МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РФ
РЕФЕРАТ
НА ТЕМУ
«Осьми-БЛАГОРОДНИЙ МЕТАЛ»
Виконав:
Перевірив:
2007
Осмій (лат. Osmium), Os, хімічний елемент VIII групи періодичної системи, атомний номер 76, атомна маса 190,2, відноситься до платинових металів.
1.Свойства.
Щільність 22,61 г/см3, температуру плавлення близько 3027 ° C. Осмій - олов'яний-білий метал з сірувато-блакитним відтінком. Це найважчий з усіх металів один із самих твердих. Тим не менш осмієва губку можна розтерти в порошок, оскільки він крихкий. Плавиться осмій при температурі близько 3000 ° C, а температура його кипіння до цих пір точно не визначена. Вважають, що вона лежить десь близько 5500 ° C.
Велика твердість осмію (7,0 за шкалою Мооса), мабуть, то з його фізичних властивостей, яке використовують найширше. Осмій вводять до складу твердих сплавів, що володіють найвищою зносостійкістю. У дорогих авторучок напайку на кінчик пера роблять із сплавів осмію з іншими платиновими металами або з вольфрамом і кобальтом. З подібних же сплавів роблять невеликі деталі точних вимірювальних приладів, схильні до зносу. Невеликі - тому що осмій мало поширений (5.10 -6% ваги земної кори), розсіяний і доріг. Цим же пояснюється обмежене застосування осмію в промисловості. Він іде лише туди, де при малих витратах металу можна отримати великий ефект. Наприклад, в хімічну промисловість, яка намагається використовувати осмій як каталізатор. У реакціях гідрогенізації органічних речовин осмієва каталізатори навіть ефективніше платинових.
Кілька слів про становище осмію серед інших платинових металів. Зовні він мало від них відрізняється, але саме у осмію найвищі температури плавлення і кипіння серед всіх металів цієї групи, саме він найбільш важкий. Його ж можна вважати найменш «благородним» з платиноїдів, оскільки киснем повітря він окислюється вже при кімнатній температурі (у мелкораздробленном стані). А ще осмій - найдорожчий з усіх платинових металів. Якщо в 1966 р. платина цінувалася на світовому ринку в 4,3 рази дорожче, ніж золото, а іридій - в 5,3, то аналогічний коефіцієнт для осмію дорівнював 7,5.
Як і інші платинові метали, осмій проявляє декілька валентностей: 0, 2 +, 3 +, 4 +, 6 + і 8 +. Найчастіше можна зустріти з'єднання чотирьох-і шестивалентного осмію. Але при взаємодії з киснем він проявляє валентність 8 +.
Як і інші платинові метали, осмій - хороший комплексоутворювач, і хімія сполук осмію не менш різноманітна, ніж, скажімо, хімія паладію або рутенію.
2.Отримання осмію
Самородний осмій в природі не знайдений. Він завжди пов'язаний в мінералах з іншим металом платинової групи - іридієм. Існує ціла група мінералів осмистого іридію. Найпоширеніший з них - невьянськит, природний сплав цих двох металів. Іридію в ньому більше, тому невьянськит часто називають просто осмістий іридієм. Зате інший мінерал - сисертськит - називають ірідістим осміем - в ньому більше осмію ... Обидва ці мінералу - важкі, з металевим блиском, і це не дивно - такий їхній склад. І само собою зрозуміло, всі мінерали групи осмистого іридію дуже рідкісні.
Іноді ці мінерали зустрічаються самостійно, частіше ж осмістий іридій входить до складу самородної сирої платини. Основні запаси цих мінералів зосереджені в СРСР (Сибір, Урал), США (Аляска, Каліфорнія), Колумбії, Канаді, країнах Південної Африки.
Природно, що видобувають осмій спільно з платиною, але афінаж осмію істотно відрізняється від способів виділення інших платинових металів. Всі їх, крім рутенію, осаджують з розчинів, осмій ж отримують відгоном його відносно летючої
Але перш ніж відганяти OsO 4, потрібно відокремити від платини осмістий іридій, а потім розділити іридій і осмій.
Коли платину розчиняють в царській горілці, мінерали групи осмистого іридію залишаються в осаді: навіть цей з усіх розчинників розчинник не може здолати ці стійкий природний сплави. Щоб перевести їх у розчин, осад сплавляють з восьмиразовим кількістю цинку - цей сплав порівняно просто перетворити в порошок. Порошок спікають з перекисом барію BaO 3, а потім отриману масу обробляють сумішшю азотної і соляної кислот безпосередньо в перегінному апараті - для відгону OsO4.
Її вловлюють лужним розчином і отримують сіль складу Na 2 OsO 4. Розчин цієї солі обробляють гипосульфитом, після чого осмій осаджують хлористим амонієм у вигляді солі Фремо [OsO 2 (NH 3) 4] Cl 2. Осад промивають, фільтрують, а потім прожарюють у відновлювальному полум'я. Так отримують поки ще не чистий губчастий осмій.
Потім його очищають, обробляючи кислотами (HF і HCl), і довосстанавлівают в електропечі в струмені водню. Після охолодження отримують метал чистотою до 99,9%.
Така класична схема отримання осмію - металу, який застосовують поки вкрай обмежено, металу дуже дорогого, але досить корисного.
3.Історія відкриття. Застосування.
Пам'ятаєте в Гоголя: "Народився Акакій Акакійович проти ночі, якщо тільки не зраджує пам'ять, на 23 березня ... Породіллі надали на вибір будь-яке з трьох імен, яке вона хоче вибрати: Мокка, Сесія або назвати дитину в ім'я мученика Хоздазата." Ні , - подумала покійниця, - імена-то всі такі ".
