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..
Почему осмий такой дорогой
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. Сложность добычи, и как следствие высокая стоимость ограничивают применение осмия в промышленности и поэтому его применяют там, где экономический эффект от применения превышает понесенные затраты для добычи и обработки.
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. 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.
Место в таблице Менделеева и основные свойства
Металл, обозначаемый как Os, расположился в ячейке под номером 76. Ближайшие соседи - рений и иридий. В нормальных условиях вещество обладает серебристо-белым цветом.
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.
Особенности добычи и применения
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.
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.
Применение осмия в разных отраслях
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. Кроме того, сплавы с добавлением осмия обладают повышенной механической прочностью и высокой стойкостью к воздействию коррозии. Как следствие этого свойства, осмий и сплавы применяют для снижения трения в различных узлах. 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).
Металл применяют в качестве катализатора при производстве аммиака, органических соединений. Кроме того, без него не обходится производство катализаторов с метанольным топливным элементом.
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.
В медицине осмий и его оксиды применяют для хирургических имплантатах и сердечных стимуляторах и при замещении клапанов в легких. Вместе с тем тетраоксид осмия является сильным токсином и практически не применяется ни в одной отрасли.
На самом деле осмий в чистом виде редко используют на практике. Куда чаще в ход идут его соединения, например, оксиды.
Особенности хранения
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.
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.
Не золото и не платина самые дорогостоящие металлы из таблицы Д. И. Менделеева, а осмий металл. Это редчайший и дорогущий металл серебристо-белого цвета с серым оттенком голубого отлива. У химиков этот металл считается благородным, относящийся к группе платиновых.
Состоит из нескольких изотопов. Их очень трудно разделить, что и отражается на стоимости. Самый востребованный из них изотоп – Осмий-187.
Предполагается, что на 0,5% масса земной коры состоит из осмия, а находится он в ядре. Удивляет пропорция между размером и весом. Килограмм соединения по размеру сопоставим со средним размером куриного яйца. Ёмкость, объёмом 0,5 л., наполненная осмиевым порошком, весит больше 15 кг. Но желание отлить гантельки из такого удобного, в плане соотношения размер/вес, материала, сразу пропадает не только из-за цены на порошок, для кого-то это и не проблема, а ввиду его чрезвычайной редкости и недоступности.
Найти слитки в лесах, горах, водоёмах не получится. До сих пор не найдено ни одного самородка. Добывают его на рудных месторождениях в составе с иридием, платиной, в платиново-палладиевой руде, в медных и никелевых рудах. Но содержание осмия в нём составляет 0,001%. И ещё он встречается в метеоритах. Правда, отделяются изотопы от них больше чем через 9 месяцев. Поэтому промышленные производства с применением осмия обходятся вторичным сырьём, что ненамного дешевле.
Общая выработка самого тяжёлого металла в год во всём мире составляет несколько десятков килограмм. Но увеличивается добыча платины, где осмий присутствует и попутно извлекается. Называют цифры уже 200 кг в год. Так, встаёт задача не столько искать осмий, сколько найти более дешёвый способ отделения его от «соседей».
На Норильском горно-металлургическом комбинате добились определённых успехов в этой задаче. Получили чистый металл из медно-никелевых руд. Количество его на планете – 0,000005% от всей массы горных пород. Но в России есть. И в Казахстане. А основные запасы располагаются в Тасмании, Америке, Австралии. Самые большие сосредоточены в Южной Африке. Она-то и диктует цены.
История открытия и природные свойства
В 1803-1804 годах в Англии, при проведении опытов над платиной с царской водкой (смесь азотной кислоты с соляной), в полученном неизвестном осадке, после растворения платины, появился резкий, неприятный запах, напоминающий хлор. Благодаря этому запаху, только что открытый металл и получил своё название. Правда, на греческом языке. С греческого «осмий» переводится, как «запах».
Формально это , потому что входит в платиновую группу. На этом истинное благородство и заканчивается. Свойства этого металла как химические, так и физические, до сих пор до конца не изучены. Физические характеристики более-менее уточнили несколько лет назад.
