El osmio es un elemento químico de número atómico 76 que se encuentra en el grupo 8 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Os.
Se trata de un metal de transición blanco grisáceo, frágil y sólido. Se clasifica dentro del grupo del platino, y se emplea en algunas aleaciones con platino e iridio. Se encuentra aleado en menas de platino y su tetróxido, OsO4. El osmio es el elemento natural más pesado a igual volumen (es decir, más denso) que existe, con una densidad de 22.59 g/cm³ y masa atómica de 190.23
Se emplea en síntesis orgánica (como oxidante) y en el proceso de tinción de tejidos (como fijador) para su observación mediante microscopía electrónica, y en otras técnicas biomédicas. Las aleaciones de osmio se emplean en contactos eléctricos, puntas de bolígrafos y otras aplicaciones en las que es necesaria una gran dureza y durabilidad.
El osmio fue descubierto en 1803 por Smithson Tennant, a partir del residuo que quedaba al disolver platino nativo en agua regia. Es un elemento muy escaso en la naturaleza y que se halla en la corteza terrestre en una concentración de 0.0015 ppm. Previamente, los químicos franceses Antoine-François de Fourcroy y Louis Nicolas Vauquelin identificaron un material en el residuo del platino, al que llamaron ptène, pero no pudieron caracterizarlo correctamente al no contar con una cantidad suficiente para aislarlo.
Características thumb|left|150px|Cristales de osmio
En su forma metálica es de color azul grisáceo, duro y brillante, incluso a altas temperaturas, aunque es difícil encontrarlo en esta forma. Es más fácil obtener osmio en polvo, aunque expuesto al aire tiende a la formación del tetróxido de osmio, OsO4, compuesto tóxico (peligroso para los ojos), oxidante enérgico, de un olor fuerte, y volátil. En la corteza terrestre se encuentra junto con otros metales del grupo del platino, generalmente aleado con iridio (y otros en menor cantidad). El osmio es otro de los metales aleados al hierro, níquel e iridio y al igual que estos, la mayor cantidad de osmio nativo se encuentra en el núcleo del planeta que por su alta densidad se hundió y pasó a formar parte de sus componentes. Las aleaciones de osmio e iridio en las que hay mayor cantidad de osmio se conocen como osmiridio, contra las que tienen más iridio, llamadas iridiosmio.
Se conoce también el dióxido de osmio, OsO2, los fluoruros OsF4, OsF5 y OsF6 y los cloruros OsCl2, OsCl3 y OsCl4. Forma asimismo diversos oxoaniones. El osmio en forma pura no se utiliza, se emplea en aleaciones como endurecedor del platino y como catalizador.
Alcanza el estado de oxidación +8, al igual que el rutenio, estado que no alcanza el hierro, que es el elemento cabecera de este grupo. Puede presentar variados estados de oxidación, desde el 0 al +8. Son muy resistentes al ataque por ácidos, disolviéndose mejor por fusión alcalina.
Es el elemento natural de mayor densidad (a presión ambiente) de la Tierra,http://www.lenntech.es/tabla-peiodica/densidad.htm siendo ligeramente superior a la del iridio, y tiene una de las energías cohesivas y una de las temperaturas de fusión más altas.
Propiedades
Propiedades físicas thumb|left|upright|Osmio, bolita fundida
El osmio tiene un tinte azul grisáceo y es el elemento estable más denso; es aproximadamente dos veces más denso que el plomo y ligeramente más denso que iridio. Los cálculos de densidad a partir de los datos obtenidos con cristalografía de rayos X permiten obtener los resultados más fiables para estos elementos, dando un valor de para el osmio, ligeramente más denso que el valor de obtenido para el iridio. Ambos metales son casi 23 veces más densos que el agua, y veces más densos que el oro.
