Группа химических элементов, имеющих свойства металлов, называется тяжелыми металлами. Характерной их особенностью является большой атомный вес и высокие показатели плотности.

Существует несколько определений данной группы, но в любой трактовке непременным показателем являются:

• атомный вес (этот показатель должен быть выше 50);
• плотность (она должна превышать плотность железа - 8 г/см3).

В целом при классификации тяжелых металлов важны показатели:

• химических свойств;
• физических свойств;
• биологическая активность;
• токсичность.

Не менее актуальным является фактор присутствия в промышленной и хозяйственной сфере.

Самый тяжелый металл

Ученые до сих пор спорят, какой металл является самым тяжелым:

• осмий (атомная масса - 76);
• иридий (атомная масса - 77).

Масса обоих металлов разнится буквально на тысячные доли.

Иридий открыт в 1803 году англичанином Теннатом.

Ученый работал с полиметаллической рудой, в которой в разных пропорциях наблюдалось присутствие: серебра, платины и свинца.

К изумлению химика там же оказался иридий. Находка англичанина-химика была уникальной, поскольку иридия в земной коре практически нет. Его находят только в том случае, если в месте поисков когда-либо падал метеорит. Ученые склонны полагать, что малое присутствие иридия в земной коре обусловлено именно его массой. Существует научное мнение о том, что большая часть иридия буквально «просочилась» в центр земной коры в момент зарождения Земли.

Главной особенность иридия являются:

• устойчивость к любому механическому и химическому воздействию (иридий практически не поддается никакой обработке);
• колоссальная химическая инертность.

В промышленности изотоп иридия используется палеонтологами на раскопках для определения, какие из них имеют искусственное происхождение.

Осмий был открыт на год позже - в 1804 году. Его также обнаружили в полиметаллической руде. Металл этот также с величайшим трудом подвергается обработке, как химической, так и механической.

На планете Земля осмий встречается, подобно иридию, в местах падений метеоритов.

Однако есть несколько регионов, в которых отмечается крупные месторождения осмия:

• Казахстан;
• Америка;
• ЮАР (здесь месторождение осмия особенно большое).

В промышленности осмий используется в производстве ламп накаливания. Кроме того, его используют там, где требуются тугоплавкие материалы. А из-за повышенной плотности осмия его взяли на вооружения медики - хирургический инструментарий изготавливается именно из него.

Тяжелые металлы в почве

Само определение «тяжелый» часто рассматривается специалистами не в химическом аспекте, а в медицинском. Кроме того, для экологов этот термин является также актуальным при определении степени опасности того или иного объекта для природоохранной деятельности.

Присутствие в почве тяжелых металлов зависит от состава горной породы. Горные породы, в свою очередь, формируются в процессе развития территорий. Химический состав почвы представлен продуктами выветривания пород и зависит от условий многократного преобразования.

В современном мире антропогенная деятельность человека во многом определяет состав почвы. Тяжелые металлы являются фактором загрязнения почв. Их относят к токсикантам, поскольку все они в той или иной мере являются токсичными.

В процессе промышленной деятельности человека к тяжелым металлам часто примешиваются:

Задача ученых-экологов состоит в формировании условий, препятствующих рассеиванию токсикантов в биосфере.

Осмий VS Иридий

Споры о том, какой из двух элементов таблицы Менделеева является более тяжелым, до сих пор не стихают. За это право состязаются два самых тяжелых элемента таблицы - Осмий (76) и Иридий (77). Плотность обоих элементов приблизительно равна 22,6 г/см 3 .

В отличие от явного лидера, среди лёгких металлов - с тяжелыми не всё так просто. Потому рассмотрим оба этих металла.

Иридий

Больше двух столетий прошло с тех пор, как появились первые сведения о платине – белом металле из Южной Америки. Долгое время люди были уверены, что это чистый металл, так же, как золото. Только в самом начале XIX в. Волластон сумел выделить из самородной платины палладий и родий, а в 1804 г. Теннант, изучая черный осадок, оставшийся после растворения самородной платины в царской водке, нашел в нем еще два элемента. Один из них он назвал осмием, а второй – иридием. Соли этого элемента в разных условиях окрашивались в различные цвета. Это свойство и было положено в основу названия: по-гречески слово ιρις, значит «радуга».

Русский химик

В 1841 г. известный русский химик профессор Карл Карлович Клаус занялся исследованием так называемых платиновых остатков, т.е. нерастворимого осадка, остающегося после обработки сырой платины царской водкой. «При самом начале работы, – писал Клаус, – я был удивлен богатством моего остатка, ибо извлек из него, кроме 10% платины, немалое количество иридия, родия, осмия, несколько палладия и смесь различных металлов особенного содержания»...

Клаус сообщил горному начальству о богатстве остатков. Власти заинтересовались открытием казанского ученого, которое сулило значительные выгоды. Из платины в то время чеканили монету, и получение драгоценного металла из остатков казалось очень перспективным. Через год Петербургский монетный двор выделил Клаусу полпуда остатков. Но они оказались бедными платиной, и ученый решил провести на них исследование, «интересное для науки».

«Два года, – писал Клаус, – занимался я постоянно этим трудным, продолжительным и даже вредным для здоровья исследованием» и в 1845 г. опубликовал работу «Химическое исследование остатков уральской платиновой руды и металла рутения». Это было первое систематическое исследование свойств аналогов платины. В нем впервые были описаны и химические свойства иридия.

Клаус отмечал, что иридием он занимался больше, чем другими металлами платиновой группы. В главе об иридии он обратил внимание на неточности, допущенные Берцелиусом при определении основных констант этого элемента, и объяснил эти неточности тем, что маститый ученый работал с иридием, содержащим примесь рутения, тогда еще не известного химикам и открытого лишь в ходе «химического исследования остатков уральской платиновой руды и металла рутения».

Какой же он, иридий?

Атомная масса элемента №77 равна 192,2. В таблице Менделеева он находится между осмием и платиной. И в природе он встречается главным образом в виде осмистого иридия – частого спутника самородной платины. Самородного иридия в природе нет.

