Vše o osmiu

Osmium - vzácný kov, patří do skupiny platiny. Byl objeven v Anglii jako výsledek pokusů o reakci platiny. Název osmium je uveden v řečtině a v překladu znamená „vůně“. Jaký je tento ušlechtilý kov? Jaké jsou jeho vlastnosti a jaké je jeho využití?

K objevu tohoto prvku došlo náhodou v roce 1803 anglickými chemiky Smithson Tennant a William H. Wollastan. V důsledku pokusů o reakci platiny na směs kyselin (sírové a dusičné) se ve vzniklé sraženině vyvinulo nepříjemné aroma, připomínající zápach chlóru a shnilé ředkve. Podobné experimenty provedli Colle-Descoti, Antoine de Fourcoy a Vauquelin ve Francii. V důsledku svého výzkumu našli neznámou látku také v nerozpustném sedimentu z platiny.

Objev těchto chemických prvků byl předložen Královské společnosti v Londýně Tennantovým písemným sdělením z 21. června 1804. V periodické tabulce chemických prvků Mendělejeva se kov nachází pod pořadovým číslem 76. Kov se nevyskytuje ve své čisté formě ve formě nugetů, proto je jeho chemický vzorec prezentován v rozpuštěné formě.

Prvek se získává z druhotných surovin v důsledku jeho oddělení od iridiových, platinových, platino-palladiových rud nebo měděných a niklových rud. Roční produkce celého prvku ve světě nepřesahuje velikost 1 tuny.

Největší světová naleziště stojí za povšimnutí takové zóny jako Uralské pohoří a Sibiř v Rusku, severní stát Aljaška a západní stát Kalifornie v Americe, Kanada v Severní Americe, Kolumbie v Jižní Americe a některé země jižní Afriky, Austrálie, Ostrov Tasmánie... V současné době se uvažuje o významném ložisku osmia Bushwell Complex v Jižní Africe, většina látky se tam těží. Vezmeme-li v úvahu, že největší ložiska kovu jsou v Jižní Africe, jsou světové ceny tohoto kovu vzácných zemin poměrně vysoké. Kazachstán je považován za jediného velkého vývozce osmia-187 na světě. Ačkoli Čína má zásoby platinové rudy, nemá významné množství osmia.

Látka je skladována v práškové formě a vzhledem k tomu, že se netaví ve formě krystalů, není možné na ni kvůli fyzikálním vlastnostem nalepit razítko. Pro výrobu ingotů z tohoto kovu se používá elektronový nebo obloukový ohřev z prášku, dále ohřev v kelímku.

Osmium vypadá jako stříbřitý namodralý kov. Je to jeden z nejhustších prvků, jeho hustota je 22600 kilogramů na metr krychlový, ale zároveň je hmota docela křehká, snadno se láme a drolí. Má vysokou měrnou hmotnost a je schopen zářit i při poměrně vysokých teplotních vlivech. Vzhledem k jeho parametrům a výrazné teplotě tavení je obtížné jej obrábět. V přírodě existuje ve formě sedmi izotopů, z nichž šest je považováno za stabilních, jedná se o osmium-184, osmium-187, osmium-188, osmium-189, osmium-190 a osmium-192. Laboratorně byly získány izotopy radioaktivních kovů s hmotnostními čísly od 162 do 197 a uměle byly získány i některé jaderné izomery.

Téměř všechny sloučeniny s tímto kovem způsobují poškození vnitřních orgánů, poruchy zraku a sluchu. Při otravě parami osmia může dojít k nevratným poruchám v těle a smrti. Vědci provedli pokusy na zvířatech, jejichž výsledkem byl rychlý rozvoj anémie, nedostatek normální funkce plic. Dospělo se k závěru, že se jedná o rychle se rozvíjející edém. Oxid osmičelý, který se používá v lékařství, je velmi žíravá látka. Má ten nejodpornější zápach na světě. Při otravě kůže trpí, mění barvu na zelenou nebo černou, často doprovázenou vředy a prasklinami, které se budou hojit velmi dlouho.

Nejvíce jsou ohroženi zaměstnanci výrobních provozů, kteří podle všech bezpečnostních norem pracují pouze v respirátorech a speciálním oděvu. Všechny nádoby obsahující oxid osmium jsou zapečetěny a skladovány v souladu s pravidly. Pro získání minerálů nevyanskitu se platina převádí na roztok pomocí aqua regia. Poté je výsledná sraženina vystavena působení zinku v 8násobném množství - taková slitina poměrně snadno přejde do práškového stavu, který je následně roztaven s peroxidem barya. Další fází je zpracování výsledné hmoty s aqua regia, destilace přes aparaturu pro oddělování oxidu osmičelého.

Působením na látku alkalickým roztokem se získá sůl. Je ovlivněn fyziologický roztok hyposiřičitan, v důsledku čehož se pomocí chloridu amonného vysráží kov již ve formě Fremyho soli. Sraženina se promyje, filtruje a kalcinuje. Výsledkem všech těchto akcí je houbovité osmium. Následně se čistí kyselinami, redukuje v elektrické peci pod proudem vodíku a ochladí. Tak získat vzorky osmia až 99,9 %.