Щоб догодити їй, розгорнули календар в іншому місці; вийшли знову три імені: Тріфілій, Дула і Варахасій. "Ось це покарання, - промовила стара, - які всі імена, я право ніколи й не чула таких. Хай би ще Варадат або Барух, а то Тріфілій і Варахасій". Ще перевернув сторінку - вийшли: Павсікакій і Вахтісій. "Ну, вже я бачу, - сказала стара, - що, видно, його така доля. Вже якщо так, нехай краще буде він називатиметься, як і його батько. Батько був Акакій, так нехай і син буде Акакій". Таким чином і відбувся Акакій Акакійович ". Не знаємо, чи довго англійський хімік Смітсон Теннант придумував ім'я одному з двох відкритих ним у 1804 році хімічних елементів - осмію, але пощастило цього" новонародженому "не більше, ніж героя гоголівської" Шинелі ". Річ у тому, що "осмій" в перекладі з грецького означає ... "запах". Погодьтеся: для благородного металу (а осмій як представник платинової групи металів з повним правом носить цей титул) таку назву, м'яко кажучи, не може служити прикрасою. А якщо врахувати, що найближчі родичі гордо іменуються паладієм (тезка богині Афіни Паллади), іридію (по-грецьки "веселка"), родієм ("Троянда"), рутенієм (від латинської назви Росії), то образа стає ще гірше. Чому ж Теннант був так немилості до свого "хрещеника"? Перш ніж відповісти на це питання, розповімо про події, які передували відкриттю осмію.
У 1804 році відомий англійський учений Вільям Волластон, неабияк поінтригувати перед цим науковий світ (докладніше про це розказано в нарисі про палладії "Жарт англійського хіміка"), повідомив на засіданні Королівського товариства, що, аналізуючи сиру (природне) платину, він виявив в ній невідомі раніше метали, названі ним паладієм і родієм. Обидва були знайдені в тій частині платини, яка розчинялася в царській горілці, але при цій взаємодії залишався ще й нерозчинний залишок. Він, як магніт, притягував до себе багатьох хіміків, справедливо вважали, що і в ньому може ховатися який-небудь невідомий досі елемент.
Близькі до успіху були французи Колле-Дескотіль, Фуркруа і Воклен. Вони не раз помічали, що при розчиненні сирої платини в царській горілці виділявся чорний дим, а при сплаву нерозчинного залишку з їдким калі утворювалися з'єднання, які "не заперечували" проти розчинення.
Фуркруа і Воклен припустили, що шуканий елемент частково випаровується у вигляді диму, а та частина його, якій не вдається таким способом "евакуюватися", надає агресору посильну опір, не бажаючи в ньому навіть розчинятися. Вчені поквапилися дати новому елементу ім'я - "птен", що по-грецьки означає "крилатий, летючий".
Але ця назва пурхнула, як метелик, і кануло в Лету, так як незабаром Теннант зумів розділити "птен": насправді він представляв собою природний сплав двох різних металів. Один з них учений назвав іридієм - за різноманітність забарвлення солей, а інший - осміем, оскільки його чотириокис, що виділялася при розчиненні в кислоті або воді продукту сплаву осмірідія (так надалі стали називати колишній "птен") з лугом, мала неприємний, подразливий запах , схожий одночасно на запахи хлору і підгнилого редьки. Пізніше з'ясувалося, що і сам метал здатний видавати подібний "аромат", правда, повільніше,: тонкоподрібнений осмій поступово окислюється на повітрі, перетворюючись на чотириокис.
Мабуть, не до душі припав цей запах Теннант, і він спересердя вирішив увічнити в назві відкритого ним елемента своє найбільш сильне враження від першого побачення з ним.
По одягу зустрічають, по розуму проводжають. І якщо запах та колір - олов'яно-білий з сірувато-блакитним відливом - можна вважати "одягом" осмію, то його характеристики як хімічного елемента і як металу з цієї прислів'ї слід віднести до "розуму".
Так чим же може похвалитися наш герой? Перш за все, як уже було сказано, своїм шляхетним походженням. Погляньте на періодичну систему елементів: у правій частині її осібно тримається сімейство платиноїдів, що складається з двох тріад. У верхню тріаду входять легкі платинові метали - рутеній, родій, паладій (все в світі відносно: будь-який представник цієї трійці в півтора з лишком рази важче заліза). У другій тріаді зібралися справжні богатирі-важковаговики - осмій, іридій і платина.
Цікаво, що довгий час вчені дотримувалися такого порядку зростання атомних ваг цих елементів: платина - іридій - осмій. Але коли Д. І. Менделєєв створював свою періодичну систему, йому доводилося ретельно перевіряти, уточнювати, а часом і виправляти атомні ваги багатьох елементів. Одному проробити всю цю роботу було нелегко, тому Менделєєв залучав до роботи інших хіміків. Так, коли йому відрекомендували Ю.В. Лермонтова, яка була не тільки родичкою великого поета, але і висококваліфікованим хіміком, учений попросив її уточнити атомні ваги платини, іридію та осмію, оскільки вони викликали у нього великий сумнів.
На його думку, найменший атомний вагу мав бути у осмію, а найбільший - у платини. Серія точних експериментів, проведених Лермонтова, підтвердила правоту творця періодичного закону. Тим самим було визначено нинішнє розташування елементів у цій тріаді - все стало на своє місце.
Осмій має рекордну щільність серед всіх мешканців періодичної системи - 22,5 г/см3. Щоб врівноважити гирку з цього металу, знадобиться понад 40 таких же за обсягом гирьок з його антипода-літію.
