Придется немного разочаровать тех, кто считает золото и платину самыми дорогостоящими металлами. Пальму первенства следует отдать химическому элементу под названием Осмий, занимающему 76 позицию в периодической таблице Д.И. Менделеева.
Довольно подробно описывает осмий Википедия , представляющая историю открытия вещества, а также дальнейшую судьбу использования наряду с другими элементами.
Однако, какой справочник не возьми, Osmium считается одним из самых твердых металлов. Его плотность 22,61 г/см3 , а температура плавления достигает 3027 °C . Между тем, температура кипения не имеет точной цифровой границы и останавливается примерно на отметке 5500°C. Еще одно важное свойство осмия – его хрупкость. За счет чего стержни из него довольно быстро исписываются.
Открыт был этот химический элемент довольно банально. Во время растворения веществ с помощью царской водки, был обнаружен неизвестный осадок, названный впоследствии осмием (OsO4), вещество, обладающее резким неприятным запахом, часто сравнивающимся с хлором. Кстати, именно поэтому элемент получил такое название – «запах».
Порошок осмия
Разделить сплав изотопов на чистое вещество довольно затруднительно. Часто осмий продают, как сероватый порошок в плотно закрытой стеклянной банке. В таком виде Os может даже возгореться, если с ним не аккуратно обращаться.
Откуда берется высокая цена на этот металл
Вещество относится к трудно и мало добываемым, стоит сравнить цифры для золота и осмия: миллионы тонн против нескольких тонн соответственно. Откуда и появилась столь высокая цена на на осмий за грамм. Для тех, кто не в курсе, сколько стоит грамм осмия, наверняка станет интересно, что она колеблется от 15 тысяч вплоть до 200 тысяч долларов за грамм (зависит от множества факторов — от чистоты, способа получения и т.д.). Рыночная цена золота в 7.5 раз меньше этих отметок.
Цена за 1 грамм осмия достаточно высока, объясняется это фактором низкой добычи. Поскольку такое свойство вещества, как высокая плотность, не находит практического применения в больших масштабах. Как классический пример, часто приводят такое сравнение: 0.5 л бутылка с Os тяжелее, чем 10 л воды. Поэтому обсуждая осмий и цену которая на него установилась, приходится констатировать, что коммерческий интерес к этому материалу не высок.
Кристаллы осмия
Почти тоже самое касается ювелирных изделий из этого металла. Если рассматривать осмий, на фото отчетливо видны голубовато-сребристые слитки, довольно эстетичные. Однако на деле, материал, не обладая никакими практическими свойствами: ковкость, пластичность, тугоплавкость, — не применяется для изготовления ювелирных изделий.
Учитывая низкую добычу вещества, почти невольно рождается вопрос, где содержится осмий. Это прежде всего, месторождения руд, в состав которых входит осмий, параллельно с ним иридий. Также учеными отмечается присутствие Os в металлических метеоритах. Для производств, нуждающихся в этом металле остается надежда только на вторичное использование металла, которое также обходится не дешево.
Практическое применение
Экспортер осмия – Казахстан, поставляющий этот металл по самой низкой цене около 10 тысяч долларов, однако это всего лишь предположение. Казахстан цену за тройскую унцию не разглашает, эта информация считается коммерческой тайной. Заинтересованные, могут ради интереса пересчитать стоимость на осмий с ценой за 1 грамм в рублях.
Эти цифры заставляют задуматься о фактической полезности материала. Упомянутая прочность, играет решающую роль для применения осмия в сплавах. Они обладают неимоверной износоустойчивостью, эффект достигается за счет даже малых доз добавления металла в составы сплавов.
Изотоп осмия 187os, наиболее востребованный из всех существующий. Применение в космической промышленности, а также для изготовления емкостей, где хранятся ядерные отходы, — частично оправдывают установившуюся стоимость.
Кроме того, осмий находит применение в механике, где его добавление применяется для повышения прочности сплавов, используемых в узлах трения.
Os используется, как ускоритель химических процессов: синтез некоторых химических соединений (аммиак, органика). Вольфрамовые нити накаливания также содержали осмий.