Vlastnosti tohoto prvku jsou z hlediska chemie úžasné. Nejzákladnější z nich jsou následující.

1. Osmium vůbec nereaguje s alkáliemi a kyselinami. V reakci s alkalickými taveninami tvoří ve vodě rozpustné osmáty. Interakce se směsí kyseliny dusičné a chlorovodíkové dává extrémně pomalou reakci.
2. Velmi toxický, dokonce i v mikroskopických dávkách. Obzvláště toxický je oxid osmičelý, který se uvolňuje z platiny.
3. Je nemožné určit bod varu kovu, protože je zvláště žáruvzdorný.
4. Kov v prášku snadno vstupuje do zahřívací reakce s takovými látkami: čistým kyslíkem, halogeny, kyselinou sírovou nebo dusičnou.
5. V různých sloučeninách se získají oxidová čísla od -2 do +8. Nejběžnější jsou +2, +3, +4 a +8.
6. Schopný tvořit klastrové sloučeniny.
7. Hlavní minerály jsou příbuzné tuhým roztokům a jsou zastoupeny slitinami iridia s osmiem - jsou to sysertskit a nevyanskit. Kromě toho má syserskit jiný název - iridní osmium a nevyanskit - osmózní iridium.

Hustota osmia je přibližně 22,61 gramů na centimetr krychlový. Krystaly mají krásný stříbřitý lesk s různými odstíny od šedé po modrou. V ingotech se objevuje tmavě modrá barva, v prášku je fialová. Celý kov má stříbřitý lesk. Toxicita prvku brání jeho použití ve šperkařském průmyslu. Hlavní fyzikální vlastnosti jsou následující.

1. Bod tání tohoto prvku je poměrně vysoký, tání je možné při teplotách přes 3000 stupňů Celsia.
2. Kov nemá žádné magnetické vlastnosti.
3. Úžasná pevnost. Slitiny s přídavkem tohoto kovu získávají zvýšenou odolnost proti opotřebení, trvanlivost, odolnost proti korozi a odolnost proti mechanickému namáhání.
4. Bod varu je 5012 ºC.
5. Mohsova tvrdost je 7.
6. Tvrdost podle Vickerse je 3-4 GPa.

Kvůli značným nákladům na samotný prvek se tento kov zřídka používá v hromadné průmyslové výrobě. Osmium se používá především v chemickém průmyslu, kde se používá jako katalyzátor. Oxid osmičelý se používá v některých lécích. V laboratorních rozborech se používá k barvení živých tkání, zajišťuje zachování buněčné struktury.

V leteckém průmyslu se používá osmium v elektronickém vybavení zařízení pro leteckou a raketovou techniku, stejně jako ve výrobě nukleární zbraně. Kvůli nedostatku magnetických vlastností, kov se používá při výrobě značkových hodinek jako je Rolex. Slitina osmia s platinou se používá při tvorba chirurgických implantátů Jsou to kardiostimulátory nebo plicní chlopně.

1. Pod tlakem asi 770 GPa v osmiu interagují elektrony ve vnitřních orbitalech, struktura látky zůstává nezměněna.
2. Osmium v horninách obsahuje půl procenta celkové hmoty rudních ložisek.
3. Kvůli vysoké hustotě vzhled a skutečná hmotnost kovu se velmi liší. Takže 0,5litrová plastová láhev naplněná tímto kovovým práškem bude těžší než 10litrový kbelík naplněný vodou.
4. Tento kov je v pěti nejvíce nákladné.
5. Cena trojité unce osmia je obchodní tajemství, v otevřených zdrojích lze najít přibližnou cenu za 1 gram látky.
6. Kvůli žáruvzdornosti osmia zapsaný v historii elektrické lampy. Vědec K. Auer von Welsbach z Německa navrhl nahradit uhlíkové vlákno v žárovce osmiovým vláknem. Ukázalo se, že žárovky jsou 3x méně energeticky náročné a osvětlení se výrazně zlepšilo. Pravda, brzy byl nahrazen běžnějším tantalem, který byl naopak nahrazen wolframem.
7. Podobná situace nastala u vzácného kovu při výrobě čpavku. Metoda syntézy amoniaku, která se používá dodnes, vyvinutá v roce 1908 chemikem Fritzem Haberem z Německa, je nemožná bez použití katalyzátorů.Zpočátku používané katalyzátory vykazovaly své vlastnosti pouze za přítomnosti významných teplotních podmínek a neměly vysokou účinnost, takže hledání náhrady bylo velmi relevantní. Vědci z laboratoře Vyšší technické školy v Karlsruhe navrhli použít jako katalytický prvek jemně atomizované osmium. Výsledky testů potvrdily, že tento nápad stojí za to, katalytická teplota klesla o více než 100 ºC a výrazně se zvýšilo uvolňování amoniaku. Je pravda, že v budoucnu odmítli osmium, ale pomohl při řešení tak důležitého problému.

Osmium a další vzácné a jedinečné kovy hrají významnou roli v různých průmyslových odvětvích... I přes veškerou svou toxicitu zachraňuje životy a zdraví lidí.

Další informace o osmiu naleznete v následujícím videu.