Els empèdocles moderns – Smithson Tennant (1803) i l’element 76 (Os) – osmi (nilsepthexi, Nsh)

El mot grec “ὀσμή” vol dir olor, tant en el sentit positiu de fragància com en el sentit negatiu de fetor. També el trobem per referir-se al sentit de l’olfacte. Els lexicògrafs catalans ens recorden que “olorar” és “aspirar l’aire amb el nas per sentir l’olor” o bé “percebre l’olor”, i que no l’hauríem de fer servir en el sentit de “fer olor”. Les coses fan olor, però no pas oloren. L’olor, val a dir, és “la sensació produïda en l’òrgan de l’olfacte per les emanacions de certs cossos”. Però, alhora, l’olor també és “l’emanació que produeix la dita sensació”. Fins i tot en els textos més formals sobre la fisiologia sensorial, aquesta amfibologia perdura. Hom diu, per exemple, que la quimio-recepció olfactiva respon a “olors transportades per l’aire a baixes concentracions”. Aquestes olors són, en realitat, substàncies químiques que produeixen la sensació olorosa en els organismes capaços de la percepció olfactiva corresponent. Com de baixa serà la concentració llindar de cada “olor” depèn no únicament de la natura de la substància química (volatilitat, etc.) sinó també i sobretot de l’organisme olorador. En els laboratoris de biologia molecular és pudor desagradable habitual la del mercaptoetanol (CH3CH2SH), que els narius humans poden detectar quan no hi ha més que valors de l’ordre de pM (és a dir de 108 molècules per mil•lilitre d’aire). Les abelles poden detectar substàncies a concentracions encara més baixes, fins a arribar a no pas més d’un miler de molècules per mil•lilitre d’aire. Des de fa més de tres dècades, hom treballa en el desenvolupament de “nassos electrònics” que arribin a aquests llindars i, si és possible, els ultrapassin. És el sentit de l’olfacte, natural o artificial, el qui ens comunica el paisatge químic de l’aire en el qual ens movem. L’aire o l’aigua que ens envolta és una barreja on es troben en solució o suspensió una munió innombrable de substàncies químiques d’orígens diversos. Potser això ens faria pensar que termes associats a la teoria de les solucions com “òsmosi” o “pressió osmòtica” tenen a veure amb l’olor. Etimològicament no és així. Els termes “endosmose” i “exosmose” foren introduïts per René Joachim Henri Dutrochet (1776-1847) en el 1827. Dutrochet estudiava els processos de difusió en medi líquid, vinculant-los a canvis de pressió. Dutrochet estudià l’efecte de membranes semipermeables, construïdes a materials minerals (fulles primers de marbre) o biològics (“membranes orgànics”), i mesurà els impulsos cap a dins i cap a fora dels volums que aquestes membranes definien. El mot grec que Dutrochet va fer servir era ωσμος (impuls) i no pas ὀσμή (olor). Grans o petites, les o ens marquen. I nosaltres som arribats al nombre 76 de la nostra sèrie.

L’aromaticitat per antonomàsia és l’associada amb el cicle del benzè (en la imatge, en l’esquema clàssic de Kekulé del 1866). En un sentit ample, les molècules de les substàncies aromàtiques han d’ésser prou volàtils (pesos moleculars inferiors a 300 uma), però poden consistir en grups funcionals ben diversos: èsters, terpens (lineals i cíclics), benzènics, amines, però també alcohols, aldehids, cetones, lactones i, naturalment, tiols

Smithson Tennant i la descoberta de l’osmi

Smithson Tennant

Smithson Tennant va nàixer a Selby (Yorkshire) el 30 de novembre del 1761, fill de Calvert Tennant. Seguint la tradició familiar, va rebre el nom de font del cognom de soltera de la seva àvia materna, Rebecca Smithson, llavors ja vídua de Joshua Hitchling. De fet, el seu pare es deia Calvert en honor de la seva pròpia àvia, Phyllis Calvert, al seu torn néta de Cecilius Calvert, segon baró de Baltimore, que fou el primer governador propietari de la Província de Maryland (1629-1632).