Якщо звичайну пляшку заповнити порошком осмію, то вона буде важче відра з водою.
Але яким би унікальним не здавалося це якість осмію, поки воно практично не використовується в техніці. На відміну від тугоплавкої, твердості, міцності і інших дійсно цінних властивостей металів, велика щільність не приносить лаврів її власникові. Аналогію можна знайти і в житті: люди завжди цінували силу, швидкість, спритність, а гігантський вага або зростання людини лише викликають здивування і сумнівний інтерес.
Втім, у осмію є й такі ділові якості, які не можуть не викликати поваги до нього. Не випадково, він найдорожчий з усіх благородних металів, хоч і найменш "благородний" з них (ви вже знаєте, що мелкораздробленной осмій не в силах протистояти кисню повітря навіть при кімнатній температурі, в той час як його "родичі" славляться перш за все своєю незвичайною хімічної стійкістю). Тим не менш, якщо у 1966 році платина цінувалася на світовому ринку в 4,3 рази дорожче за золото, а іридій в 5,3 рази, то аналогічний коефіцієнт для осмію дорівнював 7,5. Багато в чому винна в цьому природа, яка не тільки не накопичила запаси осмію, а й примудрилася так заховати наявні в неї крихти цього елемента (5 * 10-6% маси земної кори), що видобуток їх влітає в копієчку. Якщо світове виробництво більшості металів обчислюється тисячами і навіть мільйонами тонн, то для осмію рахунок йде на кілограми.
Одне з головних достоїнств осмію - його дуже висока твердість; в цьому з ним можуть конкурувати деякі метали. Ось чому при створенні сплавів з найвищою зносостійкістю до їх складу вводять осмій. Авторучки із золотим пером - не рідкість. Але ж золото - досить м'який метал, а перу за довгі роки роботи припадає по волі господаря пройти по паперу довгі кілометри шляху. Звичайно, папір - не напилок і не наждак, однак витримати таке випробування можуть лише деякі метали. І все ж кінчики пір'я справляються з цією важкою роллю. Як? Секрет простий: їх зазвичай виготовляють із сплавів осмію з іншими платиноїдів, найчастіше з уже відомого вам осмірідія. Без перебільшення можна сказати, що перу, "броньованого" осміем, зносу немає.
Виняткова твердість, хороша корозійна стійкість, високий опір зношування, відсутність магнітних властивостей роблять осмірідій прекрасним матеріалом для вістря компасної стрілки, осей і опор найточніших вимірювальних приладів і годинникових механізмів. З нього виготовляють ріжучі кромки хірургічних інструментів, різців для художньої обробки слонової кістки.
Те, що осмій і іридій часто "виступають дуетом" - у вигляді природного сплаву, пояснюється не лише цінними властивостями осмірідія. але і волею долі, побажала, щоб в земній корі ці елементи були пов'язані надзвичайно міцними узами. У вигляді самородків ні той, ні інший метал в природі не виявлені, зате осмістий іридій та ірідістий осмій - добре відомі мінерали (називаються вони відповідно невьянськит і сисертськит): у першому переважає іридій, у другому - осмій.
Іноді ці мінерали зустрічаються самостійно, але частіше входять до складу самородної платини. Поділ її на компоненти (так званий афінаж) - процес, що включає багато стадій, на одній з яких осмірідій випадає в осад. І ось, чи не найскладніше і дороге у всій цій "історії" - розлучити осмій і іридій. Але найчастіше в цьому і немає необхідності: як ви вже знаєте, сплав широко застосовують в техніці, а коштує він значно дешевше, ніж, наприклад, чистий осмій. Адже для того, щоб виділити цей метал зі сплаву, потрібно провести стільки хімічних операцій, що одне їх перерахування зайняло б багато місця. Кінцевий продукт довгої технологічного ланцюга - металевий осмій чистотою 99,9%.
Поряд з твердістю, відомо ще одне достоїнство осмію - тугоплавкість.
По температурі плавлення (близько 3000 еС) він перевершив не тільки своїх благородних побратимів - платиноїдів, але й переважна більшість інших металів. Завдяки своїй тугоплавкости осмій потрапив в біографію електричної лампочки: ще в ті часи, коли електрика доводило свою перевагу перед іншим джерелом світла - газом, німецький вчений К. Ауер фон Вельсбах запропонував замінити в лампі розжарювання вугільний волосок осмієва. Лампи стали споживати в три рази менше енергії і давали приємний, рівне світло. Але на цьому відповідальному посту осмій довго не протримався: спочатку його змінив менш дефіцитний тантал, проте незабаром і той змушений був поступитися місцем самому тугоплавкого з тугоплавких - вольфраму, який до цього дня несе свою вогняну вахту.
Щось подібне сталося з осміем і в іншій сфері його застосування - у виробництві аміаку. Сучасний спосіб синтезу цієї сполуки, запропонований ще в 1908 році відомим німецьким хіміком Фріцем Габером немислимий без участі каталізаторів. Перші каталізатори, які використовувалися для цієї мети, виявляли свої здібності лише при високих температурах (вище 700 еС), та до того ж вони були не дуже ефективні.
Спроби знайти їм заміну довго ні до чого не приводили. Нове слово в удосконаленні цього процесу сказали вчені лабораторії Вищої технічної школи в Карлсруе: вони запропонували застосовувати в якості каталізатора тонкорозпилену осмій. (До речі, будучи вельми твердим, осмій в той же час дуже крихкий, тому губку цього металу можна без великих зусиль роздробити і перетворити в порошок.) Промислові досліди показали, що гра варта свічок: температуру процесу вдалося знизити більш ніж на 100 градусів, та і вихід готової продукції помітно зріс.
