Osmi: Element químic amb nombre atòmic 76

Per a altres significats, vegeu «osmi natiu».

El seu símbol és Os. Es tracta d'un metall de transició blanc grisenc, fràgil i dur. Pertany al grup del platí i s'empra en alguns aliatges amb platí i iridi. Es troba aliat en menes de platí i el seu tetraòxid, ${\displaystyle {\ce {OsO4}}}$, s'usa en síntesi orgànica (com a oxidant) i en el procés de tenyida de teixits (per a la seva fixació), per a la seva observació per mitjà de microscòpia electrònica, i en altres tècniques biomèdiques. Els aliatges d'osmi es fan servir en contactes elèctrics, puntes de bolígrafs, i altres aplicacions en què és necessària una gran duresa i durabilitat.

Osmi
76Os
reni ← osmi → iridi Ru ↑ Os ↓ Hs Taula periòdica
Aspecte
Platejada amb un to blavós Cristalls d'osmi Línies espectrals de l'osmi
Propietats generals
Nom, símbol, nombre	Osmi, Os, 76
Categoria d'elements	Metalls de transició
Grup, període, bloc	8, 6, d
Pes atòmic estàndard	190,23
Configuració electrònica	[Xe] 4f14 5d6 6s2 2, 8, 18, 32, 14, 2
Propietats físiques
Fase	Sòlid
Densitat (prop de la t. a.)	22,59 g·cm−3
Densitat del líquid en el p. f.	20 g·cm−3
Punt de fusió	3.306 K, 3.033 °C
Punt d'ebullició	5.285 K, 5.012 °C
Entalpia de fusió	57,85 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització	738 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar	24,7 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K) 3.160 3.423 3.751 4.148 4.638 5.256
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2 (òxid àcid feble)
Electronegativitat	2,2 (escala de Pauling)
Energies d'ionització	1a: 840 kJ·mol−1
	2a: 1.600 kJ·mol−1
Radi atòmic	135 pm
Radi covalent	144±4 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Hexagonal
Ordenació magnètica	Paramagnètic
Resistivitat elèctrica	(0 °C) 81,2 nΩ·m
Conductivitat tèrmica	87,6 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica	(25 °C) 5,1 µm·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima)	(20 °C) 4.940 m·s−1
Mòdul de cisallament	222 GPa
Mòdul de compressibilitat	462 GPa
Coeficient de Poisson	0,25
Duresa de Mohs	7,0
Duresa de Brinell	3.920 MPa
Nombre CAS	7440-04-2
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops de l'osmi
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD 184Os 0,02% >5,6×1013 a β+β+ 1,452 184W α 2,963 180W 185Os sin 93,6 d ε 1,013 185Re 186Os 1,59% 2,0×1015 a α 2,822 182W 187Os 1,96% 187Os és estable amb 111 neutrons 188Os 13,24% 188Os és estable amb 112 neutrons 189Os 16,15% 189Os és estable amb 113 neutrons 190Os 26,26% 190Os és estable amb 114 neutrons 191Os sin 15,4 d β− 0,314 191Ir 192Os 40,78% >9,8×1012 a β−β− 0,4135 192Pt α 0,3622 188W 193Os sin 30,11 d β− 1,141 193Ir 194Os sin 6 a β− 0,097 194Ir

 

El 1803, el químic anglès Smithson Tennant (1761-1815) diluí platí amb aigua règia, que és una barreja d'àcids nítric i clorhídric, i observà que no tot el metall es dissolia. Els investigadors anteriors ja ho havien vist i havien assumit que el residu era grafit, però ell sospitava que era una altra cosa, i ho investigà amb més cura. Amb una combinació de tractaments amb àcids i àlcalis, finalment separà el residu en dos nous elements metàl·lics, que anomenà iridi i osmi, anomenant aquest últim a causa de la forta olor que desprenia. El seu nom deriva del mot grec ὀσμή, osmḗ, ‘olor’, pel característic punxant olor del seu òxid, ${\displaystyle {\ce {OsO4}}}$ , ja que el metall en si és inodor. Tot i que es reconegué com a metall nou, se'n feu poc ús perquè era poc freqüent i difícil de treballar, tot i que és molt dur i durant un temps s'emprà per a pinces i agulles de gramòfon.

