osmium

eiendommer
Som regel
Navn , symbol , atomnummer Osmium, Os, 76
Elementkategori Overgangsmetaller
Gruppe , periode , blokk 8 , 6 , d
Se blågrå
CAS-nummer 7440-04-2
EF-nummer 231-114-0
ECHA InfoCard 100.028.285
Massedel av jordens konvolutt 0,01 ppm
Atomisk
Atommasse 190,23 (3) u
Atomeradius (beregnet) 130 (185) pm
Kovalent radius 128 pm
Elektronkonfigurasjon [ Xe ] 4 f 14 5 d 6 6 s 2
1. Ioniseringsenergi 8. plass.43823 (20) eV814.17 kJ / mol
2. Ioniseringsenergi 17..0 (1,0 eV)1 640 kJ / mol
3. Ioniseringsenergi 25.0 (1,6) eV2 410 kJ / mol
4. Ioniseringsenergi 41.0 (1,7 eV)3 960 kJ / mol
5. Ioniseringsenergi 55.0 (1,9) eV5 310 kJ / mol
Fysisk
Fysisk tilstand fast
Krystallstruktur sekskantet
tetthet 22,59 g / cm 3
Mohs hardhet 7.
magnetisme paramagnetisk ( Χ m = 1,5 · 10 −5 )
Smeltepunkt 3400 ± 50 K (ca. 3130 ° C)
kokepunkt 5273 K (5000 ° C)
Molar volum 8,42 10 −6 m 3 mol −1
Fordampningsvarme 678 kJ / mol
Fusjonsvarme 31,8 kJ mol −1
Damptrykk 2,52 Pa ved 3300 K.
Lydens hastighet 4940 m s −1 ved 293.15 K.
Spesifikk varmekapasitet 130 J kg −1 K −1
Elektrisk ledningsevne 10,9 · 10 6 A · V −1 · m −1
Termisk ledningsevne 88 W m −1 K −1
Kjemisk
Oksidasjonstilstander −2, 0, 2, 3, 4 , 6, 8
Normalt potensiale 0,85 V (OsO 4 + 8H + + 8e -
→ Os + 4H 2 O)
Elektronegativitet 2.2 ( Pauling skala )
Isotoper
isotop NH t 1/2 ZA ZE (M eV ) ZP
184 Os 0,02% Stabil
185 Os {syn.} 93,6 d ε 1.013 185 Re
186 Os 1,58% > 2,0 · 10 15 a α 2.822 182 W.
187 Os 1,6% Stabil
188 Os 13,3% Stabil
189 Os 16,1% Stabil
190 Os 26,4% Stabil
191 Os {syn.} 15,4 d β - 0,314 191 Ir
192 Os 41,0  % Stabil
For andre isotoper se liste over isotoper
NMR- egenskaper
  Spin
quantum
nummer jeg
γ i
rad · T −1 · s −1
E r  ( 1 H) f L ved
B = 4,7 T
i MHz
187 Os 1/2 6.161 · 10 6 1.22 · 10 −5 4.61
189 Os 3/2 2.076 · 10 7 0,00234 15.5
sikkerhetsinstruksjoner
GHS faremerking

pulver

02 - Meget / ekstremt brannfarlig 05 - Etsende 07 - Forsiktig

fare

H- og P-setninger H: 228-315-318-335
P: 210-261-280-302 + 352-305 + 351 + 338
Så langt som mulig og vanlig, brukes SI-enheter .
Med mindre annet er oppgitt, gjelder opplysningene standardbetingelser .

Osmium ( lytte ? / I ) er et kjemisk grunnstoff med grunnstoffsymbolet Os og atomnummer 76; i det periodiske systemet av elementene er det i den 8. gruppen, jerngruppen . Det er et hardt, sprøtt, stålblått overgangsmetall og tilhører platinametallene . Med 462 GPa, har osmium den høyeste kompresjonsmodulen for alle elementer, bare overgått av aggregerte diamantnanostaver , og med 22,6 g / cm 3 den høyeste tettheten . Lydfil / lydeksempel

