Осмий - "Обида" благородного металла
С.И. Венецкий
Помните у Гоголя: "Родился Акакий Акакиевич против ночи, если только не изменяет память, на 23 марта... Родильнице предоставили на выбор любое из трех имен, какое она хочет выбрать: Моккия, Сессия или назвать ребенка во имя мученика Хоздазата. "Нет, - подумала покойница, - имена-то все такие". Чтобы угодить ей, развернули календарь в другом месте; вышли опять три имени: Трифилий, Дула и Варахасий. "Вот это наказание, - проговорила старуха, - какие все имена, я право никогда и не слыхивала таких. Пусть бы еще Варадат или Варух, а то Трифилий и Варахасий". Еще переворотили страницу - вышли: Павсикакий и Вахтисий. "Ну, уж я вижу, - сказала старуха, - что, видно, его такая судьба. Уж если так, пусть лучше будет он называться, как и отец его. Отец был Акакий, так пусть и сын будет Акакий". Таким образом и произошел Акакий Акакиевич".
Не знаем, долго ли английский химик Смитсон Теннант придумывал имя одному из двух открытых им в 1804 году химических элементов - осмию, но повезло этому "новорожденному" не больше, чем герою гоголевской "Шинели". Дело в том, что "осмий" в переводе с греческого означает... "запах".
Согласитесь: для благородного металла (а осмий как представитель платиновой группы металлов с полным правом носит этот титул) такое название, мягко выражаясь, не может служить украшением. А если учесть, что ближайшие родственники гордо именуются палладием (тезка богини Афины Паллады), иридием (по-гречески "радуга"), родием ("Роза"), рутением (от латинского названия России), то обида становится еще горше.
Почему же Теннант был так немилостив к своему "крестнику"? Прежде чем ответить на этот вопрос, поведаем о событиях, которые предшествовали открытию осмия. В 1804 году известный английский ученый Уильям Волластон, изрядно поинтриговав перед этим научный мир (подробнее об этом рассказано в очерке о палладии "Шутка английского химика"), сообщил на заседании Королевского общества, что, анализируя сырую (природную) платину, он обнаружил в ней неизвестные ранее металлы, названные им палладием и родием. Оба были найдены в той части платины, которая растворялась в царской водке, но при этом взаимодействии оставался еще и нерастворимый остаток. Он, как магнит, притягивал к себе многих химиков, справедливо полагавших, что и в нем может прятаться какой-нибудь неведомый дотоле элемент.
Близки к успеху были французы Колле-Дескотиль, Фуркруа и Воклен. Они не раз замечали, что при растворении сырой платины в царской водке выделялся черный дым, а при сплавлении нерастворимого остатка с едким кали образовывались соединения, которые "не возражали" против растворения. Фуркруа и Воклен предположили, что искомый элемент частично улетучивается в виде дыма, а та часть его, которой не удается таким способом "эвакуироваться", оказывает агрессору посильное сопротивление, не желая в нем даже растворяться. Ученые поторопились дать новому элементу имя - "птен", что по-гречески означает "крылатый, летучий".
Но это название порхнуло, как бабочка, и кануло в Лету, так как вскоре Теннант сумел разделить "птен": на самом деле он представлял собой естественный сплав двух разных металлов. Один из них ученый назвал иридием - за разнообразие окраски солей, а другой - осмием, поскольку его четырехокись, выделявшаяся при растворении в кислоте или воде продукта сплавления осмиридия (так в дальнейшем стали называть бывший "птен") со щелочью, имела неприятный, раздражающий запах, похожий одновременно на запахи хлора и подгнившей редьки. Позже выяснилось, что и сам металл способен издавать подобный "аромат", правда, послабее: тонкоизмельченный осмий постепенно окисляется на воздухе, превращаясь в четырехокись. Видимо, не по душе пришелся этот запах Теннанту, и он в сердцах решил увековечить в названии открытого им элемента свое наиболее сильное впечатление от первого свидания с ним.
По одежке встречают, по уму провожают. И если запах да цвет - оловянно-белый с серовато-голубым отливом - можно считать "одеждой" осмия, то его характеристики как химического элемента и как металла по этой пословице следует отнести к "уму".
Так чем же может похвастать наш герой? Прежде всего, как уже было сказано, своим благородным происхождением. Взгляните на периодическую систему элементов: в правой части ее особняком держится семейство платиноидов, состоящее из двух триад.
В верхнюю триаду входят легкие платиновые металлы - рутений, родий, палладий (все в мире относительно: любой представитель этой троицы в полтора с лишним раза тяжелее железа).
Во второй триаде собрались настоящие богатыри-тяжеловесы - осмий, иридий и платина. Интересно, что долгое время ученые придерживались такого порядка возрастания атомных весов этих элементов: платина - иридий - осмий. Но когда Д.И. Менделеев создавал свою периодическую систему, ему приходилось тщательно проверять, уточнять, а порой и исправлять атомные веса многих элементов. Одному проделать всю эту работу было нелегко, поэтому Менделеев привлекал к работе других химиков.
Так, когда ему отрекомендовали Ю. В. Лермонтову, которая была не только родственницей великого поэта, но и высококвалифицированным химиком, ученый попросил ее уточнить атомные веса платины, иридия и осмия, поскольку они вызывали у него большое сомнение. По его мнению, наименьший атомный вес должен был быть у осмия, а наибольший - у платины. Серия точных экспериментов, проведенных Лермонтовой, подтвердила правоту создателя периодического закона. Тем самым было определено нынешнее расположение элементов в этой триаде - все стало на свое место.
Осмий имеет рекордную плотность среди всех обитателей периодической системы - 22,5 г/см3. Чтобы уравновесить гирьку из этого металла, понадобилось бы более 40 таких же по объему гирек из его антипода-лития. Если обычную бутылку заполнить порошком осмия, то она будет тяжелее ведра с водой.
Но каким бы уникальным ни казалось это качество осмия, пока оно практически не используется в технике. В отличие от тугоплавкости, твердости, прочности и других действительно ценных свойств металлов, большая плотность не приносит лавров ее обладателю. Аналогию можно найти и в жизни: люди всегда ценили силу, быстроту, ловкость, а гигантский вес или рост человека лишь вызывают удивление и сомнительный интерес.
Впрочем, у осмия есть и такие деловые качества, которые не могут не внушить уважения к нему. Не случайно, он самый дорогой из всех благородных металлов, хоть и наименее "благородный" из них (вы уже знаете, что мелкораздробленный осмий не в силах противостоять кислороду воздуха даже при комнатной температуре, в то время как его "родственники" славятся прежде всего своей необыкновенной химической стойкостью). Тем не менее, если в 1966 году платина ценилась на мировом рынке в 4,3 раза дороже золота, а иридий в 5,3 раза, то аналогичный коэффициент для осмия был равен 7,5. Во многом виновата в этом природа, которая не только не накопила запасы осмия, но и ухитрилась так запрятать имеющиеся у нее крохи этого элемента (5 * 10-6% массы земной коры), что добыча их влетает в копеечку. Если мировое производство большинства металлов исчисляется тысячами и даже миллионами тонн, то для осмия счет идет на килограммы.
Одно из главных достоинств осмия - его очень высокая твердость; в этом с ним могут конкурировать немногие металлы. Вот почему при создании сплавов с наивысшей износостойкостью в их состав вводят осмий. Авторучки с золотым пером - не редкость. Но ведь золото - довольно мягкий металл, а перу за долгие годы работы приходится по воле хозяина пройти по бумаге долгие километры пути. Конечно, бумага - не напильник и не наждак, однако выдержать такое испытание могут лишь немногие металлы. И все же кончики перьев справляются с этой трудной ролью. Как? Секрет прост: их обычно изготовляют из сплавов осмия с другими платиноидами, чаще всего из уже известного вам осмиридия. Без преувеличения можно сказать, что перу, "бронированному" осмием, сносу нет.
Исключительная твердость, хорошая коррозионная стойкость, высокое сопротивление износу, отсутствие магнитных свойств делают осмиридий прекрасным материалом для острия компасной стрелки, осей и опор точнейших измерительных приборов и часовых механизмов. Из него изготовляют режущие кромки хирургических инструментов, резцов для художественной обработки слоновой кости.
То, что осмий и иридий часто "выступают дуэтом" - в виде природного сплава, объясняется не только ценными свойствами осмиридия. но и волею судьбы, пожелавшей, чтобы в земной коре эти элементы были связаны необыкновенно прочными узами. В виде самородков ни тот, ни другой металл в природе не обнаружены, зато осмистый иридий и иридистый осмий - хорошо известные минералы (называются они соответственно невьянскит и сысертскит): в первом преобладает иридий, во втором - осмий.
Иногда эти минералы встречаются самостоятельно, но чаще входят в состав самородной платины. Разделение ее на компоненты (так называемый аффинаж) - процесс, включающий множество стадий, на одной из которых осмиридий выпадает в осадок. И вот едва ли не самое сложное и дорогостоящее во всей этой "истории" - разлучить осмий и иридий. Но зачастую в этом и нет необходимости: как вы уже знаете, сплав широко применяют в технике, а стоит он значительно дешевле, чем, например, чистый осмий. Ведь для того, чтобы выделить этот металл из сплава, нужно провести столько химических операций, что одно их перечисление заняло бы много места. Конечный продукт длинной технологической цепи - металлический осмий чистотой 99,9%.
Наряду с твердостью, известно еще одно достоинство осмия - тугоплавкость. По температуре плавления (около 3000 °С) он превзошел не только своих благородных собратьев - платиноидов, но и подавляющее большинство остальных металлов. Благодаря своей тугоплавкости осмий попал в биографию электрической лампочки: еще в те времена, когда электричество доказывало свое преимущество перед другим источником света - газом, немецкий ученый К. Ауэр фон Вельсбах предложил заменить в лампе накаливания угольный волосок осмиевым. Лампы стали потреблять в три раза меньше энергии и давали приятный, ровный свет. Но на этом ответственном посту осмий долго не продержался: сначала его сменил менее дефицитный тантал, однако вскоре и тот вынужден был уступить место самому тугоплавкому из тугоплавких - вольфраму, который по сей день несет свою огненную вахту.