Осмий — описание, характеристики, цена

Большая часть населения в курсе, что золото и платина —  самые дорогие металлы. Цена осмия за 1 грамм, который относят к платиновой группе, уступает по стоимости золоту..

Ежегодно в мире добывают порядка 2600 тонн золота и какое –то количество платины. Причем по данным статистики каждый год объем добычи драгоценных металлов прирастает на 1,5 %.

Между тем осмия добывают всего 600 кг, это вызвано тем, что его очень сложно найти в природе. И в чистом виде не встречается. А добывают путем прокалывания из металлов платиновой группы. Именно поэтому один грамм стоит порядка 12-15 USD или 800-900 рублей на 2019 год.

Добыча осмия связана с множеством трудностей. Во-первых, его содержание в земной коре ничтожно и ко всему прочему он рассеян земле.

Осмий находят в осколках метеоритов, которые в разные времена попали на нашу планету. Но чаще всего его добывают в рудниках. Нередко рядом можно найти и такой материал, как иридий. Добываемое количество осмия действительно ничтожно мало и для удовлетворения нужд разных отраслей промышленности приходиться использовать вторичных металл.

Одним из крупных экспортеров этого металла является республика Казахстан. По неподтвержденным сведения цена одного грамма, добытого в этой стране, составляет порядка 10 000 долларов США.

Осмий формула

Но это всего лишь слухи, так цена металла за унцию является коммерческой тайной.

Размер стоимости металла заставляет подумать о целесообразности массового использования его в промышленности, медицине и биологии.

Металл, обозначаемый как Os, расположился в ячейке под номером 76. Ближайшие соседи — рений и иридий. В нормальных условиях вещество обладает серебристо-белым цветом.

Хорошо описывает осмий Википедия.

Осмий обладает рядом уникальных свойств. Например, плотность составляет 22,6 грамма на кубический сантиметр. В этом плане он перегнал иридий. Металл, который находят в природе состоит из нескольких изотопов, которые практические невозможно разделить. Самый применяемый изотоп носит индекс 187.

Температура, при которой, осмий меняет свое агрегатное состояние и переходит в жидкое состояние равна 3 027 ºC. Кипеть материал начинает по достижении 5500 ºC. Высокая плотность обеспечила металлу высокую хрупкость.

Несмотря на дороговизну, осмий не используют для изготовления драгоценностей. Причиной тому служит плохая обрабатываемость. Его практически невозможно подвергнуть механической обработке. Ко всему прочему надо помнить о тугоплавкости и хрупкости.

Осмий формула

Среди изотопов, довольно редко встречающегося металла есть под номер 187. Именно его и применяют при строительстве космической техники. Кроме того, не обошлось без него и ядерное оружие. Применяют для создания электронной аппаратуры, которая задействована в управлении ракетным оружием. Кстати, также используют при обустройстве хранилищ ядерных отходов.

Как уже отмечалось выше это один из немногих материалов, обладающих высокой плотностью, к примеру, ведро воды, будет легче весить чем полулитровая бутылка, наполненная этим металлом. Между тем, это свойство – твердость практически не востребовано, в отличие от другого его свойства – твердости.

Осмий применяют как добавку для получения многих сплавов. Даже небольшая добавка металла придает сплавам невероятную стойкость к износу. Сплав с добавкой этого материала может прослужить значительно дольше, чем остальные.

Сплав осмия и иридия применяют при производстве сверхтвердых сплавов для разных отраслей.

Благодаря обозначенным свойствам осмий используют при изготовлении измерительного оборудования, предназначенного для проведения измерений с высокой точностью.

Кстати, осмий используют при производстве автоматических ручек. Именно поэтому ручки могут писать года и при этом не подвергаются износу.

Еще одно из свойств редкого металла –  не магнитен. И это послужило поводом для использования в механизмах часов и механических навигационных приборах (компасах).

