Osmium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Os und Atomnummer 76. Es ist ein hartes, sprödes, blau-graues oder dunkelblaues Übergang-Metall in der Platin-Familie und ist das dichteste natürliche Element, mit einer Dichte (ein bisschen größer als dieses des Iridiums und zweimal mehr als das der Leitung). Es wird in der Natur als eine Legierung größtenteils in Platin-Erzen gefunden; seine Legierung mit Platin, Iridium und anderen Platin-Gruppenmetallen wird in Füllfederhalter-Tipps, elektrischen Kontakten und anderen Anwendungen verwendet, wo äußerste Beständigkeit und Härte erforderlich sind.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Osmium hat eine blau-graue Tönung und ist das dichteste stabile Element, das ein bisschen dichter ist als Iridium. Berechnungen der Dichte von den Röntgenstrahl-Beugungsdaten können die zuverlässigsten Daten für diese Elemente erzeugen, einen Wert für das Iridium gegen für das Osmium gebend. Die hohe Speicherdichte des Osmiums ist eine Folge der lanthanide Zusammenziehung.

Osmium ist ein hartes, aber sprödes Metall, das glänzend sogar bei hohen Temperaturen bleibt. Es hat eine sehr niedrige Verdichtbarkeit. Entsprechend ist sein Hauptteil-Modul äußerst hoch, hat zwischen und, der Rivalen dieser des Diamanten berichtet. Die Härte des Osmiums ist daran gemäßigt hoch. Wegen seiner Härte, Brüchigkeit, niedriger Dampf-Druck (das niedrigste von den Platin-Gruppenmetallen), und sehr hoher Schmelzpunkt (das vierte im höchsten Maße aller Elemente), ist festes Osmium zur Maschine, Form oder Arbeit schwierig.

Chemische Eigenschaften

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Osmium bildet Zusammensetzungen mit Oxydationsstaaten im Intervall von 2 zu +8. Die allgemeinsten Oxydationsstaaten sind +2, +3, +4, und +8. Der +8 Oxydationsstaat ist bemerkenswert, um das höchste zu sein, das durch jedes chemische Element, und beiseite vom Osmium erreicht ist, wird nur in xenon, Eisen, Ruthenium, Hassium und Plutonium gestoßen. Die Oxydation setzt 1 und 2 vertretene durch die zwei reaktiven Zusammensetzungen fest und wird in der Synthese von Osmium-Traube-Zusammensetzungen verwendet.

Die allgemeinste Zusammensetzung, die den +8 Oxydationsstaat ausstellt, ist Osmium tetroxide. Diese toxische Zusammensetzung wird gebildet, wenn bestäubtes Osmium ausgestellt wird, um zu lüften, und ein sehr flüchtiger, wasserlöslicher, blaßgelber, kristallener Festkörper mit einem starken Geruch ist. Osmium-Puder hat den charakteristischen Geruch nach dem Osmium tetroxide. Osmium tetroxide bildet roten osmates nach der Reaktion mit einer Basis. Mit Ammoniak bildet es den nitrido-osmates. Osmium tetroxide kocht an 130 °C und ist ein mächtiger Oxidieren-Agent. Im Vergleich ist Osmium-Dioxyd (OsO) schwarz, unvergänglich, und viel weniger reaktiv und toxisch.

Nur zwei Osmium-Zusammensetzungen haben Hauptanwendungen: Osmium tetroxide, um Gewebe in der Elektronmikroskopie und für die Oxydation von alkenes in der organischen Synthese und den unvergänglichen osmates für organische Oxydationsreaktionen zu beschmutzen.

Osmium heptafluoride (OsF) und Osmium pentafluoride (OsF) sind bekannt, aber Osmium trifluoride (OsF) ist noch nicht synthetisiert worden. Die niedrigeren Oxydationsstaaten werden durch die größeren Halogene stabilisiert, so dass die trichloride, tribromide, triiodide, und sogar diiodide bekannt sind. Der Oxydationsstaat +1 ist nur für das Osmium iodide (OsI) bekannt, wohingegen mehrere carbonyl Komplexe des Osmiums, wie triosmium dodecacarbonyl , Oxydation vertreten, setzen 0 fest.

