuların ilgisini çekebilir ancak metalin yüksek kimyasal aktivitesi ve bileşiklerinin toksisitesi, bu platinin mücevherlerde kullanılma olasılığını dışlıyor.

Osmiyum uygulamaları

Osmiyum, insan faaliyetinin çeşitli alanlarında çok sınırlı bir kullanım alanı bulmaktadır. Alaşımların alaşımlanması, çözümü bazen osmiyuma verilen ana görevlerden biridir. Osmiyum, tungsten, nikel ve kobalt ile birlikte elektrokimya endüstrisinin bir "işçisi" haline gelir. Osmiyum alaşımlarından yapılan kontaklar, uçlar ve göbekler minimum aşınmalarıyla ünlüdür. Tungsten-osmiyum akkor lamba filamanları daha uzun süre dayanır ve daha verimlidir.
Malzemeye sert ve ağır platinin eklenmesi sürtünme çiftlerinin aşınma direncini önemli ölçüde artırır. Metal seramik kesiciye özel bir güç kazandırmak için sadece biraz osmiyuma ihtiyaç vardır. Osmiyumun çelik kesme kalitelerine mikroskobik eklenmesi, teknik, tıbbi ve endüstriyel bıçakların en keskin bıçaklarını oluşturmanıza olanak tanır.

Osmiyum katalizörleri organik bileşiklerin hidrojenlenmesinde, ilaç üretiminde ve amonyak sentezinde kullanılır. Doğru, metalin yüksek maliyeti sanayicileri uygun fiyatlı alternatifler aramaya zorluyor ve bugün osmiyum kimya endüstrisinde giderek daha az yaygınlaşıyor.

Yüksek hassasiyetli ölçüm cihazlarına yönelik eksenler, destekler ve destek soketleri katı ve manyetik olmayan osmiyumdan yapılmıştır. Her ne kadar yakut destekleri osmiyum desteklerinden daha sert ve daha ucuz olsa da, enstrüman yapımında bazen metalin dayanıklılığı tercih edilebilir.

Osmiyum tehlikelidir ve dikkat gerektirir

Osmiyumun kendisi diğer ağır metallerden daha tehlikeli değildir. Bununla birlikte, osmiyum tetroksit OsO4 - elementin pek de kıskanılacak olmayan adını aldığı madde - son derece agresiftir. İnsanların solunum yollarını ve mukozalarını tahriş eden bu madde, ezilmiş sarımsakla karıştırılmış ve çamaşır suyuyla kaplanmış çürük turpların buharlaşması olarak algılanıyor.

Osmiyum oksidasyonunu önlemek neredeyse imkansızdır metal atmosferik oksijenle temas ederse. Bu nedenle osmiyumun kullanımı

Pratik açıdan bakıldığında, diğer platin metalleri arasında 76 numaralı element oldukça sıradan görünüyorsa, o zaman klasik kimya açısından (karmaşık bileşiklerin kimyasını değil, klasik inorganik kimyayı vurguluyoruz) bu element çok önemlidir.

Her şeyden önce, grup VIII'deki çoğu elementin aksine, 8+ değerliği ile karakterize edilir ve oksijenle birlikte stabil tetroksit OsO4'ü oluşturur. Bu tuhaf bir bileşiktir ve görünüşe göre 76 numaralı elementin, tetroksitinin karakteristik özelliklerinden birine dayanarak bir isim alması tesadüf değildir.

Osmiyum kokuyla tespit edilir

Böyle bir ifade çelişkili görünebilir: sonuçta halojenden değil, platin metalinden bahsediyoruz...

Beş platinoidden dördünün keşfinin tarihi, iki çağdaş olan iki İngiliz bilim adamının isimleriyle ilişkilidir. 1803...1804'te William Wollaston paladyum ve rodyumu keşfetti ve başka bir İngiliz, Smithson Tennant (1761...1815), 1804'te iridyum ve osmiyumu keşfetti. Ancak Wollaston, ham platinin kral suyu içinde çözünen kısmında "kendi" elementlerinin ikisini de bulduysa, o zaman Tennant çözünmeyen kalıntıyla çalışırken şanslıydı: ortaya çıktığı gibi, bu, iridyumun osmiyumla doğal bir alaşımıydı.