Иридий – серебристо-белый металл, очень твердый, тяжелый и прочный. По данным фирмы «Интернейшнл Никель и Ко», это самый тяжелый элемент: его плотность 22,65 г/см 3 , а плотность его постоянного спутника – осмия, второго по тяжести 22,61 г/см 3 . Правда, большинство исследователей придерживаются иной точки зрения: они считают, что иридий все-таки немного легче осмия.

Естественное свойство иридия (он же платиноид!) – высокая коррозионная стойкость. На него не действуют кислоты ни при нормальной, ни при повышенной температуре. Даже знаменитой царской водке монолитный иридий «не по зубам». Только расплавленные щелочи и перекись натрия вызывают окисление элемента №77.

Иридий стоек к действию галогенов. Он реагирует с ними с большим трудом и только при повышенной температуре. Хлор образует с иридием четыре хлорида: IrCl, IrCl 2 , IrCl 3 и IrCl 4 . Треххлористый иридий получается легче всего из порошка иридия, помещенного в струю хлора при 600°C. Единственное галоидное соединение, в котором иридий шестивалентен, – это фторид IrF 6 . Тонкоизмельченный иридий окисляется при 1000°C и в струе кислорода, причем в зависимости от условий могут получаться несколько соединений разного состава.

Как и все металлы платиновой группы, иридий образует комплексные соли. Среди них есть и соли с комплексными катионами, например Cl 3 и соли с комплексными анионами, например K 3 · 3H 2 O. Как комплексообразователь иридий похож на своих соседей по таблице Менделеева.

Чистый иридий получают из самородного осмистого иридия и из остатков платиновых руд (после того как из них извлечены платина, осмий, палладий и рутений). О технологии получения иридия распространяться не будем, отослав читателя к статьям «Родий», «Осмий» и «Платина».

Иридий получают в виде порошка, который затем прессуют в полуфабрикаты и сплавляют или же порошок переплавляют в электрических печах в атмосфере аргона. Чистый иридий в горячем состоянии можно ковать, однако при обычной температуре он хрупок и не поддается никакой обработке.

Иридий в деле

Из чистого иридия делают тигли для лабораторных целей и мундштуки для выдувания тугоплавкого стекла. Можно, конечно, использовать иридий и в качестве покрытия. Однако здесь встречаются трудности. Обычным электролитическим способом иридий на другой металл наносится с трудом, и покрытие получается довольно рыхлое. Наилучшим электролитом был бы комплексный гексахлорид иридия, однако он неустойчив в водном растворе, и даже в этом случае качество покрытия оставляет желать лучшего.

Разработан метод получения иридиевых покрытий электролитическим путем из расплавленных цианидов калия и натрия при 600°C. В этом случае образуется плотное покрытие толщиной до 0,08 мм.

Менее трудоемко получение иридиевых покрытий методом плакирования. На основной металл укладывают тонкий слой металла-покрытия, а затем этот «бутерброд» идет под горячий пресс. Таким образом получают вольфрамовую и молибденовую проволоку с иридиевым покрытием. Заготовку из молибдена или вольфрама вставляют в иридиевую трубку и проковывают в горячем состоянии, а затем волочат до нужной толщины при 500...600°C. Эту проволоку используют для изготовления управляющих сеток в электронных лампах.

Можно наносить иридиевые покрытия на металлы и керамику химическим способом. Для этого получают раствор комплексной соли иридия, например с фенолом или каким-либо другим органическим веществом. Такой раствор наносят на поверхность изделия, которое затем нагревают до 350...400°C в контролируемой атмосфере, т.е. в атмосфере с регулируемым окислительно-восстановительным потенциалом. Органика в этих условиях улетучивается, или выгорает, а слой иридия остается на изделии.

Но покрытия – не главное применение иридия. Этот металл улучшает механические и физико-химические свойства других металлов. Обычно его используют, чтобы повысить их прочность и твердость. Добавка 10% иридия к относительно мягкой платине повышает ее твердость и предел прочности почти втрое. Если же количество иридия в сплаве увеличить до 30%, твердость сплава возрастет ненамного, но зато предел прочности увеличится еще вдвое – до 99 кг/мм 2 . Поскольку такие сплавы обладают исключительной коррозионной стойкостью, из них делают жаростойкие тигли, выдерживающие сильный нагрев в агрессивных средах. В таких тиглях выращивают, в частности, кристаллы для лазерной техники. Платино-иридиевые сплавы привлекают и ювелиров – украшения из этих сплавов красивы и почти не изнашиваются. Из платино-иридиевого сплава делают также эталоны, иногда – хирургический инструмент.

Спдавы иридия

В будущем сплавы иридия с платиной могут приобрести особое значение в так называемой слаботочной технике как идеальный материал для контактов. Каждый раз, когда происходит замыкание и размыкание обычного медного контакта, возникает искра; в результате поверхность меди довольно быстро окисляется. В контакторах для сильных токов, например для электродвигателей, это явление не очень вредит работе: поверхность контактов время от времени зачищают наждачной бумагой, и контактор вновь готов к работе. Но, когда мы имеем дело со слаботочной аппаратурой, например в технике связи, тонкий слой окиси меди весьма сильно влияет на всю систему, затрудняет прохождение тока через контакт. А именно в этих устройствах частота включений бывает особенно большой – достаточно вспомнить АТС (автоматические телефонные станции). Вот здесь-то и придут на помощь необгорающие платино-иридиевые контакты – они могут работать практически вечно! Жаль только, что эти сплавы очень дороги и пока их недостаточно.

Иридий добавляют не только к платине. Небольшие добавки элемента №77 к вольфраму и молибдену увеличивают прочность этих металлов при высокой температуре. Мизерная добавка иридия к титану (0,1%) резко повышает его и без того значительную стойкость к действию кислот. То же относится и к хрому. Термопары, состоящие из иридия и сплава иридия с родием (40% родия), надежно работают при высокой температуре в окислительной атмосфере. Из сплава иридия с осмием делают напайки для перьев авторучек и компасные иглы.

Резюмируя, можно сказать, что металлический иридий применяют главным образом из-за его постоянства – постоянны размеры изделий из металла, его физические и химические свойства, причем, если можно так выразиться, постоянны на высшем уровне.