Tennant es formà a la Beverley Grammar School. Va sortir de Yorkshire el 1781 per emprendre estudis de medicina a Edinburgh. Pocs mesos després, però, es traslladà a Cambridge. S’interessà particularment per la botànica i la química, en les quals realitzà diverses contribucions bàsiques (com per exemple, sobre la identitat química del diamant i del carbó) i aplicades. En el 1784 realitzà una estada científica a Suècia. No es doctorà en medicina fins el 1796. De totes maneres llavors el seu interès se centrava en l’agronomia, i en una finca de les rodalies de Cheddar, que havia adquirit de fa poc, realitzava experiments agrícoles.

Ja hem vist en un capítol anterior, la relació estreta que Tennant establí amb William Hyde Wollaston. Wollaston era cinc anys més jove que Tennant i, com ell, havia conclòs els estudis de medicina, bo i aparcant l’exercici de la professió en benefici de la recerca química. En el 1800, Wollaston i Tennant establiren una societat dedicada a la producció i venda de productes químics, amb la vista posada especialment en els sectors agrícola i metal•lúrgic. Els dos gaudiren aviat de prestigi científic (Wollaston va rebre la medalla Copley del 1802) i d’èxit comercial, particularment gràcies al desenvolupament d’un mètode d’extracció de platí a partir dels minerals importats de l’Amèrica espanyola.

La caracterització del platí com a metall havia estat matèria de controvèrsia a mitjan del segle XVIII. Juan de Ulloa havia propugnat que es tractava d’un metall elemental, diferenciat de l’argent. No obstant, en el tractament del platí amb aigua règia s’obtenia un residu insoluble fosc. Joseph Louis Proust (1754-1826) considerà que aquest residu fosc era probablement grafit. Hyppolite-Victor Collet-Descotils (1773-1815), Antoine François Fourcroy (1755-1809) i Louis Nicolas Vauquelin (1763-1829) havien estudiat també aquest material, però no pogueren aprofundir per l’escassa quantitat.

Tennant i Wollaston conclogueren que el platí contenia metalls elementals addicionals de caràcter minoritari. El primer d’aquests fou finalment descrit amb el nom de “pal•ladi” en el 1803, en homenatge al planeta Pal•les, descobert per aquelles dates.

També en el 1803, Tennant analitzà el residu insoluble de mineral de platí i sospità la presència d’un altre metall. En fer reaccionar el residu amb sosa càustica a temperatura elevada, es generaven uns fums olorosos. En d’altres reaccions, apareixien substàncies iridiscents. Deduí finalment que, addicionalment al platí i al pal•ladi, hi havia dos metalls més als quals denominà osmi (osmium, per l’olor) i iridi (iridium, per la iridiscència). Aquesta descobert fou comunicada a la Royal Society el juny del 1804.

Tennant era al corrent de les recerques paral•leles fetes per Vauquelin. Vauquelin havia sotmès el residu negre de la platina a atacs alcalins i àcids successius, i havia obtingut un òxid volàtil que sospitava que es corresponia a un metall nou. Vauquelin havia designat aquest metall amb el nom de “ptè” (ptenum, del grec πτηνος , que vol dir alat, en referència a la volatilitat del seu òxid). El ptè i l’osmi eren, de fet, la mateixa substància. La prioritat, però, li fou concedida a Tennant, reconeguda tant per Vauquelin com per Wollaston.

El llistat de metalls platinoids va rebre encara alguna aportació addicional per part de Wollaston. Però no tots els autors els reconegueren. John Dalton, a “New System of Chemical Philosophy” (1807) es limita a consignar el platí, simbolitzat com a “P”. En canvi, Berzelius en el 1813, sí esmenta els metalls platinoids identificats per Wollaston i Tennant. L’osmi és simbolitzat amb les inicials “Os”, que reté fins els nostres dies. Amb més o menys adaptacions gràfiques i fonètiques, el nom llatí “osmium” és adoptat per les diferents llengües.

Tennant havia esdevingut en el 1813 professor de química a Cambridge. L’hivern del 1814 realitzà féu una estada llarga a França. Napoleó havia estat vençut i bandejat a l’illa d’Elba, la qual cosa posava fi a un llarg cicle bèl•lic. El 22 de febrer del 1815, Tennant creuava a cavall un pont, quan es precipità fatalment daltabaix. La mort de Tennant fou sentida i hom li féu en els anys següents diversos homenatges. En el 1819, per exemple, hom denominà “tennantita” a un mineral de coure i arsènic trobat a Cornualla.

Les característiques comunes del platí i dels “metalls platinoids” ajudà en els intents de sistematització del nombre cada vegada més elevat d’elements químics. En el 1865, John Newlands, per exemple, classifica l’osmi com l’element 51, i l’adscriu al grup del liti, on també entrarien el coure i l’argent.