Aynı kalıntı üç ünlü Fransız kimyager Collet-Descoti, Fourcroix ve Vauquelin tarafından da incelenmiştir. Araştırmalarına Tennant'tan önce bile başladılar. Onun gibi onlar da ham platinin çözünmesi sırasında siyah duman çıktığını gözlemlediler. Onun gibi onlar da çözünmeyen kalıntıyı kostik potasyumla eriterek hâlâ çözünebilen bileşikler elde etmeyi başardılar. Fourcroix ve Vauquelin, ham platinin çözünmeyen kalıntısında yeni bir elementin bulunduğuna o kadar ikna olmuşlardı ki, ona önceden Yunanca πτηνος - kanatlı kelimesinden gelen bir isim - pten - verdiler. Ancak yalnızca Tennant bu kalıntıyı ayırmayı ve iki yeni elementin (iridyum ve osmiyum) varlığını kanıtlamayı başardı.

76 numaralı elementin adı Yunanca “koku” anlamına gelen οσμη kelimesinden gelir. Osmiridyumun alkali ile füzyon ürünü çözüldüğünde, hem klor hem de sarımsak kokusuna benzer hoş olmayan, tahriş edici bir koku ortaya çıktı. Bu kokunun taşıyıcısının osmiyum anhidrit veya osmiyum tetroksit OsO4 olduğu ortaya çıktı. Daha sonra osmiyumun da aynı derecede kötü kokabileceği, ancak çok daha zayıf olduğu ortaya çıktı. İnce öğütülmüş, havada yavaş yavaş oksitlenerek OsO 4'e dönüşüyor ...

Osmiyum metali

Osmiyum, grimsi mavi renk tonuna sahip kalay beyazı bir metaldir. Tüm metallerin en ağırıdır (yoğunluğu 22,6 g/cm3'tür) ve en sertlerinden biridir. Ancak osmiyum süngeri kırılgan olduğundan toz haline getirilebilir. Osmiyum yaklaşık 3000°C sıcaklıkta erir ve kaynama noktası henüz kesin olarak belirlenmemiştir. 5500°C civarında bir yerde olduğuna inanılıyor.

Osmiyumun büyük sertliği (Mohs ölçeğine göre 7,0) belki de en yaygın kullanılan fiziksel özelliklerinden biridir. Osmiyum, en yüksek aşınma direncine sahip sert alaşımların bileşimine dahil edilir. Pahalı dolma kalemlerde kalemin ucu, osmiyum alaşımlarından diğer platin metalleri veya tungsten ve kobalt ile lehimlenir. Benzer alaşımlar, hassas ölçüm aletlerinin aşınmaya maruz kalan küçük parçalarının yapımında kullanılır. Küçük - çünkü osmiyum yaygın değildir (yer kabuğunun ağırlığının %5.10-6'sı), dağınık ve pahalıdır. Bu aynı zamanda osmiyumun endüstride sınırlı kullanımını da açıklamaktadır. Sadece az miktarda metalle büyük etkinin sağlanabileceği yerlere gider. Örneğin osmiyumu katalizör olarak kullanmaya çalışan kimya endüstrisinde. Organik maddelerin hidrojenasyon reaksiyonlarında osmiyum katalizörleri platin katalizörlerinden bile daha etkilidir.

Osmiyumun diğer platin metalleri arasındaki konumu hakkında birkaç söz. Dıştan bakıldığında onlardan çok az farklıdır ama bu gruptaki tüm metaller arasında erime ve kaynama noktaları en yüksek olan osmiyumdur ve en ağır olanıdır. Aynı zamanda, oda sıcaklığında (ince ezilmiş halde) atmosferik oksijen tarafından oksitlendiğinden, platinoidlerin en az "asil" olanı olarak da düşünülebilir. Osmiyum aynı zamanda tüm platin metalleri arasında en pahalı olanıdır. Eğer 1966'da platin dünya pazarında altından 4,3 kat, iridyum ise 5,3 kat daha pahalıysa o zaman osmiyum için aynı katsayı 7,5'ti.

Diğer platin metalleri gibi osmiyum da çeşitli değerler sergiler: 0, 2+, 3+, 4+, 6+ ve 8+. Çoğu zaman tetra ve altı değerlikli osmiyum bileşiklerini bulabilirsiniz. Ancak oksijenle etkileşime girdiğinde 8+ değerinde bir değer sergiler.