Im Allgemeinen werden die niedrigeren Oxydationsstaaten des Osmiums durch ligands stabilisiert, die guter σ-donors (wie Amine) und π-acceptors (heterocycles sind, Stickstoff enthaltend). Die höheren Oxydationsstaaten werden durch starken σ- und π-donors, solcher als stabilisiert und.

Isotope

Osmium hat sieben natürlich vorkommende Isotope, von denen sechs stabil sind: und (am reichlichsten). erlebt Alpha-Zerfall mit solch einer langen Halbwertzeit ((2.0±1.1) Jahre), dass zu praktischen Zwecken es stabil betrachtet werden kann. Alpha-Zerfall wird für alle 7 natürlich vorkommenden Isotope vorausgesagt, aber wegen sehr langer Halbwertzeiten ist er nur dafür beobachtet worden. Es wird vorausgesagt, dass und doppelten Beta-Zerfall erleben kann, aber diese Radioaktivität ist noch nicht beobachtet worden.

ist die Tochter (der Halbwertzeit) und wird umfassend in der Datierung auf irdische sowie meteorische Felsen verwendet (sieh Rhenium-Osmium datieren). Es ist auch verwendet worden, um die Intensität der Kontinentalverwitterung im Laufe der geologischen Zeit zu messen und minimale Alter für die Stabilisierung der Mantel-Wurzeln von kontinentalem cratons zu befestigen. Dieser Zerfall ist ein Grund, warum am Rhenium reiche Minerale daran anomal reich sind. Jedoch ist die bemerkenswerteste Anwendung von Os in der Datierung in Verbindung mit dem Iridium gewesen, um die Schicht von erschüttertem Quarz entlang der K-Pg Grenze zu analysieren, die das Erlöschen der Dinosaurier vor 65 Millionen Jahren kennzeichnet.

Geschichte

Osmium (von griechischem osme (ὀσμή) Bedeutung "des Geruches") wurde 1803 von Smithson Tennant und William Hyde Wollaston in London, England entdeckt. Die Entdeckung des Osmiums wird mit diesem von Platin und den anderen Metallen der Platin-Gruppe verflochten. Platin hat Europa als platina ("kleines Silber"), zuerst gestoßen gegen Ende des 17. Jahrhunderts in Silbergruben um die Chocó Abteilung in Kolumbien erreicht. Die Entdeckung, dass dieses Metall nicht eine Legierung, aber ein verschiedenes neues Element war, wurde 1748 veröffentlicht.

Chemiker, die Platin studiert haben, haben es in Wasser regia (eine Mischung von salzsauren und Stickstoffsäuren) aufgelöst, um auflösbare Salze zu schaffen. Sie haben immer einen kleinen Betrag eines dunklen, unlöslichen Rückstands beobachtet. Joseph Louis Proust hat gedacht, dass der Rückstand Grafit war. Victor Collet-Descotils, Antoine François, comte de Fourcroy und Louis Nicolas Vauquelin haben auch den schwarzen Rückstand 1803 beobachtet, aber haben genug Material für weitere Experimente nicht erhalten.

1803 hat Smithson Tennant den unlöslichen Rückstand analysiert und hat beschlossen, dass er ein neues Metall enthalten muss. Vauquelin hat das Puder abwechselnd mit Alkali und Säuren behandelt und hat ein flüchtiges neues Oxyd erhalten, das er geglaubt hat, um dieses neuen Metalls zu sein —, den er ptene, vom griechischen Wort (ptènos) für den geflügelten genannt hat. Jedoch hat Tennant, der im Vorteil eines viel größeren Betrags des Rückstands gewesen ist, seine Forschung fortgesetzt und hat zwei vorher unentdeckte Elemente im schwarzen Rückstand, Iridium und Osmium identifiziert. Er hat eine gelbe Lösung erhalten (wahrscheinlich cis-Os (OH) O) durch Reaktionen mit Natriumshydroxyd an der roten Hitze. Nach der Ansäuerung ist er im Stande gewesen, gebildeten OsO zu destillieren. Er hat Osmium nach griechischem osme Bedeutung "eines Geruches", wegen des qualmigen und Eschenholzgeruches nach dem flüchtigen Osmium tetroxide genannt. Die Entdeckung der neuen Elemente wurde in einem Brief an die Königliche Gesellschaft am 21. Juni 1804 dokumentiert.

