Kõik osmiumi kohta

Osmium - haruldane metall, kuulub plaatina rühma. See avastati Inglismaal plaatina reaktsioonikatsete tulemusena. Nimi osmium on antud kreeka keeles ja tähendab tõlkes "lõhn". Mis see väärismetall on? Millised on selle omadused ja millised on selle eelised?

Selle elemendi avastasid 1803. aastal juhuslikult inglise keemikud Smithson Tennant ja William H. Wollastan. Plaatina reaktsiooni hapete (väävel- ja lämmastikhape) seguga tehtud katsete tulemusena tekkis tekkinud sademele ebameeldiv lõhn, mis meenutas kloori ja mädanenud redise haisu. Sarnased katsed viisid Prantsusmaal läbi Collet-Descoti, Antoine de Fourquoy ja Vauquelin. Uurimistöö tulemusena leidsid nad ka plaatina lahustumatust sademest neile tundmatu aine.

Nende keemiliste elementide avastamist tutvustati Londoni Kuninglikule Seltsile Tennanti kirjaliku teatisega 21. juunil 1804. aastal. Mendelejevi keemiliste elementide perioodilisuse tabelis asub metall järjekorranumbri 76 all. Puhtal kujul metalli tükkides ei leidu, seetõttu on selle keemiline valem esitatud lahustunud kujul.

Elemendi ekstraheerimine toimub teisesest toorainest selle eraldamise tulemusena iriidiumi, plaatina, plaatina-pallaadiumimaagi või vase ja nikli maagist. Kogu elemendi aastane toodang maailmas ei ületa 1 tonni.

Maailma suurimad maardlad väärivad märkimist sellised tsoonid nagu Uurali mäed ja Siber Venemaal, põhjaosariigis Alaska ja lääneosariik California Ameerikas, Kanada Põhja-Ameerikas, Kolumbia Lõuna-Ameerikas ja mõnes Lõuna-Aafrika riigid, Austraalia, saar Tasmaania. Praegu kaalutakse märkimisväärset osmiumi ladestumist Bushwelli kompleks Lõuna-Aafrikas, kus suurem osa ainest kaevandatakse. Arvestades, et metalli suurimad leiukohad asuvad Lõuna-Aafrikas, on selle haruldase muldmetalli maailmahinnad üsna kõrged. Kasahstan peetakse ainsaks suuremaks osmium-187 eksportijaks maailmas. Kuigi Hiinal on plaatinamaagi varud, ei ole seal märkimisväärses koguses osmiumi.

Ainet säilitatakse pulbrina ja kuna see ei sula kristallidena, siis ei ole füüsikaliste omaduste tõttu võimalik sellele marki peale panna. Sellest metallist valuplokkide valmistamiseks kasutatakse pulbrist elektronkiir- või kaarkuumutust, samuti kasutatakse kuumutamist tiiglis.

Osmium on sinakas hõbedane metall. See on üks tihedamaid elemente, selle tihedus on 22 600 kilogrammi kuupmeetri kohta, kuid samal ajal on aine üsna habras, kergesti purunev ja murenev.Sellel on suur erikaal ja see suudab särada isegi üsna kõrge temperatuuri mõjul. Parameetrite ja olulise sulamistemperatuuri tõttu on seda raske töödelda. Looduses esineb see seitsme isotoobi kujul, millest kuut peetakse stabiilseks, need on osmium-184, osmium-187, osmium-188, osmium-189, osmium-190 ja osmium-192. Laboris on saadud radioaktiivseid metalliisotoope massinumbritega 162–197, samuti on kunstlikult saadud mõned tuumaisomeerid.

Peaaegu kõik selle metalliga ühendid põhjustavad siseorganite kahjustusi, nägemis- ja kuulmishäireid. Osmiumiauruga mürgituse korral võivad tekkida pöördumatud kehakahjustused ja surm. Teadlased viisid läbi loomkatseid, mille tulemuseks oli aneemia kiire areng, kopsufunktsiooni normaalse funktsioneerimise puudumine. Jõuti järeldusele, et tegemist on kiiresti areneva tursega. Meditsiinis kasutatav osmiumtetroksiid on väga agressiivne aine. Sellel on maailma kõige vastikum lõhn. Mürgistuse korral kannatab nahk, see muudab värvi roheliseks või mustaks, sageli kaasnevad sellega haavandid ja lõhed, mis paranevad väga kaua.

Suurimas ohus on tööstusruumide töötajad, kes vastavalt kõikidele ohutusstandarditele töötavad ainult respiraatorites ja eririietuses. Kõik osmiumoksiidi sisaldavad mahutid suletakse ja säilitatakse vastavalt eeskirjadele. Nevyanskite mineraalide saamiseks muundatakse plaatina aqua regia abil lahuseks. Seejärel töödeldakse saadud sadet 8-kordse tsingiga - selline sulam muutub suhteliselt kergesti pulbriks, mis seejärel sulatatakse baariumperoksiidiga. Järgmine samm on saadud massi töötlemine aqua regia abil, destilleerimine läbi osmiumtetroksiidi eraldamise aparaadi.

Aine kokkupuutel leeliselahusega saadakse sool. Mõjutatud on soolalahus hüposulfit, mille tulemusena ammooniumkloriidi abil metall sadestub juba Fremy soola kujul. Sade pestakse, filtreeritakse ja kaltsineeritakse. Kõigi nende toimingute tulemuseks on käsnjas osmium. Seejärel puhastatakse see hapetega, redutseeritakse elektriahjus vesinikuvoolu all ja jahutatakse. Niisiis saada osmiumiproovid kuni 99,9%.

Selle elemendi omadused on keemia seisukohalt hämmastavad. Neist olulisemad on järgmised.

1. Osmium ei reageeri üldse leeliste ja hapetega. Moodustab leeliseliste sulamitega reageerides vees lahustuvaid osmaate. Koostoime lämmastik- ja vesinikkloriidhappe seguga annab äärmiselt aeglase reaktsiooni.
2. Väga mürgine, isegi mikroskoopilistes annustes. Eriti mürgine on plaatinast eraldatud osmiumoksiid.
3. Metalli keemistemperatuuri ei saa määrata, kuna see on eriti tulekindel.
4. Pulbris olev metall läheb kergesti kuumutusreaktsiooni selliste ainetega: puhas hapnik, halogeenid, väävel- või lämmastikhape.
5. Erinevates ühendites saab see oksiidiarvu vahemikus -2 kuni +8. Levinumad on +2, +3, +4 ja +8.
6. Võimeline moodustama kobarühendeid.
7. Peamised mineraalid on seotud tahkete lahustega ja neid esindavad iriidiumi ja osmiumi sulamid - need on süsertskiit ja nevyanskiit. Lisaks on Syserskitel erinev nimi - osmium iridium ja nevyanskite - osmium iridium.

Tihedus osmium on ligikaudu 22,61 grammi kuupsentimeetri kohta. Kristallid on kauni hõbedase läikega, erineva varjundiga hallist siniseni. Valuplokkides ilmub tumesinine värv, pulbris - lilla. Kogu metallil on hõbedane läige. Elemendi mürgisus ei võimalda seda kasutada juveelitööstuses. Peamised füüsikalised omadused on märgitud järgmiselt.

1. Selle elemendi sulamistemperatuur on üsna kõrge, sulamine on võimalik temperatuuril üle 3000 kraadi Celsiuse järgi.
2. Metallil puuduvad magnetilised omadused.
3. Hämmastav kõvadus. Selle metalli lisamisega sulamid omandavad suurema kulumiskindluse, vastupidavuse, korrosioonivastase, vastupidavuse mehaanilisele pingele.
4. Keemistemperatuur on 5012 ºC.
5. Mohsi kõvadus on 7.
6. Vickersi kõvadus on 3-4 GPa.

Elemendi enda märkimisväärse hinna tõttu kasutatakse seda metalli masstööstuslikus tootmises harva. Põhimõtteliselt esindab osmiumi ulatust keemiatööstuse tööstus, kus seda kasutatakse katalüsaatorina. Osmiumtetroksiidi kasutatakse mõnedes ravimites. Laboratoorsetes uuringutes kasutatakse eluskudede värvimisel, see tagab rakkude struktuuri säilimise.

Lennutööstuses kasutatakse osmiumi lennunduse ja raketitehnoloogia seadmete elektroonikaseadmetes, kui ka valmistamisel tuumarelvad. Magnetiliste omaduste puudumise tõttu metalli kasutatakse kaubamärgiga kellade, näiteks Rolexi, valmistamisel. Selleks kasutatakse osmiumi ja plaatina sulamit kirurgiliste implantaatide loomine Need on südamestimulaatorid või kopsuklapid.

1. Osmiumi rõhul ligikaudu 770 GPa interakteeruvad elektronid sisemistel orbitaalidel, aine struktuur jääb muutumatuks.
2. Osmium kivimid sisaldavad pool protsenti maagimaardlate kogumassist.
3. Suure tiheduse tõttu metalli välimus ja tegelik mass on väga erinevad. Seega on selle metallipulbriga täidetud 0,5-liitrine plastpudel raskem kui 10-liitrine veega täidetud ämber.
4. See metall on esiviisikus kallis.
5. Kolme untsi osmiumi hind on ärisaladus, avatud allikatest leiate aine 1 grammi ligikaudse hinna.
6. Osmiumi tulekindluse tõttu märgitud elektrilambi ajaloos. Teadlane K. Auer von Welsbach Saksamaalt tegi ettepaneku asendada lambipirnis olev süsinikhõõgniit osmiumhõõgniidi vastu. Lambipirnid osutusid 3 korda vähem energiamahukateks ja valgustus paranes märgatavalt. Tõsi, peagi asendati see tavalisema tantaaliga, mis omakorda asendati volframiga.
7. Sarnane olukord juhtus haruldase metalliga ammoniaagi tootmisel. Praegu kasutatav ammoniaagi sünteesimeetod, mille töötas välja 1908. aastal Saksamaalt pärit keemik Fritz Haber, on võimatu ilma katalüsaatorite kasutamiseta.Esialgu näitasid sel ajal kasutatud katalüsaatorid oma omadusi ainult oluliste temperatuuritingimuste juuresolekul ja neil polnud kõrget efektiivsust, seega oli asendusotsing väga asjakohane. Karlsruhe Kõrgema Tehnikakooli labori teadlased tegid ettepaneku kasutada katalüütilise elemendina peendispersset osmiumi. Katsetulemused kinnitasid, et idee oli asjakohane, katalüütiline temperatuur langes rohkem kui 100 ºC ja ammoniaagi toodang suurenes oluliselt. Tõsi, tulevikus loobuti osmiumist, kuid see aitas nii olulise probleemi lahendamisel.

Mängivad osmium ja teised haruldased ja ainulaadsed metallid olulist rolli erinevates tööstusharudes. Isegi kogu oma mürgisuse juures säästab see inimeste elusid ja tervist.

Lisateavet osmiumi kohta leiate järgmisest videost.