El osmio es un metal duro pero quebradizo que permanece con brillo incluso a altas temperaturas. Tiene una compresibilidad muy baja. En consecuencia, su módulo de compresibilidad es extremadamente alto, con valores entre y , comparable a la del diamante, de (). La dureza del osmio es moderadamente alta, con un valor de . Debido a su dureza y fragilidad, presenta una baja presión de vapor (la más baja de los metales del grupo del platino) y un punto de fusión muy alto (el tercero más alto de todos los elementos, después del wolframio y del renio). El osmio sólido es difícil de mecanizar para darle forma.
Propiedades químicas Estados de oxidación del osmio −2 −1 0 +1 +2 +3 +4 , +5 +6 +7 +8 ,
El osmio forma compuestos con estados de oxidación que van desde −2 a +8. Los estados de oxidación más comunes son +2, +3, +4 y +8. El estado de oxidación +8 es notable por ser el más alto alcanzado por cualquier elemento químico aparte del +9 de iridio y se encuentra solo en xenón, rutenio, hasio, y iridio. Los estados de oxidación −1 y −2 representados por dos compuestos reactivos y se utilizan en la síntesis clústeres de osmio.
El compuesto más común que exhibe el estado de oxidación +8 es el tetróxido de osmio. Este compuesto tóxico se forma cuando el osmio en polvo se expone al aire. Es un sólido cristalino muy volátil, soluble en agua, amarillo pálido y con un fuerte olor. El polvo de osmio tiene el olor característico del tetróxido de osmio. Este óxido forma osmiatos rojos al reaccionar con una base. Con amoníaco, forma el nitro-osmiato . El tetróxido de osmio hierve a 130° C y es un poderoso agente oxidante. Por el contrario, el dióxido de osmio (OsO2) es negro, no volátil y mucho menos reactivo y tóxico.
Solo dos compuestos de osmio tienen aplicaciones importantes: el tetróxido de osmio para la tinción de tejidos orgánicos en microscopía electrónica y para la oxidación de alquenos en síntesis orgánica, y los osmiatos no volátiles para reacciones de oxidación orgánicas.
El pentafluoruro de osmio (OsF5) es un compuesto conocido, pero el trifluoruro de osmio (OsF3) aún no se ha podido sintetizar. Los estados de oxidación más bajos son estabilizados por los halógenos más grandes, de modo que se conocen el tricloruro, tribromuro, triyoduro e incluso diyoduro. El estado de oxidación +1 se conoce solo para el yoduro de osmio (OsI), mientras que varios complejos de carbonilo de osmio, como el triosmio dodecacarbonilo (), representan el estado de oxidación 0.
En general, los estados de oxidación más bajos del osmio se estabilizan mediante ligandos que son buenos donantes σ (como las aminas) y receptores π (heterociclos que contiene nitrógeno). Los estados de oxidación más altos se estabilizan mediante fuertes donantes σ y π, como y .
A pesar de su amplia gama de compuestos en numerosos estados de oxidación, el osmio en forma masiva a temperaturas y presiones normales resiste el ataque de todos los ácidos, incluida el agua regia, pero es atacado por los álcalis fundidos.
Isótopos
El osmio tiene siete isótopos naturales, seis de los cuales son estables: , , , , y (el más abundante) . El se somete a desintegración alfa con un periodo de semidesintegración muy largo de , aproximadamente veces la edad del universo, que para fines prácticos puede considerarse estable. Se predice la desintegración alfa para los siete isótopos naturales, pero se ha observado solo para el , presumiblemente debido a sus vidas medias muy largas. Se predice que el y el pueden sufrir doble desintegración beta pero esta radioactividad aún no se ha observado.
El se deriva del ( de semivida) y se usa ampliamente en la datación terrestre y de rocas meteoríticas (véase datado por renio-osmio).
También se ha utilizado para medir la intensidad de la meteorización continental en el tiempo geológico y para fijar edades mínimas para la estabilización de las raíces de los de los cratones continentales sobre el manto terrestre. Esta descomposición es una razón por la cual los minerales ricos en renio son anormalmente ricos en . Sin embargo, la aplicación más notable de isótopos de osmio en geología ha sido en conjunción con la abundancia de iridio, para caracterizar la capa de cuarzo de impacto en el límite K/Pg que marca la extinción de los dinosaurios no aviarios hace 65 millones de años.
