Osmi

element químic amb nombre atòmic 76
Per a altres significats, vegeu «osmi natiu».

L’osmi és un element químic de nombre atòmic 76, que es troba en el grup 8 de la taula periòdica dels elements i en el 7è període. El seu símbol és Os. Es tracta d'un metall de transició blanc grisenc, fràgil i dur. Es classifica dins del grup del platí, i s'empra en alguns aliatges amb platí i iridi. Es troba aliat en menes de platí i el seu tetraòxid, , s'empra en síntesi orgànica (com a oxidant) i en el procés de tenyit de teixits (per a la seva fixació), per a la seva observació per mitjà de microscòpia electrònica, i en altres tècniques biomèdiques. Els aliatges d'osmi s'empren en contactes elèctrics, puntes de bolígrafs, i altres aplicacions en què és necessària una gran duresa i durabilitat.

Osmi
76Os
reniosmiiridi
Ru

Os

Hs
Aspecte
Platejada amb un to blavós

Cristalls d'osmi


Línies espectrals de l'osmi
Propietats generals
Nom, símbol, nombre Osmi, Os, 76
Categoria d'elements Metalls de transició
Grup, període, bloc 86, d
Pes atòmic estàndard 190,23
Configuració electrònica [Xe] 4f14 5d6 6s2
2, 8, 18, 32, 14, 2
Configuració electrònica de Osmi
Propietats físiques
Fase Sòlid
Densitat
(prop de la t. a.)
22,59 g·cm−3
Densitat del
líquid en el p. f.
20 g·cm−3
Punt de fusió 3.306 K, 3.033 °C
Punt d'ebullició 5.285 K, 5.012 °C
Entalpia de fusió 57,85 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització 738 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar 24,7 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
a T (K) 3.160 3.423 3.751 4.148 4.638 5.256
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2
(òxid àcid feble)
Electronegativitat 2,2 (escala de Pauling)
Energies d'ionització 1a: 840 kJ·mol−1
2a: 1.600 kJ·mol−1
Radi atòmic 135 pm
Radi covalent 144±4 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina Hexagonal
Osmi té una estructura cristal·lina hexagonal
Ordenació magnètica Paramagnètic[1]
Resistivitat elèctrica (0 °C) 81,2 nΩ·m
Conductivitat tèrmica 87,6 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica (25 °C) 5,1 µm·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima) (20 °C) 4.940 m·s−1
Mòdul de cisallament 222 GPa
Mòdul de compressibilitat 462 GPa
Coeficient de Poisson 0,25
Duresa de Mohs 7,0
Duresa de Brinell 3.920 MPa
Nombre CAS 7440-04-2
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops de l'osmi
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD
184Os 0,02% >5,6×1013 a β+β+ 1,452 184W
α 2,963 180W
185Os sin 93,6 d ε 1,013 185Re
186Os 1,59% 2,0×1015 a α 2,822 182W
187Os 1,96% 187Os és estable amb 111 neutrons
188Os 13,24% 188Os és estable amb 112 neutrons
189Os 16,15% 189Os és estable amb 113 neutrons
190Os 26,26% 190Os és estable amb 114 neutrons
191Os sin 15,4 d β 0,314 191Ir
192Os 40,78% >9,8×1012 a ββ 0,4135 192Pt
α 0,3622 188W
193Os sin 30,11 d β 1,141 193Ir
194Os sin 6 a β 0,097 194Ir

HistòriaModifica

El 1803, el químic anglès Smithson Tennant (1761-1815) diluí platí amb aigua règia, que és una barreja d’àcids nítric i clorhídric, i observà que no tot el metall es dissolia. Els investigadors anteriors ja ho havien observat i havien assumit que el residu era grafit, però ell sospitava que era una altra cosa, i ho investigà amb més cura. Amb una combinació de tractaments amb àcids i àlcalis, finalment separà el residu en dos nous elements metàl·lics, que anomenà iridi i osmi, anomenant aquest últim a causa de la forta olor que desprenia. El seu nom deriva del mot grec ὀσμή, osmḗ, 'olor', pel característic punxant olor del seu òxid,  , ja que el metall en sí és inodor. Tot i que es reconegué com a metall nou, se'n fe poc ús perquè era poc freqüent i difícil de treballar, tot i que es és molt dur i durant un temps s'emprà per a pinces i agulles de gramòfon.[2]