Запасы на Земле

Как и другие металлы VIII группы, иридий может быть использован в химической промышленности в качестве катализатора. Иридиево-никелевые катализаторы иногда применяют для получения пропилена из ацетилена и метана. Иридий входил в состав платиновых катализаторов реакции образования окислов азота (в процессе получения азотной кислоты). Один из окислов иридия, IrO 2 , пытались применять в фарфоровой промышленности в качестве черной краски. Но слишком уж дорога эта краска...

Запасы иридия на Земле невелики, его содержание в земной коре исчисляется миллионными долями процента. Невелико и производство этого элемента – не больше тонны в год. Во всем мире!

В связи с этим трудно предположить, что со временем в судьбе иридия наступят разительные перемены – он навсегда останется редким и дорогим металлом. Но там, где его применяют, он служит безотказно, и в этой уникальной надежности залог того, что наука и промышленность будущего без иридия не обойдутся.

Иридиевый сторож

Во многих химических и металлургических производствах, например в доменном, очень важно знать уровень твердых материалов в агрегатах. Обычно для такого контроля используют громоздкие зонды, подвешиваемые на специальных зондовых лебедках. В последние годы зонды стали заменять малогабаритными контейнерами с искусственным радиоактивным изотопом – иридием-192. Ядра 192 Ir испускают гамма-лучи высокой энергии; период полураспада изотопа равен 74,4 суток. Часть гамма-лучей поглощается шихтой, и приемники излучения фиксируют ослабление потока. Последнее пропорционально расстоянию, которое проходят лучи в шихте. Иридий-192 с успехом применяют и для контроля сварных швов; с его помощью па фотопленке четко фиксируются все непроваренные места и инородные включения. Гамма-дефектоскопы с иридием-192 используют также для контроля качества изделий из стали и алюминиевых сплавов.

Эффект Мёссбауэра

В 1958 г. молодой физик из ФРГ Рудольф Мёссбауэр сделал открытие, обратившее на себя внимание всех физиков мира. Открытый Мёссбауэром эффект позволил с поразительной точностью измерять очень слабые ядерные явления. Через три года после открытия, в 1961 г., Мёссбауэр получил за свою работу Нобелевскую премию. Впервые этот эффект обнаружен на ядрах изотопа иридий-192.

Сердце бьется активнее

Одно из наиболее интересных применений платино-иридиевых сплавов за последние годы – изготовление из них электрических стимуляторов сердечной деятельности. В сердце больного стенокардией вживляют электроды с платино-иридиевыми зажимами. Электроды соединены с приемником, который тоже находится в теле больного. Генератор же с кольцевой антенной находится снаружи, например в кармане больного. Кольцевая антенна крепится на теле напротив приемника. Когда больной чувствует, что наступает приступ стенокардии, он включает генератор. В кольцевую антенну поступают импульсы, которые передаются в приемник, а от него – на платино-придиевые электроды. Электроды, передавая импульсы на нервы, заставляют сердце биться активнее. Сейчас в СССР многие станции скорой помощи оборудованы подобными генераторами. В случае остановки сердца делают надрез ключичной вены, вводят в нее соединенный с генератором электрод, включают генератор, и через несколько минут сердце вновь начинает работать.

Изотопы – стабильные и нестабильные

В предыдущих заметках довольно много говорилось о радиоизотопе иридий-192, применяемом в многочисленных приборах и даже причастном к важному научному открытию. Но, кроме иридия-192, у этого элемента есть еще 14 радиоактивных изотопов с массовыми числами от 182 до 198. Самый тяжелый изотоп в то же время – самый короткоживущий, его период полураспада меньше минуты. Изотоп иридий-183 интересен лишь тем, что его период полураспада – ровно один час. Стабильных же изотопов у иридия всего два. На долю более тяжелого – иридия-193 в природной смеси приходится 62,7%. Доля легкого иридия-191 соответственно 37,3%.

Полезные хлориридаты

Хлориридатами называют комплексные хлориды четырехвалентного иридия; общая их формула Me 2 . Благодаря хлориридатам можно в принципе уверенно разделять соединения таких похожих элементов, как натрий и калий. Хлориридат натрия растворим в воде, а хлориридат калия – практически нерастворим. Но для такой операции хлориридаты слишком дороги, так как дорог исходный иридий. Это не значит однако, что хлориридаты вообще бесполезны. Способность иридия образовывать эти соединения используют для выделения элемента №77 из смеси платиновых металлов.

Если с точки зрения практики элемент №76 среди прочих платиновых металлов выглядит достаточно заурядно, то с точки зрения классической химии (подчеркиваем, классической неорганической химии, а не химии комплексных соединений) этот элемент весьма знаменателен.

Прежде всего, для него, в отличие от большинства элементов VIII группы, характерна валентность 8+, и он образует с кислородом устойчивую четырехокись OsO 4 . Это своеобразное соединение, и, видимо, не случайно элемент №76 получил название, в основу которого положено одно из характерных свойств его четырехокиси.

Осмий обнаруживают по запаху

Подобное утверждение может показаться парадоксальным: ведь речь идет не о галогене, а о платиновом металле...

История открытия четырех из пяти платиноидов связана с именами двух английских ученых, двух современников. Уильям Волластон в 1803...1804 гг. открыл палладий и родий, а другой англичанин, Смитсон Теннант (1761...1815), в 1804 г. – иридий и осмий. Но если Волластон оба «свои» элемента нашел в той части сырой платины, которая растворялась в царской водке, то Теннанту повезло при работе с нерастворимым остатком: как оказалось, он представлял собой естественный природный сплав иридия с осмием.

Тот же остаток исследовали и три известных французских химика – Колле-Дескоти, Фуркруа и Воклен. Они начали свои исследования даже раньше Теннанта. Как и он, они наблюдали выделение черного дыма при растворении сырой платины. Как и он, они, сплавив нерастворимый остаток с едким кали, сумели получить соединения, которые все-таки удавалось растворить. Фуркруа и Воклен были настолько убеждены, что в нерастворимом остатке сырой платины есть новый элемент, что заранее дали ему имя – птен – от греческого πτηνος – крылатый. Но только Теннанту удалось разделить этот остаток и доказать существование двух новых элементов – иридия и осмия.