Uran und Osmium waren früh erfolgreiche Katalysatoren im Prozess von Haber, der Stickstoff-Fixieren-Reaktion des Stickstoffs und Wasserstoffs, um Ammoniak zu erzeugen, genug Ertrag gebend, um den Prozess wirtschaftlich erfolgreich zu machen. Zurzeit hat eine Gruppe an der BASF-Leitung durch Carl Bosch den grössten Teil der Weltversorgung des Osmiums gekauft, um als ein Katalysator zu verwenden. Kurz dort, nachdem 1908 preiswertere Katalysatoren, die auf Eisenoxiden und Eisenoxiden gestützt sind, von derselben Gruppe für die ersten Versuchswerke eingeführt wurden, die das Bedürfnis nach dem teuren und seltenen Osmium entfernen.

Heutzutage wird Osmium in erster Linie bei der Verarbeitung von Platin- und Nickel-Erzen erhalten.

Ereignis

Osmium ist das am wenigsten reichliche stabile Element in der Kruste der Erde mit einem durchschnittlichen Massenbruchteil von 0.05 ppb in der Kontinentalkruste.

Osmium wird in der Natur als ein ungebundenes Element oder in der natürlichen Legierung gefunden; besonders die Legierung des Iridium-Osmiums, osmiridium (Osmium reich), und iridiosmium (Iridium reich). Im Nickel und den Kupferablagerungen kommen die Platin-Gruppenmetalle als Sulfide (d. h., (Pt, Pd) S)), tellurides (z.B, PtBiTe), antimonides (z.B, PdSb), und arsenides (z.B, PtAs) vor; in allen diesen Zusammensetzungen wird Platin durch einen kleinen Betrag des Iridiums und Osmiums ausgetauscht. Als mit allen Platin-Gruppenmetallen kann Osmium natürlich in der Legierung mit Nickel oder Kupfer gefunden werden.

Innerhalb der Kruste der Erde wird Osmium, wie Iridium, bei höchsten Konzentrationen in drei Typen der geologischen Struktur gefunden: Eruptivablagerungen (crustal Eindringen von unten), Einfluss-Krater und Ablagerungen von einer der ehemaligen Strukturen nachgearbeitet. Die größten bekannten primären Reserven sind in Bushveld Eruptivkomplex in Südafrika, obwohl sich der große Kupfernickel in der Nähe von Norilsk in Russland ablagert, und die Sudbury Waschschüssel in Kanada auch bedeutende Quellen des Osmiums ist. Kleinere Reserven können in den Vereinigten Staaten gefunden werden. Die alluvialen Ablagerungen, die von vorkolumbianischen Leuten in der Chocó Abteilung verwendet sind, Kolumbien ist noch eine Quelle für Platin-Gruppenmetalle. Die zweite große alluviale Ablagerung wurde in den Bergen von Ural, Russland gefunden, das noch abgebaut wird.

