Химия осмий. Осмий: самый дорогой и тяжелый металл

Гантели и штанги, которыми бодибилдеры накачивают мускулы, сделаны из стали. Изготовленные из свинца – а лучше из – снаряды значительно потеряли бы в объеме. Но еще вернее использовать для производства гирь осмий: килограмм осмия – это небольшой шарик, легко помещающийся в сжатом кулаке. Поллитровая бутылка с порошковым осмием (именно в таком виде благородный металл покидает стены обогатительного предприятия) весит заметно больше ведра воды.

Вот только лить из осмия гири смелых не сыскать: уж больно тугоплавок. Да и стоимость металла такова, что атлетическому клубу для покупки одной осмиевой гантели пришлось бы работать лет триста...

Осмия мало!

В природе осмий встречается в основном в виде соединения с иридием, входящим в состав либо самородной платины, либо платиново-палладиевой руды. Минералы, считающиеся сырьем для добычи осмия, содержат в среднем одну тысячную процента тяжелого «родственника» платины. За все время изысканий не было добыто ни одного осмиевого самородка – даже самого незначительного размера.

Малое количество и сложность получения осмия определяет высоту его цены. Полвека назад осмий оценивался в семь-восемь раз дороже золота. Спекуляции последних лет привели к возникновению совершенно безумных предложений: грамм осмия продавался и за 10 тыс., и за 200 тыс. долларов. Продавался – да не продался: активного применения осмий не находит, хотя кое-где используется.

Открытие осмия

К открытию осмия был близок У. Уолластон, экспериментировавший с платиновыми рудами. Раззадоренные его успехами французы Антуан де Фуркруа и Луи-Николя Воклен взялись за собственные исследования и верно предположили существование нового элемента, при опытах улетучивавшегося в виде черного дыма.

Фуркруа и Воклен дали веществу имя «птен» - что значит «летучий», и успокоились в ожидании признания. Однако английский химик Смитсон Теннант разделил «птен» на два родственных металла, один из которых за разноцветье его соединений назвал иридием, а второй – по причине раздражающей вонючести – осмием.

Происходят эти важные события в щедром на открытия 1803-м году.

Свойства осмия

Температура плавления и кипения до недавнего времени считалась условно равной 3000° и 5000°С: средств для натурной проверки расчетов не существовало. Лишь несколько лет назад удалось уточнить физические параметры металла. По всему вышло, что варить осмиевые сплавы лучше на поверхности Солнца...

Интересен внешний вид осмия. Застывая из расплава, осмий образует твердые и хрупкие кристаллы, серебристый блеск которых оттенен серовато-голубым (и даже синим) отливом. Внешние достоинства осмия могли бы привлечь ювелиров, однако высокая химическая активность металла и токсичность его соединений исключают возможность использования этого платиноида в украшениях.

Применение осмия

Осмиевые катализаторы используются при гидрировании органических соединений, в производстве лекарств, при синтезе аммиака. Правда, дороговизна металла заставляет промышленников искать доступные заменители, и сегодня осмий в химической индустрии встречается все реже.

Из твердого и немагнитного осмия изготавливают оси, опоры и опорные гнезда для измерительных приборов высокой точности. И хотя рубиновые опоры тверже и дешевле осмиевых, стойкость металла иногда оказывается предпочтительной для приборостроения.

Осмий опасен и требует осторожности

Избежать окисления осмия практически невозможно , если металл контактирует с атмосферным кислородом. Поэтому ни о каком использовании осмия в

Говорить ни ученые, ни чиновники. Хотя, как выяснилось, этот изотоп может купить любой желающий. На некоторых интернет-сайтах казахстанский изотоп осмия-187 продается килограммами!

Страсти повышают цену

Один грамм изотопа-187, согласно Книге рекордов Гиннесса, стоит 200 тысяч долларов. Но в “Википедии” наше государство называют первым и единственным экспортером чистого осмия-187, который предлагается по цене 10 тысяч долларов за грамм.

К слову, такой разброс цен и сенсационная подача информации вызвали нешуточные страсти вокруг этого редкого металла. Казахстану изотоп осмия-187 сулил баснословные прибыли. В 2004 году прошла официальная информация о контракте с Чехией на продажу “диковинки”.