Més coneguda, però, és la taula periòdica de Mendeleev del 1869. En aquesta taula, l’osmi (Os = 199) és l’element del sisè període del grup del níquel i del cobalt (quart període), en el qual també trobem el pal•ladi (cinquè període).

En el 1871, Mendeleev fa una taula més compacta. D’aquesta manera, els “metalls nobles pesants” són tots agrupats (“Os = 195, Ir = 197, Pt =198, Au = 199) en la casella corresponent al període 10 i grup VIII. En les dècades següents, hom començarà a disgregar el “grup VIII”. L’osmi (en el sisè període) anirà a parar al grup del ferro (quart període) i del ruteni (cinquè període).

Una de les primeres aplicacions comercials quantitatives dels compostos d’osmi fou el seu ús com a catalitzador en el procés de Haber-Bosch. Aquest procés, desenvolupat per Fritz Haber i Carl Bosch, com ja hem vist en capítols anteriors, permet la conversió del gas nitrogen en amoníac, aspecte que obria la producció de fertilitzants nitrogenats artificials. Malgrat l’alt preu dels catalitzadors d’urani i d’osmi emprats en el procés, l’operació conduïda per la Badische Anilin- und Soda- Fabrik (BASF) era rendible. La major part de la producció mundial d’osmi fou vehiculada cap a aquest procés. Però Bosch treballava en trobar substituts menys cars, i els trobà en combinacions de ferro i d’òxids de ferro (1908). La demanda d’osmi va decaure a l’espera de noves aplicacions.

Una aplicació que no va arribar a prendre fou la bombeta elèctrica de filament d’osmi. Carl Auer von Welsbach la desenvolupà, amb el nom d’Oslamp en el 1898, i va comercialitzar-la a partir del 1902. Les bombetes d’osmi no resistiren la competència de les bombetes de tàntal, primer, i les bombetes de tungstè (= wolframi), després. Però és simptomàtic que la combinació d’Auer-Gestellschaft, AEG i Siemens & Halske per fabricar bombetes elèctriques fos d’Osram (combinació d’osmi i wolframi).

Entre 1945 i 1955, aliatges d’osmi eren utilitzats per confeccionar les puntes de les agulles dels fonògrafs. Les agulles d’osmi guanyaven en durabilitat les d’acer o de crom, però eventualment foren superades en aquest sentit per les agulles de safir o de diamant.

Els aficionats a la novel•la negra, identificaran l’ús del tetròxid d’osmi en la revelació d’empremtes digitals, especialment a partir dels anys 1950, cosa que s’explica per la reactivitat d’aquesta substància amb molècules orgàniques, particularment lipídiques.

També dels anys 1950, és l’aplicació creixent del tetròxid d’osmi en microscòpia electrònica. L’OsO4 ja havia estat utilitzat en microscòpia òptica, com a agent fixador, però també en protocols de tinció de teixit adipós. Aquests usos s’expliquen pel fet que l’OsO4 és un fort oxidant i acaba produint enllaços creuats en la fracció hidrocarbonada de les molècules lipídiques de les membranes biològiques. Al microscopi electrònic de transmissió, els teixits tractats amb OsO4 mostren un contrast més fort, ja que els àtoms d’osmi confereixen “electrodensitat” a les estructures amb les que s’associen (membranes cel•lulars, vacuoles lipídiques).

Talls ultrafins de teixit vegetal observats al microscopi electrònic. En la imatge de sota, hom ha tractat el teixit amb OsO4, de manera que hom aconsegueix un major contrast d’electrodensitat. La microscòpia electrònica de transmissió va permetre conèixer l’ultrastructura biològica

En el 1980, Karl Barry Shapless (*Philadelphia, 28.4.1941) desenvolupà una reacció de dihidroxilació asimètrica fent ús d’osmat potàssic com a agent oxidant per convertir un doble enllaç en un diol vicinal.

