Osmium

Osmium () adalah sebuah unsur kimia dengan lambang Os dan nomor atom 76. Ia adalah sebuah logam transisi yang keras, rapuh, berwarna putih kebiruan dalam golongan platina yang ditemukan sebagai unsur jejak dalam paduan, kebanyakan dalam bijih platina. Osmium adalah unsur alami yang paling padat. Ketika diukur secara eksperimental menggunakan kristalografi sinar-X, ia memiliki kepadatan sebesar . Pabrikan menggunakan paduannya dengan platina, iridium, dan logam golongan platina lainnya untuk membuat ujung pulpen, kontak listrik, dan aplikasi lain yang membutuhkan daya tahan dan kekerasan ekstrem.

Osmium adalah salah satu unsur paling langka di kerak Bumi, yang jumlahnya hanya 50 bagian per triliun (ppt). Ia diperkirakan membentuk sekitar 0,6 bagian per miliar di alam semesta sehingga merupakan logam berharga yang paling langka.

Karakteristik

Sifat fisik

Osmium memiliki warna biru keabu-abuan dan merupakan unsur stabil yang paling padat; ia kira-kira dua kali lebih padat daripada timbal dan sedikit lebih padat daripada iridium. Perhitungan kepadatan dari data difraksi sinar-X dapat menghasilkan data yang paling andal untuk unsur-unsur ini, memberikan nilai  untuk osmium, sedikit lebih padat daripada iridium pada ; kedua logam tersebut hampir 23 kali lebih padat dari air, dan  kali lebih padat dari emas. 

Reflektivitas kristal tunggal osmium adalah kompleks dan sangat bergantung pada arah, dengan cahaya dalam panjang gelombang merah dan inframerah-dekat akan diserap lebih kuat ketika terpolarisasi sejajar dengan sumbu kristal c daripada ketika terpolarisasi tegak lurus terhadap c; polarisasi sejajar-c juga sedikit lebih tercermin dalam kisaran ultraungu-tengah. Reflektivitas akan mencapai minimum tajam pada sekitar 1,5 eV (inframerah-dekat) untuk polarisasi sejajar-c dan pada 2,0 eV (oranye) untuk polarisasi tegak-lurus-c, dan puncak keduanya dalam spektrum kasatmata adalah sekitar 3,0 eV (biru-ungu).

Osmium adalah sebuah logam keras tapi rapuh yang tetap berkilau bahkan pada suhu tinggi. Ia memiliki kompresibilitas yang sangat rendah. Sejalan dengan itu, modulus curahnya sangat tinggi, dilaporkan antara  dan , yang menyaingi intan (). Kekerasan osmium terbilang cukup tinggi pada . Karena kekerasannya, kerapuhannya, tekanan uapnya yang rendah (paling rendah dari logam golongan platina), dan titik leburnya yang sangat tinggi (tertinggi keempat dari semua unsur, setelah karbon, wolfram, dan renium), osmium padat sulit dikerjakan, dibentuk, atau dikerjakan dengan mesin.

Sifat kimia

Osmium membentuk berbagai senyawa dengan keadaan oksidasi mulai dari −4 hingga +8. Keadaan oksidasi yang paling umum adalah +2, +3, +4, dan +8. Keadaan oksidasi +8 terkenal sebagai yang tertinggi yang dicapai oleh unsur kimia apa pun selain dari +9 iridium dan hanya ditemui pada xenon, rutenium, hasium, iridium, dan plutonium. Keadaan oksidasi −1 dan −2 yang diwakili oleh dua senyawa reaktif  dan  digunakan dalam sintesis senyawa gugus osmium.

Senyawa paling umum yang menunjukkan keadaan oksidasi +8 adalah osmium tetroksida. Senyawa beracun ini terbentuk ketika bubuk osmium terpapar udara. Ia adalah padatan kristalin yang sangat volatil, larut dalam air, dan berwarna kuning pucat dengan bau yang kuat. Bubuk osmium memiliki bau khas osmium tetroksida. Osmium tetroksida membentuk osmat () merah saat bereaksi dengan basa. Dengan amonia, ia membentuk nitrido-osmat . Osmium tetroksida mendidih pada suhu 130 °C dan merupakan sebuah oksidator kuat. Sebaliknya, osmium dioksida () memiliki warna hitam, tidak volatil, serta lebih tidak reaktif dan beracun.

