Осмијум

Осмијум (Os, лат. osmium) прелазни је метал са атомским бројем 76.[3][4] Име је добио по грчкој речи osme што означава мирис. Осмијум је заступљен у земљиној кори у количини од 1×10−4 ppm (енгл. parts per million).

Осмијум
Osmium crystals.jpg
Општа својства
Име, симболосмијум, Os
Изгледсребрнасто плав
У периодном систему
Водоник Хелијум
Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон
Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон
Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон
Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон
Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон
Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон
Ru
↑
Os
↓
Hs
ренијум ← осмијум → иридијум ‍
Атомски број (Z)76
Група, периодагрупа 8, периода 6
Блокd-блок
Рел. ат. маса (Ar)190,23(3)[1]
Ел. конфигурација
по љускама
2, 8, 18, 32, 14, 2
Физичка својства
Тачка топљења3306 K ​(3033 °‍C, ​5491 °F)
Тачка кључања5285 K ​(5012 °‍C, ​9054 °F)
Густина при с.т.22.59 g/cm3
течно ст., на т.т.20 g/cm3
Топлота фузије31 kJ/mol
Топлота испаравања378 kJ/mol
Мол. топл. капацитет24,7 J/(mol·K)
Напон паре
P (Pa) 100 101 102
на T (K) 3160 3423 3751
P (Pa) 103 104 105
на T (K) 4148 4638 5256
Атомска својства
Електронегативност2,2
Енергије јонизације1: 840 kJ/mol
2: 1600 kJ/mol
Атомски радијус135 pm
Ковалентни радијус144±4 pm
Линије боје у спектралном распону
Остало
Кристална структура ​збијена хексагонална (HCP)
Hexagonal close packed кристална структура за осмијум
Брзина звука танак штап4940 m/s (на 20 °‍C)
Топл. ширење5,1 µm/(m·K) (на 25 °‍C)
Топл. водљивост87,6 W/(m·K)
Електрична отпорност81,2 nΩ·m (на 0 °‍C)
Магнетни распоредпарамагнетичан[2]
Магнетна сусцептибилност (χmol)11·10−6 cm3/mol[2]
Модул смицања222 GPa
Модул стишљивости462 GPa
Поасонов коефицијент0,25
Мосова тврдоћа7,0
Викерсова тврдоћа300 MPa
Бринелова тврдоћа293 MPa
CAS број7440-04-2
Историја
Откриће и прва изолацијаСмитсон Тенант (1803)
Главни изотопи
изо РА полуживот (t1/2) ТР ПР
184Os 0,02% стабилни
185Os syn 93,6 d ε 185Re
186Os 1,59% 2,0×1015 y α 182W
187Os 1,96% стабилни
188Os 13,24% стабилни
189Os 16,15% стабилни
190Os 26,26% стабилни
191Os syn 15,4 d β− 191Ir
192Os 40,78% стабилни
193Os syn 30,11 d β− 193Ir
194Os syn 6 y β− 194Ir
референце • Википодаци

То је тврди, крхки, плавкасто-светли прелазни метал и припада платинској групи метала. Осмијум је најгушћи познати елемент у природи са густином од 22,59 g/cm3. Осим тога, он поседује највиши модул компресије међу свим елементима са 462 GPa, од којег имају виши само агрегирани дијамантни наноштапићи.

Биолошке функције осмијума код човека и других организама нису познате. У техничком смислу, осмијум се због своје веома високе цене користи само у апликацијама где је кључна особина издржљивост и чврстоћа.

ИсторијаУреди

Осмијум, као најтежи хомолог 8. групе периодног система, открио је Смитсон Тенант 1804. заједно са иридијумом, као остатак након што је платину растворио у царској води. Назив осмијум настао је због мириса сличног репи (грч. ὀσμή, osmē „мирис, смрад“) његових испарљивих тетроксида у врло слабим концентрацијама.

