Όσμιο

Το χημικό στοιχείο όσμιο (osmium) είναι μέταλλο με ατομικό αριθμό 76 και σχετική ατομική μάζα 190,23. Το χημικό του σύμβολο είναι «Os». Ανήκει στην ομάδα 8, στην περίοδο 6 και στον d-τομέα του περιοδικού πίνακα, στην ομάδα της 3ης κύριας σειράς των στοιχείων μετάπτωσης. Ανακαλύφθηκε στο Λονδίνο από τον Άγγλο χημικό Τένναντ το 1803 και πήρε το όνομά του από την ελληνική λέξη «οσμή», την οποία αποκτά το μέταλλο επειδή, όταν εκτίθεται στον ατμοσφαιρικό αέρα, επικαλύπτεται από ένα λεπτό στρώμα οξειδίου, το οποίο έχει χαρακτηριστική μυρωδιά. Το όσμιο θεωρείται ευγενές μέταλλο μαζί με το ρουθήνιο, το ρόδιο, το ιρίδιο, τον άργυρο, το παλλάδιο, τον λευκόχρυσο και τον χρυσό. Για τις συναλλαγές μετράται με την ουγγιά.Είναι σπάνιο ασημόχρωμο μέταλλο με πολύ αμυδρή γαλαζωπή απόχρωση και έντονη μεταλλική λάμψη. Έχει θερμοκρασία τήξης 3033 °C (4ο κατά σειρά χημικό στοιχείο με το μεγαλύτερο σημείο τήξης) και θερμοκρασία βρασμού 5012 °C (4ο κατά σειρά χημικό στοιχείο με το μεγαλύτερο σημείο βρασμού). Είναι το μέταλλο με τα υψηλότερα σημεία τήξης και βρασμού και τη χαμηλότερη τάση ατμών από όλα τα μέταλλα της οικογένειας του λευκόχρυσου. Είναι ακόμη το χημικό στοιχείο με την 9η μεγαλύτερη πυκνότητα: Ένα κυβικό μέτρο οσμίου έχει μάζα 22.590 κιλά (22,59 τόννοι). Από άποψη χημικής συμπεριφοράς, ανήκει στην «ομάδα του λευκόχρυσου», PGMs, Platinum Group Metals. Η σημαντικότερη ένωση του είναι το οξείδιο του οσμίου (VIII), OsO4, που περιέχει το όσμιο στην ανώτερη βαθμίδα οξείδωσης και ως εκ τούτου είναι πολύ ισχυρό οξειδωτικό. Το όσμιο βρίσκεται στη φύση μαζί με τα άλλα μέταλλα της ομάδας του λευκόχρυσου. Κοιτάσματα έχουν βρεθεί στη Νότια Αφρική, στις Ηνωμένες Πολιτείες, στον Καναδά και στη Ρωσία. Το σημαντικότερο ορυκτό του είναι ο ερλιχμανίτης (OsS2) ο οποίος περιέχει 74,78 % Os.Χρησιμοποιείται σε κράματα με λευκόχρυσο, ιρίδιο αλλά και με τα άλλα PGMs, σε πέννες, ηλεκτρικές επαφές και σε άλλες εφαρμογές, όπου απαιτείται εξαιρετική αντοχή, κυρίως στη θέρμανση και σκληρότητα. Το όσμιο έχει επτά φυσικά ισότοπα, έξι από τα οποία είναι σταθερά: 184Οs, 187Os, 188Os, 189Os, 190Os και 192Os που είναι και το πιο άφθονο.

 Το όσμιο ανακαλύφθηκε στο Λονδίνο από τον Άγγλο χημικό Σμίθσον Τένναντ (Smithson Tennant) το 1803 ο οποίος εργαζόταν μαζί με τον Ουίλιαμ Ουόλλαστον (William Wollaston). Η ανακάλυψη του οσμίου είναι συνυφασμένη με αυτήν της πλατίνας και των άλλων PGMs. Ο λευκόχρυσος έφθασε για πρώτη φορά στην Ευρώπη με το όνομα «πλατίνα» (που σήμαινε «μικρό ασήμι») τον 17ο αιώνα μαζί με μεταλλεύματα αργύρου από την περιοχή Τσοκό (Chocó) της Κολομβίας. Η διαπίστωση ότι το μέταλλο αυτό δεν ήταν ένα κράμα αλλά κάποιο καινούργιο χημικό στοιχείο, δημοσιεύθηκε το 1748. Οι χημικοί που μελετούσαν την πλατίνα, την διέλυσαν σε βασιλικό νερό για να δημιουργήσουν διαλυτά άλατα. Διαπίστωναν όμως ότι απέμενε ένα μαύρο αδιάλυτο υπόλειμμα, το οποίο ο Ζοζέφ Προυστ (Joseph Louis Proust) πίστευε ότι ήταν γραφίτης. Το 1803, οι Γάλλοι χημικοί Βικτόρ Κολέ-Ντεκοτίλ (Victor Collet-Descotils), Αντουάν Φρανσουά (Antoine François) και Λουί Νικολά Βωκλέν (Louis Nicolas Vauquelin) παρατήρησαν επίσης το μαύρο υπόλειμμα αλλά δεν είχαν αρκετό υλικό για να συνεχίσουν τα πειράματα τους. Την ίδια χρονιά, ο Άγγλος χημικός Σμίθσον Τένναντ (Smithson Tennant) (Smithson Tennant) ανέλυσε το μαύρο αδιάλυτο υπόλειμμα και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι θα πρέπει να περιέχει ένα νέο μέταλλο. Ταυτόχρονα και