Osmium

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
ReniumOsmiumIridium
Ru

Os

Hs  
 
 
Os-TableImage.png
Yleistä
Nimi Osmium
Tunnus Os
Järjestysluku 76
Luokka siirtymämetalli
Lohko d
Ryhmä 8
Jakso 6
Tiheys 22,61[1]×103 kg/m3
Kovuus 7,0[1] (Mohsin asteikko)
Väri hopeinen, sinertävä
Löytövuosi, löytäjä 1803, Smithson Tennant
Atomiominaisuudet
Atomipaino 190,23[2] amu
Atomisäde, mitattu (laskennallinen) 185[1] pm
Kovalenttisäde 128 pm
Orbitaalirakenne [Xe] 4f14 5d6 6s2
Elektroneja elektronikuorilla 2, 8, 18, 32, 14, 2
Hapetusluvut II, IV, VII
Kiderakenne heksagonaalinen
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuoto kiinteä
Sulamispiste 3303 K (3030[1] °C)
Kiehumispiste 5285 K (5012[1] °C)
Moolitilavuus -×10−6 m3/mol
Höyrystymislämpö 789[1] kJ/mol
Sulamislämpö 31,80[1] kJ/mol
Äänen nopeus 4940 m/s 273,15 K:ssa
Muuta
Elektronegatiivisuus 2,2[1] (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti 0,130 kJ/kg K
Sähkönjohtavuus 12,3 * 106 S/m
Lämmönjohtavuus 87,6[1] W/(m×K)
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa

Osmium (lat. osmium) on siirtymäalkuaineisiin kuuluva metallimainen alkuaine. Se on jaksollisessa järjestelmässä 76:s alkuaine. Sen kemiallinen merkki on Os, tiheys huoneenlämmössä 2,261×104 kg/m3, sulamispiste 3030 °C, atomipaino 190,23 ja CAS-numero 7440-04-2.

Osmiumin löysi 1803 Smithson Tennant liuottaessaan platinaa kuningasveteen. Tällöin jäi musta aines, jonka hän todisti myöhemmin koostuvan osmiumista ja iridiumista. Osmiumilla on hyvin käyttökohteita: sitä voidaan käyttää metalliseoksissa vahvikkeena sekä muun muassa sähkölaitteissa tai sydämentahdistimissa. Osmium ei ole ihmiselle itsessään haitallista, mutta sen pinnalta haihtuva osmiumtetroksidi on myrkyllinen.

Ominaisuudet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Osmiumkiteitä.

Eri yhdisteissä osmiumilla esiintyvät hapetusluvut +II, +IV ja +VIII, joista viimeksi mainittu esiintyy osmiumtetroksidissa (OsO4).[3]

Osmium on kemiallisesti varsin passiivinen alkuaine, joka luetaan jalometalleihin. Hienojakoisena jauheena se yhtyy ilman hapen kanssa helposti haihtuvaksi osmiumtetroksidiksi, joka on erittäin myrkyllinen. Osmium reagoi myös lämmittäessä ilman hapen kanssa. Se ei normaalisti reagoi happojen kanssa, paitsi kuuman typpihapon, rikkihapon ja kuningasveden kanssa. Osmium reagoi myös korkeissa lämpötiloissa halogeenien kanssa muodostaen osmoniumfluorideja, -klorideja, -bromideja ja -jodideja. Tämän lisäksi se voi muodostaa karbonyyliyhdisteitä sekä reagoida happiryhmän alkuaineiden kanssa. Osmiumtetroksidi on pahanhajuista. Osmiumilla on myös toinen oksidi, osmiumdioksidi (OsO2).[4][3][5]Osmium muodostaa kaikilla yleisimmillä hapetusasteillaan kompleksiyhdisteitä. Tyypillisiä ligandeja ovat emäksiset typpiyhdisteet kuten ammoniakki, amiinit, pyridiini, bipyridiini ja fenantroliini. Myös alkeeni- ja bentseenikomplekseja tunnetaan. Eräiden bipyridyyli- ja polypyridyylien soveltuvuutta katalyyteiksi ja lääketieteellisiin käyttökohteisiin on tutkittu.[6][7]

Osmium on kova, kiiltävä, sinertävänvalkoinen tai hopeinen metalli. Huolimatta kovuudestaan osmium on melko haurasta. Osmiumia ei voi muotoilla kuten muita metalleja, mikä vähentää sen käyttömahdollisuuksia. Osmium on tihein alkuaine, yli kaksi kertaa niin tiheä kuin lyijy. Sen kiderakenne on heksagoninen.[5][8][9]

