Những đối tượng nào chứa osmium. Kim loại quý - osmium

Hầu hết dân số biết rằng vàng và bạch kim là nhiều nhất kim loại đắt tiền. Giá của osmi trên 1 gam, thuộc nhóm bạch kim, có giá trị thấp hơn vàng.

Tại sao osmium lại đắt như vậy

Khoảng 2600 tấn vàng và một số lượng bạch kim được khai thác hàng năm trên thế giới. Hơn nữa, theo thống kê, mỗi năm khối lượng sản xuất kim loại quý tăng 1,5%. Trong khi đó, chỉ có 600 kg osmium được khai thác, điều này là do nó rất khó tìm thấy trong tự nhiên. Và nó không xảy ra ở dạng nguyên chất. Và chúng được khai thác bằng cách xuyên từ các kim loại nhóm bạch kim. Đó là lý do tại sao một gam có giá khoảng 12-15 USD hoặc 800-900 rúp cho năm 2019. Việc chiết xuất osmi có rất nhiều khó khăn. Thứ nhất, hàm lượng của nó trong vỏ trái đất là không đáng kể, và đối với mọi thứ khác, nó nằm rải rác trên trái đất. Sự phức tạp của việc chiết xuất, và do đó, chi phí cao, hạn chế việc sử dụng osmi trong công nghiệp và do đó nó được sử dụng khi hiệu quả kinh tế của ứng dụng vượt quá chi phí phát sinh cho quá trình chiết xuất và xử lý.

Osmium được tìm thấy trong các mảnh vỡ của thiên thạch va vào hành tinh của chúng ta vào những thời điểm khác nhau. Nhưng thường thì nó được khai thác trong các hầm mỏ. Không có gì lạ khi tìm thấy vật liệu như iridi gần đó. Lượng osmi được chiết xuất thực sự là không đáng kể, và kim loại thứ cấp phải được sử dụng để đáp ứng nhu cầu của các ngành công nghiệp khác nhau.

Một trong những nhà xuất khẩu lớn của kim loại này là Cộng hòa Kazakhstan. Theo thông tin chưa được kiểm chứng, giá một gam được khai thác ở nước này là khoảng 10.000 đô la Mỹ. Nhưng đây chỉ là những tin đồn, vì vậy giá kim loại trên mỗi ounce là một bí mật thương mại. Kích thước giá thành của kim loại khiến người ta phải suy nghĩ về khả năng sử dụng hàng loạt của nó trong công nghiệp, y học và sinh học.

Đặt trong bảng tuần hoàn và các tính chất chính

Kim loại này, được ký hiệu là Os, nằm trong ô số 76. Các nước láng giềng gần nhất là rheni và iridi. Ở điều kiện thường, chất có màu trắng bạc.

Osmium có một số Tính chất độc đáo. Ví dụ, mật độ là 22,6 gam trên một cm khối. Về mặt này, anh ấy đã vượt qua iridium. Kim loại được tìm thấy trong tự nhiên bao gồm một số đồng vị mà thực tế là không thể tách rời. Đồng vị được sử dụng phổ biến nhất là 187.

Nhiệt độ mà osmi thay đổi trạng thái tổng hợp và chuyển sang trạng thái lỏng có giá trị bằng 3 027 ºC. Vật liệu bắt đầu sôi khi nó đạt đến 5500 ºC. Mật độ cao cung cấp cho kim loại độ giòn cao.

Các tính năng sản xuất và ứng dụng

Mặc dù giá thành cao nhưng osmium không được dùng để làm đồ trang sức. Lý do cho điều này là khả năng gia công kém. Nó gần như không thể máy móc nó. Ngoài ra, người ta phải nhớ về độ khúc xạ và tính dễ vỡ.

Trong số các đồng vị của một kim loại khá hiếm, có số 187. Chính kim loại này được sử dụng trong việc xây dựng công nghệ vũ trụ. Ngoài ra, vũ khí hạt nhân không phải là không có. Chúng được sử dụng để tạo ra thiết bị điện tử liên quan đến việc điều khiển vũ khí tên lửa. Nhân tiện, chúng cũng được sử dụng trong việc bố trí các cơ sở lưu trữ chất thải hạt nhân.

