הכל על אוסמיום

אוסמיום - מתכת נדירה, שייכת לקבוצת הפלטינה. הוא התגלה באנגליה כתוצאה מניסויים על תגובת פלטינה. השם אוסמיום ניתן ביוונית ובתרגום פירושו "ריח". איך המתכת האצילית הזו? מהן התכונות שלו ומה השימוש בה?

הגילוי של יסוד זה התרחש במקרה בשנת 1803 על ידי הכימאים האנגלים סמיתסון טננט וויליאם ה. וולסטאן. כתוצאה מניסויים על התגובה של פלטינה לתערובת של חומצות (גופרית וחנקתית), המשקע שהתקבל פיתח ארומה לא נעימה, המזכירה את צחנת הכלור והצנון הרקוב. ניסויים דומים בוצעו על ידי Colle-Descoti, Antoine de Fourcoy ו-Vauquelin בצרפת. כתוצאה מהמחקר שלהם, הם מצאו גם חומר לא ידוע במשקעים הבלתי מסיסים מפלטינה.

גילוי היסודות הכימיים הללו הוצג בפני החברה המלכותית בלונדון על ידי הודעה כתובה של טננט מ-21 ביוני 1804. בטבלה המחזורית של יסודות כימיים של מנדלייב, המתכת ממוקמת מתחת למספר הסידורי 76. המתכת אינה מופיעה בצורתה הטהורה על ידי נאגטס, ולכן הנוסחה הכימית שלה מוצגת בצורה מומסת.

היסוד מופק מחומרי גלם משניים כתוצאה מהפרדתו מעפרות אירידיום, פלטינה, פלטינה-פלדיום או עפרות נחושת וניקל. הייצור השנתי של כל האלמנט בעולם אינו עולה על גודל 1 טון.

המרבצים הגדולים בעולם ראויים לציון אזורים כגון הרי אורל ו סיביר ברוסיה, מדינה צפונית אלסקה ומדינה מערבית קליפורניה באמריקה, קנדה בצפון אמריקה, קולומביה בדרום אמריקה וכמה מדינות דרום אפריקה, אוֹסטְרַלִיָה, אי טזמניה... נכון להיום, נשקלת מרבץ אוסמיום משמעותי מתחם בושוול בדרום אפריקה, רוב החומר נכרה שם. אם לוקחים בחשבון את העובדה שהמרבצים הגדולים ביותר של המתכת נמצאים בדרום אפריקה, המחירים בעולם עבור מתכת אדמה נדירה זו גבוהים למדי. קזחסטן נחשב ליצואן הגדול היחיד של אוסמיום-187 בעולם. למרות שלסין יש עתודות עפרות פלטינה, אין בה כמויות משמעותיות של אוסמיום.

החומר מאוחסן בצורת אבקה ומכיוון שאינו נמס בצורת גבישים, לא ניתן להטביע עליו חותמת בשל תכונותיו הפיזיקליות. לייצור מטילי מתכת זו, נעשה שימוש בחימום באמצעות אלומת אלקטרונים או קשת מאבקה; נעשה שימוש גם בחימום בכור היתוך.

אוסמיום נראה כמו מתכת כחלחלה כסופה. זהו אחד היסודות הצפופים ביותר, צפיפותו היא 22,600 קילוגרם למטר מעוקב, אך יחד עם זאת, החומר שביר למדי, נשבר ומתפורר בקלות. יש לו משקל סגולי גבוה והוא מסוגל לזרוח אפילו בהשפעות טמפרטורה גבוהות למדי. בשל הפרמטרים שלו וטמפרטורת ההיתוך המשמעותית שלו, קשה לעבד אותו. בטבע הוא קיים בצורה של שבעה איזוטופים, שישה מהם נחשבים יציבים, אלו הם אוסמיום-184, אוסמיום-187, אוסמיום-188, אוסמיום-189, אוסמיום-190 ואוסמיום-192. איזוטופי מתכת רדיואקטיביים בעלי מסה מ-162 עד 197 התקבלו במעבדה, וכמה איזומרים גרעיניים הושגו גם באופן מלאכותי.

