Осмий: описание, характеристики, свойства, цена и применение

Существует достаточно распространенное мнение, что золото и платина являются самыми дорогостоящими металлами из таблицы Менделеева. Главным противником подобного утверждения является осмий. Мало кто знает, что химический элемент осмий (Osmium) является самым дорогостоящим металлом, который находится на 76 позиции таблицы Д.И. Менделеева.

Осмий – это металл, обладающий серебристо-белым цветом, а также голубым отливом. Он крайне редко встречается в природе, что и объясняет его по-настоящему невероятную цену. С точки зрения химии, осмий относится к категории платиновых металлов.

История открытия осмия

Особого внимания заслуживает история открытия данного металла. Его не стремились найти целенаправленно, все произошло совершенно случайно. Проводился эксперимент по растворению веществ с использованием царской водки. В ходе данного эксперимента был сформирован неизвестный осадок, формула которого – OsO4. Именно этот осадок получил название осмий. В переводе это слово означает «запах». Дело в том, что полученный осадок характеризовался резким неприятным запахом, который чем-то напоминал хлор, из-за чего исследователи и дали ему подобное название.

Внешний вид осмия

Осмий в природе

По некоторым данным, количество осмия составляет ничтожно малый процент от массы всех руд, содержащихся в недрах Земли – 0, 000005%. До сих пор не найдено ни одного самородка осмия. Химический элемент № 76 присутствует в медных, молибденовых, никелевых, платиновых рудах (около 0, 001%), в соединениях серы и мышьяка, отходах золотодобычи.

Другие источники – минералы сысерскит (осмий иридистый) и невьянскит (осмиридий, или осмистый иридий), являющиеся природным сплавом осмия с иридием, причем доля первого составляет 10-60%.

Сколько весит осмий

Стоит также отметить, что осмий – самый тяжелый металл, который встречается в различных вариантах изотопов. Наиболее распространенным из них является изотоп осмий-187. Современные ученые сходятся во мнении, что данного металла больше всего у земного ядра, они полагают, что он составляет примерно 0,5% от его массы. Очень удивляют пропорции между размером данного металла, а также его весом. К примеру, если взять осмий, размер которого будет эквивалентен куриному яйцу, то его масса будет составлять около 1 кг. При этом емкость объемом в пол-литра, наполненная осмием, будет весить более 15 кг. Подобная масса объясняется плотностью осмия, которая составляет 22,61 г/см3. Казалось бы, отличный вариант для того, чтобы создавать спортивное оборудование, но не тут-то было, его невероятная стоимость отпугнет любого создателя оборудования.

Сколько стоит осмий

Цена осмия за 1 грамм колеблется в диапазоне от 15 до 30 долларов или около 1000 рублей и выше. Подобные скачки цены определяются его чистотой, формой, технологией получения и множеством иных факторов.

Где найти осмий

Сразу стоит заметить, что все энтузиасты, которые надеются найти осмий в лесу, горах или воде, могут охладить свой пыл. К текущему моменту, несмотря на все усилия исследователей, а также использование самых передовых информационных технологий, так и не удалось найти ни одного самородка осмия. Единственный способ получения осмия – обработка руды иридия, платины, меди и никеля. При этом сразу стоит отметить, что этот процесс также крайне долгий, поскольку в подобной руде содержание осмия никогда не превышает 0,001%.

Другой способ обнаружения осмия – метеориты, которые попадают на Землю из космоса. Однако здесь также есть определенные трудности. Помимо того, что метеориты – нерегулярный способ получения металла, так еще и отделение изотопов занимает не менее 9 месяцев. В большинстве случаев все промышленные производства вынуждены использовать вторичное сырье, при этом цена подобного производства незначительно дешевле.

Поставщики

Самые крупные залежи руд, содержащие осмий, находятся в Южной Африке (Бушвельдский комплекс). Богатые запасы сосредоточены в США, Австралии, Тасмании, Казахстане, Колумбии, Канаде, есть и в России (в Свердловской обл. найдены сысерскит и невьянскит).

Физические и химические свойства металла

Строение осмия характеризуется гексагональной плотноупакованной кристаллической решеткой.

Сам осмий – твердый металл серо-голубоватого цвета, характеризующийся крайне высокой хрупкостью, а также очень высокой удельной массой, что позволяет металлу сохранять свой блеск даже при поддержании высоких температур. Осмий крайне трудно использовать для механической обработки, поскольку хрупкость, твердость и высокая температура плавления существенно осложняет любые технологические процессы.

