Osmio, Características, Historia, Aparición, Producción, Aplicaciones, Precauciones, Precio



Osmio es un elemento químico con el símbolo S y el número atómico 76 - Se trata de un, quebradizo, de metal de transición de color blanco azulado duro en la familia del platino y es el elemento más denso de origen natural, con una densidad de 22,59 g/cm3. Se encuentra en la naturaleza como una aleación, sobre todo en los minerales de platino; sus aleaciones con platino, iridio, y otros metales del grupo del platino se emplean en fuente puntas de lápiz, contactos eléctricos, y otras aplicaciones donde se necesitan extrema durabilidad y dureza.

Características

Propiedades físicas

Osmio tiene un tinte azul-gris y es el elemento más denso estable, ligeramente más denso que el iridio. Los cálculos de densidad a partir de los datos de difracción de rayos X pueden producir los datos más fiables para estos elementos, dando un valor de 22.5620.009 g/cm3, para iridio frente 22.5870.009 g/cm3, para osmio. La alta densidad de osmio es una consecuencia de la contracción de los lantánidos.

Osmio es un metal duro, pero frágil que sigue siendo brillante, incluso a altas temperaturas. Tiene una compresibilidad muy bajo. Correspondientemente, su módulo de compresibilidad es extremadamente alta, reportado entre 395 y 462 GPa, que rivaliza con la del diamante. La dureza de osmio es moderadamente alto en 4 GPa. Debido a su dureza, fragilidad, baja presión de vapor, y punto de fusión muy alto, osmio sólido es difícil de mecanizar, la forma o el trabajo.

Propiedades químicas

Osmio forma compuestos con estados de oxidación que van -2-8 - Los estados de oxidación más comunes son , , , y 8 - El estado de oxidación 8 se caracteriza por ser la más alta alcanzada por los elementos químicos, y aparte de osmio, se encuentran sólo en el xenón, rutenio, hassium, iridio, y el plutonio. El estados de oxidación -1 y -2 representado por los dos compuestos reactivos Na2 y Na2 se utilizan en la síntesis de compuestos de osmio en racimo.

El compuesto más común que presenta el estado de oxidación 8 es tetróxido de osmio. Este compuesto tóxico se forma cuando osmio en polvo se expone al aire, y es un sólido muy volátil, soluble en agua, de color amarillo pálido, cristalino con un olor fuerte. Osmio en polvo tiene el olor característico de tetróxido de osmio. El tetróxido de osmio forma osmates rojos OsO42-2 tras la reacción con una base. Con el amoníaco, forma el nitruro-osmates OsO3N-. Osmio tetróxido hierve a 130 º C y es un poderoso agente oxidante. Por el contrario, el dióxido de osmio es negro, no volátil, y mucho menos reactivo y tóxico.

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

Heptafluoride osmio y pentafluoruro de osmio se conocen, pero trifluoruro de osmio aún no ha sido 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 se conoce sólo por yoduro de osmio, mientras que varios complejos de carbonilo de osmio, como dodecacarbonilo triosmium, representan el estado de oxidación 0.

En general, los estados de oxidación más bajos de osmio son estabilizados por ligandos que son buenos s-donantes y aceptores de p-. Los estados de oxidación más altos se estabilizan por la fuerte s-y p-donantes, tales como O2-y-N3.

A pesar de su amplia gama de compuestos en numerosos estados de oxidación, osmio en forma a granel a temperaturas y presiones ordinarias resiste el ataque por todos los ácidos y álcalis, e incluso agua regia.

Isótopos

Osmio tiene siete isótopos naturales, seis de los cuales son estables: 184Os, 187Os, 188Os, 189Os, 190Os y 192Os. 186Os sufre desintegración alfa con semejante vida media larga 1015 años) que a efectos prácticos se puede considerar estable. La desintegración alfa se predice para los siete isótopos de origen natural, pero debido a las vidas medias muy largas, se ha observado sólo para 186Os. Se prevé que 184Os y 192Os puede someterse a doble desintegración beta pero esta radiactividad no se ha observado todavía.