Biologiske funksjoner til osmium er ikke kjent i mennesker eller andre organismer . Teknisk sett brukes osmium bare på grunn av den høye prisen når holdbarhet og hardhet er avgjørende.

historie

Osmium, den tyngste homologen til den 8. gruppen i det periodiske systemet, ble oppdaget i 1804 av Smithson Tennant sammen med iridium i resten av platina oppløst i aqua regia . Navnet "osmium" kommer fra den reddikslignende lukten ( gammelgresk ὀσμή osmē "lukt, stank") av den lave konsentrasjonen av flyktig tetroksid . De to franske kjemikerne Louis-Nicolas Vauquelin og Antoine-François de Fourcroy oppdaget dette metallet i platina samtidig og kalte det ptène .

Den første viktige bruken av metallet var dets bruk som materiale for filamenter i glødelamper av Carl Auer von Welsbach på begynnelsen av det 20. århundre . Navnet på Osram- selskapet er avledet fra metallene osmium og wolfram som brukes til dette formålet . I applikasjonen hadde imidlertid bruken av osmium noen ulemper. I tillegg til den høye prisen, var den vanskelige behandlingen et spesielt problem. Osmium er sprøtt og kan ikke trekkes i tråder. Derfor ble filamentene laget ved å spraye en osmiumholdig pasta og deretter brenne av de organiske komponentene. Trådene som ble oppnådd på denne måten var imidlertid for tykke for høye spenninger og også følsomme for vibrasjoner og svingninger i spenningen. Etter kort tid ble de først erstattet av tantal og til slutt av wolfram.

Hendelse

Naturlig osmium (to krystaller smeltet sammen) fra en elveleie på Hokkaidō

Med en andel på 1 · 10 −8 i jordskorpen er osmium veldig sjelden. Det er nesten alltid med de andre platinametallene ruthenium , rodium , iridium , palladium og platina sosialisert . Osmium finnes ofte i fast form , men også i bundet form som sulfid , selenid eller tellurid .

Når det gjelder osmiumforekomster, skilles det mellom primære og sekundære forekomster. Primære innskudd er kobber , nikkel , krom eller jern- malmer , som inneholder små mengder av platinametaller i bundet form. Det er ingen frittstående osmiummalmer. I tillegg til disse malmene er det sekundære avsetninger eller såpeavsetninger der osmium og de andre platinametallene forekommer naturlig. Metallene ble vasket ut av vannet etter forvitring og har på grunn av sin høye tetthet samlet seg på passende steder (se gull ). Osmium forekommer hovedsakelig i de naturlige legeringene Osmiridium og Iridosmium , som i tillegg til osmium hovedsakelig inneholder iridium og er differensiert i henhold til deres dominerende komponent.

De viktigste avsetningene er platinametallrike nikkelmalmer i Canada ( Sudbury , Ontario ), Russland ( Ural ) og Sør-Afrika ( Witwatersrand ). Sekundære forekomster ligger ved foten av Ural, i Colombia , Etiopia og Borneo .

Osmium som mineral

Siden omdefinering av platinagruppens mineraler og legeringer av Donald C. Harris og Louis J. Cabri i 1991, er alle sekskantede legeringer med Os som hovedelement adressert som osmium i det ternære systemet Os-Ir-Ru. Navnene på blandede krystallminer iridosmin , osmiridium og rutheniridosmium som tidligere ble brukt parallelt , ble diskreditert tilsvarende og regnes nå som varianter av osmium.

Siden denne omdefinisjonen har osmium blitt anerkjent som et uavhengig mineral av International Mineralogical Association (IMA). I følge systematikken til mineraler i henhold til Strunz (9. utgave) er osmium klassifisert under systemnr. 1.AF.05 (grunnstoffer - metaller og intermetalliske forbindelser - platinagruppeelementer (PGE) - ruthenium-gruppe) ( 8. utgave : Osmium-serien I / A.05a ). Systematikken til mineraler i følge Dana , som hovedsakelig brukes i engelskspråklige land , viser elementet mineral under systemnr. 02/01/02/01

Totalt er mer enn 200 lokaliteter for verdig osmium og dets varianter kjent over hele verden (fra og med 2017).