כמעט כל התרכובות עם מתכת זו גורמות נזק לאיברים פנימיים, הפרעות ראייה ושמיעה. במקרה של הרעלה באדי אוסמיום עלולות להתרחש הפרעות בלתי הפיכות בגוף ומוות. מדענים ערכו ניסויים בבעלי חיים, שתוצאותיהם היו התפתחות מהירה של אנמיה, היעדר תפקוד ריאות תקין. הגיע למסקנה כי מדובר בבצקת המתפתחת במהירות. אוסמיום טטרוקסיד, המשמש ברפואה, הוא חומר מאכל מאוד. יש את הריח הכי מגעיל בעולם. במקרה של הרעלה, העור סובל, הוא משנה את צבעו לירוק או שחור, לעיתים מלווה בכיבים וסדקים, שייקח הרבה מאוד זמן להחלים.

עובדי מתקני ייצור נמצאים בסיכון הגבוה ביותר, לפי כל תקני הבטיחות הם עובדים רק במכונות הנשמה ובלבוש מיוחד. כל המיכלים המכילים תחמוצת אוסמיום אטומים ומאוחסנים בהתאם לכללים. כדי להשיג את המינרלים של nevyanskite, הפלטינה מומרת לתמיסה באמצעות אקווה רג'יה. לאחר מכן, המשקע המתקבל נחשף לאבץ בכמות פי 8 - סגסוגת כזו מומרת בקלות יחסית למצב אבקתי, אשר לאחר מכן מתמזג עם בריום חמצן. השלב הבא הוא עיבוד המסה המתקבלת עם אקווה רג'יה, זיקוק דרך המנגנון להפרדת אוסמיום טטרוקסיד.

על ידי פעולה על החומר עם תמיסה אלקלית, מתקבל מלח. תמיסת המלח מושפעת היפוסולפיט, כתוצאה מכך, בעזרת אמוניום כלוריד, המתכת שוקעת כבר בצורת מלח פרמי. המשקע נשטף, מסנן ומסייד. התוצאה של כל הפעולות הללו היא אוסמיום ספוגי. לאחר מכן, הוא מנוקה עם חומצות, מופחת בכבשן חשמלי תחת זרם מימן, ומצנן. לכן קבל דגימות אוסמיום של עד 99.9%.

המאפיינים של יסוד זה, מנקודת מבט של כימיה, הם מדהימים. הבסיסיים שבהם הם הבאים.

1. אוסמיום אינו מגיב כלל עם אלקליות וחומצות. יוצר אוסמטים מסיסים במים בתגובה עם נמסים אלקליים. אינטראקציה עם תערובת של חומצות חנקתיות וחומצות הידרוכלוריות נותנת תגובה איטית ביותר.
2. רעיל מאוד, אפילו במינונים מיקרוסקופיים. רעיל במיוחד הוא תחמוצת אוסמיום, המשתחררת מפלטינה.
3. אי אפשר לקבוע את נקודת הרתיחה של המתכת, מכיוון שהיא עמידה במיוחד.
4. המתכת באבקה נכנסת בקלות לתגובת חימום עם חומרים כאלה: חמצן טהור, הלוגנים, חומצות גופרתיות או חנקתיות.
5. בתרכובות שונות מתקבלים מספרי תחמוצת מ-2 עד +8. הנפוצים ביותר הם +2, +3, +4 ו-+8.
6. מסוגל ליצור תרכובות מקבץ.
7. המינרלים העיקריים קשורים לתמיסות מוצקות ומיוצגים על ידי סגסוגות של אירידיום עם אוסמיום - הם sysertskite ו-nevyanskite. יתר על כן, ל-syserskite יש שם אחר - אוסמיום קשוח, ו-nevyanskite - אירידיום אוסמי.

צְפִיפוּת אוסמיום הוא בערך 22.61 גרם לסנטימטר מעוקב. לקריסטלים יש ברק כסוף יפהפה, עם גוונים שונים מאפור לכחול. במטילים מופיע צבע כחול כהה, באבקה הוא סגול. לכל המתכת יש ברק כסוף. רעילות היסוד מונעת את השימוש בו בתעשיית התכשיטים. המאפיינים הפיזיקליים העיקריים הם כדלקמן.