Међу првим важнијим апликацијама овог метала на почетку 20. века била је његова употреба као материјал за жарне нити у сијалицама, које је начинио Карл Ауер. Назив компаније Осрам изведен је управо из назива метала који су се у ту сврху користили, осмијума и волфрама. Међутим у својим апликацијама, кориштење осмијума имало је и неке недостатке. Осим високе цене, проблем је представљао и веома тешка обрада овог метала. Осмијум је веома крхак и не може се лако извлачити у жице. Због тога су се жарне нити за сијалице израђивале тако што се паста која се садржавала осмијум наносила на органске састојке те се жарила на високој температури.[5] Тако направљене нити су биле доста дебеле за високе електричне напоне а истовремено и веома осетљиве на вибрације и промене напона. Након краћег времена, осмијум у жарним нитима је замењен најпре танталом те напокон волфрамом.[6]

ОсобинеУреди

ФизичкеУреди

 
Кристали осмијумa
 
Кристална структура Os, a=373,5 pm, c=413,9 pm[7]

Метални осмијум је сјајни тешки метал, челично-плавкасте боје чак и при врло високим температурама. Гради легуре са платином. Он се кристализује у дихексагоналном бипирамидалном кристалном систему у P63/mmc са параметрима решетке a=373,5 pm, c=413,9 pm као и две формулске јединице по елементарној ћелији.[7] Осмијум је испред иридијума као елемент са највећом густином. Кристалографска мерења и прорачуни дају густину за осмијум 22,59 g/cm3, а за иридијум 22,56 g/cm3[8] у природној изотопској смеси. Стога је осмијум најгушћи елемент који се може наћи на Земљи.

Међу свим платинским металима, осмијум има највишу тачку топљења и најнижи притисак паре. Његов модул компресије од 462 GPa је највиши од свих познатих елемената и једињења, тако да је чак мање стишљив од дијаманта који има тај модул са 443 GPa.[9] Испод критичне температуре од 0,66 K,[10] осмијум постаје суперпроводник.

ХемијскеУреди

Осмијум припада племенитим металима, јер је релативно инертан у већини хемијских реакција. Реагује директно само са неметалима флуором, хлором и кисеоником. Међутим, реакција кисеоника и компактног осмијума одвија се тек при црвеном усијању осмијума. У зависности од услова реакције, настаје осмијум тетроксид (на нижим температурама и вишем притиску кисеоника) или осмијум триоксид. Фино иситњени осмијум већ при собној температури у траговима гради веома отровни осмијум тетроксид.

У неоксидирајућим минералним киселинама, осмијум се не раствара, а чак га не напада ни царска вода при нижим температурама. Међутим, нападају га врло јака оксидирајућа средства, на пример концентрована азотна киселина, врућа сумпорна киселина, као и алкалне оксидативне истопљене соли, попут истопљених натријум пероксида или калијум хлората.

ИзотопиУреди

Позната су укупно 34 изотопа и шест нуклеарних изомера осмијума, од чега се у природи налази седам изотопа са масама 184, 186, 187, 188, 189, 190 и 192. Изотоп 192Os sa udjelom od 40,78 %[11] од природне смеше изотопа је најчешћи изотоп овог елемента, док је изотоп 184Os са 0,02% најређи.[11] Само један природни изотоп 186Os је благо радиоактиван, а његово време полураспада износи преко 2 трилиона година.

Осим ових, постоји још 27 других изотопа са доста краћим временом полураспада у распону од 162Os до 196Os,[11] који као и краткоживући нуклеарни изомери, постоје само у лабораторијама.

Два изотопа осмијума 187Os и 189Os могу се употребити за НМР испитивања. Међу вештачким нуклидима, изотопи 185Os (време полураспада 96,6 дана) и 191Os (15 дана) користе се у нуклеарној медицини као трасери.

Однос између изотопа 187Os и 188Os служи у ренијум осмијум хронометрима за одређивање старости жељезних метеорита, јер се изотоп 187Re спорије распада од 187Os (време полураспада 4,12 · 1010 година[11]).[12]

РаспрострањеностУреди

Са уделом од 1 · 10−6 % у Земљној кори, осмијум је веома редак.[13] Јавља се готово увек у парагенези са другим платинским металима рутенијумом, родијумом, иридијумом, паладијумом и платином. Осмијум се често јавља и самородан, али и везан у виду сулфида, селенида или телурида.

Налазишта осмијума могу се разликовати као примарна и секундарна. Примарна налазишта су руде бакра, никла, хрома или жељеза, у којима се налазе платински метали у врло малим количинама у везаном облику. Није позната ниједна „самостална” руда осмијума. Поред ових руда, постоје и секундарна налазишта у којима се осмијум и други платински метали налазе у самородном облику. У тим налазиштима, метали су испрани из околног материјала деловањем воде или атмосферских утјецаја, па су се због своје велике густине концентрисали на погодним местима. При томе, осмијум се налази претежно у својим природним легурама у виду осмиридија и иридосмијума, који осим осмијума садржи углавном иридијум па се распознаје према свом претежном „састојку”.

