Осмий (Os)
Переходный металлТвёрдое тело
Стандартная относительная атомная масса
190,23 uЭлектронная конфигурация
[Xe] 6s2 4f14 5d6Температура плавления
3032,85 °CТемпература кипения
5011,85 °CПлотность
2,25872e+4 kg/m³Степени окисления
−4, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7, +8Электроотрицательность (по Полингу)
2,2Энергия ионизации (1-я)
8,43823 eVГод открытия
1803Атомный радиус
130 pmПодробные сведения
Осмий — очень плотный, твердый, голубовато-белый металл платиновой группы. В компактной металлической форме он химически благороден, но примечателен образованием летучего и сильно токсичного тетраоксида осмия. Природный осмий встречается вместе с другими элементами платиновой группы в ультраосновных рудах и россыпных месторождениях, главным образом в виде сплавов и сульфидсодержащих минеральных ассоциаций. Его редкость, трудность обработки и токсичность некоторых соединений ограничивают применение, несмотря на необычные физические и химические свойства.
Металл блестящий, голубовато-белый, чрезвычайно твёрдый и хрупкий даже при высоких температурах. Он имеет наивысшую температуру плавления и наименьшее давление пара среди металлов платиновой группы. Металл очень трудно обрабатывать, однако порошкообразный или губчатый металл медленно выделяет тетроксид осмия, который является сильным окислителем и имеет резкий запах. Тетроксид высокотоксичен и кипит при 130°C.
Измерения плотности показывают, что осмий немного плотнее иридия, и осмий часто приводят как более тяжёлый элемент. Однако расчёты плотности по пространственной решётке, которые могут быть надёжнее этих измерений, дают плотность 22.65 для иридия по сравнению с 22.61 для осмия. Согласно IUPAC, из-за этого кажущегося противоречия решение о том, какой из них тяжелее, не принято.
Название происходит от греческого osme — «запах» — из-за резкого запаха его летучего оксида. Осмий и иридий были одновременно открыты в сырой платиновой руде английским химиком Смитсоном Теннантом в 1803 году.
Осмий и иридий были открыты одновременно британским химиком Смитсоном Теннантом в 1803 году. Осмий и иридий были идентифицированы в черном остатке, остающемся после растворения платиновой руды в царской водке — смеси 25% азотной кислоты (HNO3) и 75% соляной кислоты (HCl). Сегодня осмий в основном извлекают при переработке платиновых и никелевых руд.
Открыт в 1803 году Теннантом в остатке, остающемся после растворения сырой платины царской водкой.
Чистый осмий — это блестящий металл с синевато-белым до сине-серого оттенка. Он чрезвычайно плотный и твёрдый, но также хрупкий, поэтому его нелегко формовать обычной металлообработкой. Мелкодисперсный осмий может медленно окисляться на воздухе с образованием летучего тетраоксида осмия.
Металлический осмий имел ограниченное историческое применение в очень твёрдых износостойких сплавах, включая ранние наконечники перьевых ручек, оси приборов и электрические контакты, но большинство таких применений было заменено другими сплавами платиновой группы или материалами на основе вольфрама. Тетраоксид осмия, OsO₄, по-прежнему важен в микроскопии как краситель и фиксатор для ненасыщенных липидов и биологических мембран. Соединения осмия также используются как специализированные катализаторы окисления и реагенты в органическом синтезе, как правило, в малом лабораторном или тонкохимическом масштабе.
Металлический осмий твёрдый, хрупкий и очень труден в получении. Порошкообразный осмий получать легче, но при контакте с воздухом он выделяет тетраоксид осмия (OsO4). К сожалению, тетраоксид осмия имеет неприятный запах и очень ядовит. Из-за этих проблем осмий главным образом используют для получения очень твёрдых сплавов. Осмиевые сплавы можно найти в шариковых наконечниках ручек, наконечниках перьевых ручек, иглах проигрывателей, электрических контактах и других устройствах, где необходимо минимизировать фрикционный износ.
Тетраоксид использовался для обнаружения отпечатков пальцев и для окрашивания жировой ткани на микроскопических препаратах. Почти весь металл используют для получения очень твёрдых сплавов с другими металлами платиновой группы для наконечников перьевых ручек, опорных узлов приборов, игл фонографов и электрических контактов.
