Osmium (Os)
transition-metalSolid
Nguyên tử khối chuẩn
190,23 uCấu hình electron
[Xe] 6s2 4f14 5d6Nhiệt độ nóng chảy
3032,85 °CNhiệt độ sôi
5011,85 °CKhối lượng riêng
2,25872e+4 kg/m³Trạng thái oxi hóa
−4, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7, +8Độ âm điện (Pauling)
2,2Năng lượng ion hóa (lần 1)
8,43823 eVNăm phát hiện
1803Bán kính nguyên tử
130 pmChi tiết
Osmium is a very dense, hard, blue-white platinum-group metal. It is chemically noble in compact metallic form but is notable for forming volatile and highly toxic osmium tetroxide. Natural osmium occurs with other platinum-group elements in ultramafic ores and placer deposits, chiefly as alloys and sulfide-bearing mineral assemblages. Its rarity, difficult fabrication, and toxicity of some compounds limit its use despite unusual physical and chemical properties.
The metal is lustrous, bluish white, extremely hard, and brittle even at high temperatures. It has the highest melting point and the lowest vapor pressure of the platinum group. The metal is very difficult to fabricate, but the powdered or spongy metal slowly gives off osmium tetroxide, which as a powerful oxidizing agent and has a strong smell. The tetroxide is highly toxic, and boils at 130°C.
Density measurements show osmium to be a little more dense than iridium, and osmium is often cited as the heavier element. However, calculations of the density from the space lattice, which may be more reliable than these measurements, give a density of 22.65 for iridium compared to 22.61 for osmium. According to IUPAC, because of this apparent contradiction, no decision has been made as to which is heavier.
The name derives from the Greek osme for "smell" because of the sharp odor of its volatile oxide. Both osmium and iridium were discovered simultaneously in a crude platinum ore by the English chemist Smithson Tennant in 1803.
Osmium and iridium were discovered at the same time by the British chemist Smithson Tennant in 1803. Osmium and iridium were identified in the black residue remaining after dissolving platinum ore with aqua regia, a mixture of 25% nitric acid (HNO3) and 75% hydrochloric acid (HCl). Today, osmium is primarily recovered during the processing of platinum and nickel ores.
Discovered in 1803 by Tennant in the residue left when crude platinum is dissolved by aqua regia.
Pure osmium is a lustrous bluish white to blue-gray metal. It is extremely dense and hard but also brittle, so it is not readily shaped by ordinary metalworking. Finely divided osmium can oxidize slowly in air to form volatile osmium tetroxide.
Osmium metal has had limited historical use in very hard wear-resistant alloys, including early fountain-pen tips, instrument pivots, and electrical contacts, but most such uses have been replaced by other platinum-group alloys or tungsten materials. Osmium tetroxide, OsO₄, remains important in microscopy as a stain and fixative for unsaturated lipids and biological membranes. Osmium compounds are also used as specialized oxidation catalysts and reagents in organic synthesis, generally on small laboratory or fine-chemical scales.
Metallic osmium is hard, brittle and very difficult to make. Powdered osmium is easier to make but emits osmium tetroxide (OsO4) when it is exposed to the air. Unfortunately, osmium tetroxide smells bad and is very poisonous. Because of these problems, osmium is primarily used to make very hard alloys. Osmium alloys can be found in ball point pen tips, fountain pen tips, record player needles, electrical contacts and other devices where frictional wear must be minimized.
The tetroxide has been used to detect fingerprints and to stain fatty tissue for microscope slides. The metal is almost entirely used to produce very hard alloys with other metals of the platinum group for fountain pen tips, instrument pivots, phonograph needles, and electrical contacts.
Isotopes in Earth/Planetary Science
The isotope-amount ratio n(187Os)/n(186Os) in rocks can be transferred to fluids, such as magmas, groundwaters, rivers, and oceans. Variations in the inherited n(187Os)/n(186Os) ratios can provide a useful tracer for fluid sources and migration paths, including different layers of the Earth [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).. Meteorites and meteorite dust impacting the Earth have different osmium isotopic compositions than terrestrial rocks and sediments. As a result, n(187Os)/n(186Os)-ratio studies provide evidence of continuing extraterrestrial additions to the Earth over geologic time, as well as providing a method for prospecting in the sedimentary record for large meteorite impact events that may have affected life on Earth [518] F. S. Paquay, G. E. Ravizza, T. K. Dalai, B. Peucker-Ehrenbrink. Science320 (5873), 214 (2008)..