Название элемента №76 происходит от греческого слова οσμη, что означает «запах». Неприятный раздражающий запах, похожий одновременно на запахи хлора и чеснока, появлялся, когда растворяли продукт сплавления осмиридия со щелочью. Носителем этого запаха оказался осмиевый ангидрид, или четырехокись осмия OsO 4 . Позже выяснилось, что так же скверно, хотя и значительно слабее, может пахнуть и сам осмий. Тонкоизмельченный, он постепенно окисляется на воздухе, превращаясь в OsO 4 ...

Осмий металлический

Осмий – оловянно-белый металл с серовато-голубым оттенком. Это самый тяжелый из всех металлов (его плотность 22,6 г/см 3) и один из самых твердых. Тем не менее осмиевую губку можно растереть в порошок, поскольку он хрупок. Плавится осмий при температуре около 3000°C, а температура его кипения до сих пор точно не определена. Полагают, что она лежит где-то около 5500°C.

Большая твердость осмия (7,0 по шкале Мооса), пожалуй, то из его физических свойств, которое используют наиболее широко. Осмий вводят в состав твердых сплавов, обладающих наивысшей износостойкостью. У дорогих авторучек напайку на кончик пера делают из сплавов осмия с другими платиновыми металлами или с вольфрамом и кобальтом. Из подобных же сплавов делают небольшие детали точных измерительных приборов, подверженные износу. Небольшие – потому что осмий мало распространен (5·10 –6 % веса земной коры), рассеян и дорог. Этим же объясняется ограниченное применение осмия в промышленности. Он идет лишь туда, где при малых затратах металла можно получить большой эффект. Например, в химическую промышленность, которая пытается использовать осмий как катализатор. В реакциях гидрогенизации органических веществ осмиевые катализаторы даже эффективнее платиновых.

Несколько слов о положении осмия среди прочих платиновых металлов. Внешне он мало от них отличается, но именно у осмия самые высокие температуры плавления и кипения среди всех металлов этой группы, именно он наиболее тяжел. Его же можно считать наименее «благородным» из платиноидов, поскольку кислородом воздуха он окисляется уже при комнатной температуре (в мелкораздробленном состоянии). А еще осмий – самый дорогой из всех платиновых металлов. Если в 1966 г. платина ценилась на мировом рынке в 4,3 раза дороже, чем золото, а иридий – в 5,3, то аналогичный коэффициент для осмия был равен 7,5.

Как и прочие платиновые металлы, осмий проявляет несколько валентностей: 0, 2+, 3+, 4+, 6+ и 8 +. Чаще всего можно встретить соединения четырех- и шестивалентного осмия. Но при взаимодействии с кислородом он проявляет валентность 8+.

Как и прочие платиновые металлы, осмий – хороший комплексообразователь, и химия соединений осмия не менее разнообразна, чем, скажем, химия палладия или рутения.

Ангидрид и другие

Несомненно, самым важным соединением осмия остается его четырехокись OsO 4 , пли осмиевый ангидрид. Как и элементарный осмий, OsO 4 обладает каталитическими свойствами; OsO 4 применяют при синтезе важнейшего современного лекарственного препарата – кортизона. При микроскопических исследованиях животных и растительных тканей четырехокись осмия используют как окрашивающий препарат. OsO 4 очень ядовит, он сильно раздражает кожу, слизистые оболочки и особенно вреден для глаз. Любая работа с этим полезным веществом требует чрезвычайной осторожности.

Внешне чистая четырехокись осмия выглядит достаточно обычно – бледно-желтые кристаллы, растворимые в воде и четыреххлористом углероде. При температуре около 40°C (есть две модификации OsO 4 с близкими точками плавления) они плавятся, а при 130°C четырехокись осмия закипает.

Другой окисел осмия – OsO 2 – нерастворимый в воде черный порошок – практического значения не имеет. Также не нашли пока практического применения и другие известные соединения элемента №76 – его хлориды и фториды, иодиды и оксихлориды, сульфид OsS 2 и теллурид OsTe 2 – черные вещества со структурой пирита, а также многочисленные комплексы и большинство сплавов осмия. Исключение составляют лишь некоторые сплавы элемента №76 с другими платиновыми металлами, вольфрамом и кобальтом. Главный их потребитель – приборостроение.

Как получают осмий

Самородный осмий в природе не найден. Он всегда связан в минералах с другим металлом платиновой группы – иридием. Существует целая группа минералов осмистого иридия. Самый распространенный из них – невьянскит, природный сплав этих двух металлов. Иридия в нем больше, поэтому невьянскит часто называют просто осмистым иридием. Зато другой минерал – сысертскит – называют иридистым осмием – в нем больше осмия... Оба эти минерала – тяжелые, с металлическим блеском, и это не удивительно – таков их состав. И само собой разумеется, все минералы группы осмистого иридия очень редки.

Иногда эти минералы встречаются самостоятельно, чаще же осмистый иридий входит в состав самородной сырой платины. Основные запасы этих минералов сосредоточены в СССР (Сибирь, Урал), США (Аляска, Калифорния), Колумбии, Канаде, странах Южной Африки.

Естественно, что добывают осмий совместно с платиной, но аффинаж осмия существенно отличается от способов выделения других платиновых металлов. Все их, кроме рутения, осаждают из растворов, осмий же получают отгонкой его относительно летучей четырехокиси.

Но прежде чем отгонять OsO 4 , нужно отделить от платины осмистый иридий, а затем разделить иридий и осмий.

Когда платину растворяют в царской водке, минералы группы осмистого иридия остаются в осадке: даже этот из всех растворителей растворитель не может одолеть эти устойчивейшие природные сплавы. Чтобы перевести их в раствор, осадок сплавляют с восьмикратным количеством цинка – этот сплав сравнительно просто превратить в порошок. Порошок спекают с перекисью бария BaO 3 , а затем полученную массу обрабатывают смесью азотной и соляной кислот непосредственно в перегонном аппарате – для отгонки OsO 4 .

Ее улавливают щелочным раствором и получают соль состава Na 2 OsO 4 . Раствор этой соли обрабатывают гипосульфитом, после чего осмий осаждают хлористым аммонием в виде соли Фреми Cl 2 . Осадок промывают, фильтруют, а затем прокаливают в восстановительном пламени. Так получают пока еще недостаточно чистый губчатый осмий.