Utvinning og presentasjon

Osmium krystallklynger dyrket av kjemiske transportreaksjoner i gassfasen

Produksjonen av osmium er kompleks og foregår i løpet av ekstraksjonen av andre edle metaller som gull eller platina . Prosessene som brukes til dette bruker de forskjellige egenskapene til de enkelte edle metaller og deres forbindelser, hvor elementene gradvis skilles fra hverandre.

Malmer som inneholder edle metaller eller anodeslam fra nikkel- eller gullgruvedrift , brukes som utgangsmateriale . Malmen oppløses først i aqua regia . Gull, palladium og platina går i oppløsning, de andre platina metaller og sølv blir igjen. Sølvet reagerer opprinnelig og danner uoppløselig sølvklorid , som kan fjernes med blykarbonat og salpetersyre (dannelse av sølvnitrat ). Rodium kan oppløses og skilles fra som rodium (III) sulfat ved smelting med natriumhydrogensulfat og påfølgende utvasking . Deretter smeltes den gjenværende resten med natriumperoksyd , hvorved osmium og ruthenium oppløses og det uoppløselige iridium forblir. Når denne løsningen behandles med klor, dannes de flyktige stoffene rutheniumtetroxide og osmium tetroxide . Når alkoholholdig kaustisk brus tilsettes, oppløses bare osmiumtetroksid og kan skilles fra ruthenium på denne måten. Osmiumet blir utfelt som et kompleks med ammoniumklorid og til slutt redusert til metallisk osmium med hydrogen :

Osmium er bare oppnådd i svært små mengder, produksjonsmengden er rundt 100 kg per år over hele verden.

eiendommer

Fysiske egenskaper

Krystallstruktur av Os, a = 273,5 pm, c = 431,9 pm
Osmium som en smeltende perle

Metallisk osmium er et tungmetall som skinner selv ved høyere temperaturer og har en stålblå farge. Den krystalliserer i en sekskantet tettpakning av kuler i romgruppen P 6 3 / mmc (romgruppe nr. 194) med gitterparametrene a = 273,5 pm, c = 431,9 pm og to formelenheter per enhetscelle.Mal: romgruppe / 194

Osmium er det elementet med høyest tetthet før iridium . Krystallografiske beregninger viser for osmium 22,59 g / cm 3 og for iridium 22,56 g / cm 3 i det naturlige isotopforholdet . Dette gjør osmium til det tetteste naturlig forekommende elementet på jorden.

Av alle platinametaller har osmium det høyeste smeltepunktet og det laveste damptrykket . Dens trykk-modul på 462  GPa er blant de høyeste av alle kjente elementer og forbindelser; Dette gjør den enda mindre komprimerbar enn diamant med 443  GPa , bare aggregerte diamantnanoroder er enda vanskeligere (opptil 491 GPa ). Under overgangstemperaturen på 0,66 K blir osmium en superleder .

Kjemiske egenskaper

Osmium er en av edle metaller og er derfor inert. Det reagerer bare direkte med ikke-metaller fluor , klor og oksygen . En reaksjon mellom oksygen og kompakt osmium skjer bare når det er rød varme . Avhengig av reaksjonsforholdene dannes osmiumtetroksid (mindre høye temperaturer, høyt oksygentrykk) eller osmiumtrioksid (bare stabilt i gassfasen). Finfordelt osmium danner spor av svært giftig osmiumtetroksid selv ved romtemperatur.

Osmium er uoppløselig i ikke-oksiderende mineralsyrer , selv aqua regia kan ikke oppløse osmium ved lave temperaturer. Imidlertid kan sterke oksidasjonsmidler som konsentrert salpetersyre og varm svovelsyre så vel som alkalisk oksidasjonsmelter som natriumperoksid og kaliumkloratsmelt angripe osmium.

Isotoper

Totalt er 34 isotoper og 6 kjernefysiske isomerer kjent av osmium , hvorav de syv isotoper med massene 184, 186, 187, 188, 189, 190 og 192 forekommer naturlig. 192 Os er den vanligste isotopen med en andel på 40,78% naturlig osmium, 184 Os den sjeldneste med 0,02%. 186 Os er den eneste av de naturlige isotoper som er radioaktive , men med en halveringstid på over 2 quadrillion år er den bare svak. I tillegg til disse er det ytterligere 27 kortvarige isotoper fra 162 Os til 196 Os, som i likhet med de kortvarige atomisomerer bare kan produseres kunstig.

De to isotopene 187 Os og 189 Os kan brukes til magnetresonansbildebehandling . Av kunstige nuklider brukes 185 Os (halveringstid 96,6 dager) og 191 Os (15 dager) som sporstoffer . Forholdet mellom 187 Os og 188 Os kan brukes i rhenium-osmium kronometre for å bestemme alderen på jernmeteoritter , siden 187 Re sakte forfaller til 187 Os ( halveringstid : 4,12 · 10 10  år).

bruk

Osmium-oppsamlingsstenger (laget av presset og sintret pulver) foran jern- og aluminiumsstenger med samme vekt (1 troy unse hver  ). Forskjellen i størrelse illustrerer de forskjellige tetthetene til disse elementene.

På grunn av dens sjeldenhet, den kompliserte produksjonsprosessen og den tilhørende høye prisen på 1500 EUR per gram, er det relativt få tekniske applikasjoner for elementet . På grunn av den høye toksisiteten til oksidene, brukes osmium sjelden i ren tilstand. Harde osmiumholdige legeringer av platinametaller brukes i slipende og slitasje- applikasjoner, slik som i spissene på fontene, fonografiske skannepinner, sjakter og tenner i instrumentkonstruksjon og elektriske kontakter . En legering av 90% platina og 10% osmium behandles til medisinske implantater og kunstige hjerteklaffer og brukes i pacemakere . Noen ganger brukes osmium som en katalysator for hydrogenering . Osmium ble også brukt i en legering med wolfram i glødetrådene til Osram- pærer.

bevis

Mulig bevis på osmium kan gjøres via osmiumtetroksid. Et enkelt bevis, men ikke anbefalt på grunn av dets toksisitet, vil være via den karakteristiske lukten til osmiumtetroksid. Imidlertid er kjemiske bevis også mulig. En prøve som inneholder osmium bringes sammen på filterpapir med en benzidin- eller kaliumheksacyanoferratoppløsning . Med benzidin blir papiret fiolett i nærvær av osmiumtetroksid, med kaliumheksacyanoferrat lysegrønt.

I moderne analyse er dette beviset ikke lenger viktig; I dag kan osmium ikke bare påvises ved hjelp av instrumentelle metoder som nøytronaktiveringsanalyse , voltammetri , atomspektrometri eller massespektrometri , men også kvantitativt bestemt med høy nøyaktighet . Den NMR-spektroskopi og røntgendiffraksjon muligstrukturanalyse av organisk og uorganisk osmium.

sikkerhetsinstruksjoner

Metallisk osmium er ufarlig.

Osmiumtetroksid er giftig. Støv kan forårsake lungeirritasjon med hyperemi opp til lungeødem og føre til hud- eller øyeskader. Siden små mengder osmiumtetroksid alltid dannes i luften fra pulverisert metallisk osmium, anbefales det også forsiktighet med denne formen for elementet.

Metallisk osmium er svært brannfarlig som et findelt pulver eller støv , men ikke brannfarlig i kompakt form. For å slukke osmiumbranner, må metallslukkere (klasse D) eller slukkepulver brukes. Det må under ingen omstendigheter brukes vann på grunn av eksplosjonsfare fra det produserte hydrogenet .

lenker

Forbindelser og komplekser i oksidasjonstilstand fra −II til + VIII er kjent, den mest stabile oksidasjonstilstanden er + IV. Osmium, sammen med ruthenium og xenon, er et av de få elementene som når den høyeste kjente oksidasjonstilstanden + VIII. Osmium danner forbindelser med de fleste ikke-metaller som oksider , halogenider , sulfider , tellurider og fosfider .

