Современная экология. Осмий и его соединения

 

Для осмия наиболее характерно образование оксидов OsO4 и OsO2. В газовой фазе существуют оксиды OsO и OsO3.

Тетраоксид осмия OsO4 проявляет кислотные свойства и является сильным окислителем.

 

OsO4 + NaOH = Na2[OsO4(OH)2].

 

Диоксид осмия OsO2 получают аккуратным обезвоживанием в атмосфере азота Os(OH)4. При этом образуется черная модификация OsO2. Она реакционноспособнее коричневой модификации OsO2, получаемой электровосстановлением щелочного раствора OsO4 или реакцией осмия с OsO4:

 

Os + OsO4 = 2OsO2.

 

Гидроксид осмия(IV) Os(OH)4 (OsO2·2H2O) получают восстановлением солей осмия (VI) — осматов этиловым спиртом.

Для степеней окисления осмия 0 и +2 наиболее характерно образование осмийорганических соединений со связью Os—C или карбонилов:

 

Os + 5CO = Os(CO)5.

3Os(CO)5 = Os3(CO)12 + 3CO

Os3(CO)12 + 6Na = 3Na2Os(CO)4.

 

3. Производства по добыче данного элемента, получении полезной продукции, отходы, загрязняющие окружающую среду

 

Самородный осмий в природе не найден. Он всегда связан в минералах с другим металлом платиновой группы – иридием. Существует целая группа минералов осмистого иридия. Самый распространенный из них – невьянскит, природный сплав этих двух металлов. Иридия в нем больше, поэтому невьянскит часто называют просто осмистым иридием. Зато другой минерал – сысертскит – называют иридистым осмием – в нем больше осмия. Оба эти минерала – тяжелые, с металлическим блеском, и это не удивительно – таков их состав. И, само собой разумеется, все минералы группы осмистого иридия очень редки4.

Иногда эти минералы встречаются самостоятельно, чаще же осмистый иридий входит в состав самородной сырой платины. Основные запасы этих минералов сосредоточены в СССР (Сибирь, Урал), США (Аляска, Калифорния), Колумбии, Канаде, странах Южной Африки.

Ежегодная мировая добыча осмия составляет немногим более 60 кг. Мировой спрос на осмий ограничивается примерно 150 кг в год, а цены на него характеризуются устойчивой стабильностью: на протяжении нескольких лет они находятся на уровне примерно 400 долл. за унц.

Производство осмия основано на процессе выделения и разделения платиновых металлов, приводящий к разделению этих металлов и получению осмия. Другой способ выделения осмия их обогащенного сырья — прокаливание концентрата платиновых металлов на воздухе при температурах порядка 800-900°C.

Естественно, что добывают осмий совместно с платиной, но аффинаж осмия существенно отличается от способов выделения других платиновых металлов. Все их, кроме рутения, осаждают из растворов, осмий же получают отгонкой его относительно летучей четырехокиси.

Но прежде чем отгонять OsO4, нужно отделить от платины осмистый иридий, а затем разделить иридий и осмий.

Когда платину растворяют в царской водке, минералы группы осмистого иридия остаются в осадке: даже этот из всех растворителей растворитель не может одолеть эти устойчивейшие природные сплавы. Чтобы перевести их в раствор, осадок сплавляют с восьмикратным количеством цинка – этот сплав сравнительно просто превратить в порошок. Порошок спекают с перекисью бария BaO3, а затем полученную массу обрабатывают смесью азотной и соляной кислот непосредственно в перегонном аппарате – для отгонки OsO4.

Ее улавливают щелочным раствором и получают соль состава Na2OsO4. Раствор этой соли обрабатывают гипосульфитом, после чего осмий осаждают хлористым аммонием в виде соли Фреми [OsO2(NH3)4]Cl2. Осадок промывают, фильтруют, а затем прокаливают в восстановительном пламени. Так получают пока еще недостаточно чистый губчатый осмий.

Затем его очищают, обрабатывая кислотами (HF и HCl), и довосстанавливают в электропечи в струе водорода. После охлаждения получают металл чистотой до 99,9% O3.

 

Na2[OsO2(OH)4] + 3H2 = 2NaOH + Os + 4H2O.

 

Такова классическая схема получения осмия – металла, который применяют пока крайне ограниченно, металла очень дорогого, но достаточно полезного.

Осмий — компонент сверхтвердых и износостойких сплавов с иридием (детали особо точных приборов, прецизионно малые контакты), с иридием и рутением (перья для авторучек), с вольфрамом и молибденом (катоды термоионных диодов), компонент композиционного материала (электрические контакты). OsO4 используется для окраски биологических препаратов.

Возможное вредное действие на окружающую среду при добыче и производстве осмия заключается вследствие летучести осмиевой кислоты, которая обладает токсическим действием.