Осмий формула

Еще не так давно, сплав вольфрама с осмием применяли для производства нитей ламп накаливания. Этот сплав называют осрам.

Микроскопия также не обошлась без редкого металла. Его применяют для работы электронных микроскопов.

На самом деле осмий в чистом виде редко используют на практике. Куда чаще в ход идут его соединения, например, оксиды.

Готовый осмий хранят в виде порошка. Поскольку в виде кристаллов он не плавиться и не поддается никакой обработки, его даже нельзя заклеймить. Для получения слитков металла применяют лучевой нагрев. Но существуют методы получения кристаллов из порошкового материала, например, тигельный нагрев.

Немного истории

Осмий как элемент был открыт в начале ХХ века английскими учеными. Они проводили эксперименты по растворению платины в царской водке. Это смесь соляной и азотной кислоты, которая способна растворять металлы без остатка.

Предлагаем ознакомиться  Цена осмия за грамм на сегодня

В ходе экспериментов появлялся осадок, подвергшийся тщательному исследованию. В результате их и был найдена смесь осмия и иридия. Кстати, аналогичные работы проводились и во Франции.

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.

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

Еще одно представление осмия

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.

Метеориты содержат осмий

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.

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.

Практическое применение

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

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.

Предлагаем ознакомиться  Гранат минерал формула

Осмий (лат. Osmium) — химический элемент с атомным номером 76 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом Os. При стандартных условиях представляет собой блестящий серебристо-белый с голубоватым отливом металл.

Осмий самый тяжелый из всех металлов (его плотность 22,6 г/см3) и один из самых твердых, но при этом хрупкий, и из него легко получается порошок. Он является переходным металлом и относится к платиновой группе.

Осмий открыт в 1804 английским химиком С. Теннантом в черном порошке, остающемся после растворения платины в царской водке. Для него характерно образование тетраоксида OsO 4 с резким запахом. Отсюда и название элемента, происходящее от греческого «осме» — запах.

осмия в земной коре примерно составляет 5·10-6% по массе. Встречается в природе в самородном виде как твёрдый раствор с иридием (минералы невьянскит и сысертскит).

Внешне осмий мало отличается от других металлов платиновой группы, но именно у него самые высокие температуры плавления и кипения среди всех металлов этой группы, именно он наиболее тяжел. Его же можно считать наименее «благородным» из платиноидов, поскольку в мелкораздробленном состоянии кислородом воздуха он окисляется уже при комнатной температуре.

Осмий самый плотный драгоценный металл. Он по плотности немного превосходит платиновый элемент — 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. По новейшим сведениям, плотность осмия составляет 22,61 г/см3.

В силу своей твёрдости, хрупкости, низкого давления паров (самого низкого среди всех платиновых металлов), а также очень высокой температуры плавления, осмий с трудом поддаётся механической обработке.

Термодинамические свойства: — температура плавления 3327 K (3054 °C); — температура кипения 5300 K (5027 °C); — теплота плавления 31,7 кДж/моль; — теплота испарения 738 кДж/моль; — теплопроводность (300 K) (87,6) Вт/(м·К); — температура перехода в сверхпроводящее состояние — 0,66 К; — молярная теплоёмкость 24,7 Дж/(K·моль).

Осмий — парамагнетик (магнитная восприимчивость 9,9·10-6).

Осмий-186 (содержание в земной коре 1,59 %) подвержен альфа-распаду, но учитывая его исключительно большой период полураспада — (2,0 ± 1,1)·1015 лет, его можно считать практически стабильным.

Искусственным путём получены радиоактивные изотопы осмия с массовыми числами от 162 до 197, а также несколько ядерных изомеров. Самый долгоживущий осмий-194 с периодом полураспада около 700 дней.

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 распространёнными являются 2, 3, 4 и 8.

Для осмия, в отличие от большинства элементов VIII группы, характерна валентность 8 , и он образует с кислородом устойчивую четырехокись OsO4. Это своеобразное соединение, несомненно, является его самым важным.

