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Osmio

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Osmio
76 Os
Ru

Os

Hs
renioosmioiridio
Apariencia
plateado, elenco azul
Propiedades generales
Nombre, símbolo, número osmio, Os, 76
Pronunciación / ɒ z m yo ə m / OZ -mee-əm
Categoría Elemento metal de transición
Grupo, período, bloque 8, 6, d
Peso atómico estándar 190.23
Configuración electrónica [ Xe ] 4f 14 5d 6 6s 2
2, 8, 18, 32, 14, 2
Capas de electrones de osmio (2, 8, 18, 32, 14, 2)
Historia
Descubrimiento Smithson Tennant (1803)
Primer aislamiento Smithson Tennant (1803)
Propiedades físicas
Fase sólido
Densidad (cerca rt) 22,59 g · cm -3
Líquido densidad en mp 20 g · cm -3
Punto de fusion 3306 K , 3033 ° C, 5491 ° F
Punto de ebullicion 5285 K, 5012 ° C, 9054 ° F
Calor de fusión 57.85 kJ · mol -1
El calor de vaporización 738 kJ · mol -1
Capacidad calorífica molar 24.7 J · mol -1 · K -1
Presión del vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
en T (K) 3160 3423 3751 4148 4638 5256
Propiedades atómicas
Estados de oxidación 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2
(Levemente ácida óxido)
Electronegatividad 2,2 (escala de Pauling)
Energías de ionización Primero: 840 kJ · mol -1
Segundo: 1600 kJ · mol -1
Radio atómico 135 pm
Radio covalente 144 ± 16:00
Miscelánea
Estructura cristalina hexagonal compacta
Osmio tiene una estrecha llena de estructura cristalina hexagonal
Ordenamiento magnético paramagnético
La resistividad eléctrica (0 ° C) 81,2 nΩ · m
Conductividad térmica 87,6 W · m -1 · K -1
Expansión térmica (25 ° C) 5,1 micras · m -1 · K -1
Velocidad del sonido (varilla delgada) (20 ° C) 4940 m · s -1
Módulo de corte 222 GPa
Módulo de volumen 462 GPa
Relación de Poisson 0.25
Dureza de Mohs 7.0
Dureza Brinell 3920 MPa
Número de registro del CAS 7440-04-2
La mayoría de los isótopos estables
Artículo principal: Los isótopos de osmio
iso N / A media vida DM DE ( MeV) DP
184 Os 0,02% > 5,6 × 10 13 y β + β + 1,452 184 W
α 2,963 180 W
185 Os syn 93.6 d ε 1,013 185 Re
186 Os 1,59% 2.0 × 10 15 y α 2,822 182 W
187 Os 1.96% 187 Os es estable con 111 neutrones
188 Os 13,24% 188 Os es estable con 112 neutrones
189 Os 16,15% 189 Os es estable con 113 neutrones
190 Os 26.26% 190 Os es estable con 114 neutrones
191 Os syn 15.4 d β - 0,314 191 Ir
192 Os 40.78% > 9,8 × 10 12 y β - β - 0.4135 192 Pt
α 0.3622 188 W
193 Os syn 30.11 d β - 1,141 193 Ir
194 Os syn 6 y β - 0,097 194 Ir

El osmio es un elemento químico con el símbolo S y número atómico 76. Es un, quebradizo, de color blanco azulado duro metal de transición en el familia del platino y es el elemento más denso de origen natural, con una densidad de 22,59 g / cm 3. Se encuentra en la naturaleza como una aleación, sobre todo en los minerales de platino; su aleaciones con platino , iridio , y otros metales del grupo del platino se emplean en consejos de la estilográfica, contactos eléctricos, y otras aplicaciones donde se necesitan durabilidad extrema y dureza.

Características

Propiedades físicas

Osmio, pellet refundido

Osmio tiene un tinte azul-gris y es la más densa elemento estable, ligeramente más denso que el iridio . Los cálculos de la densidad de la Datos de difracción de rayos X pueden producir los datos más fiables para estos elementos, dando un valor de 22.562 ± 0.009 g / cm 3 para iridio frente a 22,587 ± 0,009 g / cm 3 para osmio. La alta densidad de osmio es una consecuencia de la la contracción de los lantánidos.