При взаимодействии с азотной кислотой или смесью соляной и азотной кислот образует окись 0s04, которая при температурах выше 50 °С полностью улетучивается при растворении. Потеря осмия по описанному выше механизму происходит как при растворении металлического осмия, так и сплавов на различной основе, содержащих осмий, а также при растворении руд, концентратов, содержащих осмий.

 

4. Санитарно-гигиеническая характеристика осмия

 

Если разделить все абиогенные элементы на три группы, то осмий можно классифицировать как агрессивный элемент, к высоким концентрациям которого во внешней среде организмы не в состоянии были приспособиться на протяжении жизни ограниченного числа поколений. Осмий – это элемент поздней вулканической деятельности. В связи с тем, что не нашел места в метаболизме организмов, вреден в малых дозах.

Тетраоксид осмия (Ангидрид осмиевой кислоты) O4Os также окаызвает вредное воздействие на окружающую среду.

 

Характеристика тетраксида осмия с точки зрения опасного действия на окружающую среду

ВИДЫ ОПАСНОСТИ / ВОЗДЕЙСТВИЯ	ОСТРАЯ ОПАСНОСТЬ / СИМПТОМЫ	ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ			ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ / ЛИКВИДАЦИЯ ПОЖАРА
ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ	Негорюче, но способствует возгоранию других веществ.	НЕ ДОПУСКАТЬ контакта с горючими веществами.			В случае возгорания в окрестностях: разрешены все средства пожаротушения.
ВЗРЫВООПАСНОСТЬ	Риск пожара и взрыва при смешивании с горючими веществами.
ЛИКВИДАЦИЯ УТЕЧЕК				УПАКОВКА И МАРКИРОВКА
Провести эвакуацию из опасной зоны! Проконсультироваться со специалистом! Вентиляция. Смести просыпанное вещество в контейнеры; если можно, сначала смочить, чтобы избежать пыли. затем удалить в безопасное место. НЕ засыпать древесными опилками или другими горючими абсорбентами. НЕ допускайте попадания этого химического вещества в окружающую среду. (дополнительная личная защита: полный комплект защитной одежды, включая автономный дыхательный аппарат).				Небьющаяся упаковка; поместить бьющуюся упаковку в закрытый небьющийся контейнер. Не перевозить с продуктами питания и кормами. Сильно загрязняет морскую среду. Классификация ООН Класс опасности ООН: 6.1 Группа упаковки ООН: I
ХРАНЕНИЕ
Отдельно от горючих веществ и восстановителей, пищевых продуктов и кормов. Вентиляция по полу.
ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ, ВНЕШНИЙ ВИД: БЕСЦВЕТНОЕ ДО БЛЕДНО-ЖЕЛТОГО ТВЕРДОЕ ВЕЩЕСТВО В РАЗЛИЧНЫХ ФОРМАХ С РЕЗКИМ ЗАПАХОМ ХИМИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ: Вещество разлагается при разогреве с образованием паров осмия. Вещество является сильным окислителем и реагирует с горючими материалами и восстановителями. Реагирует с соляной кислотой с образованием токсичного газа хлора (см. ICSC № 0126). Образует нестабильные соединения со щелочами. НОРМАТИВЫ ДЛЯ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ: TLV (предельная пороговая концентрация, США) (как Os): 0.0002 ppm; 0.0016 мг/м^3 (как TWA - среднесменная  концентрация, США); 0.0006 ppm; 0.0047 мг/м^3 (как STEL - максимальная разовая концентрация: не более 15 мин, не чаще 4 раз в смену; США) (ACGIH 1997). MAС (максимальная допустимая концентрация, США): 0.0002 ppm; 0.002 мг/м^3; (1997)			ПУТИ ПОСТУПЛЕНИЯ: Вещество может всасываться в организм при вдыхании паров, при вдыхании аэрозоля и через рот. РИСК ПРИ ВДЫХАНИИ: Опасное загрязнение воздуха будет достигаться очень быстро при испарении этого вещества при 20°C.. ВЛИЯНИЕ КРАТКОВРЕМЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ: Слезоточивое действие. Вещество оказывает разъедающее действие на глаза, кожу, а также дыхательные пути. Вдыхание этого вещества может вызвать отек легких (см. Примечания). Воздействие высоких концентраций может вызвать смерть. Эффекты могут быть отсроченными. Показано медицинское наблюдение. ВЛИЯНИЕ ДОЛГОВРЕМЕННОГО ИЛИ МНОГОКРАТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ: Повторный или длительный контакт с кожей может вызвать дерматит. Вещество может оказывать действие на почки.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Температура кипения: 130°C Температура плавления: 42°C Относительная плотность (вода = 1): 4.9 Растворимость в воде, г/100 мл при 25°C: 6 Давление паров, кПа при 27°C: 1.5 Относительная плотность пара (воздух = 1): 8.8
ВЛИЯНИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Это вещество может быть опасным для окружающей среды; особое внимание должно быть уделено ракообразным.

 

5. Влияние осмия и его соединений на здоровье человека.

