Osmio

L'osmio è l'elemento chimico di numero atomico 76 e il suo simbolo è Os.

Osmio
76 Os                                                                                                                                                                                                                                               renio ← osmio → iridio
Aspetto
Aspetto dell'elemento Metallo grigio lucente
Linea spettrale Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	osmio, Os, 76
Serie	metalli di transizione
Gruppo, periodo, blocco	8(VIIIB), 6, d
Densità	22 590 kg/m³
Durezza	7
Configurazione elettronica	Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	5D4
Proprietà atomiche
Massa atomica	190,23 u
Raggio atomico (calc.)	130 pm
Raggio covalente	128 pm
Raggio di van der Waals	136 pm[1]
Configurazione elettronica	[Xe]4f145d66s2
e− per livello energetico	2, 8, 18, 32, 14, 2
Stati di ossidazione	2, 3, 4, 5, 8[2]
Struttura cristallina	esagonale
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido
Punto di fusione	3 306 K (3 033 °C)
Punto di ebollizione	5 285 K (5 012 °C)
Volume molare	8,42×10−6 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	627,6 kJ/mol
Calore di fusione	31,8 kJ/mol
Tensione di vapore	2,52 Pa a 3 300 K
Velocità del suono	4940 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS	7440-04-2
Elettronegatività	2,2
Calore specifico	130 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	1,09×107/m·Ω
Conducibilità termica	87,6 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	840 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	1 600 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 184Os 0,02% 1,12×1013 anni α 1,452 180W 185Os sintetico 93,6 giorni ε 1,013 185Re 186Os 1,59% >2×1015 anni α 2,822 182W 187Os 1,96% È stabile con 111 neutroni 188Os 13,24% È stabile con 112 neutroni 189Os 16,15% È stabile con 113 neutroni 190Os 26,26% È stabile con 114 neutroni 191Os sintetico 15,4 giorni β− 0,314 191Ir 192Os 40,78% È stabile con 116 neutroni 194Os sintetico 6 anni β− 0,097 194Ir
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

È un metallo di transizione del gruppo del platino: è un metallo duro, di color blu-grigio o blu nerastro e si usa in alcune leghe con il platino e l'iridio. Si trova in natura in lega con il platino, nei minerali di quest'ultimo. Il suo tetrossido si usa nel rilevamento delle impronte digitali, il metallo puro o legato nei contatti elettrici, nei pennini delle penne stilografiche e in altre applicazioni dove è necessaria una estrema durezza e resistenza all'usura. Per questo viene utilizzato dai vetrai per asportare graffi e abrasioni da vetri e specchi.

Caratteristiche

Cristalli di osmio ad elevata purezza

L'osmio metallico è estremamente denso, di color bianco-blu, fragile e lucido anche ad alte temperature, ma è estremamente difficile da ottenere. La polvere di osmio è ottenibile più facilmente, ma in queste condizioni l'osmio reagisce con l'ossigeno dell'aria ossidandosi in tetrossido di osmio (OsO₄), che è velenoso. Quest'ossido è anche un potente agente ossidante, ha un forte odore caratteristico e bolle a 130 °C.

Per la sua grande densità l'osmio è in genere considerato l'elemento più pesante di tutti, superando di poco l'iridio; con il calcolo della densità a partire dalla matrice cristallina si ottengono risultati più affidabili delle misure dirette, ottenendo per l'iridio un risultato di 22560 kg/m³ contro 22590 kg/m³ per l'osmio. Volendo distinguere i vari isotopi, il più pesante risulta l'osmio-192.

Questo metallo ha anche il più alto punto di fusione, dopo il tungsteno, e la più bassa tensione di vapore del gruppo del platino. Gli stati di ossidazione più comuni dell'osmio sono +4 e +3, ma può assumere tutti gli stati da +1 a +8.

Applicazioni

A causa dell'estrema tossicità del suo ossido, l'osmio è raramente usato puro; viene invece spesso legato ad altri metalli in applicazioni che richiedono un'elevata resistenza all'usura. Le leghe di osmio sono molto dure e, eventualmente addizionate di altri metalli del gruppo del platino, trovano impiego nella produzione di pennini per penne stilografiche, puntine di giradischi, perni e contatti elettrici.

Il tetrossido di osmio ha trovato impiego nel rilevamento delle impronte digitali e nella colorazione dei tessuti grassi per la preparazione di vetrini per microscopia. Una lega 90:10 platino:osmio è usata per produrre impianti chirurgici quali stimolatori cardiaci e valvole polmonari.

Il tetrossido di osmio e l'osmiato di potassio trovano uso come agenti ossidanti nella sintesi chimica.

Storia

L'osmio (dal greco ὀσμή (osmè) = odore) fu scoperto nel 1803 da Smithson Tennant, a Londra. Lo isolò insieme con l'iridio dal residuo ottenuto dallo scioglimento del platino nell'acqua regia. Insieme due chimici francesi Antoine-François de Fourcroy e Louis Nicolas Vauquelin identificarono un metallo in un residuo di platino che chiamavano "ptène".^[3]

Nel 2001, presso il Lawrence Livermore National Laboratory (California) un campione di osmio è stato sottoposto a una pressione di 60 GPa e la sua resistenza alla compressione (il modulo di carico) è risultata essere superiore a quella del diamante (462 GPa contro 443 GPa), ritenuta da sempre quella più grande in assoluto. Tale caratteristica apre nuove frontiere per lo sviluppo di applicazioni industriali con l'utilizzo di osmio (per esempio per il taglio di acciaio ad alte temperature).^[4][5]

Disponibilità

L'osmio si trova in vari minerali contenenti leghe osmio-rutenio-iridio con composizione variabile, come osmiridio e iridosmio. L'uso di questi nomi tradizionali è stato tuttavia sconsigliato nel 1991 secondo una revisione della nomenclatura di queste leghe.^[6] In seguito, solo quattro nomi sono stati applicati ai minerali la cui composizione si trova all'interno del sistema ternario Os-Ir-Ru:

1. osmio (osmio nativo) per tutte le leghe esagonali aventi l'osmio come l'elemento principale
2. iridio (iridio nativo) per tutte le leghe cubiche aventi l'iridio come elemento principale
3. ruteniridosmina per tutte le leghe esagonali aventi l'iridio come elemento principale
4. rutenio (rutenio nativo) per tutte le leghe esagonali aventi il rutenio come elemento principale.

L'osmio si trova inoltre nelle sabbie fluviali ricche di platino degli Urali e delle Americhe e nei minerali di nichel della regione di Sudbury, nell'Ontario, accompagnato ad altri metalli del gruppo del platino. Benché la concentrazione di osmio in questi metalli sia esigua, il grande volume di minerale trattato rende la produzione di questi metalli rari economicamente possibile^{[non chiaro]}.

Composti

Il più comune è il tetrossido di osmio OsO₄.

Isotopi

L'osmio in natura si presenta come una miscela di sette isotopi, di cui cinque sono stabili; ¹⁸⁷Os, ¹⁸⁸Os, ¹⁸⁹Os, ¹⁹⁰Os ed il più abbondante ¹⁹²Os. ¹⁸⁴Os e ¹⁸⁶Os sono instabili, ma la loro emivita è talmente lunga da poter essere considerati stabili per qualsiasi applicazione pratica.

¹⁸⁷Os è il prodotto del decadimento di ¹⁸⁷Re, la cui emivita è 4,56×10¹⁰ anni. Il rapporto ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os insieme al rapporto ¹⁸⁷Re/¹⁸⁷Os viene usato per la datazione di rocce di origine terrestre e meteorica.

La più notevole datazione basata sull'osmio è quella che, insieme con la misura del tenore di iridio, è stata condotta sullo strato di quarzo lungo la giunzione K-T risalente a circa 65 milioni di anni fa che segna il periodo di estinzione dei dinosauri.

Precauzioni

Il tetrossido di osmio è altamente tossico. Concentrazioni di osmio nell'aria dell'ordine di 10⁻⁷ g/m³ sono ritenute sufficienti a causare congestione delle vie respiratorie e danni a pelle e occhi.