Внешне чистая четырехокись осмия выглядит достаточно обычно – бледно-желтые кристаллы, растворимые в воде и четыреххлористом углероде. При температуре около 40°C (есть две модификации OsO4 с близкими точками плавления) они плавятся, а при 130°C четырехокись осмия закипает.

Как и элементарный осмий, OsO4 обладает каталитическими свойствами; OsO4 применяют при синтезе важнейшего современного лекарственного препарата – кортизона.

Оксид осмия очень летуч, его пары OsO4 ядовиты, разъедают слизистые оболочки. Он имеет кислотные свойства, образует соединения типа K2OsO4.

Для осмия сейчас известны два карбонила. Пентакарбонил Os(CO)5 – в обычных условиях бесцветная жидкость (температура плавления – 15°C). Получают его при 300°C и 300 атм. из четырехокиси осмия и угарного газа. При обычных температуре и давлении Os(CO)5 постепенно переходит в другой карбонил состава Os3(CO)12 – желтое кристаллическое вещество, плавящееся при 224°C.

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.

Предлагаем ознакомиться  Апатит формула соединения образующего минерал

Основные минералы осмия, относящиеся к классу твёрдых растворов, природные сплавы осмия и иридия (невьянскит и сысертскит). Самый распространенный из них – невьянскит, природный сплав этих двух металлов.

Иридия в нем больше, поэтому невьянскит часто называют просто осмистым иридием. Зато другой минерал – сысертскит – называют иридистым осмием – в нем больше осмия.

Оба эти минерала тяжелые, с металлическим блеском и очень редки.

Несмотря на то, что месторождения осмия расположены по всему миру, единственным производителем 187 изотопа является Казахстан. Эта страна лидирует по запасам ценного осмия-187, являясь и единственным экспортером изотопа.

Получение осмия

Чтобы отделить от платины осмистый иридий её растворяют в царской водке, минералы группы осмистого иридия остаются в осадке.

Далее полученный осадок сплавляют с восьмикратным количеством цинка – этот сплав сравнительно просто превратить в порошок, который спекают с перекисью бария BaO3.

Затем полученную массу обрабатывают смесью азотной и соляной кислот непосредственно в перегонном аппарате – для отгонки OsO4.

Затем его очищают, обрабатывая кислотами (HF и HCl), и довосстанавливают в электропечи в струе водорода. После охлаждения получают металл чистотой до 99,9% Os.

Такова классическая схема получения осмия – металла, который применяют пока крайне ограниченно, металла очень дорогого, но достаточно полезного. Мировое производство осмий составляет всего около 600 кг в год.

Все страны, добывающие осмий, не экспортируют его. Все, кроме Казахстана. Это единственная страна, которая продавала полученный осмий в лабораториях по цене 100 000 долларов за грамм. Однако на сегодняшний день продажи прекращены. Приобрести осмий можно только на черном рынке, где много лет зафиксировалась цена за 1 грамм в 200 000 долларов.

Применение

Осмий используется во многих сплавах, что делает их очень износостойкими. Если добавить осмий в какой-нибудь сплав, то он тут же приобретает неимоверную износостойкость, становится долговечным, повышается его сопротивляемость механическим воздействиям и коррозиям.

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.

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 позволяют создавать острейшие лезвия технических, медицинских, промышленных ножей.

Авторучки с осмиевыми наконечниками перьев могут писать годами, чего нельзя сказать о полностью золотых или других металлических перьях – осмиевым перьям действительно «нет износу».

Сплав «осрам» (осмия с вольфрамом) использовался для изготовления нитей ламп накаливания.

Физические свойства

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

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.

Мы уже знаем , что осмий твёрдый металл с серо — голубоватым цветам из за своей твёрдости и плотности он очень хрупок и с трудом поддаётся механической переработке . Благородный метал имеет температуру плавления 3027°C по некоторым источникам 3033°C .