О́смий (лат. Osmium), Os, химический элемент VIII группы короткой формы (8-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 76, атомная масса 190,23; относится к платиновым металлам. В природе шесть стабильных изотопов: ¹⁸⁴Os (0,02 %), ¹⁸⁷Os (1,96 %), ¹⁸⁸Os (13,24 %), ¹⁸⁹Os (16,15 %), ¹⁹⁰Os (26,26 %), ¹⁹²Os (40,78 %) и один слаборадиоактивный – ¹⁸⁶Os (1,59 %, α-излучатель с периодом полураспада Т_1/2 2·10¹⁵ лет); искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами 162–196.

Историческая справка

Элемент открыт в 1803 г. английским химиком С. Теннантом, который совместно с У. Волластоном разделил минерал осмирид, входящий в состав платиновой руды. Название происходит от греч. οσμη – запах (по резко пахнущему тетраоксиду OsO₄).

Распространённость в природе

Содержание осмия в земной коре 5·10^–6 % по массе (относится к редким и рассеянным элементам). Встречается вместе с другими платиновыми металлами в медно-никелевых и медно-молибденовых рудах. Образует редкие минералы в виде сплавов с Ir (невьянскит с преобладанием Ir и сысертскит с преобладанием Os), сульфидов и арсенидов. Изотоп ¹⁸⁷Os накапливается в месторождениях Re.

Образец осмия.Образец осмия.

Свойства

Конфигурация внешней электронной оболочки атома осмия 4f¹⁴5d⁶6s²; в соединениях проявляет степени окисления +4, +6 и +8, реже +1, +3 и +5; энергии ионизации Os⁰→ Os⁺→ Os²⁺→ Os³⁺ соответственно равны 8,5, 17 и 25 эВ; электроотрицательность по Полингу 2,1; атомный радиус 135 пм, ионный радиус уменьшается от 72 пм (Os⁴⁺, координационное число 6) до 53 пм (Os⁸⁺, координационное число 4).

В свободном виде осмий – серебристо-голубоватый металл (при высоких температурах блестящий); кристаллическая решётка – гексагональная плотноупакованная; плотность 22610 кг/м³ (превосходит все остальные вещества); t_пл около 3030 °С, t_кип около 5030 °С; теплопроводность 88 Вт/(м·К), твёрдость по Бринеллю 3–4 ГПа, по Моосу 7,0. Осмий очень хрупок, механически деформируется с трудом (штамповка невозможна, ковка и прокатка осуществимы лишь при температурах выше 1500 °С), в инертной атмосфере и вакууме труднолетуч.

Осмий – наименее химически устойчивый из платиновых металлов: в тонкоизмельчённом виде окисляется на воздухе уже при комнатной температуре, превращаясь в летучий тетраоксид OsO₄, при нагревании воспламеняется. Компактный осмий на воздухе устойчив до 400 °С. Порошкообразный осмий при нагревании взаимодействует с F₂, Cl₂, Br₂, I₂, галогенфторидами, P, As, S, другими халькогенами, образуя фториды OsF₄, OsF₅, OsF₆ и OsF₇, хлориды OsCl₃ и OsCl₄, бромид OsBr₃, иодид OsI₃, фосфид OsP₂, арсенид OsAs₂, cульфид OsS₂, селенид OsSe₂. Легко поглощает Н₂, с СО образует карбонилы Os(CO)₅ и Os₃(CO)₁₂, а также комплексы Os(CO)₄X₂ (X – Cl, Br, I).

Помимо светло-жёлтого OsO₄ (t_пл 41 °С, t_кип 131 °С; высокотоксичен, раздражает глаза, слизистые оболочки и кожу), известны OsO₃, OsO₂ и OsO, а также гидроксид Os(OH)₄. OsO₄ – сильный окислитель, с основаниями образует соли – осматы [OsO₄(OH)₂]^2– (красного цвета). Существуют оксифториды OsOF₅, OsO₃F₂ и оксихлорид OsOCl₄.

Компактный осмий не растворяется в горячих соляной и фтороводородной кислотах и царской водке, порошкообразный осмий окисляется горячими азотной и серной кислотами, растворами гипохлоритов. В присутствии окислителей осмий взаимодействует с расплавленными щелочами и Na₂O₂ с образованием солей неустойчивой осмиевой кислоты H₂OsO₄. Осмий образует также перосматы, гидроксо-, фторо- и хлороосматы, например K₂[OsO₂(OH)₄], K₂OsCl₆ и OsO₂(NH₄)₄Cl₂.

Получение

Осмий выделяют путём переработки концентрата платиновых металлов, получаемого из шламов электролитического рафинирования Cu и Ni. Концентрат прокаливают на воздухе или остатки от выщелачивания концентрата азотной кислотой спекают с BaO₂, возгон поглощают раствором NaOH, осаждают OsO₂(NH₄)₄Cl₂ или K₂[OsO₂(OH)₄], которые разлагают до порошкообразного или губчатого осмия в восстановительной среде.

Применение

Осмий используют главным образом в виде сплавов с другими платиновыми металлами для изготовления устойчивых к истиранию деталей точных инструментов, часов и наконечников перьев, электрических контактов, медицинских имплантатов, катализаторов. Сплавы с Mo или W применяют в термоионных генераторах. Некоторые изотопы осмия используют для ядерного синтеза клинических источников излучения, ¹⁸⁷Os – для калибровки масс-спектрометров. OsO₄ ограниченно применяют в органическом синтезе, для окрашивания тканей в биологии, для обнаружения скрытых отпечатков пальцев, усиления контраста при электронно-микроскопических исследованиях.