Việc sử dụng osmium trong các ngành công nghiệp khác nhau

Như đã nói ở trên, đây là một trong số ít vật liệu có tỷ trọng cao, ví dụ như một xô nước sẽ có trọng lượng nhẹ hơn một chai nửa lít chứa đầy kim loại này. Trong khi đó, tính chất này - độ cứng thực tế không được yêu cầu, ngược lại với đặc tính khác của nó - độ cứng.

Osmium được sử dụng như một chất phụ gia trong sản xuất nhiều hợp kim. Ngay cả một lượng nhỏ kim loại bổ sung cũng mang lại cho các hợp kim khả năng chống mài mòn đáng kinh ngạc. Một hợp kim với việc bổ sung vật liệu này có thể tồn tại lâu hơn nhiều so với các hợp kim khác. Ngoài ra, các hợp kim với việc bổ sung osmium đã tăng độ bền cơ học và khả năng chống ăn mòn cao. Do tính chất này, osmi và hợp kim được sử dụng để giảm ma sát trong các nút khác nhau. Hợp kim của osmi và iridi được sử dụng trong sản xuất hợp kim siêu cứng cho các ngành công nghiệp khác nhau.

Do các đặc tính được chỉ định, osmium được sử dụng trong sản xuất Thiết bị đo lườngđược thiết kế cho các phép đo có độ chính xác cao.

Nhân tiện, osmium được sử dụng trong sản xuất bút tự động. Đây là lý do tại sao bút có thể viết trong nhiều năm mà không bị mòn.

Một tính chất khác của kim loại hiếm là nó không có từ tính. Và đây là lý do cho việc sử dụng trong các cơ chế đồng hồ và dụng cụ điều hướng cơ học (la bàn).

Kim loại này được sử dụng làm chất xúc tác trong sản xuất amoniac và các hợp chất hữu cơ. Ngoài ra, việc sản xuất chất xúc tác với pin nhiên liệu metanol là không thể thiếu nó.

Cách đây không lâu, một hợp kim của vonfram với osmium đã được sử dụng để sản xuất dây tóc cho đèn sợi đốt. Hợp kim này được gọi là osram.

Kính hiển vi cũng không làm được nếu không có kim loại hiếm. Nó được sử dụng cho hoạt động của kính hiển vi điện tử.

Trong y học, osmi và các oxit của nó được sử dụng để cấy ghép phẫu thuật và máy điều hòa nhịp tim và thay thế các van trong phổi. Tuy nhiên, osmium tetroxide là một chất độc mạnh và thực tế không được sử dụng trong bất kỳ ngành công nghiệp nào.

Trên thực tế, osmi nguyên chất hiếm khi được sử dụng trong thực tế. Trường hợp các hợp chất của nó thường được sử dụng hơn, ví dụ, các oxit.

Tính năng lưu trữ

Osmium sẵn sàng được bảo quản ở dạng bột. Vì ở dạng tinh thể, nó không tan chảy và không tự xử lý nên nó thậm chí không thể được đặt tên thương hiệu. Người ta dùng bức xạ nung nóng để thu được thỏi kim loại. Nhưng có những phương pháp để lấy tinh thể từ vật liệu bột, ví dụ, đun nóng nồi nấu kim loại.

Một chút về lịch sử

Osmium như một nguyên tố được các nhà khoa học Anh phát hiện vào đầu thế kỷ 20. Họ đã tiến hành các thí nghiệm về việc hòa tan bạch kim trong nước cường toan. Đây là hỗn hợp của axit clohiđric và axit nitric, có khả năng hòa tan kim loại mà không có cặn.

Trong các thí nghiệm, kết tủa xuất hiện, điều này đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Kết quả của chúng, một hỗn hợp của osmi và iridi đã được tìm thấy. Nhân tiện, công việc tương tự đã được thực hiện ở Pháp.

Không phải vàng và không phải bạch kim là những kim loại đắt nhất trong bảng D. I. Mendeleev, mà là kim loại osmi. Đây là kim loại hiếm nhất và đắt nhất có màu trắng bạc với màu xám màu xanh lam. Trong số các nhà hóa học, kim loại này được coi là cao quý, thuộc nhóm bạch kim.

Bao gồm một số đồng vị. Chúng rất khó tách biệt, điều này được phản ánh trong giá thành. Đồng vị phổ biến nhất là Osmium-187.

