Osmium

Osmium () on siirtymäalkuaineisiin kuuluva metallinen alkuaine. Se on jaksollisessa järjestelmässä 76. alkuaine ja sen kemiallinen merkki on Os. Osmiumin sulamispiste on 3 030 °C ja atomipaino 190,23. Se on jalometalli ja kuuluu platinametallien ryhmään. Osmium on tihein luonnollisesti esiintyvä alkuaine ja luonnossa hyvinkin harvinaista.

Osmiumin löysi 1803 Smithson Tennant liuottaessaan platinaa kuningasveteen. Tällöin jäi musta aines, jonka hän todisti myöhemmin koostuvan osmiumista ja iridiumista. Osmiumilla on hyvin vähän käyttökohteita; sitä voidaan käyttää metalliseoksissa vahvikkeena sekä muun muassa sähkölaitteiden kosketinpinnoissa. Osmium itsessään ei ole ihmiselle haitallista, mutta sen pinnalta haihtuva osmiumtetroksidi on myrkyllinen.

 Ominaisuudet 
Eri yhdisteissä osmiumilla esiintyvät hapetusluvut +II, +IV ja +VIII, joista viimeksi mainittu esiintyy osmiumtetroksidissa (OsO4).

Osmium on kemiallisesti varsin passiivinen alkuaine, joka luetaan jalometalleihin. Hienojakoisena jauheena se yhtyy ilman hapen kanssa helposti haihtuvaksi osmiumtetroksidiksi, joka on erittäin myrkyllistä. Osmium reagoi myös lämmittäessä ilman hapen kanssa. Se ei normaalisti reagoi happojen kanssa, paitsi kuuman typpihapon, rikkihapon ja kuningasveden kanssa. Osmium reagoi myös korkeissa lämpötiloissa halogeenien kanssa muodostaen osmoniumfluorideja, -klorideja, -bromideja ja -jodideja. Tämän lisäksi se voi muodostaa karbonyyliyhdisteitä sekä reagoida happiryhmän alkuaineiden kanssa. Osmiumtetroksidi on pahanhajuista. Osmiumilla on myös toinen oksidi, osmiumdioksidi (OsO2).Osmium muodostaa kaikilla yleisimmillä hapetusasteillaan kompleksiyhdisteitä. Tyypillisiä ligandeja ovat emäksiset typpiyhdisteet kuten ammoniakki, amiinit, pyridiini, bipyridiini ja fenantroliini. Myös alkeeni- ja bentseenikomplekseja tunnetaan. Eräiden bipyridyyli- ja polypyridyylien soveltuvuutta katalyyteiksi ja lääketieteellisiin käyttökohteisiin on tutkittu.Christen M. Giandomenico: Platinum-Group Metals, Compounds, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New York, 2001 Teoksen verkkoversio Viitattu 15.06.2011

Osmium on kova, kiiltävä, sinertävänvalkoinen tai hopeinen metalli. Huolimatta kovuudestaan osmium on melko haurasta. Osmiumia ei voi muotoilla kuten muita metalleja, mikä vähentää sen käyttömahdollisuuksia. Osmiumin tiheys huoneenlämpötilassa on 22,589 × 103 kg/m3. Se on tihein alkuaine kaikista, joiden tiheys on voitu kokeellisesti mitata; se on hieman iridiumia tiheämpi ja yli kaksi kertaa niin tiheä kuin lyijy. Sen kiderakenne on heksagoninen.

Osmiumilla on platinaryhmän alkuaineista korkein sulamispiste (3 303 kelviniä). Sen kiehumispiste on 5 285 kelviniä.

 Historia 
Vuonna 1803 Smithson Tennant koetti liuottaa platinaa kuningasveteen, jolloin jäljelle jäi musta aines, joka ei liuennut. Happokäsittelyn avulla hän sai eroteltua tästä aineksesta osmiumin lisäksi iridiumia. Osmium nimettiin sen hajun perusteella: osme tarkoittaa kreikaksi hajua. Todellisuudessa hajun tuottaa osmiumin oksidi osmiumtetroksidi.