Osmio es un duro pero quebradizo de metal que permanece brillante incluso a altas temperaturas. Tiene una muy baja compresibilidad. Correspondientemente, su módulo de volumen es extremadamente alta, informó entre 395 y 462 GPa, que rivaliza con el de diamante (443 GPa). La dureza de osmio es moderadamente alto en 4 GPa. Debido a su dureza, fragilidad, baja presión de vapor (el más bajo de los metales del grupo del platino) y muy alto punto de fusión (el cuarto más alto de todos los elementos), osmio sólido es difícil de mecanizar, la forma o el trabajo.

Propiedades químicas

Estados de oxidación de osmio
-2 Na 2 [Os (CO) 4]
-1 Na 2 [Os 4 (CO) 13]
0 Os 3 (CO) 12
1 OSI
2 OSI 2
3 OsBr 3
4 El OsO 2, OsCl 4
5 OsF 5
6 OsF 6
7 OSOF 5, 7 OsF
8 Oso 4, Os (NCH 3) 4

El osmio forma compuestos con estados de oxidación que van -2-8. Los estados de oxidación más comunes son 2, 3, 4, y 8. El estado de oxidación 8 se caracteriza por ser el más alto alcanzado por los elementos químicos, y aparte de osmio, se encuentran sólo en el xenón , rutenio , hassio , iridio y plutonio (inestable). Los estados de oxidación -1 y -2 representados por los dos compuestos reactivos Na 2 [Os 4 (CO) 13] y Na 2 [Os (CO) 4] se utilizan en la síntesis de osmio compuestos de racimo.

El compuesto más común que presenta el estado de oxidación es 8 tetróxido de osmio. Este compuesto tóxico se forma cuando osmio en polvo se expone al aire, y es un sólido cristalino muy volátil, soluble en agua, de color amarillo pálido, sólido con un olor fuerte. Polvo de osmio tiene el olor característico de tetróxido de osmio. Formularios tetróxido de osmio osmates rojos OsO4 (OH) 2-
2 después de la reacción con una base. Con el amoníaco, que forma las nitruro-osmates Oso 3 N -. El tetróxido de osmio hierve a 130 ° C y es un poderoso agente oxidante. En contraste, dióxido de osmio (OSO 2) es de color negro, no volátil, y mucho menos reactivo y tóxico.

Sólo dos compuestos de osmio tienen importantes aplicaciones: tetróxido de osmio para tejido tinción en microscopía electrónica y para la oxidación de alquenos en síntesis orgánica, y los osmates no volátil para reacciones de oxidación orgánicos.

Heptafluoride osmio (OsF 7) y pentafluoruro de osmio (OsF 5) son conocidos, pero trifluoruro de osmio (OsF 3) Aún no se ha sintetizado. Los estados de oxidación más bajos se estabilizan por los halógenos más grandes, de modo que el tricloruro, tribromuro, triyoduro, e incluso diyoduro son conocidos. El estado de oxidación +1 es conocida sólo por yoduro de osmio (OSI), mientras que varios complejos de osmio carbonilo, tales como dodecacarbonilo triosmium (Os 3 (CO) 12), representan el estado de oxidación 0.

En general, los estados de oxidación más bajos de osmio se estabilizan por ligandos que son buenos donadores de σ (tales como aminas ) y π-aceptores ( heterociclos que contienen nitrógeno ). Los estados de oxidación más altos se estabilizan por la fuerte σ- y π-donantes, tales como O 2- y 3- N.

Isótopos

Osmio tiene siete naturales isótopos , seis de los cuales son estables: 184 Os, Os 187, 188 Os, Os 189, 190 Os, y (más abundante) 192 186 Os Os sufre. desintegración alfa con una tan larga vida media ((2,0 ± 1,1) x 10 15 años) que para fines prácticos puede considerarse estable. La desintegración alfa se prevé para todos los siete isótopos naturales, pero debido a la muy largas vidas medias, se ha observado sólo para 186 Os. Se prevé que 184 Os y 192 Os puede sufrir decaimiento beta doble pero esta radiactividad no se ha observado todavía.