Người ta cho rằng 0,5% khối lượng của vỏ trái đất bao gồm osmi và nó nằm trong lõi. Tỷ lệ giữa kích thước và trọng lượng là đáng kinh ngạc. Một kg hợp chất có kích thước tương đương với kích thước trung bình trứng gà. Một thùng có thể tích 0,5 lít chứa đầy bột osimi nặng hơn khối lượng là 15 kg. Nhưng mong muốn đúc những quả tạ từ một vật liệu tiện lợi như vậy, về tỷ lệ kích thước / trọng lượng, ngay lập tức biến mất không chỉ vì giá của bột, đối với một số người, đây không phải là vấn đề, mà bởi vì nó cực kỳ hiếm và không thể tiếp cận được.

Tìm phôi trong rừng, núi, hồ chứa sẽ không có tác dụng. Cho đến nay, không có một hạt nhân nào được tìm thấy. Nó được khai thác trong các mỏ quặng trong thành phần có iridi, bạch kim, trong quặng platin-palladium, trong quặng đồng và niken. Nhưng hàm lượng osmi trong đó là 0,001%. Nó cũng được tìm thấy trong các thiên thạch. Đúng, các đồng vị tách ra khỏi chúng trong hơn 9 tháng. Do đó, sản xuất công nghiệp sử dụng osmium tốn nguyên liệu phụ, không rẻ hơn bao nhiêu.

Tổng sản lượng kim loại nặng nhất mỗi năm trên thế giới là vài chục kg. Nhưng việc khai thác bạch kim ngày càng tăng, nơi có osmi và được chiết xuất trên đường đi. Các con số đã là 200 kg mỗi năm. Vì vậy, nhiệm vụ không phải là tìm kiếm osmium mà là tìm kiếm thêm cách rẻ ngăn cách anh ta với những người hàng xóm của anh ta.

Tổ hợp khai thác và luyện kim Norilsk đã đạt được một số thành công trong nhiệm vụ này. Lấy kim loại nguyên chất từ quặng đồng-niken. Số lượng của nó trên hành tinh là 0,000005% tổng khối lượng của các loại đá. Nhưng ở Nga thì có. Và ở Kazakhstan. Và các khu bảo tồn chính nằm ở Tasmania, Mỹ, Úc. Số lượng lớn nhất tập trung ở Nam Phi. Cô ấy ra lệnh cho giá cả.

Lịch sử khám phá và các đặc tính tự nhiên

Năm 1803-1804 ở Anh, khi tiến hành thí nghiệm bạch kim với nước cường toan (hỗn hợp của axit nitric và axit clohiđric), thu được kết tủa không xác định, sau khi hòa tan bạch kim, một sắc mùi hôi giống clo. Nhờ có mùi này, kim loại mới được phát hiện có tên như vậy. Đúng, trên người Hy Lạp. Từ tiếng Hy Lạp "osmium" được dịch là "mùi".

Về mặt hình thức, điều này là do nó là một phần của nhóm bạch kim. Đây là nơi mà sự cao quý thực sự kết thúc. Các tính chất của kim loại này, cả hóa học và vật lý, vẫn chưa được hiểu đầy đủ. tính chất vật lýít nhiều đã làm sáng tỏ cách đây vài năm.

Osmium

Giá

Chi phí cao là do số lượng có hạn. Vì nó khan hiếm trong tự nhiên và sản xuất đắt đỏ, nên thị trường sẽ phản ứng tương ứng. Khi so sánh với vàng, nó sẽ là hàng nghìn tấn vàng so với sản lượng vài chục kg. Do đó, giá bắt đầu từ 15 nghìn và lên đến 200 nghìn đô la mỗi gram. Trên thị trường thế giới, vàng rẻ hơn 7,5 lần.

Những con số như vậy cho thấy sự không phổ biến của vật liệu để sử dụng rộng rãi. Vai trò chính trong việc sử dụng kim loại nặng này trong hợp kim là do sức mạnh. Các sản phẩm trở nên chống mài mòn đáng kinh ngạc bằng cách thêm các phần kim loại rất nhỏ vào thành phần.

Ứng dụng

Trong rộng sản xuất công nghiệp osmium ít được sử dụng vì giá thành cao. Nhưng nếu hiệu quả có thể vượt quá chi phí vật liệu, thì tất nhiên, nó sẽ được sử dụng. Là một nguyên liệu thô, nó hoạt động, thường xuyên nhất, ở dạng bột. Bản thân kim loại rất giòn và dễ vỡ vụn. Lấy bột rất dễ dàng.

