Осмій - "Образа" благородного металу

С.І. Венецкий

Пам'ятаєте у Гоголя: "Народився Акакій Акакійовичпроти ночі, якщо тільки не зраджує пам'ять, на 23 березня ... Породіллінадали на вибір будь-який з трьох імен, яке вона хоче вибрати: мокко,Сесія або назвати дитину в ім'я мученика Хоздазата. "Ні, - подумалапокійниця, - імена-то всі такі ". Щоб догодити їй, розгорнули календар віншому місці; вийшли знову три імені: Тріфілій, Дула і Варахасій. "Ось цепокарання, - промовила стара, - які всі імена, я право ніколи і нечувала таких. Хай би ще Варадат або Варух, а то Тріфілій іВарахасій ". Ще переворот сторінку - вийшли: Павсікакій і Вахтісій."Ну, вже я бачу, - сказала стара, - що, видно, його така доля. Вже якщотак, нехай краще буде він називатися, як і батько його. Батько був Акакій, такнехай і син буде Акакій ". Таким чином і стався АкакійАкакійович ".

Не знаємо, чи довго англійський хімік Смітсон Теннантпридумував ім'я одному з двох відкритих ним у 1804 році хімічних елементів -осмію, але пощастило цього "новонародженому" не більше, ніж героєвігоголівської "Шинелі". Справа в тому, що "осмій" в перекладі згрецького означає ... "Запах".

Погодьтеся: для благородного металу (а осмій якпредставник платинової групи металів з повним правом носить цей титул)таку назву, м'яко висловлюючись, не може служити прикрасою. А якщо врахувати,що найближчі родичі гордо іменуються паладієм (тезка богині АфіниПаллади), іридію (по-грецьки "веселка"), родієм ("Роза"),рутенієм (від латинської назви Росії), то образа стає ще гірше.

Чому ж Теннант був так немилостивий до свого"Хрещеника"? Перш ніж відповісти на це питання, повідаємо про події,які передували відкриттю осмію. У 1804 році відомий англійський ученийВільям Волластоном, неабияк поінтріговав перед цим науковий світ (докладніше проце розказано в нарисі про паладії "Жарт англійського хіміка"),повідомив на засіданні Королівського товариства, що, аналізуючи сиру (природну)платину, він виявив в ній невідомі раніше метали, названі ним паладієм тародієм. Обидва були знайдені в тій частині платини, яка розчинялася в царськійгорілці, але при цій взаємодії залишався ще й нерозчинний залишок. Він,як магніт, притягував до себе багатьох хіміків, справедливо вважали, що і вньому може ховатися якийсь невідомий досі елемент.

Близькі до успіху були французи Колле-Дескотіль, Фуркруаі Воклен. Вони не раз помічали, що при розчиненні сирої платини в царськійгорілці виділявся чорний дим, а при сплаву нерозчинного залишку з їдкимкали утворювалися сполуки, які "не заперечували" протирозчинення. Фуркруа і Воклен припустили, що шуканий елемент часткововипаровується у вигляді диму, а та частина його, якої не вдається таким способом"Евакуюватися", надає агресору посильну опір, небажаючи в ньому навіть розчинятися. Вчені поквапилися дати новому елементу ім'я -"Птен", що по-грецьки означає "крилатий, летючий".

Але ця назва пурхнула, як метелик, і кануло вЛету, так як незабаром Теннант зумів розділити "птен": насправді вінявляв собою природний сплав двох різних металів. Один з них ученийназвав іридієм - за різноманітність забарвлення солей, а інший - осміем, оскількийого чотириокис, виділяється при розчиненні в кислоті або воді продуктусплавки осмірідія (так надалі стали називати колишній "птен")з лугом, мала неприємний, дратівливий запах, схожий одночасно назапахи хлору і підгнилі редьки. Пізніше з'ясувалося, що і сам метал здатнийвидавати подібний "аромат", правда, слабший: тонкоподрібнений осмійпоступово окислюється на повітрі, перетворюючись в чотириокис. Мабуть, не подуші припав цей запах Теннант, і він спересердя вирішив увічнити в назвівідкритого ним елемента своє найбільш сильне враження від першого побачення зним.

По одягу зустрічають, по розуму проводжають. І якщо запах даколір - олов'яно-білий з сірувато-блакитним відливом - можна вважати"Одягом" осмію, то його характеристики як хімічного елемента і якметалу по цій прислів'ї слід віднести до "розуму".