Изотопы в науках о Земле/планетах
Изотоп-количественное отношение n(187Os)/n(186Os) в породах может передаваться флюидам, таким как магмы, подземные воды, реки и океаны. Вариации унаследованных отношений n(187Os)/n(186Os) могут служить полезным трассером для источников флюидов и путей их миграции, включая различные слои Земли [301] G. Faure. Principles of Isotope Geology, 2nd Edition. p. 608. Wiley, New York (1986)., [504] A. Schersten. Re-Os, Pt-Os and Hf-W Isotopes and Tracing the Core in Mantle Melts, MantlePlumes.org (2014), Feb. 25; http://www.mantleplumes.org/Os-W.html., [516] A. D. Brandon, R. J. Walker. Earth. Planet. Sci. Lett.3-4 (232), 211 (2005)., [517] M. Sharma, G. J. Wasserburg, A. W. Hofmann, G. J. Chakrapani. Geochim. Cosmochim. Acta63 (23-24), 4005 (1999).. Метеориты и метеоритная пыль, падающие на Землю, имеют иной изотопный состав осмия, чем земные породы и осадки. В результате исследования отношения n(187Os)/n(186Os) предоставляют доказательства продолжающегося внесения внеземного материала на Землю в геологическое время, а также дают метод поиска в осадочной летописи крупных событий падения метеоритов, которые могли повлиять на жизнь на Земле [518] F. S. Paquay, G. E. Ravizza, T. K. Dalai, B. Peucker-Ehrenbrink. Science320 (5873), 214 (2008)..
Изотопы в геохронологии
Часть 187Os является радиогенной вследствие образования в результате бета-распада радиоактивного 187Re, период полураспада которого составляет 4.16×1010 лет. Вариации изотоп-количественного отношения n(187Os)/n(186Os) и количественного отношения n(187Re)/n(186Os) используются в геохронологии; например, вариации этих отношений использовались для определения возраста Земли, Луны и метеоритов [301] G. Faure. Principles of Isotope Geology, 2nd Edition. p. 608. Wiley, New York (1986).. Kirk et al. [519] J. Kirk, J. Ruiz, J. Chesley, J. Walshe, G. England. Science297, 1856 (2002). измерили изотопные распространённости рения и осмия в золоте и пиритах из конгломератов Центральной группы Ранд в Южной Африке (рис. IUPAC.76.1), которые дали более 48 000 метрических тонн золота и составили 40 процентов от общего исторического мирового производства [520] H. E. Frimmel, W. E. L. Minter. Soc. Econ. Geol. Spec. Publ.9, 17 (2002).. Золото и окатанные пириты из конгломератов дают возраст ~3.0×109 лет. Kirk et al. установили, что этот возраст значительно старше возраста самих конгломератов, и пришли к выводу, что золото является детритовым (материалом, выветривающимся или разрушающимся в результате эрозии) и не было отложено поздними гидротермальными флюидами.
Изотопы, используемые как источник радиоактивных изотопов
192Os может использоваться для получения медицинского радиоизотопа 195mPt посредством реакции 192Os (α, n) 195mPt.
Осмий проявляет широкий диапазон степеней окисления, от отрицательных состояний в карбонильных комплексах до высокого состояния +8. Тетраоксид осмия, OsO₄, — наиболее известное соединение; оно летучее, сильно окисляющее и образуется при окислении металлического осмия или низших оксидов. Диоксид осмия, OsO₂, представляет собой стабильный тёмный оксид с рутилоподобной структурой. Хлоридная химия включает тетрахлорид осмия, OsCl₄, и хлороосматные комплексы, такие как гексахлороосмат(IV), [OsCl₆]²⁻. Металлоорганические и карбонильные комплексы важны в координационной химии, но не являются объёмными материалами.
See more information at the Osmium compound page.
Компактный металлический осмий относительно инертен, но порошки и губчатый осмий опасны, поскольку в воздухе могут образовывать тетраоксид осмия, OsO₄. OsO₄ крайне токсичен, летуч и является сильным окислителем; он может повреждать глаза, кожу и дыхательные ткани уже при очень низких уровнях воздействия. Соединения осмия следует рассматривать как токсичные лабораторные химические вещества. Природный осмий содержит стабильные изотопы и не представляет радиационной опасности в обычном материале.
Концентрации в воздухе всего 107 g/m3 могут вызывать застой в легких, повреждение кожи или глаз. Воздействие тетраоксида осмия не должно превышать 0.0016 mg/m3 (средневзвешенное за 8 часов — 40-часовая рабочая неделя).
Осмий — следовой элемент земной коры, обычно связанный с минералами платиновой группы в основных и ультраосновных породах. Во многих природных условиях он обладает высокой склонностью к связыванию с частицами и может переноситься в обломочных зёрнах или быть связанным с сульфидами и богатыми органическим веществом донными отложениями. Изотопная система рений-осмий используется для датирования некоторых руд и осадочных пород. Выбросы в окружающую среду обычно очень малы, но растворимые или летучие соединения осмия могут иметь локальное значение в лабораториях и специализированной промышленности.