Produktion

Osmium wird gewerblich als ein Nebenprodukt von Nickel und Kupferbergwerk und Verarbeitung erhalten. Während electrorefining von Kupfer und Nickel lassen sich edle Metalle solch so silbern, Gold- und die Platin-Gruppenmetalle, zusammen mit nichtmetallischen Elementen wie Selen und Tellur zum Boden der Zelle als Anode-Schlamm nieder, der das Ausgangsmaterial für ihre Förderung bildet. Um die Metalle zu trennen, müssen sie zuerst in die Lösung gebracht werden. Mehrere Methoden sind abhängig vom Trennungsprozess und der Zusammensetzung der Mischung verfügbar; zwei vertretende Methoden sind Fusion mit Natriumsperoxyd, das von der Auflösung in Wasser regia und Auflösung in einer Mischung des Chlors mit Salzsäure gefolgt ist. Osmium, Ruthenium, Rhodium und Iridium können von Platin, Gold- und Grundmetallen durch ihre Unlösbarkeit in Wasser regia getrennt werden, einen festen Rückstand verlassend. Rhodium kann vom Rückstand durch die Behandlung mit geschmolzenem Natrium bisulfate getrennt werden. Der unlösliche Rückstand, Ru, Os und Ir enthaltend, wird mit Natriumsoxyd behandelt, in dem Ir unlöslich ist, wasserlösliche Salze von Ru und Os erzeugend. Nach der Oxydation zu den flüchtigen Oxyden, wird von durch den Niederschlag von (NH) RuCl mit dem Ammoniumchlorid getrennt.

Nachdem es aufgelöst wird, wird Osmium von den anderen Platin-Gruppenmetallen durch die Destillation oder Förderung mit organischen Lösungsmitteln des flüchtigen Osmiums tetroxide getrennt. Die erste Methode ist dem Verfahren ähnlich, das von Tennant und Wollaston verwendet ist. Beide Methoden sind für die Industrieskala-Produktion passend. In jedem Fall wird das Produkt mit Wasserstoff reduziert, das Metall als ein Puder oder Schwamm nachgebend, der mit Puder-Metallurgie-Techniken behandelt werden kann.

Weder die Erzeuger noch der Geologische USA-Überblick haben irgendwelche Produktionsbeträge für das Osmium veröffentlicht. Bewertungen des von 1971 veröffentlichten USA-Verbrauchsdatums, der einen Verbrauch in den Vereinigten Staaten von 2000 Troygewicht-Unzen (62 Kg) gibt, würden darauf hinweisen, dass die Produktion noch weniger als 1 Tonne pro Jahr ist.

Anwendungen

Wegen der Flüchtigkeit und äußersten Giftigkeit seines Oxyds wird Osmium in seinem reinen Staat selten verwendet, und wird stattdessen häufig mit anderen Metallen beeinträchtigt. Jene Legierung wird in Anwendungen des hohen Tragens verwertet. Osmium-Legierung wie osmiridium ist sehr hart und zusammen mit anderen Platin-Gruppenmetallen, wird in den Tipps von Füllfederhaltern, Instrument-Türangeln und elektrischen Kontakten verwendet, weil sie Tragen von der häufigen Operation widerstehen können. Sie wurden auch für die Tipps des Plattenspieler-Kopierstifts während der späten 78 rpm und frühen "LP" und "45" Rekordzeitalter um 1945 bis 1955 verwendet. Obwohl sehr haltbar, im Vergleich zu Stahl- und Chrom-Nadel-Punkten haben sich Osmium-Legierungstipps viel schneller abgenutzt als das Konkurrieren, aber kostspieligerer Saphir und Diamanttipps und wurden unterbrochen.

Osmium tetroxide ist in der Fingerabdruck-Entdeckung und in der Färbung des Fettgewebes für die optische und Elektronmikroskopie verwendet worden. Als ein starker oxidant quer-verbindet es lipids hauptsächlich durch das Reagieren mit ungesättigten Obligationen des Kohlenstoff-Kohlenstoff, und dadurch beiden üblen Lagen biologische Membranen im Platz in Gewebeproben und beschmutzt sie gleichzeitig. Weil Osmium-Atome äußerst dichtes Elektron sind, erhöht Osmium, das außerordentlich Flecken verursacht, Bildunähnlichkeit in Studien der Übertragungselektronmikroskopie (TEM) von biologischen Materialien. Jene Kohlenstoff-Materialien haben sonst sehr schwache TEM-Unähnlichkeit (sieh Image). Eine andere Osmium-Zusammensetzung, Osmium ferricyanide (OsFeCN), stellt ähnliches Befestigen und Färbung der Handlung aus.