187 Os es la hija de 187 Re (vida media de 4,56 × 10 10 años) y se usa ampliamente en la terrestre citas, así como meteóricas rocas (ver citas renio-osmio). También se ha utilizado para medir la intensidad de la meteorización continental largo del tiempo geológico y fijar edades mínimas para la estabilización de la raíces manto de continentales cratones . Este decaimiento es una razón por la cual los minerales de renio-ricos son anormalmente ricos en 187 Os. Sin embargo, la aplicación más notable de la periferia en las citas ha sido en conjunto con iridio, para analizar la capa de cuarzo deformado a lo largo del Límite Cretácico-Paleógeno que marca la extinción de los dinosaurios hace 65 millones de años.

Historia

Osmio (de griego osme (ὀσμή) que significa "olor") fue descubierto en 1803 por Smithson Tennant y William Hyde Wollaston en Londres , Inglaterra . El descubrimiento de osmio se entrelaza con la de platino y otros metales del grupo del platino. Platinum llegó a Europa como platina ("pequeño plata"), encontró por primera vez a finales del siglo 17 en las minas de plata de todo el Departamento del Chocó, en Colombia . El descubrimiento de que este metal no era una aleación, pero un nuevo elemento distinto, fue publicado en 1748. Los químicos que estudiaron platino disuelto en aqua regia (una mezcla de clorhídrico y ácido nítrico ) para crear sales solubles. Siempre observaron una pequeña cantidad de un residuo oscuro, insoluble. Joseph Louis Proust pensaba que el residuo era grafito. Victor Collet-Descotils, Antoine-François de Fourcroy, y Louis Nicolas Vauquelin también observó el residuo negro en 1803, pero no obtuvo suficiente material para experimentos adicionales.

En 1803, Smithson Tennant analizó el residuo insoluble y se llegó a la conclusión de que debe contener un nuevo metal. Vauquelin tratado el polvo alternativamente con alcalinos y ácidos y obtuvo un nuevo óxido volátil, que él cree que es de este nuevo metal que llamó ptene, de la palabra griega πτηνος (ptènos) para alado. Sin embargo, Tennant, que tenía la ventaja de una cantidad mucho mayor de residuos, continuó su investigación e identificó dos elementos no se habían descubierto en el residuo negro, iridio y osmio. Se obtuvo una solución de color amarillo (probablemente de cis - [Os (OH) 2 O 4] 2-) por reacciones con hidróxido de sodio al calor rojo. Después de la acidificación fue capaz de destilar la OSO formado 4. Nombró osmio después griega significado osme "olor", porque el olor a ceniza y humo de la volátil tetróxido de osmio. El descubrimiento de los nuevos elementos se documentó en una carta a la Royal Society el 21 de junio 1804.

El uranio y el osmio fueron los primeros catalizadores de éxito en el Proceso de Haber, la fijación de nitrógeno reacción del nitrógeno y de hidrógeno para producir amoniaco , dando suficiente rendimiento para hacer el proceso económicamente exitoso. En ese momento, un grupo en BASF dirigido por Carl Bosch compró la mayor parte de la oferta mundial de osmio utilizar como catalizador. Poco después, en 1908, los catalizadores más baratos basados en óxidos de hierro y hierro fueron introducidos por el mismo grupo de las primeras plantas piloto, la eliminación de la necesidad de que el osmio caros y raros.

Hoy en día se obtiene de osmio principalmente de la transformación de platino y níquel minerales.

Aparición

Platino nativo que contiene trazas de la otra metales del grupo del platino

Osmio es el elemento estable abundante menos en la Tierra corteza con una fracción de masa media de 0,05 ppb en la corteza continental .

Osmio se encuentra en la naturaleza como un elemento sin combinar o naturales aleaciones; especialmente las aleaciones de iridio-osmio, osmiridio (osmio rico), y iridiosmium (iridio ricos). En las de níquel y de cobre depósitos, los metales del grupo del platino se producen como sulfuros (es decir, (Pt, Pd) S)), telururos (por ejemplo, PtBiTe), antimoniuros (por ejemplo, PDSB), y arseniuros (por ejemplo, ptas 2); en todos estos compuestos de platino se intercambia por una pequeña cantidad de iridio y osmio. Como con todos los metales del grupo del platino, osmio se puede encontrar naturalmente en aleaciones con níquel o de cobre.