Но вскоре страсти по осмию утихли, а информацию… засекретили. Когда мы решили узнать, что же стало с потенциальными “несметными богатствами”, у ученых и чиновников, то натолкнулись на глухую стену…

Ничего не знаем, ничего не скажем

За информацией по изотопу осмия-187 мы обратились в горнорудную компанию “Тау-Кен Самрук”, поскольку в стратегических приоритетах развития этой компании четко написано: “производство редкоземельных металлов”, “извлечение прибыли от реализации проектов недропользования”. На наш официальный запрос о судьбе редкого металла в компании долго готовили ответ: как пояснили, некоторые сведения не подлежат разглашению. И в результате прислали отписку: “Общество не располагает полным объемом информации о производстве редкоземельной и редкометалльной продукции в Казахстане”…

Редкость – главное достоинство

Тогда мы обратились к ученым. В Институте геологии удалось найти специалиста, который знает об осмии-187 не понаслышке. Заведующий лабораторией физических и химических методов исследования Мурат МАДИН занимается изучением изотопа осмия-187 уже десятки лет. В советские времена именно Институт геологии проводил исследования в этом направлении.

– Раньше самым редким металлом в земной коре считался рений, но сегодня это, скорее всего, осмий. В Казахстане эти элементы есть и добываются промышленным путем, – пояснил ученый. – Главная их ценность в том, что они – редкие. Но самым дорогим является даже не сам металл, а изотопы, которые извлекаются из него.

Осмий – радиогенный изотоп. Что это значит? В месторождении идет радиоактивный распад рения в течение многих тысяч лет, и в результате накапливается осмий, который можно извлекать попутно.

– Месторождения осмия есть и в других странах, например, в США, России, но там добывают изотоп осмия-187, используя сложные и дорогие технологии. В Казахстане осмий-187 природный, он накапливается естественным путем, – говорит Мурат Мадин.

Вместо ядерной бомбы – информационная?

Несколько лет назад осмий оказался в центре международного скандала. Зарубежные СМИ пестрили броскими заголовками: “Ядерная контрабанда”. Писали даже, что из изотопа осмия-187 можно сделать чуть ли не ядерную бомбу!

Это, кстати, спровоцировало и спрос на этот редкий металл. Появилась целая цепочка перекупщиков, желающих погреть на этом руки. Впрочем, ученые говорят о том, что речь идет не столько о ядерной, сколько об информационной бомбе. Якобы осмию приписывают порой свойства, которыми он не обладает.

– Вокруг осмия много домыслов. Некоторые “эксперты” раздули эту тему, – говорит Мурат Мадин. – Известно, что, например, Окриджская лаборатория США продает изотопы для ядерщиков, для медицинских крупных компаний. Но говорить о ядерном оружии из осмия бессмысленно…

Казахстанским осмием торгуют в России?

Несмотря на завесу тайны, которой покрыт осмий-187, в Интернете любой пользователь может найти при желании предложения по его продаже и покупке. Мы наткнулись на предложение купить несколько килограммов (!) осмия-187 в…Санкт-Петербурге. Позвонили. На том конце провода сообщили: да, действительно продают изотоп-187, полученный из казахстанского сырья. Когда мы попытались выяснить, у кого было приобретено это сырье, словоохотливый продавец, наверное, почуяв неладное, ушел от ответа. О цене за грамм изотопа тоже не сообщил, мол, на такие темы лучше говорить непосредственно при встрече.

Странно получается: осмий находится практически в свободной продаже! Хотя, например, в 2009 году в Подмосковье был арестован сбытчик осмия, который оказался уроженцем Казахстана. Было возбуждено уголовное дело по статье “Незаконный оборот драгоценных металлов”.

Продаем, но не всем

Впрочем, как мы выяснили, купить осмий можно и в Казахстане. Официально. Мы дозвонились на предприятие, которое имеет на это лицензию, – по крайней мере, в этом нас заверили сотрудники компании.

На вопрос, продают ли осмий-187, нам ответили пространно:

– Вопрос обсуждается. Если нам дадут добро, то будем продавать. Поймите, это политический вопрос...