Незважаючи на те що в подальшому осмію довелося і тут зійти зі сцени (зараз, наприклад, для синтезу аміаку використовують недорогі, але ефективні залізні каталізатори), можна вважати, що саме він зрушив важливу проблему з мертвої точки. Каталітичну діяльність осмій продовжує і в наші дні: застосування його в реакціях гідрогенізації органічних речовин дає відмінні результати. Цим, в першу чергу обумовлений великий попит на осмій з боку хіміків: на хімічні потреби витрачається майже половина його світового видобутку.
Елемент ј 76 представляє чималий інтерес і як об'єкт наукових досліджень. Природний осмій складається з семи стабільних ізотопів з масовими числами 184, 186-190 і 192. Цікаво, що чим менше масове число ізотопу цього елемента, тим менш він поширений: якщо на частку самого важкого ізотопу (осмію-192) припадає 41%, то найлегший із семи "братів" (осмій-184) у своєму розпорядженні лише 0,018% загальних "запасів ". Оскільки ізотопи відрізняються один від одного тільки масою атомів, а за своїми фізико-хімічними "нахилам" вони дуже схожі між собою, то розділити їх дуже складно. Саме тому навіть "крихти" ізотопів деяких елементів стоять надзвичайно дорого: так, кілограм осмію-187 оцінюється на світовому ринку в 14 мільйонів доларів. Правда, останнім часом вчені навчилися "розлучати" ізотопи за допомогою лазерних променів, і є надія, що незабаром ціни на ці "товари неширокого споживання" будуть помітно знижені.
Подібно до інших платиновим металів, осмій проявляє декілька валентностей. Найбільш часто зустрічаються сполуки, де осмій чотирьох-і шестівалентен, однак при взаємодії з киснем він зазвичай "пускає в хід" всі вісім своїх валентних зв'язків.
З сполук осмію найбільше практичне значення має його чотириокис (так-так, та сама, якій елемент так "зобов'язаний" своєю назвою). У ролі каталізатора вона виступає при синтезі деяких лікарських препаратів. У медицині та біології її використовують як фарбувальний засіб при мікроскопічному дослідженні тварин і рослинних тканин. Слід пам'ятати, що нешкідливі на вигляд блідо-жовті кристали четирехокісі осмію - сильна отрута, дратівливий шкіру і слизові оболонки, шкідливо діє на очі.
Примітна особливість четирехокісі осмію: її розчинність в органічних рідинах значно вище, ніж у воді. Так, при звичайних умовах в склянці води розчиняється всього 14 грамів цієї речовини, а в склянці чотирихлористого вуглецю більше 700 грамів.
В атмосфері сірчаних парів порошок осмію спалахує, як сірник, утворюючи сульфід. Всеїдний фтор при кімнатній температурі не заподіює осмію ніякого "шкоди", але при нагріванні до 250-300 С утворюється ряд фторидів. З тих пір як у 1913 році вперше були отримані два летючих фториду осмію, вважалося, що їх формули OsF6 і OsF8. Але в 1958 році з'ясувалося, що фторид OsF8, майже півстоліття "прожив" в хімічній літературі, насправді ніколи не існував, а зазначені з'єднання відповідають формулам OsF5 і OsF6. Порівняно недавно вченим вдалося отримати ще один фторид OsF7, який при нагріванні вище 100 С розпадається на OsF6 і елементарний фтор.
Окис осмію використовують в якості чорного барвника для живопису по фарфору: солі цього елемента застосовують в мінералогії як сильні травители. Більшість же осмієва сполук, в тому числі різноманітні комплекси (осмій проявляє притаманну всім платиновим металів здатність до утворення комплексних сполук), а також його сплави (крім вже відомого осмірідія і деяких сплавів з іншими платиноїдів, вольфрамом і кобальтом), поки "нудиться" в очікуванні підходящої роботи.
Можна не сумніватися, що найближчим часом питання їх "працевлаштування" буде вирішене і вони заговорять про себе в повний голос. Та й сам осмій ще не сказав останнього слова.
А поки інженери і вчені шукають економічно вигідні шляхи розширення виробництва цього цінного металу, вишукують нові джерела його отримання. Важливі роботи в цьому напрямку були проведені на Норильському гірничо-металургійному комбінаті імені А. П. Завенягіна. Металурги знали, що в мідно-нікелевих рудах, що надходять на комбінат, є метали платинової групи, включаючи осмій. Але оскільки кількість його в руді було мізерним, на нього не звертали уваги, намагаючись отримати лише якомога більше міді та нікелю.
"Чому б не спробувати попутно витягувати цей благородний метал", - задумалися кілька років тому вчені дослідно-дослідного центру комбінату. Завдання, яке вони поставили перед собою, була дуже складною: потрібно дізнатися, як веде себе осмій на різних стадіях переробки сировини, визначити місця його найбільших скупчень, з'ясувати, на якому етапі виробничого процесу він втрачається, потрапляючи потім у відходи. Для цього потрібно було виконати безліч складних аналізів на кожній ділянці технологічного ланцюжка.
Але ось ця частина завдання вирішено. Тепер треба було створити технологію уловлювання осмію з металургійних газів, спроектувати, виготовити та змонтувати промислову установку, яка повинна була стати пасткою для осмію. І з цими проблемами працівники комбінату впоралися успішно: в асортименті продукції заполярного підприємства з'явився осмієва концентрат.
Отриманий в Норильську концентрат надходить потім "на материк", де народжується чистий осмій - один з найбільш дефіцитних у наші дні металів.