Diğer platin metalleri gibi osmiyum da iyi bir kompleks oluşturucu maddedir ve osmiyum bileşiklerinin kimyası, örneğin paladyum veya rutenyumun kimyasından daha az çeşitli değildir.

Anhidrit ve diğerleri

Kuşkusuz, osmiyumun en önemli bileşiği tetroksit OsO4 veya osmiyum anhidrit olmaya devam ediyor. Elemental osmiyum gibi OsO4 de katalitik özelliklere sahiptir; OsO 4, en önemli modern ilaç olan kortizonun sentezinde kullanılır. Hayvan ve bitki dokularının mikroskobik çalışmalarında boyama maddesi olarak osmiyum tetroksit kullanılır. OsO 4 çok zehirlidir, cildi ve mukozaları oldukça tahriş eder ve özellikle gözler için zararlıdır. Bu yararlı maddeyle yapılan her türlü çalışma çok dikkatli olmayı gerektirir.

Dışarıdan, saf osmiyum tetroksit oldukça yaygın görünüyor - suda ve karbon tetraklorürde çözünen soluk sarı kristaller. Yaklaşık 40°C sıcaklıkta (benzer erime noktalarına sahip iki OsO4 modifikasyonu vardır) erir ve 130°C'de osmiyum tetroksit kaynar.

Suda çözünmeyen siyah bir toz olan başka bir osmiyum oksit olan OsO2'nin pratik bir önemi yoktur. Ayrıca, 76 numaralı elementin bilinen diğer bileşikleri henüz pratik uygulama bulamadı - klorürleri ve florürleri, iyodürleri ve oksiklorürleri, OsS 2 sülfür ve OsTe 2 tellür - pirit yapısına sahip siyah maddelerin yanı sıra çok sayıda kompleks ve çoğu osmiyum alaşımı . Tek istisna, 76 numaralı elementin diğer platin metalleri, tungsten ve kobalt ile olan bazı alaşımlarıdır. Ana tüketicileri enstrüman yapımıdır.

Osmiyum nasıl elde edilir?

Doğal osmiyum doğada bulunmamıştır. Minerallerde her zaman başka bir platin grubu metali olan iridyum ile ilişkilendirilir. Bir grup iridyum osmid minerali vardır. Bunlardan en yaygın olanı bu iki metalin doğal alaşımı olan nevyanskittir. Daha fazla iridyum içerir, bu nedenle nevyanskite genellikle basitçe ozmik iridyum denir. Ancak başka bir mineral olan sysertskite, osmiyum iridür olarak adlandırılır - daha fazla içerir osmiyum... Bu minerallerin her ikisi de ağırdır ve metalik bir parlaklığa sahiptir ve bu şaşırtıcı değildir - bileşimleri böyledir. Osmik iridyum grubuna ait tüm minerallerin çok nadir olduğunu söylemeye gerek yok.

Bazen bu mineraller bağımsız olarak meydana gelir, ancak daha sıklıkla ozmik iridyum, doğal ham platinin bir parçasıdır. Bu minerallerin ana rezervleri SSCB (Sibirya, Urallar), ABD (Alaska, Kaliforniya), Kolombiya, Kanada ve Güney Afrika ülkelerinde yoğunlaşmıştır.

Doğal olarak osmiyum platinle birlikte çıkarılır, ancak osmiyumun rafine edilmesi diğer platin metallerinin izole edilmesine yönelik yöntemlerden önemli ölçüde farklıdır. Rutenyum hariç hepsi çözeltilerden çökeltilirken, osmiyum uçucu tetroksitten damıtılarak elde edilir.

Ancak OsO 4'ü damıtmadan önce iridyum osmidin platinden ayrılması ve ardından iridyum ve osmiyumun ayrılması gerekir.

Platin kral suyu içinde çözüldüğünde, iridyum osmid grubunun mineralleri tortuda kalır: tüm çözücüler arasında bu bile bu en kararlı doğal alaşımların üstesinden gelemez. Bunları çözeltiye dönüştürmek için çökelti, sekiz kat daha fazla çinko ile eritilir; bu alaşımın toza dönüştürülmesi nispeten kolaydır. Toz, baryum peroksit BaO3 ile sinterlenir ve daha sonra elde edilen kütle, Os04'ün çıkarılması için doğrudan bir damıtma aparatında nitrik ve hidroklorik asitlerin bir karışımı ile işlenir.

