Kaikki osmiumista

Osmium - harvinainen metalli, kuuluu platinaryhmään. Se löydettiin Englannissa platinan reaktiokokeiden tuloksena. Nimi osmium on annettu kreikaksi ja tarkoittaa käännöksessä "haju". Millainen tämä jalometalli on? Mitkä ovat sen ominaisuudet ja mihin sitä käytetään?

Tämän alkuaineen löysivät vahingossa vuonna 1803 englantilaiset kemistit Smithson Tennant ja William H. Wollastan. Kokeiden tuloksena platinan reaktiosta happojen (rikki- ja typpihappo) seokseen, tuloksena oleva sakka kehitti epämiellyttävän aromin, joka muistuttaa kloorin ja mätä retiisin hajua. Samanlaisia ​​kokeita suorittivat Colle-Descoti, Antoine de Fourcoy ja Vauquelin Ranskassa. Heidän tutkimuksensa tuloksena he löysivät myös tuntemattoman aineen liukenemattomasta platinasedimentistä.

Näiden kemiallisten alkuaineiden löytö esiteltiin Lontoon Royal Societylle Tennantin kirjallisessa tiedonannossa, joka oli päivätty 21. kesäkuuta 1804. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollisessa taulukossa metalli sijaitsee järjestysnumeron 76 alla. Metallia ei esiinny puhtaassa muodossaan kimpaleina, joten sen kemiallinen kaava on esitetty liuenneessa muodossa.

Alkuaine uutetaan uusioraaka-aineista sen erottamisen seurauksena iridium-, platina-, platina-palladiummalmeista tai kupari- ja nikkelimalmeista. Koko elementin vuosituotanto maailmassa ei ylitä 1 tonnin kokoa.

Maailman suurimmat talletukset ovat huomionarvoisia sellaiset vyöhykkeet kuin Ural-vuoret ja Siperia Venäjällä, pohjoisessa osavaltiossa Alaska ja läntinen osavaltio Kalifornia Amerikassa, Kanada Pohjois-Amerikassa, Kolumbia Etelä-Amerikassa ja joissakin Etelä-Afrikan maat, Australia, saari Tasmania... Tällä hetkellä harkitaan merkittävää osmiumesiintymää Bushwell Complex Etelä-Afrikassa, suurin osa aineesta louhitaan siellä. Kun otetaan huomioon se tosiasia, että suurimmat metalliesiintymät ovat Etelä-Afrikassa, tämän harvinaisen maametallin maailmanmarkkinahinnat ovat melko korkeat. Kazakstan pidetään ainoana suurena osmium-187:n viejänä maailmassa. Vaikka Kiinalla on platinamalmivarantoja, sillä ei ole merkittäviä määriä osmiumia.

Aine varastoidaan jauheena, ja koska se ei sula kiteinä, siihen ei ole mahdollista laittaa leimaa sen fysikaalisten ominaisuuksien vuoksi. Tämän metallin harkkojen valmistukseen käytetään elektronisuihku- tai kaarikuumennusta jauheesta; käytetään myös kuumennusta upokkaassa.

Osmium näyttää hopeankeltaiselta sinertävältä metallilta. Se on yksi tiheimmistä alkuaineista, sen tiheys on 22 600 kiloa kuutiometriä kohden, mutta samalla aine on melko hauras, hajoaa ja murenee helposti. Sillä on korkea ominaispaino ja se pystyy loistamaan jopa melko korkeissa lämpötiloissa. Sen parametrien ja merkittävän sulamislämpötilan vuoksi sitä on vaikea työstää. Luonnossa se esiintyy seitsemän isotoopin muodossa, joista kuutta pidetään stabiilina, nämä ovat osmium-184, osmium-187, osmium-188, osmium-189, osmium-190 ja osmium-192. Laboratoriossa saatiin radioaktiivisia metalli-isotooppeja massaluvuilla 162-197, ja joitain ydinisomeerejä saatiin myös keinotekoisesti.