РЕФЕРАТ
НА ТЕМУ
«Осьми-БЛАГОРОДНИЙ МЕТАЛ»
Виконав:
Перевірив:
2007
Осмій (лат. Osmium), Os, хімічний елемент VIII групи періодичної системи, атомний номер 76, атомна маса 190,2, відноситься до платинових металів.
1.Свойства.
Щільність 22,61 г/см3, температуру плавлення близько 3027 ° C. Осмій - олов'яний-білий метал з сірувато-блакитним відтінком. Це найважчий з усіх металів один із самих твердих. Тим не менш осмієва губку можна розтерти в порошок, оскільки він крихкий. Плавиться осмій при температурі близько 3000 ° C, а температура його кипіння до цих пір точно не визначена. Вважають, що вона лежить десь близько 5500 ° C.
Велика твердість осмію (7,0 за шкалою Мооса), мабуть, то з його фізичних властивостей, яке використовують найширше. Осмій вводять до складу твердих сплавів, що володіють найвищою зносостійкістю. У дорогих авторучок напайку на кінчик пера роблять із сплавів осмію з іншими платиновими металами або з вольфрамом і кобальтом. З подібних же сплавів роблять невеликі деталі точних вимірювальних приладів, схильні до зносу. Невеликі - тому що осмій мало поширений (5.10 -6% ваги земної кори), розсіяний і доріг. Цим же пояснюється обмежене застосування осмію в промисловості. Він іде лише туди, де при малих витратах металу можна отримати великий ефект. Наприклад, в хімічну промисловість, яка намагається використовувати осмій як каталізатор. У реакціях гідрогенізації органічних речовин осмієва каталізатори навіть ефективніше платинових.
Кілька слів про становище осмію серед інших платинових металів. Зовні він мало від них відрізняється, але саме у осмію найвищі температури плавлення і кипіння серед всіх металів цієї групи, саме він найбільш важкий. Його ж можна вважати найменш «благородним» з платиноїдів, оскільки киснем повітря він окислюється вже при кімнатній температурі (у мелкораздробленном стані). А ще осмій - найдорожчий з усіх платинових металів. Якщо в 1966 р. платина цінувалася на світовому ринку в 4,3 рази дорожче, ніж золото, а іридій - в 5,3, то аналогічний коефіцієнт для осмію дорівнював 7,5.
Як і інші платинові метали, осмій проявляє декілька валентностей: 0, 2 +, 3 +, 4 +, 6 + і 8 +. Найчастіше можна зустріти з'єднання чотирьох-і шестивалентного осмію. Але при взаємодії з киснем він проявляє валентність 8 +.
Як і інші платинові метали, осмій - хороший комплексоутворювач, і хімія сполук осмію не менш різноманітна, ніж, скажімо, хімія паладію або рутенію.
2.Отримання осмію
Самородний осмій в природі не знайдений. Він завжди пов'язаний в мінералах з іншим металом платинової групи - іридієм. Існує ціла група мінералів осмистого іридію. Найпоширеніший з них - невьянськит, природний сплав цих двох металів. Іридію в ньому більше, тому невьянськит часто називають просто осмістий іридієм. Зате інший мінерал - сисертськит - називають ірідістим осміем - в ньому більше осмію ... Обидва ці мінералу - важкі, з металевим блиском, і це не дивно - такий їхній склад. І само собою зрозуміло, всі мінерали групи осмистого іридію дуже рідкісні.
Іноді ці мінерали зустрічаються самостійно, частіше ж осмістий іридій входить до складу самородної сирої платини. Основні запаси цих мінералів зосереджені в СРСР (Сибір, Урал), США (Аляска, Каліфорнія), Колумбії, Канаді, країнах Південної Африки.
Природно, що видобувають осмій спільно з платиною, але афінаж осмію істотно відрізняється від способів виділення інших платинових металів. Всі їх, крім рутенію, осаджують з розчинів, осмій ж отримують відгоном його відносно летючої
Але перш ніж відганяти OsO 4, потрібно відокремити від платини осмістий іридій, а потім розділити іридій і осмій.
Коли платину розчиняють в царській горілці, мінерали групи осмистого іридію залишаються в осаді: навіть цей з усіх розчинників розчинник не може здолати ці стійкий природний сплави. Щоб перевести їх у розчин, осад сплавляють з восьмиразовим кількістю цинку - цей сплав порівняно просто перетворити в порошок. Порошок спікають з перекисом барію BaO 3, а потім отриману масу обробляють сумішшю азотної і соляної кислот безпосередньо в перегінному апараті - для відгону OsO4.
Її вловлюють лужним розчином і отримують сіль складу Na 2 OsO 4. Розчин цієї солі обробляють гипосульфитом, після чого осмій осаджують хлористим амонієм у вигляді солі Фремо [OsO 2 (NH 3) 4] Cl 2. Осад промивають, фільтрують, а потім прожарюють у відновлювальному полум'я. Так отримують поки ще не чистий губчастий осмій.
Потім його очищають, обробляючи кислотами (HF і HCl), і довосстанавлівают в електропечі в струмені водню. Після охолодження отримують метал чистотою до 99,9%.
Така класична схема отримання осмію - металу, який застосовують поки вкрай обмежено, металу дуже дорогого, але досить корисного.
3.Історія відкриття. Застосування.
Пам'ятаєте в Гоголя: "Народився Акакій Акакійович проти ночі, якщо тільки не зраджує пам'ять, на 23 березня ... Породіллі надали на вибір будь-яке з трьох імен, яке вона хоче вибрати: Мокка, Сесія або назвати дитину в ім'я мученика Хоздазата." Ні , - подумала покійниця, - імена-то всі такі ".