Các trường hợp sử dụng khác:

Không phải tất cả các hợp chất osmium đều có thể áp dụng để sử dụng. Nhưng các nhà khoa học đang nghiên cứu nó.

Nguy hiểm và an toàn

Giống như các kim loại nặng khác, osmium không có tác dụng thuận lợi nhất đối với cơ thể sống, không bỏ qua con người. Bất kỳ hợp chất nào với osmium đều tuyệt vời cơ quan nội tạng gây mất thị lực. Ngộ độc bởi hơi của nguyên tố dẫn đến tử vong. Khi quan sát động vật, người ta nhận thấy hiện tượng thiếu máu phát triển rõ rệt, phổi ngừng hoạt động. Người ta tin rằng đây là một chứng phù nề phát triển nhanh chóng.

Osmium Tetroxide OsO4 là gì? Và đây chính là chất mà nguyên tố mang tên của nó. Cực kỳ hung hãn. Không thể bỏ qua mùi hương của nó. Không còn mùi nào kinh khủng và ghê tởm hơn trong tự nhiên. Trường hợp bị nhiễm độc, da cũng bị ảnh hưởng. Lớp bì chuyển sang màu xanh lục, chuyển sang màu đen và thậm chí có thể bị chết. Có thể xuất hiện mụn nước và vết loét. Nó tồn tại trong một thời gian rất dài.

Nguy cơ nhiễm độc đe dọa trước hết là người lao động cơ sở công nghiệpở nồng độ nhỏ nhất của hơi trong không khí. về bất kỳ tiêu chuẩn chấp nhận được các nhà khoa học không còn nói lắp nữa. Do đó, quần áo đặc biệt, mặt nạ phòng độc thường dùng trong các ngành công nghiệp ôxít osmi. Tất cả mọi thứ đều được niêm phong, các thùng chứa được niêm phong và lưu trữ theo các quy tắc đã được kiểm tra.

Tuy nhiên, nếu vì một lý do không thể tưởng tượng nào đó, hợp chất osmium dính vào mắt, chúng phải được rửa trong một thời gian dài, 20 phút. Nguyên chất nước chảy. Và ngay lập tức đến bác sĩ. Khi xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp, hơi osmi được trung hòa bởi natri bicacbonat. Nó có sẵn trong bao bì bình xịt. Nhiều sữa bên trong. Và rửa dạ dày.

Những lợi ích chắc chắn của kim loại nặng nhất

Theo các nhà khoa học Anh, kim loại nặng này ngăn chặn sự phát triển của các tế bào ung thư. Các phương pháp điều trị ung thư bằng cách sử dụng osmium, mặc dù rất chậm, nhưng đã được phát triển.

Trong y học, tạo nhịp độ, nó được sử dụng trong cấy ghép, sản xuất cần kim loại quý để ngăn ngừa sự phát triển của dị ứng. Thành phần của mô cấy, thay thế các yếu tố của tim, bao gồm 10% osmium và 90% bạch kim. Tất nhiên, các thiết bị như vậy có giá tương ứng. Tỷ lệ tương tự được sử dụng để sản xuất van động mạch phổi.

Việc sử dụng hợp chất osmi cho các nhu cầu y tế được chú ý trong việc sản xuất các dụng cụ đặc biệt bền, sử dụng lâu dài, chẳng hạn như dao mổ, các loại dao cắt kim loại-gốm. Và bạn cần khá nhiều nguyên liệu cho việc này, và hiệu quả thật tuyệt vời.

Việc bổ sung kính hiển vi của osmi vào các lớp cắt thép cho phép bạn tạo ra những lưỡi dao sắc bén nhất.

Các sản phẩm liên quan đến việc sử dụng kim loại nặng nhất, có khả năng chống mài mòn vượt trội.

Lãi suất thương mại

Các đặc tính tuyệt vời khác nhau của kim loại osmium chắc chắn gây ra sự quan tâm và ngạc nhiên thực sự. Nhưng những đặc tính tương tự này giết chết lợi ích thương mại ngay tại chỗ. Và, bất chấp mọi thứ, giá trên thị trường không giảm.

