Osmio - Osmium

Osmio,  76 Os
Cristales de osmio.jpg
Osmio
Pronunciación / z m i ə m / ( OZ -mee-əm )
Apariencia plateado, tinte azul
Peso atómico estándar A r, std (Os) 190,23 (3)
Osmio en la tabla periódica
Hidrógeno Helio
Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón
Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón
Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Planchar Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón
Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón
Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón
Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencium Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Ru

Os

Hs
renioosmioiridio
Número atómico ( Z ) 76
Grupo grupo 8
Período período 6
Cuadra   bloque d
Configuración electronica [ Xe ] 4f 14 5d 6 6s 2
Electrones por capa 2, 8, 18, 32, 14, 2
Propiedades físicas
Fase en  STP sólido
Punto de fusion 3306  K (3033 ° C, 5491 ° F)
Punto de ebullición 5285 K (5012 ° C, 9054 ° F)
Densidad (cerca de  rt ) 22,59 g / cm 3
cuando es líquido (a  mp ) 20 g / cm 3
Calor de fusión 31  kJ / mol
Calor de vaporización 378 kJ / mol
Capacidad calorífica molar 24,7 J / (mol · K)
Presión de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
en  T  (K) 3160 3423 3751 4148 4638 5256
Propiedades atómicas
Estados de oxidación −4, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4 , +5, +6, +7, +8 (un óxido ligeramente ácido )
Electronegatividad Escala de Pauling: 2,2
Energías de ionización
Radio atómico empírico: 135  pm
Radio covalente 144 ± 4 pm
Líneas de color en un rango espectral
Líneas espectrales de osmio
Otras propiedades
Ocurrencia natural primordial
Estructura cristalina hexagonal compacta (hcp)
Estructura cristalina hexagonal compacta para osmio
Velocidad de sonido varilla fina 4940 m / s (a 20 ° C)
Expansión térmica 5,1 µm / (m⋅K) (a 25 ° C)
Conductividad térmica 87,6 W / (m⋅K)
Resistividad electrica 81,2 nΩ⋅m (a 0 ° C)
Orden magnético paramagnético
Susceptibilidad magnética molar 11 × 10 −6  cm 3 / mol
Módulo de corte 222 GPa
Módulo de volumen 462 GPa
Relación de Poisson 0,25
Dureza de Mohs 7.0
Dureza Vickers 300 MPa
Dureza Brinell 293 MPa
Número CAS 7440-04-2
Historia
Descubrimiento y primer aislamiento Smithson Tennant (1803)
Isótopos principales del osmio
Isótopo Abundancia Vida media ( t 1/2 ) Modo de decaimiento Producto
184 Os 0,02% estable
185 Os syn 93,6 días ε 185 Re
186 Os 1,59% 2,0 × 10 15  y α 182 W
187 Os 1,96% estable
188 Os 13,24% estable
189 Os 16,15% estable
190 Os 26,26% estable
191 Os syn 15,4 días β - 191 Ir
192 Os 40,78% estable
193 Os syn 30,11 días β - 193 Ir
194 Os syn 6 años β - 194 Ir
Categoría Categoría: Osmio
| referencias

El osmio (del griego ὀσμή , osme , 'olor') es un elemento químico con el símbolo Os y número atómico 76. Es un metal de transición duro, quebradizo, de color blanco azulado en el grupo del platino que se encuentra como oligoelemento en las aleaciones. , principalmente en minerales de platino . El osmio es el elemento natural más denso, con una densidad medida experimentalmente (usando cristalografía de rayos X) de22,59 g / cm 3 . Los fabricantes utilizan sus aleaciones con platino, iridio , y otros metales del grupo del platino para hacer pluma estilográfica de inflexión plumín , contactos eléctricos , y en otras aplicaciones que requieren durabilidad extrema y dureza . La abundancia del elemento en la corteza terrestre se encuentra entre las más raras, con una abundancia de solo 50  ppt en la corteza terrestre. Se estima que es de aproximadamente 0,6 partes por mil millones en el universo y, por lo tanto, es el metal precioso más raro .

Caracteristicas

Propiedades físicas

Osmio, pellet refundido

El osmio tiene un tinte azul grisáceo y es el elemento estable más denso ; es aproximadamente dos veces más denso que el plomo y 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 confiables para estos elementos, dando un valor de22,587 ± 0,009  g / cm 3 para osmio, ligeramente más denso que el22,562 ± 0,009 g / cm 3 de iridio; Ambos metales son casi 23 veces más densos que el agua, y 1+16 veces más denso que el oro .