Так чим же може похвалитися наш герой? Перш за все,як вже було сказано, своїм шляхетним походженням. Погляньте наперіодичну систему елементів: у правій частині її осібно тримається сімействоплатиноїдів, що складається з двох тріад.

У верхню тріаду входять легкі платинові метали -рутеній, родій, паладій (все в світі відносно: будь-який представник цієїтрійці в півтора з гаком рази важче заліза).

У другій тріаді зібралися справжнібогатирі-важковаговики - осмій, іридій і платина. Цікаво, що довгий часвчені дотримувалися такого порядку зростання атомних вагів цих елементів:платина - іридій - осмій. Але коли Д.І. Менделєєв створював свою періодичнусистему, йому доводилося ретельно перевіряти, уточнювати, а часом і виправлятиатомні ваги багатьох елементів. Одному виконати всю цю роботу було нелегко,тому Менделєєв залучав до роботи інших хіміків.

Так, коли йому відрекомендували Ю. В. Лермонтова,яка була не тільки родичкою великого поета, але івисококваліфікованим хіміком, вчений попросив її уточнити атомні вагиплатини, іридію і осмію, оскільки вони викликали у нього великий сумнів. За йогодумку, найменший атомний вага повинен був бути у осмію, а найбільший - уплатини. Серія точних експериментів, проведених Лермонтовой, підтвердилаправоту творця періодичного закону. Тим самим було визначено нинішнєрозташування елементів у цій тріаді - все стало на своє місце.

Осмій має рекордну щільність серед всіх мешканцівперіодичної системи - 22,5 г/см3. Щоб врівноважити гирку з цього металу,знадобилося б понад 40 таких же за обсягом гирьок з його антипода-літію. Якщозвичайну пляшку заповнити порошком осмію, то вона буде важче відра з водою.

Але яким би унікальним не здавалося це якість осмію,поки воно практично не використовується в техніці. На відміну від тугоплавкої,твердості, міцності та інших дійсно цінних властивостей металів, великащільність не приносить лаврів її власникові. Аналогію можна знайти і в житті:люди завжди цінували силу, швидкість, спритність, а гігантський вагу або зріст людинилише викликають здивування і сумнівний інтерес.

Втім, у осмію є й такі ділові якості,які не можуть не вселити поваги до нього. Не випадково, він найдорожчий звсіх благородних металів, хоч і найменш "благородний" з них (вивже знаєте, що мелкораздробленного осмій не в силах протистояти киснюповітря навіть при кімнатній температурі, в той час як його "родичі"славляться перш за все своєю незвичайною хімічною стійкістю). Тим неПроте, якщо в 1966 році платина цінувалася на світовому ринку в 4,3 рази дорожчезолота, а іридій в 5,3 рази, то аналогічний коефіцієнт для осмію дорівнював7,5. Багато в чому винна в цьому природа, яка не тільки не накопичила запасиосмію, але й примудрилася так заховати наявні у неї крихти цього елементу (5 *10-6% маси земної кори), що видобуток їх влітає в копієчку. Якщо світовевиробництво більшості металів обчислюється тисячами і навіть мільйонами тонн,то для осмію рахунок йде на кілограми.

Одне з головних достоїнств осмію - його дуже високатвердість; в цьому з ним можуть конкурувати деякі метали. Ось чому пристворенні сплавів з найвищою зносостійкістю до їх складу вводять осмій.Авторучки із золотим пером - не рідкість. Але ж золото - досить м'якийметал, а перу за довгі роки роботи доводиться з волі господаря пройти попапері довгі кілометри шляху. Звичайно, папір - не напилок і не наждак,однак витримати таке випробування можуть лише деякі метали. І все ж кінчикипір'я справляються з цією важкою роллю. Як? Секрет простий: їх зазвичайвиготовляють із сплавів осмію з іншими платиноїди, найчастіше з ужевідомого вам осмірідія. Без перебільшення можна сказати, що перу,"Броньованого" осміем, зносу немає.

Виняткова твердість, хороша корозійнастійкість, високий опір зносу, відсутність магнітних властивостей роблятьосмірідій прекрасним матеріалом для вістря компасну стрілки, осей і опорнайточніших вимірювальних приладів і годинникових механізмів. З нього виготовляютьріжучі кромки хірург...ічних інструментів, різців для художньої обробкислонової кістки.