Osmium
| Химические свойства | Физические свойства |
|---|---|
| Не растворяется в щелочах и кислотах | Внешне кристаллы твёрдые и хрупкие, имеют красивый серебристый блеск с оттенками от серого до голубого. Слитки – тёмно-синего цвета, порошок – фиолетового. И все с изумительным серебристым блеском. |
| Не реагирует на адскую смесь азотной и соляной кислот – единственный из металлов на планете. | Температура сплавов такая, что производить плавку предпочтительнее на поверхности Солнца. |
| Инертен. Возможно использование сплавов и покрытий из осмия в агрессивных средах. | Высочайшая токсичность, не позволяющая использовать такую красоту для изготовления ювелирных изделий. |
| Чрезмерно токсичен, даже в малых дозах. Особенно летучий оксид осмия, выделяющийся из платины. | Чрезвычайно хрупок. Механической обработке неподвластен. |
| Кипит при температуре 5500°С, но точно не определена – для проверки не существует расчётов | Тугоплавкость. Размягчается только при температуре свыше 3000 градусов С. |
| Не имеет магнитных свойств. | |
| Потрясающая твёрдость. Сплав с добавлением осмия становится более износостойким, долговечным, с повышенной сопротивляемостью коррозиям и механическому воздействию. | |
| Высочайшая плотность 22,61 г/см3. |
Стоимость
Высокая стоимость вызвана ограниченным количеством. Поскольку его мало в природе, а добыча дорогая, то рынок реагирует соответственно. Если сравнивать с золотом, то это будут тысячи тонн золота против нескольких десятков килограммов добычи. Отсюда и цена – она начинается с 15 тысяч и доходит до 200 тысяч долларов за грамм. На мировом рынке золото в 7.5 раз дешевле.
Такие цифры говорят о непопулярности материала для широкого употребления. Основную роль в применении этого тяжёлого металла в сплавах играет прочность. Изделия становятся невероятно износоустойчивы за счет добавления совсем небольших порций металла в состав.
Применение
В широком промышленном производстве осмий применяют редко из-за его дороговизны. Но там, где эффект может превысить материальные затраты, его, конечно, используют. Сырьём он выступает, чаще всего, в порошке. Сам металл хрупкий, крошится легко. Получение порошка несложное.
Еще варианты использования:
Не все соединения осмия применимы к использованию. Но учёные работают над этим.
Опасность и техника безопасности
Как и другие тяжёлые металлы, осмий оказывает не самое благоприятное влияние на живые организмы, не обходя и человеческий. Любые соединения с осмием поражают внутренние органы, вызывают потерю зрения. Отравление парами элемента приводит и к летальному исходу. При наблюдении за животными наблюдалось резкое развитие малокровия, и лёгкие переставали функционировать. Полагают, что это быстроразвивающийся отёк.
Что такое тетраоксид осмия OsO4? А это и есть то самое вещество, благодаря которому элемент носит своё имя. Крайне агрессивен. Его запах нельзя не заметить. Ужасней и омерзительнее запаха в природе не существует. При отравлении задеваются и кожные покровы. Дерма зеленеет, чернеет, а может и вовсе омертветь. Возможно появление пузырей, язв. Заживает всё очень долго.
Опасность отравления грозит, прежде всего, работникам производственных помещений при малейшей концентрации паров в воздухе. Ни о каких допустимых нормах учёные уже не заикаются. Поэтому предусмотренная специальная одежда, респираторы – обычное явление на производствах с применением оксида осмия. Всё герметизировано, ёмкости закупорены и хранятся в соответствии с уже испытанными правилами.
Если всё же по какой-то немыслимой причине соединение осмия попадёт в глаза, промывать их надо продолжительное, минут 20, время. Чистой проточной водой. И сразу к врачу. При попадании в организм через дыхательные пути пары осмия нейтрализуются бикарбонатом натрия. Он выпускается в аэрозольной упаковке. Много молока внутрь. И промыть желудок.
Несомненная польза тяжелейшего металла
По мнению английских учёных этот тяжёлый металл блокирует развитие раковых клеток. Методы терапии онкозаболеваний с задействованием осмия хоть и очень медленно, но уже разрабатываются.
В медицине, в кардиостимуляции, его используют в имплантах, изготовление которых требует благородных металлов для предотвращения развития аллергий. Состав импланта, заменяющего элементы сердца, включает 10% осмия и 90% платины. Конечно, такие приборы и оцениваются соответственно. Такая же пропорция применяется для изготовления лёгочных клапанов.
Применение соединений осмия для медицинских потребностей заметно при производстве особо прочных, длительного использования, инструментов, таких, как скальпели, всевозможные металлокерамические резцы. И нужно для этого совсем немного сырья, а эффект потрясающий.
Микроскопические добавки осмия к стали режущих сортов позволяют создавать острейшие лезвия.
Изделия, применение которых подразумевает использование самого тяжелого металла, оказываются непревзойдёнными в износоустойчивости.
Коммерческий интерес
Разнообразные потрясающие свойства металла осмия вызывают несомненный интерес и неподдельное удивление. Но эти же свойства убивают коммерческий интерес наповал. И, несмотря ни на что, цена на рынке не падает.
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.
Загрузка...