Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE MeV	ZP
¹⁸⁴Os	0,02 %	Stabil
¹⁸⁵Os	{syn.}	93,6 d	ε	1,013	¹⁸⁵Re
¹⁸⁶Os	1,58 %	>2,0 · 10¹⁵ a	α	2,822	¹⁸²W
¹⁸⁷Os	1,6 %	Stabil
¹⁸⁸Os	13,3 %	Stabil
¹⁸⁹Os	16,1 %	Stabil
¹⁹⁰Os	26,4 %	Stabil
¹⁹¹Os	{syn.}	15,4 d	β⁻	0,314	¹⁹¹Ir
¹⁹²Os	41,0 %	Stabil

NMR-Eigenschaften

	Spin	γ in rad·T⁻¹·s⁻¹	E	f_L bei B = 4,7 T in M Hz
¹⁸⁷Os	1/2	6,161 · 10⁶	1,22 · 10⁻⁵	4,61
¹⁸⁹Os	3/2	2,076 · 10⁷	0,00234	15,5

Sicherheitshinweise

Gefahrstoffkennzeichnung

Gefahrensymbole
F Leichtent- zündlich	Xi Reizend

^[2]

R- und S-Sätze

R: 11-37/38-41^[2]

S: 16-26-36/37/39^[2]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Osmium ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Os und der Ordnungszahl 76. Es ist ein hartes, sprödes, sehr dichtes, blaugrau oder blauschwarzes Übergangsmetall der Eisengruppe. Es zählt außerdem zu den Platinmetallen. Osmium wird dort genutzt, wo es auf größte Haltbarkeit und Härte ankommt. Osmium kommt im menschlichen Körper nicht vor und besitzt keine bekannte biologische Funktion.

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte
2 Vorkommen
3 Gewinnung und Darstellung
4 Eigenschaften
- 4.1 Physikalische Eigenschaften
- 4.2 Chemische Eigenschaften
5 Isotope
6 Verwendung
7 Sicherheitshinweise
8 Verbindungen
9 Quellen
10 Literatur
11 Weblinks

Geschichte

Osmium (griech. osme „Geruch“) wurde 1803 von Smithson Tennant zusammen mit Iridium im Rückstand von in Königswasser aufgelöstem Platin entdeckt. Das Element verdankt seinen Namen dem rettichartigen Geruch, der von seinem in geringer Konzentration vorhandenem, flüchtigem Oxid ausgeht (griechisch osmeo „ich rieche“). Die erste wichtige Anwendung des Metalls war seine Verwendung als Material für Glühfäden in Glühbirnen. Der Name der Firma Osram leitet sich von den Metallen Osmium und Wolfram ab.

Vorkommen

Metallisches Osmium als Schmelzperle

Osmium ist ein seltenes Element, an der Erdkruste hat es einen Anteil von 1 · 10⁻⁶ %.^[3] Fast immer ist es vergesellschaftet mit den anderen Platinmetallen Ruthenium, Rhodium, Iridium, Palladium und Platin. Häufig kommt Osmium gediegen, aber auch gebunden als Sulfid, Selenid oder Tellurid vor. Bei den Osmiumvorkommen ist zwischen primären und sekundären Lagerstätten zu unterscheiden. Primäre Lagerstätten sind Kupfer-, Nickel-, Chrom- oder Eisenerze, die geringe Mengen Platinmetalle gebunden enthalten. Es gibt keine eigenständigen Osmiumerze.

Neben diesen Erzen existieren sekundäre Lagerstätten oder Seifenlagerstätten, in denen Osmium und die anderen Platinmetalle gediegen vorkommen. Dabei sind die Metalle durch Verwitterung vom Wasser ausgewaschen worden und haben sich -bedingt durch ihre hohe Dichte- an geeigneten Stellen angereichert. Osmium kommt dabei vor allem in den natürlichen Legierungen Osmiridium und Iridosmium vor, die neben Osmium vor allem Iridium enthalten und nach ihrem überwiegenden Bestandteil unterschieden werden.

Die wichtigsten Vorkommen sind die platinmetallreichen Nickelerze in Kanada (Sudbury, Ontario) und in Russland (Ural). Weitere wichtige Vorkommen liegen in Witwatersrand (Südafrika). Sekundäre Lagerstätten findet man am Fuß des Urals, in Kolumbien, Äthiopien und auf Borneo.

Gewinnung und Darstellung

Die Gewinnung von Osmium ist schwierig und erfolgt im Zuge der Darstellung der anderen Edelmetalle, wie Gold oder Platin. Als Ausgangsmaterial dienen edelmetallhaltige Erze oder Anodenschlamm aus der Nickel- oder Goldproduktion. Dabei werden durch Verfahren, die unterschiedliche Eigenschaften der einzelnen Edelmetalle ausnutzen, nach und nach die Metalle voneinander getrennt, bis nur noch Osmium übrigbleibt. Dabei wird zunächst das Erz in Königswasser gelöst. Dabei gehen Gold, Palladium und Platin in Lösung, die anderen Platinmetalle und Silber bleiben zurück. Silber reagiert dabei zunächst zu unlöslichem Silberchlorid, dieses kann mit Bleicarbonat und Salpetersäure (Bildung von Silbernitrat) entfernt werden.