Некоторые элементы электроники не обходятся без этого химического элемента. Его используют при создании аппаратной части управления. К тому же, известная прочность позволяет привлекать металл для изготовления некоторых видов оружия. Однако высокая стоимость, также трудности в обработке этого металла ведут к тому, что промышленность отказывается от осмия, сохраняя его применение только при условии, что эффект – гарантирован.
Перечисленное, довольно приблизительно отвечает на запрос о том, где используется осмий. Между тем интересен не только чистый металл, но также его сплавы с иридием и рутением. Интерес представляет и оксид осмия, который применяется в биологии, медицине. С его помощью изготавливают различного вида имплантаты, в том числе кардиостимуляторы. Для этого используют сплав платины на 10% состоящий из осмия.
Сплав осмия с иридием — перо ручки
Наиболее простое применение для исследуемого металла нашлось при производстве ручек. Перья из сплавов с осмием – долговечнее, чем аналоги с золотыми или платиновыми наконечниками.
Способы получения осмия и виды существования
Уже упомянутый порошок из осмия – наиболее приемлемая форма существования вещества. Даже несмотря на все предосторожности с хранением, в таком виде осмий легко вступает в реакции, поддается термической обработке. Но в чистом виде этот металл совершенно не плавится, не поддается клеймению.
Использование электронного луча или дугового нагрева дает возможность получать слитки из осмия. Также монокристаллы осмия могут быть получены бестигельной зонной плавкой. Такие образцы довольно дорого стоят. Однако есть умельцы, которые даже из порошка умудряются выращивать кристаллы осмия. Стоить отметить, хотя процесс кажется длительным, трудоемким, результатов добиться все-таки можно.
Еще один вид кристаллов осмия
Поскольку упоминалось использование осмия в медицине, отметим, что используется тетраоксид осмия, над которым шутливо говорят красивый и «пахучий». Это токсическое вещество и его кристаллы также можно вырастить в условиях домашней лаборатории. Однако необходимо помнить об обязательных мерах по обеспечению безопасности.
Смертельная доза тетраоксида осмия для мышей в 40 раз меньше, чем синильной кислоты. Это объясняется тем, что оксид в определенных условиях быстро восстанавливается до металлического вида, что ведет к блокировке дыхания, зрения, других органов. Опять же этот факт не становится помехой для привлечения OsO4, как красителя химических препаратов.
Видео — рассказ про осмий
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
Несколько десятков килограммов в год. Такова выработка осмия. Он входит в топ самых дорогих металлов мира, причем, стоит на втором месте после калифорния.
Сколько дают за один грамм, расскажем позже. Пока же, заметим, что дороговизна сырья обосновывает его применение лишь там, где результат важнее .
Результат же осмий обеспечивает тот, на который не способны другие металлы. Почему? Ответом станет перечисление свойств элемента.
Свойства осмия
Осмий – металл , не растворяющийся в и щелочах. Даже их мощные представители бессильны перед элементом.
Более того, он остается невредимым в – смеси и кислот. , к группе которой относится осмий, к примеру, царской водке поддается.
Химическая инертность позволяет использовать сплавы с осмием и покрытия из него в агрессивных средах. Конкретные примеры опишем в отдельной главе.
Сырье для продукции, как правило, — порошковый осмий . Получить его не сложно, поскольку, вещество легко крошится.
В форме порошка осмий, хоть медленно, но растворяется в концентратах азотной и серной , реагирует с парами , , и .
Получить из порошка можно и амальгаму осмия , то есть, его раствор в .
Взаимодействия осмия с другими веществами сопровождается неприятным, резким запахом.
Это «аромат» героя . Имя ему дал первооткрыватель – британский химик Уильям Волластон. С греческого «осмий» переводится, как «запах».
Внешность элемента, напротив, привлекательна. Металл считают одним из самых красивых. Кристаллы осмия серебристо-голубые.
В металл темно-синий, отливает . Порошок элемента насыщенно-фиолетовый.
Однако, при такой внешности, «модельная карьера» у осмия не задалась. не работают с металлом.
Из-за цены, и, одновременно, хрупкости, элемент не поддается механической обработке.
Мешает ей и тугоплавкость вещества. Осмий – элемент , размягчающийся лишь при температуре выше 3000 градусов Цельсия.
То, что не по нраву , пригождается в тяжелой промышленности. Для нюансов есть отдельная глава.
Здесь же, стоит сказать, что кроме тугоплавкости, внимания достойна плотность осмия . Это почти 23 грамма на кубический сантиметр.
Такой показатель делает героя статьи самым тяжелым металлом в мире. Насыпьте порошок осмия в пластиковую бутылку.
Теперь, налейте воду в металлическое ведро литров, этак, на 20. Поднимите. Бутылка окажется в несколько раз тяжелее.
Тяжело и влияние соединений металла на организм. Оксид осмия , или другие вещества с ним, поражают внутренние органы, вызывают потерю зрения.
Отравление парами элемента может привести к летальному исходу. Норма осмия в атмосфере в 5 раз меньше, чем у синильной кислоты, всего 0,002 миллиграмма на кубический метр.
В пределах этого содержания металл даже способен принести пользу. Так, английские ученые доказали, что осмий блокирует развитие раковых клеток.
Уже разрабатываются осмиевые методы терапии онкологических заболеваний. Где еще, и как, может пригодиться герой статьи, расскажем далее.
Применение осмия
До открытия противораковых свойств осмия, он, так же, применялся медиками, но в имплантах. Их делают из благородных металлов, дабы не было аллергических реакций и, вообще, каких-либо реакций с окружающей средой.
Для каждого импланта – свой . Осмий нужен в кардиостимуляции, то есть, заменяет элементы сердца.
В него вживляют импланты, состоящие из осмия на 10%. Остальное – .
Неудивительно, что стоимость аппаратуры сравнима с ценником за работу лучших хирургов в лучших клиниках мира.
Из платиновой группы осмий – наименее потребляемый металл. Из-за дороговизны и редкости ему ищут замены.
Так, в прошлом веке герой статьи был частью ламп накаливания, как наиболее тугоплавкий металл.
Но, нашлась достойная альтернатива – . Из последнего накаливания делали несколько десятилетий.
Не изжило себя применение осмия , как компонента сплавов для приборов и инструментария.
Изделия с самым тяжелым металлом бьют рекорды по износоустойчивости. Она составляется из элемента, конкурирует с которым лишь , тугоплавкости, невосприимчивости к химическим реагентам.
Хочешь получить резец для , которому не будет сноса, или скальпель, прооперировать которым можно всех живых существ, — заказывай инструментарий с осмием.
Купить осмий промышленники стремятся и для измерительной техники. В ней металл присутствует на осях и стрелках.
Для них важно отсутствие свойств. Осмий соответствует запросу. В механизмах герой статьи, кстати, тоже пригождается.
Элемент используют, как правило, в элитных моделях. Так что, «Ролексы» неспроста стоят миллионы долларов.
Ценник состоит не только из престижа фирмы, качественного механизма и корпуса. Драгоценные элементы есть и внутри часов. Осмий – благородный металл, не зря же он причислен к группе платиноидов.
Из сплавов осмия наиболее распространены дуэты с и . Их производят, к примеру, для технических наконечников с повышенной физической и химической стойкостью.
Электрические контакты создают из сплава с . Осмий продать можно и для производства электрических контактов. В них, наряду с самым тяжелым металлом, добавляют , и вольфрам.
Тетраоксид осмия применяют в электронной микроскопии. Здесь самый тяжелый металл служит фиксатором биологических объектов. Редкий элемент обеспечивает сохранность микроструктур их клеток.
Тетрооксид – наиболее применяемое соединение осмия . Его фото можно выложить в сеть с подписью «катализатор».
В этой роли осмий бывает эффективнее . В частности, без героя статьи не обходятся синтез , производство некоторых лекарств и гидрирование органики.
Теперь, обещанные сведения о тяжелой промышленности. Осмий 187 , и другие изотопы вещества, применяются в ракетостроении, авиакораблях, а так же, в военных боеголовках.
Металл упрочняет их, позволяет выдерживать экстремальные температуры и нагрузки.
187-ой изотоп осмия – лишь один из. У металла несколько видов нуклидов. Это разновидности атома. Они отличаются по числу нейтронов в его ядре.
У осмия все изотопы схожи по температуре плавления, внешности, . Это усложняет разделение частиц, их добычу.
