Більша частинанаселення в курсі, що золото та платина - най дорогі метали. Ціна осмію за 1 грам, який відносять до платинової групи, поступається за вартістю золота.
Чому осмій такий дорогий
Щорічно у світі видобувають близько 2600 тонн золота та якусь кількість платини. Причому, за даними статистики, щороку обсяг видобутку дорогоцінних металів зростає на 1,5 %. Тим часом осмію добувають всього 600 кг, це викликано тим, що його дуже складно знайти у природі. І у чистому вигляді не зустрічається. А видобувають шляхом проколювання із металів платинової групи. Саме тому один грам коштує близько 12-15 USD або 800-900 рублів на 2019 рік. Видобуток осмію пов'язані з безліччю труднощів. По-перше, його зміст у земній корі мізерний і до всього іншого він розсіяний землі. Складність видобутку, і як наслідок, висока вартість обмежують застосування осмію в промисловості і тому його застосовують там, де економічний ефект від застосування перевищує понесені витрати для видобутку та обробки.
Осмій знаходять в уламках метеоритів, які у різні часи потрапили на нашу планету. Але найчастіше його видобувають у копальнях. Нерідко поруч можна знайти і такий матеріал, як іридій. Кількість осмію, що видобувається, дійсно мізерно мало і для задоволення потреб різних галузей промисловості доводиться використовувати вторинний метал.
Одним із великих експортерів цього металу є республіка Казахстан. За непідтвердженими даними ціна одного грама, видобутого в цій країні, становить близько 10 000 доларів США. Але це лише чутки, так ціна металу за унцію є комерційною таємницею. Розмір вартості металу змушує подумати про доцільність масового використання їх у промисловості, медицині та біології.
Місце в таблиці Менделєєва та основні властивості
Метал, що позначається як Os, розташувався в осередку під номером 76. Найближчі сусіди – реній та іридій. У нормальних умовах речовина має сріблясто-білий колір.
Осмій має поряд унікальних властивостей. Наприклад, густина становить 22,6 грама на кубічний сантиметр. У цьому плані він перегнав іридію. Метал, який знаходять у природі складається з декількох ізотопів, які практично неможливо розділити. Найбільш застосовуваний ізотоп має індекс 187.
Температура, за якої осмій змінює своє агрегатний стані переходить у рідкий стан дорівнює 3027 ºC. Кипіти матеріал починає після досягнення 5500 ºC. Висока щільність забезпечила металу високу крихкість.
Особливості видобутку та застосування
Незважаючи на дорожнечу, осмій не використовують для виготовлення коштовностей. Причиною тому є погана оброблюваність. Його практично неможливо піддати механічній обробці. До того ж треба пам'ятати про тугоплавкість і крихкість.
Серед ізотопів, що досить рідко зустрічається, є під номер 187. Саме його і застосовують при будівництві космічної техніки. Крім того, не обійшлося без нього та ядерна зброя. Застосовують для створення електронної апаратури, задіяної в управлінні ракетною зброєю. До речі, також використовують під час облаштування сховищ ядерних відходів.
Застосування осмію у різних галузях
Як вже зазначалося вище, це один з небагатьох матеріалів, що мають високу щільність, наприклад, відро води, буде легше важити ніж півлітрова пляшка, наповнена цим металом. Тим часом, ця властивість – твердість практично не затребувана, на відміну від іншої його властивості – твердості.
Осмій застосовують як добавку для одержання багатьох сплавів. Навіть невелика добавка металу надає металам неймовірну стійкість до зносу. Сплав із добавкою цього матеріалу може прослужити значно довше, ніж решта. Крім того, сплави з додаванням осмію мають підвищену механічною міцністюта високою стійкістю до дії корозії. Як наслідок цієї властивості, осмій та сплави застосовують для зниження тертя у різних вузлах. Сплав осмію та іридію застосовують при виробництві надтвердих сплавів для різних галузей.
Завдяки позначеним властивостям осмій використовують під час виготовлення вимірювального обладнанняпризначений для проведення вимірювань з високою точністю.
До речі, осмій використовують під час виробництва автоматичних ручок. Саме тому ручки можуть писати роки і при цьому не зазнають зношування.
Ще одна з властивостей рідкісного металу – не магнітна. І це послужило приводом для використання в механізмах годинника та механічних навігаційних приладах (компасах).