187Os es la hija de 187Re y se utiliza ampliamente en el noviazgo las rocas terrestres, así como meteórica. También se ha usado para medir la intensidad de la meteorización continental largo del tiempo geológico y fijar edades mínimas para la estabilización de las raíces del manto de cratones continentales. Este decaimiento es una razón por la cual los minerales renio-ricos son anormalmente ricos en 187Os. Sin embargo, la aplicación más notable de la periferia en las citas ha sido en conjunto con iridio, para analizar la capa de cuarzo chocado a lo largo del límite Cretácico-Paleógeno, que marca la extinción de los dinosaurios hace 65 millones de años.

Historia

Osmio que significa "oler") 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 el platino, encontró por primera vez a finales del siglo 17 en las minas de plata de todo el Departamento de Chocó, en Colombia. El descubrimiento de que este metal no era una aleación, pero un nuevo elemento distintivo, se publicó en 1748. Los químicos que estudiaron platino disuelto en agua regia para crear las sales solubles. Ellos observaron siempre una pequeña cantidad de un residuo insoluble oscuro. Joseph Louis Proust pensó que el residuo era de grafito. Victor Collet-Descotils, Antoine François, comte de Fourcroy y Louis Nicolas Vauquelin también observaron 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 álcalis y ácidos y obtuvo un nuevo óxido volátil, que se cree que es de este nuevo metal al que llamó ptene, de la palabra griega pt de alas. Sin embargo, Tennant, que tenía la ventaja de una cantidad mucho mayor de residuos, continuó su investigación e identificó dos elementos anteriormente desconocidos en el residuo negro, iridio y osmio. Se obtiene una solución de color amarillo por reacción con hidróxido de sodio al rojo vivo. Después de la acidificación fue capaz de destilar la OsO4 formado. Nombró osmio después osme griega que significa "un olor", porque el olor de humo y ceniza del tetróxido de osmio volátil. El descubrimiento de los nuevos elementos fue documentado en una carta a la Royal Society el 21 de junio de 1804.

El uranio y el osmio eran catalizadores éxito temprano en el proceso de Haber, la reacción de fijación de nitrógeno de nitrógeno e hidrógeno para producir amoniaco, dando suficiente rendimiento para hacer que el proceso sea económicamente exitoso. En ese momento, un grupo de BASF dirigido por Carl Bosch compró la mayor parte de la oferta mundial de osmio para usar como catalizador. Poco después, en 1908, los catalizadores más baratos basados en óxidos de hierro y hierro se introdujeron por el mismo grupo para las primeras plantas piloto, la eliminación de la necesidad de que el osmio caro y poco frecuente.

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

Aparición

El osmio es el elemento estable abundante por lo menos en la corteza de la Tierra con una fracción de masa promedio de 0.05 ppb en la corteza continental.

Osmio se encuentra en la naturaleza como un elemento no combinada o en aleaciones naturales; especialmente las aleaciones de iridio-osmio, osmiridio, y iridiosmium. En los depósitos de níquel y el cobre, los metales del grupo del platino se producen en forma de sulfuros), telururos, antimoniuros, y arseniuros; en todos estos compuestos de platino se intercambian 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 cobre.

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

Producción

Osmio se obtiene comercialmente como un subproducto de níquel y extracción y procesamiento de cobre. Durante electrorefinación de cobre y níquel, metales nobles, como la plata, el 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 como el lodo del ánodo, 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 son representativos de 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 platino, oro y metales básicos por su insolubilidad en agua regia, dejando un residuo sólido. El rodio se puede separar a partir del residuo mediante tratamiento con bisulfato de sodio fundido. El residuo insoluble, que contiene Ru, Os e Ir, se trata con óxido de sodio, en el que es insoluble Ir, Ru producir soluble en agua y sales de Os. Después de la oxidación de los óxidos volátiles, RuO4 se separa de OsO4 por precipitación de 3RuCl6 con cloruro de amonio.

Después de que se disuelve, el osmio se separa de los otros metales del grupo del platino por destilación o por 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 cualquiera de los casos, el producto se reduce mediante hidrógeno, obteniéndose el metal como un polvo o una esponja que puede ser tratada utilizando técnicas de metalurgia de polvos.

Ni los productores ni el United States Geological Survey publicó las cantidades de producción de osmio. Las estimaciones del consumo de los Estados Unidos Fecha publicada a partir de 1971, lo que da un consumo en Estados Unidos de 2.000 onzas troy, sugerirían que la producción sigue siendo inferior a 1 tonelada por año.

Aplicaciones

Debido a la volatilidad y toxicidad extrema de su óxido, el osmio se utiliza raramente en su estado puro, y es en lugar menudo aleado con otros metales. Esas aleaciones se utilizan en aplicaciones de alto desgaste. Aleaciones de osmio como osmiridium son muy duras y, junto con otros metales del grupo del platino, se utilizan en las puntas de las plumas estilográficas, pivotes de instrumentos, y los contactos eléctricos, ya que pueden resistir el desgaste de la operación frecuente. También fueron utilizados para las puntas de lápices ópticos fonógrafo a finales del 78 y principios de rpm "LP" y la era disco "45", alrededor de 1945 a 1955 - Aunque es muy duradero en comparación con el acero y los puntos de la aguja de cromo, consejos de aleación de osmio se desgastaron mucho más rápidamente que la competencia, pero más costoso zafiro y puntas de diamante y se interrumpieron.

El tetróxido de osmio se ha usado en la detección de huellas dactilares y en la tinción de tejido graso para microscopía óptica y electrónica. Como un oxidante fuerte, que los enlaces cruzados lípidos principalmente por reacción con enlaces carbono-carbono insaturados, y de ese modo tanto las membranas biológicas fija en su lugar en las muestras de tejido y simultáneamente manchas ellos. Debido a átomos de osmio son extremadamente densa de electrones, tinción de osmio mejora en gran medida contraste de la imagen en los estudios de microscopía de transmisión de electrones de los materiales biológicos. Los materiales de carbono tienen por lo demás muy débil contraste TEM. Otro compuesto de osmio, osmio ferricianuro, exhibe fijación similar y acción manchas.

El osmio y un compuesto relacionado, osmiato potasio, son antioxidantes importantes para la síntesis química, a pesar de ser muy tóxico. Para la dihidroxilación asimétrica de Sharpless, que utiliza osmiato para la conversión de un doble enlace en un diol vecinal, 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 sólo unos pocos años, el osmio fue sustituido por el metal de tungsteno más estable. El tungsteno tiene el punto de fusión más alto de cualquier metal, y su uso en bombillas aumenta la eficacia luminosa y la vida de las lámparas incandescentes.

La luz fabricante Osram bombilla deriva su nombre de los elementos de osmio y Wolfram.

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

Osmio tiene una alta reflectividad en el rango ultravioleta del espectro electromagnético, por ejemplo, a 600 de osmio tiene una reflectividad dos veces la del oro. Esta alta reflectividad es deseable en el espacio espectrómetros UV basados en que han reducido los tamaños espejo debido a limitaciones de espacio. Espejos osmio recubiertos fueron trasladados en varias misiones en el espacio 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 que es un compuesto altamente tóxico. La falta de informes de efectos secundarios a largo plazo sugieren que en sí osmio puede ser biocompatible, aunque esto depende del compuesto administrado de osmio. En 2011, se reportaron compuestos de osmio y el osmio para mostrar la actividad anticancerígena in vivo, señaló un futuro prometedor para el uso de compuestos de osmio como medicamentos contra el cáncer.

  • Micrografía electrónica de tejido vegetal con y sin OsO4 tinción

  • La dihidroxilación de Sharpless: RL = grande sustituyente; RM = sustituyente Mediana, RS = sustituyente más pequeño

  • Aparición post-vuelo de Os, Ag y Au espejos de los paneles frontal y posterior del transbordador espacial. Ennegrecimiento revela la oxidación debido a la irradiación por átomos de oxígeno.

Precauciones

Osmio metálico finamente dividido es pirofórica. Osmio reacciona con el oxígeno a temperatura ambiente formando tetróxido de osmio volátiles. 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.

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 en el aire de tetróxido de osmio vapor pueden causar congestión de los pulmones y de la piel o de los ojos los daños, por lo que deben ser utilizados 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

Osmio se vende generalmente en forma de polvo puro 99%. Al igual que otros metales preciosos, que se mide por peso troy y gramos. Su precio en 2012 fue de alrededor de $ 400 por onza troy, en función de la cantidad y de su proveedor.