Щоб догодити їй, розгорнули календар в іншому місці; вийшли знову три імені: Тріфілій, Дула і Варахасій. "Ось це покарання, - промовила стара, - які всі імена, я право ніколи й не чула таких. Хай би ще Варадат або Барух, а то Тріфілій і Варахасій". Ще перевернув сторінку - вийшли: Павсікакій і Вахтісій. "Ну, вже я бачу, - сказала стара, - що, видно, його така доля. Вже якщо так, нехай краще буде він називатиметься, як і його батько. Батько був Акакій, так нехай і син буде Акакій". Таким чином і відбувся Акакій Акакійович ". Не знаємо, чи довго англійський хімік Смітсон Теннант придумував ім'я одному з двох відкритих ним у 1804 році хімічних елементів - осмію, але пощастило цього" новонародженому "не більше, ніж героя гоголівської" Шинелі ". Річ у тому, що "осмій" в перекладі з грецького означає ... "запах". Погодьтеся: для благородного металу (а осмій як представник платинової групи металів з повним правом носить цей титул) таку назву, м'яко кажучи, не може служити прикрасою. А якщо врахувати, що найближчі родичі гордо іменуються паладієм (тезка богині Афіни Паллади), іридію (по-грецьки "веселка"), родієм ("Троянда"), рутенієм (від латинської назви Росії), то образа стає ще гірше. Чому ж Теннант був так немилості до свого "хрещеника"? Перш ніж відповісти на це питання, розповімо про події, які передували відкриттю осмію.
У 1804 році відомий англійський учений Вільям Волластон, неабияк поінтригувати перед цим науковий світ (докладніше про це розказано в нарисі про палладії "Жарт англійського хіміка"), повідомив на засіданні Королівського товариства, що, аналізуючи сиру (природне) платину, він виявив в ній невідомі раніше метали, названі ним паладієм і родієм. Обидва були знайдені в тій частині платини, яка розчинялася в царській горілці, але при цій взаємодії залишався ще й нерозчинний залишок. Він, як магніт, притягував до себе багатьох хіміків, справедливо вважали, що і в ньому може ховатися який-небудь невідомий досі елемент.
Близькі до успіху були французи Колле-Дескотіль, Фуркруа і Воклен. Вони не раз помічали, що при розчиненні сирої платини в царській горілці виділявся чорний дим, а при сплаву нерозчинного залишку з їдким калі утворювалися з'єднання, які "не заперечували" проти розчинення.
Фуркруа і Воклен припустили, що шуканий елемент частково випаровується у вигляді диму, а та частина його, якій не вдається таким способом "евакуюватися", надає агресору посильну опір, не бажаючи в ньому навіть розчинятися. Вчені поквапилися дати новому елементу ім'я - "птен", що по-грецьки означає "крилатий, летючий".
Але ця назва пурхнула, як метелик, і кануло в Лету, так як незабаром Теннант зумів розділити "птен": насправді він представляв собою природний сплав двох різних металів. Один з них учений назвав іридієм - за різноманітність забарвлення солей, а інший - осміем, оскільки його чотириокис, що виділялася при розчиненні в кислоті або воді продукту сплаву осмірідія (так надалі стали називати колишній "птен") з лугом, мала неприємний, подразливий запах , схожий одночасно на запахи хлору і підгнилого редьки. Пізніше з'ясувалося, що і сам метал здатний видавати подібний "аромат", правда, повільніше,: тонкоподрібнений осмій поступово окислюється на повітрі, перетворюючись на чотириокис.
Мабуть, не до душі припав цей запах Теннант, і він спересердя вирішив увічнити в назві відкритого ним елемента своє найбільш сильне враження від першого побачення з ним.
По одягу зустрічають, по розуму проводжають. І якщо запах та колір - олов'яно-білий з сірувато-блакитним відливом - можна вважати "одягом" осмію, то його характеристики як хімічного елемента і як металу з цієї прислів'ї слід віднести до "розуму".
Так чим же може похвалитися наш герой? Перш за все, як уже було сказано, своїм шляхетним походженням. Погляньте на періодичну систему елементів: у правій частині її осібно тримається сімейство платиноїдів, що складається з двох тріад. У верхню тріаду входять легкі платинові метали - рутеній, родій, паладій (все в світі відносно: будь-який представник цієї трійці в півтора з лишком рази важче заліза). У другій тріаді зібралися справжні богатирі-важковаговики - осмій, іридій і платина.
Цікаво, що довгий час вчені дотримувалися такого порядку зростання атомних ваг цих елементів: платина - іридій - осмій. Але коли Д. І. Менделєєв створював свою періодичну систему, йому доводилося ретельно перевіряти, уточнювати, а часом і виправляти атомні ваги багатьох елементів. Одному проробити всю цю роботу було нелегко, тому Менделєєв залучав до роботи інших хіміків. Так, коли йому відрекомендували Ю.В. Лермонтова, яка була не тільки родичкою великого поета, але і висококваліфікованим хіміком, учений попросив її уточнити атомні ваги платини, іридію та осмію, оскільки вони викликали у нього великий сумнів.
На його думку, найменший атомний вагу мав бути у осмію, а найбільший - у платини. Серія точних експериментів, проведених Лермонтова, підтвердила правоту творця періодичного закону. Тим самим було визначено нинішнє розташування елементів у цій тріаді - все стало на своє місце.
Осмій має рекордну щільність серед всіх мешканців періодичної системи - 22,5 г/см3. Щоб врівноважити гирку з цього металу, знадобиться понад 40 таких же за обсягом гирьок з його антипода-літію.
