Οσμιο: πολλά βαρύ με ολίγη

Μικρό βιογραφικό για το στοιχείο όσμιο. Κάθε Κυριακή «Το Βήμα» μάς ξεναγεί και σε μιαν άλλη γωνιά του περιοδικού πίνακα.

Βίος και πολιτεία

Οταν δεν πρόκειται για ανθρώπους αλλά για μέταλλα, είναι πολύ πιο εύκολο να μετρήσεις τη σκληράδα τους. Μια πρώτη μέθοδος, που δεν χρειαζόταν και πολλά ή ακριβά μηχανήματα, ήταν να παρατηρούν ποιο υλικό μπορεί να χαράξει και να αφήσει σημάδι στη λεία επιφάνεια ενός άλλου. Οποιο χαράζει ένα άλλο αλλά δεν χαράζεται από αυτό θεωρείται σκληρότερο. Ωστόσο υπάρχουν και υλικά που δεν παρουσιάζουν λείες επιφάνειες ή έχουν άλλες δυσκολίες για να εφαρμοστεί αυτή η απλή στη λογική της μέθοδος. Σήμερα υπάρχουν περίπου δέκα διαφορετικές μέθοδοι για τη δημιουργία μιας κλίμακας σκληρότητας και κατάταξης των διαφόρων υλικών. Μία από αυτές που μπορεί και ο αναγνώστης να παρακολουθήσει στη διεύθυνση www.youtube.com/watch?v=RJXJpeH78iU είναι αυτή για την κατάταξη των υλικών στην κλίμακα Brinell. Εχεις το υλικό σου με τη μορφή μιας πλάκας ή μιας σφαίρας και εφαρμόζεις με τη βοήθεια μιας σκληρής μεταλλικής οξείας απόληξης μια συγκεκριμένη δύναμη για συγκεκριμένο χρόνο. Αυτή η διαδικασία αφήνει στην επιφάνεια του υλικού μια μικρή κοιλότητα με κυκλικό αποτύπωμα. Ενα μικροσκόπιο ακριβώς από επάνω δίνει με ακρίβεια τις διαστάσεις της κοιλότητας και με κάποιον μαθηματικό τύπο, ο οποίος λαμβάνει υπόψη του τη δύναμη και τις διαστάσεις της κοιλότητας, προκύπτει ένας αριθμός που τοποθετεί το υλικό στην κλίμακα Brinell. Για το όσμιο λοιπόν έχουμε τιμή 3.920 ως 4.000 που την υπερβαίνει σε ορισμένες περιπτώσεις μόνο το χρώμιο. Το κοβάλτιο είναι στο ίδιο επίπεδο, ενώ ακόμη και το ουράνιο φθάνει ως τα 3.850. Το όσμιο λοιπόν είναι από τα πιο σκληρά υλικά αλλά είναι και πρωταθλητής στην πυκνότητα για κάποια χιλιοστά. Το στοιχείο ιρίδιο, με βάση και την τοποθέτηση των ατόμων του στο πλέγμα, έχει πυκνότητα 22,650 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό, αλλά το νήμα κόβει πρώτο το όσμιο με 22,661!

