Όλα για το όσμιο

Ωσμίο - σπάνιο μέταλλο, ανήκει στην ομάδα της πλατίνας. Ανακαλύφθηκε στην Αγγλία ως αποτέλεσμα πειραμάτων για την αντίδραση της πλατίνας. Το όνομα osmium δίνεται στα ελληνικά και στη μετάφραση σημαίνει «μυρίζω». Πώς είναι αυτό το ευγενές μέταλλο; Ποια είναι τα χαρακτηριστικά του και ποια η χρήση του;

Η ανακάλυψη αυτού του στοιχείου έγινε τυχαία το 1803 από τους Άγγλους χημικούς Smithson Tennant και William H. Wollastan. Ως αποτέλεσμα πειραμάτων σχετικά με την αντίδραση της πλατίνας σε ένα μείγμα οξέων (θειικό και νιτρικό), το ίζημα που προέκυψε ανέπτυξε ένα δυσάρεστο άρωμα, που θυμίζει τη δυσοσμία του χλωρίου και του σάπιου ραπανιού. Παρόμοια πειράματα πραγματοποιήθηκαν από τους Colle-Descoti, Antoine de Fourcoy και Vauquelin στη Γαλλία. Ως αποτέλεσμα της έρευνάς τους, βρήκαν επίσης μια άγνωστη ουσία στο αδιάλυτο ίζημα από την πλατίνα.

Η ανακάλυψη αυτών των χημικών στοιχείων παρουσιάστηκε στη Βασιλική Εταιρεία του Λονδίνου με γραπτή ανακοίνωση του Tennant με ημερομηνία 21 Ιουνίου 1804. Στον περιοδικό πίνακα των χημικών στοιχείων του Mendeleev, το μέταλλο βρίσκεται κάτω από τον αριθμό 76. Το μέταλλο δεν εμφανίζεται στην καθαρή του μορφή από ψήγματα, επομένως ο χημικός του τύπος παρουσιάζεται σε διαλυμένη μορφή.

Το στοιχείο εξάγεται από δευτερογενείς πρώτες ύλες ως αποτέλεσμα του διαχωρισμού του από μεταλλεύματα ιριδίου, πλατίνας, πλατίνας-παλλαδίου ή μεταλλεύματα χαλκού και νικελίου. Η ετήσια παραγωγή ολόκληρου του στοιχείου στον κόσμο δεν ξεπερνά το μέγεθος του 1 τόνου.

Τα μεγαλύτερα κοιτάσματα του κόσμου αξίζουν να σημειωθούν ζώνες όπως Ουράλια βουνά και Σιβηρία στη Ρωσία, βόρεια πολιτεία Αλάσκα και δυτικό κράτος Καλιφόρνια στην Αμερική, Καναδάς στη Βόρεια Αμερική, Κολομβία στη Νότια Αμερική και μερικές χώρες της Νότιας Αφρικής, Αυστραλία, Νησί Τασμανία... Επί του παρόντος, εξετάζεται ένα σημαντικό κοίτασμα οσμίου Bushwell Complex στη Νότια Αφρική, το μεγαλύτερο μέρος της ουσίας εξορύσσεται εκεί. Λαμβάνοντας υπόψη ότι τα μεγαλύτερα κοιτάσματα του μετάλλου βρίσκονται στη Νότια Αφρική, οι παγκόσμιες τιμές για αυτό το μέταλλο σπανίων γαιών είναι αρκετά υψηλές. Καζακστάν θεωρείται ο μόνος σημαντικός εξαγωγέας οσμίου-187 στον κόσμο. Αν και η Κίνα έχει αποθέματα μεταλλεύματος πλατίνας, δεν έχει σημαντικές ποσότητες οσμίου.

Η ουσία αποθηκεύεται σε μορφή σκόνης και δεδομένου ότι δεν λιώνει με τη μορφή κρυστάλλων, δεν είναι δυνατόν να τεθεί σφραγίδα λόγω των φυσικών της ιδιοτήτων. Για την κατασκευή πλινθωμάτων αυτού του μετάλλου, χρησιμοποιείται θέρμανση με δέσμη ηλεκτρονίων ή τόξο από σκόνη· χρησιμοποιείται επίσης θέρμανση σε χωνευτήριο.