Lähes kaikki tämän metallin yhdisteet aiheuttavat sisäelinten vaurioita sekä näkö- ja kuulohäiriöitä. Osmiumhöyryillä tapahtuva myrkytys voi aiheuttaa peruuttamattomia häiriöitä kehossa ja kuoleman. Tutkijat suorittivat kokeita eläimillä, joiden tulokset olivat anemian nopea kehitys, normaalin keuhkojen toiminnan puute. Pääteltiin, että tämä on nopeasti kehittyvä turvotus. Lääketieteessä käytetty osmiumtetroksidi on erittäin syövyttävä aine. Sillä on maailman ilkein haju. Myrkytyksen sattuessa iho kärsii, sen väri muuttuu vihreäksi tai mustaksi, johon liittyy usein haavaumia ja halkeamia, joiden paraneminen kestää hyvin kauan.

Tuotantolaitosten työntekijät ovat suurimmassa vaarassa, kaikkien turvallisuusstandardien mukaan he työskentelevät vain hengityssuojaimissa ja erikoisvaatteissa. Kaikki osmiumoksidia sisältävät säiliöt suljetaan ja varastoidaan sääntöjen mukaisesti. Nevyanskiitin mineraalien saamiseksi platina muunnetaan liuokseksi aqua regian avulla. Sitten syntynyt sakka altistetaan sinkille 8-kertaisena määränä - tällainen seos muuttuu suhteellisen helposti jauhemaiseen tilaan, joka sitten sulatetaan bariumperoksidin kanssa. Seuraava vaihe on saadun massan käsittely aqua regialla, tislaus osmiumtetroksidin erotuslaitteen läpi.

Toimimalla aineeseen alkaliliuoksella saadaan suolaa. Suolaliuos vaikuttaa hyposulfiitti, jonka seurauksena metalli saostuu ammoniumkloridin avulla jo Fremyn suolan muodossa. Sakka pestään, suodatetaan ja kalsinoidaan. Kaikkien näiden toimien tulos on sienimäinen osmium. Sen jälkeen se puhdistetaan hapoilla, pelkistetään sähköuunissa vetyvirran alla ja jäähdytetään. Niin saada osmiumnäytteitä jopa 99,9 %.

Tämän alkuaineen ominaisuudet kemian kannalta ovat hämmästyttäviä. Perusteellisimmat niistä ovat seuraavat.

1. Osmium ei reagoi lainkaan alkalien ja happojen kanssa. Muodostaa vesiliukoisia osmaatteja reaktiossa alkalisten sulatteiden kanssa. Vuorovaikutus typpi- ja suolahapon seoksen kanssa antaa erittäin hitaan reaktion.
2. Erittäin myrkyllistä, jopa mikroskooppisina annoksina. Erityisen myrkyllistä on platinasta vapautuva osmiumoksidi.
3. Metallin kiehumispistettä on mahdotonta määrittää, koska se on erityisen tulenkestävää.
4. Jauheessa oleva metalli pääsee helposti kuumennusreaktioon tällaisten aineiden kanssa: puhdas happi, halogeenit, rikki- tai typpihappo.
5. Eri yhdisteissä saadaan oksidilukuja -2 - +8. Yleisimmät ovat +2, +3, +4 ja +8.
6. Pystyy muodostamaan klusteriyhdisteitä.
7. Tärkeimmät mineraalit liittyvät kiinteisiin liuoksiin, ja niitä edustavat iridiumin ja osmiumin seokset - ne ovat sysertskiitti ja nevyanskiitti. Lisäksi syserskitellä on eri nimi - iridious osmium ja nevyanskite - osmous iridium.

Tiheys osmiumia on noin 22,61 grammaa kuutiosenttimetriä kohden. Kiteillä on kaunis hopeanhohtoinen kiilto, eri sävyillä harmaasta siniseen. Harkoissa näkyy tummansininen väri, jauheessa se on violetti. Kaikella metallilla on hopeanhohtoinen kiilto. Elementin myrkyllisyys estää sen käytön koruteollisuudessa. Tärkeimmät fysikaaliset ominaisuudet ovat seuraavat.