Το όσμιο ανακαλύφθηκε ύστερα από συνεργασία δύο άγγλων χημικών, φίλων και συνεργατών. Ο Ουίλιαμ Χάιντ Γούλαστον (1766-1828) ασχολήθηκε με τον καθαρισμό του λευκόχρυσου, ο οποίος είχε φθάσει τον 17ο αιώνα στην Ευρώπη από τα ορυχεία της Κολομβίας με το όνομα «platina» (όντας δηλαδή υποκοριστικό της ισπανικής λέξης plata=ασήμι). Το 1748, επίσημα πλέον, αποδείχθηκε ότι ο λευκόχρυσος ήταν ένα χημικό στοιχείο με ιδιότητες μετάλλου. Εκείνη την εποχή οι χημικοί χρησιμοποιούσαν το λεγόμενο «βασιλικόν ύδωρ» (aqua regia), δηλαδή ένα διάλυμα υδροχλωρικού και νιτρικού οξέος, για να παίρνουν τα σχετικά δύσκολα άλατα μετάλλων όπως ο χρυσός και ο άργυρος. Οταν το χρησιμοποιούσαν για τον λευκόχρυσο, έμενε στο τέλος ένα σκούρο λασπώδες ίζημα που μερικοί υπέθεταν ότι ήταν γραφίτης. Το 1803 ο Σμίθσον Τέναντ (1761-1850) κατάφερε να αναλύσει κάπως περισσότερο αυτό το ίζημα και έβγαλε το συμπέρασμα ότι εκεί μέσα υπήρχε ένα καινούργιο χημικό στοιχείο. Τελικά αποδείχθηκε ότι δεν βρισκόταν σε αυτό ένα, άλλα δύο στοιχεία: ιρίδιο και όσμιο. Τον Ιούνιο του 1804 επίσημα πλέον γνωστοποιήθηκε με σχετική επιστολή στην Αγγλική Βασιλική Ακαδημία η ύπαρξη του στοιχείου όσμιο. Το όνομα είχε δώσει ο Τέναντ με βάση την ελληνική λέξη «οσμή», διότι στην πραγματικότητα ο άγγλος χημικός είχε δημιουργήσει στο εργαστήριο το τετροξείδιο του οσμίου (OsΟ₄), μια πτητική ένωση που είχε μια έντονη μυρωδιά μεταξύ στάχτης και καπνού.

Ατομικός αριθμός: 76

Ατομικό βάρος: 190,23

Σημείο τήξης: 3.054^οC

Σημείο ζέσης: 5.027^οC

Πυκνότητα: 22,6
γραμμάρια ανά
κυβικό εκατοστό

Αριθμός ισοτόπων: 36

Τι θέλει από τη ζωή μας

Η παρουσία του στη Γη είναι ανεπαίσθητη. Πρόκειται για το σπανιότερο σταθερό στοιχείο στον πλανήτη μας. Ευτυχώς θα λέγαμε, αφού ποσότητα του οσμίου στον αέρα, με τη μορφή του τετροξειδίου του οσμίου, μόλις 0,11 εκατομμυριοστών του γραμμαρίου σε ένα κυβικό μέτρο αέρα είναι ικανή να δημιουργήσει προβλήματα στους πνεύμονες, στα μάτια και στο δέρμα. Είναι βαρύ αλλά με ολίγη παρουσία επί της Γης.

Πρόκειται για ένα εξαιρετικά σκληρό μέταλλο. Το σχεδόν σκούρο μπλε στοιχείο, όταν βρίσκεται σε καθαρή κατάσταση, υπάρχει στα εδάφη της Ρωσίας, του Καναδά, της Νότιας Αφρικής και των Ηνωμένων Πολιτειών. Οι μικρές ποσότητες που χρειάζονται, περίπου 100 κιλά κάθε χρόνο (αλλά με τιμή κοντά στις 13.000 δολάρια το κιλό), προκύπτουν ως επί το πλείστον από το Οντάριο του Καναδά, ως παραπροϊόν της επεξεργασίας των μεταλλευμάτων για την παραγωγή καθαρού νικελίου με τη βοήθεια ηλεκτροχημικών μπαταριών. Στην άνοδο, μένει στον πυθμένα των στοιχείων ένα λασπώδες ρευστό που οξειδώνεται δίνοντας τετροξείδιο του οσμίου και από εκεί, προσεκτικά, διότι το οξείδιο αυτό είναι τοξικό, φιλτράρεται και με την αναγωγική δράση υδρογόνου παίρνουν όσμιο σε καθαρή μορφή. Για να το κάνουν όμως τι;

Εκτός από την ελάχιστη ποσότητα που απαιτείται για να δημιουργήσουν μια σχεδόν άφθαρτη μύτη σε ακριβές πένες γραψίματος και παλαιότερα σε βελόνες γραμμοφώνου, σήμερα χρησιμοποιείται σε κράματα μετάλλων, όπως αυτό του λευκόχρυσου με όσμιο σε αναλογία 90 προς 10, στα καλώδια των εμφυτευμένων σε καρδιοπαθείς βηματοδοτών και κάποιων καρδιακών βαλβίδων.

