Un grup de elemente chimice care au proprietățile metalelor se numesc metale grele. Trăsătura lor caracteristică este greutate atomică mareși densități mari.
Există mai multe definiții ale acestui grup, dar în orice interpretare indicatorii indispensabili sunt:
- greutatea atomică (acest indicator ar trebui să fie peste 50);
- densitatea (trebuie să depășească densitatea fierului - 8 g/cm3).
În general, cu clasificarea metalelor grele indicatori importanti:
- proprietăți chimice;
- proprietăți fizice;
- activitate biologică;
- toxicitate.
Nu mai puțin relevant este factorul prezenței în sfera industrială și economică.
Cel mai greu metal
Oamenii de știință încă argumentează care metal este cel mai greu:
- osmiu (masă atomică - 76);
- iridiu (masă atomică - 77).
Masa ambelor metale diferă literalmente cu miimi.
Iridiu descoperit în 1803 de englezul Tennat.
Omul de știință a lucrat cu minereu polimetalic, în care s-a observat prezența argintului, platinei și plumbului în proporții diferite.
Spre uimirea chimistului, acolo a fost găsit și iridiu. Descoperirea chimistului englez a fost unică, deoarece practic nu există iridiu în scoarța terestră. Se găsește doar dacă un meteorit a căzut vreodată în zona de căutare. Oamenii de știință sunt înclinați să creadă că prezența mică a iridiului în scoarța terestră se datorează tocmai masei sale. Există o opinie științifică conform căreia cea mai mare parte a iridiului „s-a scurs” literalmente în centrul scoarței terestre în momentul nașterii Pământului.
Principalele caracteristici ale iridiului sunt:
- rezistență la orice stres mecanic și chimic (iridiul practic nu poate fi prelucrat în niciun fel);
- colosală inerție chimică.
În industrie, izotopul iridiului este folosit de paleontologi la săpături pentru a determina care dintre ele sunt de origine artificială.
Osmiul a fost descoperit un an mai târziu - în 1804. S-a găsit și în minereu polimetalic. Acest metal este, de asemenea, prelucrat cu cea mai mare dificultate, atât chimic, cât și mecanic.
Pe planeta Pământ, osmiul se găsește, ca iridiul, în locurile de impact ale meteoriților.
Cu toate acestea, există mai multe regiuni în care depozite mari osmia:
- Kazahstan;
- America;
- Africa de Sud (depozitul de osmiu este deosebit de mare aici).
În industrie, osmiul este folosit la producerea lămpilor cu incandescență. În plus, este utilizat acolo unde sunt necesare materiale refractare. Și datorită densității crescute a osmiului, a fost adoptat de medici - instrumentele chirurgicale sunt făcute din acesta.
Metale grele în sol
Însăși definiția „sever” este adesea considerată de specialiști nu sub aspect chimic, ci în aspect medical. În plus, pentru ecologisti acest termen este relevant și atunci când se determină gradul de pericol al unui anumit obiect pentru activitățile de protecție a mediului.
Prezența metalelor grele în sol depinde de compoziția rocii. Rocile, la rândul lor, se formează în procesul de dezvoltare a teritoriilor. Compozitia chimica a solului este reprezentata de produse meteorologice ale rocilor si depinde de conditiile de transformare repetata.
ÎN lumea modernă Activitatea umană antropică determină în mare măsură compoziția solului. Metale grele sunt un factor de poluare a solului. Ele sunt clasificate drept toxice deoarece toate sunt toxice într-o măsură sau alta.
În curs activitate industrială la om, metalele grele sunt adesea amestecate cu:
Sarcina oamenilor de știință din mediu este de a crea condiții care să prevină dispersarea substanțelor toxice în biosferă.
Omenirea cunoaște multe tipuri de metale care astăzi ne permit să producem unelte de înaltă calitate, piese de mașini, echipamente, vehicule și multe alte lucruri necesare și utile. Există metale incredibil de ușoare, durabile, scumpe și apoi sunt cele mai grele metale. Și mulți, crezând că mercurul este așa, se înșală foarte mult. Titlul de „cel mai greu metal din lume” poate fi revendicat în egală măsură de metalele din grupa platinei - osmiul (numărul atomic 76) și iridiu (numărul atomic 77). Ambele au cea mai mare densitate, care este de 22,6 g/cm3. Oamenii de știință cred că masa lor este aproximativ aceeași, iar erorile disponibile în calcule permit să se răspundă la întrebarea care metal este cel mai greu, că ambele metale pot fi considerate cele mai grele.
Iridium: descoperire, caracteristici, aplicație
Acest cel mai greu metal de pe Pământ a fost descoperit de omul de știință englez Smithson Tennat în 1803. Au trecut deja câteva secole de la descoperirea platinei. Din acest metal alb, fizicienii au reușit să izoleze paladiul și rodiul la începutul secolului al XIX-lea. Și Tennat a găsit încă două elemente în sedimentele metalice - iridiu și osmiu. Tradus din greaca veche, iridium înseamnă „curcubeu”.
Este un metal alb-argintiu care nu este doar greu, ci și destul de durabil. Iridiul descoperit este unic chiar și pentru vremurile noastre, deoarece există foarte puțin din el în scoarța terestră. Nu se pot produce mai mult de 1000 kg din acest metal pe an. Cel mai adesea, iridiul se găsește în locurile unde au căzut meteoriții. Oamenii de știință susțin că metalul alb-argintiu ar putea fi un metal mai comun pe suprafața planetei noastre, dar vina depozitelor sale mici este masa atomică considerabilă, care se presupune că a apăsat prin rocă, împingând metalul mai aproape de miezul Pământului.
Iridiul este destul de dificil de prelucrat și este, de asemenea, inert din punct de vedere chimic. Dacă puneți o bucată de metal într-un amestec de acid azotic și clorhidric, atunci nu se va întâmpla nimic. Izotopul de iridiu „192m2” și-a găsit o largă aplicație în industrie, folosit ca sursă de energie electrică. Metalul este, de asemenea, utilizat pe scară largă în paleontologie - cu ajutorul lui, oamenii de știință determină vârsta artefactelor găsite pe Pământ. Iridiul poate fi folosit și pentru a acoperi alte metale, totuși, din cauza complexității procesării acestui metal, acest lucru este destul de dificil de realizat. O metodă chimică vine în ajutor, care vă permite să obțineți aplicarea uniformă a acoperirii cu iridiu pe alte metale și produse ceramice.
Osmium: descoperire, caracteristici, aplicație
Osmiul este, de asemenea, cel mai greu metal din tabelul periodic. Metalul alb-staniu cu o tentă albastră a fost descoperit de Smithson Tennat la un an după descoperirea iridiului în platină. Când platina a fost dizolvată în acva regia, omul de știință a descoperit acest element în sediment, care este un metal destul de rar folosit și scump, dar în același timp incredibil de util.
Osmiul, ca și metalul identificat anterior, este aproape imposibil de prelucrat. Se găsește mai ales în meteoriți, dar depozite mari pot fi găsite și pe planeta noastră (de exemplu, există în Rusia, SUA și Africa de Sud). Trăsătură distinctivă Osmia este un miros neplăcut în care poți mirosi atât usturoi, cât și clor. Prin urmare, din greaca veche numele „osmium” înseamnă „miros”.
De regulă, osmiul este folosit pentru a face becuri cu incandescență sau alte dispozitive care necesită utilizarea materialelor refractare. Poate fi folosit ca catalizator în procesul de producere a amoniacului. Rezistența ridicată a osmiului îi permite să fie utilizat pentru fabricarea instrumentelor chirurgicale. Pentru a determina vârsta reală a unui meteorit de fier, se folosește izotopul osmiu 187, Kazahstanul se poate „lândi” cu un depozit natural de osmiu. Dar pentru un gram de astfel de metal extras din acest depozit, cumpărătorul va trebui să plătească cel puțin 10.000 USD și totul pentru că acest metal este destul de rar.
Se poate observa că este un fel de coincidență incredibilă că astfel de metale grele și rare se găsesc într-un aliaj. Și pentru a separa aceste materiale, făcându-le metale separate care pot fi folosite în diverse industrii, va trebui să dedici mult efort și timp procesului.
Osmiu VS Iridiu
Dezbaterea despre care dintre cele două elemente ale tabelului periodic este mai grea încă nu se potolește. Cele mai grele două elemente ale tabelului - Osmium (76) și Iridium (77) - concurează pentru acest drept. Densitatea ambelor elemente este de aproximativ 22,6 g/cm3.
Spre deosebire de liderul clar în rândul metalelor ușoare, nu este atât de simplu cu metalele grele. Prin urmare, să luăm în considerare ambele metale.
Iridiu
Au trecut mai bine de două secole de când au apărut primele informații despre platină, un metal alb din America de Sud. Multă vreme oamenii au fost siguri că asta metal pur, la fel ca aurul. Abia chiar la începutul secolului al XIX-lea. Wollaston a reușit să izoleze paladiul și rodiul din platina nativă, iar în 1804 Tennant, studiind precipitatul negru rămas după dizolvarea platinei native în acva regia, a găsit încă două elemente în acesta. Pe unul dintre ele l-a numit osmiu, iar al doilea - iridiu. Sărurile acestui element au fost colorate în diferite condiții diverse culori. Această proprietate a stat la baza numelui: în greacă cuvântul ιρις înseamnă „curcubeu”.
chimist rus
În 1841, celebrul chimist rus profesor Karl Karlovich Klaus a început să cerceteze așa-numitele reziduuri de platină, adică. sediment insolubil rămas după tratarea platinei brute cu acva regia. „La începutul lucrării”, a scris Klaus, „am fost surprins de bogăția restului meu, pentru că am extras din ea, pe lângă 10% platină, o cantitate considerabilă de iridiu, rodiu, osmiu, mai multe paladiu și un amestec de diferite metale cu conținut special.”
Klaus a informat autoritățile miniere despre bogăția rămășițelor. Autoritățile au devenit interesate de descoperirea omului de știință din Kazan, care promitea beneficii semnificative. La acea vreme, monedele erau batute din platină, iar obținerea metalului prețios din rămășițe părea foarte promițătoare. Un an mai târziu, Monetăria din Sankt Petersburg i-a alocat jumătate de liră din restul lui Klaus. Dar s-au dovedit a fi săraci în platină, iar omul de știință a decis să efectueze cercetări asupra lor care erau „interesante pentru știință”.
„Timp de doi ani”, a scris Klaus, „am fost constant implicat în această cercetare dificilă, lungă și chiar dăunătoare”, iar în 1845 am publicat lucrarea „Studiul chimic al resturilor de minereu de platină din Ural și metal de ruteniu”. Acesta a fost primul studiu sistematic al proprietăților analogilor de platină. A fost primul care a descris proprietățile chimice ale iridiului.
Klaus a remarcat că a studiat iridiul mai mult decât alte metale din grupul platinei. În capitolul despre iridiu, el a atras atenția asupra inexactităților făcute de Berzelius în determinarea constantelor de bază ale acestui element și a explicat aceste inexactități prin faptul că venerabilul om de știință a lucrat cu iridiu care conținea un amestec de ruteniu, necunoscut atunci chimiștilor și a descoperit numai în timpul „cercetării chimice a reziduurilor de minereu de platină Ural și ruteniu metal”.
Ce este, iridiu?
Masa atomică a elementului nr. 77 este 192,2. În tabelul periodic este situat între osmiu și platină. Și în natură se găsește în principal sub formă de osmidă de iridiu, un însoțitor frecvent al platinei native. Nu există iridiu nativ în natură.
Iridiul este un metal alb-argintiu care este foarte dur, greu și durabil. Potrivit International Nickel and Co., acesta este cel mai greu element: densitatea sa este de 22,65 g/cm3, iar densitatea însoțitorului său constant, osmiul, al doilea cel mai greu, este de 22,61 g/cm3. Adevărat, majoritatea cercetătorilor aderă la un alt punct de vedere: ei cred că iridiul este încă puțin mai ușor decât osmiul.