Најважнија налазишта никлових руда богатих платинским металима, а самим тим и осмијумом, налазе се у Канади (Садбури, Онтарио), Русији (планински ланац Урал) и Јужноафричкој Републици (Витвотерсранд). Секундарна налазишта налазе се у подножју Урала, у Колумбији, Етиопији и на острву Борнео.

ДобијањеУреди

 
Чисти осмијум

Производња осмијума није лака нити јефтина, а одвија се углавном у склопу добијања других племенитих метала попут злата или платине. Процеси који се при том примењују користе различите особине појединих племенитих метала и њихових једињења, при чему се одваја један по један елемент.

Као почетна сировина служе руде које садрже племените метале или анодни муљ из производње никла или злата. Руда се најприје раствара у царској води. При том злато, паладијум и платина прелазе у раствор, а преостају други платински метали и сребро. Даље сребро реагује до нерастворљивог сребро хлорида, који се може одвојити са олово карбонатом и азотном киселином (градећи сребро нитрат). Топљење са натријум бисулфатом и напокон таложењем, може се растворити родијум у виду родијум сулфата и одвојити. Затим се преостали материјал раствара са натријум пероксидом, при чему се растварају осмијум и рутенијум, а преостаје нерастворљиви иридијум. Када се овај раствор третира са хлором, настају испарљиве материје рутенијум тетроксид и осмијум тетроксид. Додавање алкохолних натронских база раствара се осмијум тетроксид и на тај начин га је могуће одвојити од рутенијума. Даље се осмијум исталожи са амонијум хлоридом као комплекс и напокон редуцира са водоником до металног осмијума:

   

Осмијум се производи у веома малим количинама. Светска производња износи око 100 kg годишње.[14] У Сједињеним Америчким Државама, ни произвођачи нити Амерички геолошки институт нису објавили податке о произведеној количини осмијума. Према проценама потрошње у САД из 1971.[15] сматра се да је она износила око 62 kg, што упућује да производња осмијума не прелази једну тону годишње. Процењена производња у САД 2012. износила је око 75 kg.[16]

РеференцеУреди

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ а б Haynes 2011, стр. 4,134.
  3. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  4. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  5. ^ Glühlampe, na stranici wissen.de, (језик: немачки)
  6. ^ 100 Jahre Osram, septembar 2006 Архивирано 2013-06-26 на сајту Wayback Machine (PDF), str. 16.
  7. ^ а б K. Schubert (1974). „Ein Modell für die Kristallstrukturen der chemischen Elemente”. Acta Crystallographica. B30: 193—204. doi:10.1107/S0567740874002469. 
  8. ^ J. W. Arblaster (1989). „Densities of Osmium and Iridium”. Platinum Metals Review. 33 (1): 14—16. 
  9. ^ Osmium is Stiffer than Diamond. Physical Review Focus, 27. mart 2002.
  10. ^ Fizičke osobine osmija na stranici webelements.com (језик: енглески)
  11. ^ а б в г G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The Nubase evaluation of nuclear and decay properties (PDF).
  12. ^ J. L. Birck; M. Roy-Barman; C. J. Allegre (1991). „The Rhenium Osmium Chronometer: The Iron Meteorites Revisited”. Meteoritics. 26 (318). ; Preprint.
  13. ^ Hans Breuer (2000). dtv-Atlas Chemie. 1 (9 изд.). dtv-Verlag. ISBN 3-423-03217-0. 
  14. ^ Harry H. Binder (1999). Lexikon der chemischen Elemente. Stuttgart: S. Hirzel Verlag. ISBN 3-7776-0736-3. 
  15. ^ Ivan C. Smith; Carson, Bonnie L.; Ferguson, Thomas L. (1974). „Osmium: An Appraisal of Environmental Exposure”. Environmental Health Perspectives. 8: 201—213. JSTOR 3428200. PMC 1474945  . PMID 4470919. doi:10.2307/3428200. 
  16. ^ „PLATINUM-GROUP METALS” (PDF). USGS. Приступљено 27. 5. 2013. 

ЛитератураУреди

Спољашње везеУреди

Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Осмијум&oldid=23552491”