 

При работе с комплексными солями П. М, может развиться симптомокомплекс, получивший название платиноза (стр. 558). Заболевание начинается через несколько недель или месяцев после контакта с солями П. М. и в дальнейшем обостряется, либо симптомы, временно исчезнувшие, Появляются при каждом новом контакте. Сенсибилизация поливалентная - к солям любого из платиновых металлов, но в 30% случаев отмечается моновалентная сенсибилизация.

При легкой форме платиноза все явления быстро проходят после прекращения контакта, а при длительном течении присоединяется дополнительная сенсибилизация к другим аллергенам5.

Тетраоксид осмия (осмиевая кислота) - бесцветное или желтоватое соединение, применяющееся для окрашивания жиров или в качестве фиксирующего вещества в процессе подготовки тканей для микроскопического изучения. Тетраоксид осмия является летучим веществом; его пары оказывают токсическое воздействие на глаза, кожу и дыхательные пути человека6.

Осмиевая кислота начинает сублимироваться и испаряться значительно ниже температуры кипения. Симптомы отека легких часто проявляются через несколько часов и обостряются при физической нагрузке. Поэтому требуется отдых и медицинскоe наблюдение. Должен рассматриваться вопрос о немедленном введении соответствующего средства врачом или лицом им уполномоченным.Недостаточно предупреждения запахом в случае превышения величины предельного воздействия. НЕ брать рабочую одежду домой. Промыть загрязненную одежду (опасность пожара) большим количеством воды.

 

Таблица – вредное воздействие осмиевой кислоты

ВОЗДЕЙСТВИЕ		ИЗБЕГАТЬ ЛЮБОГО КОНТАКТА!
Вдыхание	Ощущение жжения. Кашель. Головная боль. Стерторозное дыхание. Одышка. Нарушения зрения. Симптомы могут быть отсроченными (см. Примечания).	Местная вытяжная вентиляция или защита органов дыхания.	Свежий воздух, покой. Полусидячее положение. Искусственное дыхание по показаниям. Обратиться за медицинской помощью.
Кожа	Покраснение. Ожоги кожи. Боль. Обесцвечивание кожи. Волдыри.	Защитные перчатки. Защитная одежда.	Сначала промыть большим количеством воды, затем удалить загрязненную одежду и снова промыть. Обратиться за медицинской помощью.
Глаза	Покраснение. Боль. Неясность зрения. потеря зрения. Сильные глубокие ожоги.	Защитные очки-маска, или, если вещество в виде порошка, то защита глаз в сочетании с защитой органов дыхания.	Вначале промыть большим количеством воды в течение нескольких минут (снять контактные линзы, если это не трудно), затем доставить к врачу.
Проглатывание	Колики в животе. Ощущение жжения. Шок или коллапс. (см. Вдыхание).	Не принимать пищу, не пить и не курить во время работы. Мыть руки перед едой.	Прополоскать рот. Не давать пить. Покой. Обратиться за медицинской помощью.

 

Список литературы

 

1. Реймерс Н.Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы). - М.: Журнал "Россия молодая", 1994
2. Кормилицын В.И., Цицкишвили М.С., Яламов Ю.И. Основы экологии: Учебное пособие. М,: МПУ, 1997.
3. Казначеев В.П., Поляков Я.В., Акулов А.И., Мингазов И.Ф. Проблемы "Сфинкса ХХI века". Выживание населения России.- Новосибирск: Наука, 2002.
4. Панькова В. Н. Экология и природопользование: Словарь-справочник. – Новосибирск: ИД "Сибирское соглашение", 2002.
5. Лось В.А. Взаимоотношения общества и природы.- М., 2003.
6. Окружающая среда: Энциклопедический словарь-справочник. М.: Прогресс, 1993.
7. Исфорт Г. Производственный процесс и окружающая среда. М.:Прогреес, 1983.
8. Мелешкин М. Т., Зайцев А.П., Маринов X. Экономика и окружающая среда: взаимодействие и управление. - М.: Экономика, 1979.
9. Политическая экономия: Учебник для вузов. - М.: Политиздат, 1990.
10. Сухорукова С.М. Экономика и экология. - М.: Высшая школа, 1988.
11. Лазарев Н.В., Левина Е.Н. Вредные вещества в промышленности. – М.,1976.

1 Панькова В. Н. Экология и природопользование: Словарь-справочник . – Новосибирск: ИД "Сибирское соглашение", 2002.

2 Окружающая среда: Энциклопедический словарь-справочник. М.:Прогресс, 1993.

3 Сухорукова С.М. Экономика и экология. - М.: Высшая школа, 1988.

4 Исфорт Г. Производственный процесс и окружающая среда. М.:Прогреес, 1983.

5 Лазарев Н.В., Левина Е.Н. Вредные вещества в промышленности. – М.,1976. -

6 Исфорт Г. Производственный процесс и окружающая среда. М.:Прогреес, 1983.