Eine Legierung von 90-%-Platin und 10-%-Osmium wird in chirurgischem implants wie Pacemaker und Ersatz von Lungenklappen verwendet.

Der tetroxide und eine zusammenhängende Zusammensetzung, Kalium osmate, sind wichtiger oxidants für die chemische Synthese, trotz, sehr giftig zu sein. Für den Sharpless hat asymmetrischer dihydroxylation, der osmate für die Konvertierung einer Doppelbindung in einen benachbarten diol, Karl Barry Sharpless verwendet, den Nobelpreis in der Chemie 2001 gewonnen.

1898 hat ein österreichischer Chemiker, Auer von Welsbach, Oslamp mit einem Glühfaden entwickelt, der aus dem Osmium gemacht ist, das er gewerblich 1902 eingeführt hat. Nach nur ein paar Jahren wurde Osmium durch das stabilere Metallwolfram (auch bekannt als Wolfram) ersetzt. Wolfram hat den höchsten Schmelzpunkt jedes Metalls, und das Verwenden davon in Glühbirnen vergrößert die Leuchtwirkung und das Leben von Glühlampen.

Der Glühbirne-Hersteller OSRAM (gegründet 1906, als drei deutsche Gesellschaften, Auer-Gesellschaft, AEG und Siemens & Halske, ihre Lampe-Produktionsmöglichkeiten verbunden hat) hat seinen Namen von den Elementen des Osmiums und Wolframs abgeleitet.

Wie Palladium absorbiert bestäubtes Osmium effektiv Wasserstoffatome. Das konnte Osmium einen potenziellen Kandidaten für ein Metall hydride Batterieelektrode machen. Jedoch ist Osmium teuer und würde mit Ätzkali, dem allgemeinsten Batterieelektrolyt reagieren.

Osmium hat hohes Reflexionsvermögen in der ultravioletten Reihe des elektromagnetischen Spektrums; zum Beispiel, an 600 Å Osmium hat ein Reflexionsvermögen zweimal mehr als das von Gold. Dieses hohe Reflexionsvermögen ist in im Weltraum vorhandenen UV Spektrometern wünschenswert, die Spiegelgrößen wegen Raumbeschränkungen reduziert haben. Osmium-gekleidete Spiegel wurden in mehreren Raummissionen an Bord von Raumfähre geweht, aber es ist bald klar geworden, dass die Sauerstoff-Radikalen in der niedrigen Erdbahn reichlich genug sind, um die Osmium-Schicht bedeutsam zu verschlechtern.

Vorsichtsmaßnahmen

Fein geteiltes metallisches Osmium ist pyrophoric.

Osmium reagiert mit Sauerstoff bei der Raumtemperatur das Formen flüchtigen Osmiums tetroxide. Einige Osmium-Zusammensetzungen werden auch zum tetroxide umgewandelt, wenn Sauerstoff da ist.

Das macht Osmium tetroxide die Hauptquelle des Kontakts mit der Umgebung.

Osmium tetroxide ist hoch flüchtig und dringt in Haut sogleich ein, und ist durch die Einatmung, die Nahrungsaufnahme und den Hautkontakt sehr toxisch. Niedrige Bordkonzentrationen des Osmiums tetroxide Dampf können Lungenverkehrsstauung und Haut- oder Augenschaden verursachen, und sollten deshalb in einer Ausströmungen-Motorhaube verwendet werden. Osmium tetroxide wird auf relativ träge Zusammensetzungen durch mehrfach ungesättigtes Pflanzenöl wie Maisöl schnell reduziert.

Preis

Osmium wird gewöhnlich als ein reines 99-%-Puder verkauft. Wie andere Edelmetalle wird es durch das Troygewicht-Gewicht und durch Gramme gemessen. Sein Preis 2010 war Unze von ungefähr 400 $ pro Troygewicht (oder ungefähr 13 $ pro Gramm), abhängig von der Menge und seinem Lieferanten.

Links

• WebElements.com: Osmium
• Chemie in seinem Element podcast (MP3) von der Königlichen Gesellschaft der Chemie-Welt der Chemie: Osmium