Dentro de la corteza terrestre, el osmio, como el iridio, se encuentra en concentraciones más altas en tres tipos de estructura geológica: depósitos ígneas (intrusiones de la corteza desde abajo), los cráteres de impacto, y los depósitos vuelto a trabajar de una de las antiguas estructuras. Las mayores reservas primarias conocidas están en el Bushveld complejo ígneo en Sudáfrica , a pesar de los grandes yacimientos de cobre-níquel cerca Norilsk, en Rusia , y el Cuenca de Sudbury en Canadá también son fuentes importantes de osmio. Reservas más pequeñas se pueden encontrar en los Estados Unidos. La depósitos aluviales utilizados por pueblos precolombinos en la Departamento del Chocó, Colombia siguen siendo una fuente de metales del grupo del platino. El segundo depósito aluvial grande se encontró en el Montes Urales, Rusia, que todavía está minada.

Producción

Cristales Osmio, cultivados por el transporte de vapor químico.

El osmio se obtiene comercialmente como un subproducto del níquel y cobre de minería y procesamiento. Durante electrolítico de cobre y níquel, metales nobles tales como plata, oro y los metales del grupo del platino, junto con elementos no metálicos tales como el selenio y el teluro se depositan en el fondo de la celda de ánodo como el barro, que forma el material de partida para su extracción. Con el fin de separar los metales, que primero deben ser llevados a la solución. Varios métodos están disponibles dependiendo del proceso de separación y la composición de la mezcla; dos métodos representativos son la fusión con peróxido de sodio seguido por disolución en agua regia, y la disolución en una mezcla de cloro con ácido clorhídrico . Osmio, rutenio, rodio e iridio se pueden separar de metales de platino, de oro y de la base por su insolubilidad en agua regia, dejando un residuo sólido. El rodio se puede separar del residuo por tratamiento con fundido bisulfato de sodio. El residuo insoluble, que contiene Ru, Os e Ir, se trata con óxido de sodio, en el cual Ir es insoluble, la producción de sales de Ru y Os solubles en agua. Después de la oxidación de los óxidos volátiles, RuO 4 se separa de OsO4 por precipitación de (NH 4) 3 RuCl 6 con cloruro de amonio.

Después de que se disuelve, osmio se separa de los otros metales del grupo del platino por destilación o extracción con disolventes orgánicos de la tetróxido de osmio volátiles. El primer método es similar al procedimiento utilizado por Tennant y Wollaston. Ambos métodos son adecuados para la producción a escala industrial. En cualquier caso, el producto se reduce utilizando hidrógeno, dando el metal como un polvo o una esponja que puede ser tratada usando técnicas de metalurgia de polvos.

Ni los productores ni el Servicio Geológico de Estados Unidos publicaron cualquier cantidad de producción de osmio. Las estimaciones de la fecha de consumo de los Estados Unidos publicado a partir de 1971, lo que da un consumo en los Estados Unidos de 2000 onzas troy (62 kg), sugieren que la producción sigue siendo inferior a 1 tonelada por año.

Aplicaciones

Debido a la volatilidad y la extrema toxicidad de su óxido, osmio se utiliza raramente en su estado puro, y en su lugar a menudo aleado con otros metales. Estas aleaciones se utilizan en aplicaciones de alto desgaste. Aleaciones tales como osmio osmiridio son muy duros y, junto con otros metales del grupo del platino, se utilizan en las puntas de plumas estilográficas, pivotes de instrumentos y contactos eléctricos, ya que pueden resistir el desgaste de operación frecuente. También fueron utilizados por los consejos de fonógrafo agujas durante la tarde 78 rpm y principios " LP "y" 45 "era récord, alrededor de 1945 a 1955. Aunque muy duradera en comparación con puntas de acero y agujas cromo, consejos de aleación de osmio desgastó mucho más rápidamente que compiten pero más costoso zafiro y diamantes consejos y se interrumpieron.

El tetróxido de osmio se ha utilizado en detección de huellas dactilares y en la tinción tejido graso para óptica y microscopía electrónica. Como un oxidante fuerte, TI enlaces cruzados lípidos principalmente por reacción con enlaces carbono-carbono insaturados, y por lo tanto ambas correcciones de las membranas biológicas en el lugar en muestras de tejido y al mismo tiempo les manchas. Debido a átomos de osmio son extremadamente denso en electrones, la tinción de osmio mejora en gran medida el contraste de imagen en microscopía electrónica de transmisión (TEM) estudios de materiales biológicos. Esos materiales de carbono tienen contraste TEM por lo demás muy débil (ver imagen). Otro compuesto de osmio, ferricianuro de osmio (OsFeCN), exhibe fijación de acción similar y de tinción.

El tetróxido y un compuesto relacionado, osmiato potasio, son oxidantes importantes para la síntesis química, a pesar de ser muy venenoso. Para el Dihidroxilación asimétrica de Sharpless, que utiliza osmiato para la conversión de una doble enlace en una vecinal diol, Karl Barry Sharpless ganó el Premio Nobel de Química en 2001. Al parecer, OsO4 es muy caro para este uso, por lo KMnO4 se utiliza a menudo en lugar, a pesar de que los rendimientos son menores para este reactivo químico más barato.

En 1898 un químico austriaco, Auer von Welsbach, desarrolló el Oslamp con un filamento hecho de osmio, que introdujo en el mercado en 1902. Después de unos pocos años, el osmio fue sustituido por el metal más estable de tungsteno . El tungsteno tiene el punto de fusión más alto de cualquier metal, y su uso en las bombillas aumenta la eficacia luminosa y la vida de las lámparas incandescentes.

El fabricante de la bombilla Osram (fundada en 1906, cuando tres empresas alemanas, Auer-Gesellschaft, AEG y Siemens & Halske, combinaron sus instalaciones de producción de la lámpara) derivan su nombre de los elementos de la prima os y Wolf ram (este último es alemán para el tungsteno).

Como paladio, osmio en polvo absorbe eficazmente átomos de hidrógeno. Esto podría hacer que el osmio un candidato potencial para un electrodo de batería de hidruro de metal. Sin embargo, osmio es caro y podría reaccionar con hidróxido de potasio, el electrolito de la batería más común.

Osmio tiene una alta reflectividad en el ultravioleta de la gama espectro electromagnético; por ejemplo, al 600 Osmio Å tiene una reflectividad doble que la de oro. Esta alta reflectividad es deseable en basada en el espacio Espectrómetros UV que han reducido los tamaños espejo debido a limitaciones de espacio. Espejos Osmio recubiertos fueron trasladados en varias misiones espaciales a bordo del Transbordador espacial, pero pronto se hizo evidente que los radicales de oxígeno en la órbita baja de la Tierra son lo suficientemente abundantes como para deteriorar significativamente la capa de osmio.

El uso clínico sólo se conoce de osmio parece ser para sinovectomía en pacientes artríticos en Escandinavia. Se trata de la administración local de tetróxido de osmio (OsO4) que es un compuesto altamente tóxico. La falta de informes de efectos secundarios a largo plazo sugieren que osmio sí mismo puede ser biocompatible, aunque esto depende del compuesto administrado de osmio. Se reportaron en el 2011, el osmio (VI) y osmio (II) compuestos para mostrar la actividad anticancerosa in vivo, indicó un futuro prometedor para el uso de compuestos de osmio como medicamentos contra el cáncer.

Precauciones

Osmio metálico finamente dividido es pirofórico. Osmio reacciona con el oxígeno a temperatura ambiente formando volátil tetróxido de osmio. Algunos compuestos de osmio también se convierten en el tetróxido de si el oxígeno está presente. Esto hace que el tetróxido de osmio la fuente principal de contacto con el medio ambiente.

El tetróxido de osmio es muy volátil y penetra la piel fácilmente, y es muy tóxico por inhalación, ingestión y contacto con la piel. Bajas concentraciones del vapor tetróxido de osmio pueden causar congestión pulmonar y piel o daño a los ojos, y por lo tanto se debe utilizar en una campana de humos. El tetróxido de osmio se reduce rápidamente a compuestos relativamente inertes por aceites vegetales poliinsaturados, tales como aceite de maíz .

Precio

El osmio se vende generalmente en forma de polvo puro 99%. Al igual que otros metales preciosos, que se mide por peso troy y por gramos. Su precio en 2010 fue de alrededor de $ 400 por onza troy (o alrededor de $ 13 por gramo), dependiendo de la cantidad y de su proveedor.

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