El osmio es un metal duro pero quebradizo que permanece brillante incluso a altas temperaturas. Tiene una compresibilidad muy baja . En consecuencia, su módulo de volumen es extremadamente alto, informado entre395 y462  GPa , que rivaliza con el del diamante (443 GPa ). La dureza del osmio es moderadamente alta a4 GPa . Debido a su dureza , fragilidad, baja presión de vapor (el más bajo de los metales del grupo del platino) y muy alto punto de fusión (el cuarto más alto de todos los elementos, después del carbono, tungsteno y renio ), el osmio sólido es difícil de mecanizar. forma, o trabajo.

Propiedades químicas

Estados de oxidación del osmio
−2 N / A
2
[Os (CO)
4
]
−1 N / A
2
[Os
4
(CO)
13
]
0 Os
3
(CO)
12
+1 OsI
+2 OsI
2
+3 OsBr
3
+4 OsO
2
, OsCl
4
+5 OsF
5
+6 OsF
6
+7 OsOF
5
+8 OsO
4
, Os (NCH 3 )
4

El osmio forma compuestos con estados de oxidación que van de -2 a +8. Los estados de oxidación más comunes son +2, +3, +4 y +8. El estado de oxidación +8 es notable por ser el más alto alcanzado por cualquier elemento químico aparte del +9 del iridio y solo se encuentra en el xenón , rutenio , hasio , iridio y plutonio . Los estados de oxidación -1 y -2 representados por los dos compuestos reactivos Na
2
[Os
4
(CO)
13
]
y Na
2
[Os (CO)
4
]
se utilizan en la síntesis de compuestos de racimo de osmio .

El compuesto más común que exhibe el estado de oxidación +8 es el tetróxido de osmio . Este compuesto tóxico se forma cuando el osmio en polvo se expone al aire. Es un sólido cristalino muy volátil, soluble en agua, amarillo pálido, con un olor fuerte. El polvo de osmio tiene el olor característico del tetróxido de osmio. El tetróxido de osmio forma osmatos rojos OsO
4
(OH)2−
2
al reaccionar con una base. Con amoniaco forma los nitrido-osmatos OsO.
3
norte-
. El tetróxido de osmio hierve a 130 ° C y es un poderoso agente oxidante . Por el contrario, el dióxido de osmio (OsO 2 ) es negro, no volátil y mucho menos reactivo y tóxico.

Solo dos compuestos de osmio tienen aplicaciones importantes: el tetróxido de osmio para teñir tejidos en microscopía electrónica y para la oxidación de alquenos en síntesis orgánica , y los osmatos no volátiles para reacciones de oxidación orgánica .

Se conoce el pentafluoruro de osmio (OsF 5 ), pero aún no se ha sintetizado trifluoruro de osmio (OsF 3 ). Los estados de oxidación más bajos son estabilizados por los halógenos más grandes, de modo que se conocen el tricloruro, tribromuro, triyoduro e incluso diyoduro. El estado de oxidación +1 se conoce solo para el monoyoduro de osmio (OsI), mientras que varios complejos carbonílicos de osmio, como el triosmio dodecacarbonilo ( Os
3
(CO)
12
), representan el estado de oxidación 0.

En general, los estados de oxidación más bajos del osmio son estabilizados por ligandos que son buenos donantes de σ (como aminas ) y aceptores de π ( heterociclos que contienen nitrógeno ). Los estados de oxidación más altos son estabilizados por fuertes donantes σ y π, como O2−
y N3−
.

A pesar de su amplia gama de compuestos en numerosos estados de oxidación, el osmio a granel a temperaturas y presiones ordinarias resiste el ataque de todos los ácidos, incluido el agua regia , pero es atacado por los álcalis fundidos.

Isótopos

El osmio tiene siete isótopos naturales , seis de los cuales son estables:184
Os
,187
Os
,188
Os
,189
Os
,190
Os
, y (más abundante)192
Os
.186
Os
sufre desintegración alfa con una vida media tan larga (2,0 ± 1,1) × 10 15 años, aproximadamente140 000 veces la edad del universo , que a efectos prácticos puede considerarse estable. La desintegración alfa se predice para los siete isótopos naturales, pero se ha observado solo para186
Os
, presumiblemente debido a vidas medias muy largas. Se predice que184
Os
y192
Los Os
pueden sufrir una doble desintegración beta, pero esta radiactividad aún no se ha observado.