Осмий извлекается как второстепенный побочный продукт переработки платиновых и никель-медных руд, а не добывается как основной продукт. Отделение от других металлов платиновой группы технически сложно из-за сходной химии и из-за необходимости контролировать летучий тетраоксид осмия, OsO₄. Спрос невелик и специализирован, сосредоточен на лабораторных реагентах, катализаторах и ограниченных применениях в сплавах. Рециклинг осуществляется главным образом путем извлечения остатков металлов платиновой группы, а не через крупный самостоятельный рынок осмия. Замещение часто применяется там, где твердость, коррозионная стойкость или каталитические свойства могут быть обеспечены иридием, рутением, платиновыми сплавами или неблагородными материалами.
Осмий встречается в иридосуле и в речных песках, содержащих платину, на Урале, в Северной Америке и Южной Америке. Он также обнаружен в никелевых рудах района Садбери, Онтарио, вместе с другими платиновыми металлами. Хотя количество платиновых металлов в этих рудах очень мало, большие объёмы перерабатываемых никелевых руд делают промышленное извлечение возможным.
Осмий — тяжелый элемент, образующийся главным образом в результате процессов захвата нейтронов в более ранних поколениях звезд, с вкладом как быстрых, так и медленных путей захвата нейтронов в зависимости от изотопа. Он редок в Солнечной системе, но обогащен вместе с другими сидерофильными элементами платиновой группы в металлических фазах. Его изотопные соотношения полезны как индикаторы в исследованиях метеоритов и планетной дифференциации.
- Обычно осмий называют самым плотным природным элементом, очень близким по плотности к иридию.
- Название происходит от греческого слова, обозначающего запах, и относится к резкому запаху тетроксида осмия.
- Тетраоксид осмия реагирует с двойными углерод-углеродными связями, что лежит в основе его использования для окрашивания липидов.
- Некоторые сплавы осмиридия встречаются в природе в виде твёрдых металлических зёрен в россыпных месторождениях.
- Изотоп ¹⁸⁷Os является продуктом распада долгоживущего ¹⁸⁷Re.
Изображения
Свойства
Физические свойства
- Атомный радиус (эмпирический)
- 130 pm Сравнить Атомный радиус (эмпирический) у всех элементов →
- Ковалентный радиус
- 144 pm Сравнить Ковалентный радиус у всех элементов →
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 216 pm Сравнить Ван-дер-ваальсов радиус у всех элементов →
- Металлический радиус
- 126 pm Сравнить Металлический радиус у всех элементов →
- Плотность
- 2,25872 × 104 kg/m³ Сравнить Плотность у всех элементов →
- Молярный объём
- 0,00843 L/mol
- Фаза при стандартных температуре и давлении
- Твёрдое вещество Сравнить Фаза при стандартных температуре и давлении у всех элементов →
- Температура плавления
- 3032,85 °C Сравнить Температура плавления у всех элементов →
- Температура кипения
- 5011,85 °C Сравнить Температура кипения у всех элементов →
- Удельная теплоёмкость
- 0,13 Дж/(г·К) Сравнить Удельная теплоёмкость у всех элементов →
- Молярная теплоёмкость
- 24,7 Дж/(моль·К) Сравнить Молярная теплоёмкость у всех элементов →
- Кристаллическая структура
- Гексагональная плотноупакованная Сравнить Кристаллическая структура у всех элементов →
Химические свойства
- Электроотрицательность (по Полингу)
- 2,2 Сравнить Электроотрицательность (по Полингу) у всех элементов →
- Электроотрицательность (по Аллену)
- 1,65
- Сродство к электрону
- 1,1 eV
- Энергия ионизации (1-я)
- 8,43823 eV Сравнить Энергия ионизации (1-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (2-я)
- 17,000059 eV Сравнить Энергия ионизации (2-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (3-я)
- 25,000086 eV Сравнить Энергия ионизации (3-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (4-я)
- 41,000141 eV Сравнить Энергия ионизации (4-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (5-я)
- 55,000189 eV Сравнить Энергия ионизации (5-я) у всех элементов →
- Степени окисления
- −4, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7, +8 Сравнить Степени окисления у всех элементов →
- Валентные электроны
- 8 Сравнить Валентные электроны у всех элементов →
- Электронная конфигурация
- [Xe] 6s2 4f14 5d6
Термодинамические свойства
- Теплота плавления
- 0,32854848 eV Сравнить Теплота плавления у всех элементов →
- Теплота испарения
- 6,425869 eV Сравнить Теплота испарения у всех элементов →