La reflectivitat de l’osmi en la banda blava i ultraviolada és elevada, la qual cosa va fer que hom pensés en utilitzar-lo en disseny d’espectròmetres d’ultraviolat. En diverses missions de l’Space Shuttle s’assajaren miralls revestits d’osmi amb aquesta finalitat. La reactivitat de l’osmi però barrà el pas a aquesta aplicacions (Gull et al., 1985)

L’osmi: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard de l’osmi és de 190,23 uma, valor que resulta de la mitjana ponderada dels seus isòtops estables (192Os, 190Os, 189Os, 188Os, 187Os, 186Os, 184Os). El llistat complet d’isòtops fa:
– osmi-162 (162Os; 161,98443 uma). Nucli format per 76 protons i 86 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,00187 s. Decau a tungstè-158, amb emissió d’un nucli d’heli-4.
– osmi-163 (163Os; 162,98269 uma). Nucli format per 76 protons i 87 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0055 s. Decau normalment a tungstè-159 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, més rarament, a tungstè-162 (amb emissió d’un protó i d’un positró) o a reni-163 (amb emissió d’un positró).
– osmi-164 (164Os; 163,97804 uma). Nucli format per 76 protons i 88 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,021 s. Decau normalment (98%) a tungstè-160 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (2%), a reni-164 (amb emissió d’un positró).
– osmi-165 (165Os; 164,97676 uma). Nucli format per 76 protons i 89 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,071 s. Decau bé a tungstè-161 (60%; amb emissió d’un nucli d’heli-4) o bé a reni-164 (40%; amb emissió d’un nucli de reni-165 (40%; amb emissió d’un positró).
– osmi-166 (166Os; 165,972691 uma). Nucli format per 76 protons i 90 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,216 s. Decau majoritàriament (72%) a tungstè-162 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (28%) a reni-166 (amb emissió d’un positró).
– osmi-167 (167Os; 166,97155 uma). Nucli format per 76 protons i 91 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,81 s. Decau majoritàriament (67%) a tungstè-163 (amb nucli d’heli-4) o, alternativament (33%), a reni-167 (amb emissió d’un positró).
– osmi-168 (168Os; 167,967804 uma). Nucli format per 76 protons i 92 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,06 s. Decau bé a reni-168 (51%; amb emissió d’un positró) bé a tungstè-164 (49%; amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– osmi-169 (169Os; 168,967019 uma). Nucli format per 76 protons i 93 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,4 s. Decau majoritàriament (89%) a reni-169 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (11%), a tungstè-165 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– osmi-170 (170Os; 169,963577 uma). Nucli format per 76 protons i 94 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 7,46 s. Decau majoritàriament (91,4%) a reni-170 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (8,6%), a tungstè-166 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– osmi-171 (171Os; 170,963185 uma). Nucli format per 76 protons i 95 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8,3 s. Decau normalment (98,3%) a reni-171 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (1,7%), a tungstè-167 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– osmi-172 (172Os; 171,960023 uma). Nucli format per 76 protons i 96 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 19,2 s. Decau normalment (98,9%) a reni-172 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (1,1%), a tungstè-168 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– osmi-173 (173Os; 172,959808 uma). Nucli format per 76 protons i 97 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 22,4 s. Decau normalment (99,6%) a reni-173 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,4%), a tungstè-169 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– osmi-174 (174Os; 173,957062 uma). Nucli format per 76 protons i 98 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 44 s. Decau normalment (99,97%) a reni-174 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,024%), a tungstè-170 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– osmi-175 (175Os; 174,956946 uma). Nucli format per 76 protons i 99 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 84 s. Decau a reni-175, amb emissió d’un positró.
– osmi-176 (176Os; 175,95481 uma). Nucli format per 76 protons i 100 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 220 s. Decau a reni-176, amb emissió d’un positró.
– osmi-177 (177Os; 176,954965 uma). Nucli format per 76 protons i 101 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 180 s. Decau a reni-177, amb emissió d’un positró.
– osmi-178 (178Os; 177,953251 uma). Nucli format per 76 protons i 102 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 300 s. Decau a reni-178, amb emissió d’un positró.
– osmi-179 (179Os; 178,953816 uma). Nucli format per 76 protons i 103 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 390 s (7 minuts).