Osmiumilla on platinaryhmän alkuaineista korkein sulamispiste (3 303 kelviniä). Sen kiehumispiste on 5 285 kelviniä.[1]

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vuonna 1803 Smithson Tennant koetti liuottaa platinaa kuningasveteen, jolloin jäljelle jäi musta aines, joka ei liuennut. Happokäsittelyn avulla hän sai eroteltua tästä aineksesta osmiumin lisäksi iridiumia. Osmium nimettiin sen hajun perusteella: osme tarkoittaa kreikaksi hajua. Todellisuudessa hajun tuottaa osmiumin oksidi osmiumtetroksidi.[5]

Esiintyminen ja valmistus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Osmium esiintyy platinamalmeissa lejeerinkinä. Yleensä osmiumin ja platinan kanssa yhdessä esiintyvät myös rodium, rutenium ja palladium. Osmium on lähes aina seoksena iridiumin kanssa. Osmiumia esiintyy Venäjällä sekä Pohjois- ja Etelä-Amerikassa. Keskimäärin osmiumia on 1,5 ppb (massa), joka tekee siitä yhden harvinaisimmista alkuaineista. Yleensä osmiumia saadaan nikkelin jalostamisen sivutuotteena, ja sitä tuotetaan vuosittain vain noin 100 kg. 100 grammaa puhdasta osmiumia maksaa noin 5 430 euroa. Suurin osa osmiumista tuotetaan Kanadassa.[5][4][1][9]

Perinteinen osmiumin erotusmenetelmä muista jalometalleista on monivaiheinen eikä kovin tehokas. Malmin sisältämät kulta, platina ja palladium liukenevat kuningasveteen ja liukenematon osmiumin lisäksi iridiumia, ruteniumia ja rodiumia sisältävä jäännös kuumennetaan lyijykarbonaatin ja hiilen kanssa niin, että muodostuu sula materiaali. Näin muodostuu arvokkaat metallit sisältävä lyijyfaasi, josta jäähdytyksen jälkeen poistetaan kuona. Tämä faasi sulatetaan ja siitä valmistetaan rakeita, jotka liuotetaan typpihappoon lyijyn poistamiseksi. Liukenemattomasta jäännöksestä saadaan natriumvetysulfaatin avulla rodium poistettua. Tämän jälkeen jäännös käsitellään natriumperoksidilla, jolloin osmium muodostaa natriumosmaattia. Natriumosmaatti reagoi kloorin kanssa helposti haihtuvaksi osmiumtetroksidiksi, joka puhdistetaan tislaamalla ja voidaan pelkistää osmiumiksi esimerkiksi natriumboorihydridin avulla. Vaihtoehtoisesti osmaatti voidaan pelkistää formaldehydin avulla.[10][6]

Työlään perinteisen menetelmän tilalle on kehitetty liuotinuuttomenetelmä, jossa muut metallit saadaan erotettua käyttämällä spesifisiä sopivia komplekseja muodostavia liuottimia. Tämän jälkeen osmium ja rutenium erotetaan tosistaan oksideina.[10][6]

Käyttö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Osmiumia ei voida sulattaa ja muokata samalla tavalla kuin muita metalleja, joten sen käyttö jää melko vähäiseksi. Osmiumia käytetään esimerkiksi täytekynien kärkiin, sähkölaitteisiin, instrumenttien kärjissä sekä kompasseissa. Aikoinaan sitä käytettiin myös hehkulamppujen hehkulangoissa. Osmiumlankaiset lamput kuitenkin hajosivat helposti, minkä vuoksi se korvattiin pian tantaalilla ja volframilla. Osmiumia on käytetty myös sormenjälkien etsimiseen, sillä osmium reagoi pienenkin rasvamäärän kanssa.[5][8][11]

Osmiumia käytetään useasti muiden metallien kanssa seoksina, jolloin saadaan yleensä erittäin kovia yhdisteitä. Platinan (90 %) ja osmiumin (10 %) seosta käytetään lääketieteessä muun muassa sydämentahdistimissa ja sydämen keinoläpissä.[1]

Osmiumtetroksidi on ainoa osmiumin yhdiste, jolla on kaupallista merkitystä. Osmiumtetroksidiksia voidaan käyttää orgaanisessa kemiassa katalyyttinä, kun kaksoissidoksesta halutaan dioli. Osmiumia voidaan käyttää myös ammoniakin syntetisoinnin katalyyttinä.[12][9]

Isotoopit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Osmiumilla on useita stabiileja isotooppeja. Suurin osa luonnossa esiintyvästä osmiumista on isotooppia 192Os, jonka osuus on 41 % kaikesta osmiumista. Muita yleisiä ovat 190Os, 189Os ja 188Os. Osmiumin ytimessä on 76 protonia, ja neutronien määrä vaihtelee 86:n ja 120:n välillä.[13]

Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi
Osuus1
162Os 1,9 ms α
163Os  ?  ?
164Os 21 ms α (98 %), EC, β+
165Os 75 ms α (> 60 %), EC, β+
166Os 181 ms α (72 %), EC, β+
167Os 0,83 s α (67 %), EC, β+
168Os 2,1 s α (44 %), EC, β+
169Os 3,4 s α (11 %), EC, β+
170Os 7,3 s α (12 %), EC, β+
171Os 8,0 s α (1,7 %), EC, β+
172Os 19,2 α (1,0 %), EC, β+
173Os 16 s α (< 0,1 %), EC, β+
174Os 44 s α (< 0,1 %), EC, β+
175Os 1,4 min EC, β+
176Os 3,6 min EC, β+
177Os 2,8 min EC, β+
178Os 5,0 min EC, β+
179Os 6,5 min EC, β+
180Os 21,5 min EC, β+
181Os 105 min EC, β+
181mOs 2,7 min EC, β+
182Os 22,10 h EC
 
Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi
Osuus1
183Os 13,0 h EC, β+
183mOs 9,9 h EC, β+, IT (15 %)
184Os 5,6 * 1013 a 0,02 %
185Os 93,6 d EC
186Os 2,0 * 1015 a 1,58 %
187Os Stabiili 1,6 %
188Os Stabiili 13,3 %
189Os Stabiili 16,1 %
189mOs 5,8 h IT
190Os Stabiili 26,4 %
190mOs 9,9 min IT
191Os 15,4 d β-
191mOs 13,10 h IT
192Os Stabiili 41,0 %
192mOs 5,9 s IT, β- (< 13 %)
193Os 30,11 h β-
194Os 6,0 a β-
195Os 6,5 min β-
196Os 34,9 min β-

1 = Osuus kaikesta luonnossa esiintyvästä osmiumista.
Ilmoitetaan stabiileille ja erittäin pitkäikäisille isotoopeille.
Lähde:[13]

 

EC = Elektronisieppaus
α = Alfahajoaminen
β+ = Beeta-plus-hajoaminen
β- = Beeta-miinus-hajoaminen
IT = Isomeerinen transitio
m = Välitila tai virittynyt atomi

Haitallisuus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Osmium itsessään ei ole myrkyllistä, mutta sen palamistuote osmiumtetroksidi on myrkyllistä. Osmiumtetroksidia haihtuu metallisen osmiumin pinnalta korkeissa lämpötiloissa tai kun metallinen osmium on jauheena. Jo 0,11 mg osmiumtetroksidia kuutiometrissä voi aiheuttaa päänsärkyä sekä ärsytystä silmissä, iholla ja hengitysteissä.[5]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c d e f g h i j k l Osmium Element Facts chemicool.com. Viitattu 15.6.2011. (englanniksi)
  2. Michael T. Wieser & Tyler B. Coplen: Atomic Weights of the Elements 2009 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2011, 83. vsk, nro 2. IUPAC. Artikkelin verkkoversio Viitattu 16.4.2011. (englanniksi)
  3. a b Mark Winter: Osmium compounds webelements.com. Viitattu 15.6.2011. (englanniksi)
  4. a b osmium infoplease.com. Viitattu 15.6.2011. (englanniksi)
  5. a b c d e f Marko Hamilo: Tihein metalli haisee pahalle Helsingin Sanomat 7.2.2006, alkuainesarjan artikkeli osmiumista. Viitattu 12.7.2010.
  6. a b c Renner et al.: Platinum Group Metals and Compounds, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 2002 Teoksen verkkoversio Viitattu 15.06.2011
  7. Christen M. Giandomenico :Platinum-Group Metals, Compounds, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New York, 2001 Teoksen verkkoversio Viitattu 15.06.2011
  8. a b Yinon Bentor: Basic Information chemicalelements.com. Viitattu 15.6.2011. (englanniksi)
  9. a b c Osmium, Chemical Element chemistryexplained.com. Viitattu 15.6.2011. (englanniksi)
  10. a b Richard J. Seymour & Julia I. O'Farrelly :Platinum-Group Metals, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New York, 2001 Teoksen verkkoversio Viitattu 15.06.2011
  11. Osmium - Os lenntech.com. Viitattu 15.6.2011. (englanniksi)
  12. Ian Hunt: Hydroxylation of Alkenes University of Calgary. Viitattu 15.6.2011. (englanniksi)
  13. a b Isotopes of Osmium (Z=76) ie.lbl.gov. Viitattu 15.6.2011. (englanniksi)

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Osmium.