Hanya dua senyawa osmium yang memiliki aplikasi utama: osmium tetroksida untuk pewarnaan jaringan dalam mikroskop elektron dan untuk oksidasi alkena dalam sintesis organik, dan osmat yang tidak volatil untuk reaksi oksidasi organik.

Osmium pentafluorida () telah diketahui, tetapi osmium trifluorida () belum disintesis. Keadaan oksidasi yang lebih rendah distabilkan oleh halogen yang lebih besar, sehingga triklorida, tribromida, triiodida, dan bahkan diiodida telah diketahui. Keadaan oksidasi +1 hanya diketahui untuk osmium monoiodida (OsI), sedangkan beberapa kompleks karbonil osmium, seperti triosmium dodekakarbonil (), mewakili keadaan oksidasi 0.

Secara umum, keadaan oksidasi osmium yang lebih rendah distabilkan oleh ligan yang merupakan donor-σ (seperti amina) dan akseptor-π (heterosiklik yang mengandung nitrogen). Keadaan oksidasi yang lebih tinggi distabilkan oleh donor-σ dan -π yang kuat, seperti  dan .

Meskipun memiliki jangkauan senyawa yang luas dalam berbagai keadaan oksidasi, osmium dalam bentuk curah pada suhu dan tekanan biasa stabil di udara, menolak serangan semua asam, termasuk air raja, tetapi dapat diserang oleh alkali yang menyatu, asam nitrat panas, dan air raja panas.

Isotop

Osmium memiliki tujuh isotop alami, dengan lima di antaranya stabil: , , , , dan (yang paling melimpah) .  mengalami peluruhan alfa dengan waktu paruh yang begitu lama sebesar  tahun, kira-kira  kali usia alam semesta, sehingga untuk tujuan praktis dapat dianggap stabil.  juga diketahui mengalami peluruhan alfa dengan waktu paruh  tahun. Peluruhan alfa diprediksi untuk semua isotop alami lainnya, tetapi hal ini tidak pernah teramati, mungkin karena waktu paruh yang sangat panjang. Diperkirakan bahwa  dan  dapat mengalami peluruhan beta ganda, namun radioaktivitasnya belum teramati.

 adalah turunan dari  (waktu paruh  tahun) dan digunakan secara luas dalam penanggalan terestrial serta batuan meteorik (lihat penanggalan renium–osmium). Ia juga telah digunakan untuk mengukur intensitas pelapukan benua selama waktu geologis dan untuk menetapkan usia minimum untuk stabilisasi akar mantel kraton benua. Peluruhan ini adalah alasan mengapa mineral kaya renium sangat kaya akan . Namun, aplikasi isotop osmium yang paling menonjol dalam geologi adalah dalam hubungannya dengan kelimpahan iridium, untuk mengarakterisasi lapisan kuarsa terkejut di sepanjang batas Kapur–Paleogen yang menandai kepunahan dinosaurus non-unggas 65 juta tahun yang lalu.

Sejarah
Osmium ditemukan pada tahun 1803 oleh Smithson Tennant dan William H. Wollaston di London, Inggris. Penemuan osmium memiliki kaitan dengan platina dan logam lain dari golongan platina. Platina mencapai Eropa sebagai platina ("perak kecil"), pertama kali ditemukan pada akhir abad ke-17 di tambang perak di sekitar Departemen Chocó, Kolombia. Penemuan bahwa logam ini bukanlah paduan, tetapi unsur baru yang berbeda, diterbitkan pada tahun 1748. Kimiawan yang mempelajari platina melarutkannya dalam air raja (sebuah campuran asam klorida dan nitrat) untuk membuat garam yang larut. Mereka selalu mengamati sejumlah kecil residu yang gelap dan tidak larut. Joseph L. Proust berpikir bahwa residu itu adalah grafit. Victor Collet-Descotils, A. François, comte de Fourcroy, dan Louis N. Vauquelin juga mengamati iridium dalam residu platina hitam tersebut pada tahun 1803, tetapi tidak memperoleh bahan yang cukup untuk percobaan lebih lanjut. Kemudian, dua kimiawan Prancis Fourcroy dan Vauquelin mengidentifikasi sebuah logam dalam residu platina yang mereka sebut ptène.

