Осмий

В природе семь стабильных изотопов ¹⁸⁴Os (0, 018%), ¹⁸⁶Os (1, 59%), ¹⁸⁷Os (1, 64%), ¹⁸⁸Os (13, 3%), ¹⁸⁹Os (16, 1%), ¹⁹⁰Os (26, 4%) и ¹⁹²Os (41, 1%). Конфигурация внешнего и предвнешнего электронного слоя 5s²p⁶5d⁶ 6s². Степени окисления +4, +6, +8 (наиболее характерны), +1, +3, +5 (валентности I, III, IV, V, VI, VIII). Принадлежит к платиновым металлам. Расположен в VIII группе периодической системы элементов, в подгруппе железа, в 6-м периоде. Радиус атома 0, 135 нм, ионный радиус иона Os⁴⁺ — 0, 077 (координационное число 6), Os⁵⁺ — 0, 072 (6), Os⁶⁺ — 0, 069 (6), Os⁷⁺ — 0.067 (6), Os⁸⁺— 0, 053 нм (4). Энергии последовательной ионизации 8, 5, 17 и 25 эВ. Электроотрицательность по Полингу 2, 1.

Осмий — тяжелый серебристо-белый металл.

Открыт в 1804 английским химиком С. Теннантом в черном порошке, остающемся после растворения платины в царской водке. Для осмия характерно образование тетраоксида OsO₄ с резким запахом. Отсюда и название элемента, происходящее от греческого «осме» — запах.

Осмий — очень редкий элемент, содержание в земной коре 5·10^–6% по массе. Встречается в природе в полиметаллических рудах, содержащих также платину и палладий (сульфидные медно-никелевые и медно-молибденовые руды). Основные минералы — природные сплавы осмия с иридием (невьянскит, сысертскит) и платиной. Встречается в виде соединений с серой и мышьяком (эрлихманит, осмиевый лаурит, осарситт). В качестве изоморфной примеси входит в состав халькопирита , пирротина, пентландита, кубанита, магнетита. Обычно содержание осмия в рудах не превышает 1·10 ^–3%.

Процесс выделения и разделения платиновых металлов, приводящий к разделению этих металлов и получению осмия, описан в статье иридий. Другой способ выделения осмия их обогащенного сырья — прокаливание концентрата платиновых металлов на воздухе при температурах порядка 800-900°C. При этом сублимируют пары OsO₄, которые далее поглощают раствором NaOH.

Упариванием раствора выделяют соль — перосмат натрия, который далее восстанавливают водородом при 120°C до осмия:

Na₂[OsO₂(OH)₄] + 3H₂ = 2NaOH + Os + 4H₂O.

Осмий при этом получается в виде губки.

Осмий — тяжелый серебристо-белый металл (плотность при 20°C 22, 65 г/см³). Решетка гесагональная, типа Mg, а = 0, 27353 нм, с= 0, 43191 нм. Температура плавления 3027°C, кипения 5027°C. При температуре ниже 0, 66 К осмий переходит в сверхпроводящее состояние. Металлический осмий парамагнетик. В ряду стандартных потенциалов стоит правее водорода, с неокисляющими кислотами и водой не реагирует.

Химическая активность осмия зависит от его состояния. Компактный осмий начинает окисляться на воздухе при температурах выше 400°C, а тонкий порошок осмия медленно окисляется до OsO₄ уже при комнатной температуре.

Компактный осмий не растворяется в горячей соляной кислоте и кипящей царской водке, а мелко раздробленный осмий окисляется в азотной кислоте и кипящей серной кислоте до высшего оксида:

Os + 8HNO₃ = OsO₄ + 4H₂O + 8NO₂

При нагревании осмий реагирует со фтором, хлором, кислородом, серой, другими халькогенами и неметаллами.

Os + 3F₂ = OsF₆ (при 250–300°C),

Os + Cl₂ = OsCl₄ (при 650–700°C).

При сплавлении в присутствии окислителей осмий реагирует со щелочами. При этом образуются осматы (VI) — соли неустойчивой осмиевой кислоты H₂OsO₄:

2Os + 4NaOH + 3O₂ = 2Na₂OsO₄ + 2H₂O

Для осмия наиболее характерно образование оксидов OsO₄ и OsO₂. В газовой фазе существуют оксиды OsO и OsO₃.

Тетраоксид осмия OsO₄ проявляет кислотные свойства и является сильным окислителем.

OsO₄ + NaOH = Na₂[OsO₄(OH)₂].

Диоксид осмия OsO₂ получают аккуратным обезвоживанием в атмосфере азота Os(OH)₄. При этом образуется черная модификация OsO₂. Она реакционноспособнее коричневой модификации OsO₂, получаемой электровосстановлением щелочного раствора OsO₄ или реакцией осмия с OsO₄:

Os + OsO₄ = 2OsO₂.

Гидроксид осмия(IV) Os(OH)₄ (OsO₂·2H₂O) получают восстановлением солей осмия (VI) — осматов этиловым спиртом.

Для степеней окисления осмия 0 и +2 наиболее характерно образование осмийорганических соединений со связью Os—C или карбонилов:

Os + 5CO = Os(CO)₅.

3Os(CO)₅ = Os₃(CO)₁₂ + 3CO

Os₃(CO)₁₂ + 6Na = 3Na₂Os(CO)₄.

Осмий — компонент сверхтвердых и износостойких сплавов с иридием (детали особо точных приборов, прецизионно малые контакты), с иридием и рутением (перья для авторучек), с вольфрамом и молибденом (катоды термоионных диодов), компонент композиционного материала (электрические контакты). OsO₄ используется для окраски биологических препаратов.

Соединения осмия, особенно легколетучие, сильно ядовиты. Тетраоксид OsO₄ раздражает слизистые, поражает органы дыхания. ПДК в воздухе 0, 002 мг/м³.

Авторы: С.С. Бердоносов, П.С. Бердоносов