Те, що осмій і іридій часто "виступаютьдуетом "- у вигляді природного сплаву, пояснюється не тільки ціннимивластивостями осмірідія. але і волею долі, побажала, щоб в земній корі ціелементи були пов'язані незвичайно міцними узами. У вигляді самородків ні той,ні інший метал у природі не виявлені, зате осмістий іридій і ірідістийосмій - добре відомі мінерали (називаються вони відповідно Невьянськ ісисертскіх): у першому переважає іридій, у другому - осмій.

Іноді ці мінерали зустрічаються самостійно, алечастіше входять до складу самородної платини. Поділ її на компоненти (такзваний афінаж) - процес, що включає багато стадій, на одній з якихосмірідій випадає в осад. І ось чи не найскладніше і дороге підвсієї цієї "історії" - розлучити осмій і іридій. Але найчастіше в цьому інемає необхідності: як ви вже знаєте, сплав широко застосовують в техніці, а вартовін значно дешевше, ніж, наприклад, чистий осмій. Адже для того, щобвиділити цей метал зі сплаву, потрібно провести стільки хімічних операцій, щоодне їх перелік зайняв би багато місця. Кінцевий продукт довгоїтехнологічного ланцюга - металевий осмій чистотою 99,9%.

Поряд з твердістю, відомо ще одне достоїнствоосмію - тугоплавкої. По температурі плавлення (близько 3000 В° С) він перевершив нетільки своїх благородних побратимів - платиноїдів, але і переважна більшістьінших металів. Завдяки своїй тугоплавкої осмій потрапив в біографіюелектричної лампочки: ще в ті часи, коли електрику доводило своєперевагу перед іншим джерелом світла - газом, німецький вчений К. Ауер фонВельсбах запропонував замінити в лампі розжарювання вугільний волосок осмієва.Лампи стали споживати в три рази менше енергії і давали приємний, рівнийсвітло. Але на цьому відповідальному посту осмій довго не протримався: спочатку йогозмінив менш дефіцитний тантал, проте незабаром і той змушений був поступитися місцемсамому тугоплавкі з тугоплавких - вольфраму, який донині несе своювогненну вахту.

Щось подібне сталося з осміем і в іншій сфері йогозастосування - у виробництві аміаку. Сучасний спосіб синтезу цьогоз'єднання, запропонований ще в 1908 році відомим німецьким хіміком ФріцемГабером. немислимий без участі каталізаторів. Перші каталізатори, яківикористовувалися для цієї мети, проявляли свої здібності лише при високихтемпературах (вище 700 В° С), та до того ж вони були не дуже ефективні. Спробизнайти їм заміну довго ні до чого не приводили. Нове слово у вдосконаленніцього процесу сказали вчені лабораторії Вищої технічної школи в Карлсруе:вони запропонували застосовувати в якості каталізатора тонкорозпиленою осмій.(До речі, будучи вельми твердим, осмій в той же час дуже крихкий, тому губкуцього металу можна без великих зусиль роздробити і перетворити в порошок.)Промислові досліди показали, що гра варта свічок: температуру процесу вдалосязнизити більш ніж на 100 градусів, та й вихід готової продукції помітно зріс.

Незважаючи на те що в подальшому осмію довелося і тутзійти зі сцени (зараз, наприклад, для синтезу аміаку використовують недорогі, алеефективні залізні каталізатори), можна вважати, що саме він зрушив важливупроблему з мертвої точки. Каталітичну діяльність осмій продовжує і в нашідні: застосування його в реакціях гідрогенізації органічних речовин даєвідмінні результати. Цим в першу чергу обумовлений великий попит на осмій зібоку хіміків: на хімічні потреби витрачається майже половина його світовоївидобутку.

Елемент № 76 представляє чималий інтерес і як об'єктнаукових досліджень. Природний осмій складається з семи стабільних ізотопів змасовими числами 184, 186-190 і 192. Цікаво, що чим менше масове числоізотопу цього елемента, тим менше він поширений: якщо на частку самоговажкого ізотопу (осмію-192) припадає 41%, то найлегший із семи"Братів" (осмій-184) має в своєму розпорядженні лише 0,018% загальних"Запасів".

