Osmio

Osmio
76 Os                                                                                                                                                                                                                                               renio ← osmio → iridio
Aspetto
Metallo grigio lucente
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	osmio, Os, 76
Serie	metalli di transizione
Gruppo, periodo, blocco	8(VIIIB), 6, d
Densità	22 661 kg/m³
Durezza	7
Configurazione elettronica
Proprietà atomiche
Peso atomico	190,23
Raggio atomico (calc.)	130 pm
Raggio covalente	128 pm
Raggio di van der Waals	136 pm
Configurazione elettronica	[Xe]4f145d66s2
e− per livello energetico	2, 8, 18, 32, 14, 2
Stati di ossidazione	2, 3, 4, 5, 8
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	4 940 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% >5,6 × 1013  anni εε 1,452 184W 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 1,96% 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

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

È un metallo di transizione del gruppo del platino: è un metallo duro, fragile, 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 ed 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 22 650 kg/m³ contro 22 661 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 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 (osmé) = odore) fu scoperto nel 1803 da Smithson Tennant, a Londra. Lo isolò insieme all'iridio dal residuo ottenuto dallo scioglimento del platino nell'acqua regia.

Disponibilità

L'osmio si trova nell'osmio nativo (o osmiridio), una lega naturale di osmio e iridio, e nelle sabbie fluviali ricche di platino degli Urali e delle Americhe. Si trova inoltre nei minerali di nichel della regione di Sudbury, nell'Ontario accompagnato ad altri metalli del gruppo del platino. Benché la concentrazione di questi metalli sia esigua, il grande volume di minerale trattato rende la produzione di questi metalli rari economicamente possibile.

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 alla 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.

Curiosità

Nel 2001, presso il Lawrence Livermore National Laboratory (California) un campione di osmio è stato sottoposto ad 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).

Questo metallo viene usato nella serie televisiva Fringe, nel sedicesimo episodio della terza stagione (intitolato appunto Os) per la sua proprietà di essere il metallo più pesante in natura. Nello stesso anno, pochi mesi dopo, un'altra serie televisiva, Eureka lo utilizza per la stessa ragione nel quattordicesimo episodio della quarta stagione.

Bibliografia

• Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1.
• R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998.

Altri progetti

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• Wikizionario
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Collegamenti esterni

• (EN) Osmio, Los Alamos National Laboratory.
• (EN) Osmio, su WebElements.com.
• (EN) Osmio, su EnvironmentalChemistry.com.
• (EN) Laser Cooling of negative osmium ions (UNIC Experiment, MPI Heidelberg), mpi-hd.mpg.de.

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