Osmium là một nguyên tố hóa học có số hiệu nguyên tử 76. Trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học của D. I. Mendeleev, nó được ký hiệu bằng ký hiệu Os (lat. Osmium). Ở điều kiện tiêu chuẩn, nó là một kim loại chuyển tiếp dòn màu xanh bạc. Thuộc nhóm kim loại bạch kim. Nó có mật độ cao, chỉ có thể so sánh trong thông số này với iridium (mật độ của Os và Ir gần như bằng nhau, có tính đến sai số được tính toán).

Câu chuyện

Osmium được nhà hóa học người Anh Smithson Tennant phát hiện vào năm 1804 trong lớp trầm tích còn sót lại sau khi hòa tan bạch kim trong nước cường toan. Các nghiên cứu tương tự cũng được thực hiện bởi các nhà hóa học người Pháp Collet-Descoti, Antoine Francois de Fourcroix và Vauquelin, những người cũng đưa ra kết luận về hàm lượng của một nguyên tố chưa biết trong cặn không hòa tan của quặng bạch kim. Nguyên tố giả thuyết được đặt tên là pten (có cánh), nhưng các thí nghiệm của Tennant cho thấy nó là hỗn hợp của hai nguyên tố - iridi và osmi.
Đặt tên từ tiếng Hy Lạp khác. ὀσμή (mùi), theo ôxít dễ bay hơi OsO 4 có mùi nặng (gợi nhớ đến ôzôn).

Biên lai

Osmium được phân lập từ nguyên liệu thô đã được làm giàu của kim loại bạch kim bằng cách nung chất cô đặc này trong không khí ở nhiệt độ 800-900 ° C. Trong trường hợp này, hơi của osmi tetroxide OsO 4 dễ bay hơi được thăng hoa về mặt định lượng, sau đó được hấp thụ bằng dung dịch NaOH.
Bằng cách làm bay hơi dung dịch, một muối được phân lập - natri perosmate, sau đó được khử bằng hydro ở 120 ° C thành osmi:
Na 2 + 3H 2 \ u003d 2NaOH + Os + 4H 2 O.

Osmium thu được ở dạng bọt biển.

Tính chất

Vật lý
Osmium là một kim loại màu xám xanh, cứng nhưng giòn với trọng lượng riêng rất cao, vẫn giữ được độ bóng ngay cả ở nhiệt độ cao. Do độ cứng, độ giòn, áp suất hơi thấp (thấp nhất trong số tất cả các kim loại bạch kim), cũng như nhiệt độ nóng chảy rất cao, osmi kim loại rất khó gia công. Osmium được coi là dày đặc nhất trong tất cả các nguyên tố hóa học, vượt trội hơn một chút so với iridi về thông số này. Các giá trị mật độ đáng tin cậy nhất cho các kim loại này có thể được tính toán từ các thông số của mạng tinh thể của chúng: 22,562 ± 0,009 g / cm³ đối với iridi và 22,587 ± 0,009 g / cm³ đối với osmi. Khi so sánh các đồng vị khác nhau của các kim loại này, 192 Os hóa ra là dày đặc nhất. Bất thường mật độ cao osmium được giải thích bằng sự co lại của lanthanide.

Hóa chất
Bột Osmi khi đun nóng sẽ phản ứng với ôxy, halogen, hơi lưu huỳnh, selen, Tellurium, phốt pho, axit nitric và sulfuric. Osmium nhỏ gọn không tương tác với axit hoặc kiềm, nhưng tạo thành chất thẩm thấu hòa tan trong nước với sự tan chảy của kiềm. Phản ứng chậm với axit nitric và nước cường toan, phản ứng với kiềm nóng chảy khi có mặt chất oxy hóa (kali nitrat hoặc clorat), với natri peroxit nóng chảy. Trong các hợp chất, nó thể hiện các trạng thái oxi hóa từ -2 đến +8, trong đó phổ biến nhất là +2, +3, +4 và +8.
Osmium là một trong số ít kim loại tạo thành hợp chất đa nhân (hoặc cụm). Osmium polynuclear carbonyl Os 3 (CO) 12 được sử dụng để mô hình hóa và nghiên cứu phản ứng hoá học hiđrocacbon trên tâm kim loại. Các nhóm cacbonyl trong Os 3 (CO) 12 có thể được thay thế bằng các phối tử khác, kể cả những phối tử có chứa hạt nhân cụm của các kim loại chuyển tiếp khác.