Метал застосовують як каталізатор при виробництві аміаку, органічних сполук. Крім того, без нього не обходиться виробництво каталізаторів з метанольним паливним елементом.
Ще недавно, метал вольфраму з осмієм використовували для виробництва ниток ламп розжарювання. Цей метал називають осором.
Мікроскопія також не обійшлася без рідкісного металу. Його застосовують до роботи електронних мікроскопів.
У медицині осмій та його оксиди застосовують на хірургічних імплантатах та серцевих стимуляторах та при заміщенні клапанів у легенях. Разом з тим, тетраоксид осмію є сильним токсином і практично не застосовується в жодній галузі.
Насправді осмій у чистому вигляді рідко використовують практично. Куди частіше йдуть його з'єднання, наприклад, оксиди.
Особливості зберігання
Готовий осмій зберігають як порошку. Оскільки у вигляді кристалів він не плавиться і не піддається жодній обробці, його навіть не можна затаврувати. Для отримання злитків металу застосовують променевий нагрів. Але існують методи отримання кристалів з порошкового матеріалунаприклад, тигельний нагрівання.
Трішки історії
Осмій як елемент відкрили на початку ХХ століття англійськими вченими. Вони проводили експерименти з розчинення платини у царській горілці. Це суміш соляної та азотної кислоти, яка здатна розчиняти метали без залишку.
У ході експериментів з'являвся осад, що зазнав ретельного дослідження. В результаті їх і було знайдено суміш осмію та іридію. До речі, аналогічні роботи проводились і у Франції.
Чи не золото і не платина найдорожчі метали з таблиці Д. І. Менделєєва, а осмій метал. Це рідкісний і дорогий метал сріблясто-білого кольору. сірим відтінкомблакитного відливу. У хіміків цей метал вважається благородним, що належить до групи платинових.
Складається із кількох ізотопів. Їх дуже важко розділити, що й відбивається на ціні. Найзатребуваніший із них ізотоп – Осмій-187.
Передбачається, що у 0,5% маса земної кори складається з осмію, а він у ядрі. Дивує пропорція між розміром та вагою. Кілограм з'єднання за розміром можна порівняти з середнім розміром курячого яйця. Ємність об'ємом 0,5 л., наповнена осмієвим порошком, важить більше 15 кг. Але бажання відлити гантельки з такого зручного, у плані співвідношення розмір/вага, матеріалу, відразу пропадає не тільки через ціну на порошок, для когось це і не проблема, а через його надзвичайну рідкість і недоступність.
Знайти зливки у лісах, горах, водоймах не вдасться. Досі не знайдено жодного самородка. Видобувають його на рудних родовищах у складі з іридієм, платиною, у платиново-палладієвій руді, у мідних та нікелевих рудах. Але зміст осмію у ньому становить 0,001%. І ще він зустрічається у метеоритах. Щоправда, відокремлюються ізотопи від них більше ніж за 9 місяців. Тому промислові виробництва із застосуванням осмію обходяться вторинним сировиною, що набагато дешевше.
Загальне виробництво найважчого металу на рік у всьому світі становить кілька десятків кілограм. Але збільшується видобуток платини, де осмій присутній і попутно витягується. Називають цифри вже 200 кг на рік. Так, постає завдання не так шукати осмій, як знайти більше дешевий спосібвідокремлення його від «сусідів».
На Норильському гірничо-металургійному комбінаті досягли певних успіхів у цьому завданні. Отримали чистий металз мідно-нікелевих руд. Кількість його планети – 0,000005% від усієї маси гірських порід. Але у Росії є. І в Казахстані. А основні запаси розташовуються у Тасманії, Америці, Австралії. Найбільші зосереджені у Південній Африці. Вона й диктує ціни.
Історія відкриття та природні властивості
У 1803-1804 роках в Англії, при проведенні дослідів над платиною з царською горілкою (суміш азотної кислоти з соляною), в отриманому невідомому осаді, після розчинення платини, з'явився різкий, неприємний запах, що нагадує хлор. Завдяки цьому запаху щойно відкритий метал і отримав свою назву. Щоправда, на грецькою мовою. З грецького «осмій» перекладається, як «пах».
Формально це тому, що входить до платинової групи. На цьому справжнє благородство закінчується. Властивості цього металу як хімічні, і фізичні, досі остаточно не вивчені. Фізичні характеристикибільш-менш уточнили кілька років тому.