Estat naturalModifica

 
Osmi natiu

L'osmi és un element químic extremadament rar a l'escorça de la Terra, ocupa la posició 81a quan a abundància dels elements, amb una concentració mitjana de 0,001 ppm. Els minerals que contenen osmi són osmi natiu 74,80 %, erlichmanita 74,78 %, osarsita 51,89 %, omeiïta 44,89 %, ruteniridosmina 31,27 %, iridi natiu 31,22 %, hexaferro 15,59 %, anduoïta 17,41 %, rutheni natiu 13,85 % i hexamolibdè 5,48 %.[3] Els aliatges d'osmi i iridi en què hi ha major quantitat d'osmi es coneixen com a osmiridi, contra les que tenen més iridi, anomenades iridiosmi.

Actualment, l’osmi s’obté comercialment com a subproducte del refinament del níquel i d’alguns dels metalls del grup platí més comuns. La producció anual mundial d’osmi és molt baixa, aproximadament 500 kg, que és aproximadament 5 000 vegades inferior a la de l’or.[4]

PropietatsModifica

Propietats físiquesModifica

 
Una unça troy (31 g) de germani, ferro, alumini, reni i osmi. L'alta densitat del reni i l'osmi fa que els seus volums siguin petits.

L'osmi és un metall molt dens (22,587 g/cm³), essent l'element químic que la té més alta, seguit de l'iridi i el platí, 22,4 g/cm³ i 21,45 g/cm³ respectivament. El punt de fusió és molt alt, 3033 °C, el major dels elements del platinoides i només superat pel reni amb 3180 °C, el tungstè amb 3410 °C i el carboni amb 3500 °C. El seu punt d'ebullició també és molt alt, 5012 °C, 5a posició encapçalada pel tungstè amb 5660 °C. Té la pressió de vapor més baixa dels platinoides. És blanc grisenc, fràgil, extremadament dur i brillant, fins i tot a altes temperatures, encara que és difícil trobar-lo en aquesta forma.[5]

Propietats químiquesModifica

Hom pot arribar a trobar l'osmi en estat d'oxidació +8, igual que el ruteni, estat que no assoleix el ferro, que és l'element capçalera d'aquest grup 8. Els estats d'oxidació més típics en són el +4 i el +3, però pot presentar variats estats d'oxidació, des del 0 al +8.[5]

 
Òxid d'osmi(VIII)  

L’osmi és poc reactiu amb l'aire i no reacciona amb l'aigua. Quan s'escalfa amb oxigen, l'osmi dóna l'òxid d'osmi(VIII)   molt volàtil (punt de fusió 30 °C i punt d'ebullició 130 °C) i altament tòxic. Exposat a l’aire, l'osmi finament dividit reacciona un poc amb l'oxigen i desprèn l'olor característica del perillós  , d'on prové el seu nom:[6]

 

Quan s'escalfa amb fluor a 600 °C i 400 atm de pressió, el resultat és el fluorur d'osmi(VII):[6]

 
En condicions més suaus s'obté el fluorur d'osmi(VI):
 
Formula estructural eclipsada de l'osmocè

 

També reacciona amb clor i brom sota pressió i amb escalfament donant clorur d'osmi(IV) i bromur d'osmi(IV):

 
 

És molt resistents a l'atac per àcids, i es dissol millor per fusió alcalina.