Isotopes in Geochronology
Some 187Os is radiogenic as a result of being formed by the beta decay of radioactive 187Re, which has a half-life of 4.16×1010 years. Variations in the isotope-amount ratio n(187Os)/n(186Os) and amount ratio n(187Re)/n(186Os) are used for geochronology; for example, variations in these ratios have been used to determine the ages of the Earth, Moon, and meteorites [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). measured rhenium-osmium isotopic abundances in gold and pyrites from conglomerates of the Central Rand Group of South Africa (Fig. IUPAC.76.1), which have produced over 48 000 metric tons of gold and have accounted for 40 percent of the world’s total historic production [520] H. E. Frimmel, W. E. L. Minter. Soc. Econ. Geol. Spec. Publ.9, 17 (2002).. The gold and rounded pyrites from the conglomerates yield an age of ~3.0×109 years. Kirk et al. find that this age is much older than that of the conglomerate, and they conclude that the gold is detrital (material wearing away by weathering or erosion) and was not deposited by later hydrothermal fluids.
Isotopes Used as a Source of Radioactive Isotope(s)
192Os can be used for the production of the medical radioisotope 195mPt via the 192Os (α, n) 195mPt reaction.
Osmium shows a wide range of oxidation states, from negative states in carbonyl complexes to the high +8 state. Osmium tetroxide, OsO₄, is the best-known compound; it is volatile, strongly oxidizing, and formed by oxidation of osmium metal or lower oxides. Osmium dioxide, OsO₂, is a stable dark oxide with rutile-type structure. Halide chemistry includes osmium tetrachloride, OsCl₄, and chloroosmate complexes such as hexachloroosmate(IV), [OsCl₆]²⁻. Organometallic and carbonyl complexes are important in coordination chemistry but are not bulk materials.
See more information at the Osmium compound page.
Compact osmium metal is relatively inert, but powders and sponges are hazardous because they can produce osmium tetroxide, OsO₄, in air. OsO₄ is highly toxic, volatile, and a strong oxidant; it can damage eyes, skin, and respiratory tissue at very low exposure levels. Osmium compounds should be treated as toxic laboratory chemicals. Natural osmium contains stable isotopes and is not a radiological hazard in ordinary material.
Concentrations in air as low as 107 g/m3 can cause lung congestion, skin damage, or eye damage. Exposure to osmium tetroxide should not exceed 0.0016 mg/m3 (8-hour time weighted average - 40-hour work week).
Osmium is a trace element in the crust and is commonly associated with platinum-group minerals in mafic and ultramafic rocks. It is highly particle-reactive in many natural settings and can be transported in detrital grains or bound to sulfides and organic-rich sediments. The rhenium-osmium isotope system is used to date some ores and sedimentary rocks. Environmental releases are normally very small, but soluble or volatile osmium compounds can be locally significant in laboratories and specialized industry.
Osmium is recovered as a minor by-product of platinum and nickel-copper ore processing rather than mined as a primary product. Separation from other platinum-group metals is technically demanding because of similar chemistry and because volatile osmium tetroxide, OsO₄, must be controlled. Demand is small and specialized, centered on laboratory reagents, catalysts, and limited alloy applications. Recycling occurs mainly through recovery of platinum-group metal residues rather than through a large independent osmium market. Substitution is common where hardness, corrosion resistance, or catalytic behavior can be supplied by iridium, ruthenium, platinum alloys, or non-precious materials.
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.
Osmium is a heavy element made mainly by neutron-capture processes in earlier generations of stars, with contributions from both rapid and slow neutron-capture pathways depending on isotope. It is rare in the solar system but enriched with other siderophile platinum-group elements in metallic phases. Its isotopic ratios are useful tracers in meteoritic and planetary differentiation studies.
- Osmium is usually cited as the densest naturally occurring element, very close to iridium.
- The name comes from the Greek word for smell, referring to the sharp odor of osmium tetroxide.
- Osmium tetroxide reacts with carbon-carbon double bonds, which underlies its use in staining lipids.
- Some osmiridium alloys occur naturally as hard metallic grains in placer deposits.
- The isotope ¹⁸⁷Os is the decay product of long-lived ¹⁸⁷Re.