1. נקודת ההיתוך של יסוד זה די גבוהה, התכה אפשרית בטמפרטורות מעל 3000 מעלות צלזיוס.
2. למתכת אין תכונות מגנטיות.
3. תקיפות מדהימה. סגסוגות בתוספת מתכת זו רוכשות עמידות בפני שחיקה מוגברת, עמידות, עמידות בפני קורוזיה ועמידות בפני מתח מכני.
4. נקודת הרתיחה היא 5012 מעלות צלזיוס.
5. קשיות Mohs היא 7.
6. קשיות ויקרס היא 3-4 GPa.

בשל העלות המשמעותית של האלמנט עצמו, מתכת זו משמשת לעתים רחוקות בייצור תעשייתי המוני. אוסמיום משמש בעיקר בתעשייה הכימית, שם הוא משמש כזרז. אוסמיום טטרוקסיד משמש בחלק מהתרופות. בניתוחי מעבדה, הוא משמש לצביעה של רקמות חיות, מבטיח את שימור מבנה התא.

בתעשייה האווירית משתמשים באוסמיום בציוד אלקטרוני של ציוד לתעופה ורקטות, כמו גם בייצור נשקים גרעיניים. בגלל היעדר תכונות מגנטיות, המתכת משמשת לייצור שעונים ממותגים כגון רולקס. סגסוגת אוסמיום עם פלטינה משמש כאשר יצירת שתלים כירורגיים הם קוצבי לב או מסתמים ריאתיים.

1. תחת לחץ של כ-770 GPa באוסמיום, אלקטרונים מקיימים אינטראקציה באורביטלים פנימיים, מבנה החומר נשאר ללא שינוי.
2. אוסמיום בסלעים מכיל חצי אחוז מהמסה הכוללת של מרבצי עפרות.
3. בשל הצפיפות הגבוהה המראה והמשקל האמיתי של המתכת משתנים מאוד. אז, בקבוק פלסטיק של 0.5 ליטר מלא באבקת מתכת זו יהיה כבד יותר מדלי של 10 ליטר מלא במים.
4. המתכת הזו נמצאת בחמישה הכי הרבה יקר.
5. העלות של אונקיה משולשת של אוסמיום היא סוד מסחרי, במקורות פתוחים ניתן למצוא מחיר משוער ל-1 גרם של חומר.
6. בגלל עמידותו של אוסמיום מצויין בהיסטוריה של המנורה החשמלית. המדען K. Auer von Welsbach מגרמניה הציע הצעה להחליף את חוט הפחמן בנורה עם חוט אוסמיום. הנורות התבררו כפחות צריכות אנרגיה פי 3, והתאורה השתפרה בצורה ניכרת. נכון, עד מהרה הוחלף בטנטלום הנפוץ יותר, שבתורו הוחלף בטונגסטן.
7. מצב דומה קרה עם המתכת הנדירה בייצור האמוניה. השיטה הנהוגה כיום לסינתזת אמוניה, שפותחה ב-1908 על ידי הכימאי פריץ הבר מגרמניה, בלתי אפשרית ללא שימוש בזרזים.בתחילה, הזרזים ששימשו באותה תקופה הראו את תכונותיהם רק בנוכחות תנאי טמפרטורה משמעותיים ולא היו בעלי יעילות גבוהה, ולכן החיפוש אחר תחליף היה דחוף מאוד. מדענים מהמעבדה של בית הספר הטכני הגבוה בקרלסרוהה הציעו הצעה להשתמש באוסמיום אטום דק כיסוד קטליטי. תוצאות הבדיקה אישרו שהרעיון הזה כדאי, הטמפרטורה הקטליטית ירדה ביותר מ-100 מעלות צלזיוס, ושחרור האמוניה גדל באופן משמעותי. נכון, בעתיד הם סירבו מאוסמיום, אבל הוא עזר בפתרון בעיה כל כך חשובה.

אוסמיום ומתכות נדירות וייחודיות אחרות משחקות תפקיד משמעותי בתעשיות שונות... אפילו עם כל הרעילות שלו, זה מציל חיים ובריאות של אנשים.

למידע נוסף על אוסמיום, ראה את הסרטון הבא.