Помимо цены осмий является рекордсменом в плотности, которая незначительно превосходит аналогичный показатель у иридия. Плотность осмия составляет 22,61 г/см3.

Температура плавления составляет 3033 градуса Цельсия, температура кипения – 5012 градусов Цельсия.

При нагреве осмий вступает в реакцию с кислородом, что приводит к формированию различных оксидов. Также металл вступает в реакцию с фосфором, азотной и серной кислотой. Во всех соединениях степень окисления находится в диапазоне от -2 до +8, наиболее распространенными вариантами являются +2, +3, +4 и +8.

Таблица химических свойств:

Цвет металла синев. — серый
Плотность 22
Температуры при которой металл плавится 2700
Температура кипения 4600
Электропроводность 11
Ковалентный радиус 126 пм
Радиус иона (+6e) 69 (+4e) 88 пм
Электроотрицательность 2,2 (по шкале Полинга)
Электродный потенциал 0,85
Степени окисления 8, 6, 4, 3, 2, 0, −2
Энергия ионизации
(первый электрон)
Энергия ионизации
(первый электрон)

Изотопы

Известны 7 изотопов химического элемента №76: Os-184 (его процентное содержание в металле самое низкое), Os-186, Os-187 (радиоактивный), Os-188, Os-189 Os-190, Os-192 (самый высокий процент содержания). Они могут существовать по отдельности, составляя разновидности природного осмия, но выделить какой-либо 1 изотоп из металла сложно, в силу того, что они обладают почти одинаковыми физическими и химическими свойствами.

Самым ценным изотопом является Os-187. 30% его идет на нужды науки, остальное используется в медицинских и промышленных целях. Впервые его получили в Германии из норвежских молибденовых руд. Ныне монополистом по продаже Os-187 является Казахстан.

Недавно ученые обнаружили, что некоторым изотопам свойственно α-излучение, но с периодом полураспада в триллионы лет их считают условно стабильными элементами.

Применение осмия

Так как осмий – один из самых редких и дорогостоящих металлов, он используется только там, где существует экономическая эффективность, и другие материалы не дадут желаемого результата.

Использование данного металла в различных отраслях промышленности обусловлено его уникальными свойствами:

  • Непревзойденная твердость делает данный металл идеальным материалом для изготовления режущих и особо точных инструментов (резцы, скальпели, перья для авторучек и др.), деталей в узлах механизмов, испытывающих сверхнагрузки.
  • Тугоплавкость способствует использованию осмия в узлах трения.
  • Отсутствие магнетизма позволяет изготавливать стрелки в компасах, часах и точных приборах.
  • Благодаря способности ускорять химические реакции, осмий используется как катализатор, причем более эффективный, чем платина.

Без осмия и сплавов с ним не обходятся такие отрасли промышленности:

  • Химическая: производство аммиака, азота, насыщенно-черного пигмента, проведение гидрирования, преобразование химической энергии в электрическую в метанольных топливных элементах.
  • Военная: изготовление реактивных артиллерийских снарядов.
  • Космическая и авиационная: электронная аппаратура, важнейшие узлы самолетов и ракет.

Несмотря на то, что осмий относится к группе драгоценных металлов, в ювелирном деле он используется редко и только в качестве добавки к платине.

Исходя из огромной цены данного металла, формируется предположение, что он обладает крайне полезными свойствами, которые могут использоваться в ходе производственных процессов. К примеру, одним из основных экспортеров осмия является Казахстан, при этом цена за их поставки находится около 10 000 долларов за грамм.

По большей части осмий используется при создании сплавов, в которых необходимо использование его крайне высокого уровня прочности. Более того, осмий придает сплавам невероятную износоустойчивость, причем для того, чтобы металл обладал данным свойством, достаточно даже незначительных доз подобного металла. Таким образом, осмий используется при создании механических узлов, которые на постоянной основе подвергаются трению.

Наибольшей ценностью обладает 187 изотоп осмия, который получил активное применение в ядерной и космической промышленности. Его используют для создания отдельных деталей космических аппаратов, а также изготовления емкостей для ядерных отходов.

изотоп осмия 187
Редкий изотоп осмия 187

Также данный металл используется в качестве катализатора химических процессов, позволяя ускорять их. К примеру, осмий позволяет значительно ускорить синтез химических соединений. Его используют производства, что делают особые химические реагенты, где скорость протекания всех процессов является важнейшим фактором.

Еще одной отраслью, которая требует использования осмия, является электроника. По большей части это касается механизмов и узлов аппаратной части управления.

