Osmium Chemie

Ontdekking

Het element osmium wordt gedetecteerd via zijn verbinding osmiumtetroxide. De opsporingsreactie is specifiek, maar wordt niet aanbevolen wegens de giftigheid ervan.

De oplossing die het osmium bevat, wordt op een filtreerpapier gedruppeld dat vooraf is bevochtigd met een benzidine- of kaliumhexacyanoferraatoplossing. In het geval van de benzidineoplossing wordt het filtreerpapier paars. In het geval van de kaliumhexacyanoferraatoplossing verandert de kleur van het papier in lichtgroen.

Tegenwoordig worden echter steeds meer instrumentele technieken gebruikt om osmium op te sporen. Voorbeelden hiervan zijn atoomspectrometrie, neutronenactiveringsanalyse en voltammetrie. Met deze methoden is een nauwkeurigere bepaling mogelijk.

Productie

De productie van osmium is zeer complex en vindt gewoonlijk plaats tijdens de extractie van andere metalen, zoals platina of goud.

Het uitgangsmateriaal voor de productie van osmium is gewoonlijk anodeslib afkomstig van de goud- of nikkelproductie. Het anodeslib wordt opgelost in aqua regia, waardoor platina en goud oplossen. De andere platina metalen en het zilver blijven over.

Het zilver vormt onoplosbaar zilverchloride dat kan worden afgescheiden met salpeterzuur en loodcarbonaat. Vervolgens wordt natriumwaterstofcarbonaat gesmolten en uitgeloogd.

Rhodium wordt opgelost en verwijderd als rhodiumsulfaat. Het residu wordt samen met natriumperoxide gesmolten, waardoor ruthenium en osmium oplossen. Iridium blijft achter in het onoplosbare residu.

Aan de oplossing wordt chloor toegevoegd. Hierdoor ontstaan de vluchtige stoffen osmiumtetroxide en rutheniumtetroxide.

Na toevoeging van alcoholisch natronloog is alleen osmiumtetroxide opgelost en kan het dus van rutheniumtetroxide worden gescheiden.

Om elementair osmium te verkrijgen, wordt het neergeslagen als een complex met ammoniumchloride.

Ten slotte wordt waterstof gereduceerd tot metallisch osmium.

OsO2(NH3)4Cl2 + 3 H2 → Os + 4 NH4+ + 2 Cl- + 2 OH-

Karakteristieken

In het periodiek systeem bevindt osmium zich in de zesde groep van de overgangselementen. Binnen deze groep is het terug te vinden in de zesde periode.

Osmium heeft het atoomnummer 76 en een atoommassa van 190,23 u. Zijn elektronenconfiguratie is [Xe] 4f14 5d6 6s2.

Osmium is in kristallijne vorm niet giftig zolang een temperatuur van 400 °C niet wordt overschreden.

Osmium heeft een blauwachtig-zilveren glans. Het is het hardste metaal uit de platinagroep en met een dichtheid van 22,61 g/cm³ is het het element met de hoogste dichtheid in het periodiek systeem. Osmium is zeer moeilijk te bewerken.

Osmium heeft een hexagonale dicht opeen gepakte kristalstructuur.

Osmium is niet bijzonder reactief.

Osmium reageert alleen direct met chloor, fluor en zuurstof.

Als osmium compact is, is het bestand tegen niet-oxiderende zuren in water en lucht.

Fijn gedispergeerd osmium oxideert langzaam tot osmium VIII oxide:
Os + 2O2 → OsO4

Na rhenium en wolfraam heeft osmium, met 3033 °C, het hoogste smeltpunt van alle metalen.

Het kookpunt is 5000 °C.

Bij lage temperaturen is osmium een supergeleider.

Bovendien heeft osmium de grootste bulkmodulus van alle elementen. Met een waarde van 462 GPa overtreft het zelfs diamant.

Chemische Elementen

Osmiumtetroxide is een bekende osmiumverbinding. Zij wordt gevormd door de reactie van oxidantia zoals salpeterzuur met elementair osmium. Osmiumtetroxide is een vluchtige vaste stof met een sterk oxiderende werking.

Kristallijn osmium is geen verbinding, maar een specifieke kristallisatievorm van het zuivere element, dat door zijn chemische eigenschappen niet giftig is tot 400 °C.

In tegenstelling tot de meeste oxidatiemiddelen kan oxidatie met osmiumtetroxide onder stereochemische controle plaatsvinden. Hoewel het een dure en giftige verbinding is, heeft osmiumtetroxide toch enkele toepassingen.

Zo wordt osmiumtetroxide gebruikt bij forensisch onderzoek van vingerafdrukken. Het wordt ook gebruikt om het contrast van celmembranen bij elektronenmicroscopie te vergroten.

Andere soorten verbindingen zijn onder meer de coördinatiecomplexen van osmium. De zogenaamde osmaten, anionische zuurstofcoördinatiecomplexen, zijn afgeleid van osmiumtetroxide.

Coördinatiecomplexen bestaan ook met andere liganden zoals ammoniak, cyanide, koolmonoxide en stikstofmonoxide. Als het ligand organisch is, kan een osmoceen worden gevormd.

Isotopen

Osmium bestaat uit een mengsel van zeven stabiele isotopen: Osmium-192 (41 procent), Osmium-190 (26,4 procent), Osmium-189 (16,1 procent), Osmium-188 (13,3 procent), Osmium-187 (1,6 procent), Osmium-186 (1,58 procent) en Osmium-184 (0,02 procent).

De enige natuurlijke radioactieve isotoop is Osmium-186 met een halveringstijd van ongeveer twee quadriljoen jaar.

Daarnaast bestaan er 27 kortlevende isotopen, waarvan Osmium-194 de langste halveringstijd heeft (zes jaar).

De verhouding tussen de isotoop Osmium-187 en de isotoop Osmium-186 wordt gebruikt in rhenium-osmiumchronometers. Deze worden gebruikt om de ouderdom van ijzermeteorieten te bepalen.