Proprietatea naturală a iridiului (alias platinoid!) este rezistența ridicată la coroziune. Nu este afectat de acizi nici la temperaturi normale, nici la temperaturi ridicate. Chiar și celebra aqua regia este prea dură pentru iridiu monolitic. Numai alcalii topiți și peroxidul de sodiu provoacă oxidarea elementului nr. 77.
Iridiul este rezistent la halogeni. Reacționează cu ele cu mare dificultate și doar la temperaturi ridicate. Clorul formează patru cloruri cu iridiu: IrCl, IrCl 2, IrCl 3 și IrCl 4. Triclorura de iridiu se obține cel mai ușor din pulberea de iridiu plasată într-un curent de clor la 600°C. Singurul compus halogenură în care iridiul este hexavalent este fluorura IrF6. Iridul măcinat fin se oxidează la 1000°C și în curent de oxigen, iar în funcție de condiții se pot obține mai mulți compuși de diferite compoziții.
Ca toate metalele din grupa platinei, iridiul formează săruri complexe. Printre acestea se numără și săruri cu cationi complecși, de exemplu Cl 3 și săruri cu anioni complecși, de exemplu K 3 · 3H 2 O. Ca agent de complexare, iridiul este similar cu vecinii săi din tabelul periodic.
Iridiul pur se obține din iridiu osmic nativ și din resturile de minereuri de platină (după ce din acestea s-au extras platină, osmiu, paladiu și ruteniu). Nu ne vom opri asupra tehnologiei de producere a iridiului, referindu-l pe cititor la articolele „Rodiu”, „Osmiu” și „Platină”.
Iridiul se obține sub formă de pulbere, care este apoi presată în semifabricate și topită, sau pulberea este topită în cuptoare electrice în atmosferă de argon. Iridiul pur poate fi forjat atunci când este fierbinte, dar la temperaturi normale este fragil și nu poate fi prelucrat în niciun fel.
Iridium în acțiune
Iridiul pur este folosit pentru fabricarea creuzetelor în scopuri de laborator și a muștiștilor pentru suflarea sticlei refractare. Puteți folosi, desigur, iridiu ca acoperire. Cu toate acestea, există dificultăți aici. Folosind metoda electrolitică obișnuită, iridiul este aplicat cu dificultate pe un alt metal, iar acoperirea se dovedește a fi destul de liberă. Cel mai bun electrolit ar fi hexaclorura complexă de iridiu, dar este instabilă în soluție apoasă și chiar și în acest caz calitatea acoperirii lasă de dorit.
A fost dezvoltată o metodă pentru producerea electrolitică a acoperirilor cu iridiu din cianuri de potasiu și sodiu topite la 600°C. În acest caz, se formează un strat dens de până la 0,08 mm grosime.
Este mai puțin laborioasă obținerea de acoperiri cu iridiu folosind metoda de placare. Așezat pe metalul de bază strat subțire acoperire metalică, iar apoi acest „sandwich” trece sub o presă fierbinte. În acest fel, se obțin fire de wolfram și molibden cu acoperire cu iridiu. O piesă de prelucrat din molibden sau tungsten este introdusă într-un tub de iridiu și forjată la cald, apoi trasă la grosimea dorită la 500...600°C. Acest fir este folosit pentru a face grile de control în tuburile electronice.
Poate aplica acoperiri cu iridiu pe metale și ceramică chimic. Pentru a face acest lucru, se prepară o soluție de sare complexă de iridiu, de exemplu cu fenol sau altă substanță organică. O astfel de soluție este aplicată pe suprafața produsului, care este apoi încălzit la 350...400°C într-o atmosferă controlată, adică într-o atmosferă cu potenţial redox controlat. În aceste condiții, materia organică se evaporă sau se arde, iar pe produs rămâne un strat de iridiu.
Dar acoperirile nu sunt principala utilizare a iridiului. Acest metal îmbunătățește mecanic și proprietăți fizice și chimice alte metale. De obicei, este folosit pentru a le crește rezistența și duritatea. Adăugarea a 10% iridiu la platină relativ moale îi mărește duritatea și rezistența la tracțiune de aproape trei ori. Dacă cantitatea de iridiu din aliaj crește la 30%, duritatea aliajului va crește ușor, dar rezistența la tracțiune se va dubla din nou - la 99 kg/mm2. Deoarece astfel de aliaje au o rezistență excepțională la coroziune, ele sunt utilizate pentru a face creuzete rezistente la căldură care pot rezista la căldură ridicată în medii agresive. În astfel de creuzete, în special, sunt crescute cristale pentru tehnologia laser. Aliajele de platină-iridiu atrag și bijutierii - bijuteriile realizate din aceste aliaje sunt frumoase și cu greu se uzează. Standardele și uneori instrumentele chirurgicale sunt, de asemenea, fabricate din aliajul de platină-iridiu.
Iridium spdava
În viitor, aliajele iridiu-platină pot dobândi o importanță deosebită în așa-numita tehnologie cu curent scăzut ca material perfect pentru contacte. De fiecare dată când se face și se deschide un contact normal de cupru, se creează o scânteie; Ca urmare, suprafața de cupru se oxidează destul de repede. La contactoarele pentru curenți mari, de exemplu pentru motoarele electrice, acest fenomen nu dăunează foarte mult funcționării: suprafața de contact este curățată din când în când cu șmirghel, iar contactorul este din nou gata de funcționare. Dar atunci când avem de-a face cu echipamente cu curent redus, de exemplu în tehnologia comunicațiilor, un strat subțire de oxid de cupru are un efect foarte puternic asupra întregului sistem și îngreunează trecerea curentului prin contact. Și anume, la aceste dispozitive frecvența de pornire este deosebit de mare - amintiți-vă doar centrala telefonică automată (ATS). Aici vin în ajutor contactele de platină-iridiu care nu arde - pot funcționa aproape pentru totdeauna! Singura păcat este că aceste aliaje sunt foarte scumpe și încă nu sunt suficiente.
