История

Свойства

Применение

Опыты

         Осмий

 
    Название «осмий» происходит от греческого слова «osme» – «запах Разумеется, сам металл никаким запахом не обладает (и это не удивительно, если учесть, что его температура кипения составляет больше трех тысяч градусов и он совершенно не летуч). Но вот его тетраоксид OsO₄, до которого металл и значительная часть соединений этого металла легко окисляется, обладает крайне сильным запахом (напоминает что-то среднее между запахом гнилой редьки и озона). Кроме сильного и неприятного запаха, это соединение также отличается отменной токсичностью. Если бы не высокая цена соединений осмия, оно могло бы стать неплохим кандидатом в боевые отравляющие вещества. Предельно допустимая концентрация OsO₄ в воздухе составляет 0.002 мг/м³, что в пять(!) раз меньше ПДК для синильной кислоты 0.01 мг/м³.


    В виде такого орошка осмий обычно продают компании, производящие платиновые металлы. Порошок достаточно легко окисляется на воздухе и из-за этого немного пахнет тетраоксидом, а при нагревании на воздухе может даже загореться. Но зато, металл в такой форме легко вступает в различные реакции и из него можно приготовить другие соединения осмия.

 
    В отличие от платины или палладия, слиток осмия сделать достаточно сложно. Переплавить этот металл можно только электронным лучом или дуговым нагревом – из-за очень высокой твердости и хрупкости, штамповке этот металл не поддается.
    Этот маленький слиток изготовлен из порошкообразного осмия сплавлением в дуговой печи (я получил его от коллекционера из Германии). Поскольку оксид осмия летучий, при плавлении в атмосфере аргона он легко с поверхности слитка и металл остается блестящим. Осмий это один из немногих окрашенных металлов. Его поверхность имеет хорошо различимый голубоватый цвет (в отличие от тантала, он больше голубой, чем серый). Переплавленный, компактный металл совершенно не окисляется на воздухе при комнатной температуре.

    Осмий, переплавленный электронным пучком, мне, к сожалению, пока найти не удалось. Несколько десятков лет назад компания «Degussa» выпускала такие слитки. Но это была только экспериментальная партия, и они больше не производятся. Причина - тот же тетраоксид осмия. При плавлении в высоком вакууме, даже такой тугоплавкий металл, как осмий, немного испаряется (или брызги металла захватываются испаряющимися примесями). Затем все это оседает на стенках камеры в виде мелких частиц, которые окисляются при извлечении слитка. Поскольку тетраоксид осмия крайне токсичен, процедура извлечения слитков и очистки установки после переплавки сопряжена с риском для здоровья и обходится недешево.

 
    А вот такие кристаллы осмия, скорее всего, можно увидеть только у меня на сайте (и еще у двух-трех коллекционеров, которым я посылал небольшие друзы кристалов осмия). Да, монокристалл осмия, полученный бестигельной зонной плавкой, это крайне дорогой образец (за диск диаметром 10 и толщиной 1 мм, одна американская фирма запросила 500 долларов). Платить такую сумму за маленький иск мне не хочется. Но почему бы не попробовать вырастить кристаллы самому? .