Pada tahun 1803, Smithson Tennant menganalisis residu yang tidak larut tersebut dan menyimpulkan bahwa itu pasti mengandung sebuah logam baru. Vauquelin mengolah bubuk itu secara bergantian dengan alkali dan asam dan memperoleh sebuah oksida baru yang volatil, yang dia yakini berasal dari logam baru ini—yang dia beri nama ptene, dari kata Yunani  (ptènos) yang berarti "bersayap". Namun, Tennant, yang memiliki keuntungan dari jumlah residu yang jauh lebih besar, melanjutkan penelitiannya dan mengidentifikasi dua unsur yang sebelumnya belum ditemukan dalam residu hitam tersebut, iridium dan osmium. Dia memperoleh sebuah larutan kuning (kemungkinan cis–[Os(OH)2O4]2−) melalui reaksi dengan natrium hidroksida pada panas merah (red heat). Setelah pengasaman, dia mampu menyaring OsO4 yang terbentuk. Dia menamainya osmium dari bahasa Yunani osme yang berarti "bau", karena bau seperti abu dan asap dari osmium tetroksida yang volatil. Penemuan unsur baru ini didokumentasikan dalam sebuah surat kepada Royal Society pada 21 Juni 1804.

Uranium dan osmium adalah katalis sukses awal dalam proses Haber, reaksi fiksasi nitrogen antara nitrogen dan hidrogen untuk menghasilkan amonia, memberikan hasil yang cukup untuk membuat proses tersebut sukses secara ekonomi. Pada saat itu, sebuah grup di BASF yang dipimpin oleh Carl Bosch membeli sebagian besar pasokan osmium dunia untuk digunakan sebagai katalis. Tak lama kemudian, pada tahun 1908, katalis yang lebih murah yang berdasar pada besi dan besi oksida diperkenalkan oleh grup yang sama untuk pabrik percontohan pertama, menghilangkan kebutuhan akan osmium yang mahal dan langka.

Osmium saat ini diperoleh terutama dari pengolahan bijih platina dan nikel.

Keterjadian

Osmium adalah unsur stabil paling tidak melimpah di kerak Bumi, dengan fraksi massa rata-rata 50 bagian per triliun di kerak benua.

Osmium ditemukan di alam sebagai unsur yang tidak digabungkan atau dalam paduan alami; terutama paduan iridium–osmium, osmiridium (kaya iridium), dan iridosmium (kaya osmium). Dalam endapan nikel dan tembaga, logam golongan platina terjadi sebagai sulfida (yakni ), telurida (misalnya ), antimonida (misalnya ), dan arsenida (misalnya ); dalam semua senyawa ini, platina ditukar dengan sejumlah kecil iridium dan osmium. Seperti semua logam golongan platina, osmium dapat ditemukan secara alami dalam paduan dengan nikel atau tembaga.

Di dalam kerak Bumi, osmium, seperti halnya iridium, ditemukan pada konsentrasi tertinggi dalam tiga jenis struktur geologis: kawah tumbukan, endapan beku (intrusi kerak dari bawah), dan endapan yang dikerjakan ulang dari endapan beku. Cadangan utama terbesar yang diketahui berada di Kompleks Batuan Beku Bushveld di Afrika Selatan, meskipun deposit tembaga–nikel yang besar di dekat Norilsk di Rusia, dan Cekungan Sudbury di Kanada juga merupakan sumber osmium yang signifikan. Cadangan yang lebih kecil dapat ditemukan di Amerika Serikat. Endapan aluvial yang digunakan oleh orang-orang pra-Kolumbus di Departemen Chocó, Kolombia, masih menjadi sumber logam golongan platina. Endapan aluvial besar kedua ditemukan di Pegunungan Ural, Rusia, yang masih ditambang hingga saat ini.