Osmium tetroksid

Osmiumtetroksid OsO 4 er den best kjente forbindelse med osmium og en av de få stabile forbindelser hvori osmium har den + VIII oksidasjonstilstand . Forbindelsen dannes ved virkningen av oksidasjonsmidler som salpetersyre på metallisk osmium. Det er et flyktig fast stoff som har en veldig sterk oksiderende effekt. I motsetning til mange andre oksidasjonsmidler kan reaksjonen foregå under stereokjemisk kontroll. På grunn av disse egenskapene har forbindelsen funnet noen bruksområder til tross for høy giftighet og høy pris. Osmiumtetroksid brukes ofte bare i katalytiske mengder.

Den brukes til fiksering og kontrastforbedring av lipider (fett) og cellemembraner i elektronmikroskopi og for å sikre bevis ( fingeravtrykk ). I organisk kjemi brukes det som et oksidasjonsmiddel for cis- hydroksylering av alkener til vicinale dioler og i Jacobsen-Katsuki-reaksjonen eller i Sharpless epoxidation for stereoselektiv epoxidation.

Andre osmiumforbindelser

Med oksygen, osmium former ytterligere forbindelser, oksidene osmium trioksyd OsO 3 og osmium-dioksyd OsO 2 . Osmiumtrioksid er bare stabilt i gassfasen, mens osmiumdioksid er et stabilt, høyt smeltende fast stoff med rutilstruktur .

Et stort antall forbindelser er kjent med halogenene fluor , klor , brom og jod . De mulige oksidasjonstilstandene til osmium varierer fra + VII for osmium (VII) fluor til + I for osmium (I) jodid .

Videre er forbindelser med arsen og svovel kjent, som også forekommer i naturen og er anerkjent som mineraler erlichmanite (OsS 2 ), osarsite (OsAsS) og omeiite (OsAs 2 ).

Komplekse forbindelser

I tillegg til disse forbindelsene, er mange komplekse forbindelser kjent. Osmatene , anioniske komplekser av osmium , er avledet fra osmiumtetroksydet . Mange komplekser i forskjellige oksidasjonstilstander er også kjent med andre ligander som ammoniakk , karbonmonoksid , cyanid og nitrogenmonoksid . Den osmium kompleks osmocene , som hører til de metallocener kan bli dannet med organiske ligander slik som cyklopentadien . I tillegg til klassiske komplekser, der hver metall-ligandbinding kan bestemmes tydelig, er det også ikke-klassiske komplekser. Disse har metallklynger som består av flere osmiumatomer. Den spesifikke formen kan bestemmes ved hjelp av Wade-reglene .

litteratur

weblenker

Commons : Osmium  - album med bilder, videoer og lydfiler
Wiktionary: Osmium  - forklaringer på betydninger, ordets opprinnelse, synonymer, oversettelser