187
Os
es descendiente de187
Re
(vida media4.56 × 10 10  años ) y se usa ampliamente para fechar rocas terrestres y meteóricas (ver datación de renio-osmio ). También se ha utilizado para medir la intensidad de la meteorización continental a lo largo del tiempo geológico y para fijar edades mínimas para la estabilización de las raíces del manto de los cratones continentales . Esta descomposición es una razón por la cual los minerales ricos en renio son anormalmente ricos en187
Os
. Sin embargo, la aplicación más notable de los isótopos de osmio en geología ha sido junto con la abundancia de iridio, para caracterizar la capa de cuarzo chocado a lo largo del límite Cretácico-Paleógeno que marca la extinción de los dinosaurios no aviares hace 65 millones de años.

Historia

El osmio fue descubierto en 1803 por Smithson Tennant y William Hyde Wollaston en Londres , Inglaterra . El descubrimiento del osmio está entrelazado con el del platino y los otros metales del grupo del platino . El platino llegó a Europa como platina ("plata pequeña"), que se encontró por primera vez a fines del siglo XVII en las minas de plata de los alrededores del departamento del Chocó , en Colombia . El descubrimiento de que este metal no era una aleación, sino un elemento nuevo distintivo, se publicó en 1748. Los químicos que estudiaron el platino lo disolvieron en agua regia (una mezcla de ácidos clorhídrico y nítrico ) para crear sales solubles. Siempre observaron una pequeña cantidad de un residuo oscuro e insoluble. Joseph Louis Proust pensó que el residuo era grafito . Victor Collet-Descotils , Antoine François, conde de Fourcroy y Louis Nicolas Vauquelin también observaron iridio en el residuo de platino negro en 1803, pero no obtuvieron suficiente material para experimentos posteriores. Más tarde, los dos químicos franceses Antoine-François Fourcroy y Nicolas-Louis Vauquelin identificaron un metal en un residuo de platino que llamaron ' ptène '.

En 1803, Smithson Tennant analizó el residuo insoluble y concluyó que debía contener un nuevo metal. Vauquelin trató el polvo alternativamente con álcali y ácidos y obtuvo un nuevo óxido volátil, que creía que era de este nuevo metal, al que llamó ptene , de la palabra griega πτηνος (ptènos) para alado. Sin embargo, Tennant, que tenía la ventaja de una cantidad mucho mayor de residuo, continuó su investigación e identificó dos elementos no descubiertos previamente en el residuo negro, el iridio y el osmio. Obtuvo una solución amarilla (probablemente de cis - [Os (OH) 2 O 4 ] 2− ) por reacciones con hidróxido de sodio al rojo vivo. Después de la acidificación, pudo destilar el OsO 4 formado . Lo llamó osmio en honor al griego osme que significa "olor", debido al olor ceniciento y ahumado del volátil tetróxido de osmio . El descubrimiento de los nuevos elementos se documentó en una carta a la Royal Society el 21 de junio de 1804.

El uranio y el osmio fueron los primeros catalizadores exitosos en el proceso Haber , la reacción de fijación de nitrógeno del nitrógeno y el hidrógeno para producir amoníaco , dando suficiente rendimiento para que el proceso sea económicamente exitoso. En ese momento, un grupo de BASF dirigido por Carl Bosch compró la mayor parte del suministro mundial de osmio para usarlo como catalizador. Poco después, en 1908, el mismo grupo introdujo catalizadores más baratos basados ​​en hierro y óxidos de hierro para las primeras plantas piloto, eliminando la necesidad del osmio caro y raro.

Hoy en día, el osmio se obtiene principalmente del procesamiento de minerales de platino y níquel .

Ocurrencia

Platino nativo que contiene trazas de otros metales del grupo del platino

El osmio es el elemento estable menos abundante en la corteza terrestre , con una fracción de masa promedio de 50  partes por billón en la corteza continental .