Alkali bir çözelti ile yakalanır ve Na2Os04 bileşiminin bir tuzu elde edilir. Bu tuzun bir çözeltisi hiposülfit ile işlenir, ardından osmiyum amonyum klorür ile Fremy tuzu Cl2 formunda çökeltilir. Çökelti yıkanır, süzülür ve ardından indirgeyici alevde kalsine edilir. Bu, süngerimsi osmiyumun henüz yeterince saf olmamasının nedenidir.

Daha sonra asitlerle (HF ve HCl) işlenerek saflaştırılır ve bir elektrikli fırında hidrojen akışında daha da indirgenir. Soğutulduktan sonra %99,9'a kadar O3 saflığına sahip metal elde edilir.

Bu, hala son derece sınırlı olarak kullanılan, çok pahalı ama oldukça kullanışlı bir metal olan osmiyum elde etmenin klasik şemasıdır.

Ne kadar çoksa, o kadar çok...

Doğal osmiyum, kütle numaraları 184, 186...190 ve 192 olan yedi kararlı izotoptan oluşur. İlginç bir model: osmiyum izotopunun kütle numarası ne kadar yüksekse, o kadar yaygındır. En hafif izotop olan osmiyum-184'ün payı %0,018, en ağır izotop olan osmiyum-192'nin payı ise %41'dir. 76. elementin yapay radyoaktif izotopları arasında en uzun ömürlü olanı, yaklaşık 700 günlük yarı ömrüyle osmiyum-194'tür.

Osmiyum karboniller

Son yıllarda kimyagerler ve metalurjistler, metallerin resmi olarak sıfır değerli olduğu, CO'lu metal bileşikleri olan karbonillerle giderek daha fazla ilgilenmeye başladılar. Nikel karbonil halihazırda metalurjide oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır ve bu, diğer benzer bileşiklerin eninde sonunda bazı değerli malzemelerin üretimini kolaylaştırabileceğini ummamıza olanak sağlamaktadır. Artık osmiyum için iki karbonil bilinmektedir. Pentakarbonil Os(CO) 5 normal koşullar altında (erime noktası – 15°C) renksiz bir sıvıdır. 300°C ve 300 atm'de elde edilir. osmiyum tetroksit ve karbon monoksitten. Normal sıcaklık ve basınçta, Os(CO)5 yavaş yavaş Os3(CO)12 bileşimindeki başka bir karbonile dönüşür - 224°C'de eriyen sarı kristalli bir madde. Bu maddenin yapısı ilginçtir: üç osmiyum atomu kenarları 2,88 Å uzunluğunda bir eşkenar üçgen oluşturur ve bu üçgenin her köşesine dört CO molekülü bağlanır.

Florürler, tartışmalı ve tartışmasız

“Florürler OsF 4, OsF 6, OsF 8, 250...300°C'deki elementlerden oluşur... OsF 8, tüm osmiyum florürler arasında en uçucu olanıdır, bp. 47.5°”... Bu alıntı 1964 yılında yayınlanan “Concise Chemical Encyclopedia”nın III. Cildinden alınmıştır. Ancak “Fundamentals of General Chemistry” B.V.'nin III. Cildinde. Nekrasov, 1970 yılında yayınlanan osmiyum oktaflorür OsF 8'in varlığını reddediyor. Alıntı yapıyoruz: “1913 yılında OsF 6 ve OsF 8 olarak tanımlanan iki uçucu osmiyum florür ilk kez elde edildi. Buna, aslında OsF 5 ve OsF 6 formüllerine karşılık geldikleri ortaya çıktığı 1958 yılına kadar inanılıyordu. Böylece 45 yıldır bilimsel literatürde yer alan OsF 8 aslında hiçbir zaman var olmadı. Daha önce açıklanan bağlantıların bu tür "kapanması" durumları o kadar da nadir değildir."

Bazen elementlerin de "kapalı" olması gerektiğini unutmayın... "Muhtasar Kimyasal Ansiklopedi" de bahsedilenlere ek olarak, başka bir osmiyum florürün - kararsız OsF 7 - elde edildiğini eklemeye devam ediyoruz. Bu soluk sarı madde –100°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda OsF 6 ve elementel florine ayrışır.