В итоге, еще больше подскакивает стоимость осмия . Разберемся, через что приходится пройти промышленникам, чтобы явить миру порошкообразный металл.
Добыча осмия
«Мы с Тамарой ходим парой». Фразу из детского стишка можно применить и к осмию. Только, он «ходит парой» с .
Отдельно металл в природе не встречается. Так что, перед промышленниками стоит задача не только разделить изотопы героя статьи, но и отделить его от «товарища».
Наряду с , осмий часто сопровождают иридий, палладий и другие платиноиды во главе с самой повезло.
В ней, наряду с Тасманией, США, Австралией и Колумбией, сосредоточенны основные запасы редкого вещества. Но, самые большие залежи находятся в Южной Африке.
Поэтому, она во многом устанавливает цены на осмий . Каковы они в текущем году, поведаем в финальной главе.
Цена осмия
Цена осмия за грамм превышает 200 000 долларов. Это данные из топа самых дорогих металлов. Однако, он составлен в начале 2000-ых.
Ситуация изменилась. Наблюдается тенденция увеличения добычи . Поскольку осмий извлекают попутно, наступило временное увеличение производства до 200 килограммов в год и, как следствие, снизилась стоимости самого тяжелого вещества.
Однако, учитывая ограниченность, как запасов платины, так и осмия, в дальней перспективе ценник, все равно, вырастет.
Исключением станет ситуация, в которой ученые найдут герою статьи достойную и более выгодную по затратам замену.
Стоит отметить, что цена осмия разнится, в зависимости от вида изотопа. Наиболее практичным, химически стойким и является 187-ой.
За него-то и просят по максимуму. Есть, так же, 188-ой, 189-ый, 190-ый, 191-ый и 192-ой нуклиды.
Не стабилен из них лишь 191-ый, то есть, может использоваться в ядерной промышленности, поэтому, тоже ценится высоко, но до 187-го чуть не дотягивает.
Осмий представляет собой химический элемент из соответствующей системы химических элементов. В обычном состоянии является переходным металлом платиновой группы в виде блестящего белого металла серебристого оттенка с голубым отливом. Данный вид материалов обладает наибольшим показателем плотности среди других наряду с иридием, однако, последний немного проигрывает.
Этот вид материалов выделяют из сырья платиновых металлов обогащенного типа, путем прокалывания при температуре от 800 до 900 градусов Цельсия на воздухе.
Таблица удельного веса осмия
Так как, осмий является сложным материалом, рассчитать его удельный вес в полевых условиях самостоятельно не представляется возможным. Эти вычисления проводят в специальных химических лабораториях. Однако, при этом средний удельный вес осмия известен и равен 22,61 г/см3.
Для упрощения подсчетов ниже представлена таблица с значениями удельного веса осмия, а также его веса в зависимости от единиц исчисления.
Свойства осмия
Данный материал является хрупким, но в тоже время, очень твердым металлом с большой удельной массой. Механической обработке поддается с трудом, из-за хрупкости, твердости и высокой температуре плавления, а также низкого давления паров. Температура плавления осмия составляет 3033 градусов Цельсия, а кипения 5012 градусов Цельсия. Данный вид материалов относят к группе парамагнетиков.
Осмий в состоянии порошка хорошо реагирует с галогенами, селеном, фосфором, кислородом, парами серы, серной и азотной кислотой при нагревании. Не взаимодействует в компактном виде с щелочами и кислотами. Обладает низкой скоростью реакции с царской водкой и азотной кислотой.
Данный вид материалов является одним из немногих металлов, которые образуют кластерные или полиядерные соединения.
Не оказывает никакого влияния на биологическую роль живых организмов и является крайне токсичным.
Получение осмия
В естественном виде в природе не найден. Этот материал всегда связан с другим видом металла платиновой группы - иридием. Добывают осмий наряду с платиной. При обработке которой выделяется осмистый иридий, который разделяют на отдельные компоненты - иридий и осмий. Затем осмий очищают, поддают процессу обработки кислотами и восстанавливают водородом в электропечи, получая в итоге, чистый металл с концентрацией до 99,9 процентов.
Применение осмия
Широкое распространение получил как катализатор реакций и компонент сплавов с иридием. Из основных направлений следует выделить:
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.