Еще нам сообщили, что в наличии осмий есть, но даже если его решат продать, то не каждому. Поговаривают, такая сделка не обойдется без участия спецслужб и проверки покупателя. Продать потом этот изотоп непросто, на бирже такие сделки не проходят. Вывезти за границу – тоже только по согласованию. Существуют и ограничения на объемы, минимальный закуп – 5 граммов, а это огромные деньги!

Металл пахнет, деньги – нет!

Слово “осмий” означает “запах”. Говорят, так его назвали потому, что при растворении его в щелочи появляется неприятный раздражающий запах, похожий одновременно на хлор и чеснок. Но, как известно, деньги не пахнут. Почему же Казахстан, имея запасы такого уникального металла, не извлекает прибыль? Или извлекает, но нам это неизвестно?

Мы дозвонились в Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья, руководство которого несколько лет назад озвучило информацию о сделках по продаже осмия, и задали вопросы.

– Сейчас затишье по этому направлению, проблематичен вопрос реализации. Насколько я знаю, осмий складируют до появления спроса на рынке. Никаких тайн нет, просто нагнетают ситуацию, чтобы создать ажиотаж и повысить цену. Запасы, технологии переработки и объемы – да, это государственные секреты, вся остальная информация открыта.

Специалист, сообщая нам эту информацию, попросила не ссылаться на нее, так как считает, что сегодня нет необходимости поднимать эту тему…

Выходит, что богатства лежат у нас под ногами, только спроса на них нет. Потребление осмия в мире составляет считанные граммы! Сегодня, по словам знающих людей, из него делают… шарики для дорогих шариковых ручек!

Так, может, и нам стоит из этого редкого металла делать хотя бы сувениры? Ведь интерес к нему большой, многие иностранцы, приезжающие в Казахстан, начитавшись баек в Интернете, не прочь прикупить непонятный пахучий серый порошок за большие деньги…

Большинство людей считают, что ничего дороже золота, серебра и платины на свете нет. Но на самом деле есть несколько веществ, цена за грамм которых, превышает аналогичную трех перечисленных выше металлов. Один из них мы сегодня разберем. Это осмий, цена за 1 грамм в рублях которого, впечатлит любого человека.

В 1803 году английский химик Смитсон Теннант открыл Os, обнаружив его в осадке, который появился после того, как ученый растворил платину в водке царской. Параллельно велись опыты во Франции, где химики Воклен и Антуан ДеФуркруа также выявили неизвестный элемент в осадке, оставшемся от растворения платиновой руды. Сначала новый элемент назвали «птен» (в переводе с греческого «крылатый»). Но дальнейшие исследования позволили определить, что это не один элемент, а смесь двух – иридия и осмия.

Официально новые вещества были задокументированы в послании Тенанта Королевскому Клубу Лондона в июне 1804 года.

Физические свойства

Вещество имеет серо-голубоватый цвет. Металл очень хрупкий, но обладает высокой удельной массой. Подвергаясь критическим температурам, он всегда сохраняет свой естественный цвет и блеск.

Так как металл твердый, имеет высокую температуру плавления (3033 градусов по Цельсию), он тяжело подвергается механической обработке.

Химические свойства

Вещество в порошковом виде, при нагревании, отлично реагирует с кислородом, серными элементами, селеном, фосфором. Медленно вступает во взаимосвязь с царской водкой.

Металл является одним из нескольких веществ, что образуют кластерные соединения.

Где добывают

Осмистый иридий добывают в Сибири и на Урале в России; на Аляске и в штате Калифорния в США; Австралии (и острове Тасмания); Южно-Африканском государстве. Последняя страна в списке может похвастаться самыми масштабными месторождениями металла на планете.

Чаще встречается в сочетании с мышьяком и серой. В рудах количество вещества незначительно.

Стоимость осмия

Стоимость одного грамма этого вещества составляет 15-200 тысяч долларов. Рыночная цена металла меньше в разы. Такая высокая стоимость обусловлена низким уровнем добычи Os. Он попросту не применяется в широких масштабах, ввиду своей огромной плотности. Если провести сравнение: полулитровая бутылка с рассматриваемым веществом будет тяжелее, чем 12 литров воды. Осмий входит в тройку самых дорогих металлов мира. Дороже его только Калифорний, добыча которого составляет меньше грамма в год.

Рассматриваемый металл очень сложно добывать, и этот процесс длится более 9 месяцев. Вещество является изотопом, имеет вид черного порошка, состоящего из маленьких кристаллов. Хоть осмий и является самым плотным веществом на нашей планете, он очень хрупкий. По запаху металл напоминает сразу хлорку и чеснок. Именно поэтому он получил такое название (расшифровывается, как «запах»).

Металл незаменим в научной, медицинской и исследовательской деятельности, так как является химическим катализатором, и его применяют при производстве приборов измерения, которые выдают данные высочайшей точности.

Единственным государством, которое промышляет сбытом осмия, является Казахстан.

Другие факты

Металл плавится при температуре более 3000 градусов Цельсия. Температура кипения достигает почти 6000 градусов.

Открыт он был довольно необычно. В царской водке разбавляли несколько веществ и обнаружили, что выпал осадок, имеющий не очень приятный запах.

Os не используют для изготовления ювелирных изделий, так как он не обладает ковкостью и пластичностью - теми свойствами, за которые так ценят драгоценные металлы ювелиры.

Вещество содержится в месторождениях руд. Также его можно найти в упавших на Землю метеоритах. Некоторые производства остро нуждаются в металле для изготовления своей продукции. К ним он идет уже как вторичное сырье, но стоит все равно недешево.

Металл применяют лишь из-за его невероятной прочности. Сплавы, в которые добавляют осмий, становятся невероятно износостойкими. Хватает минимальных доз вещества для добавления в сплав, чтобы он стал очень крепким.

Где используется

Из изотопа осмия изготавливают емкости для хранения ядерных отходов. Также вещество используется в космической промышленности. А еще оно ускоряет синтез аммиака, органики. Кстати, вольфрамовые нити накаливания содержат описываемый металл.

Так как вещество славится своей прочностью, его используют в изготовлении оружия. Но в последнее время промышленность старается отказываться от использования металла, ввиду его высокой стоимости и трудной обработки.

Металл применяют лишь в том случае, где успех 100%-но гарантирован.

Оксид осмия используется в медицинских целях, в биологии. Многие имплантаты и кардиостимуляторы выполнены не без помощи рассматриваемого вещества. Вторые делают из платины, в которой содержится 10% осмия.

Нередко выпускают перьевые ручки, у которых наконечники сделаны из рассматриваемого металла. Такие изделия долговечнее образцов с золотыми концами.

Интересно! Если сделать сплав из осмия с алюминием, он будет невероятно пластичным. Его можно вытянуть несколько раз без каких-либо разрывов вещества.

Когда давление будет выше 770 Гпа, электроны, располагающиеся на внутренних орбиталях, будут взаимодействовать в осмии, но структура металла нисколько не изменится.

Способы получения вещества

Наиболее часто осмий хранится в форме порошка. В таком виде металл легко вступает в реакции, без сложностей проходит его термообработка. Os не плавится, и его невозможно заклеймить, если металл находится в чистом виде.

При помощи электронных (иногда дуговых) лучей из металла получают слитки. Монокристаллы создают при помощи зонной плавки. Но такой способ изготовления очень дорогой, поэтому и цена на созданную продукцию высока. Но есть уникумы, которые умеют создавать кристаллы из порошка. Это долгий и сложный процесс, требующий немалых затрат энергии, но результаты все-таки есть.

Ранее говорилось, что осмий имеет неприятный запах. Тетраоксид вещества широко используется в медицине. Его в шутливой форме называют «красивым и пахучим». Кристаллы тетраоксида можно изготовить в домашних условиях, но следует быть осторожным, так как вещество токсическое.

Например, чтобы убить мышь с помощью тетраоксида, требуется в 40 раз меньше этого вещества, чем синильной кислоты (считается признанным ядом против грызунов). Такой поражающий эффект объясняется тем, что, попадая внутрь организма, вещество мгновенно приходит к металлическому виду. Оттого происходит поражение дыхательных путей и зрения. Но, несмотря на это, OsO4 широко используется в качестве красителя в химической промышленности.

Как влияет Os на организм живых существ

Элемент является очень вредным и токсичным для биологических существ. При вдыхании осмия легкие отказывают (возникает их отек), и у живого существа развивается малокровие.

При нахождении в воздухе даже малого количества вещества у индивидуума возникает слезоточивость, боль в глазах, может развиться конъюнктивит.

Становится тяжело дышать, появляются спазмы в бронхах и металлический привкус во рту. Если вовремя не увести человека с пораженной территории, ему грозит слепота, нарушение работы почек, нервной системы, органов ЖКТ. Возможен летальный исход.

Металл затрагивает также целостность кожи. Она чернеет либо зеленеет. На ней появляются язвы, пузыри. Ткань начинает отмирать.

Отравиться осмием можно на производстве, в случае незначительного превышения количества этого вещества в воздухе. На многих современных производствах осмий в воздухе присутствует, хотя, по мнению специалистов, его концентрации в воздухе вообще быть не должно.

Таблица 1 - осмий цена (1 гр.) в сравнении с другими драгоценными металлами (рыночная).

Заключение

Хоть осмий и считается одним из самых дорогих металлов на планете, его рыночная цена не столь высока. Для примера, 1 грамм золота можно купить за 2000-2500 рублей. Тогда как осмий стоит около 1800 рублей за грамм.

Стоимость осмия везде разная, но по самой дешевой нерыночной цене ее продает лишь Казахстан. Дело в том, что на мировом рынке торгуют не только осмием, но и его изотопом (осмий 187). Как раз второй имеет баснословную стоимость, ввиду трудности обработки, отделения от других изотопов и неширокого использования.

Теперь понятно, сколько стоит осмий 187 и обычный Os по рыночной цене. Обычный Os - это смесь изотопов.

Не золото и не платина самые дорогостоящие металлы из таблицы Д. И. Менделеева, а осмий металл. Это редчайший и дорогущий металл серебристо-белого цвета с серым оттенком голубого отлива. У химиков этот металл считается благородным, относящийся к группе платиновых.

Состоит из нескольких изотопов. Их очень трудно разделить, что и отражается на стоимости. Самый востребованный из них изотоп – Осмий-187.

Предполагается, что на 0,5% масса земной коры состоит из осмия, а находится он в ядре. Удивляет пропорция между размером и весом. Килограмм соединения по размеру сопоставим со средним размером куриного яйца. Ёмкость, объёмом 0,5 л., наполненная осмиевым порошком, весит больше 15 кг. Но желание отлить гантельки из такого удобного, в плане соотношения размер/вес, материала, сразу пропадает не только из-за цены на порошок, для кого-то это и не проблема, а ввиду его чрезвычайной редкости и недоступности.

Найти слитки в лесах, горах, водоёмах не получится. До сих пор не найдено ни одного самородка. Добывают его на рудных месторождениях в составе с иридием, платиной, в платиново-палладиевой руде, в медных и никелевых рудах. Но содержание осмия в нём составляет 0,001%. И ещё он встречается в метеоритах. Правда, отделяются изотопы от них больше чем через 9 месяцев. Поэтому промышленные производства с применением осмия обходятся вторичным сырьём, что ненамного дешевле.

Общая выработка самого тяжёлого металла в год во всём мире составляет несколько десятков килограмм. Но увеличивается добыча платины, где осмий присутствует и попутно извлекается. Называют цифры уже 200 кг в год. Так, встаёт задача не столько искать осмий, сколько найти более дешёвый способ отделения его от «соседей».

На Норильском горно-металлургическом комбинате добились определённых успехов в этой задаче. Получили чистый металл из медно-никелевых руд. Количество его на планете – 0,000005% от всей массы горных пород. Но в России есть. И в Казахстане. А основные запасы располагаются в Тасмании, Америке, Австралии. Самые большие сосредоточены в Южной Африке. Она-то и диктует цены.

История открытия и природные свойства

В 1803-1804 годах в Англии, при проведении опытов над платиной с царской водкой (смесь азотной кислоты с соляной), в полученном неизвестном осадке, после растворения платины, появился резкий, неприятный запах, напоминающий хлор. Благодаря этому запаху, только что открытый металл и получил своё название. Правда, на греческом языке. С греческого «осмий» переводится, как «запах».