Individuelle bevis

  1. a b Harry H. Binder: Leksikon av de kjemiske elementene. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3 .
  2. Verdiene til atom- og fysiske egenskaper (infoboks) er (med mindre annet er oppgitt) hentet fra www.webelements.com (osmium) .
  3. CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013 .
  4. a b c d e entry on osmium in Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. and NIST ASD Team (2019): NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1) . Red.: NIST , Gaithersburg, MD. doi : 10.18434 / T4W30F ( https://physics.nist.gov/asd ). Hentet 13. juni 2020.
  5. a b c d e Entry on osmium at WebElements, https://www.webelements.com , åpnet 13. juni 2020.
  6. a b J. W. Arblaster: Densiteter av Osmium og Iridium. I: Platinum Metals Review. 33, 1, 1989, s. 14-16; ( Fulltekst ; PDF; 209 kB).
  7. Robert C. Weast (red.): CRC Handbook of Chemistry and Physics . CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9 , s. E-129 til E-145. Verdiene der er basert på g / mol og gitt i cgs-enheter. Verdien spesifisert her er SI-verdien beregnet ut fra den, uten en måleenhet.
  8. JW Arblaster: Hva er Osmiums sanne smeltepunkt? I: Platinum Metals Review. 49, 4, 2005, s. 166-168; ( Fulltekst ; PDF; 610 kB); doi: 10.1595 / 147106705X70264 .
  9. a b Yiming Zhang, Julian RG Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values ​​for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. I: Journal of Chemical & Engineering Data . 56, 2011, s. 328-337, doi: 10.1021 / je1011086 .
  10. a b c Oppføring på osmium, pulver i GESTIS stoffdatabase til IFA , åpnet 9. april 2020. (JavaScript kreves)
  11. ^ Rolf Haubrichs, Pierre-Léonard Zaffalon: Osmium vs. 'Ptène': Naming of the Densest Metal . I: Johnson Matthey Technology Review . Nei. 61 , 2017, doi : 10.1595 / 205651317x695631 ( matthey.com ).
  12. Glødelampe på Wissen.de
  13. 100 år med Osram. September 2006 (PDF; 4,9 MB), s. 16.
  14. ^ Hans Breuer: dtv-Atlas Chemie. Volum 1, 9. utgave. dtv-Verlag, 2000, ISBN 3-423-03217-0 .
  15. Donald C. Harris, Louis J. Cabri: Nomenklatur for legeringer av platina-gruppe-element: gjennomgang og revisjon . I: Den kanadiske mineralogen . teip 29 , 1991, s. 231–237 ( rruff.info [PDF; 738 kB ; åpnet 1. januar 2018]).
  16. IMA / CNMNC Liste over mineralnavn; Juli 2019 (PDF 1,67 MB; osmium se s. 144)
  17. IMA / CNMNC Liste over mineralnavn; 2009 (PDF 1,8 MB, osmium se s. 211).
  18. Webmineral - Mineraler arrangert av New Dana-klassifiseringen. 02/01/02 Osmium-gruppe (Space Group P63 / mmc)
  19. Finn stedsliste for osmium i Mineralienatlas og Mindat
  20. a b K. Schubert: En modell for krystallstrukturene til de kjemiske elementene. I: Acta Crystallographica. B30, 1974, s. 193-204; doi: 10.1107 / S0567740874002469 .
  21. Osmium er stivere enn diamant . I: Fysisk gjennomgangsfokus. 27. mars 2002.
  22. Fysiske egenskaper til osmium på webelements.com (engl.)
  23. Jane E. Macintyre: Dictionary of uorganiske forbindelser . CRC Press, 1992, ISBN 978-0-412-30120-9 , pp. 3689 ( begrenset forhåndsvisning i Google Book Search).
  24. a b c d G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, AH Wapstra: NUBASE-evalueringen av kjernefysiske egenskaper og forfall. I: Nuclear Physics. Volum A 729, 2003, s. 3-128. doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001 . ( PDF ; 1,0 MB).
  25. JL Birck, M. Roy-Barman, CJ Allegre: The Rhenium Osmium Chronometer: The Iron Meteorites Revisited. I: Meteoritics. 26, 1991, s. 318; (Fulltekst) ; Fortrykk .
  26. Råvarevurdering - Platinum Group Metals . I: Deutsche Rohstoffagentur (Hrsg.): DERA råstoffinformasjon . Nei. 26 . Berlin 2014, ISBN 978-3-943566-20-8 , pp. 44 .
  27. NA Tananaeff, AN Romanyuk: Tüpfelmethode for påvisning av osmium . Analytisk laboratorium ved Kiev Industrial Institute, 1936.
  28. Seo JH, Sharma M, Osterberg EC, Jackson BP: Bestemmelse av osmiumkonsentrasjon og isotopkomposisjon på ultralavt nivå i is og snø. , Anal Chem. 2018 1. mai; 90 (9): 5781-5787, PMID 29627976
  29. AIG McLaughlin, R. Milton, Kenneth MA Perry: Giftige manifestasjoner av osmiumtetroksid . I: British Journal of Industrial Medicine . teip 3 , nei. 3. juli 1946, s. 183-186 , PMID 20991177 , PMC 1035752 (fri fulltekst).
  30. Dataark Osmium (PDF) fra Merck , åpnet 19. januar 2011.
  31. Malcolm Back, William D. Birch, Michel Blondieau og andre: The New IMA List of Minerals - A Work in Progress - Oppdatert: Mars 2020. (PDF; 2.44 MB) In: cnmnc.main.jp. IMA / CNMNC, Marco Pasero, mars 2020, åpnet 18. april 2020 .
Denne artikkelen ble lagt til listen over gode artikler 10. oktober 2007 i denne versjonen .