Το όσμιο μοιάζει με ένα ασημί γαλαζωπό μέταλλο. Είναι ένα από τα πιο πυκνά στοιχεία, η πυκνότητά του είναι 22.600 κιλά ανά κυβικό μέτρο, αλλά ταυτόχρονα, η ουσία είναι αρκετά εύθραυστη, σπάει εύκολα και θρυμματίζεται. Έχει υψηλό ειδικό βάρος και είναι σε θέση να λάμπει ακόμη και σε αρκετά υψηλές θερμοκρασιακές επιρροές. Λόγω των παραμέτρων του και της σημαντικής θερμοκρασίας τήξης του, είναι δύσκολο να το επεξεργαστούμε. Στη φύση, υπάρχει με τη μορφή επτά ισοτόπων, έξι από τα οποία θεωρούνται σταθερά, αυτά είναι το όσμιο-184, το όσμιο-187, το όσμιο-188, το όσμιο-189, το όσμιο-190 και το όσμιο-192. Στο εργαστήριο ελήφθησαν ισότοπα ραδιενεργών μετάλλων με αριθμούς μάζας από 162 έως 197, ενώ ορισμένα πυρηνικά ισομερή ελήφθησαν επίσης τεχνητά.

Σχεδόν όλες οι ενώσεις με αυτό το μέταλλο προκαλούν βλάβες στα εσωτερικά όργανα, οπτικές και ακουστικές διαταραχές. Σε περίπτωση δηλητηρίασης με ατμούς οσμίου, μπορεί να προκληθούν μη αναστρέψιμες διαταραχές στο σώμα και θάνατος. Οι επιστήμονες διεξήγαγαν πειράματα σε ζώα, τα αποτελέσματα των οποίων ήταν η ταχεία ανάπτυξη αναιμίας, η έλλειψη φυσιολογικής λειτουργίας των πνευμόνων. Εξήχθη το συμπέρασμα ότι πρόκειται για ένα ταχέως αναπτυσσόμενο οίδημα. Το τετροξείδιο του οσμίου, το οποίο χρησιμοποιείται στην ιατρική, είναι μια πολύ διαβρωτική ουσία. Έχει την πιο άσχημη μυρωδιά στον κόσμο. Σε περίπτωση δηλητηρίασης, το δέρμα υποφέρει, αλλάζει χρώμα σε πράσινο ή μαύρο, συχνά συνοδεύεται από έλκη και ρωγμές, τα οποία θα χρειαστούν πολύ χρόνο για να επουλωθούν.

Οι εργαζόμενοι στις εγκαταστάσεις παραγωγής διατρέχουν τον υψηλότερο κίνδυνο· σύμφωνα με όλα τα πρότυπα ασφαλείας, εργάζονται μόνο με αναπνευστήρες και ειδικά ρούχα. Όλα τα δοχεία που περιέχουν οξείδιο του οσμίου σφραγίζονται και αποθηκεύονται σύμφωνα με τους κανόνες. Για να ληφθούν τα ορυκτά του nevyanskite, η πλατίνα μετατρέπεται σε διάλυμα μέσω aqua regia. Στη συνέχεια, το προκύπτον ίζημα εκτίθεται σε ψευδάργυρο σε 8-πλάσια ποσότητα - ένα τέτοιο κράμα μετατρέπεται σχετικά εύκολα σε κατάσταση σκόνης, η οποία στη συνέχεια συντήκεται με υπεροξείδιο του βαρίου. Το επόμενο στάδιο είναι η επεξεργασία της μάζας που προκύπτει με aqua regia, απόσταξη μέσω της συσκευής διαχωρισμού του τετροξειδίου του οσμίου.

Επιδρώντας στην ουσία με αλκαλικό διάλυμα, λαμβάνεται αλάτι. Το αλατούχο διάλυμα επηρεάζεται υποθειώδης, με αποτέλεσμα, με τη βοήθεια χλωριούχου αμμωνίου, το μέταλλο να καθιζάνει ήδη με τη μορφή άλατος Fremy. Το ίζημα πλένεται, διηθείται και πυρώνεται. Το αποτέλεσμα όλων αυτών των ενεργειών είναι το σπογγώδες όσμιο. Στη συνέχεια, καθαρίζεται με οξέα, ανάγεται σε ηλεκτρικό κλίβανο κάτω από ρεύμα υδρογόνου και ψύχεται. Έτσι λάβετε δείγματα οσμίου έως και 99,9%.

Οι ιδιότητες αυτού του στοιχείου, από τη σκοπιά της χημείας, είναι εκπληκτικές. Τα πιο βασικά από αυτά είναι τα ακόλουθα.

1. Το όσμιο δεν αντιδρά καθόλου με αλκάλια και οξέα. Σχηματίζει υδατοδιαλυτά οσμικά σε αντίδραση με αλκαλικά τήγματα. Η αλληλεπίδραση με ένα μείγμα νιτρικού και υδροχλωρικού οξέος δίνει μια εξαιρετικά αργή αντίδραση.
2. Πολύ τοξικό, ακόμη και σε μικροσκοπικές δόσεις. Ιδιαίτερα τοξικό είναι το οξείδιο του οσμίου, το οποίο απελευθερώνεται από την πλατίνα.
3. Είναι αδύνατο να προσδιοριστεί το σημείο βρασμού του μετάλλου, καθώς είναι ιδιαίτερα πυρίμαχο.
4. Το μέταλλο στη σκόνη εισέρχεται εύκολα σε μια αντίδραση θέρμανσης με τέτοιες ουσίες: καθαρό οξυγόνο, αλογόνα, θειικά ή νιτρικά οξέα.
5. Σε διάφορες ενώσεις λαμβάνονται αριθμοί οξειδίων από -2 έως +8. Τα πιο συνηθισμένα είναι τα +2, +3, +4 και +8.
6. Ικανός να σχηματίζει ενώσεις συστάδων.
7. Τα κύρια ορυκτά σχετίζονται με στερεά διαλύματα και αντιπροσωπεύονται από κράματα ιριδίου με όσμιο - είναι ο συσερσκίτης και ο νεβιανσκίτης. Επιπλέον, ο syserskite έχει διαφορετικό όνομα - ιριδίζον όσμιο και nevyanskite - οσμώδες ιρίδιο.

Πυκνότητα το όσμιο είναι περίπου 22,61 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό. Τα κρύσταλλα έχουν μια όμορφη ασημί γυαλάδα, με διαφορετικές αποχρώσεις από γκρι έως μπλε. Στα πλινθώματα εμφανίζεται ένα σκούρο μπλε χρώμα, στη σκόνη είναι βιολετί. Όλα τα μέταλλα έχουν ασημί γυαλάδα. Η τοξικότητα του στοιχείου εμποδίζει τη χρήση του στη βιομηχανία κοσμημάτων. Οι κύριες φυσικές ιδιότητες είναι οι εξής.

1. Το σημείο τήξης αυτού του στοιχείου είναι αρκετά υψηλό, η τήξη είναι δυνατή σε θερμοκρασίες άνω των 3000 βαθμών Κελσίου.
2. Το μέταλλο δεν έχει μαγνητικές ιδιότητες.
3. Εκπληκτική σταθερότητα. Τα κράματα με την προσθήκη αυτού του μετάλλου αποκτούν αυξημένη αντοχή στη φθορά, ανθεκτικότητα, αντοχή στη διάβρωση και αντοχή στη μηχανική καταπόνηση.
4. Το σημείο βρασμού είναι 5012 ºC.
5. Η σκληρότητα Mohs είναι 7.
6. Η σκληρότητα του Vickers είναι 3-4 GPa.

Λόγω του σημαντικού κόστους του ίδιου του στοιχείου, αυτό το μέταλλο σπάνια χρησιμοποιείται στη μαζική βιομηχανική παραγωγή. Το όσμιο χρησιμοποιείται κυρίως στη χημική βιομηχανία, όπου χρησιμοποιείται ως καταλύτης. Το τετροξείδιο του οσμίου χρησιμοποιείται σε ορισμένα φάρμακα. Σε εργαστηριακές αναλύσεις, χρησιμοποιείται για τη χρώση ζωντανών ιστών, διασφαλίζει τη διατήρηση της κυτταρικής δομής.

Στην αεροδιαστημική βιομηχανία, το όσμιο χρησιμοποιείται στον ηλεκτρονικό εξοπλισμό εξοπλισμού για την αεροπορία και την τεχνολογία πυραύλων, καθώς και στην κατασκευή πυρηνικά όπλα. Λόγω της έλλειψης μαγνητικών ιδιοτήτων, το μέταλλο χρησιμοποιείται στην κατασκευή επώνυμων ρολογιών όπως η Rolex. Κράμα όσμιο με πλατίνα χρησιμοποιείται όταν δημιουργία χειρουργικών εμφυτευμάτων Είναι βηματοδότες ή πνευμονικές βαλβίδες.

1. Υπό πίεση περίπου 770 GPa στο όσμιο, τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν στα εσωτερικά τροχιακά, η δομή της ουσίας παραμένει αμετάβλητη.
2. Ωσμίο στα πετρώματα περιέχει το μισό τοις εκατό της συνολικής μάζας των κοιτασμάτων μεταλλεύματος.
3. Λόγω της υψηλής πυκνότητας η εμφάνιση και το πραγματικό βάρος του μετάλλου ποικίλλει πολύ. Έτσι, ένα πλαστικό μπουκάλι 0,5 λίτρων γεμάτο με αυτή τη μεταλλική σκόνη θα είναι βαρύτερο από έναν κουβά 10 λίτρων γεμάτο με νερό.
4. Αυτό το μέταλλο είναι στα πέντε περισσότερα δαπανηρός.
5. Το κόστος μιας τριπλής ουγγιάς οσμίου είναι εμπορικό μυστικό, στις ανοιχτές πηγές μπορείτε να βρείτε μια κατά προσέγγιση τιμή για 1 γραμμάριο μιας ουσίας.
6. Λόγω της ανθεκτικότητας του οσμίου σημειώνεται στην ιστορία του ηλεκτρικού λαμπτήρα. Ο επιστήμονας K. Auer von Welsbach από τη Γερμανία έκανε μια πρόταση για την αντικατάσταση του νήματος άνθρακα σε έναν λαμπτήρα με ένα νήμα οσμίου. Οι λαμπτήρες αποδείχτηκαν 3 φορές λιγότερο ενεργοβόροι και ο φωτισμός έχει βελτιωθεί σημαντικά. Είναι αλήθεια ότι σύντομα αντικαταστάθηκε από το πιο κοινό ταντάλιο, το οποίο, με τη σειρά του, αντικαταστάθηκε από βολφράμιο.
7. Παρόμοια κατάσταση συνέβη και με το σπάνιο μέταλλο στην παραγωγή αμμωνίας. Η επί του παρόντος χρησιμοποιούμενη μέθοδος σύνθεσης αμμωνίας, που αναπτύχθηκε το 1908 από τον χημικό Fritz Haber από τη Γερμανία, είναι αδύνατη χωρίς τη χρήση καταλυτών.Αρχικά, οι καταλύτες που χρησιμοποιήθηκαν εκείνη την εποχή έδειχναν τις ιδιότητές τους μόνο με την παρουσία σημαντικών συνθηκών θερμοκρασίας και δεν είχαν υψηλή απόδοση, επομένως η αναζήτηση αντικαταστάτη ήταν πολύ επείγουσα. Επιστήμονες από το εργαστήριο της Ανώτερης Τεχνικής Σχολής στην Καρλσρούη έκαναν μια πρόταση να χρησιμοποιηθεί όσμιο λεπτώς ψεκασμένο ως καταλυτικό στοιχείο. Τα αποτελέσματα των δοκιμών επιβεβαίωσαν ότι αυτή η ιδέα αξίζει τον κόπο, η καταλυτική θερμοκρασία έχει πέσει περισσότερο από 100 ºC και η απελευθέρωση αμμωνίας έχει αυξηθεί σημαντικά. Είναι αλήθεια ότι στο μέλλον αρνήθηκαν από το όσμιο, αλλά βοήθησε στην επίλυση ενός τόσο σημαντικού προβλήματος.

Το όσμιο και άλλα σπάνια και μοναδικά μέταλλα παίζουν σημαντικό ρόλο σε διάφορους κλάδους... Ακόμη και με όλη την τοξικότητά του, σώζει ζωές και υγεία ανθρώπων.

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το όσμιο, δείτε το παρακάτω βίντεο.