76, Osmium (Os)

gr. osme = Geruch

Das Element Osmium:
         
  Tc Ru Rh  
  Re Os Ir  
  Bh Hs Mt  
         
 
   
   
   
   
   
   
   
Natürliche Entstehung von Osmium (Nukleosynthese): Osmium entsteht in Roten Riesen infolge von s-Prozessen, bzw. nach Supernova-Explosionen des Typs Ia infolge von r-Prozessen. Osmium kommt natürlich mit den Isotopen Os-184 (0,02%), Os-186 (1,59%), Os-187 (1,6%), Os-188 (13,29%), Os-189 (16,21%), Os-190 (26,36%) und Os-192 (40,93%) vor. Während nur die Osmiumisotope mit den Massenzahlen von 188 und mehr auch durch r-Prozesse entstehen können, kann die Synthese von Os-186 und Os-187 nur durch den sukzessiven Neutroneneinfang (s-Prozesse) erklärt werden. Die Nukleosynthese von Os-184 ist weder durch s- noch r-Prozesse erklärbar, hier ist zu vermuten, dass es durch einen γ-Prozess durch 2β--Emission aus W-184 in geringen Spuren gebildet wird.

Die Osmium-Synthese:
184Os-Synthese:
(γ-Prozess)

184W + 1,45 MeV → 184Os + 2β-

 186Os-Synthese:
(nur s-Prozess)

185Re + n → 186Os + β- + 7,25 MeV
187Os-Synthese:
(nur s-Prozess)

186Os + n → 187Os + 6,29 MeV

 188Os-Synthese:
(s- oder r-Prozesse)

187Os + n → 188Os + 7,99 MeV
187Re + n → 188Os + β- + 7,99 MeV

56Fe + 132n → 188Os + 50β- + 1.046 MeV
189Os-Synthese:
(s- oder r-Prozesse)

188Os + n → 189Os + 5,92 MeV

56Fe + 133n → 189Os + 50β- + 1.052 MeV

 190Os-Synthese:
(s- oder r-Prozesse)

189Os + n → 190Os + 7,79 MeV

56Fe + 134n → 190Os + 50β- + 1.060 MeV
192Os-Synthese:
(s- oder r-Prozesse)

190Os + 2n → 192Os + 13,32 MeV

56Fe + 136n → 192Os + 50β- + 1.073 MeV


Bisher wurden für die Isotope Os-184 und Os-186 ein α-Zerfall entdeckt, wenngleich auch mit sehr großen Halbewertszeiten (Os-184: 56 Billionen Jahre; Os-186 2 Billiarden Jahre). Daraus resultiert eine sehr schwache Radioaktivität, die mit 0,82 Bq/kg allerdings über 37.000 mal geringer ist, als jene des Kaliums natürlicher Zusammensetzung.
Vorkommen von Osmium: Osmium kommt im Univerusm mit durchschnittlich 20 μg/kg in der Materie vor (Rang 37). Damit ist es, bezogen auf seine Massenzahl, ein ungewöhnlich häufiges Element.

Auf der Erde ist es aus Gründen, die beim Ruthenium näher beschrieben sind, während der Entstehungszeit der Erde fast vollständig in den Erdkern abgewandert. Am Gesamtaufbau der Erde hat es einen Anteil von 0,88 mg/kg (Rang 41), womit es immerhin noch deutlich häufiger als beispielsweise Blei ist. In der Erdkruste ist es jedoch nur mit 1,5 μg/kg zu finden (Rang 76), womit es fast dreimal seltener als Gold ist.

Das Hauptvorkommen des Edelmetalls liegt in gediegener Form vor, vergesellschaftet mit den anderen Platinmetallen. Deneben kommt es in geringen Anteilen auch in einigen Eisen-, Nickel- oder Cobalterzen vor. Ein Osmiummineral, der Erlichmannit (OsS2) ist bekannt, er ist dem Pyrit und dem Laurit analog, und kommt wie letztgenannter in mikroskopisch kleinen Kristallen vor.


Gediegen Platin[1]
Osmium-Gewinnung: Der Trennungsgang der Platinmetalle ist beim Ruthenium detailliert beschrieben.


Schmelzperle[3]
Chemie von Osmium: Das Osmium tritt bevorzugt in der Oxidationsstufe +4 auf, die niederen Oxidationsstufen sind stärkere Reduktionsmittel als die vergleichbaren Rutheniumverbindungen. Wie beim Ruthenium tritt Osmium auch in höherwertigen Oxidationssufen auf, es existieren binäre Verbindungen, in welchen das Osmium die Stufen +6, +7 und +8 betätigt.

Verhalten an der Luft: Kompaktes Osmium ist oxidationsstabil, erst oberhalb Rotglut (500°C) setzt es sich mit dem Luftsauerstoff zu OsO4 um. Allerdings geschieht dies auch - in sehr geringen Spuren - auch bei Raumtemperatur. Osmium(VIII)oxid ist leicht flüchtig, und stellt ein starkes Oxidationsmittel dar. Es hat einen charakteristischen Geruch, der dem Element auch den Namen gab: Griechisch osme = Geruch; osmein = riechen.

Os + 2O2 → OsO4 + 394 kJ


Verhalten gegenüber Wasser, Säuren und Laugen. Gegenüber Wasser ist Osmium vollständig stabil. Bei Raumtemperatur ist Osmium gegen alle Säuren - einschließlich Königswasser beständig. Oberhalb 100°C wird es jedoch von Königswasser unter Bildung von Osmiumtrichlorid aufgelöst. Beständig ist Osmium auch gegen wässrige Alkalien, von Alkalischmelzen, vor allem wenn sie oxidierend wirkende Salze (Nitrate, Peroxide) enthalten, wird Osmium sehr schnell und vollständig zu Osmaten(VI) umgesetzt.

Reaktionen mit Halogenen und Schwefel: Mit Fluor bildet Osmium unter Normalbedingungen OsF5, welches sich bis zum OsF7 weiter fluorieren lässt. Mit Chlor, Brom und Iod werden bei erhöhter Temperatur bei Normaldruck OsX3 gebildet. Dabei lässt sich das OsCl3 unter Druck bis zum OsCl5, das OsBr3 noch zum OsBr4 weiter halogenieren. Mit Schwefel reagiert Osmium beim Erhitzen vollständig und lebhaft zu OsS2.

Wässrige Osmiumchemie. Osmium(II)- oder Osmium(III)-Kationen sind nicht als Aqua-Komplex, wohl aber als Ammin-Komplex bekannt. Beständiger sind jedoch Anionen, die Osmium in den Oxidationsstufen +4, +6, +7 oder +8 enthalten. So beispielsweise OsO42-, OsO4- oder OsO32-, die als Kaliumsalze oder Ammoniumsalze bekannt sind. Durch das Auflösen von OsO4 in starker Kalilauge lässt sich das Kaliumosmiat(VIII), K2OsO4(OH)2 darstellen.

Komplexchemie. In Komplexen betätigt Osmium alle Oxidationsstufen zwischen -2 und +8. Sie ähneln denen des Rutheniums, wobei eine Tendenz zur Ausbildung höherer Koordinationszahlen gegeben ist. Wie bei Eisen und Ruthenium bildet auch das Osmium sehr stabile Hexacyaniodokomplexe; OsIII(CN)63-, gelb; und OsII(CN)64-, farblos.

Abbildungen und Strukturen von Osmium-Verbindungen

Osmiumtetraoxid, OsO4[2]
Osmiat(VIII)-Ion, OsO4(OH)22-
Triosmiumcarbonyl-Komplex, Os3(CO)12
Physikalische Besonderheiten von Osmium bzw. von seinen Verbindungen: Superlative Elastizitätsmodul: Osmium hat das höchste Elastizitätsmodul aller Metalle, und nach Diamant das zweithöchste aller Elemente. Daher setzt man Osmium als Legierungsbestandteil dem Platin zur Erhöhung von dessen Härte zu.

Die höchsten Elastizitätsmoduln
RangStoffWert (GPa)
1.Diamant1141
2.Osmium559
3.Iridium528
4.Rhenium463
5.Ruthenium447


Superlative spezifische Dichte: Von allen bisher in wägbaren Mengen zugänglichen Elementen hat Osmium zusammen mit Iridium die größte spezifische Dichte, wobei der Superlativ mit verschiedenen Quellen variiert. Es steht jedoch zu erwarten, dass die d-Elemente der 7. Periode, insbesondere die Metalle Dubnium, Seaborgium, Bohrium, Hassium, Meitnerium, Darmstadtium und Roentgenium noch höhere Dichten haben könnten.

Die höchsten Dichtewerte
RangStoffWert (g/cm3)
1.Iridium22,67
2.Osmium22,61
3.Platin21,45
4.Neptunium20,45
5.Plutonium19,82
Verwendung von Osmium und seinen Verbindungen : Dank hoher Herstellungskosten sowie der Giftigkeit des leicht aus Osmium entstehenden Osmiumtetraoxids hat es kaum technische Verwendungen. Es wird, wenn möglich, von anderen Platinmetallen ersetzt.
  • Legierungen: Eine Legierung aus 90% Platin und 10% Osmium hat eine sehr große Härte, verbunden mit hoher Temperaturbeständigkeit.

  • Glühfäden. Früher wurde Osmium als Glühfaden in Glühbirnen verwendet; der Handelsname Osram™ zeugt noch davon.
Biologische Bedeutung von Osmium: Von Osmium sind derzeit keine biologischen Funktionen bekannt.
Quellen: [1] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Aram Dulyan. Das Bild ist von seinem Urheber als Public Domain veröffentlicht worden. Dies gilt weltweit.

[2] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: W. Oelen. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[3] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Tomihahndorf. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.