Osmium
| Хімічні властивості | Фізичні властивості |
|---|---|
| Не розчиняється в лугах та кислотах | Зовнішньо кристали тверді і крихкі, мають гарний сріблястий блиск з відтінками від сірого до блакитного. Зливки – темно-синього кольору, порошок – фіолетового. І все з дивовижним сріблястим блиском. |
| Не реагує на пекельну суміш азотної та соляної кислот – єдиний із металів на планеті. | Температура сплавів така, що робити плавку краще на поверхні Сонця. |
| Інертен. Можливе використання сплавів та покриттів з осмію в агресивних середовищах. | Висока токсичність, що не дозволяє використовувати таку красу для виготовлення ювелірних виробів. |
| Надмірно токсичний, навіть у малих дозах. Особливо летючий оксид осмію, що виділяється із платини. | Надзвичайно тендітний. Механічної обробки непідвладний. |
| Кипить при температурі 5500 ° С, але точно не визначена - для перевірки не існує розрахунків | Тугоплавкість. Розм'якшується лише при температурі понад 3000 градусів. |
| Немає магнітних властивостей. | |
| Приголомшлива твердість. Сплав з додаванням осмію стає більш зносостійким, довговічним, з підвищеною опірністю корозіям та механічному впливу. | |
| Висока щільність 22,61 г/см3. |
Вартість
Висока вартість викликана обмеженою кількістю. Оскільки його мало в природі, а видобуток дорогий, то ринок реагує відповідно. Якщо порівнювати із золотом, то це будуть тисячі тонн золота проти кількох десятків кілограмів видобутку. Звідси і ціна - вона починається з 15 тисяч і сягає 200 тисяч доларів за грам. На світовому ринку золото у 7.5 разів дешевше.
Такі цифри говорять про непопулярність матеріалу для широкого вжитку. Основну роль застосуванні цього важкого металу сплавах грає міцність. Вироби стають неймовірно зносостійкими за рахунок додавання зовсім невеликих порцій металу до складу.
Застосування
У широкому промисловому виробництвіосмій застосовують рідко через його дорожнечу. Але там, де ефект може перевищити матеріальні витрати, його звичайно використовують. Сировиною він виступає найчастіше в порошку. Сам метал крихкий, кришиться легко. Одержання порошку нескладне.
Ще варіанти використання:
Не всі з'єднання осмію застосовуються до використання. Але вчені працюють над цим.
Небезпека та техніка безпеки
Як і інші важкі метали, осмій надає не найсприятливіший вплив на живі організми, не оминаючи і людський. Будь-які з'єднання з осмієм вражають внутрішні органивикликають втрату зору. Отруєння парами елемента призводить і до смерті. При спостереженні за тваринами спостерігалося різке розвиток недокрів'я, і легені переставали функціонувати. Вважають, що це набряк, що швидко розвивається.
Що таке тетраоксид осмію OsO4? А це і є та сама речовина, завдяки якій елемент має своє ім'я. Вкрай агресивний. Його запах не можна не помітити. Жахливіше і огидніше запаху в природі не існує. При отруєнні зачіпають і покриви шкіри. Дерма зеленіє, чорніє, а може й зовсім омертвіти. Можлива поява пухирів, виразок. Загоюється все дуже довго.
Небезпека отруєння загрожує насамперед працівникам виробничих приміщеньпри найменшій концентрації пари в повітрі. Ні про які допустимих нормахвчені вже не заїкаються. Тому передбачена спеціальний одяг, респіратори – звичайне явище на виробництвах із застосуванням оксиду осмію. Все герметизовано, ємності закупорені та зберігаються відповідно до вже випробуваних правил.
Якщо все ж таки з якоїсь немислимої причини з'єднання осмію потрапить у вічі, промивати їх треба тривалий, хвилин 20, час. Чистий проточною водою. І одразу до лікаря. При попаданні в організм через дихальні шляхи пари осмію нейтралізуються бікарбонатом натрію. Він випускається в аерозольній упаковці. Багато молока всередину. І промити шлунок.
Безсумнівна користь важкого металу
На думку англійських вчених, цей важкий метал блокує розвиток ракових клітин. Методи терапії онкозахворювань із задіянням осмію хоч і дуже повільно, але вже розробляються.