- Теплота сублимации
- 8,187801 eV
- Теплота атомизации
- 8,187801 eV
- Энтальпия атомизации
- 8,156708 eV
Ядерные свойства
- Протоны
- 76 Сравнить Протоны у всех элементов →
- Нейтроны
- 116 Сравнить Нейтроны у всех элементов →
- Известные изотопы
- 43 Сравнить Известные изотопы у всех элементов →
- Стабильные изотопы
- 0 Сравнить Стабильные изотопы у всех элементов →
- Наиболее стабильный изотоп
- Os-192
- Год открытия
- 1803
Распространённость
- Содержание в земной коре
- 0,002 мг/кг Сравнить Содержание в земной коре у всех элементов →
Кристаллическая структура
- Параметр решётки a
- 274 pm
Электронная структура
- Электроны по оболочкам
- 2, 8, 18, 32, 14, 2 Сравнить Электроны по оболочкам у всех элементов →
Идентификаторы
- Номер CAS
- 7440-04-2 Сравнить Номер CAS у всех элементов →
- Символ терма
- 5D4
- InChI
- InChI=1S/Os
- Ключ InChI
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N
Электронная конфигурация Измеренные
Os: 4f¹⁴ 5d⁶ 6s²[Xe] 4f¹⁴ 5d⁶ 6s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d⁶ 6s²Модель атома
Изотопы различаются числом нейтронов, массой и стабильностью, но не электронной конфигурацией нейтрального атома.
Схематическая модель атома, без соблюдения масштаба.
Атомный отпечаток
Спектр излучения / поглощения
Распределение изотопов
Стабильных изотопов нет.
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 167 Радиоактивный | 166,971549 ± 0,000078 | Нет данных | 839 мс |
| 161 Радиоактивный | 160,98903 ± 0,00043 | Нет данных | 640 us |
| 203 Радиоактивный | 202,992195 ± 0,000429 | Нет данных | 300 мс |
| 166 Радиоактивный | 165,972692 ± 0,00002 | Нет данных | 213 мс |
| 198 Радиоактивный | 197,97441 ± 0,00021 | Нет данных | 125 секунды |
Фаза / агрегатное состояние
Причина: на 3007,8 °C ниже температуры плавления (3032,85 °C)
Схематично, без соблюдения масштаба
Температуры фазовых переходов
Энергии переходов
Энергия, необходимая для плавления 1 моль вещества при температуре плавления
Энергия, необходимая для испарения 1 моль вещества при температуре кипения
Энергия, необходимая для сублимации 1 моль вещества при температуре сублимации
Плотность
При стандартных условиях
При стандартных условиях
Атомные спектры
Показано 10 из 76. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).
Данные о спектральных линиях ?
| Ион | Заряд | Всего линий | Вероятности переходов | Обозначения уровней |
|---|---|---|---|---|
| Os I | 0 | 534 | 0 | 0 |
| Os II | +1 | 38 | 0 | 0 |
| Os III | +2 | 1061 | 1061 | 1061 |
Данные об энергетических уровнях ?
| Ион | Заряд | Уровни |
|---|---|---|
| Os I | 0 | 274 |
| Os II | +1 | 40 |
| Os III | +2 | 201 |
| Os IV | +3 | 2 |
| Os V | +4 | 2 |
| Os VI | +5 | 2 |
| Os VII | +6 | 2 |
| Os VIII | +7 | 2 |
| Os IX | +8 | 2 |
| Os X | +9 | 2 |
Ионные радиусы
| Заряд | Координация | Спин | Радиус |
|---|---|---|---|
| +4 | 6 | Нет данных | 63 пм |
| +5 | 6 | Нет данных | 57.49999999999999 пм |
| +6 | 5 | Нет данных | 49 пм |
| +6 | 6 | Нет данных | 54.50000000000001 пм |
| +7 | 6 | Нет данных | 52.5 пм |
| +8 | 4 | Нет данных | 39 пм |
Соединения
Изотопы (5)
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада | Тип распада | |
|---|---|---|---|---|---|
| 167 Радиоактивный | 166,971549 ± 0,000078 | Нет данных | 839 мс | α =51±0.4%β+ ? | |
| 161 Радиоактивный | 160,98903 ± 0,00043 | Нет данных | 640 us | α ≈100% | |
| 203 Радиоактивный | 202,992195 ± 0,000429 | Нет данных | 300 мс | β- ?β-n ? | |
| 166 Радиоактивный | 165,972692 ± 0,00002 | Нет данных | 213 мс | α =83±0.4%β+ =17±0.4% | |
| 198 Радиоактивный | 197,97441 ± 0,00021 | Нет данных | 125 секунды | β- =100% |
Расширенные данные о свойствах
Ковалентные радиусы (расширенные данные)
- Ковалентный радиус (по Пююккё)
- 129 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, двойная связь)
- 116 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, тройная связь)
- 109 pm
Ван-дер-ваальсовы радиусы
- Batsanov
- 200 pm
- Alvarez
- 248 pm
- UFF
- 312 pm
- MM3
- 235 pm
Атомные и металлические радиусы
- Атомный радиус (по Раму)
- 244 pm
- Металлический радиус (КЧ 12)
- 135 pm
Шкалы нумерации
- Mendeleev
- 61
- Pettifor
- 62
- Glawe
- 60
Шкалы электроотрицательности
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 5
- Gunnarsson–Lundqvist
- 6
- Robles–Bartolotti
- 5
Поляризуемость и дисперсия
- Дипольная поляризуемость
- 57 a.u.
