Chimica osmio
La chimica dell'osmio è un settore di specializzazione molto piccolo. Dall’osmio si realizzano alcune leghe che ne sfruttano le eccezionali proprietà.
Dimostrazione
L'elemento osmio viene rilevato tramite il suo composto tetrossido di osmio. La reazione di rilevamento è specifica, ma non raccomandata a causa della tossicità.
La soluzione di ricerca a base di osmio viene sgocciolata su una carta filtrante precedentemente inumidita con una soluzione di benzidina o esacianoferrato di potassio. Se si utilizza la soluzione di benzidina, la carta filtrante diventerà viola. Nel caso della soluzione di esacianoferrato di potassio, apparirà una tinta verde chiaro.
Oggigiorno si utilizzano tuttavia sempre più tecnologie di processo strumentali. Esempi includono spettrometria atomica, l’analisi di attivazione dei neutroni e la voltametria. Con l'aiuto di questi metodi, è possibile ottenere risultati più precisi.
Produzione
La produzione dell’osmio è molto complessa e solitamente avviene durante l'estrazione di altri metalli, come il platino o l'oro.
Il materiale di partenza per la produzione dell’osmio è solitamente il fango anodico derivante dalla produzione di oro o nichel. Il fango anodico viene sciolto in acqua regia, il che porta alla dissoluzione del platino e dell'oro. Gli altri metalli del platino e l’argento rimangono.
L'argento forma cloruro d'argento insolubile, che può essere separato con l'aiuto di acido nitrico e carbonato di piombo. Si procede quindi alla fusione con bicarbonato di sodio e alla lisciviazione.
In questo modo, viene sciolto il rodio e quindi rimosso sotto forma di solfato di rodio. Il residuo viene fuso insieme al perossido di sodio, provocando la dissoluzione del rutenio e dell'osmio. L'iridio rimane nel residuo insolubile.
Alla soluzione viene aggiunto cloro. Questo crea le sostanze volatili tetrossido di osmio e tetrossido di rutenio.
Dopo aver aggiunto la soluzione alcolica di idrossido di sodio, solo il tetrossido di osmio va in soluzione e può quindi essere separato dal tetrossido di rutenio.
Per ottenere l'osmio elementare, viene sottoposto a precipitazione con cloruro di ammonio sotto forma di complesso.
Viene infine ridotto a osmio metallico con idrogeno.
OsO2(NH3)4Cl2 + 3 H2 → Os + 4 NH4+ + 2 Cl- + 2 OH-
Caratteristiche
L'osmio è nel sesto gruppo di transizione nella tavola periodica. All'interno di questo gruppo lo troviamo nel sesto periodo.
L'osmio ha numero atomico 76 e massa atomica 190,23 u. La sua configurazione elettronica è [Xe] 4f14 5d6 6s2.
Nella sua forma cristallina, l'osmio è atossico purché non venga superata una temperatura di 400°C.
L'osmio è un metallo blu-bianco, lucido e duro, difficile da lavorare.
È il più duro dei metalli del platino e ha la più alta densità del PSE a 22,61 g/cm³.
La struttura cristallina dell'osmio è la struttura esagonale sferica più compatta.
L'osmio non è particolarmente reattivo.
Reagisce direttamente solo con cloro, fluoro e ossigeno.
Se l'osmio si presenta compatto, sarà resistente agli acidi non ossidanti in acqua e aria.
L'osmio finemente suddiviso si ossida lentamente a ossido di osmio VIII.
Os + 2O2 → OsO4
Il punto di fusione dell’osmio si attesta a a 3.033°C ed è quindi, dopo il renio e il tungsteno, il metallo con il punto di fusione più alto.
Il suo punto di ebollizione è di 5000 gradi Celsius.
A temperature più basse, l'osmio è un superconduttore.
Inoltre, l'osmio ha il modulo di compressione maggiore di tutti gli elementi.
Con un valore di 462 Gigapascal, supera persino il diamante.
Leghe
Un composto dell’osmio è il tetrossido di osmio. È formato dalla reazione dell’osmio elementare e di agenti ossidanti, tra cui l'acido nitrico. Il tetrossido di osmio è una sostanza solida volatile, con un forte effetto ossidante.
L'osmio cristallino non è un composto, bensì soltanto un tipo di cristallizzazione dell'elemento puro, che per le sue proprietà chimiche è atossico fino a 400°C.
Contrariamente alla maggior parte degli agenti ossidanti, l'ossidazione con tetrossido di osmio può procedere sotto controllo stereochimico. Sebbene si tratti di un composto costoso e tossico, il tetrossido di osmio ha numerose applicazioni.
Viene utilizzato, ad esempio, per garantire la verifica scientifica delle impronte digitali. Viene anche utilizzato per migliorare il contrasto delle membrane cellulari nella microscopia elettronica.
Alcuni altri tipi di composti sono i composti complessi dell'osmio. I cosiddetti osmati derivano dal tetrossido di osmio. Si tratta di complessi anionici dell’ossigeno.
I composti complessi sono disponibili anche con altri ligandi, come l’ammoniaca, il cianuro, il monossido di carbonio e il monossido di azoto. Se il ligando è di natura organica, può formare anche un osmocene.
Isotopi
L'osmio è costituito da una miscela di sette isotopi stabili: Osmio-192 con il 41 percento, Osmio-190 con il 26,4 percento, Osmio-189 con il 16,1 percento, Osmio-188 con il 13,3 percento, Osmio-187 con l'1,6 percento, Osmio-186 con l'1,58% e osmio-184 allo 0,02 percento.
L'unico isotopo radioattivo naturale è l'osmio-186, con un'emivita di circa due quadrilioni di anni.
Ci sono anche 27 isotopi a vita breve, di cui l'osmio-194 ha l'emivita più lunga a sei anni.
Il rapporto tra gli isotopi osmio-187 e -186 viene utilizzato nei cronometri renio osmio. Questi sono usati per determinare l'età dei meteoriti di ferro.