– osmi-180 (180Os; 179,952379 uma). Nucli format per 76 protons i 104 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1290 s (22 minuts). Decau a reni-180, amb emissió d’un positró.
– osmi-181 (181Os; 180,95324 uma). Nucli format per 76 protons i 105 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6300 s (105 minuts). Decau a reni-181, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 48,9 keV (181m1Os; que té una semivida de 162 s, i que decau a reni-181) i un altre a 156,5 keV (181m2Os; que té una semivida de 3,16•10-7 s).
– osmi-182 (182Os; 181,952110 uma). Nucli format per 76 protons i 106 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 7,956•104 s (22 hores). Decau a reni-182, per captura electrònica.
– osmi-183 (183Os; 182,95313 uma). Nucli format per 76 protons i 107 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,68•104 s (13 hores). Decau a reni-183, per captura electrònica. Posseeix un estat metastable (183mOs) a 170,71 keV, que té una semivida de 3,6•104 s, i que decau bé a l’estat basal (15%) o directament a reni-183 (85%).
– osmi-184 (184Os; 183,9524891 uma). Nucli format per 76 protons i 108 neutrons. Teòricament, decau a tungstè-180 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o a tungstè-184 (amb emissió de dos positrons). Ho faria, però, amb una semivida tan llarga, de 1,8•1021 s (dos ordres de magnitud superior a l’edat actual de l’univers) que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La seva freqüència isotòpica és de 0,0002%.
– osmi-185 (185Os; 184,9540423 uma). Nucli format per 76 protons i 109 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8,09•106 s (94 dies). Decau a reni-185, per captura electrònica. Posseeix dos estats metastables, un a 102,3 keV (185m1Os; que té una semivida de 3•10-6 s) i un altre a 275,7 keV (185m2Os; que té una semivida de 7,8•10-7 s).
– osmi-186 (186Os; 185,9538382 uma). Nucli format per 76 protons i 110 neutrons. Decau a tungstè-182, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Ho fa, però, amb una semivida ben llarga, de 6•1022 s (cinc ordres de magnitud superior a l’edat actual de l’univers), de manera que la dotació primordial de la Terra es manté gairebé intacta. La freqüència isotòpica és de 1,59%.
– osmi-187 (187Os; 186,9557505 uma). Nucli format per 76 protons i 111 neutrons. Teòricament, decauria a tungstè-183, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La freqüència isotòpica és de 1,96%. És un dels isòtops considerats en el sistema de datació de reni-osmi, en tant que isòtop fill del reni-187.
– osmi-188 (188Os; 187,9558382 uma). Nucli format per 76 protons i 112 neutrons. Teòricament, decauria a tungstè-184, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La freqüència isotòpica és de 13,24%. És un dels isòtops considerats en el sistema de datació-reni-osmi.
– osmi-189 (189Os; 188,9581475 uma). Nucli format per 76 protons i 113 neutrons. Teòricament, decauria a tungstè-185, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La freqüència isotòpica és de 16,15%. Posseeix un estat metastable (189mOs) a 30,812 keV, que té una semivida de 2,09•104 s, i que decau a l’estat basal.
– osmi-190 (190Os; 189,9584470 uma). Nucli format per 76 protons i 114 neutrons. Teòricament, decauria a tungstè-186, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La freqüència isotòpica és de 26,26%. Posseeix un estat metastable (190mOs) a 1705,4 keV, que té una semivida de 590 s, i que decau a l’estat basal.
– osmi-191 (191Os; 190,9609297 uma). Nucli format per 76 protons i 115 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,33•106 s (15 dies). Decau a iridi-191, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (191mOs) a 74,382 keV, que té una semivida de 4,72•104 s i que decau a l’estat basal.
– osmi-192 (192Os; 191,9614807 uma). Nucli format per 76 protons i 116 neutrons. Teòricament, decauria a tungstè-188 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o a platí-192 (amb emissió de dos electrons). Ho faria, però, amb una semivida molt llarga, de 3,1•1020 s (dos ordres de magnitud superior a l’edat actual de l’univers), de manera que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La freqüència és de 40,78%. Posseeix un estat metastable (192mOs) a 2015,4 keV, que té una semivida de 5,9 s, i que decau a l’estat basal (87%) o a iridi-192 (13%; amb emissió d’un electró).
– osmi-193 (193Os; 192,9641516 uma). Nucli format per 76 protons i 117 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,084•105 s (30 hores). Decau a iridi-193, amb emissió d’un electró.
– osmi-194 (194Os; 193,9651821 uma). Nucli format per 76 protons i 118 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,9•108 s (6 anys). Decau a iridi-194, amb emissió d’un electró.
– osmi-195 (195Os; 194,96813 uma). Nucli format per 76 protons i 119 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 390 s (7 minuts).
– osmi-196 (196Os; 195,96964 uma). Nucli format per 76 protons i 120 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2090 s (35 minuts). Decau a iridi-196, amb emissió d’un electró.
– osmi-197 (197Os). Nucli format per 76 protons i 121 neutrons,. És un isòtop inestable, amb una semivida de 170 s (3 minuts).