El osmio se encuentra en la naturaleza como un elemento no combinado o en aleaciones naturales ; especialmente las aleaciones de iridio-osmio, osmiridio (rico en iridio) e iridosmio (rico en osmio). En níquel y cobre depósitos, los metales del grupo del platino se producen como sulfuros (es decir, (Pt, Pd) S) ), telururos (por ejemplo, PtBiTe ), antimoniuros (por ejemplo, PDSB ), y arseniuros (por ejemplo, PTAS
2
); en todos estos compuestos, el platino se intercambia por una pequeña cantidad de iridio y osmio. Como ocurre con todos los metales del grupo del platino, el osmio se puede encontrar de forma natural en las 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 estructuras geológicas: depósitos ígneos (intrusiones de la corteza desde abajo), cráteres de impacto y depósitos reelaborados de una de las estructuras anteriores. Las mayores reservas primarias conocidas se encuentran en el Complejo Ígneo Bushveld en Sudáfrica , aunque los grandes depósitos de cobre y níquel cerca de Norilsk en Rusia y la Cuenca de Sudbury en Canadá también son fuentes importantes de osmio. Se pueden encontrar reservas más pequeñas en los Estados Unidos. Los depósitos aluviales utilizados por los pueblos precolombinos en el departamento de Chocó , Colombia , siguen siendo una fuente de metales del grupo del platino. El segundo gran depósito aluvial se encontró en los Montes Urales , Rusia, que aún está minado.

Producción

Cristales de osmio , cultivados por transporte de vapor químico .

El osmio se obtiene comercialmente como un subproducto de la extracción y el procesamiento de níquel y cobre . Durante el electrorrefinado de cobre y níquel, los metales nobles como la plata, el oro y los metales del grupo del platino, junto con elementos no metálicos como el selenio y el telurio, se depositan en el fondo de la celda como lodo anódico , que forma el material de partida para su extracción. . La separación de los metales requiere que primero se disuelvan. Varios métodos pueden lograr esto, dependiendo del proceso de separación y la composición de la mezcla. Dos métodos representativos son la fusión con peróxido de sodio seguida de disolución en agua regia y disolución en una mezcla de cloro con ácido clorhídrico . El osmio, rutenio, rodio e iridio se pueden separar del platino, el oro y los metales básicos por su insolubilidad en agua regia, dejando un residuo sólido. El rodio se puede separar del residuo mediante tratamiento con bisulfato de sodio fundido . El residuo insoluble, que contiene rutenio, osmio e iridio, se trata con óxido de sodio , en el que Ir es insoluble, produciendo sales de rutenio y osmio solubles en agua. Después de la oxidación a óxidos volátiles, RuO
4
está separado de OsO
4
por precipitación de (NH 4 ) 3 RuCl 6 con cloruro de amonio.

Una vez disuelto, el osmio se separa de los otros metales del grupo del platino mediante destilación o extracción con disolventes orgánicos del tetróxido de osmio volátil. El primer método es similar al procedimiento utilizado por Tennant y Wollaston. Ambos métodos son adecuados para la producción a escala industrial. En cualquier caso, el producto se reduce utilizando hidrógeno, produciendo el metal en forma de polvo o esponja que se puede tratar mediante técnicas de pulvimetalurgia .

Ni los productores ni el Servicio Geológico de Estados Unidos publicaron cantidades de producción de osmio. En 1971, las estimaciones de la producción estadounidense de osmio como subproducto de la refinación de cobre fue de 2000  onzas troy (62 kg). Entre 2010 y 2019, las importaciones estadounidenses anuales de osmio oscilaron entre menos de 0,5 kg y 856 kg, con un promedio de 157 kg / año.

Aplicaciones

Debido a la volatilidad y toxicidad extrema de su óxido, el osmio rara vez se usa en su estado puro, sino que a menudo se alea con otros metales para aplicaciones de alto desgaste. Las aleaciones de osmio, como el osmiridio, son muy duras y, junto con otros metales del grupo del platino, se utilizan en las puntas de plumas estilográficas , pivotes de instrumentos y contactos eléctricos, ya que pueden resistir el desgaste de la operación frecuente. También se utilizaron para las puntas de los palpadores de fonógrafo a finales de las 78 rpm y principios de la era de los discos " LP " y " 45 ", alrededor de 1945 a 1955. Las puntas de aleación de osmio eran significativamente más duraderas que las de acero y cromo, pero se desgastaban mucho más rápido que las puntas de zafiro y diamante de la competencia y más caras , por lo que se suspendieron.