Iridiul nu este adăugat doar la platină. Adăugări mici de element nr. 77 la wolfram și molibden măresc rezistența acestor metale la temperaturi ridicate. O mică adăugare de iridiu la titan (0,1%) crește dramatic rezistența deja semnificativă la acizi. Același lucru este valabil și pentru crom. Termocuplurile compuse din iridiu și aliaj de iridiu-rodiu (40% rodiu) funcționează fiabil la temperaturi ridicate într-o atmosferă oxidantă. Un aliaj de iridiu și osmiu este folosit pentru a face vârfuri de lipit pentru vârfurile stiloului și ace de busolă.
Pentru a rezuma, putem spune că iridiul metalic este utilizat în principal datorită constanței sale - dimensiunile produselor metalice, proprietățile sale fizice și chimice sunt constante și, ca să spunem așa, constante pentru nivel superior.
Rezerve pe Pământ
Ca și alte metale din Grupa VIII, iridiul poate fi utilizat în industria chimică ca catalizator. Catalizatorii de iridiu-nichel sunt uneori folosiți pentru a produce propilenă din acetilenă și metan. Iridiul a făcut parte din catalizatorii de platină pentru reacția de formare a oxizilor de azot (în procesul de obținere acid azotic). Unul dintre oxizii de iridiu, IrO 2, a fost încercat să fie folosit în industria porțelanului ca vopsea neagră. Dar această vopsea este prea scumpă...
Rezervele de iridiu de pe Pământ sunt mici; conținutul său în scoarța terestră este calculat în milioane de procente. Producția acestui element este, de asemenea, mică - nu mai mult de o tonă pe an. Peste tot în lume!
În acest sens, este greu de imaginat că vor avea loc schimbări dramatice în soarta iridiului în timp - va rămâne pentru totdeauna un metal rar și scump. Dar acolo unde este folosit, servește fiabil, iar această fiabilitate unică este garanția că știința și industria viitorului nu se vor descurca fără iridiu.
Iridium paznic
În multe industrii chimice și metalurgice, de exemplu în furnalele înalte, este foarte important să se cunoască nivelul materiale dure in unitati. De obicei, pentru o astfel de monitorizare se folosesc sonde voluminoase, suspendate pe trolii speciale pentru sonde. În ultimii ani, sondele au început să fie înlocuite cu recipiente de dimensiuni mici care conţin un izotop radioactiv artificial, iridiu-192. 192 nuclee Ir emit raze gamma de mare energie; Timpul de înjumătățire al izotopului este de 74,4 zile. Unele dintre razele gamma sunt absorbite de sarcină, iar receptorii de radiații înregistrează slăbirea fluxului. Acesta din urmă este proporțional cu distanța pe care o parcurg razele în sarcină. Iridium-192 este, de asemenea, folosit cu succes pentru controlul sudurilor; cu ajutorul acestuia, toate zonele nefierte și incluziunile străine sunt înregistrate clar pe film fotografic. Detectoarele de defecte gamma cu iridiu-192 sunt, de asemenea, utilizate pentru controlul calității produselor din oțel și aliaje de aluminiu.
efectul Mössbauer
În 1958, un tânăr fizician din Germania, Rudolf Mössbauer, a făcut o descoperire care a atras atenția tuturor fizicienilor din lume. Efectul descoperit de Mössbauer a făcut posibilă măsurarea fenomenelor nucleare foarte slabe cu o acuratețe uimitoare. La trei ani de la descoperire, în 1961, Mössbauer a primit Premiul Nobel pentru munca sa. Acest efect a fost descoperit pentru prima dată pe nucleele izotopului iridiu-192.
Inima bate mai activ
Una dintre cele mai interesante aplicații ale aliajelor de platină-iridiu din ultimii ani este fabricarea de stimulatoare cardiace electrice din acestea. Electrozii cu cleme de platină-iridiu sunt implantați în inima unui pacient cu angină pectorală. Electrozii sunt conectați la un receptor, care se află și el în corpul pacientului. Generatorul cu o antenă inelă este situat în exterior, de exemplu, în buzunarul pacientului. Antena inel este montată pe corpul opus receptorului. Când pacientul simte că vine un atac de angină, pornește generatorul. Antena inelă primește impulsuri care sunt transmise către receptor și de la acesta către electrozii de platină-pridiu. Electrozii, care transmit impulsuri către nervi, fac inima să bată mai activ. Acum, în URSS, multe stații de ambulanță sunt echipate cu generatoare similare. În caz de stop cardiac, se face o incizie în vena claviculară, se introduce în ea un electrod conectat la un generator, se pornește generatorul, iar după câteva minute inima începe să bată din nou.
Izotopi – stabili și instabili
În notele anterioare, s-au spus destul de multe despre radioizotopul iridium-192, care este folosit în numeroase dispozitive și este chiar implicat în importante descoperire științifică. Dar, pe lângă iridiu-192, acest element are încă 14 izotopi radioactivi cu numere de masă de la 182 la 198. Cel mai greu izotop în același timp este cel mai scurt, timpul de înjumătățire este mai mic de un minut. Izotopul iridiu-183 este interesant doar pentru că timpul său de înjumătățire este de exact o oră. Iridiul are doar doi izotopi stabili. Ponderea iridiului-193 mai greu din amestecul natural este de 62,7%. Ponderea iridiului luminos-191 este respectiv 37,3%.
Cloridate benefice
Clorurile sunt cloruri complexe de iridiu tetravalent; formula lor generală este Me 2. Datorită cloriridatelor, este posibil, în principiu, să se separe cu încredere compușii unor elemente similare, cum ar fi sodiul și potasiul. Clorura de sodiu este solubilă în apă, în timp ce clorura de potasiu este practic insolubilă. Dar pentru o astfel de operație, cloriridații sunt prea scumpi, deoarece iridiul de pornire este scump. Acest lucru nu înseamnă, totuși, că cloriradații sunt complet inutile. Capacitatea iridiului de a forma acești compuși este utilizată pentru a izola elementul nr. 77 dintr-un amestec de metale de platină.
Dacă din punct de vedere practic, elementul nr. 76 printre alte metale de platină arată destul de obișnuit, atunci din punctul de vedere al chimiei clasice (subliniem chimia anorganică clasică, și nu chimia compușilor complecși) acest element este foarte semnificativ.
În primul rând, spre deosebire de majoritatea elementelor grupei VIII, se caracterizează printr-o valență de 8+ și formează tetroxidul stabil OsO4 cu oxigenul. Acesta este un compus deosebit și, aparent, nu este o coincidență faptul că elementul nr. 76 a primit un nume bazat pe una dintre proprietățile caracteristice ale tetroxidului său.
Osmiul este detectat prin miros
O astfel de afirmație poate părea paradoxală: la urma urmei, despre care vorbim nu despre halogen, ci despre metalul platină...
Istoria descoperirii a patru dintre cei cinci platinoizi este asociată cu numele a doi oameni de știință englezi, doi contemporani. William Wollaston în 1803...1804 a descoperit paladiul și rodiul, iar un alt englez, Smithson Tennant (1761...1815), a descoperit iridiul și osmiul în 1804. Dar dacă Wollaston și-a găsit ambele elemente „proprii” în acea parte de platină brută care s-a dizolvat în acva regia, atunci Tennant a avut noroc când a lucrat cu reziduul insolubil: după cum s-a dovedit, era un aliaj natural de iridiu cu osmiu.
Același reziduu a fost studiat și de trei chimiști francezi celebri - Collet-Descoti, Fourcroix și Vauquelin. Ei și-au început cercetările chiar înainte de Tennant. La fel ca el, ei au observat eliberarea de fum negru atunci când platina brută a fost dizolvată. Asemenea lui, ei, prin topirea reziduului insolubil cu potasiu caustic, au reușit să obțină compuși care mai puteau fi dizolvați. Fourcroix și Vauquelin erau atât de convinși că există un nou element în reziduul insolubil de platină brută, încât i-au dat în prealabil un nume - pten - din grecescul πτηνος - înaripat. Dar numai Tennant a reușit să separe acest reziduu și să demonstreze existența a două elemente noi - iridiu și osmiu.
Numele elementului #76 provine din cuvântul grecesc οσμη, care înseamnă „miros”. Un miros neplăcut, iritant, asemănător ambelor mirosuri de clor și usturoi, a apărut atunci când produsul de fuziune a osmiridiului cu alcalii a fost dizolvat. Purtătorul acestui miros s-a dovedit a fi anhidrida de osmiu sau tetroxidul de osmiu OsO 4. Mai târziu s-a dovedit că osmiul însuși putea mirosi la fel de rău, deși mult mai slab. Măcinat fin, se oxidează treptat în aer, transformându-se în OsO4 ...
Osmiu metalic
Osmiul este un metal de staniu alb cu o nuanță gri-albastru. Este cel mai greu dintre toate metalele (densitatea sa este de 22,6 g/cm3) și unul dintre cele mai dure. Cu toate acestea, buretele de osmiu poate fi măcinat în pulbere deoarece este fragil. Osmiul se topește la o temperatură de aproximativ 3000°C, iar punctul său de fierbere nu a fost încă determinat cu precizie. Se crede că se află undeva în jurul valorii de 5500°C.
Duritatea mare a osmiului (7,0 pe scara Mohs) este probabil una dintre proprietățile sale fizice care este cea mai utilizată. Osmiul este introdus în compoziția aliajelor dure care au cea mai mare rezistență la uzură. În stilourile scumpe, vârful stiloului este lipit din aliaje de osmiu cu alte metale de platină sau cu wolfram și cobalt. Aliaje similare sunt folosite pentru a face piese mici ale instrumentelor de măsurare de precizie care sunt supuse uzurii. Mic - deoarece osmiul nu este larg răspândit (5·10-6% din greutatea scoarței terestre), împrăștiat și scump. Acest lucru explică, de asemenea, utilizarea limitată a osmiului în industrie. Merge doar în locuri unde se poate obține un efect mare cu o cantitate mică de metal. De exemplu, în industria chimică, care încearcă să folosească osmiul ca catalizator. În reacţiile de hidrogenare materie organică Catalizatorii de osmiu sunt chiar mai eficienți decât catalizatorii de platină.
Câteva cuvinte despre poziția osmiului printre alte metale de platină. În exterior, diferă puțin de ele, dar osmiul este cel care are cele mai mari puncte de topire și fierbere dintre toate metalele din acest grup și este cel mai greu. De asemenea, poate fi considerat cel mai puțin „nobil” dintre platinoizi, deoarece este oxidat de oxigenul atmosferic deja la temperatura camerei (în stare fin zdrobită). Osmiul este, de asemenea, cel mai scump dintre toate metalele de platină. Dacă în 1966 platina era evaluată pe piața mondială la 4,3 ori mai scump decât aurul, iar iridiul la 5,3 ori, atunci același coeficient pentru osmiu era de 7,5.
Ca și alte metale de platină, osmiul prezintă mai multe valențe: 0, 2+, 3+, 4+, 6+ și 8+. Cel mai adesea puteți găsi compuși ai osmiului tetra și hexavalent. Dar atunci când interacționează cu oxigenul, acesta prezintă o valență de 8+.
Ca și alte metale de platină, osmiul este un bun agent de complexare, iar chimia compușilor de osmiu nu este mai puțin diversă decât, să zicem, chimia paladiului sau ruteniului.
Anhidridă și altele
Fără îndoială, cel mai important compus al osmiului rămâne tetroxidul său OsO 4 sau anhidrida de osmiu. Ca și osmiul elementar, OsO 4 are proprietăți catalitice; OsO 4 este folosit în sinteza celor mai importante moderne medicament– cortizon. În studiile microscopice ale țesuturilor animale și vegetale, tetroxidul de osmiu este utilizat ca agent de colorare. OsO 4 este foarte otrăvitor, este foarte iritant pentru piele, membranele mucoase și este deosebit de dăunător pentru ochi. Orice lucru cu această substanță utilă necesită precauție extremă.
În exterior, tetroxidul de osmiu pur arată destul de comun - cristale galben pal, solubile în apă și tetraclorură de carbon. La o temperatură de aproximativ 40°C (există două modificări ale OsO 4 cu puncte de topire similare), se topesc, iar la 130°C fierbe tetroxidul de osmiu.