Тем не менее, осмий стараются использовать как можно реже, что логично с учетом его огромной цены. Таким образом, его использование в промышленности объясняется фактом того, что он способен обеспечить гарантированный результат, придав конкретному устройству важнейшие эксплуатационные характеристики и свойства.

Осмий в медицине

Соединение осмия с платиной в соотношении 1:9 является индифферентным сплавом, поэтому из него изготавливают хирургические имплантаты, кардиостимуляторы, легочные клапаны, некоторые медицинские инструменты. Перспективным направлением является использование осмия для лечения онкологии.

В фармакологии Osmium применяется как катализатор для производства ряда лекарств, например, кортизона.

Производство осмия

Osmium получают из следующих источников:

  • полиметаллические руды;
  • метеоритные породы;
  • осмий содержащие минералы.

Производственная цепочка сложная. Вначале руду обогащают и выделяют основной химический элемент. В ходе этого процесса образуются побочные продукты, содержащие микрочастицы осмия. Полученные вещества прокаливают при температуре 800-900 °C. При этом образуется оксид осмия, пары которого поглощаются раствором едкого натра. Затем этот раствор упаривают и получают соль – перосмат натрия. Это вещество вступает в химическую реакцию с водородом, в ходе которой выделяется чистый осмий в губчатом виде.

Такой процесс сложный и дорогостоящий. Для получения 1 г этого редкого металла, нужно переработать 5 кг руды. Такой мизерный выход на самом деле является наилучшим показателем. В мире за год производят осмия чуть более 100 кг.

Если получать Osmium из платинового сырья, то при его обработке образуется осмиридий – соединение осмия с иридием. Чтобы эти металлы разделить, нужно провести ряд химических реакций, для которых потребуется до 9 месяцев. Однако часто этого не делают, так как такой сплав, благодаря усиленной твердости, используется в технике.

Наконец, получать осмий можно путем переработки вторичного сырья.

Существуют и другие способы производства данного драгоценного метала, но все они недостаточно эффективны, поэтому идет поиск новых технологий.

Цена осмия

Это один из самых дорогих металлов. В 2021 г. цена 1 г составила 950 руб. Это в 5 раз больше, чем 20 лет назад. Такой рост стоимости объясняется уникальными свойствами осмия и неудовлетворенным спросом, ведь каждая из 40 компаний, использующая его в качестве сырья, может рассчитывать на чуть более 2 кг этого платиноида в год.

Что касается изотопа Os-187, без которого не обходится медицина, космонавтика, оборонная промышленность, наука, то здесь картина иная: 1 г стоит $10 000-20 000.

Вред осмия

Осмий – тяжелый металл, а значит, он оказывает вред на живые организмы. У человека незначительная концентрация в воздухе паров этого платиноида поражает глаза и органы дыхания, даже если отравление было кратковременным. У животных же осмий вызывает ураганный отек легких.

Длительное вдыхание осмия приводит к нарушению работы любого органа, слепоте, летальному исходу. Кожа зеленеет, на ней появляются раны, трофические язвы. Заживление происходит трудно.

Польза

Осмий – востребованный металл в военно-промышленном комплексе, авиастроении, технике, медицине, научных исследованиях. Даже самое токсичное вещество, оксид осмия OsО4, приносит пользу – служит катализатором в производстве лекарственных препаратов и красящим веществом для исследований под микроскопом.

Основное назначение рассматриваемого платиноида – создание сверхпрочных сплавов с палладием, никелем, вольфрамом, рутением, платиной, иридием, изделия из которых отличаются высокой износостойкостью и долговечностью.

Вопросы пользователе об металле Осмий

Рассмотрим ответы на некоторые вопросы, которые чаще всего задают пользователи.

Что тяжелее: Осмий или Иридий

Существуют не 1, а 2 самые тяжелые металлы, и в таблице Менделеева они находятся в соседних ячейках – осмий, № 76, и иридий, №77. Их плотность в пределах 22, 59 г/см3 и 22, 56 г/см3 соответственно. Таким образом, можно считать, что вес этих металлов практически одинаковый.

Где в Казахстане добывают Осмий

Osmium получают из руд Джезказганского месторождения, одного из крупнейших в мире. Оно уникально тем, что почти полностью содержит изотоп осмий-187. Цена, по которой страна продает его на экспорт, являясь монополистом в этой области, ниже рыночной и составляет 10 000 долларов.

Добавить комментарий
Adblock
detector