Оскільки ізотопи відрізняються один від одного тількимасою атомів, а за своїми фізико-хімічними "нахилам" вони вельмисхожі між собою, то розділити їх дуже складно. Саме тому навіть"Крихти" ізотопів деяких елементів коштують нечувано дорого: так,кілограм осмію-187 оцінюється на світовому ринку у 14 мільйонів доларів.Правда, останнім часом вчені навчилися "розлучати" ізотопи здопомогою лазерних променів, і є надія, що незабаром ціни на ці "товаринеширокого споживання "будуть помітно знижені. Подібно іншим платиновимметалам, осмій проявляє кілька валентностей. Найбільш часто зустрічаютьсяз'єднання, де осмій чотирьох-і шестівалентен, однак при взаємодії зкиснем він звичайно "пускає в хід" всі вісім своїх валентнихзв'язків.

З сполук осмію найбільше практичне значеннямає його тетраоксид (так-так, той самий, якому елемент так "зобов'язаний"своєю назвою). В ролі каталізатора вона виступає при синтезі деякихлікарських препаратів. У медицині та біології її використовують як окрашивающеезасіб при мікроскопічному дослідженні тваринних і рослинних тканин.Слід пам'ятати, що безневинні на вигляд блідо-жовті кристали чотириокисуосмію - сильна отрута, дратівливий шкіру і слизові оболонки, шкідливо діючийна очі.

Примітна особливість чотириокису осмію: їїрозчинність в органічних рідинах значно вище, ніж у воді. Так, призвичайних умовах в склянці води розчиняється всього 14 грамів цієї речовини, ау склянці чотирихлористого вуглецю більше 700 грамів.

В атмосфері сірчаних парів порошок осмію спалахує, яксірник, утворюючи сульфід.

Всеїдний фтор при кімнатній температурі не заподіюєосмію ніякого "шкоди", але при нагріванні до 250-300 В° С утворюється рядфторидів. З тих пір як в 1913 році вперше були отримані два летючих фторидуосмію, вважалося, що їх формули OsF6 і OsF8. Але в 1958 році з'ясувалося, щофторид OsF8, майже півстоліття "прожив" в хімічній літературі, наНасправді ніколи не існував, а зазначені з'єднання відповідають формуламиOsF5 і OsF6. Порівняно недавно вченим вдалося отримати ще один фторид OsF7,який при нагріванні вище 100 В° С розпадається на OsF6 і елементарний фтор.

Окис осмію використовують як чорного барвникадля живопису по фарфору: солі цього елемента застосовують в мінералогії яксильні травители. Більшість же осмієва з'єднань, у тому числірізноманітні комплекси (осмій проявляє притаманну всім платиновим металівздатність до утворення комплексних сполук), а також його сплави (крімвже відомого осмірідія і деяких сплавів з іншими платиноїди, вольфрамомі кобальтом), поки "мліє" в очікуванні підходящої роботи. Можна несумніватися, що найближчим часом питання їх "працевлаштування" будевирішене і вони заговорять про себе в повний голос. Та й сам осмій ще не сказавостаннього слова.

А поки інженери та вчені шукають економічно вигіднішляхи розширення виробництва цього цінного металу, вишукують нові джерелайого отримання.

Важливі роботи в цьому напрямку були проведені наНорільському гірничо-металургійному комбінаті імені А.П. Завенягіна. Металургизнали, що в мідно-нікелевих рудах, що надходять на комбінат, є металиплатинової групи, включаючи осмій. Але оскільки кількість його в руді буломізерним, на нього не звертали уваги, намагаючись отримати лише якомога більшеміді і нікелю.

"Чому б не спробувати попутно витягати цейблагородний метал ", - задумалися кілька років тому вченідослідно-дослідного центру комбінату. Задача, яку вони поставили передсобою, була дуже складною: потрібно дізнатися, як веде себе осмій нарізних стадіях переробки сировини, визначити місця його найбільших скупчень,з'ясувати, на якому етапі виробничого процесу він губиться, потрапляючи потіму відходи. Для цього потрібно було виконати безліч складних аналізів накожній ділянці технологічного ланцюжка.

Але ось ця частина завдання вирішена. Тепер належалостворити технологію уловлювання осмію з металургійних газів, спроектувати,виготовити та змонтувати промислову установку, яка повинна була статипасткою для осмію. І з цими проблемами працівники комбінату впоралисяуспішно: в асортиме...нті продукції заполярного підприємства з'явився осмієваконцентрат. Отриманий в Норильську концентрат надходить потім "наматерик ", де народжується чистий осмій - один з найбільш дефіцитних у нашідні металів.