ανεξάρτητα, ο Βωκλέν κατεργάστηκε τη μαύρη σκόνη με αλκάλια και οξέα και πήρε ένα νέο πτητικό οξείδιο που νόμισε ότι αποτελούνταν από το νέο μέταλλο. Το ονόμασε μάλιστα ptene από την Ελληνική λέξη «πτηνό» (πτερωτό). Ο Τένναντ όμως που διέθετε μεγαλύτερη ποσότητα υπολείμματος, συνέχισε τις έρευνες. Θέρμανε ισχυρά το μαύρο κατάλοιπο σε κόκκινη φλόγα με υδροξείδιο του νατρίου, έψυξε το τήγμα και διέλυσε το υλικό σε νερό. Προέκυψε έτσι ένα κίτρινο διάλυμα, που περιείχε πιθανόν το ιόν cis-[Os(OH)2O4]2- και το OsO4 και είχε πολύ έντονη μυρωδιά. Με οξίνιση του διαλύματος πήρε ένα λευκό πτητικό οξείδιο, αναμφίβολα το OsO4, το οποίο απομόνωσε με απόσταξη και μελέτησε. Έκανε αναγωγή υδατικού διαλύματος του οξειδίου και πήρε μαύρο μεταλλικό όσμιο με κατεργασία με χαλκό, άργυρο ή ψευδάργυρο. Μαζί με το όσμιο, ο Τένναντ ανακάλυψε και το ιρίδιο και δημοσίευσε τις ανακαλύψεις του με επιστολή στη Βρετανική Βασιλική Εταιρεία στις 21 Ιουνίου του 1804. Το 1828 ο Berzelius μελέτησε ενώσεις του οσμίου και προσπάθησε να καθορίσει το ατομικό βάρος του. Στη συνέχεια έκανε το ίδιο και με το ιρίδιο. Στις 20 Νοεμβρίου 1828, στην προτελευταία δημοσίευσή του ένα μήνα πριν το θάνατό του, ο Wollaston περιγράφει τη μέθοδο του επίτευξης καθαρού OsO4. Από τα μέσα του 19ου αιώνα, το OsO4 άρχισε να χρησιμοποιείται στην προετοιμασία βιολογικών δειγμάτων για παρατήρηση στο οπτικό μικροσκόπιο. Η χρήση αυτή συνεχίζεται μέχρι τις μέρες μας και για το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Το 1897 ο Καρλ φον Ουέλσμπαχ (Carl von Welsbach) χρησιμοποίησε νήματα πυράκτωσης από όσμιο σε λαμπτήρες, ενώ στις αρχές του 20ού αιώνα, ο Φριτς Χάμπερ (Fritz Haber) αξιοποίησε σκόνη οσμίου και ουρανίου ως καταλύτες στην παραγωγή αμμωνίας από άζωτο και υδρογόνο, βιομηχανική τεχνική που ο ίδιος είχε επινοήσει. Αργότερα ο καταλύτης αυτός αντικαταστάθηκε από άλλους φθηνότερους. Το όσμιο βρίσκεται στη φύση ως ελεύθερο στοιχείο ή σε φυσικά κράματα ιδιαίτερα με ιρίδιο όπως το οσμιρίδιο (ή ιριδόσμιο). Το οσμιρίδιο περιέχει 15 - 40 % όσμιο και 80 - 50 % ιρίδιο. Είναι σπάνιο κράμα που βρίσκεται στη Ρωσία και στη Βόρεια και Νότια Αμερική. Το περισσότερο όμως όσμιο (λιγότερο πάντως από 100 Kg το χρόνο) παράγεται ως παραπροϊόν του ηλεκτροχημικού εξευγενισμού του νικελίου στα ορυχεία του Οντάριο στον Καναδά. Τα PGM συνδέονται µε τη µεταλλογένεση του χρωµίτη, καθώς και με τα κοιτάσµατα σουλφιδίων Cu-Ni. Έτσι, οι σπουδαιότερες, οικονομικής σημασίας, συγκεντρώσεις των PGΜ έχουν βρεθεί σε καθορισµένους στρωµατογραφικούς ορίζοντες συµπλεγµάτων στρωματόμορφου τύπου όπως το σύμπλεγμα Bushveld της Νότιας Αφρικής τα κοιτάσματα PGM του οποίου περιέχουν περίπου 1 % Os και τα κοιτάσματα νικελίου-χαλκού-PGM στο Νόριλσκ (Norilsk) της Σιβηρίας που περιέχουν επίσης 1 % Os. Μικρότερα αποθέματα έχουν βρεθεί στις Ηνωμένες Πολιτείες., σε προσχωσιγενή εδάφη στο Choco της Κολομβίας αλλά και στις άμμους ποταμών στα Ουράλια Όρη. Τα PGM εξορύσσονται συνήθως από υπόγεια ορυχεία και σπάνια από επιφανειακές εμφανίσεις. Ο αρχικός τεμαχισμός των βράχων γίνεται από τους εργάτες των ορυχείων με κομπρεσέρ ή με εκρηκτικά. Μετά τη μεταφορά στην επιφάνεια με ιμάντες ή βαγονάκια των μεγάλων κομματιών από το υπόγειο ορυχείο, αυτά τεμαχίζονται σε πολύ μικρά κομμάτια, απομακρύνονται οι προσμίξεις, για να αποκαλυφθούν τα ορυκτά που περιέχουν τα επιθυμητά μέταλλα και τέλος αλέθονται μέχρι να γίνουν σκόνη. Σ' αυτή τη φάση, ένας τόννος μεταλλεύματος συνήθως περιέχει 4 έως 7 γραμμάρια μετάλλων. Στη συνέχεια, με μια διαδικασία που ονομάζεται «επίπλευση αφρού», το μετάλλευμα αναμιγνύεται με νερό και χημικές ουσίες οπότε εμπλουτίζεται σε PGMs, προσκολλάται στις φυσαλίδες που δημιουργούνται από τη διαδικασία, επιπλέει στην επιφάνεια και απομακρύνεται. Το εμπλουτισμένο μετάλλευμα περιέχει τώρα από 100 έως 1000 γραμμάρια μετάλλων ανά τόνο. Το υπόλοιπο υλικό περνάει από τη διαδικασία άλεσης και επίπλευσης για δεύτερη φορά. Τα τελικά κατάλοιπα-απόβλητα είτε επιστρέφονται στο ορυχείο για να κλείσουν τα ανοικτά σημεία εξόρυξης, είτε απορρίπτονται σε απομακρυσμένα σημεία στην επιφάνεια του εδάφους, είτε υποβάλλονται σε πρόσθετη επεξεργασία για την ανάκτηση των άλλων μετάλλων που υπάρχουν, όπως νικέλιο ή χαλκός. Εν τω μεταξύ, το μετάλλευμα το οποίο μετά το νέο εμπλουτισμό περιέχει 1400 γραμμάρια μετάλλων ανά τόνο, μεταφέρεται στο κοντινό εργοστάσιο για περαιτέρω επεξεργασία. Εκεί ξηραίνεται σε θερμοκρασίες που μπορεί να είναι πάνω από 1500 °C και διαχωρίζεται από ανεπιθύμητα ορυκτά όπως του σιδήρου και του θείου, τα οποία απομακρύνονται με διοχέτευση ρευμάτων αέρα. Η τελική περιεκτικότητα σε πολύτιμα μέταλλα αντιπροσωπεύει ένα πολύ μικρό ποσοστό της αρχικής μάζας του μεταλλεύματος. Για παράδειγμα, στο ορυχείο Stillwater των Η.Π.Α. από 850.000 τόννους πρωτογενούς μεταλλεύματος, θα παραχθούν τελικά σε ετήσια βάση μόνο 15,5 τόννοι εξευγενισμένων PGM. Στο χυτήριο, το οποίο μπορεί να έχει μια ικανότητα επεξεργασίας έως και 100 τόνους/ημέρα, το μετάλλευμα κατεργάζεται σε ηλεκτρική κάμινο σε θερμοκρασίες κοντά στους 1600 °C για να απομακρυνθούν διάφορα άχρηστα υλικά και τελικά, μετά από διπλή επεξεργασία, προκύπτει μια «σκουριά» (matte) από PGMs και άλλα μέταλλα. Το matte υφίσταται περαιτέρω ηλεκτροχημική επεξεργασία κατά την οποία απομακρύνονται μέταλλα, όπως ο χαλκός, το νικέλιο και το κοβάλτιο, οπότε απομένει ένα μίγμα λεπτόκοκκων PGMs. Το τελικό βήμα στην παραγωγή είναι ο διαχωρισμός και ο καθαρισμός των PGMs σε ξεχωριστά μέταλλα. Αυτό είναι και το πιο δύσκολο κομμάτι της όλης διαδικασία και συνδυάζει χημικές μεθόδους, αποστάξεις και τεχνικές ανταλλαγής ιόντων. Η βασική διαδικασία διαχωρισμού του οσμίου από τα άλλα μέταλλα είναι, σε γενικές γραμμές, η εξής: Αν συνυπάρχουν χρυσός (Au) ή/και άργυρος (Ag) πρέπει να απομακρυνθούν. Το μίγμα μετάλλων πρώτα κατεργάζεται με βασιλικό νερό στο οποίο διαλύονται ο λευκόχρυσος (Pt), το παλλάδιο (Pd) και ο Au. Τα άλλα μέταλλα δηλαδή ρουθήνιο (Ru), όσμιο (Os), ρόδιο (Rh), ιρίδιο (Ir) και Ag μένουν ως αδιάλυτα χλωριούχα σύμπλοκα. Στη συνέχεια αυτά τα αδιάλυτα διαλύονται σε νιτρικό οξύ (HNO3) και τήγμα μολύβδου (Pb) οπότε απομακρύνονται ο Ag και ο Pb με μορφή νιτρικών αλάτων (AgNO3 και Pb(NO3)2). Τα αδιάλυτα που απομένουν είναι τα μέταλλα Ru, Os, Rh, Ir. Ακολουθεί σύντηξη με όξινο θειικό νάτριο (ΝaHSO4) και διάλυση στο νερό, οπότε απομονώνεται το διαλυτό θειικό ρόδιο(ΙΙΙ), Rh2(SO)3, ενώ τα άλλα μέταλλα (Ru, Os, Ir) μένουν αδιάλυτα, συντήκονται με υπεροξείδιο του νατρίου (Na2O2) και πλένονται με νερό οπότε απομένει ένα υπόλειμμα που περιέχει IrO2 από το οποίο θα απομονωθεί το ιρίδιο ενώ τα μέταλλα Ru και Os με μορφή ιόντων RuO42- και OsO42- απομακρύνονται με την πλύση. Ακολουθεί αντίδραση με αέριο χλώριο οπότε σχηματίζονται τα πτητικά οξείδια RuO4 και OsO4. Το RuO4 διαλύεται με υδροχλωρικό οξύ οπότε σχηματίζεται χλωρορουθηνικό οξύ και το Ru απομακρύνεται με επίδραση NH4Cl ως καθαρό χλωρορουθηνικό αμμώνιο. Σ' αυτό το σημείο μπορεί να απομονωθεί και να χρησιμοποιηθεί το OsO4 αν είναι επιθυμητό, αλλιώς διαλυτοποιείται σε αλκοολικό διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου και μετατρέπεται σε Na2[OsO2(OH)4]. Μετά με επίδραση χλωριούχου αμμωνίου (NH4Cl) το όσμιο ανακτάται ως καθαρό OsCl2O2(NH3)4. Εξάτμιση μέχρι ξηρού και αντίδραση με αέριο υδρογόνο δίνει τελικά καθαρό όσμιο: OsCl2O2(NH3)4 + 3H2 → Os + 2NH4Cl + 2NH3 + 2H2O Η μέση τιμή σποτ (spot) αγοράς και πώλησης του οσμίου την 25η Αυγούστου 2017 ήταν 380 δολάρια/ουγγιά.Το όσμιο πωλείται συνήθως ως σκόνη καθαρότητας 99 %. Όπως και τα άλλα ευγενή μέταλλα, η ποσότητά του μετριέται και σε ουγγιές αλλά και σε γραμμάρια. Επειδή οι χρήσεις του οσμίου είναι περιορισμένες, είναι μαζί με το ρουθήνιο τα φθηνότερα από τα PGMs. Για αρκετά χρόνια, η μέση τιμή του οσμίου ήταν πολύ χαμηλή. Από το 1930 έως και το 1998, υπάρχουν τρεις περίοδοι στη μέση τιμή του οσμίου: Από το 1930 έως και το 1946, η τιμή ήταν περίπου 57 δολάρια/ουγγιά, από το 1947 έως και το 1964 ήταν 109 δολάρια /ουγγιά και από το 1965 έως και το 1998 ήταν 346 δολάρια/ουγγιά Το όσμιο είναι εξαιρετικά δύστηκτο μέταλλο. Έχει τα υψηλότερα σημεία τήξης και βρασμού και τις μεγαλύτερες ενθαλπίες τήξης και εξάτμισης από όλα τα μέταλλα της ομάδας του λευκόχρυσου. Κρυσταλλώνεται στο εξαγωνικό σύστημα και γίνεται υπεραγώγιμο στους -272,49 °C. Ένα κράμα που περιέχει όσμιο, γερμάνιο και πρασινοδύμιο και αντιστοιχεί στον τύπο Pr3Os4Ge13 γίνεται υπεραγώγιμο στους -257,15 °C. Το όσμιο είναι παραμαγνητικό μέταλλο διότι έχει μονήρη ηλεκτρόνια τα οποία συμπεριφέρονται ως στοιχειώδεις μαγνήτες και έλκονται από μαγνητικά πεδία. Η τάση των ατμών του είναι αμελητέα και η μικρότερη όλων των PGMs: στους 2889 °C είναι μόνο 10−5 Atm και φθάνει στην 1 Atm στους 4983 °C. Μηχανικές ιδιότητες Το όσμιο έχει σκληρότητα ισχυρά ανισότροπη, επειδή δεν ανήκει στο κυβικό σύστημα, και μεγαλύτερη (κατά Brinell και Young) από όλα τα χημικά στοιχεία. Κράμα που περιέχει 20 % Pt και 80 % Os έχει σκληρότητα 578 HV μεγαλύτερη ακόμη και από του καθαρού οσμίου (560 HV). Το όσμιο έχει πολύ μικρή συμπιεστότητα και αντίστοιχα έχει πολύ μεγάλο μέτρο ελαστικότητας όγκου που κυμαίνεται μεταξύ 395 GPa και 462 GPa και είναι συγκρίσιμο μόνο με αυτό του διαμαντιού (443 GPa). Παρόλα αυτά όμως το όσμιο είναι λιγότερο σκληρό από το διαμάντι.Θερμικές ιδιότητες Έχει μεγαλύτερη ειδική θερμότητα από το Pd και τον Pt και μικρότερη από τα άλλα PGMs. Οπτικές ιδιότητες Οι οπτικές ιδιότητες του οσμίου είναι ανισότροπες επειδή δεν κρυσταλλώνεται στο κυβικό σύστημα. Μετρήσεις του συντελεστή διάθλασης (n) για την περιοχή του ορατού φωτός (400 nm - 700 nm) σε κατεργασμένο πολυκρυσταλλικό συσσωμάτωμα με τυχαίο προσανατολισμό των κρυστάλλων έδωσαν n από 4,05 έως 3,76 πράγμα που οφείλεται στη μεγάλη πυκνότητα του Os. Στην υπεριώδη περιοχή, το όσμιο παρουσιάζει μεγάλη ανακλαστικότητα. Για παράδειγμα σε μήκος κύματος 60 nm έχει διπλάσια ανακλαστικότητα από το χρυσό ή το λευκόχρυσο.Ηλεκτρικές ιδιότητες Το Os είναι άριστος αγωγός του ηλεκτρικού ρεύματος. Έχει την 19η μεγαλύτερη ηλεκτρική αγωγιμότητα από όλα τα χημικά στοιχεία και την 4η μεγαλύτερη μεταξύ των PGMs (μετά από το ρόδιο, το ιρίδιο και το ρουθήνιο).Πυκνότητα Η πολύ μεγάλη πυκνότητα του οσμίου οφείλεται στο φαινόμενο της συστολής των λανθανιδών: Επειδή τα f ηλεκτρόνια δεν προστατεύουν επαρκώς τα ηλεκτρόνια των εξωτερικών στιβάδων, η αύξηση του πυρηνικού φορτίου στα 15 χημικά στοιχεία των λανθανιδών έχει ως συνέπεια την ισχυρότερη έλξη του ηλεκτρονικού περιβλήματος με αποτέλεσμα να ελαττώνεται η ακτίνα των ατόμων όταν αυξάνεται ο ατομικός αριθμός. Έτσι τα χημικά στοιχεία γίνονται πιο «πυκνά». Το φαινόμενο αυτό επεκτείνεται και στα άλλα στοιχεία προς τα δεξιά της 6ης περιόδου του περιοδικού πίνακα στην οποία ανήκουν οι λανθανίδες. Έτσι, η περίοδος αυτή έχει πολύ πυκνά στοιχεία όπως το βολφράμιο (19,25 g/cm3), το ρήνιο (21,02 g/cm3), το ιρίδιο (22,56 g/cm3), το λευκόχρυσο (21,45 g/cm3), το χρυσό (19,25 g/cm3), το όσμιο αλλά και το χάσσιο, το πυκνότερο όλων των στοιχείων (41 g/cm3). Η διαφορά στην πυκνότητα που έχει μετρηθεί μεταξύ οσμίου και ιριδίου είναι πολύ μικρή. Σήμερα γνωρίζουμε ότι το όσμιο έχει πυκνότητα 22.587±0.009 g/cm3 και το ιρίδιο 22.562 ± 0.009 g/cm3. Σε υγρή κατάσταση το όσμιο έχει πυκνότητα 20 g/cm3. Το όσμιο ανήκει στη γ' σειρά των μεταβατικών μετάλλων (ή στοιχείων) ή στοιχείων μετάπτωσης. Στα μέταλλα μετάπτωσης ανήκουν τα χημικά στοιχεία που έχουν ασυμπλήρωτη την ομάδα των d ατομικών τροχιακών της προτελευταίας ηλεκτρονιακής στιβάδας. Το φάσμα εκπομπής του Os είναι περίπλοκο επειδή διαθέτει πολλά τροχιακά παραπλήσιας ενέργειας και τα ηλεκτρόνια έχουν πολλές επιλογές όταν μεταβαίνουν από το ένα τροχιακό στο άλλο. Οι μεταβάσεις αυτές προϋποθέτουν απορρόφηση ενέργειας και στη συνέχεια επανεκπομπή της. Έτσι παρουσιάζεται το διάχυτο φάσμα εκπομπής και γι' αυτό το όσμιο ανήκει στο d-block (το d στα αγγλικά αντιπροσωπεύει τη λέξη diffuse που σημαίνει διάχυτος). Οι ενέργειες ιονισμού (σε KJ/mol) των σταδιακών μετατροπών του οσμίου σε ιόντα από Os+ έως Os8+ καθώς και τα δυναμικά ημιαντιδράσεων αναγωγής διαφόρων ενώσεων και ιόντων του Os, βρίσκονται στους «κρυμμένους» πίνακες που ακολουθούν : Όπως φαίνεται σ' αυτούς τους πίνακες, το κανονικό δυναμικό αναγωγής της αντίδρασης: Os2+ + 2e- ⇆ Os είναι θετικό (+ 0,85 V) πράγμα που σημαίνει ότι το μέταλλο βρίσκεται μετά το υδρογόνο στην ηλεκτροχημική σειρά των μετάλλων, δεν αντικαθιστά το Η στις ενώσεις του (π.χ οξέα) και χημικώς θεωρείται ευγενές μέταλλο. Όπως όλα τα μέταλλα της ομάδας του λευκόχρυσου, το όσμιο είναι σχετικά χημικά αδρανές, αδιάλυτο σε όλα τα οξέα, ανόργανα και οργανικά ακόμη και στο βασιλικό νερό. Σκόνη Os αντιδρά αργά με το οξυγόνο στους 25 °C. Όταν θερμανθεί αντιδρά με φθόριο και χλώριο στους 100 °C περίπου, προσβάλλεται από διαλύματα υδροχλωρικού οξέος, από οξειδωτικά αντιδραστήρια και από λιωμένα αλκάλια.Επίδραση οξέων Το όσμιο δε διαβρώνεται από το πυκνό θειικό οξύ, H2SO4, ούτε από πυκνό υδροφθορικό, HF, και υδροχλωρικό, HCl. Μέτρια διάβρωση παρατηρείται μόνο από HCl 36 % και HBr 36 % στους 100 °C. Μόνο το πυκνό νιτρικό οξύ, HNO3 62 % και το βασιλικό νερό διαβρώνουν σοβαρά το όσμιο σε όλες τις θερμοκρασίες. Το πυκνό υδροϊωδικό οξύ διαβρώνει μέτρια το όσμιο και στους 20 °C και στους 100 °C.Επίδραση βάσεων Με υδροξείδιο καλίου (KOH) σχηματίζεται η ασταθής ένωση OsO4.2KOHΕπίδραση αλάτων Το υποχλωριώδες νάτριο (NaOCl) διαβρώνει σοβαρά το όσμιο και σε χαμηλή και σε υψηλή θερμοκρασία.Αντιδράσεις του οσμίου με το Ο2 Δεν υπάρχει οξείδιo του Os(V), ενώ για το Os(VII) και το Os(VI) υπάρχουν οξοσύμπλοκα της μορφής OsO4- και OsOCl4. Το οξείδιο του οσμίου(IV), OsO2, σχηματίζεται με ήπια αναγωγή από το OsO4. Το οξείδιο του οσμίου(VIII), OsO4, σχηματίζεται έμμεσα με οξείδωση διαφόρων ενώσεων του οσμίου, με απευθείας σύνθεση στους 300 - 800 °C όταν χρησιμοποιηθεί συμπαγές κομμάτι οσμίου και σε θερμοκρασία δωματίου όταν χρησιμοποιηθεί σκόνη Os: Os + 2O2 → OsO4Αντιδράσεις του οσμίου με τα αλογόνα Δεν έχει επιβεβαιωθεί η ύπαρξη αλογονιδίων στα οποία το όσμιο να έχει αριθμό οξείδωσης μικρότερο του +3.Φθορίδια: Το OsF7, υπάρχει μόνο σε υψηλές πιέσεις ενώ δεν υπάρχει το OsF8. Το φθοριούχο όσμιο(V), OsF5, σχηματίζεται έμμεσα. Όπως πολλά βαριά μέταλλα, έτσι και το όσμιο(VI) σχηματίζει πτητικό φθορίδιο. Το κίτρινο φθοριούχο όσμιο(VI) προκύπτει σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση και στους 250-300 °C : Os + 3F2 → OsF6Χλωρίδια: Το χλωριούχο όσμιο(ΙΙΙ) σχηματίζεται έμμεσα. Το μαύρο χλωριούχο όσμιο(IV) OsCl4 σχηματίζεται σε δύο μορφές. Σε χαμηλή θερμοκρασία παράγεται έμμεσα, ενώ στους 700 °C προκύπτει με απευθείας αντίδραση: Os + 2Cl2 → OsCl4Βρωμίδια: Το βρωμιούχο όσμιο(ΙΙΙ) σχηματίζεται έμμεσα. Το μαύρο βρωμιούχο όσμιο(IV) OsBr4 σχηματίζεται έμμεσα στους 330 °C και στις 120 Atm, ενώ στους 470 °C και στις 10 Atm προκύπτει από την αντίδραση: Os + 2Br2 → OsBr4Ιωδίδια: Το ιωδιούχο όσμιο(ΙΙΙ), OsI3, σχηματίζεται έμμεσα. Το Os έχει επτά φυσικά ισότοπα, πέντε από τα οποία είναι σταθερά: 187Os, 188Os, 189Os, 190Os και το πιο συχνό 192Os. Τα άλλα δύο, 184Os και 186Os, έχουν τόσο μεγάλο χρόνο ημιζωής, που πρακτικά θεωρούνται σταθερά. Το 187Os προκύπτει από το 187Re (ημιζωή 4.56x1010 χρόνια) με β--διάσπαση και μετριέται συνήθως από το λόγο 187Os/188Os. Αυτός ο λόγος, όπως και ο 187Re/187Os, χρησιμοποιείται για τη χρονολόγηση εξωγήινων αντικειμένων όπως οι μετεωρίτες. Έχει επίσης χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη του παλαιοκλίματος δηλαδή των καιρικών συνθηκών του παρελθόντος, αλλά και στον καθορισμό της ηλικίας του μανδύα της Γης. Η κυριότερη όμως χρήση του οσμίου (μαζί με το ιρίδιο) είναι η χρονολόγηση του χαλαζιακού στρώματος στο όριο Κ-Τ (Κρητιδικής και Τριτογενούς γεωλογικής περιόδου), το οποίο σηματοδοτεί την εξαφάνιση των δεινοσαύρων πριν 65 εκατομμύρια χρόνια. Το μεταλλικό όσμιο δεν είναι τοξικό. Η πολύ λεπτή σκόνη του είναι εύφλεκτη. Το μεταλλικό όσμιο δεν προσβάλλεται από το οξυγόνο της ατμόσφαιρας αλλά η σκόνη του αντιδρά με το οξυγόνο σε θερμοκρασία δωματίου σχηματίζοντας το πτητικό OsO4. Στο οξείδιο αυτό μετατρέπονται επίσης ορισμένες ενώσεις του οσμίου παρουσία οξυγόνου. Το γεγονός αυτό καθιστά το OsO4 την κύρια πηγή επαφής του οσμίου με το περιβάλλον. Το οξείδιο είναι εξαιρετικά ασταθές και διαπερνά το δέρμα εύκολα, είναι πολύ τοξικό μέσω της εισπνοής, της κατάποσης και της επαφής με το δέρμα. Ακόμη και μικρές συγκεντρώσεις ατμών οξειδίου του οσμίου (VIII) μπορούν να προκαλέσουν σοβαρές βλάβες στους πνεύμονες, στο δέρμα και στα μάτια και θα πρέπει επομένως να χρησιμοποιηθεί απαγωγός αερίων. Το OsO4, επειδή είναι ισχυρότατο οξειδωτικό, ανάγεται εύκολα προς OsO2 που είναι σχετικά αδρανές, αν αντιδράσει με πολυακόρεστα φυτικά έλαια, όπως το καλαμποκέλαιο. Δεν υπάρχουν στοιχεία για την τοξικότητα του οσμίου στα τρόφιμα γιατί οι συγκεντρώσεις του είναι εξαιρετικά χαμηλές. Οι περισσότερες ενώσεις του οσμίου (αλλά και γενικά των στοιχείων μετάπτωσης) είναι έγχρωμες γιατί ο αριθμός των διαθέσιμων τροχιακών στα οποία μπορεί να μεταπηδήσει ένα ηλεκτρόνιο όταν διεγερθεί είναι μεγάλος, οπότε η ενέργεια που χρειάζεται για να αλλάξει τροχιακό είναι πολύ μικρή και η ενέργεια της ορατής περιοχής του φάσματος είναι επαρκής. Έτσι, απορροφούνται ορισμένα μήκη κύματος του ορατού φωτός και οι ενώσεις φαίνονται έγχρωμες.Το όσμιο, το ρουθήνιο και το ξένο παρουσιάζουν, μεταξύ άλλων, το μεγαλύτερο αριθμό οξείδωσης από όλα τα χημικά στοιχεία: +8. Οι συνηθέστερες βαθμίδες οξείδωσής του Os είναι +2 ([Os(CO)6]2+), +3 (OsI3), +4 (OsBr4), +8 (OsO4). Επίσης αναφέρονται και οι αριθμοί οξείδωσης +1 (OsI), +5 (OsF5), +6 (OsF6), +7(OsOF5). Οι αριθμοί οξείδωσης −1 και −2 εμφανίζονται σε δύο δραστικές ενώσεις, Na2[Os4(CO)13] και Na2[Os(CO)4] αντίστοιχα, οι οποίες χρησιμοποιούνται στη σύνθεση βοτρυοειδών (cluster) συμπλόκων δηλαδή αυτών που έχουν τρία ή περισσότερα άτομα μετάλλου ενωμένα όλα μεταξύ τους. Με θέρμανση με θείο σχηματίζεται το θειούχο όσμιο(IV), OsS2. Το όσμιο δε σχηματίζει σταθερά δυαδικά υδρίδια, αλλά πολύ πρόσφατα θερμάνθηκαν υπό πίεση μίγματα του μετάλλου με υδρίδια μετάλλων αλκαλικών γαιών σε ατμόσφαιρα υδρογόνου, οπότε προέκυψαν ενώσεις των μορφών M2OsH6 (M = Mg, Ca, Sr, Ba) και Li4OsH6. Παρόλο που δεν έχει επιβεβαιωθεί η ύπαρξη του OsF8, υπάρχουν οξο-φθορίδια του Os+8, όπως τα OsO2F4 και OsO3F2. Η πιο ενδιαφέρουσα ένωση του οσμίου είναι το οξείδιο του οσμίου(VIII), OsO4, το οποίο ονομάζεται και "οσμικό οξύ". Είναι ιδιαίτερα τοξική ένωση ακόμη και σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις και πρέπει να αντιμετωπίζεται με μεγάλη προσοχή. Όταν είναι καθαρό είναι άχρωμο αλλά συνήθως είναι επιμολυσμένο με πολύ μικρές ποσότητες καφεκίτρινου οξειδίου του Os(IV) (OsO2) οπότε αποκτά μια κιτρινωπή χροιά. Το OsO4 εξαχνώνεται, περνά δηλαδή απευθείας από την στερεή στην αέρια φάση, σε θερμοκρασία δωματίου και έχει χαρακτηριστική δηκτική οσμή, παρόμοια με εκείνη του όζοντος. Είναι τόσο ισχυρή η τάση του να προστίθεται σε διπλούς δεσμούς, ώστε αντιδρά και με το μπακμινστερφουλλερένιο-C60. Δρα ως ισχυρότατο οξειδωτικό οξειδώνοντας τα αλκένια προς κορεσμένες 1,2-διόλες, όπως φαίνεται στον παρακάτω μηχανισμό: Έχει παρασκευαστεί μια μεγάλη ποικιλία μεταλλοκαρβονυλίων στα οποία το όσμιο έχει αριθμό οξείδωσης 0 : Os(CO)5, Os2(CO)9, Os3(CO)12, Os4(CO)x (x = 14, 15, 16), Os5(CO)y (y = 16, 18, 19), Os6(CO)z (z = 18, 21), Os7(CO)21, Os8(CO)23 και Os10(CO)26. Από τα σύμπλοκα με Os(IΙI) μεγάλη σημασία για τη συνθετική οργανική χημεία έχει το κατιόν [Os(NH3)5(N2)]2+ από το οποίο παράγονται πάρα πολλά σύμπλοκα με αμμωνία (ΝΗ3). Στα σύμπλοκα με άζωτο, το μόριο του Ν2 μπορεί να συναρμόζεται με ένα ή δύο κεντρικά άτομα με γραμμική διάταξη Os–N≡N ή Os–N≡N–Os, ή το Ν2 να συναρμόζεται πλευρικά με το κεντρικό άτομο. Επειδή το μήκος του δεσμού Ν–Ν στα σύμπλοκα είναι ελάχιστα μεγαλύτερο από ότι στο ελεύθερο στοιχειακό άζωτο, έπεται ότι και στα σύμπλοκα υπάρχει ο τριπλός δεσμός Ν≡Ν. Στα σύμπλοκα αυτά το Ν2 εύκολα μετατρέπεται σε ΝΗ3 και η εύρεση του μηχανισμού ίσως εξηγήσει τον τρόπο με τον οποίο τα φυτά δεσμεύουν ατμοσφαιρικό άζωτο και το μετατρέπουν σε ΝΗ3. Τα σύμπλοκα που περιέχουν Os(VII) και Os(VIIΙ) είναι λίγα όπως π.χ. το [Os(N)O3]– που περιέχει τριπλό δεσμό μεταξύ οσμίου και αζώτου. Αντιθέτως, υπάρχουν πολλά σύμπλοκα με Os(VI) όπως τα πολύ σημαντικά σύμπλοκα με φωσφίνη π.χ. OsO2X2(PR3)2 (Χ = Cl, Br και PR3 = PMe2Ph, PEt2Ph, PPh3, κλπ τα οποία σχηματίζουν και τα άλλα μέταλλα της ομάδας του λευκόχρυσου. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το σύμπλοκο οσμικό ανιόν, [OsO2(OH)4]2–. Παρόλο που είναι οκταεδρικό με d2 διαμόρφωση, δεν είναι παραμαγνητικό αλλά διαμαγνητικό και σ' αυτό το όσμιο έχει αριθμό οξείδωσης +6. Η cis-μορφή του προκύπτει από την επίδραση αλκαλίων στο οξείδιο του οσμίου(VIII), OsO4. Το οσμικό κάλιο, K2[OsO2(OH)4], παράγεται από τη διάλυση του OsO4 σε αιθανολικό διάλυμα υδροξειδίου του καλίου (KOH) και χρησιμοποιείται ως καταλύτης σε διάφορες αντιδράσεις όπως η ασύμμετρη υδροξυλίωση Sharpless αλλά και στην προκατεργασία δειγμάτων για παρατήρηση στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Το όσμιο σχηματίζει επίσης μεγάλη ποικιλία υδριδο-συμπλόκων όπως OsH6(PR3)2, OsH4(PR3)3 και OsH2(PR3)4, νιτροζυλοσυμπλόκων όπως π.χ. Os(NO)2(PPh3)2, αλκυλο- και άρυλο-συμπλόκων, ιμιδο-συμπλόκων κ.ά. Το 1897 ένας Αυστριακός χημικός, ο Καρλ φον Ουέλσμπαχ (Carl von Welsbach), επινόησε μια λάμπα πυράκτωσης με νήμα από όσμιο, την οποία και εμπορεύθηκε ο ίδιος από το 1902. Μετά από λίγα χρόνια όμως, το όσμιο αντικαταστάθηκε από βολφράμιο που έχει υψηλότερο σημείο τήξης από όλα τα χημικά στοιχεία και έτσι η λάμπα φωτοβολεί εντονότερα ενώ παρατείνεται και η διάρκεια ζωής της.Οι βελόνες στους πρώτους φωνογράφους ήταν από όσμιο, ιδίως για δίσκους 78 στροφών, αλλά αργότερα στις βελόνες των πικ-απ 45 και 33 στροφών το μέταλλο αντικαταστάθηκε από ζαφείρια και συνθετικά διαμάντια.Το όσμιο σήμερα χρησιμοποιείται με μορφή κραμάτων με άλλα μέταλλα και σπάνια σε καθαρή κατάσταση. Τα κράματα του οσμίου, όπως το οσμιρίδιο, είναι πολύ σκληρά και χρησιμοποιούνται, μαζί με τα άλλα PGMs, σε εφαρμογές στις οποίες απαιτούνται υψηλή αντοχή στη διάβρωση και μεγάλη σκληρότητα όπως σε στυλογράφους, ηλεκτρικές επαφές μηχανικών διακοπτών, διατρητικά εργαλεία κλπ. Κράμα αποτελούμενο από 90 % λευκόχρυσο και 10 % όσμιο χρησιμοποιείται σε χειρουργικά εμφυτεύματα όπως οι βηματοδότες και για αντικατάσταση πνευμονικών βαλβίδων. Το OsO4 χρησιμοποιείται επίσης σε πολλές περιπτώσεις στην οργανική σύνθεση επειδή περιέχει το μέταλλο με το μέγιστο αριθμό οξείδωσης και επομένως αυτός μπορεί μόνο να ελαττωθεί δηλαδή να υποστεί το οξείδιο αναγωγή. Επίσης, επειδή μετατρέπει τους ακόρεστους δεσμούς C-C σε κορεσμένους, χρησιμοποιείται ως παράγοντας χρώσης λιπιδίων σε βιολογικά παρασκευάσματα για το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης και το οπτικό μικροσκόπιο βελτιώνοντας σημαντικά την αντίθεση (contrast) της εικόνας καθώς και για την παρασκευή σκευασμάτων ανίχνευσης δακτυλικών αποτυπωμάτων. Μια άλλη ένωση του οσμίου, το σιδηρικυανιούχο όσμιο (OsFeCN), έχει παρόμοια δράση και χρησιμοποιείται στη βιολογία για τον ίδιο σκοπό.Όπως το παλλάδιο, έτσι και η σκόνη οσμίου απορροφά αποτελεσματικά το υδρογόνο. Έτσι το όσμιο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως ηλεκτρόδιο σε μπαταρίες μεταλλικών υδριδίων. Ωστόσο, το όσμιο είναι ακριβό και αντιδρά με υδροξείδιο του καλίου που είναι ο πιο κοινός ηλεκτρολύτης των μπαταριών.Η υψηλή ανακλαστικότητα του οσμίου στην υπεριώδη περιοχή (σε μήκη κύματος μικρότερα των 100 nm) είναι επιθυμητή σε κάτοπτρα μικρού μεγέθους που χρησιμοποιήθηκαν πολλές φορές σε φασματοφωτόμετρα υπεριώδους (UV) φωτός στα διαστημικά λεωφορεία. Αποδείχθηκε όμως ότι οι ελεύθερες ρίζες οξυγόνου της ανώτερης ατμόσφαιρας οξείδωναν το λεπτό φιλμ οσμίου σχηματίζοντας οξείδιο. Οι επιστρώσεις λευκόχρυσου και ιριδίου που τοποθετήθηκαν για σύγκριση συμπεριφέρθηκαν πολύ καλύτερα. Λευκόχρυσος Παλλάδιο Ιρίδιο Ρόδιο Ρουθήνιο Theodore Gray : Elements Display Mineral Species containing Osmium (Os) Library of Inorganic Structures : Os Pictures of Osmium, its minerals and applications Molecule of the month : OsO4 BBC News Online. "What is Osmium tetroxide"