El tetróxido de osmio se ha utilizado en la detección de huellas dactilares y en la tinción de tejido graso para microscopía óptica y electrónica . Como oxidante fuerte, reticula los lípidos principalmente al reaccionar con enlaces carbono-carbono insaturados y, por lo tanto, fija las membranas biológicas en su lugar en las muestras de tejido y al mismo tiempo las tiñe. Debido a que los átomos de osmio son extremadamente densos en electrones, la tinción de osmio mejora en gran medida el contraste de la imagen en los estudios de microscopía electrónica de transmisión (TEM) de materiales biológicos. Por lo demás, esos materiales de carbono tienen un contraste TEM muy débil. Otro compuesto de osmio, ferricianuro de osmio (OsFeCN), exhibe una acción de fijación y tinción similar.

El tetróxido y su derivado osmato de potasio son importantes oxidantes en la síntesis orgánica . Para la dihidroxilación asimétrica de Sharpless , que utiliza osmato para la conversión de un doble enlace en un diol vecinal , Karl Barry Sharpless recibió el Premio Nobel de Química en 2001. El OsO 4 es muy caro para este uso, por lo que a menudo se utiliza KMnO 4 en su lugar. , aunque los rendimientos son menores para este reactivo químico más económico.

En 1898, el químico austriaco Auer von Welsbach desarrolló el Oslamp con un filamento hecho de osmio, que introdujo comercialmente en 1902. Después de solo unos años, el osmio fue reemplazado por tungsteno , que es más abundante (y por lo tanto más barato) y más estable. . El tungsteno tiene el punto de fusión más alto entre todos los metales y su uso en bombillas aumenta la eficacia luminosa y la vida útil de las lámparas incandescentes .

El fabricante de bombillas Osram (fundado en 1906, cuando tres empresas alemanas, Auer-Gesellschaft, AEG y Siemens & Halske, combinaron sus instalaciones de producción de lámparas) derivó su nombre de los elementos de os mium y Wolf ram (este último en alemán significa tungsteno ).

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

El osmio tiene una alta reflectividad en el rango ultravioleta del espectro electromagnético ; por ejemplo, a 600 Å, el osmio tiene una reflectividad dos veces mayor que la del oro. Esta alta reflectividad es deseable en espectrómetros UV basados ​​en el espacio , que tienen tamaños de espejo reducidos debido a limitaciones de espacio. Espejos recubiertos de osmio volaron en varias misiones espaciales a bordo del transbordador espacial , pero pronto quedó claro que los radicales de oxígeno en la órbita terrestre baja son lo suficientemente abundantes como para deteriorar significativamente la capa de osmio.

El único uso clínico conocido del osmio es la sinovectomía en pacientes artríticos en Escandinavia. Implica la administración local de tetróxido de osmio (OsO 4 ), que es un compuesto altamente tóxico. La falta de informes de efectos secundarios a largo plazo sugiere que el osmio en sí mismo puede ser biocompatible , aunque esto depende del compuesto de osmio administrado. En 2011, se informó que los compuestos de osmio (VI) y osmio (II) mostraban actividad anticancerosa in vivo , lo que indicaba un futuro prometedor para el uso de compuestos de osmio como medicamentos contra el cáncer .

Precauciones

El osmio metálico es inofensivo, pero el osmio metálico finamente dividido es pirofórico y reacciona con el oxígeno a temperatura ambiente, formando tetróxido de osmio volátil. Algunos compuestos de osmio también se convierten en tetróxido si hay oxígeno presente. Esto hace que el tetróxido de osmio sea la principal fuente de contacto con el medio ambiente.

El tetróxido de osmio es muy volátil y penetra fácilmente en la piel, y es muy tóxico por inhalación, ingestión y contacto con la piel. Las concentraciones bajas de vapor de tetróxido de osmio en el aire pueden causar congestión pulmonar y daño a la piel o los ojos , por lo que deben utilizarse en una campana extractora . El tetróxido de osmio se reduce rápidamente a compuestos relativamente inertes mediante, por ejemplo, ácido ascórbico o aceites vegetales poliinsaturados (tales como aceite de maíz ).

Precio

El osmio, al igual que otros metales preciosos, se mide en peso troy y gramos . El precio de mercado del osmio no ha cambiado en décadas, principalmente porque se han producido pocos cambios en la oferta y la demanda. Además de ser escaso, el osmio es difícil de trabajar, tiene pocos usos y es un desafío almacenarlo de manera segura debido al gas tóxico del metal que se produce cuando se oxigena.

Si bien el precio de $ 400 por onza troy se ha mantenido estable desde la década de 1990, la inflación desde ese momento ha llevado al metal a perder alrededor de un tercio de su valor en las dos décadas anteriores a 2018.

Referencias

enlaces externos