 

L'osmi és un element químic extremadament rar a l'escorça de la Terra, ocupa la posició 81a quant a abundància dels elements, amb una concentració mitjana de 0,001 ppm. Només deu minerals presenten osmi en la seva composició. Són: osmi natiu 74,80 %, erlichmanita 74,78 %, osarsita 51,89 %, omeiïta 44,89 %, ruteniridosmina 31,27 %, iridi natiu 31,22 %, hexaferro 15,59 %, anduoïta 17,41 %, rutheni natiu 13,85 % i hexamolibdè 5,48 %. Els aliatges d'osmi i iridi en què hi ha major quantitat d'osmi es coneixen com a osmiridi, contra les que tenen més iridi, anomenades iridiosmina. Tanmateix, l'osmi es concentra principalment al mantell i es troba en relativament altes concentracions en dipòsits ignis i dipòsits meteoritzats a partir d'estructures prèvies.

Actualment, l’osmi s’obté comercialment com a subproducte del refinament del níquel i d’alguns dels metalls del grup del platí més comuns. La producció anual mundial d’osmi és molt baixa, aproximadament 500 kg, que és aproximadament 5 000 vegades inferior a la de l’or.

Propietats físiques

 

L'osmi és un metall molt dens (22,587 g/cm³), essent l'element químic que la té més alta, seguit de l'iridi i el platí, 22,4 g/cm³ i 21,45 g/cm³ respectivament. El punt de fusió és molt alt, 3.033 °C, el major dels elements del platinoides i només superat pel reni amb 3.180 °C, el tungstè amb 3.410 °C i el carboni amb 3.500 °C. El seu punt d'ebullició també és molt alt, 5.012 °C, 5a posició encapçalada pel tungstè amb 5.660 °C. Té la pressió de vapor més baixa dels platinoides. És blanc grisenc, fràgil, extremadament dur i brillant, fins i tot a altes temperatures, encara que és difícil trobar-lo en aquesta forma.

Propietats químiques

La configuració electrònica de l'osmi és [Xe] 4f¹⁴5d⁶6s². Hom pot arribar a trobar l'osmi en estat d'oxidació +8, igual que el ruteni, estat que no assoleix el ferro, que és l'element de capçalera d'aquest grup 8. Els estats d'oxidació més típics en són el +4 i el +3, però pot presentar estats d'oxidació, des del –4 al +8.

 

L’osmi és poc reactiu amb l'aire i no reacciona amb l'aigua. Quan s'escalfa amb oxigen, l'osmi dona l'òxid d'osmi(VIII) ${\displaystyle {\ce {OsO4}}}$  molt volàtil (punt de fusió 30 °C i punt d'ebullició 130 °C) i altament tòxic. Exposat a l’aire, l'osmi finament dividit reacciona un poc amb l'oxigen i desprèn l'olor característica del perillós ${\displaystyle {\ce {OsO4}}}$ , d'on prové el seu nom:

$${\displaystyle {\ce {Os(s) + 2O2(g) -> OsO4(s)}}}$$

 

Quan s'escalfa amb fluor a 600 °C i 400 atm de pressió, el resultat és el fluorur d'osmi(VII):

$${\displaystyle {\ce {2Os(s) + 7F2(g) -> 2OsF7(s) [groc]}}}$$

 

$${\displaystyle {\ce {Os(s) + 3F2(g) -> OsF6(s) [groc]}}}$$

 

També reacciona amb clor i brom sota pressió i amb escalfament donant clorur d'osmi(IV) i bromur d'osmi(IV):

$${\displaystyle {\ce {Os(s) + 2Cl2(g) -> OsCl2(s) [vermell]}}}$$

 

$${\displaystyle {\ce {Os(s) + 2Br2(g) -> OsBr2(s) [negre]}}}$$

 

És molt resistents a l'atac per àcids, i es dissol millor per fusió alcalina. També es coneixen el fluorur d'osmi(IV) ${\displaystyle {\ce {OsF4}}}$ , l'òxid d'osmi(IV) ${\displaystyle {\ce {OsO2}}}$ .

La química de coordinació i organometàl·lica de l'osmi és dominada pels estats d'oxidació 0, +2 i +4. Els estats d'oxidació més baixos s'estabilitzen principalment amb el lligand carbonil, és el cas del triosmi dodecacarbonil ${\displaystyle {\ce {Os3(CO)12}}}$ . La gran majoria de les espècies mononuclears d'Os(0) són pentacoordinades com ara el ${\displaystyle {\ce {Os(CO)5}}}$ . Els complexos pla-quadrats són molt rars, tot i que el centre metàl·lic és d⁸. La química organometàl·lica de l'Os(II) es basa principalment en composts octaèdrics, si bé s'han descrit interessants complexos amb índex de coordinació 5, estabilitzats amb lligands voluminosos, que mostren reactivitat química i catalítica molt rica, com el complex ${\displaystyle {\ce {OsHCl(CO)(P^{i}Pr3)2}}}$ , essent ${\displaystyle {\ce {P^{i}Pr3}}}$  tri(isopropil)fosfina. El centre metàl·lic és un ió osmi 5d⁶ que exhibeix un desdoblament octaèdric gran. Com a conseqüència, la configuració electrònica és sempre de baix espín, maximitzant l'energia d'estabilització del camp del lligant. Això significa que els compostos hexacoordinats d'Os(II) són molt estables i força inerts.

Els complexos d'Os(IV) són generalment heptacoordinats, amb distribucions de lligands entorn de l'ió central que es poden racionalitzar com a bipiràmides pentagonals distorsionades i de vegades com a octaedres apicats en una cara. També s'han descrit uns quants compostos hexacoordinats, com ${\displaystyle {\ce {OsH2Cl2(P^{i}Pr3)2}}}$ . Aquests complexos insaturats d⁴ prefereixen ser diamagnètics, distorsionant la geometria octaèdrica per tal de desestabilitzar la configuració t_2g i simultàniament estabilitzar algun dels orbitals ocupats. Així, presenten estructures amb simetries D_4h o C_2v. Un fet distintiu a la química d'osmi són els seus polihidrurs, els més abundants entre els sis metalls del grup del platí, que arriben a l'estat d'oxidació +6, com a ${\displaystyle {\ce {OsH6(PiPr3)2}}}$ , i tenen marcada habilitat per activar enllaços sigma. L'osmocè ${\displaystyle {\ce {Os(C5H5)2}}}$  és un dels metal·locens més estables.

Es coneixen quaranta-tres isòtops de l'osmi amb un nombre màssic que va del 161 al 203. L'osmi natural consta d'una barreja de set isòtops estables: osmi 184 (0,02 %), osmi 186 (1,58 % i amb un període de semidesintegració molt llarg, de 2 × 10¹⁵ anys), osmi 187 (1,6 %), osmi 188 (13,3 %), osmi 189 (16,1 %), osmi 190 (26,4 %) i osmi 192 (41,0 %). La resta són radioisòtops.

Els radionúclids amb nombre màssic inferior a 168 es desintegren per emissió d'una partícula α. Per exemple l'osmi 167 que dona tungstè 163:

$${\displaystyle {\ce {^167_76Os -> ^163_74W + ^4_2He}}}$$

 

En canvi, a partir del nombre màssic 168 i fins al 184 (excepte els naturals) la desintegració predominant és la β⁺, això és, l'emissió de positrons. Per exemple l'osmi 180 es desintegra i produeix reni 180:

$${\displaystyle {\ce {^180_76Os -> ^180_75Re + ^0_1 e}}}$$

 

A partir de l'osmi 191 la desintegració que predomina és la β^–, és a dir, emissió d'electrons. L'osmi 182, l'osmi 185 (el de període de semidesintegració més llarg, 93,6 dies) i alguns metaestables sofreixen captura electrònica. Per exemple l'osmi 196 dona iridi 196:

$${\displaystyle {\ce {^196_76Os -> ^196_77Ir + ^0_{-1}e}}}$$

 

 

Indústria metal·lúrgica

Els aliatges d'osmi amb platí i iridi són utilitzats en la fabricació de productes que requereixen una gran resistència a la fricció, llapis òptics, tremps de plomes estilogràfiques i puntes de bolígrafs de certes marques.

Indústria electrònica

La seva alta conductivitat elèctrica el converteix en una alternativa més eficaç i durable que l'or o el platí en productes electrònics. Complexos d'Os(II) i Os(IV) desperten gran interès com a emissors fosforescents per a aplicacions en OLEDs.

Altres camps

 

El tetraòxid d'osmi ${\displaystyle {\ce {OsO4}}}$  s’utilitza com a agent de tinció de lípids en microscòpia i s’ha utilitzat històricament per detectar empremtes digitals, gràcies a la reacció d'oxidació dels dobles enllaços de composts orgànics insaturats que es troben en empremtes digitals latents. L'exposició directa a vapors de tetraòxid d'osmi dona impressions negres entre 1 i 12 hores. Proporciona excel·lents resultats damunt diverses superfícies, especialment les més problemàtiques com la pell humana. Per la seva toxicitat no s'empra de forma rutinària i només en laboratoris degudament equipats. Aquesta reacció també es fa servir en síntesi orgànica per a hidroxilar alquens, és a dir introduir grups hidroxi ${\displaystyle {\ce {-OH}}}$  als dobles enllaços ${\displaystyle {\ce {C=C}}}$ , i s'anomena dihidroxilació de Sharpless. El mecanisme és:

 

Composts d'Os(II) i Os(VI) mostren activitat anticancerosa in vivo.