Якщо звичайну пляшку заповнити порошком осмію, то вона буде важче відра з водою.
Але яким би унікальним не здавалося це якість осмію, поки воно практично не використовується в техніці. На відміну від тугоплавкої, твердості, міцності і інших дійсно цінних властивостей металів, велика щільність не приносить лаврів її власникові. Аналогію можна знайти і в житті: люди завжди цінували силу, швидкість, спритність, а гігантський вага або зростання людини лише викликають здивування і сумнівний інтерес.
Втім, у осмію є й такі ділові якості, які не можуть не викликати поваги до нього. Не випадково, він найдорожчий з усіх благородних металів, хоч і найменш "благородний" з них (ви вже знаєте, що мелкораздробленной осмій не в силах протистояти кисню повітря навіть при кімнатній температурі, в той час як його "родичі" славляться перш за все своєю незвичайною хімічної стійкістю). Тим не менш, якщо у 1966 році платина цінувалася на світовому ринку в 4,3 рази дорожче за золото, а іридій в 5,3 рази, то аналогічний коефіцієнт для осмію дорівнював 7,5. Багато в чому винна в цьому природа, яка не тільки не накопичила запаси осмію, а й примудрилася так заховати наявні в неї крихти цього елемента (5 * 10-6% маси земної кори), що видобуток їх влітає в копієчку. Якщо світове виробництво більшості металів обчислюється тисячами і навіть мільйонами тонн, то для осмію рахунок йде на кілограми.
Одне з головних достоїнств осмію - його дуже висока твердість; в цьому з ним можуть конкурувати деякі метали. Ось чому при створенні сплавів з найвищою зносостійкістю до їх складу вводять осмій. Авторучки із золотим пером - не рідкість. Але ж золото - досить м'який метал, а перу за довгі роки роботи припадає по волі господаря пройти по паперу довгі кілометри шляху. Звичайно, папір - не напилок і не наждак, однак витримати таке випробування можуть лише деякі метали. І все ж кінчики пір'я справляються з цією важкою роллю. Як? Секрет простий: їх зазвичай виготовляють із сплавів осмію з іншими платиноїдів, найчастіше з уже відомого вам осмірідія. Без перебільшення можна сказати, що перу, "броньованого" осміем, зносу немає.
Виняткова твердість, хороша корозійна стійкість, високий опір зношування, відсутність магнітних властивостей роблять осмірідій прекрасним матеріалом для вістря компасної стрілки, осей і опор найточніших вимірювальних приладів і годинникових механізмів. З нього виготовляють ріжучі кромки хірургічних інструментів, різців для художньої обробки слонової кістки.
Те, що осмій і іридій часто "виступають дуетом" - у вигляді природного сплаву, пояснюється не лише цінними властивостями осмірідія. але і волею долі, побажала, щоб в земній корі ці елементи були пов'язані надзвичайно міцними узами. У вигляді самородків ні той, ні інший метал в природі не виявлені, зате осмістий іридій та ірідістий осмій - добре відомі мінерали (називаються вони відповідно невьянськит і сисертськит): у першому переважає іридій, у другому - осмій.
Іноді ці мінерали зустрічаються самостійно, але частіше входять до складу самородної платини. Поділ її на компоненти (так званий афінаж) - процес, що включає багато стадій, на одній з яких осмірідій випадає в осад. І ось, чи не найскладніше і дороге у всій цій "історії" - розлучити осмій і іридій. Але найчастіше в цьому і немає необхідності: як ви вже знаєте, сплав широко застосовують в техніці, а коштує він значно дешевше, ніж, наприклад, чистий осмій. Адже для того, щоб виділити цей метал зі сплаву, потрібно провести стільки хімічних операцій, що одне їх перерахування зайняло б багато місця. Кінцевий продукт довгої технологічного ланцюга - металевий осмій чистотою 99,9%.
Поряд з твердістю, відомо ще одне достоїнство осмію - тугоплавкість.
По температурі плавлення (близько 3000 еС) він перевершив не тільки своїх благородних побратимів - платиноїдів, але й переважна більшість інших металів. Завдяки своїй тугоплавкости осмій потрапив в біографію електричної лампочки: ще в ті часи, коли електрика доводило свою перевагу перед іншим джерелом світла - газом, німецький вчений К. Ауер фон Вельсбах запропонував замінити в лампі розжарювання вугільний волосок осмієва. Лампи стали споживати в три рази менше енергії і давали приємний, рівне світло. Але на цьому відповідальному посту осмій довго не протримався: спочатку його змінив менш дефіцитний тантал, проте незабаром і той змушений був поступитися місцем самому тугоплавкого з тугоплавких - вольфраму, який до цього дня несе свою вогняну вахту.
Щось подібне сталося з осміем і в іншій сфері його застосування - у виробництві аміаку. Сучасний спосіб синтезу цієї сполуки, запропонований ще в 1908 році відомим німецьким хіміком Фріцем Габером немислимий без участі каталізаторів. Перші каталізатори, які використовувалися для цієї мети, виявляли свої здібності лише при високих температурах (вище 700 еС), та до того ж вони були не дуже ефективні.
Спроби знайти їм заміну довго ні до чого не приводили. Нове слово в удосконаленні цього процесу сказали вчені лабораторії Вищої технічної школи в Карлсруе: вони запропонували застосовувати в якості каталізатора тонкорозпилену осмій. (До речі, будучи вельми твердим, осмій в той же час дуже крихкий, тому губку цього металу можна без великих зусиль роздробити і перетворити в порошок.) Промислові досліди показали, що гра варта свічок: температуру процесу вдалося знизити більш ніж на 100 градусів, та і вихід готової продукції помітно зріс.