L’àtom neutre d’osmi conté 76 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d66s2. Això el converteix en l’element del període 6 del grup 8 (el grup del ferro), dins del bloc d (metalls de transició). És inclòs també en el grup del platí (platinoids) i, dins d’aquest, en el subgrup de l’iridi; en aquest sentit, doncs, és comptat entre els “metalls nobles” i, de vegades, entre els “metalls refractaris”. L’estat d’oxidació més habitual és +4 (ex. OsO2, OsCl4), encara que també el podem trobar amb +8 (ex. OsO4), +7 (ex. OsOF5), +6 (ex. OsF6), +5 (ex. OsF5), +3 (ex. OsBr3), +2 (ex. OsI2), +1 (ex. OsI), 0 (ex. Os3(CO)12), -1 (ex. Na2[Os4(CO)13]) i -2 (ex. Na2[Os(CO)4]). El radi atòmic és de 1,35•10-10 m.

Cristalls d’osmi ultrapur (>99,99%), obtinguts per reacció de transport de vapor químic en atmosfera de gas clor

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, l’osmi es presenta com un sòlid metàl•lic d’aspecte argentí i tonalitat blau-grisa. En aquestes condicions, la densitat és de 22587 kg•m-3, la qual cosa el converteix en l’element químic estable més dens. És un metall dur (7,0 en l’escala de Mohs) i fràgil. Presenta una forta resistència a la compressió (395-462 GPa de mòdul de compressibilitat). L’osmi sòlid reté el llustre fins a temperatures relativament elevades. El caràcter de metall noble queda ratificat per la resistència a tot àcid i àlcali, inclosa l’aigua règia. L’osmi polvoritzat, degut a una lleugera oxidació, adquireix volatilitat i esdevé un material olorós (i tòxic).

En condicions estàndards de pressió, l’osmi fon a 3306 K (tan sols el superen, entre els elements, el carboni, el tungstè i el reni). La densitat de l’osmi líquid en el punt de fusió és de 20000 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, l’osmi bull a 5285 K. Presenta, de fet, la pressió de vapor més baixa entre tots els platinoids.

Tetròxid d’osmi, envasat en una ampolla segellada de vidre

Entre els compostos d’osmi podem citar:
– òxids: OsO4 (tetròxid d’osmi, òxid d’osmi (VIII); sòlid cristal•lí volàtil, de forta olor, com hem vist abans, i de color groc pàl•lid i soluble en aigua), OsO2 (diòxid d’osmi, òxid d’osmi (IV); sòlid negre, no-volàtil).
– osmat. L’anió osmat (OsO4(OH)22-) es produeix com a conseqüència de la reacció d’OsO4 amb una base.
– nitrido-osmat: OsO3N, producte de la reacció d’OsO4 amb NH3.
– halurs: OsF5, OsCl3, OsBr3, OsI3, OsI2, OsI.
– compostos organo-òsmics

L’abundància atòmica de l’osmi depèn dels processos de nucleosíntesi en les supernoves i de l’estabilitat dels seus isòtops. Com és el cas dels elements amb Z parell, l’osmi disposa d’un bon nombre d’isòtops quasiestables, la qual cosa n’afavoreix l’abundància. L’osmi és més abundant que un bon nombre d’elements més lleugers (els elements 43, 45, 47, 49, 51, 55, 57, 59 i tots els que hi ha entre el 61 i 75). Dels elements més pesants, tan sols el superen en abundància atòmica, el platí i el plom.

En la Terra, l’abundància global d’osmi seria de 0,9 ppm en termes de massa (0,12 ppm en termes atòmics). Es tracta d’un element fortament sideròfil, de manera que la immensa majoria de la dotació planetària es troba en el nucli. En el mantell i, especialment, en l’escorça és molt més rar. En la litosfera continental, l’abundància màssica de l’osmi és de 50 ppb, la qual cosa fa que sigui inclòs en la llista dels “metalls més rars”, en la que, en termes atòmics, tan sols l’iridi és encara menys abundant. Hom el troba sobretot en estat elemental, tot sovint en forma d’aliatges naturals. Així, forma aliatges amb l’iridi, que poden anar d’osmiridi (amb major riquesa d’osmi) a iridosmi (major riquesa d’iridi). En forma combinada, el trobem com a sulfur, tel•luriür, antimoniür, arseniür, en companyia d’altres platinoids, en dipòsits de níquel i coure. En aquests dipòsits, també el podem trobar en forma d’element, aliat directament amb níquel i coure.