Produksi

Osmium diperoleh secara komersial sebagai produk sampingan dari penambangan dan pengolahan nikel dan tembaga. Selama pengekstrakan elektrolisis tembaga dan nikel, beberapa logam mulia seperti perak, emas, dan logam golongan platina, bersama dengan unsur nonlogam seperti selenium dan telurium, mengendap di dasar sel sebagai lumpur anoda, yang membentuk bahan awal untuk ekstraksi mereka. Memisahkan logam-logam ini mengharuskan mereka terlebih dahulu dibawa ke dalam larutan. Beberapa metode dapat mencapai hal ini, tergantung pada proses pemisahan dan komposisi campurannya. Dua metode yang representatif adalah peleburan dengan natrium peroksida diikuti dengan disolusi dalam air raja, dan disolusi dalam sebuah campuran klorin dan asam klorida. Osmium, rutenium, rodium, dan iridium dapat dipisahkan dari platina, emas, dan logam dasar karena ketidaklarutannya dalam air raja, meninggalkan residu padat. Rodium dapat dipisahkan dari residu tersebut melalui pengolahan dengan natrium bisulfat cair. Residu yang tidak larut, yang mengandung rutenium, osmium, dan iridium, diolah dengan natrium oksida, di mana Ir tidak larut, menghasilkan garam rutenium dan osmium yang larut dalam air. Setelah oksidasi menjadi oksida yang volatil,  dipisahkan dari  melalui pengendapan (NH4)3RuCl6 dengan amonium klorida.

Setelah dilarutkan, osmium dipisahkan dari logam golongan platina lainnya melalui distilasi atau ekstraksi dengan pelarut organik osmium tetroksida yang volatil. Metode pertama mirip dengan prosedur yang digunakan oleh Tennant dan Wollaston. Kedua metode tersebut cocok untuk produksi skala industri. Dalam kedua kasus tersebut, produk tersebut direduksi menggunakan hidrogen, menghasilkan logam osmium sebagai bubuk atau spons yang dapat diolah dengan menggunakan teknik metalurgi bubuk.

Baik produsen maupun Survei Geologi Amerika Serikat tidak pernah menerbitkan jumlah produksi osmium. Pada tahun 1971, perkiraan produksi osmium di Amerika Serikat sebagai produk sampingan dari pemurnian tembaga adalah 2000 troy ons (62 kg). Antara tahun 2010 dan 2019, impor tahunan osmium A.S. berkisar antara kurang dari 0,5 kg hingga 856 kg, dengan rata-rata 157 kg/tahun.

Salah satu cara untuk memproduksi osmium adalah dari renium. , yang terjadi 62,6% di alam, dapat menyerap sebuah neutron menjadi . Ia memiliki waktu paruh pendek, sekitar 17 jam; intinya berubah menjadi , yang terjadi 13,24% di alam.

Aplikasi
Karena volatilitas dan toksisitas oksidanya yang ekstrem, osmium jarang digunakan dalam keadaan murni, tetapi sering dicampur dengan logam lain untuk aplikasi dengan keausan tinggi. Paduan osmium seperti osmiridium sangatlah keras dan, bersama dengan logam golongan platina lainnya, digunakan pada ujung pulpen, poros instrumen, dan kontak listrik, karena mereka dapat menahan keausan akibat pengoperasian yang sering. Mereka juga digunakan untuk ujung jarum piringan hitam selama akhir 78 rpm dan awal era rekaman "LP" dan "45", sekitar tahun 1945 hingga 1955. Ujung paduan osmium secara signifikan lebih tahan lama daripada titik jarum baja dan kromium, tetapi jauh lebih cepat aus daripada ujung safir dan intan yang lebih mahal, sehingga mereka dihentikan.

Osmium tetroksida telah digunakan dalam deteksi sidik jari dan pewarnaan jaringan lemak untuk mikroskop elektron dan optik. Sebagai oksidan yang kuat, ia mengikat silang lipid terutama dengan bereaksi dengan ikatan karbon–karbon tak jenuh dan dengan demikian memperbaiki membran biologis pada tempatnya dalam sampel jaringan dan sekaligus menodainya. Karena atom osmium sangat padat elektron, pewarnaan osmium akan sangat meningkatkan kontras citra dalam studi mikroskop transmisi elektron (TEM) bahan biologis. Sebaliknya, bahan karbon memiliki kontras TEM yang sangat lemah. Senyawa osmium lainnya, osmium ferisianida (OsFeCN), menunjukkan aksi pengikatan dan pewarnaan yang serupa.