    Способ выращивания я выбрал тот же, что и для золота – транспортная реакция в газовой фазе (можно еще выращивать медленным охлаждением раствора осмия в расплавленных металлах, но мне этот способ не нравится). С одной стороны, все выгляит достаточно просто: металлический осмий реагирует с хлором при более низкой температуре, хлорид перемещается (за счет диффузии) в более горячую часть ампулы и там разлагается на осмий (выделяется в виде кристаллов) и хлор (который идет обратно в холодную часть ампулы). Но с другой стороны, более низкая температура это 900°C, а более горячая - 950°C, причем эти температуры должны поддерживаться по возможности точно и в течение длительного времени (недели или даже месяцы). Поскольку готовые двухзонные печи это довольно дорогое удовольствие (>$1800), а ещё они имеют довольно большие размеры (с маленькую тумбочку), печку пришлось делать самостоятельно. Материал нагревателя - кантал на керамической трубке, теплоизолятор - каолиновая вата, корпус - два куска кварцевой трубы. Всем этим добром управляет двухканальный ПИД регулятор, в котором вместо электромагнитных реле я поставил твердотельные (чтобы за несколько недель работы не подгорали контакты). В результате, получилась довольно компактная двухзонная печка, потребляющая около 300 ватт (при 900°C), в которой можно месяцами поддерживать температуру больше тысячи градусов (при необходимости).
    Порошок осмия я поместил в кварцевую ампулу, которую заполнил хлором. Затем, поместил ампулу в печку и половину ампулы с металлом нагрел до 900 градусов, а пустую половину – до 950. Через некоторое время, в части ампулы, находившейся при 950 градусах, на стенках обнаружились кристаллы. К сожалению, процесс роста происходит ОЧЕНЬ медленно. За три недели выросло только 2 грамма кристаллов. Другая проблема состоит в том, что кварцевое стекло при высокой температуре в присутствии примесей начинает кристаллизоваться и через некоторое время ампула может разрушиться.

 
    Второй эксперимент по выращиванию кристаллов был более успешным. Я немного наклонил ампулу и пары хлорида осмия могли перемещаться не только за счет диффузии, но также и за счет конвекции. В результате получися более внушительный сросток кристаллов, который можно видеть на фото.

 
    Ну разве не прелесть? . Скорее всего, это один из самых красивых образцов осмия в мире и точно самый красивый из тех, чьи фотографии можно найти в интернете (правда, в основном потому, что никакого промышленного применения такие кристаллы не имеют).

 
    А вот собственно и тетраоксид осмия, красивый и вонючий. Кристаллы выглядят довольно симпатично, особенно если ампулка лежала длительное время в небольшом градиенте температур и OsO₄ пересублимировался в длинные иглы. Но, как уже написано выше, он отличается отменной токсичностью. Кстати, стоитотметить, что если ПДК вещества в пять раз ниже ПДК цианистоводородной кислоты, это совсем не значит, что смертельная доза так же меньше.

    Например, смертельная доза синильной кислоты составляет примерно 3-4 мг/килограмм (мыши, перорально), а вот для OsO₄, при исследовании на тех же несчастных мышах, найдена LD₅₀, равная примерно 160* мг/килограмм, то есть в в 40-50 раз больше. Это объясняется тем, что тетраоксид осмия уже в небольших концентрациях может поражать глаза (восстанавливаясь до металла и вызывая потемнение роговицы) и органы дыхания, причем, в отличие от синильной кислоты, он обладает значительно большим кумулятивным действием. То есть, эффект от нескольких доз, полученных в течение длительного времени, суммируется.
    Однако, несмотря на свою токсичность, OsO₄ находит применение в органической химии и в биологии (для окрашивания препаратов, в микроскопии).

 
    А на этом фото – слиток осмия весом 35 грамм (примерно 1.1 тройская унция). Изготовлен методом дуговой плавки. По размерам и форме, слиток очень напоминает иридиевый. К сожалению, с унциями платины и родия придется подождать, поскольку цены на эти металлы в последнее время очень сильно взлетели. Стоимость унции платины сейчас (июнь 2008 года) составляет примерно 2000$, а родия – около 10000$ (данные на лето 2008 года).

 
    И еще немного по поводу цен на осмий и о рынке этого металла. Если набрать в google или каком-либо другом поисковике фразу "осмий цена" подавляющее число объявлений покажет очень высокие цены на этот металл (от $15000 до $40000 долларов за грамм(!) осмия). С другой стороны, на любых сайтах с текущими рыночными ценами на драгметаллы можно найти прямо-таки смешную (по сравнению с предыдущей) цену на осмий. Она составляет примерно $400 за тройскую унцию (31.1035 грамма) металла. По какой же цене можно купить осмий и где он используется?
   Всего в мире ежегодно добывают примерно 600 килограмм осмия. Тетраоксид осмия используется как окислитель в тонком органическом синтезе, препарат для окрашивания тканей в биологии, катализатор некоторых реакций. Сам металл применяют для изготовления особо твердых сплавов, используемых в точных приборах, кончиках перьев дорогих авторучек и т.п.
    За рубежом порошок осмия можно приобрести во многих фирмах, продающих химические реактивы. Правда, там цена будет превышать рыночную раз в десять (как, впрочем, и на многие другие реактивы). Если хочется купить относительно большое количество осмия по более низкой цене, можно обратиться в компании, занимающиеся переработкой платиновых металлов («Degussa», «Johnson Matthey» и т.п.). При покупке относительно большого количества осмия (50-100 грамм), цена будет лишь на 10-20 процентов превышать рыночную стоимость (и составит 450-500 долларов за унцию). Небольшие слитки металла (1-5 грамм) по достаточно низким ценам (30 долларов за грамм) также предлагают несколько продавцов на аукционе www.ebay.com.
    А вот о практическом применении изотопа осмия ¹⁸⁷Os, я не смог найти ничего вразумительного. Точнее, его используют, но только для определения возраста некоторых горных пород. Метод основан на том, что природный рений состоит из нескольких изотопов. Среди них, находится ¹⁸⁷Re, который имеет период полураспада 4.12*10¹⁰ лет и превращается в ¹⁸⁷Os. Измерив относительную концентрацию рения и осмия, можно определить возраст породы. Данный метод имеет определенные ограничения, поскольку этим методом можно узнать только возраст пород, в которых содержится рений, а он сам по себе достаточно редкий металл и встречается в относительно больших колчествах только в молибденовых рудах.

    В общем, получается достаточно интересная ситуация: при полном отсутствии применения, существует куча предложений на ¹⁸⁷Os, причем по самым диким ценам. То есть конечно да, цена извлечения изотопа из природной смеси достаточно велика (поскольку его содержание там очень небольшое, 1.64%). Также, я встречал информацию о том, что этот изотоп извлекали из рений-содержащих месторождений (где он должен присутствовать в виде отдельного изотопа), но никаких подтверждений этой информации я не нашел. Но есть несколько странных фактов: во-первых, цены различаются крайне сильно (от $12'000 до $400'000 за грамм). Во-вторых, я нашел только один вид объявлений о покупке этого изотопа (встречается на куче досок объявлений) – в нем осмий покупают за 20000 долларов и предлагают провести сделку на территории Курчатовского института. В связи с тем, что цена достаточно высокая (если мне не изменяет память, она была еще выше несколько лет назад), предлагают оплату наличными и существуют версии таких объявлений, датированные недавними датами (периодически обновляется), скорее всего это работа ФСБ (или похожей конторы), которая пытается кого-то поймать. Кстати, несмотря на огромное количество слухов об осмии-187 в России и странах СНГ, в Америке, этот изотоп не включен в список контролируемых материалов. То есть приобрести его может любой желающий, были бы деньги (в России, кстати, тоже сажают за него только по статье о драгметаллах, не имеющей к производству ядерного оружия никакого отношения).
    Существует слух о том, что осмий-187 применяется/применялся в призводстве ядерного оружия, но он не имеет никаких подтверждений и, скорее всего, является очередной «уткой», придуманной спецслужбами (по аналогии с «красной ртутью») для изучения спроса на такие материалы и выявления потенциальных террористов и т.п. Кстати, известно как минимум несколько случаев, когда при задержании груза «осмия-187» на таможне в разных странах оказывалось, что это никакой не осмий-187, а, например, порошок вольфрама или природной смеси изотопов осмия. То есть, ситуация с «красной ртутью» повторяется один в один – там так же использовалась куча разных веществ (HgO, HgI₂, HgS, толченый кирпич), но «настоящей» красной ртути никто не встречал. В общем, скорее всего, таинственный осмий-187 является одним из слухов, распущенных спецслужбами для определения круга людей, заинтересованных в нелегальном приобретении ядерных технологий, а также используется для всевозможных финансовых махинаций.

 
    * Shell Chemical Company. Unpublished Report. (2401 Crow Canyon Rd., San Romon, CA 94583), найдено на сайте NIOSH
.