- Дипольная поляризуемость (неопределённость)
- 3 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 584 Ha·Bohr6
Параметры Мидемы
- Молярный объём по Мидеме
- 8,45 cm3/mol
- Электронная плотность по Мидеме
- 6
Риски поставок и экономика
- Концентрация производства
- 60
- Относительный риск поставок
- 8
- Распределение запасов
- 95
- Политическая стабильность (ведущий производитель)
- 44
- Политическая стабильность (страна с крупнейшими запасами)
- 44
Фазовые переходы и аллотропные модификации
| Температура плавления | 3306,15 K |
| Температура кипения | 5281,15 K |
Категории степеней окисления
Расширенные справочные данные
Константы экранирования (14)
| n | Орбиталь | σ |
|---|---|---|
| 1 | s | 1,4701 |
| 2 | p | 4,4502 |
| 2 | s | 19,8502 |
| 3 | d | 13,5253 |
| 3 | p | 21,7483 |
| 3 | s | 22,5727 |
| 4 | d | 37,142 |
| 4 | f | 38,8472 |
| 4 | p | 34,856 |
| 4 | s | 33,9048 |
Подробные данные о кристаллических радиусах (6)
| Заряд | CN | Спин | rcrystal (pm) | Происхождение |
|---|---|---|---|---|
| 4 | VI | 77 | from r^3 vs V plots, from metallic oxides, | |
| 5 | VI | 71,5 | estimated, | |
| 6 | V | 63 | ||
| 6 | VI | 68,5 | estimated, | |
| 7 | VI | 66,5 | estimated, | |
| 8 | IV | 53 |
Типы распада изотопов (58)
| Изотоп | Режим | Интенсивность |
|---|---|---|
| 161 | A | 100% |
| 162 | A | 100% |
| 163 | A | 100% |
| 163 | B+ | — |
| 164 | A | 96% |
| 164 | B+ | — |
| 165 | A | 90% |
| 165 | B+ | 10% |
| 166 | A | 83% |
| 166 | B+ | 17% |
Факторы рассеяния рентгеновского излучения (516)
| Энергия (eV) | f₁ | f₂ |
|---|---|---|
| 10 | — | 1,88117 |
| 10,1617 | — | 1,93789 |
| 10,3261 | — | 1,99632 |
| 10,4931 | — | 2,05652 |
| 10,6628 | — | 2,13032 |
| 10,8353 | — | 2,20812 |
| 11,0106 | — | 2,28877 |
| 11,1886 | — | 2,37237 |
| 11,3696 | — | 2,45796 |
| 11,5535 | — | 2,53755 |
Дополнительные данные
Оценочная распространённость в земной коре
The estimated element abundance in the earth's crust.
Оценочная распространённость в земной коре
1.5×10-3 milligrams per kilogram
Источники (1)
Оценочная распространённость в океане
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Оценочная распространённость в океане
Not Applicable
Источники (1)
Источники
Sources of this element.
Osmium occurs in iridosule and in platinum-bearing river sands in the Urals, North America, and South America. It is also found in the nickel-bearing ores of Sudbury, Ontario region along with other platinum metals. While the quantity of platinum metals in these ores is very small, the large tonnages of processed nickel ores make commercial recovery possible.
Источники (1)
- [6] Osmium https://periodic.lanl.gov/76.shtml
Источники
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Osmium.
The element property data was retrieved from publications.