Незважаючи на те що в подальшому осмію довелося і тут зійти зі сцени (зараз, наприклад, для синтезу аміаку використовують недорогі, але ефективні залізні каталізатори), можна вважати, що саме він зрушив важливу проблему з мертвої точки. Каталітичну діяльність осмій продовжує і в наші дні: застосування його в реакціях гідрогенізації органічних речовин дає відмінні результати. Цим, в першу чергу обумовлений великий попит на осмій з боку хіміків: на хімічні потреби витрачається майже половина його світового видобутку.
Елемент ј 76 представляє чималий інтерес і як об'єкт наукових досліджень. Природний осмій складається з семи стабільних ізотопів з масовими числами 184, 186-190 і 192. Цікаво, що чим менше масове число ізотопу цього елемента, тим менш він поширений: якщо на частку самого важкого ізотопу (осмію-192) припадає 41%, то найлегший із семи "братів" (осмій-184) у своєму розпорядженні лише 0,018% загальних "запасів ". Оскільки ізотопи відрізняються один від одного тільки масою атомів, а за своїми фізико-хімічними "нахилам" вони дуже схожі між собою, то розділити їх дуже складно. Саме тому навіть "крихти" ізотопів деяких елементів стоять надзвичайно дорого: так, кілограм осмію-187 оцінюється на світовому ринку в 14 мільйонів доларів. Правда, останнім часом вчені навчилися "розлучати" ізотопи за допомогою лазерних променів, і є надія, що незабаром ціни на ці "товари неширокого споживання" будуть помітно знижені.
Подібно до інших платиновим металів, осмій проявляє декілька валентностей. Найбільш часто зустрічаються сполуки, де осмій чотирьох-і шестівалентен, однак при взаємодії з киснем він зазвичай "пускає в хід" всі вісім своїх валентних зв'язків.
З сполук осмію найбільше практичне значення має його чотириокис (так-так, та сама, якій елемент так "зобов'язаний" своєю назвою). У ролі каталізатора вона виступає при синтезі деяких лікарських препаратів. У медицині та біології її використовують як фарбувальний засіб при мікроскопічному дослідженні тварин і рослинних тканин. Слід пам'ятати, що нешкідливі на вигляд блідо-жовті кристали четирехокісі осмію - сильна отрута, дратівливий шкіру і слизові оболонки, шкідливо діє на очі.
Примітна особливість четирехокісі осмію: її розчинність в органічних рідинах значно вище, ніж у воді. Так, при звичайних умовах в склянці води розчиняється всього 14 грамів цієї речовини, а в склянці чотирихлористого вуглецю більше 700 грамів.
В атмосфері сірчаних парів порошок осмію спалахує, як сірник, утворюючи сульфід. Всеїдний фтор при кімнатній температурі не заподіює осмію ніякого "шкоди", але при нагріванні до 250-300 С утворюється ряд фторидів. З тих пір як у 1913 році вперше були отримані два летючих фториду осмію, вважалося, що їх формули OsF6 і OsF8. Але в 1958 році з'ясувалося, що фторид OsF8, майже півстоліття "прожив" в хімічній літературі, насправді ніколи не існував, а зазначені з'єднання відповідають формулам OsF5 і OsF6. Порівняно недавно вченим вдалося отримати ще один фторид OsF7, який при нагріванні вище 100 С розпадається на OsF6 і елементарний фтор.
Окис осмію використовують в якості чорного барвника для живопису по фарфору: солі цього елемента застосовують в мінералогії як сильні травители. Більшість же осмієва сполук, в тому числі різноманітні комплекси (осмій проявляє притаманну всім платиновим металів здатність до утворення комплексних сполук), а також його сплави (крім вже відомого осмірідія і деяких сплавів з іншими платиноїдів, вольфрамом і кобальтом), поки "нудиться" в очікуванні підходящої роботи.
Можна не сумніватися, що найближчим часом питання їх "працевлаштування" буде вирішене і вони заговорять про себе в повний голос. Та й сам осмій ще не сказав останнього слова.
А поки інженери і вчені шукають економічно вигідні шляхи розширення виробництва цього цінного металу, вишукують нові джерела його отримання. Важливі роботи в цьому напрямку були проведені на Норильському гірничо-металургійному комбінаті імені А. П. Завенягіна. Металурги знали, що в мідно-нікелевих рудах, що надходять на комбінат, є метали платинової групи, включаючи осмій. Але оскільки кількість його в руді було мізерним, на нього не звертали уваги, намагаючись отримати лише якомога більше міді та нікелю.
"Чому б не спробувати попутно витягувати цей благородний метал", - задумалися кілька років тому вчені дослідно-дослідного центру комбінату. Завдання, яке вони поставили перед собою, була дуже складною: потрібно дізнатися, як веде себе осмій на різних стадіях переробки сировини, визначити місця його найбільших скупчень, з'ясувати, на якому етапі виробничого процесу він втрачається, потрапляючи потім у відходи. Для цього потрібно було виконати безліч складних аналізів на кожній ділянці технологічного ланцюжка.
Але ось ця частина завдання вирішено. Тепер треба було створити технологію уловлювання осмію з металургійних газів, спроектувати, виготовити та змонтувати промислову установку, яка повинна була стати пасткою для осмію. І з цими проблемами працівники комбінату впоралися успішно: в асортименті продукції заполярного підприємства з'явився осмієва концентрат.
Отриманий в Норильську концентрат надходить потім "на материк", де народжується чистий осмій - один з найбільш дефіцитних у наші дні металів.