Затем его очищают, обрабатывая кислотами (HF и HCl), и довосстанавливают в электропечи в струе водорода. После охлаждения получают металл чистотой до 99,9% O 3 .

Такова классическая схема получения осмия – металла, который применяют пока крайне ограниченно, металла очень дорогого, но достаточно полезного.

Чем больше, тем... больше

Природный осмий состоит из семи стабильных изотопов с массовыми числами 184, 186...190 и 192. Любопытная закономерность: чем больше массовое число изотопа осмия, тем больше он распространен. Доля самого легкого изотопа, осмия-184, – 0,018%, а самого тяжелого, осмия-192, – 41%. Из искусственных радиоактивных изотопов элемента №76 самый долгоживущий – осмий-194 с периодом полураспада около 700 дней.

Карбонилы осмия

В последние годы химиков и металлургов все больше интересуют карбонилы – соединения металлов с СО, в которых металлы формально нульвалентны. Карбонил никеля уже довольно широко применяется в металлургии, и это позволяет надеяться, что и другие подобные соединения со временем смогут облегчить получение тех или иных ценных материалов. Для осмия сейчас известны два карбонила. Пентакарбонил Os(CO) 5 – в обычных условиях бесцветная жидкость (температура плавления – 15°C). Получают его при 300°C и 300 атм. из четырехокиси осмия и угарного газа. При обычных температуре и давлении Os(CO) 5 постепенно переходит в другой карбонил состава Os 3 (CO) 12 – желтое кристаллическое вещество, плавящееся при 224°C. Интересно строение этого вещества: три атома осмия образуют равносторонний треугольник с гранями длиной 2,88 Ǻ, а к каждой вершине этого треугольника присоединены по четыре молекулы СО.

Фториды спорные и бесспорные

«Фториды OsF 4 , OsF 6 , OsF 8 образуются из элементов при 250...300°C... OsF 8 – самый летучий из всех фторидов осмия, т. кип. 47,5°»... Эта цитата взята из III тома «Краткой химической энциклопедии», выпущенного в 1964 г. Но в III томе «Основ общей химии» Б.В. Некрасова, вышедшем в 1970 г., существование октафторида осмия OsF 8 отвергается. Цитируем: «В 1913 г. были впервые получены два летучих фторида осмия, описанные как OsF 6 и OsF 8 . Так и считалось до 1958 г., когда выяснилось, что в действительности они отвечают формулам OsF 5 и OsF 6 . Таким образом, 45 лет фигурировавший в научной литературе OsF 8 на самом деле никогда не существовал. Подобные случаи «закрытия» ранее описанных соединений встречаются не так уж редко».

Заметим, что и элементы тоже иногда приходится «закрывать»... Остается добавить, что, помимо упомянутых в «Краткой химической энциклопедии», был получен еще один фторид осмия – нестойкий OsF 7 . Это бледно-желтое вещество при температуре выше –100°C распадается на OsF 6 и элементарный фтор.

По материалам n-t.ru

Обновлено: 05.11.2019 14:38:43

Эксперт: Залман Ривлин

*Обзор лучших по мнению редакции сайт. О критериях отбора. Данный материал носит субъективный характер, не является рекламой и не служит руководством к покупке. Перед покупкой необходима консультация со специалистом.

Наша планета богата ценными ресурсами, но есть и такие, количество которых измеряется крохами. Как ни странно, эти элементы – одни из самых востребованных в мире. В их числе и тяжелые металлы. Только представьте, 8-сантиметровый кубик тяжелейшего металла в мире весит целых 12 кг (!). Сегодня речь пойдет именно о «тяжеловесах» в мире металлов.

Топ-10 самых тяжелых по плотности металлов

Номинация	место	Металл	Плотность
Топ-10 самых тяжелых по плотности металлов	1		16,64 г/см3
	2		18,92 г/см3
	3		19,21 г/см3
	4		19,85 г/см3
	5		19,85 г/см3
	6		20,48 г/см3
	7		21,01 г/см3
	8		21,44 г/см3
	9		22,53 г/см3
	10		22,62 г/см3

Плотность: 16,64 г/см 3

Температура плавления/кипения: 3017 0 С/5458 0 С

Очень редкий металл, но далеко не самый тяжелый в мире. В естественных условиях представляет собой серебристо-белое твердое вещество с легким синеватым оттенком (оксидная пленка). Был обнаружен в далеком 1802 году, но сразу выделить его не удалось: до 1844-го его отождествляли с другим металлом – ниобием.

Тантал – один из самых тугоплавких в мире (по этому показателю он превосходит даже самый тяжелый металл планеты) и не вступает в реакцию с воздухом: окисление его поверхности наступает только при повышении температуры воздуха до 280 0 С, что в естественных условиях невозможно.

Одной из интересных особенностей тантала считается его парамагнетизм (при попадании в магнитное поле металл намагничивается в направлении этого поля). Кроме того, тантал поражает своей устойчивостью к воздействию агрессивных сред: его поверхность не «поддается» даже 70%-ной азотной кислоте. Применяется этот необычный металл в военной отрасли (при создании боеприпасов), медицине (при производстве протезов), в атомной промышленности (при создании ядерных реакторов) и пр.

Интересный факт: несмотря на высокую прочность, тантал очень пластичен (его можно сопоставить с золотом), поэтому чистый металл очень удобен в работе.

Плотность: 18,92 г/см 3

Температура плавления/кипения: 1132 0 С /3745 0 С

Главное и не лучшим образом характеризующее этот твердый металл отличие от других представителей рейтинга – его радиоактивность. Уран, будучи в естественных условиях, проходит долгий этап трансформации, состоящий из 14 этапов и завершающийся его преобразованием в свинец. Правда, процесс этот длится миллиарды лет.

В чистом виде уран обладает большим весом, серебристо-белым цветом, высокой пластичностью (он чуть мягче стали) и слабовыраженными парамагнитными свойствами. Уран легко окисляется при контакте с воздухом, а порошкообразное вещество самовоспламеняется при температуре около 150 0 С.

Основное и явное применение урана – ядерная промышленность. Активным «потребителем» металла считается ядерная энергетика (производство реакторов, силовых установок и пр.). В последние годы особую ставку начали делать на разработку методов добычи урана из морской воды, где концентрация твердого вещества – 3 мкг/л).