Hình ảnh
Tính chất
Vật lý
- Bán kính nguyên tử (thực nghiệm)
- 130 pm So sánh Bán kính nguyên tử (thực nghiệm) của tất cả nguyên tố →
- Bán kính cộng hóa trị
- 144 pm So sánh Bán kính cộng hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Bán kính van der Waals
- 216 pm So sánh Bán kính van der Waals của tất cả nguyên tố →
- Bán kính kim loại
- 126 pm So sánh Bán kính kim loại của tất cả nguyên tố →
- Khối lượng riêng
- 2,25872 × 104 kg/m³ So sánh Khối lượng riêng của tất cả nguyên tố →
- Thể tích mol
- 0,00843 L/mol
- Pha ở STP
- Rắn So sánh Pha ở STP của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ nóng chảy
- 3032,85 °C So sánh Nhiệt độ nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ sôi
- 5011,85 °C So sánh Nhiệt độ sôi của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt dung riêng
- 0,13 J/(g·K) So sánh Nhiệt dung riêng của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt dung mol
- 24,7 J/(mol·K) So sánh Nhiệt dung mol của tất cả nguyên tố →
- Cấu trúc tinh thể
- Lục phương xếp chặt So sánh Cấu trúc tinh thể của tất cả nguyên tố →
Hóa học
- Độ âm điện (Pauling)
- 2,2 So sánh Độ âm điện (Pauling) của tất cả nguyên tố →
- Độ âm điện (Allen)
- 1,65
- Ái lực electron
- 1,1 eV
- Năng lượng ion hóa (lần 1)
- 8,43823 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 1) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 2)
- 17,000059 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 2) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 3)
- 25,000086 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 3) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 4)
- 41,000141 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 4) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 5)
- 55,000189 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 5) của tất cả nguyên tố →
- Trạng thái oxi hóa
- −4, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7, +8 So sánh Trạng thái oxi hóa của tất cả nguyên tố →
- Electron hóa trị
- 8 So sánh Electron hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Cấu hình electron
- [Xe] 6s2 4f14 5d6
Nhiệt động lực học
- Nhiệt nóng chảy
- 0,32854848 eV So sánh Nhiệt nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt hóa hơi
- 6,425869 eV So sánh Nhiệt hóa hơi của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt thăng hoa
- 8,187801 eV
- Nhiệt nguyên tử hóa
- 8,187801 eV
- Enthalpy nguyên tử hóa
- 8,156708 eV
Hạt nhân
- Proton
- 76 So sánh Proton của tất cả nguyên tố →
- Neutron
- 116 So sánh Neutron của tất cả nguyên tố →
- Các đồng vị đã biết
- 43 So sánh Các đồng vị đã biết của tất cả nguyên tố →
- Đồng vị bền
- 0 So sánh Đồng vị bền của tất cả nguyên tố →
- Đồng vị bền nhất
- Os-192
- Năm phát hiện
- 1803
Độ phổ biến
- Độ phổ biến (vỏ Trái Đất)
- 0,002 mg/kg So sánh Độ phổ biến (vỏ Trái Đất) của tất cả nguyên tố →
Cấu trúc tinh thể
- Hằng số mạng a
- 274 pm
Cấu trúc electron
- Số electron trong mỗi lớp
- 2, 8, 18, 32, 14, 2 So sánh Số electron trong mỗi lớp của tất cả nguyên tố →
Mã định danh
- Số CAS
- 7440-04-2 So sánh Số CAS của tất cả nguyên tố →
- Ký hiệu số hạng
- 5D4
- InChI
- InChI=1S/Os
- Khóa InChI
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N
Cấu hình electron Đo đạc
Os: 4f¹⁴ 5d⁶ 6s²[Xe] 4f¹⁴ 5d⁶ 6s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d⁶ 6s²Mô hình nguyên tử
Các đồng vị khác nhau về số neutron, khối lượng và độ bền — không khác nhau về cấu hình electron của nguyên tử trung hòa.
Mô hình nguyên tử minh họa, không theo tỷ lệ.
Dấu vân tay nguyên tử
Phổ phát xạ / hấp thụ
Phân bố đồng vị
Không có đồng vị bền.
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã |
|---|---|---|---|
| 167 Phóng xạ | 166,971549 ± 0,000078 | Không có | 839 ms |
| 161 Phóng xạ | 160,98903 ± 0,00043 | Không có | 640 us |
| 203 Phóng xạ | 202,992195 ± 0,000429 | Không có | 300 ms |
| 166 Phóng xạ | 165,972692 ± 0,00002 | Không có | 213 ms |
| 198 Phóng xạ | 197,97441 ± 0,00021 | Không có | 125 giây |
Pha / Trạng thái
Lý do: thấp hơn nhiệt độ nóng chảy (3032,85 °C) một lượng 3007,8 °C
Sơ đồ minh họa, không theo tỷ lệ
Điểm chuyển pha
Năng lượng chuyển pha
Năng lượng cần để làm nóng chảy 1 mol tại nhiệt độ nóng chảy
Năng lượng cần để hóa hơi 1 mol tại nhiệt độ sôi
Năng lượng cần để làm thăng hoa 1 mol tại nhiệt độ thăng hoa
Khối lượng riêng
Ở điều kiện chuẩn
Ở điều kiện chuẩn
Phổ nguyên tử
Đang hiển thị 10 trên 76. Sắp xếp theo điện tích ion (tăng dần).
Dữ liệu vạch phổ ?
| Ion | Điện tích | Tổng số vạch | Xác suất chuyển mức | Ký hiệu mức năng lượng |
|---|---|---|---|---|
| Os I | 0 | 534 | 0 | 0 |
| Os II | +1 | 38 | 0 | 0 |
| Os III | +2 | 1061 | 1061 | 1061 |
Dữ liệu mức năng lượng ?
| Ion | Điện tích | Mức năng lượng |
|---|---|---|
| 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 |
Bán kính ion
| Điện tích | Phối trí | Spin | Bán kính |
|---|---|---|---|
| +4 | 6 | Không có | 63 pm |
| +5 | 6 | Không có | 57.49999999999999 pm |
| +6 | 5 | Không có | 49 pm |
| +6 | 6 | Không có | 54.50000000000001 pm |
| +7 | 6 | Không có | 52.5 pm |
| +8 | 4 | Không có | 39 pm |
Hợp chất
Đồng vị (5)
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã | Kiểu phân rã | |
|---|---|---|---|---|---|
| 167 Phóng xạ | 166,971549 ± 0,000078 | Không có | 839 ms | α =51±0.4%β+ ? | |
| 161 Phóng xạ | 160,98903 ± 0,00043 | Không có | 640 us | α ≈100% | |
| 203 Phóng xạ | 202,992195 ± 0,000429 | Không có | 300 ms | β- ?β-n ? | |
| 166 Phóng xạ | 165,972692 ± 0,00002 | Không có | 213 ms | α =83±0.4%β+ =17±0.4% | |
| 198 Phóng xạ | 197,97441 ± 0,00021 | Không có | 125 giây | β- =100% |
Tính chất mở rộng
Bán kính cộng hóa trị (mở rộng)
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö)
- 129 pm
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö, liên kết đôi)
- 116 pm
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö, liên kết ba)
- 109 pm
Bán kính van der Waals
- Batsanov
- 200 pm
- Alvarez
- 248 pm
- UFF
- 312 pm
- MM3
- 235 pm
Bán kính nguyên tử và kim loại
- Bán kính nguyên tử (Rahm)
- 244 pm
- Bán kính kim loại (C12)
- 135 pm
Các thang đánh số
- Mendeleev
- 61
- Pettifor
- 62
- Glawe
- 60
Các thang độ âm điện
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 5
- Gunnarsson–Lundqvist
- 6
- Robles–Bartolotti
- 5
Độ phân cực hóa và tán sắc
- Độ phân cực hóa lưỡng cực
- 57 a.u.
- Độ phân cực hóa lưỡng cực (độ không đảm bảo)
- 3 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 584 Ha·Bohr6
Thông số Miedema
- Thể tích mol Miedema
- 8,45 cm3/mol
- Mật độ electron Miedema
- 6
Rủi ro nguồn cung và kinh tế
- Mức độ tập trung sản xuất
- 60
- Rủi ro nguồn cung tương đối
- 8
- Phân bố trữ lượng
- 95
- Ổn định chính trị (quốc gia sản xuất lớn nhất)
- 44
- Ổn định chính trị (quốc gia có trữ lượng lớn nhất)
- 44
Chuyển pha và các dạng thù hình
| Nhiệt độ nóng chảy | 3306,15 K |
| Nhiệt độ sôi | 5281,15 K |
Phân loại trạng thái oxi hóa
Dữ liệu tham khảo chuyên sâu
Hằng số chắn (14)
| n | Orbital | 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 |
Chi tiết bán kính tinh thể (6)
| Điện tích | CN | Spin | rcrystal (pm) | Nguồn gốc |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Các kiểu phân rã đồng vị (58)
| Đồng vị | Chế độ | Cường độ |
|---|---|---|
| 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% |
Hệ số tán xạ tia X (516)
| Năng lượng (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 |
Dữ liệu bổ sung
Estimated Crustal Abundance
The estimated element abundance in the earth's crust.
1.5×10-3 milligrams per kilogram
Tài liệu tham khảo (1)
Estimated Oceanic Abundance
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Not Applicable
Tài liệu tham khảo (1)
Sources
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.
Tài liệu tham khảo (1)
- [6] Osmium https://periodic.lanl.gov/76.shtml
Tài liệu tham khảo
(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.