Осмий

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 ).

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 ¹⁸⁷ Os накапливается в месторождениях Re.

Конфигурация внешней электронной оболочки атома осмия 4f¹⁴ 5d⁶ 6s² ; 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)₄ X₂ (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 , OsO₃ F₂ 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 Na₂ O₂ с образованием солей неустойчивой осмиевой кислоты H₂ OsO₄ . Осмий образует также перосматы, гидроксо-, фторо- и хлороосматы, например K₂ [OsO₂ (OH)₄ ], K₂ OsCl₆ и OsO₂ (NH₄ )₄ Cl₂ .

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 )₄ Cl₂ или K₂ [OsO₂ (OH)₄ ], которые разлагают до порошкообразного или губчатого осмия в восстановительной среде.

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, ¹⁸⁷ Os – 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.