També es coneixen el fluorur d'osmi(IV)  , l'òxid d'osmi(IV)   , els complexos de carbonil  ,   i   i l'osmocè  , un dels metal·locens més estables.[7]

IsòtopsModifica

Article principal: Isòtops de l'osmi

Es coneixen 34 isòtops de l'osmi amb un nombre màssic que va del 162 al 196. L'osmi natural consta d'una barreja de set isòtops estables: osmi 184 (0,02 %), osmi 186 (1,58 % i amb un període de semidesintegració molt elevat, 2×1015 anys), osmi 187 (1,6 %), osmi 188 (13,3 %), osmi 189 (16,1 %) , osmi 190 (26,4 %) i osmi 192 (41,0 %). La resta són radioisòtops.[8]

AplicacionsModifica

 
Tremp de ploma estilogràfica amb un aliatge de metalls platinoides. Fou inventada per John Isaac Hawkins el 1837

Indústria metal·lúrgicaModifica

Els aliatges d'osmi amb platí i iridi són utilitzats en la fabricació de productes que requereixen una gran resistència a la fricció, llapis òptics, tremps de plomes estilogràfiques i puntes de bolígrafs de certes marques.[9]

Indústria electrònicaModifica

La seva alta conductivitat elèctrica el converteix en una alternativa més eficaç i durable que l'or o el platí en productes electrònics.[9]

Altres campsModifica

 
Detecció d'empremtes dactilars

El tetraòxid d'osmi   s’utilitza com a agent de tinció de lípids en microscòpia i s’ha utilitzat històricament per detectar empremtes digitals,[9] gràcies a la reacció d'oxidació dels dobles enllaços de compostos orgànics insaturats que es troben en empremtes latents. L'exposició directa a vapors d'òxid d'osmi(VIII) dóna impressions negres entre 1 i 12 hores. Proporciona excel·lents resultats damunt diverses superfícies, especialment les més problemàtiques com la pell humana. Per la seva toxicitat no s'empra de forma rutinària i només en laboratoris degudament equipats.[10] El mecanisme és:[11]

 
Mecanisme d'oxidació d'alquens


ReferènciesModifica

  1. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, a Handbook of Chemistry and Physics, 81a edició, CRC press. (anglès)
  2. Emsley, John.. Nature's building blocks : an A-Z guide to the elements. Oxford: Oxford University Press, 2001. ISBN 0-19-850341-5. 
  3. «Mineral Species sorted by the element Os Osmium». [Consulta: 26 febrer 2020].
  4. Girolami, Gregory «Osmium weighs in» (en anglès). Nature Chemistry, 4, 11, 2012-11, pàg. 954–954. DOI: 10.1038/nchem.1479. ISSN: 1755-4349.
  5. 5,0 5,1 William M. Haynes. CRC handbook of chemistry and physics : a ready-reference book of chemical and physical data.. 97. Boca Raton, Florida: CRC Press, 2016. ISBN 978-1-4987-5429-3. 
  6. 6,0 6,1 «WebElements Periodic Table » Rhenium » reactions of elements». [Consulta: 24 febrer 2020].
  7. William M. Haynes. CRC handbook of chemistry and physics : a ready-reference book of chemical and physical data.. 97. Boca Raton, Florida: CRC Press, 2016. ISBN 978-1-4987-5429-3. 
  8. «osmium | Definition, Properties, Uses, & Facts» (en anglès). Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, inc., 18-12-2019. [Consulta: 26 febrer 2020].
  9. 9,0 9,1 9,2 Sanz Balagué, J.; Tomasa Guix, O. Elements i recursos minerals : aplicacions i reciclatge. 3a. Iniciativa Digital Politècnica, 2017. ISBN 978-84-9880-666-3. 
  10. Martínez, S.A.. El análisis químico de residuos de huellas digitales latentes. Su posible aplicación en el proceso de datación (Tesi). Córdoba, Argentina: Universidad Nacional de Córdoba, 2017, p. 43-44. 
  11. Sykes, Peter.. Mecanismos de reacción en química orgánica. Barcelona: Reverté, 1985. ISBN 84-291-7504-0.