Historia El osmio fue descubierto en 1803 por Smithson Tennant y William Hyde Wollaston en Londres, Inglaterra. El descubrimiento del osmio está entrelazado con el del platino y los otros metales del grupo del platino. El platino llegó a Europa como platina ("pequeña plata"), habiendo sido encontrado por primera vez a finales del en las minas de plata situadas alrededor de Chocó, en Colombia. El descubrimiento de que este metal no era una aleación, sino un elemento nuevo y distinto, fue publicado en 1748.
Los químicos que estudiaron el platino lo disolvieron en agua regia (una mezcla de ácido clorhídrico y ácido nítrico) para crear sales solubles, y siempre observaban una pequeña cantidad de un residuo oscuro e insoluble. Louis Proust pensó que el residuo era grafito. Hippolyte Victor Collet-Descotils, Antoine-François de Fourcroy y Louis Nicolas Vauquelin también observaron iridio en el residuo de platino negro en 1803, pero no obtuvieron suficiente material para más experimentos. Más tarde, los dos químicos franceses Antoine-François Fourcroy y Nicolas-Louis Vauquelin identificaron un metal en un residuo de platino que llamaron "ptène".
En 1803, Smithson Tennant analizó el residuo insoluble y concluyó que debe contener un nuevo metal. Vauquelin trató el polvo alternativamente con álcali y ácidos y obtuvo un nuevo óxido volátil, que pensó que era de un nuevo metal, al que llamó "pteno", de la palabra griega (ptènos) "con alas". Sin embargo, Tennant, quien tenía la ventaja de una cantidad mucho mayor de residuos, continuó su investigación e identificó dos elementos previamente descubiertos en el residuo negro, iridio y osmio. Obtuvo una solución amarilla (probablemente de cis-[Os (OH) 2O4]2−) por reacciones con hidróxido de sodio a la llama roja. Después de la acidificación, pudo destilar el OsO4 formado. Lo denominó osmio en referencia a la palabra griega osme que significa "olor", debido al olor a ceniza y a humo del tetróxido de osmio, muy volátil. El descubrimiento de los nuevos elementos se documentó en una carta a la Royal Society el 21 de junio de 1804.
El uranio y el osmio fueron catalizadores eficaces en el proceso de Haber, la reacción de la fijación de nitrógeno e hidrógeno para producir amoníaco, dando suficiente rendimiento para que el proceso sea económicamente rentable. En aquel momento, un grupo de la compañía BASF dirigido por Carl Bosch compró la mayor parte del suministro mundial de osmio para usarlo como catalizador. Poco después, en 1908, el mismo grupo introdujo catalizadores más baratos basados en hierro y óxidos de hierro para las primeras plantas piloto, eliminando la necesidad del costoso y raro osmio.
Hoy en día, el osmio se obtiene principalmente del procesamiento de minerales de platino y de níquel.
Presencia en la naturaleza thumb|Platino nativo con trazas de los otros metales del grupo del platino
El osmio es uno de los elementos pares, lo que lo coloca en la mitad superior de los elementos comúnmente encontrados en el espacio. Sin embargo, es el elemento estable menos abundante en la corteza de la Tierra, con una fracción de masa promedio de 50 partes por trillón en la corteza continental.
El osmio se encuentra en la naturaleza como un elemento no combinado o en aleación naturales; especialmente en las aleaciones de iridio-osmio, osmiridio (rico en osmio) y iridosmio (rico en iridio). En los depósitos de níquel y cobre, los metales del grupo del platino se presentan como sulfuros (es decir, (Pt, Pd) S)), telúridos (p. ej., PtBiTe), antimoniuros (por ejemplo, PdSb) y arseniuros (por ejemplo, PtAs2). En todos estos compuestos, el platino se intercambia por una pequeña cantidad de iridio y osmio. Al igual que con todos los metales del grupo del platino, el osmio se puede encontrar naturalmente en aleaciones con níquel o cobre nativo.