Плотность: 19,21 г/см 3

Температура плавления/кипения: 3422 0 С /3745 0 С

Свое довольно оригинальное название (в переводе с лат. – «волчья пена») получил оттого, что при сопровождении оловянной руды мешал выплавке олова, превращая его в пену шлака. То есть фактически пожирал как волк овцу.

Вольфрам представляет собой блестящее твердое вещество светло-серого цвета. Это – самый тугоплавкий металл на планете: температура его плавления близка к солнечной фотосфере. Кроме того, имеет самую высокую доказанную температуру кипения на планете. Правда, недавно появился «конкурент» – сиборгий с более высокой (предполагаемой) температурой плавления, но достоверно это пока неизвестно ввиду небольшой длительности существования металла.

В свое время вольфрам произвел настоящий фурор в промышленности и сегодня его используют как обязательную основу для жаропрочных сплавов. Кроме того, высокая прочность обеспечивает этому металлу широкое применение в различных сферах человеческой деятельности: его используют в авиационных двигателях, нитях накаливания, электровакуумном оборудовании и пр.

Плотность: 19,85 г/см 3

Температура плавления/кипения: 1064 0 С /2856 0 С

Один из самых твердых металлов на земле, но при этом отличающийся невероятной пластичностью: из него можно сделать лист толщиной всего 0,1 мкм (так называемое сусальное золото). Именно по этой причине благородный желтый металл нашел достойное место в ювелирном деле. Но при этом золото имеет высокую плотность, что значительно упрощает процесс его добычи.

Золото обладает очень высоким показателям электропроводимости, что могло бы сделать этот металл незаменимым в процессе создания микросхем, но – увы: стоимость исходного сырья весьма велика, а распространенность – мала.

Золото не вступает в реакцию с кислородом и большинством элементов. Металл не поддается воздействию кислот и щелочей (исключение – царская водка, которая служит для проверки чистоты металлов). Золото – один из немногих металлов, используемых не только в промышленности, но и на благо человеку (его активно применяют в гомеопатии, стоматологии). Кроме того, благородный металл нашел активное применение в банковском деле: он до сих пор является гарантом стабильности любой валюты и надежным инвестиционным инструментом.

Плотность: 19,85 г/см 3

«Младший брат» урана и обладатель высокой радиоактивности. В естественных условиях добывают, но мало и редко, поскольку это попросту нецелесообразно, зато его легко получить в процессе многоступенчатого преобразования урана. Стал первым химически искусственным веществом, производим в промышленных масштабах.

Для получения плутония используется уран обогащенного и природного типа. Несколько лет назад сообщалось о закрытии в 2010 году последнего в мире реактора, производящего плутоний (в России). Но в тот же год в Японии запустили ядерный реактор. Правда, долго проработать ему не пришлось по причине произошедшей через пару месяцев после запуска аварии: реактор остановили, а после трагедии на Фукусима-1 и вовсе передумали запускать. В 2016 было принято решение об утилизации реактора.

Из-за очевидного военного потенциала плутоний стали активно использовать при производстве ядерного оружия (так называемый оружейный плутоний), как источник энергии для космических кораблей и в качестве топлива для ядерных реакторов.

Плотность: 20,48 г/см 3

Температура плавления/кипения: 640 0 С /3235 0 С

Еще одно радиоактивное «детище» урана, полученное в ходе проведения ядерных реакций. Считается первым трансурановым элементом. Относительно мягкое вещество отличается хорошей ковкостью, медленно вступает в реакцию с воздухом, быстро окисляясь при высокой его температуре. На земле этот металл встречается в следовом количестве, поэтому его добыча в естественных условиях попросту бессмысленна.

Нептуний опасен для человека при радиоактивном распаде: около 70-80% его частиц оседает в костной ткани, что приводит к полному ее поражению (степень поражения зависит от валентности изотопов). Основное его применение – получение плутония.

Плотность: 21,01 г/см 3

Температура плавления/кипения: 3186 0 С /5596 0 С

Обнаружение плотного металла серебристого цвета было предсказано Менделеевым в далеком 1871 году, а фактическое его открытие произошло лишь спустя полтора столетия (в 1925-м). Рений стал последним среди открытых элементов со стабильным изотопом: все открытые позднее таковых не имели.

Рений – один из самых редких элементов нашей планеты. По своим геохимическим свойствам похож на вольфрам. Серебристо-белый металл считается одним из самых твердых и плотных среди всех существующих. В чистом виде рений пластичен уже при комнатной температуре, но при этом полностью сохраняет свою прочность даже при многократном нагреве или охлаждении.

Рений труднодоступен, а его получение весьма материалозатратно, поэтому металл является одним из самых дорогих: цена за 1 кг колеблется от 1000 до 10000 долларов. «Добыча» рения происходит преимущественно в процессе переработки молибденового и медного сырья.

Сфера применения рения обусловлена рядом его свойств (тугоплавкостью, устойчивостью к большинству реагентов и пр.). При этом учитывается его дороговизна: применение металла ограничено теми случаями, когда он дает преимущество перед использованием других. В основном, рений применяют при производстве ракетных деталей (в особенности, реактивных и ракетных двигателей).

Плотность: 21,44 г/см 3

Температура плавления/кипения: 1768 0 С /3825 0 С

«Выносливая» и твердая платина практически достигла вершины нашего рейтинга, что неудивительно: это один из самых тяжелых металлов в мире. Драгоценное вещество считается также одним из редчайших на планете. Кстати, даже так называемый самородный металл нельзя считать чистым: в нем содержится до 20% железа, а также родий, иридий, осмий, реже – медь.

Платина считается одним из самых инертных металлов, не вступающим в реакцию с кислотами и щелочами. Блестящий серебристый металл активно применяют в ювелирном и стекольном деле, медицине (хирургии), химической промышленности, автомобилестроении, а благодаря устойчивости к вакууму – еще и при создании космических аппаратов.

Интересный факт: преимущественная часть платиновых запасов мира «спрятана» в недрах всего лишь 5 стран – России, Китая, Зимбабве, ЮАР и США.