Un alt oxid de osmiu - OsO 2 - o pulbere neagră insolubilă în apă - nu are nicio semnificație practică. De asemenea, nu a fost găsit încă aplicare practicăși alți compuși cunoscuți ai elementului nr. 76 - clorurile și fluorurile sale, iodurile și oxiclorurile, sulfura OsS 2 și telurura OsTe 2 - substanțe negre cu o structură de pirit, precum și numeroase complexe și majoritatea aliajelor de osmiu. Singurele excepții sunt unele aliaje ale elementului nr. 76 cu alte metale de platină, wolfram și cobalt. Consumatorul lor principal este fabricarea de instrumente.
Cum se obține osmiul?
Osmiul nativ nu a fost găsit în natură. Este întotdeauna asociat în minerale cu un alt metal din grupa platinei - iridiu. Există un întreg grup de minerale de osmidă de iridiu. Cel mai comun dintre acestea este nevyanskite, un aliaj natural al acestor două metale. Conține mai mult iridiu, motiv pentru care nevyanschitul este adesea numit pur și simplu iridiu osmic. Dar un alt mineral - sysertskite - se numește iridură de osmiu - conține mai mult osmiu... Ambele minerale sunt grele, cu un luciu metalic și acest lucru nu este surprinzător - așa este compoziția lor. Și este de la sine înțeles că toate mineralele din grupul iridiului osmic sunt foarte rare.
Uneori, aceste minerale apar independent, dar cel mai adesea iridiul osmic face parte din platina brută nativă. Principalele rezerve ale acestor minerale sunt concentrate în URSS (Siberia, Urali), SUA (Alaska, California), Columbia, Canada și țările din Africa de Sud.
Desigur, osmiul este extras împreună cu platina, dar rafinarea osmiului diferă semnificativ de metodele de izolare a altor metale de platină. Toate acestea, cu excepția ruteniului, sunt precipitate din soluții, în timp ce osmiul este obținut prin distilare din tetroxidul volatil.
Dar înainte de a distila OsO 4, este necesar să se separă osmida de iridiu de platină și apoi să se separe iridiu și osmiu.
Când platina este dizolvată în acva regia, mineralele grupului de osmide de iridiu rămân în precipitat: chiar și acesta dintre toți solvenții nu poate depăși aceste aliaje naturale cele mai stabile. Pentru a le transforma în soluție, precipitatul este topit cu o cantitate de opt ori mai mare de zinc - acest aliaj este relativ ușor de transformat în pulbere. Pulberea este sinterizată cu peroxid de bariu BaO 3 , iar apoi masa rezultată este tratată cu un amestec de acizi azotic și clorhidric direct într-un aparat de distilare pentru a îndepărta OsO 4 .
Se captează cu o soluţie alcalină şi se obţine o sare din compoziţia Na 2 OsO 4 . O soluție din această sare este tratată cu hiposulfit, după care osmiul este precipitat cu clorură de amoniu sub formă de sare Fremy Cl 2 . Precipitatul este spălat, filtrat și apoi calcinat într-o flacără reducătoare. Așa se face că osmiul spongios nu este încă suficient de pur.
Apoi este purificat prin tratare cu acizi (HF și HCI) și redus în continuare într-un cuptor electric într-un curent de hidrogen. După răcire, se obţine metal cu o puritate de până la 99,9% O 3.
Aceasta este schema clasică de obținere a osmiului - un metal care este încă folosit extrem de limitat, un metal care este foarte scump, dar destul de util.
Cu cât mai mult, cu atât mai mult...
Osmiul natural este format din șapte izotopi stabili cu numerele de masă 184, 186...190 și 192. Un model interesant: cu cât este mai mare numărul de masă al izotopului de osmiu, cu atât este mai comun. Ponderea celui mai ușor izotop, osmiul-184, este de 0,018%, iar cel mai greu izotop, osmiul-192, este de 41%. Dintre izotopii radioactivi artificiali ai elementului 76, cel mai longeviv este osmiul-194, cu un timp de înjumătățire de aproximativ 700 de zile.
Carbonili de osmiu
În ultimii ani, chimiștii și metalurgiștii au devenit din ce în ce mai interesați de carbonili - compuși ai metalelor cu CO, în care metalele sunt formal zero-valente. Nichelul carbonil este deja folosit pe scară largă în metalurgie, iar acest lucru ne permite să sperăm că alți compuși similari vor putea în cele din urmă să faciliteze producția anumitor materiale valoroase. Doi carbonili sunt acum cunoscuți pentru osmiu. Pentacarbonil Os(CO)5 este un lichid incolor în condiții normale (punct de topire – 15°C). Se obtine la 300°C si 300 atm. din tetroxid de osmiu și monoxid de carbon. La temperatura si presiune normale, Os(CO) 5 se transforma treptat intr-un alt carbonil din compozitia Os 3 (CO) 12 - o substanta cristalina galbena care se topeste la 224°C. Structura acestei substanțe este interesantă: trei atomi de osmiu formează un triunghi echilateral cu laturile lungi de 2,88 Ǻ, iar la fiecare vârf al acestui triunghi sunt atașate patru molecule de CO.
Fluoruri, controversate și necontroversate
„Fluorurile OsF 4, OsF 6, OsF 8 sunt formate din elemente la 250...300°C... OsF 8 este cea mai volatilă dintre toate fluorurile de osmiu, bp. 47,5°”... Acest citat este preluat din Volumul III al „Concise Chemical Encyclopedia”, publicată în 1964. Dar în Volumul III al „Fundamentals of General Chemistry” B.V. Nekrasov, publicat în 1970, existența octafluorurii de osmiu OsF 8 este respinsă. Cităm: „În 1913, au fost obținute pentru prima dată două fluoruri volatile de osmiu, descrise ca OsF 6 și OsF 8. Acest lucru s-a crezut până în 1958, când s-a dovedit că, de fapt, acestea corespund formulelor OsF 5 și OsF 6. Astfel, OsF 8, care a apărut în literatura științifică timp de 45 de ani, nu a existat niciodată. Astfel de cazuri de „închidere” a conexiunilor descrise anterior nu sunt atât de rare.”
Rețineți că, uneori, elementele trebuie să fie „închise”... Rămâne de adăugat că, pe lângă cele menționate în „Concise Chemical Encyclopedia”, a fost obținută o altă fluorură de osmiu - instabilul OsF 7. Această substanță galben pal se descompune la temperaturi peste –100°C în OsF 6 și fluor elementar.
Pe baza materialelor de la n-t.ru
Această listă de bază de zece elemente este cea mai grea din punct de vedere al densității pe centimetru cub. Cu toate acestea, rețineți că densitatea nu este masă, ci pur și simplu măsoară cât de strâns este masa unui obiect.
Acum că înțelegem acest lucru, să aruncăm o privire la cele mai grele din întregul univers cunoscut.
10. Tantal
Densitatea pe 1 cm³ - 16,67 g
Numărul atomic al tantalului este 73. Acest metal albastru-gri este foarte dur și are, de asemenea, un punct de topire foarte ridicat.
9. Uraniu 
Densitatea pe 1 cm³ - 19,05 g
Descoperit în 1789 de chimistul german Martin H. Klaprot, metalul a devenit uraniu adevărat abia o sută de ani mai târziu, în 1841, datorită chimistului francez Eugene Melchior Peligot.
8. Tungsten (Wolframium) 
Densitate pe 1 cm³ - 19,26 g
Tungstenul există în patru minerale diferite și este, de asemenea, cel mai greu dintre toate elementele și joacă un rol biologic important.
7. Aur (Aurum) 
Densitatea pe 1 cm³ - 19,29 g
Se spune că banii nu cresc pe copaci, dar nu același lucru se poate spune despre aur! Pe frunzele arborilor de eucalipt au fost găsite mici urme de aur.
6. Plutoniu 
Densitatea pe 1 cm³ - 20,26 g
Plutoniul prezintă o stare de oxidare colorată în soluție apoasă și, de asemenea, poate schimba în mod spontan starea de oxidare și culoarea! Acesta este un adevărat cameleon printre elemente.
5. Neptuniu 
Densitate pe 1 cm³ - 20,47 g
Numit după planeta Neptun, a fost descoperit de profesorul Edwin McMillan în 1940. De asemenea, a devenit primul element transuraniu sintetic din familia actinidelor care a fost descoperit.
4. Reniu 
Densitatea pe 1 cm³ - 21,01 g
Numele acestui element chimic provine de la cuvântul latin „Rhenus”, care înseamnă „Rin”. A fost descoperit de Walter Noddack în Germania în 1925.
3. Platină 
Densitate pe 1 cm³ - 21,45 g
Unul dintre cele mai prețioase metale de pe această listă (împreună cu aurul) și este folosit pentru a face aproape orice. Ca un fapt ciudat, toată platina extrasă (toată ultima bucată) ar putea încăpea într-o cameră de zi de dimensiuni medii! Nu mult, de fapt. (Încercați să puneți tot aurul în el.)
2. Iridiu
Densitatea pe 1 cm³ - 22,56 g
Iridiul a fost descoperit la Londra în 1803 de chimistul englez Smithson Tennant împreună cu osmiul: elemente prezente în platina naturală ca impurități. Da, iridiul a fost descoperit pur întâmplător.
1. Osmiu
Densitatea pe 1 cm³ - 22,59 g
Nu există nimic mai greu (pe centimetru cub) decât osmiul. Numele acestui element provine de la cuvântul grecesc antic „osme”, care înseamnă „miros”, deoarece reacțiile chimice ale dizolvării sale în acid sau apă sunt însoțite de un miros neplăcut, persistent.
Din timpuri imemoriale, oamenii au folosit în mod activ diverse metale. După ce le-au studiat proprietățile, substanțele și-au luat locul cuvenit în tabelul celebrului D. Mendeleev. Oamenii de știință încă se ceartă cu privire la întrebarea cărui metal ar trebui să i se acorde titlul de cel mai greu și mai dens din lume. Există două elemente în balanța tabelului periodic - iridiu și osmiu. De ce sunt interesante, citiți mai departe.
De secole oamenii au studiat proprietăți benefice cele mai comune metale de pe planetă. Știința stochează cele mai multe informații despre aur, argint și cupru. De-a lungul timpului, omenirea s-a familiarizat cu fierul și metalele mai ușoare - staniu și plumb. În lumea Evului Mediu, oamenii foloseau activ arsenul, iar bolile erau tratate cu mercur.
Datorită progresului rapid, astăzi cele mai grele și mai dense metale sunt considerate nu doar un element al mesei, ci două deodată. La numărul 76 este osmiul (Os), iar la numărul 77 este iridiu (Ir), substanțele au următorii indicatori de densitate:
- osmiul este greu, datorita densitatii sale de 22,62 g/cm³;
- iridiul nu este mult mai ușor - 22,53 g/cm³.
Densitatea se referă la proprietăți fizice metale, este raportul dintre masa unei substanțe și volumul acesteia. Calculele teoretice ale densității ambelor elemente au unele erori, astfel încât ambele metale sunt astăzi considerate a fi cele mai grele.
Pentru claritate, puteți compara greutatea unui dopul obișnuit cu greutatea unui dopul din cel mai greu metal din lume. Pentru a echilibra cântarul cu un dop din osmiu sau iridiu, veți avea nevoie de mai mult de o sută de dopuri obișnuite.
Istoria descoperirii metalelor
Ambele elemente au fost descoperite în zorii secolului al XIX-lea de către omul de știință Smithson Tennant. Mulți cercetători din acea vreme studiau proprietățile platinei brute, tratând-o cu „vodcă regia”. Doar Tennant a fost capabil să detecteze două substanțe chimice în sedimentul rezultat:
- Omul de știință a numit elementul sedimentar cu un miros persistent de clor osmiu;
- o substanță cu culori schimbătoare se numea iridiu (curcubeu).
Ambele elemente au fost reprezentate de un singur aliaj, pe care omul de știință a reușit să-l separe. Cercetările ulterioare în pepitele de platină au fost întreprinse de chimistul rus K. Klaus, care a studiat cu atenție proprietățile elementelor sedimentare. Dificultatea de a determina cel mai greu metal din lume constă în diferența scăzută a densității lor, care nu este o valoare constantă.
Caracteristici vii ale celor mai dense metale
Substanțele obținute experimental sunt pulberi care sunt destul de greu de prelucrat; temperaturi ridicate. Cea mai comună formă a combinației de iridiu și osmiu este aliajul de iridiu osmic, care este extras în zăcăminte de platină și straturi de aur.
Cele mai frecvente locuri în care se găsește iridiul sunt meteoriții bogați în fier. Osmiul nativ nu poate fi găsit în lumea naturală, doar în colaborare cu iridiul și alte componente ale grupului platinei. Depozitele conțin adesea compuși de sulf și arsenic.
Caracteristici ale celui mai greu și mai scump metal din lume
Dintre elementele tabelului periodic al lui Mendeleev, osmiul este considerat cel mai scump. Metalul argintiu cu o nuanță albăstruie aparține grupului de platină al compușilor chimici nobili. Cel mai dens, dar foarte fragil metal, nu își pierde strălucirea sub influența temperaturilor ridicate.
Caracteristici
- Elementul #76 Osmiul are o masă atomică de 190,23 amu;
- O substanță topită la o temperatură de 3033°C va fierbe la 5012°C.
- Cel mai greu material are o densitate de 22,62 g/cm³;
- Structura rețelei cristaline are o formă hexagonală.
În ciuda strălucirii uimitor de rece a unei nuanțe argintii, osmiul nu este potrivit pentru producție bijuterii datorită toxicității ridicate. Topirea bijuteriilor ar necesita o temperatură similară cu suprafața Soarelui, deoarece cel mai dens metal din lume este distrus de stres mecanic.
Transformându-se în pulbere, osmiul interacționează cu oxigenul, reacționează la sulf, fosfor, seleniu, reacția substanței la aqua regia este foarte lentă. Osmiul nu are magnetism;
Unde este folosit?
Cel mai greu și incredibil de dens metal are o rezistență ridicată la uzură, așa că adăugarea lui la aliaje crește semnificativ rezistența acestora. Utilizarea osmiului este asociată în principal cu industria chimică. În plus, este utilizat pentru următoarele nevoi:
- fabricarea containerelor destinate depozitării deșeurilor de fuziune nucleară;
- pentru nevoile științei rachetelor, producția de arme (focoase);
- în industria ceasurilor pentru fabricarea mișcărilor de modele de marcă;
- pentru fabricarea de implanturi chirurgicale, piese de stimulatoare cardiace.
În mod interesant, cel mai dens metal este considerat singurul element din lume care nu este supus agresiunii amestecului „infernal” de acizi (nitric și clorhidric). Aluminiul combinat cu osmiul devine atât de ductil încât poate fi tras fără rupere.
Secretele celui mai rar și mai dens metal din lume
Faptul că iridiul aparține grupului de platină îi conferă proprietatea de imunitate la tratamentul cu acizi și amestecurile acestora. În lume, iridiul este obținut din nămolul anodic în timpul producției de cupru-nichel. După tratarea nămolului cu apă regia, precipitatul rezultat este calcinat, rezultând extragerea iridiului.
Caracteristici
Cel mai dur metal alb-argintiu are următorul grup de proprietăți:
- elementul tabelului periodic iridiu nr. 77 are o masă atomică de 192,22 amu;
- o substanță topită la o temperatură de 2466°C va fierbe la 4428°C;
- densitatea iridiului topit – în limita a 19,39 g/cm³;
- densitatea elementului la temperatura camerei – 22,7 g/cm³;
- Rețeaua cristalină de iridiu este asociată cu un cub centrat pe față.
Iridiul greu nu se modifică sub influența temperaturii normale a aerului. Rezultatul calcinării sub influența căldurii la anumite temperaturi este formarea de compuși multivalenți. Pulberea de sediment proaspăt de negru de iridiu poate fi dizolvată parțial cu aqua regia, precum și cu o soluție de clor.
Domeniul de aplicare
Deși iridul este un metal prețios, acesta este rar folosit pentru bijuterii. Elementul, care este dificil de prelucrat, este foarte solicitat în construcția de drumuri și producția de piese de automobile. Aliajele cu cel mai dens metal care nu este susceptibil la oxidare sunt utilizate în următoarele scopuri:
- fabricarea creuzetelor pentru experimente de laborator;
- producția de muștișticuri speciale pentru suflante de sticlă;
- acoperirea vârfurilor pixurilor și pixurilor;
- producție de bujii durabile pentru mașini;
Aliajele cu izotopi de iridiu sunt utilizate în producția de sudare, în fabricarea instrumentelor și pentru creșterea cristalelor ca parte a tehnologiei laser. Utilizarea celui mai greu metal a făcut posibilă corectarea vederii cu laser, zdrobirea pietrelor la rinichi și alte proceduri medicale.
Deși iridul este netoxic și nu este periculos pentru organismele biologice, izotopul său periculos, hexafluorura, poate fi găsit în mediul natural. Inhalarea vaporilor toxici duce la sufocare instantanee și moarte.
Locuri de apariție naturală
Depozitele de cel mai dens metal iridiu din lumea naturală sunt neglijabile, mult mai mici decât rezervele de platină. Probabil că cea mai grea substanță s-a mutat în miezul planetei, astfel încât volumul producției industriale a elementului este mic (aproximativ trei tone pe an). Produsele realizate din aliaje de iridiu pot dura până la 200 de ani, făcând bijuteriile mai durabile.
Pepitele din cel mai greu metal cu miros neplăcut, osmiul, nu pot fi găsite în natură. În compoziția mineralelor pot fi găsite urme de iridiu osmic împreună cu platină, paladiu și ruteniu. Depozitele de iridiu osmic au fost explorate în Siberia (Rusia), unele state ale Americii (Alaska și California), Australia și Africa de Sud.
Dacă se descoperă depozite de platină, va fi posibilă izolarea osmiului cu iridiu pentru a întări și a întări compușii fizici sau chimici ai diferitelor produse.