У медицині, в кардіостимуляції, його використовують у імплантах, виготовлення яких потребує шляхетних металів для запобігання розвитку алергій. Склад імпланту, що замінює елементи серця, включає 10% осмію та 90% платини. Звичайно, такі прилади оцінюються відповідно. Така сама пропорція застосовується для виготовлення легеневих клапанів.
Застосування сполук осмію для медичних потреб помітно при виробництві особливо міцних, тривалого використання інструментів, таких, як скальпелі, всілякі металокерамічні різці. І потрібно для цього зовсім небагато сировини, а ефект приголомшливий.
Мікроскопічні добавки осмію до сталі ріжучих сортів дозволяють створювати найгостріші леза.
Вироби, застосування яких передбачає використання найважчого металу, виявляються неперевершеними у зносостійкості.
Комерційний інтерес
Різноманітні приголомшливі властивості металу осмію викликають безперечний інтерес та непідробне здивування. Але ці властивості вбивають комерційний інтерес наповал. І попри все, ціна на ринку не падає.
Осмій - хімічний елемент з атомним номером 76. У періодичній системі хімічних елементів Д. І. Менделєєва позначається символом Os (лат. Osmium). За стандартних умов є сріблясто-блакитний тендітний перехідний метал. Належить до групи платинових металів. Має високу щільність, порівняний за цим параметром тільки з іридієм (щільності Os і Ir практично рівні з урахуванням розрахункової похибки).
Історія
Осмій відкритий в 1804 англійським хіміком Смітсоном Теннантом в осаді, що залишається після розчинення платини в царській горілці. Подібні дослідження проводилися французькими хіміками Колле-Дескоті, Антуаном Франсуа де Фуркруа та Вокеленом, які теж дійшли висновку про вміст невідомого елемента у нерозчинному залишку платинової руди. Гіпотетичному елементу було присвоєно ім'я пташок (крилатий), проте досліди Теннанта продемонстрували, що це суміш двох елементів – іридію та осмію.
Названий від грец. ὀσμή (запах), що різко пахне летючим оксидом OsO 4 (нагадує озон).
Отримання
Осмій виділяють із збагаченої сировини платинових металів шляхом прожарювання цього концентрату повітря при температурах 800-900 °C. При цьому кількісно сублімують пари дуже летючого тетраоксиду осмію OsO 4 які далі поглинають розчином NaOH.
Упарюванням розчину виділяють сіль - перосмат натрію, який відновлюють воднем при 120 °C до осмію:
Na 2 + 3H 2 = 2NaOH + Os + 4H 2 O.
Осмій у своїй виходить як губки.
Властивості
Фізичні
Осмій - сіро-блакитний, твердий, але тендітний метал з дуже високою питомою масою, що зберігає свій блиск навіть за високих температур. В силу своєї твердості, крихкості, низького тиску пари (найнижчого серед усіх платинових металів), а також дуже високої температури плавлення, металевий осмій важко піддається механічній обробці. Осмій вважається найщільнішим із усіх хімічних елементів, трохи перевершуючи за цим параметром іридій. Найбільш достовірні значення щільностей для цих металів можуть бути розраховані за параметрами їх кристалічних ґрат: 22,562±0,009 г/см³ для іридію та 22,587±0,009 г/см³ для осмію. При порівнянні різних ізотопів цих металів, найбільшим виявляється 192 Os. Надзвичайно висока щільністьосмія пояснюється лантаноїдним стиском.
Хімічні
Порошок осмію при нагріванні реагує з киснем, галогенами, парами сірки, селеном, телуром, фосфором, азотною та сірчаною кислотами. Компактний осмій не взаємодіє ні з кислотами, ні з лугами, але з розплавами лугів утворює водорозчинні осмати. Повільно реагує з азотною кислотою та царською горілкою, реагує з розплавленими лугами у присутності окислювачів (нітрату або хлорату калію), з розплавленим перекисом натрію. У сполуках виявляє ступеня окиснення від −2 до +8, у тому числі найпоширенішими є +2, +3, +4 і +8.
Осмій - один із небагатьох металів, що утворюють поліядерні (або кластерні) сполуки. Поліядерний карбоніл осмію Os 3 (CO) 12 використовується для моделювання та дослідження. хімічних реакційвуглеводнів на металевих центрах Карбонільні групи Os 3 (CO) 12 можуть заміщатися на інші ліганди, в тому числі і містять кластерні ядра інших перехідних металів.
Завантаження...