 Esiintyminen ja valmistus 
Osmium esiintyy platinamalmeissa lejeerinkinä. Yleensä osmiumin ja platinan kanssa yhdessä esiintyvät myös rodium, rutenium ja palladium. Osmium on lähes aina seoksena iridiumin kanssa. Osmiumia esiintyy Venäjällä sekä Pohjois- ja Etelä-Amerikassa. Keskimäärin osmiumia on 1,5 ppb (massa), mikä tekee siitä yhden harvinaisimmista alkuaineista. Yleensä osmiumia saadaan nikkelin jalostamisen sivutuotteena, ja sitä tuotetaan vuosittain vain noin 100 kg. 100 grammaa puhdasta osmiumia maksaa noin 5 430 euroa. Suurin osa osmiumista tuotetaan Kanadassa.

Perinteinen osmiumin erotusmenetelmä muista jalometalleista on monivaiheinen, eikä kovin tehokas. Malmin sisältämät kulta, platina ja palladium liukenevat kuningasveteen ja liukenemattoman osmiumin lisäksi iridiumia, ruteniumia ja rodiumia sisältävä jäännös kuumennetaan lyijykarbonaatin ja hiilen kanssa niin, että muodostuu sula materiaali. Näin muodostuu arvokkaat metallit sisältävä lyijyfaasi, josta jäähdytyksen jälkeen poistetaan kuona. Tämä faasi sulatetaan ja siitä valmistetaan rakeita, jotka liuotetaan typpihappoon lyijyn poistamiseksi. Liukenemattomasta jäännöksestä saadaan natriumvetysulfaatin avulla rodium poistettua. Tämän jälkeen jäännös käsitellään natriumperoksidilla, jolloin osmium muodostaa natriumosmaattia. Natriumosmaatti reagoi kloorin kanssa helposti haihtuvaksi osmiumtetroksidiksi, joka puhdistetaan tislaamalla ja voidaan pelkistää osmiumiksi esimerkiksi natriumboorihydridin avulla. Vaihtoehtoisesti osmaatti voidaan pelkistää formaldehydin avulla.Richard J. Seymour & Julia I. O'Farrelly: Platinum-Group Metals, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New York, 2001 Teoksen verkkoversio Viitattu 15.06.2011Renner ym.: Platinum Group Metals and Compounds, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 2002 Teoksen verkkoversio Viitattu 15.06.2011

Työlään perinteisen menetelmän tilalle on kehitetty liuotinuuttomenetelmä, jossa muut metallit saadaan erotettua käyttämällä spesifisiä sopivia komplekseja muodostavia liuottimia. Tämän jälkeen osmium ja rutenium erotetaan tosistaan oksideina.

 Käyttö 
Osmiumia ei voida sulattaa ja muokata samalla tavalla kuin muita metalleja, joten sen käyttö jää melko vähäiseksi. Osmiumia käytetään esimerkiksi täytekynien kärkiin, sähkölaitteisiin, instrumenttien kärjissä sekä kompasseissa. Aikoinaan sitä käytettiin myös hehkulamppujen hehkulangoissa. Osmiumlankaiset lamput kuitenkin hajosivat helposti, minkä vuoksi osmium korvattiin pian tantaalilla ja volframilla. Osmiumia on käytetty myös sormenjälkien etsimiseen, sillä osmium reagoi pienenkin rasvamäärän kanssa.

Osmiumia käytetään usein muiden metallien kanssa seoksina, jolloin saadaan yleensä erittäin kovia materiaaleja. Platinan (90 %) ja osmiumin (10 %) seos on eräs tällainen lejeerinki. Osmiumseoksia on väitetty käytettävän sydämentahdistimissa ja sydämen keinoläpissä, mutta tämä ei pidä paikkaansa. Lainaus: "An urban legend is that osmium alloys are used in some surgical implants such as cardiac pacemakers and replacement heart valves, when in fact such alloys have never been used in these devices."

Osmiumtetroksidi on ainoa osmiumin yhdiste, jolla on kaupallista merkitystä. Osmiumtetroksidia voidaan käyttää orgaanisessa kemiassa katalyyttinä, kun kaksoissidoksesta halutaan dioli. Osmiumia voidaan käyttää myös ammoniakin syntetisoinnin katalyyttinä.

 Isotoopit 
Osmiumilla on useita stabiileja isotooppeja. Suurin osa luonnossa esiintyvästä osmiumista on isotooppia 192Os, jonka osuus on 41 % kaikesta osmiumista. Muita yleisiä ovat 190Os, 189Os ja 188Os. Osmiumin ytimessä on 76 protonia, ja neutronien määrä vaihtelee 86:n ja 120:n välillä.
 Isotooppi  Puoliintumisaika  Hajoamistyyppi  Osuus1162Os  1,9 ms  α163Os  ?  ?164Os  21 ms  α (98 %), EC, β+165Os  75 ms  α (> 60 %), EC, β+166Os  181 ms  α (72 %), EC, β+167Os  0,83 s  α (67 %), EC, β+168Os  2,1 s  α (44 %), EC, β+169Os  3,4 s  α (11 %), EC, β+170Os  7,3 s  α (12 %), EC, β+171Os  8,0 s  α (1,7 %), EC, β+172Os  19,2  α (1,0 %), EC, β+173Os  16 s  α (< 0,1 %), EC, β+174Os  44 s  α (< 0,1 %), EC, β+175Os  1,4 min  EC, β+176Os  3,6 min  EC, β+177Os  2,8 min  EC, β+178Os  5,0 min  EC, β+179Os  6,5 min  EC, β+180Os  21,5 min  EC, β+181Os  105 min  EC, β+181mOs  2,7 min  EC, β+182Os  22,10 h  EC  
 Isotooppi  Puoliintumisaika  Hajoamistyyppi  Osuus1183Os  13,0 h  EC, β+183mOs  9,9 h  EC, β+, IT (15 %)184Os  5,6 × 1013 a  0,02 %185Os  93,6 d  EC186Os  2,0 × 1015 a  1,58 %187Os  stabiili  1,6 %188Os  stabiili  13,3 %189Os  stabiili  16,1 %189mOs  5,8 h  IT190Os  stabiili  26,4 %190mOs  9,9 min  IT191Os  15,4 d  β-191mOs  13,10 h  IT192Os  stabiili  41,0 %192mOs  5,9 s  IT, β- (< 13 %)193Os  30,11 h  β-194Os  6,0 a  β-195Os  6,5 min  β-196Os  34,9 min  β-
1 = Osuus kaikesta luonnossa esiintyvästä osmiumista.  Ilmoitetaan stabiileille ja erittäin pitkäikäisille isotoopeille. 
Lähde:  
EC = Elektronisieppaus 
α = Alfahajoaminen 
β+ = Beeta-plus-hajoaminen 
β- = Beeta-miinus-hajoaminen 
IT = Isomeerinen transitio  
m = Välitila tai virittynyt atomi

 Haitallisuus 
Osmium itsessään ei ole myrkyllistä, mutta sen palamistuote osmiumtetroksidi on myrkyllistä. Osmiumtetroksidia haihtuu metallisen osmiumin pinnalta korkeissa lämpötiloissa tai kun metallinen osmium on jauheena. Jo 0,11 mg osmiumtetroksidia kuutiometrissä voi aiheuttaa päänsärkyä sekä ärsytystä silmissä, iholla ja hengitysteissä.

 Huomautukset 

 Lähteet 

 Aiheesta muualla 

 Periodictable: Technical data for Osmium 
 Mindat: Osmium 
 Mindat: The Mineralogy of Osmium 
 Webmineral: Osmium Mineral Data 
 Handbook of Mineralogy: Osmium (pdf) 
 The Royal Society of Chemistry (RSC): Osmium 
 PeriodicTable: Osmium (Os) 
 PubChem: Osmium 
 Human Metabolome Database (HMDB): Osmium 
 Food Component Database (FooDB): Osmium 

Luokka:54 Kemia
Luokka:Alkuaineet
Luokka:Metallit
Luokka:Jalometallit
Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit