锇(osmium),
元素周期表六周期第8族
过渡金属,属
铂系元素。元素符号Os,原子序数76,相对原子质量190.2。有光泽的银白色金属,六方晶系。相对密度为22.57g/cm3(20℃),熔点3045℃,沸点5012℃。电阻率8.12×10-8Ω·m(20℃),是密度最大的金属。
研究简史
1800年,
史密森·坦南特与人合伙创办了一家销售铂金的企业,并开始制备大量铂金。史密森·坦南特注意到用王水提取铂时会留下难溶的黑色残留物。
1803年,史密森·坦南特宣布从这些“渣滓”中分离出来两种新的金属:一种是
铱,另一种就是锇。史密森·坦南特直接用源自希腊单词“osme”(臭)的英文“osmium”给这个新元素冠了名。
理化性质
物理性质
锇在常温下为略泛蓝的银白色金属,密度22.57g/cm3,熔点3045℃,沸点5012℃;锇是密度最大的金属,质地坚硬,质脆,无可塑性,不能承受机械加工。耐磨蚀。锇是周期系VIII族重铂系元素,核外价电子层结构为5d66s2,其性质与同族元素,特别是与
钌十分相似。金属锇有块状、粉状和海绵状三种。块状锇为很硬的灰蓝色六方系金属,是所有金属中密度最大的。粉状锇呈灰黑色。海绵状锇可由
氯锇酸铵(NH4)2[OsCl6]的热分解而得到。虽然所有铂系金属都具有吸收气体,特别是吸收氢气的特性,但锇在铂系元素中吸收氢气的能力最差。锇的超导转变温度在0.4—0.71K之间。
化学性质
锇共有10种氧化数,分别为-2、0,+1、+2、+3、+4、+5、+6、+7和+8。从各氧化数相应化合物的种类、数量及稳定性看,在锇的10种氧化数中,以+4、+6和+8三种最为主要,-2、+1及+5几种则不太常见。和
钌相比较,Os(VIII)比Ru(VIII)更加稳定,而Ru(III)的化合物则比Os(III)要多。在任何氧化数中,锇都不存在简单的水合离子,而是形成络离子。化学惰性、难熔和具有催化活性,是铂系元素的共性,锇在铂系元素中的熔点最高,并具有催化活性和化学惰性。锇的化学反应性能还和其状态有关:块状锇常温下几乎不和任何物质反应,但粉状锇及海绵状锇可以在一定条件下与
氧、其它非金属、酸及碱起反应。
在空气中,
块状的锇基本上不会被氧化。在氧气中加热金属锇,会生成高挥发性的
四氧化锇(Ⅷ)(OsO4)(熔点30℃,沸点130℃)。显然,锇粉在空气中会被氧化,并发出剧毒物OsO4的特殊性气味,而块状锇则需要在温度高于400℃时才能发生这种反应。
一般来说,第二和第三过渡系的相应元素的化学性质会比较接近。但是在这一列元素中,周期表中紧靠在锇上面的钌会与空气反应,生成
二氧化钌(Ⅳ)(RuO2)。
在600℃和400个大气压下,锇可以与过量的氟气发生反应,生成氟化锇(Ⅶ)(OsF7)。
在加压的氯气或溴中加热金属锇,会生成四卤化物
四氯化锇(Ⅳ)(OsCl4)或溴化锇(Ⅳ)(OsBr4)。
锇对酸的反应与锇的状态有关。块状锇甚至不溶于王水,而粉状锇可被氧化性酸,如发烟硝酸、热浓硫酸等溶解,并氧化为OsO4,海绵状锇则可溶解于浓盐酸,生成黄绿色的[OsCl6]3-及[OsCl6]2-。
在空气存在时,
苛性碱与锇的混合物熔融,得到黄红色的锇(VI)酸盐Na2OsO4。用苛性碱与氧化剂,如KNO3、KClO3,及KMnO4等,和锇熔融,亦得到类似的产物。在强碱性的水溶液中,用氯气Cl2、
次氯酸根ClO-、过氧化物等强氧化剂,也可以溶解锇。在酸性溶液中,用HNO3作氧化剂,于100℃下蒸馏饿酸盐,可得到挥发性的OsO4。在同祥条件下钌酸盐不发生类似反应,是锇与钌相互分离的基础。
制备方法
工业生产锇的过程很复杂,这是因为锇的矿物中还会含有其他金属,如钌、铑、钯、银、铂和金。分离铱、铑、铂和
钯等贵金属有时是一些特殊行业的主要活动,有时它们则是一些其他行业的副产品。存在于矿物中的其他金属使分离过程变得十分复杂。分离锇的唯一目的是,锇是一种有着很多用途的特种材料,是制造很多工业催化剂的基础。
制备锇时首先需要对矿石或生产贱金属后的副产品进行预处理,以除去银、金、钯和铂,然后把残渣与重硫酸盐(NaHSO4)共熔,再用水浸泡所得到的混合物,这样就得到了含有硫酸铑[Rh2(SO4)3]的溶液,而锇则留在沉淀中。把沉淀与Na2O2共熔,再用水浸泡,这样就得到了含有钌和锇的盐的溶液,沉淀中含有
二氧化铱(IrO2)。把含有钌和锇的盐溶液与
氯气反应,可以得到挥发性的RuO4和OsO4。锇的氧化物可溶于
氢氧化钠的酒精溶液,并生成Na2[OsO2(OH)4]。用NH4Cl处理所得的溶液,锇就会以纯净的OsCl2O2(NH3)4的形式沉淀下来。蒸干并在氢气中燃烧沉淀,就可以得到纯净的金属锇。
应用领域
锇可用于制造各种耐磨和耐腐蚀的硬质合金,同
铱、
铑、
钌、
铂等制成的合金可用于制作
仪表、电气触点、
插头和文教用品等。锇铱合金可做
笔尖、电唱机针头、
指南针、仪表仪器的
枢轴等。在电子管工业中将锇
蒸发到灯丝上会使阴极发射电子能力增大。锇还可做
合成氨、
氢化等反应的催化剂。四氧化锇在
电子显微镜检查中可做组织染色剂,也用于有机合成中。
锇还是一种磁致伸缩材料,在现代工业中也有它的身影,可制造超小型声呐换能器,用于海洋、油田测绘和防卫装置。
分布情况
锇在地壳中的丰度仅为0.0001g/t,居第80位。锇可以在天然形成的铱与锇的合金中找到,这种合金既可以称为锇铱合金,也可以称为铱锇合金,这取决于哪种元素占主导。工业用的锇是精炼
镍和一些更常见的铂族金属时的副产品。一辆汽车的后座就能轻松装下锇的全球年产量(约半吨多点),这一产量不到黄金的1/5000。世界上的产锇大国是南非和俄罗斯;中国的锇资源太少,有74%都在甘肃省。
计算化学数据
数据:
1、疏水参数计算参考值(XlogP):
2、氢键供体数量:0
3、氢键受体数量:0
4、可旋转化学键数量:0
5、互变异构体数量:
6、拓扑分子极性表面积(TPSA):0
7、重原子数量:1
8、表面电荷:0
9、复杂度:0
10、同位素原子数量:0
11、确定原子立构中心数量:0
12、不确定原子立构中心数量:0
13、确定化学键立构中心数量:0
14、不确定化学键立构中心数量:0
15、共价键单元数量:1
安全措施
环境危害
金属锇的反应活性很低,所以通常不会引起危害,但是锇的所有化合物都有剧毒。金属锇的粉末有刺激性,并有引起火灾和爆炸的危险。
健康危害
四氧化锇具有强烈的刺激性和毒性,对皮肤、眼睛、
上呼吸道均有严重的伤害。
储存运输
储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。包装要求密封,不可与空气接触。应与氧化剂、酸类等分开存放,切忌混储。配备相应品种和数量的消防器材。储区应备有合适的材料收容泄漏物。
四氧化锇是强氧化剂,存放中严禁与还原性有机物接触。