Формально это благородный металл, потому что входит в платиновую группу. На этом истинное благородство и заканчивается. Свойства этого металла как химические, так и физические, до сих пор до конца не изучены. Физические характеристики более-менее уточнили несколько лет назад.

Osmium

Стоимость

Высокая стоимость вызвана ограниченным количеством. Поскольку его мало в природе, а добыча дорогая, то рынок реагирует соответственно. Если сравнивать с золотом, то это будут тысячи тонн золота против нескольких десятков килограммов добычи. Отсюда и цена – она начинается с 15 тысяч и доходит до 200 тысяч долларов за грамм. На мировом рынке золото в 7.5 раз дешевле.

Такие цифры говорят о непопулярности материала для широкого употребления. Основную роль в применении этого тяжёлого металла в сплавах играет прочность. Изделия становятся невероятно износоустойчивы за счет добавления совсем небольших порций металла в состав.

Применение

В широком промышленном производстве осмий применяют редко из-за его дороговизны. Но там, где эффект может превысить материальные затраты, его, конечно, используют. Сырьём он выступает, чаще всего, в порошке. Сам металл хрупкий, крошится легко. Получение порошка несложное.

Еще варианты использования:

Не все соединения осмия применимы к использованию. Но учёные работают над этим.

Опасность и техника безопасности

Как и другие тяжёлые металлы, осмий оказывает не самое благоприятное влияние на живые организмы, не обходя и человеческий. Любые соединения с осмием поражают внутренние органы, вызывают потерю зрения. Отравление парами элемента приводит и к летальному исходу. При наблюдении за животными наблюдалось резкое развитие малокровия, и лёгкие переставали функционировать. Полагают, что это быстроразвивающийся отёк.

Что такое тетраоксид осмия OsO4? А это и есть то самое вещество, благодаря которому элемент носит своё имя. Крайне агрессивен. Его запах нельзя не заметить. Ужасней и омерзительнее запаха в природе не существует. При отравлении задеваются и кожные покровы. Дерма зеленеет, чернеет, а может и вовсе омертветь. Возможно появление пузырей, язв. Заживает всё очень долго.

Опасность отравления грозит, прежде всего, работникам производственных помещений при малейшей концентрации паров в воздухе. Ни о каких допустимых нормах учёные уже не заикаются. Поэтому предусмотренная специальная одежда, респираторы – обычное явление на производствах с применением оксида осмия. Всё герметизировано, ёмкости закупорены и хранятся в соответствии с уже испытанными правилами.

Если всё же по какой-то немыслимой причине соединение осмия попадёт в глаза, промывать их надо продолжительное, минут 20, время. Чистой проточной водой. И сразу к врачу. При попадании в организм через дыхательные пути пары осмия нейтрализуются бикарбонатом натрия. Он выпускается в аэрозольной упаковке. Много молока внутрь. И промыть желудок.

Несомненная польза тяжелейшего металла

По мнению английских учёных этот тяжёлый металл блокирует развитие раковых клеток. Методы терапии онкозаболеваний с задействованием осмия хоть и очень медленно, но уже разрабатываются.

В медицине, в кардиостимуляции, его используют в имплантах, изготовление которых требует благородных металлов для предотвращения развития аллергий. Состав импланта, заменяющего элементы сердца, включает 10% осмия и 90% платины. Конечно, такие приборы и оцениваются соответственно. Такая же пропорция применяется для изготовления лёгочных клапанов.

Применение соединений осмия для медицинских потребностей заметно при производстве особо прочных, длительного использования, инструментов, таких, как скальпели, всевозможные металлокерамические резцы. И нужно для этого совсем немного сырья, а эффект потрясающий.

Микроскопические добавки осмия к стали режущих сортов позволяют создавать острейшие лезвия.

Изделия, применение которых подразумевает использование самого тяжелого металла, оказываются непревзойдёнными в износоустойчивости.

Коммерческий интерес

Разнообразные потрясающие свойства металла осмия вызывают несомненный интерес и неподдельное удивление. Но эти же свойства убивают коммерческий интерес наповал. И, несмотря ни на что, цена на рынке не падает.