1. Tämän elementin sulamispiste on melko korkea, sulaminen on mahdollista yli 3000 celsiusasteen lämpötiloissa.
2. Metallilla ei ole magneettisia ominaisuuksia.
3. Hämmästyttävä lujuus. Seokset, joihin on lisätty tätä metallia, lisäävät kulutuskestävyyttä, kestävyyttä, korroosionkestävyyttä ja kestävyyttä mekaaniselle rasitukselle.
4. Kiehumispiste on 5012 ºC.
5. Mohsin kovuus on 7.
6. Vickersin kovuus on 3-4 GPa.

Itse elementin merkittävien kustannusten vuoksi tätä metallia käytetään harvoin massateollisuudessa. Osmiumia käytetään pääasiassa kemianteollisuudessa, jossa sitä käytetään katalyyttinä. Osmiumtetroksidia käytetään joissakin lääkkeissä. Laboratorioanalyyseissä sitä käytetään elävien kudosten värjäämiseen, varmistaa solurakenteen säilymisen.

Ilmailuteollisuudessa käytetään osmiumia ilmailu- ja rakettiteknologian laitteiden elektronisissa laitteissa, sekä valmistuksessa ydinaseet. Magneettisten ominaisuuksien puutteen vuoksi metallia käytetään merkkien, kuten Rolexin, valmistukseen. Osmiumia ja platinaa käytetään, kun kirurgisten implanttien luominen Ovatko sydämentahdistimet tai keuhkoventtiilit.

1. Noin 770 GPa:n paineessa osmiumissa elektronit ovat vuorovaikutuksessa sisäisillä kiertoradoilla, aineen rakenne pysyy muuttumattomana.
2. Osmium kivissä sisältää puoli prosenttia malmiesiintymien kokonaismassasta.
3. Suuren tiheyden vuoksi metallin ulkonäkö ja todellinen paino vaihtelevat suuresti. Joten tällä metallijauheella täytetty 0,5 litran muovipullo on raskaampi kuin 10 litran ämpäri, joka on täytetty vedellä.
4. Tämä metalli on viiden eniten kalliiksi.
5. Kolminkertaisen unssin osmiumin hinta on liikesalaisuus, avoimista lähteistä löydät likimääräisen hinnan yhdelle grammalle ainetta.
6. Osmiumin tulenkestävyyden vuoksi mainittiin sähkölampun historiassa. Saksalainen tutkija K. Auer von Welsbach teki ehdotuksen hehkulampun hiililangan korvaamisesta osmiumfilamentilla. Polttimot osoittautuivat 3 kertaa vähemmän energiaa kuluttaviksi, ja valaistus on parantunut huomattavasti. Totta, se korvattiin pian yleisemmällä tantaalilla, joka vuorostaan ​​korvattiin volframilla.
7. Samanlainen tilanne tapahtui harvinaisen metallin kanssa ammoniakin tuotannossa. Nykyään käytetty ammoniakin synteesimenetelmä, jonka saksalainen kemisti Fritz Haber kehitti vuonna 1908, on mahdoton ilman katalyyttien käyttöä.Aluksi tuolloin käytetyt katalyytit osoittivat ominaisuuksiaan vain merkittävissä lämpötilaolosuhteissa, eikä niillä ollut korkea hyötysuhde, joten korvaavan etsiminen oli erittäin kiireellistä. Karlsruhen korkeamman teknisen koulun laboratorion tutkijat tekivät ehdotuksen käyttää hienoksi sumutettua osmiumia katalyyttinä. Testitulokset vahvistivat ajatuksen kannattavuuden, katalyyttilämpötila on laskenut yli 100 ºC ja ammoniakin vapautuminen on lisääntynyt merkittävästi. Totta, tulevaisuudessa he kieltäytyivät osmiumista, mutta hän auttoi ratkaisemaan niin tärkeän ongelman.

Osmium ja muut harvinaiset ja ainutlaatuiset metallit soittavat merkittävä rooli eri toimialoilla... Kaikesta myrkyllisyydestään huolimatta se säästää ihmisten henkiä ja terveyttä.

Katso lisätietoja osmiumista seuraavasta videosta.