Γενικά όμως η μοίρα του ήταν να χρησιμοποιείται σε διάφορες περιπτώσεις και ύστερα από λίγο να αντικαθίσταται από άλλο υλικό. Στις βελόνες γραμμοφώνου και πικάπ των 45 στροφών αντικαταστάθηκε από πιο φθηνά υλικά. Στην παρασκευή αμμωνίας από άζωτο και νερό, μια βιομηχανική διαδικασία που, όπως επιμένουν μερικοί, άλλαξε τη μορφή του κόσμου σχεδόν, χρησιμοποιήθηκε ως καταλύτης και οι Γερμανοί αγόραζαν όλο το παραγόμενο όσμιο, αλλά το κόστος τούς ανάγκασε γύρω στο 1908 να ψάξουν και να βρουν φθηνότερες καταλυτικές ουσίες με βάση τον σίδηρο. Χρησιμοποιήθηκε με τη μορφή σκόνης στην ανίχνευση δακτυλικών αποτυπωμάτων, διότι αντιδρώντας με τις λιπαρές ουσίες που αφήνουμε ακουμπώντας διάφορα αντικείμενα έκανε τα ίχνη από τα δάχτυλα να φαίνονται σκουρόχρωμα, αλλά η τοξικότητα και το κόστος οδήγησαν σε άλλες ουσίες.

Χρησιμοποιείται ακόμη στα ηλεκτρονικά μικροσκόπια για την παρατήρηση παρασκευασμάτων σχετικών με τους λιπώδεις ιστούς. Είναι ισχυρό οξειδωτικό, και στην ένωση τετροξείδιο του οσμίου βρίσκεται ενωμένο με τέσσερα οξυγόνα έχοντας αριθμό οξείδωσης +8. Εχει λοιπόν την ικανότητα προσβάλλοντας τους διπλούς δεσμούς του άνθρακα (C=C) να συνενώνει τα λιπίδια, ενώ αυτό ανάγεται (από +8 ο αριθμός οξείδωσης του οσμίου γίνεται +6) δίνοντας ταυτόχρονα ένα σκούρο χρώμα στα δείγματα των ιστών και κάνοντας τελικά πολύ πιο ευκρινή τα παρασκευάσματα.

Πάντως ένα παράσημο του δίνουν οι ερευνητές της παλαιοντολογίας στο γνωστό πρόβλημα σε σχέση με τους δεινοσαύρους.

Ηδη από το 1983 ερευνητές είχαν παρατηρήσει ότι η αυξημένη παρουσία σε διάφορα σημεία της Γης των στοιχείων ιρίδιο και όσμιο σε συγκεκριμένα γεωλογικά στρώματα ενίσχυε τη θεωρία ότι στο Τσικχουλούμπ, μια περιοχή στο σημερινό Μεξικό, πριν από 65 εκατομμύρια χρόνια έπεσε από τον ουρανό κάτι που η σύγκρουσή του με την επιφάνεια της Γης δημιούργησε έναν κρατήρα μήκους 180 χιλιομέτρων και φαινόμενα υπεύθυνα για τον θάνατο εκείνη την εποχή του 70% των ζωντανών οργανισμών, από μικρά τετράποδα ως τους δεινοσαύρους. Το 1983 διατυπώθηκε η θεωρία πως ήταν κάποιος αστεροειδής που έπεσε στη Γη. Το ιρίδιο και το όσμιο είναι βασικά συστατικά αυτών των σωμάτων. Το 2013 όμως άλλοι ερευνητές από το Ντάρτμουθ της Αγγλίας έκαναν πιο προσεκτικές μετρήσεις υπολογίζοντας πιο ειδικά και τον λόγο δύο ισοτόπων του οσμίου και βρήκαν ότι οι ποσότητες τότε, στο τέλος της Κρητιδικής εποχής, 65 εκατομμύρια χρόνια πριν, ήταν μικρότερες αλλά αυτό απλώς άλλαζε κατά τι τη θεωρία. Διότι αυτές οι ελαττωμένες ποσότητες ιριδίου και οσμίου ταιριάζουν με το να ήταν ένας κομήτης το σώμα που προσγειώθηκε όχι και τόσο ομαλά στο Μεξικό. Πάντως είτε κομήτης είτε αστεροειδής, η ζημιά που έκανε προδόθηκε από το ιρίδιο και το όσμιο.