Плотность: 22,53 г/см 3

Фактически иридий делит первое место с осмием – разница в плотности этих веществ – сотые доли грамма. Тем не менее этот «тяжеловес», все же, на эту самую малость легче. Это – очень редкий, ценный металл, абсолютно не взаимодействующий с кислотами, водой и даже воздухом. Иридий (как и лидер рейтинга самых тяжелых металлов) – тугоплавкое вещество, плохо поддающееся обработке.

В переводе с греческого означает «радуга», что неудивительно, ведь иридиевые соли отличаются невероятной цветовой гаммой: от медно-красного до ярко-синего. Белый с легким серебристым, словно зеркальным оттенком иридий считается самым прочным и одним из редчайших на планете: за год добывается не более 10 тонн, причем большинство месторождений расположены в месте падения метеоритов.

Применяется в высокоточном машиностроении в качестве индикатора герметичности сварочных швов. Активно используется палеонтологами и геологами в качестве временного индикатора обнаруженного слоя той или иной породы. Нередко один из самых тяжелых металлов на планете применяют и для получения электроэнергии. В последние годы иридий получил довольно неожиданное и необычное применение: для электростимуляции нервов и при создании протезов глазного и ушного аппарата человека.

Плотность: 22,62 г/см 3

Температура плавления/кипения: 2466 0 С/4428 0 С

Самый тяжелый «представитель» периодической таблицы Менделеева, и, соответственно, самый тяжелый в мире металл. Год 1803-й стал для этого элемента фактически поворотным, поскольку в этот период времени его открытие происходило буквально в гоночных условиях: два ученых параллельно открыли осмий – Теннант и де Фуркруа. Но Теннант, все же, добился более четких и глубоких результатов, и в официальных документах, поданных королевскому обществу Лондона, указал, что найденный элемент условно делится на два металла – иридий и осмий.

Добыча осмия требует немалых затрат, поскольку он редкий и сложно поддающийся воздействию. Отсюда и внушительная стоимость – 15000 долларов за 1 грамм вещества. Плотность осмия лишь чуть-чуть превышает аналогичный показатель иридия, хотя свойства обоих видов пока не до конца изучены. Самый тяжелый металл в мире «недружелюбен» к высоким температурам: он очень тугоплавкий.

Осмий входит в группу платиновых элементов и условно благородный. И, хотя при застывании осмий образует красивые серебристо-голубые кристаллы, для создания ювелирных изделий он не подходит, поскольку абсолютно непластичен и плохо поддается ковке. Отличается специфическим запахом – чесночно-хлорная смесь.

Высоко ценится из-за своей прочности: металл часто добавляют в состав для изготовления узлов, подвергающихся частому и сильному трению. Такие сплавы становятся невероятно прочными и устойчивыми к любому воздействию.

28.11.2018 в 01:43 · oksioksi · 8 870

10 самых тяжелых металлов в мире по плотности

Большинство самых тяжелых металлов редкие и чрезвычайно ценные. Многие достижения современной техники и медицины были бы просто невозможны, если бы их не было.

Большая часть таких металлов не находит широкого бытового применения (в лучшем случае, здесь на ум приходит платина и золото). Поэтому значение многих из них для цивилизации могут оценить лишь специалисты. При этом история открытия некоторых сама по себе интересна.

10. Тантал - 16,67 г/см³

Чрезвычайно тугоплавкий (температура плавления 3017 °C), тантал во многих случаях успешно заменяет платину.

Применяется в ювелирном деле - из него изготавливают корпусы часов, браслеты и другие ювелирные изделия. Этому способствует высокая твердость металла. Кроме того, он дешевле платины, хотя и дороже серебра.

Его соединения заменяют платину и как катализаторы в химической промышленности. В стекловарении добавка в расплав этого металла позволяет получать стёкла, используемые для производства маленьких биноклей и легких очков. И совершенно незаменим тантал в производстве радиоэлектроники.

9. Уран - 19,05 г/см³

От имени этого элемента пошло обозначение планеты Солнечной системы, а не наоборот, как считают многие.

Это очень тяжёлый, гибкий и ковкий металл. Способен самовоспламеняться. Его много как в земной коре, так и в морской воде.

Благодаря урану в конце IXX века случайно открыли невидимые лучи (сегодня явление испускания некоторыми природными веществами невидимых лучей называют радиоактивностью).

Природные окиси урана с древности используют при изготовлении глазури для керамических изделий. В наши дни соединения этого металла применяются также для создания желтой краски.

8. Вольфрам - 19,29 г/см³

Абсолютный чемпион по тугоплавкости. Кипит при температуре 5555 °C (такая же - в фотосфере Солнца).

Слово вольфрам означает «пожирающий олово, как волк овцу». Это наименование появилось не случайно. Вольфрам, находясь среди оловянных руд, мешал выплавке олова.

Используется для создания обручальных колец. Своей прочностью символизирует устойчивость личных отношений. К тому же, отполированный вольфрам ничем не поцарапать.

Применяется в производстве нитей накаливания в различных осветительных приборах.

7. Золото - 19,29 г/см³

При обычных условиях не окисляется и не взаимодействует с большинством кислот, поэтому считается благородным металлом.

Золото легко пропускает тепло и электричество, благодаря чему незаменимо в радиоэлектронике.

6. Плутоний - 19,80 г/см³

Первый искусственный химический элемент, чье производство почти сразу после открытия началось в промышленных масштабах.

Назван в честь Плутона, который в 2006 году «разжаловали», лишив статуса планеты.

Интерес к плутонию изначально был вызван его военным применением. Высокая плотность и аномально высокая сжимаемость давали возможность изготавливать компактные, мощные и конструктивно простые атомные заряды.

Все изотопы плутония радиоактивны. «Реакторный» изотоп плутония позволяет создавать долгоживущие необслуживаемые (до ста лет эксплуатации) источники энергии.

5. Нептуний - 20,47 г/см³

Был получен искусственно из урана посредством ядерных реакций. Интересно, что назван не в честь древнегреческого божества Нептуна, а опосредованно - ввиду практической незаметности в природе в честь планеты Нептун, которая сама получила название в честь божества, но долго не поддавалась наблюдению астрономами.

Это металл самостоятельной ценности не имеет, но в радиохимической промышленности является «ступенькой» от урана к получению следующего важного радиоматериала - плутония.

4. Рений - 21,01 г/см³

Назван в честь реки Рейн, по месту открытия.

Очень редок, единственное экономически выгодное месторождение рения расположено в России.

Тугоплавкость, химическая нейтральность и хорошая пластичность позволяют использовать этот металл для создания медицинских инструментов.

Жаростойкие сплавы рения с иными металлами применяются для производства реактивных двигателей. Таким образом, рений имеет важнейшее военно-стратегическое значение.

3. Платина - 21,40 г/см³

Название платине придумали конкистадоры. Буквально с испанского оно означает «серебришко». Объясняется такое пренебрежительное именование особой тугоплавкостью металла. Многие годы его не знали как применить, тогда платина стоила вдвое дешевле серебра.

В наши дни ценится гораздо дороже даже золота. Чрезвычайная тугоплавкость, химическая инертность и отличные свойства катализатора химических реакций делают ее незаменимой в промышленности. При этом высокая стоимость и хорошая прочность открывают пути к применению в ювелирном деле.

2. Осмий - 22,61 г/см³

Название происходит от греческого «запах», так как некоторые химические реакции с осмием приводят к выделению соединения с очень стойким дурным «ароматом».

В химии и промышленности применяется как катализатор. Прочность и химическая нейтральность делает металл незаменимым в производстве медицинских имплантатов.

1. Иридий - 22,65 г/см³

Соли иридия отличаются разнообразием расцветок. Название металла происходит от имени Ириды - греческой богини радуги.

В земной коре иридия в сорок раз меньше, чем золота. В метеоритном веществе его содержание значительно больше, чем на Земле.

Соединяя иридий с платиной, можно получить сплав необычайно прочный и химически стойкий.

Иридий - отличный катализатор, но из-за редкости этого металла и высокой цены его применение ограничено. Впрочем, автовладельцам знакомы иридиевые свечи зажигания - в них используется тугоплавкость и каталитические свойства тонкого покрытия из иридия.

Самые тяжелые металлы в мире

Металлы человечество начало активно использовать еще в 3000-4000 годах до нашей эры . Тогда люди познакомились с самыми распространенными из них, это золото, серебро , медь . Эти металлы было очень легко найти на поверхности земли . Чуть позже они познали химию и начали выделять из них такие виды как олово, свинец и железо . В Средневековье набирали популярность очень ядовитые виды металлов . В обиходе был мышьяк , которым было отравлено больше половины королевского двора во Франции . Так же и ртуть, которая помогала вылечить разные болезни тех времен , начиная от ангины и до чумы . Уже до двадцатого столетия было известно более 60 металлов , а вначале XXI века – 90. Прогресс не стоит на месте и ведет человечество вперед. Но встает вопрос , какой металл является тяжелым и превосходит по весу все остальные ? И вообще , какие они , эти самые тяжелые металлы в мире?

Многие ошибочно думают , что золото и свинец являются самыми тяжелыми металлами . Почему именно так сложилось ? Многие из нас выросли на старых фильмах и видели , как главный герой использует свинцовую пластину для зашиты от злобных пуль. В добавок, и сегодня используют свинцовые пластины в некоторых видах бронежилетов . А при слове золото у многих всплывает картинка с тяжелыми слитками этого металла . Но думать , что они самые тяжелые – ошибочно !

Для определения самого тяжелого металла надо брать во внимание его плотность , ведь чем больше плотность вещества , тем оно тяжелее .

ТОП-10 самых тяжелых металлов в мире

1. Осмий (22,62 г/см 3),

2. (22,53 г/см 3),

3. Платина (21,44 г/см 3),

4. Рений (21,01 г/см 3),

5. Нептуний (20,48 г/см 3),

6. Плутоний (19,85 г/см 3),

7. Золото (19,85 г/см 3)

8. Вольфрам (19,21 г/см 3),

9. Уран (18,92 г/см 3),

10. Тантал (16,64 г/см 3).

И где же свинец ? А он располагается намного ниже в данном списке , в середине второго десятка.

Осмий и иридий - самые тяжелые металлы в мире

Рассмотрим основных тяжеловесов , которые делят 1 и 2 места . Начнем с иридия и заодно произнесём слова благодарности в адрес английского ученого Смитсона Теннат , который в 1803 году получил этот химический элемент из платины , где присутствовал вместе с осмием в виде примеси . с древнегреческого можно перевести, как «радуга». Металл имеет белый цвет с серебряным оттенком и его можно назвать ни только тяжеловесным , но и самым прочным . На нашей планете его очень мало и за год его добывают всего до 10000 кг. Известно , что большинство месторождений иридия можно обнаружить на местах падения метеоритов . Некоторые ученые приходят к мысли , что данный металл ранее был широко распространён на нашей планете , однако из -за своего веса , он постоянно выдавливал себя ближе к центру Земли . сейчас широко востребован в промышленности и используется для получения электрической энергии . Так же его любят использовать палеонтологи, и с помощью иридия определяют возраст многих находок . Вдобавок , данный металл могут использовать для покрытия некоторых поверхностей . Но сделать это сложно .

Далее рассмотрим . Он самый тяжёлый в периодической таблице Менделеева , ну, соответственно , и самый тяжелый в мире металл . Осмий имеет оловянно-белый с синим оттенок и также открыт Смитсоном Теннат одновременно с иридием . Осмий практически невозможно обработать и, в основном , его находят на местах падения метеоритов . Он неприятно пахнет , запах похож на смесь хлора и чеснока . И с древнегреческого переводится , как «запах». Металл довольно тугоплавкий и используется в лампочках и в других приборах с тугоплавкими металлами . За один только грамм этого элемента надо заплатить более 10000 долларов , из этого понятно , что метал очень редкий .

Осмий

Как не крути, самые тяжелые металлы являются большой редкостью и поэтому они дорого стоят . И надо запомнить на будущее , что ни золото, ни свинец – не самые тяжелые металлы в мире! и – вот победители в весе !

Платина - тяжёлый, мягкий серебристо-белый металл

Рений - плотный, серебристо-белый твёрдый металл

Нептуний - серебристо-белый радиоактивный мягкий металл