Durch Schmelzen mit Natriumhydrogensulfat und anschließendem Auslaugen kann Rhodium als Rhodiumsulfat gelöst und somit abgetrennt werden. Wird der verbleibende Rückstand mit Natriumperoxid geschmolzen, werden Osmium und Ruthenium gelöst und nur das unlösliche Iridium bleibt zurück. Wenn diese Lösung mit Chlor behandelt wird, entstehen die flüchtigen Stoffe Rutheniumtetroxid und Osmiumtetroxid. Bei Zugabe von alkoholischer Natronlauge löst sich nur das Osmiumtetroxid in ihr und kann auf diese Weise vom Ruthenium getrennt werden. Das Osmium wird mit Ammoniumchlorid als Komplex ausgefällt und schließlich mit Wasserstoff zu metallischem Osmium reduziert.

Metallisches Osmium wird nur in sehr geringem Umfang gewonnen, die Produktion liegt bei etwa einer Tonne pro Jahr.^[4]

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Metallisches Osmium ist ein auch bei höheren Temperaturen glänzendes Schwermetall von stahlblauer Farbe. Das Metall kristallisiert in einer hexagonal-dichtesten Kugelpackung. Es zählt zusammen mit Iridium zu den Elementen mit der höchsten Dichte (nach kristallographischen Berechnungen Osmium: 22,59 g/cm³, Iridium: 22,56 g/cm³^[1]) Osmium besitzt von allen Elementen der Platinmetalle den höchsten Schmelzpunkt und den niedrigsten Dampfdruck. Es weist von allen bekannten Elementen und Verbindungen das höchste Kompressionsmodul (462 GPa) auf und ist damit sogar weniger kompressibel als Diamant (443 GPa).^[5]

Chemische Eigenschaften

Osmium zählt zu den Edelmetallen und ist damit relativ reaktionsträge. Es reagiert nur mit einigen Nichtmetallen und dies vor allem bei erhöhter Temperatur. Es reagieren unter anderem Sauerstoff, Fluor und Chlor mit Osmium. Die Reaktion von Sauerstoff und Osmium zu Osmiumtetroxid findet bei kompaktem Osmium nur bei Rotglut statt, feinverteiltes Osmium bildet in Spuren schon bei Raumtemperatur Osmiumtetroxid.

In nichtoxidierenden Mineralsäuren ist Osmium nicht löslich, selbst Königswasser vermag Osmium bei niedrigen Temperaturen nicht zu lösen. Starke Oxidationsmittel greifen Osmium an. Beispiele sind konzentrierte Salpetersäure, sowie alkalische Oxidationsschmelzen, wie Natriumperoxid- und Kaliumchloratschmelzen. Dabei wird das Osmium zu Osmiumtetroxid oxidiert.

Isotope

Natürliches Osmium besteht aus insgesamt sieben Isotopen, ¹⁸⁴Os, ¹⁸⁶Os, ¹⁸⁷Os, ¹⁸⁸Os, ¹⁸⁹Os, ¹⁹⁰Os und ¹⁹²Os. ¹⁹²Os ist mit 40,78 %^[6] des natürlichen Osmiums das häufigste Isotop, ¹⁸⁴Os mit 0,02 %^[6] das seltenste. Als einziges natürliches Isotop ist ¹⁸⁶Os schwach radioaktiv. Neben diesen gibt es noch insgesamt 27 Isotope von ¹⁶²Os bis ¹⁹⁶Os^[6], die instabil, radioaktiv und nur künstlich herstellbar sind.

Zwei Isotope, ¹⁸⁷Os und ¹⁸⁹Os können für NMR-Untersuchungen verwendet werden. Von den künstlichen Nukliden werden ¹⁸⁵Os (Halbwertszeit 96,6 Tage) und ¹⁹¹Os (Halbwertszeit 15 Tage) als Tracer verwendet.

Siehe auch: Liste der Osmium-Isotope

Verwendung

Das Element findet nicht zuletzt wegen seines hohen Preises verhältnismäßig wenig technische Verwendung; seine Produktion wird weltweit auf nur eine Tonne jährlich geschätzt. Wegen der hohen Giftigkeit der Oxide wird Osmium selten im reinen Zustand verwendet. In abrasiven und verschleißenden Anwendungen wie Schreibkugeln in Kugelschreibern, phonografischen Abtastnadeln, Wellen und Zapfen im Instrumentenbau sowie elektrischen Kontakten kommen harte osmiumlegierte Legierungen aus der Platinfamilie zum Einsatz. Eine Legierung aus 90 % Platin und 10 % Osmium wird zu medizinischen Implantaten und künstlichen Herzklappen verarbeitet sowie in Herzschrittmachern verwendet.

Zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts wurden die Glühwendeln von Glühlampen aus Osmium gefertigt, bevor diese aus dem wesentlich billigeren Wolfram hergestellt werden konnten (siehe auch Osram).

Sicherheitshinweise

Osmiumtetroxid ist hochtoxisch. Staubgehalte in der Luft von 10⁻⁷ g/m³ können eine Lungenreizung mit Hyperämie bis zum Lungenödem hervorrufen sowie zu Haut- oder Augenschäden führen.

Metallisches Osmium ist fein verteilt als Pulver oder Staub leicht entzündlich, in kompakter Form aber nicht brennbar.

Verbindungen

Die stabilste Oxidationsstufe ist +4, es sind aber Verbindungen und Komplexe in den Oxidationsstufen von −2 bis +8 bekannt. Osmium bildet mit den meisten Nichtmetallen Verbindungen wie Oxide, Halogenide, Sulfide, Telluride, und Phosphide

Osmiumtetroxid

Osmiumtetroxid OsO₄ ist die bekannteste Verbindung des Osmiums und eine der wenigen stabilen Verbindungen in der Oxidationsstufe +VIII. Es ist eine leichtflüchtiger Feststoff, der sehr stark oxidierend wirkt. Auf Grund dieser Eigenschaft hat die Verbindung einige Anwendungen gefunden. Nachteile sind dagegen die hohe Toxizität und der hohe Preis. Darum wird Osmiumtetroxid häufig nur katalytisch eingesetzt.

Es wird zur Fixierung und Kontrastverstärkung von Lipiden (Fetten) und Membranen in der Elektronenmikroskopie und bei der Spurensicherung (Fingerabdrücke) eingesetzt. In der Organischen Chemie dient es als Oxidationsmittel zur cis-Hydroxylierung von Alkenen zu vicinalen Diolen.

Weitere Osmiumverbindungen

Mit Sauerstoff bildet Osmium weitere Verbindungen, die Oxide Osmiumtrioxid OsO₃ und Osmiumdioxid OsO₂. Osmiumtrioxid ist nur in der Gasphase stabil, Osmiumdioxid dagegen ein stabiler, hochschmelzender Feststoff in Rutil-Struktur.

Mit den Halogenen Fluor, Chlor, Brom und Iod sind eine Vielzahl von Verbindungen bekannt. Die möglichen Oxidationsstufen des Osmiums reichen dabei von +VII bei Osmium(VII)-fluorid bis +I bei Osmium(I)-iodid.

Komplexverbindungen

Neben diesen Verbindungen sind zahlreiche Komplexverbindungen bekannt. Vom Osmiumtetroxid leiten sich die Osmate, anionische Sauerstoffkomplexe des Osmiums ab. Auch mit anderen Liganden, wie Ammoniak, Kohlenstoffmonoxid und Cyanid sind viele Komplexe in verschiedenen Oxidationsstufen bekannt. Auch mit organischen Liganden, wie Cyclopentadien kann der Osmiumkomplex Osmocen, der zu den Metallocenen gehört, gebildet werden. Neben klassischen Komplexen, bei denen jede Metall-Ligand-Bindung eindeutig betimmt werden kann, existieren auch nicht-klassische Komplexe. Bei diesen liegen Metallcluster aus mehreren Osmiumatomen vor. Ihre konkrete Gestalt kann mit Hilfe der Wade-Regeln bestimmt werden.

Quellen

↑ ^a ^b J. W. Arblaster: Densities of Osmium and Iridium, in: Platinum Metals Review, 1989, 33, 1, 14–16.
↑ ^a ^b ^c BGIA-Gestis Gefahrstoffdatenbank
↑ Hans Breuer: dtv-Atlas Chemie, Band 1. 9. Auflage, dtv-Verlag, 2000, ISBN 3-423-03217-0.
↑ NZZ Folio 06/93 - Thema: Atomzeitbomben, Glossar
↑ Osmium is Stiffer than Diamond. Physical Review Focus, 27. März 2002
↑ ^a ^b ^c G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The Nubase evaluation of nuclear and decay properties

Literatur

Holleman-Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
Hans Breuer: dtv-Atlas Chemie, Band 1. 9. Auflage, dtv-Verlag, 2000, ISBN 3-423-03217-0.
M. Binnewies: Allgemeine und Anorganische Chemie. 1. Auflage, Spektrum Verlag, 2004, ISBN 3-8274-0208-5.
N.N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage, VCH Verlagsgesellschaft, 1988, ISBN 3-527-26169-9.