Chimie de l'Osmium
La chimie de l'osmium est un domaine de spécialisation très restreint. L'osmium est utilisé pour produire un certain nombre d'alliages qui exploitent les propriétés exceptionnelles de l'osmium.
Détection
L'élément osmium est détecté via son composé, le tétroxyde d'osmium. La réaction de détection est spécifique, cependant, elle n'est pas recommandée en raison de sa toxicité.
La solution contenant l'osmium est déposée sur un papier filtre préalablement humidifié avec une solution d'hexacyanoferrate de benzidine ou de potassium. Dans le cas de la solution de benzidine, le papier filtre devient violet. Dans le cas de la solution d'hexacyanoferrate de potassium, le papier change de couleur et devient vert clair.
Cependant, de plus en plus de techniques instrumentales sont utilisées aujourd'hui pour détecter l'osmium. La spectrométrie atomique, l'analyse par activation neutronique et la voltampérométrie en sont des exemples. Ces méthodes permettent une détermination plus précise.
Production
La production d'osmium est très complexe et a généralement lieu lors de l'extraction d'autres métaux, tels que le platine ou l'or.
La matière première pour la production d'osmium est généralement la boue d'anode provenant de la production d'or ou de nickel. La boue d'anode est dissoute dans l'aqua regia, ce qui entraîne la dissolution du platine et de l'or. Les autres métaux du platine et l'argent restent.
L'argent forme du chlorure d'argent insoluble qui peut être séparé par de l'acide nitrique et du carbonate de plomb. Ensuite, le carbonate acide de sodium est fondu et lessivé.
Le rhodium est dissous et éliminé sous forme de sulfate de rhodium. Le résidu est fondu avec du peroxyde de sodium, ce qui entraîne la dissolution du ruthénium et de l'osmium. L'iridium reste dans le résidu insoluble.
Du chlore est ajouté à la solution. Cela produit les substances volatiles tétroxyde d'osmium et tétroxyde de ruthénium.
Après l'ajout de soude caustique alcoolique, seul le tétroxyde d'osmium est dissous et peut donc être séparé du tétroxyde de ruthénium.
Pour obtenir de l'osmium élémentaire, il est précipité sous forme de complexe avec du chlorure d'ammonium.
Enfin, l'hydrogène est réduit en osmium métallique.
OsO2(NH3)4Cl2 + 3 H2 → Os + 4 NH4+ + 2 Cl- + 2 OH-
Caractéristiques
Dans le tableau périodique, l'osmium se situe dans le sixième groupe des éléments de transition. Au sein de ce groupe, il se trouve dans la sixième période.
L'osmium a le numéro atomique 76 et une masse atomique de 190,23 u. Sa configuration électronique est [Xe] 4f14 5d6 6s2.
L'osmium est non toxique sous sa forme cristalline tant qu'une température de 400 °C n'est pas dépassée.
Osmium a un lustre bleuâtre-argenté. C'est le métal le plus dur du groupe du platine et, avec une densité de 22,61 g / cm³, c'est l'élément ayant la plus forte densité dans le tableau périodique. L'osmium est très difficile à traiter.
L'osmium a une structure cristalline hexagonale très compacte.
L'osmium n'est pas particulièrement réactif.
L'osmium ne réagit directement qu'avec le chlore, le fluor et l'oxygène.
Si l'osmium est compact, il résiste aux acides non oxydants présents dans l'eau et l'air.
L'osmium finement dispersé s'oxyde lentement en oxyde d'osmium :
Os + 2O2 → OsO4
Après le rhénium et le tungstène, l'osmium, à 3033 °C, a le point de fusion le plus élevé de tous les métaux.
Son point d'ébullition est de 5000 °C.
À basse température, l'osmium est un supraconducteur.
En outre, l'osmium a le plus grand module de masse de tous les éléments. Avec une valeur de 462 GPa, il surpasse même le diamant.
Composants chimiques
Le tétroxyde d'osmium est un composé d'osmium bien connu. Il est formé par la réaction d'oxydants tels que l'acide nitrique avec l'osmium élémentaire. Le tétroxyde d'osmium est un solide volatil ayant un fort effet oxydant.
L'osmium cristallin n'est pas un composé, mais une forme spécifique de cristallisation de l'élément pur qui, en raison de ses propriétés chimiques, est non toxique jusqu'à 400 °C.
Contrairement à la plupart des oxydants, l'oxydation par le tétroxyde d'osmium peut se produire sous contrôle stéréochimique. Bien qu'il s'agisse d'un composé coûteux et toxique, le tétroxyde d'osmium a quelques applications.
Par exemple, le tétroxyde d'osmium est utilisé dans la médecine légale des empreintes digitales. Il sert également à améliorer le contraste des membranes cellulaires en microscopie électronique.
Parmi les autres types de composés, on trouve les complexes de coordination de l'osmium. Les osmates, complexes anioniques de coordination de l'oxygène, sont dérivés du tétroxyde d'osmium.
Des complexes de coordination existent également avec d'autres ligands tels que l'ammoniac, le cyanure, le monoxyde de carbone et l'oxyde nitrique. Si le ligand est organique, un osmocène peut être formé.
Isotopes
L'osmium est constitué d'un mélange de sept isotopes stables : Osmium-192 (41 %), Osmium-190 (26,4 %), Osmium-189 (16,1 %), Osmium-188 (13,3 %), Osmium-187 (1,6 %), Osmium-186 (1,58 %) et Osmium-184 (0,02 %).
Le seul isotope radioactif naturel est l'Osmium-186, dont la demi-vie est d'environ deux quadrillions d'années.
En outre, il existe 27 isotopes à courte durée de vie, dont l'Osmium-194 a la plus longue demi-vie (six ans).
Le rapport entre l'isotope Osmium-187 et l'isotope Osmium-186 est utilisé dans les chronomètres au rhénium-osmium. Ceux-ci sont utilisés pour déterminer l'âge des météorites en fer.