Tetroksida dan turunannya, kalium osmat, merupakan oksidan penting dalam sintesis organik. Untuk dihidroksilasi asimetris Sharpless, yang menggunakan osmat untuk konversi ikatan ganda menjadi diol visinal, Karl B. Sharpless dianugerahi Penghargaan Nobel Kimia pada tahun 2001. OsO4 sangat mahal untuk penggunaan ini, sehingga KMnO4 sering digunakan sebagai pengganti, bahkan meskipun hasilnya lebih sedikit untuk reagen kimia yang lebih murah ini.

Pada tahun 1898, kimiawan Austria Auer von Welsbach mengembangkan Oslamp dengan filamen yang terbuat dari osmium, yang diperkenalkannya secara komersial pada tahun 1902. Hanya dalam beberapa tahun, osmium digantikan oleh wolfram, yang lebih melimpah (dan dengan demikian lebih murah) dan lebih stabil. Wolfram memiliki titik lebur tertinggi di antara semua logam, dan penggunaannya dalam bola lampu akan meningkatkan kemanjuran bercahaya dan masa pakai lampu pijar.

Produsen bola lampu Osram (didirikan pada tahun 1906, ketika tiga perusahaan Jerman, Auer-Gesellschaft, AEG dan Siemens & Halske, menggabungkan fasilitas produksi lampu mereka) mendapatkan namanya dari unsur osmium dan wolfram.

Seperti paladium, bubuk osmium akan menyerap atom hidrogen secara efektif. Hal ini dapat membuat osmium menjadi kandidat potensial untuk elektroda baterai logam-hidrida. Namun, osmium memiliki harga yang tinggi dan akan bereaksi dengan kalium hidroksida, elektrolit baterai yang paling umum.

Osmium memiliki reflektifitas tinggi dalam rentang ultraungu dari spektrum elektromagnetik; misalnya, pada 600 Å osmium memiliki reflektifitas dua kali lipat dari emas. Reflektivitas tinggi ini diinginkan dalam spektrometer UV berbasis luar angkasa, yang telah mengurangi ukuran cermin karena keterbatasan luar angkasa. Cermin berlapis osmium diterbangkan dalam beberapa misi luar angkasa dengan Pesawat Ulang Alik, tetapi segera menjadi jelas bahwa radikal oksigen di orbit rendah Bumi cukup melimpah untuk merusak lapisan osmium secara signifikan.

Satu-satunya penggunaan klinis osmium yang diketahui adalah sinovektomi pada pasien artritis di Skandinavia. Ia melibatkan administrasi lokal osmium tetroksida (OsO4), yang merupakan senyawa yang sangat beracun. Kurangnya laporan mengenai efek samping jangka panjang menunjukkan bahwa osmium itu sendiri dapat menjadi biokompatibel, meskipun ini tergantung pada senyawa osmium yang diberikan. Pada tahun 2011, senyawa osmium(VI) dan osmium(II) menunjukkan aktivitas antikanker secara in vivo; ini menunjukkan masa depan yang menjanjikan untuk menggunakan senyawa osmium sebagai obat antikanker.

Pencegahan
Logam osmium curah tidak berbahaya dan tidak terlalu reaktif. Sebaliknya, masalah keamanan yang paling penting adalah potensi pembentukan osmium tetroksida (OsO4), yang bersifat volatil dan sangat beracun. Reaksi ini menguntungkan secara termodinamika pada suhu kamar, tetapi lajunya bergantung pada luas permukaan logam. Akibatnya, bahan curah lebih tidak berbahaya daripada bubuk, yang bereaksi cukup cepat sehingga sampel kadang-kadang berbau seperti OsO4 jika ditangani di udara.

Harga
Antara tahun 1990 dan 2010, harga nominal logam osmium hampir konstan, sementara inflasi menurunkan nilai riil dari ~950 USD/ons menjadi ~600 USD/ons. Karena osmium hanya memiliki sedikit aplikasi komersial, osmium tidak banyak diperdagangkan dan harganya jarang dilaporkan.

Referensi

Pranala luar

  
  Osmium di The Periodic Table of Videos (Universitas Nottingham)
  Flegenheimer, J. (2014). The mystery of the disappearing isotope. Revista Virtual de Química. V. XX. Available at Wayback Machine
  

 
Unsur kimia
Logam transisi
Logam mulia
Logam berharga
Logam golongan platina
Mineral unsur asli
Unsur kimia dengan struktur padat heksagon