La presència d’osmi en la hidrosfera i atmosfera és negligible.

Pel que se sap, l’osmi no és bioelement per a cap organisme. La seva presència en la biosfera, d’altra banda, és negligible.

L’osmi polvoritzat és un material de risc pel fet d’ésser pirofòric però, també, com hem dit abans, per formar OsO4 volàtil. La volatilitat de l’OsO4 el fa penetrar fàcilment per la pell i per les vies respiratòries. La seva flaire desagradable no permet que passi desapercebut, però n’hi ha prou amb poca concentració en l’aire com perquè produeixi congestió pulmonar i irritació greu de pell i ulls. Com que és una substància altament oxidant, tendeix a convertir-se amb relativa rapidesa en compostos inerts.

Aplicacions de l’osmi

L’osmi és un metall preciós, combinació que resulta de la seva noblesa (refractabilitat) i de la seva raresa. La mineria d’osmi es practica sobretot en dipòsits primaris de natura ígnia o, en menor grau, originats d’impactes meteòrics, però també en dipòsits secundaris que resulten de la transformació geològica dels primers (com els dipòsits al•luvials del Chocó, a Colòmbia; o els dels Urals). Una reserva important d’osmi és el complex igni de Bushveld (Sud-àfrica). Des d’un punt de mira quantitatiu, l’osmi també és fonamentalment un subproducte de la mineria de coure (dipòsits de coure-níquel de Norilsk, a Sibèria, o de la Conca de Sudbury, al Canadà).

De l’electrorefinat del mineral de coure-níquel, resulta una fang anòdic que conté metalls nobles barrejats o enllaçats amb no-metalls (seleni, tel•luri). El fang és dissolt amb aigua règia o amb àcid clorhídric. En el cas de l’aigua règia, l’osmi queda en la fracció insoluble (residu sòlid), al costat del ruteni, el rodi i l’iridi. El rodi és separat en tractar aquest residu amb bisulfat sòdic fos. El tractament ulterior amb òxid sòdic, permet la formació de sals solubles de ruteni i d’osmi. L’OsO4 i el RuO4 són separats en fer precipitar el segon en presència de clorur d’amoni. La purificació d’OsO4 empra diverses tècniques de destil•lació o d’extracció amb solvents orgànics.

L’OsO4 és reduït amb hidrogen per aconseguir-ne la forma metàl•lica. La forma comercial més habitual és l’osmi metàl•lic polvoritzat (99,9%), encara que el podem trobar en forma d’esponja. La producció anual d’osmi, incorporant-hi el reciclatge, és de l’ordre d’uns centenars de quilograms.

Peça d’osmi obtinguda per refosa. A diferència d’altres platinoids, l’osmi no desperta gaire interès com a metall monetari. És simptomàtic, per exemple, a RWMM tinguin tan sols tres peces en estoc de 31 grams, cadascuna valorada en 829 dòlars. Com a lingot, és tan inert com ho pugui qualsevol altre metall preciós.

L’osmi s’utilitza bàsicament en la confecció d’aliatges refractaris, que suporten bé el desgast, com per exemple, amb l’iridi (osmiridi) o amb altres platinoids. El trobem en contactes elèctrics, pivots instrumentals, les puntes de les plomes estilogràfiques.

Algunes aplicacions potencials de l’osmi semblen funcionar millor en altres platinoids. És el cas del seu ús com a absorbent de gas hidrogen en bateries de metall-hidrur, on l’osmi és desaconsellat per la seva reactivitat amb el KOH.

Entre d’altres aplicacions de compostos d’osmi podem esmentar:
– l’ús d’OsO4 o d’OsFeCN com a agents fixadors i de contrast per a la microscòpia òptica i electrònica.
– l’ús d’OsO4 i d’osmat potàssic (H4K2O6Os com a oxidants de síntesi química.
– l’OsO4 ha estat utilitzat en injeccions intraarticulars en el tractament de l’artritis reumatoide. Fu et al. (2011) han estudiat les possibles aplicacions antitumorals de dos compostos d’osmi (II).

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: