76 Os أوزميوم 190.23
فلز انتقالي d-block Period 6 Group 8

أوزميوم

Os · Element 76 · Iron group

The densest naturally occurring element: a litre of osmium weighs 22.6 kg.

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 190.23 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f¹⁴ 5d⁶ 6s²
75Re All 118 77Ir

البنية

ذرة أوزميوم

ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.

سحابة المدارات

القيم المقيسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع أوزميوم بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.

فيزيائية

الكثافة 22.59 g/cm³ 92%
نقطة الانصهار 3306 K 97%
نقطة الغليان 5285 K 96%
الحرارة النوعية 0.13 J/g·K
التوصيل الحراري 87.6 W/m·K 78%

ذرية

نصف القطر الذري 135 pm 25%
نصف القطر التساهمي 144 pm
نصف قطر فان دير فالس 216 pm

إلكترونية

السالبية الكهربائية 2.2 78%
طاقة التأين 814.3 kJ/mol 70%
الألفة الإلكترونية 106.1 kJ/mol 71%

الوفرة

الوفرة في القشرة 0.002 mg/kg 35%

الهوية

الرمزOs
العدد الذري76
الكتلة الذرية190.23 u
الفئةفلز انتقالي
المستوى الفرعيd
البنية البلوريةسداسي متراص
حالات الأكسدة-2, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7, +8
الاكتشاف1803
اكتشفهTennant & Wollaston

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق مقياس

How big is a أوزميوم atom?

Radius 135 pm — that is 0.135 nm, so about 3704 million of them side by side would span a millimetre.

النطاق الحراري

Solid, liquid, gas — and when

أوزميوم is liquid over a 1979 K window, from 3306 K to 5285 K.

موضعه

موضعه في الجدول

أوزميوم sits in period 6, group 8. Everything in group 8 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER الفلزات الانتقالية

21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 26Fe 27Co 28Ni 29Cu 30Zn 39Y 40Zr 41Nb 42Mo 43Tc 44Ru
All الفلزات الانتقالية

القصة

ما هو أوزميوم، وكيف اكتشفناه

The densest naturally occurring element: a litre of osmium weighs 22.6 kg.

The discovery of أوزميوم

قصة اكتشاف الأوزميوم

يبدو اكتشاف الأوزميوم عام 1803 كأنه قصة مثيرة من قصص التحري الكيميائي، إذ تخللته روائح غامضة، وتلوث بالبلاتين، وكيميائيون بريطانيون لامعون عملوا مع مواد سامة حرفياً. تكشف القصة كيف أتاح الإصرار العلمي والحدس الكيميائي كشف أحد أكثر عناصر الطبيعة خفاءً.

1803: لغز البلاتين

واجه Smithson Tennant (كيميائي بريطاني) مشكلة محيرة: فعند إذابة البلاتين الخام في الماء الملكي (حمض النتريك + حمض الهيدروكلوريك)، كان يبقى دائماً راسب أسود. كان الكيميائيون الآخرون يتخلصون من هذا الراسب "عديم القيمة"، لكن Tennant اشتبه في أنه يحتوي على عناصر مجهولة.

السياق التاريخي: وصل البلاتين حديثاً إلى أوروبا من مناجم أمريكا الجنوبية، وكان ملوثاً بفلزات مجهولة تعيق تنقية البلاتين. وكانت الأوساط العلمية في لندن تحتاج بشدة إلى بلاتين نقي لصنع معدات المختبر.

1803: التجربة الحاسمة

عالج Tennant الراسب الأسود الغامض بالانصهار القلوي (التسخين مع هيدروكسيد البوتاسيوم)، ثم أجرى إذابة حمضية. فصلت هذه العملية الراسب إلى مركبين متميزين ذوي خصائص مختلفة تماماً، فكشفت عن عنصرين جديدين لا عن عنصر واحد.

العنصران الجديدان

  • إريديوم: سُمّي نسبةً إلى أملاحه الملونة ("iris" اللاتينية = قوس قزح)
  • أوزميوم: سُمّي نسبةً إلى رائحته النفاذة ("osme" اليونانية = الرائحة)

1803: اختبار الرائحة

تعرّف Tennant إلى الأوزميوم من خلال رائحته السامة المميزة عند تسخينه في الهواء. ينتج رباعي أكسيد الأوزميوم (OsO₄) رائحة نفاذة وصفها Tennant بأنها "تشبه رائحة الكلور لكنها أكثر إزعاجاً". وكاد هذا المركب الخطير أن يسمم Tennant أثناء تجاربه.

الخطر التاريخي: عرّض Tennant نفسه من دون علمه لرباعي أكسيد الأوزميوم، وهو أحد أكثر المركبات السامة المعروفة. ويُعزى بقاؤه على قيد الحياة إلى حد كبير إلى عمله بكميات ضئيلة وإلى التهوية الجيدة في المختبر.

1804: التأكيد العلمي

قبلت الجمعية الملكية اكتشاف Tennant بعد أن أكده كيميائيون آخرون بصورة مستقلة. ومع ذلك، ظل الحصول على فلز أوزميوم نقي مستحيلاً طوال قرن آخر بسبب مقاومته الكيميائية الشديدة والكميات الضئيلة المتاحة منه.

عبقرية Tennant

Smithson Tennant (1761-1815)

أستاذ في جامعة كامبريدج وكيميائي تحليلي لامع اكتشف في وقت واحد عناصر أكثر (الإريديوم والأوزميوم) من أي عالم آخر في التاريخ. وقد أحدث منهجه المنهجي في تنقية البلاتين ثورة في كيمياء الفلزات النفيسة.

  • احتراق الألماس: أول من أثبت أن الألماس مكوّن من كربون نقي، وذلك بإحراقه بالكامل في الأكسجين
  • التقنيات التحليلية: طوّر طرائق الانصهار القلوي التي لا تزال مستخدمة اليوم لتحليل الفلزات المقاومة
  • التعليم الكيميائي: درّب جيلاً من الكيميائيين البريطانيين الذين أسهموا في تقدم الثورة الصناعية
  • نهاية مأساوية: لقي حتفه في حادث ركوب عن عمر 53 عاماً، مما أنهى مسيرة لامعة قبل أوانها

لماذا كان اكتشاف الأوزميوم صعباً إلى هذا الحد؟

مختبئ داخل البلاتين

كان الأوزميوم موجوداً على شكل شوائب مجهرية داخل البلاتين الخام، غير مرئية عند الفحص بالعين المجردة. ولم يكن بالإمكان الكشف عن وجوده إلا بالتحليل الكيميائي.

المقاومة الكيميائية

جعل الخمول الكيميائي الشديد للأوزميوم هذا العنصر مقاوماً للأحماض التقليدية وللتقنيات التحليلية المتاحة عام 1803. فلم تكن الطرائق المعتادة قادرة ببساطة على إذابته.

الكميات الضئيلة

كانت خامات البلاتين تحتوي على 0.001-0.01% فقط من الأوزميوم. وكان Tennant يعمل بعينات لا يتجاوز وزنها بضعة ميليغرامات، مما تطلب مهارة تحليلية استثنائية.

الخصائص السامة

جعلت السمية الشديدة لرباعي أكسيد الأوزميوم التجارب خطرة. وكان كثير من الكيميائيين يتجنبون العمل مع الرواسب "كريهة الرائحة" التي تحتوي على الأوزميوم.

اسم "الأوزميوم"

اختار Tennant اسم "الأوزميوم" من الكلمة اليونانية "osme" التي تعني الرائحة، في إشارة إلى الرائحة النفاذة لرباعي أكسيد الأوزميوم الذي يتكوّن عندما يتأكسد الفلز في الهواء. وهذا يجعل الأوزميوم واحداً من العناصر القليلة التي سُمّيت نسبةً إلى خاصية حسية بدلاً من مظهرها أو أصلها أو مكتشفها.

رائحة الأوزميوم الشهيرة: وصفها كيميائيو القرن 19 بأنها "فلزية" و"حادة" و"نفاذة" و"لا تُنسى". وتمنع بروتوكولات السلامة الحديثة أي شخص من اختبار هذه الرائحة المهمة تاريخياً والخطيرة في الوقت نفسه.

تطوير التطبيقات المبكرة

عقد 1850: أول استخدام عملي

بدأ مصنعو المجاهر استخدام رباعي أكسيد الأوزميوم لصبغ العينات البيولوجية، مما أتاح إجراء أولى الدراسات التفصيلية لبنية الخلية وأسهم في نشوء علم الأحياء الخلوي الحديث.

عقد 1880: ثورة أقلام الحبر

اكتشف صانعو المجوهرات أن سبائك الأوزميوم والإريديوم تصنع سنون أقلام لا تبلى أبداً. وجعل هذا التطبيق الأوزميوم ذا قيمة تجارية لأول مرة.

عقد 1900: الإضاءة المتوهجة

أجرت شركة Edison تجارب على خيوط الأوزميوم في المصابيح الكهربائية. وعلى الرغم من تفوق التنغستن، فقد أسهمت أبحاث الأوزميوم في تقدم علم الفلزات عالية الحرارة.

عقد 1920: الأدوات العلمية

اعتمد مصنعو الأدوات الدقيقة سبائك الأوزميوم لمكونات تتطلب ثباتاً أبعاديّاً ومقاومة للتآكل، مما رسّخ سمعة الأوزميوم باعتباره معيار الجودة القصوى.

عزل الفلز النقي

ظل إنتاج فلز أوزميوم نقي شبه مستحيل حتى عقد 1920، عندما طُوّرت تقنيات الاختزال بالهيدروجين عند درجات حرارة مرتفعة. وحتى اليوم، يتطلب الحصول على أوزميوم نقي ما يلي:

  • درجات حرارة تتجاوز 2,000°C في جو من الهيدروجين
  • مواد أولية فائقة النقاء وخالية من التلوث
  • معدات متخصصة مقاومة للخصائص الشديدة للأوزميوم
  • أشهر من المعالجة الدقيقة للحصول على كميات بالغرامات

الإرث العلمي

أرسى اكتشاف Tennant للأوزميوم مبادئ الكيمياء التحليلية المنهجية التي لا تزال مستخدمة اليوم. وأصبحت تقنيته في الانصهار القلوي أساساً لتحليل الفلزات المقاومة، في حين ألهم إصراره على دراسة الرواسب "عديمة القيمة" أجيالاً من الكيميائيين للتحقيق في المواد الشاذة. وقد بُني اكتشاف كل فلز من فلزات مجموعة البلاتين بعد ذلك على طرائق Tennant الرائدة.

التقدير الحديث

نفهم اليوم أن Tennant اكتشف إحدى أندر المواد وأكثرها تطرفاً في الكون. فقد أطلقت تجاربه عام 1803، التي استخدم فيها كميات بالميليغرام، صناعات تساوي قيمتها الآن مليارات الدولارات. والعنصر "كريه الرائحة" الذي كاد أن يسممه يتيح اليوم استكشاف الفضاء، والإلكترونيات المتقدمة، والأبحاث الطبية التي كان من المستحيل تصورها في عصره.

الاستخدامات

فيما يُستخدم أوزميوم

أوزميوم: بطل الكثافة بلا منازع

يتصدر الأوزميوم قائمة أكثف العناصر الموجودة طبيعيًا بكثافة تبلغ 22.59 g/cm³ - أي ضعف كثافة الرصاص وتقارب كثافة مادة النجوم النيوترونية. يجمع هذا الفلز الاستثنائي من مجموعة البلاتين بين الكثافة الفائقة والصلابة remarkable، مما يتيح استخدامات تكون فيها أعلى مستويات الأداء هي الأهم.

أدوات فائقة الدقة

تستخدم الموازين العلمية وأدوات القياس الدقيقة سبائك الأوزميوم لصنع أوزان ومعايير معايرة يجب أن تحافظ على كتلتها الدقيقة إلى أجل غير محدود. ويضمن خمول الأوزميوم الكيميائي بقاء هذه المعايير مستقرة لعقود، مما يوفر كتلًا مرجعية دقيقة حتى مستوى الميكروغرام للتطبيقات الصيدلانية والبحثية.

أدوات الكتابة الفاخرة

تتميز سنون أقلام الحبر الفاخرة والمجوهرات الراقية بسبائك الأوزميوم والإريديوم التي تجمع بين أقصى درجات المتانة وسلاسة الكتابة. ويمكن لسنون هذه الأقلام «الأبدية» أن تكتب ملايين الكلمات من دون تآكل، مما يجعلها موضع تقدير لدى الكتّاب المحترفين وهواة جمع الأدوات في جميع أنحاء العالم.

المجهرية المتقدمة

يُستخدم رباعي أكسيد الأوزميوم بوصفه عامل الصبغ البيولوجي الأول للمجهر الإلكتروني، إذ يكشف البنى الخلوية التي يستحيل رؤيتها بغير ذلك. وقد أحدث هذا الاستخدام ثورة في أبحاث بيولوجيا الخلية، ومكّن من اكتشافات حول الميتوكوندريا والأغشية الخلوية وبنى الفيروسات أسهمت في تقدم الطب الحديث.

معدات الصوت عالية الجودة

تستخدم رؤوس إبر مشغلات الأسطوانات المخصصة لعشاق الصوت سبائك الأوزميوم لتتبع الأسطوانات المصنوعة من الفينيل مع أقل قدر من التآكل. وتحافظ الصلابة الفائقة على كل من الإبرة والتسجيلات النادرة، مما يتيح لمحبي الموسيقى تشغيل الألبومات النادرة آلاف المرات من دون تدهور.

ضبط الوقت بدقة

تدمج آليات الساعات الفاخرة سبائك الأوزميوم في آليات الإفلات وعجلات التوازن، حيث تكون ثباتية الأبعاد ومقاومة التآكل أمرين حاسمين. ويقدّر صانعو الساعات السويسريون قدرة الأوزميوم على الحفاظ على دقة التوقيت طوال قرون من التشغيل.

نقاط التماس الكهربائية المتخصصة

تستخدم المفاتيح الكهربائية ذات التيار العالي وأجهزة التحكم الصناعية سبائك تحتوي على الأوزميوم لصنع نقاط تماس يجب أن تتحمل ملايين دورات التبديل تحت أحمال كهربائية شديدة. وتعتمد معدات شبكات الطاقة والآلات الصناعية على مقاومة الأوزميوم للتآكل الكهربائي والالتحام.

تاج الكثافة

تعني كثافة الأوزميوم المذهلة البالغة 22.59 g/cm³ ما يلي:

  • ستزن كرة بحجم كرة الغولف 3.6 kg (8 pounds).
  • ضعف كثافة الرصاص، و2.5x أكثف من الذهب
  • يزن لتر من الأوزميوم أكثر من دراجة نارية صغيرة
  • أكثف من معظم المواد، باستثناء مادة النجوم النيوترونية
  • ثقيل جدًا لدرجة أنه سيغوص في الزئبق كما يغوص الحجر في الماء

لماذا يحظى الأوزميوم بكل هذا الاحترام

  • بطل الكثافة: 22.59 g/cm³ - أكثف عنصر مستقر في الكون
  • بطل الصلابة: أصلب من الكوارتز، وتقترب خصائص بعض سبائكه من خصائص الألماس
  • مقاومة التآكل: يقاوم الهجوم من جميع الأحماض والقواعد ومعظم المواد الكيميائية في درجة حرارة الغرفة
  • الثبات الحراري: يحافظ على خصائصه من -200°C إلى +2,000°C من دون تدهور
  • التميز المغناطيسي: مغناطيسي بدرجة ضعيفة، وله خصائص إلكترونية غير مألوفة ذات قيمة في البحث

تطبيقات البحث المتقدم

البحث البيولوجي

كشفت خصائص الصبغ الفريدة لرباعي أكسيد الأوزميوم بنية DNA والأغشية الخلوية والفيروسات. وقد اعتمدت أبحاث حائزة على جائزة نوبل في بيولوجيا الخلية على تقنيات الصبغ بالأوزميوم.

علم المواد

يدرس الباحثون الخصائص الفائقة للأوزميوم لتطوير مواد جديدة فائقة الصلابة وفهم الميكانيكا على المستوى الذري تحت ظروف الضغط ودرجة الحرارة القصويين.

تطبيقات الفضاء

تستخدم المسابير الفضائية التجريبية مكونات من الأوزميوم في مهمات تتطلب أقصى كثافة وثبات كيميائي في البيئة القاسية للفضاء السحيق.

التطبيقات الناشئة

يستكشف باحثو تكنولوجيا النانو جسيمات الأوزميوم النانوية لعلاج السرطان، حيث تتيح كثافة العنصر توصيل الأدوية بشكل موجّه. وتبحث تجارب الحوسبة الكمومية في الخصائص الإلكترونية الفريدة للأوزميوم من أجل معالجات الجيل التالي، بينما يدرس مصممو مفاعلات الاندماج سبائك الأوزميوم للمكونات المواجهة للبلازما التي يجب أن تتحمل قصف النيوترونات.

أوزميوم: الفخامة والدقة في الحياة اليومية

رغم أن الأوزميوم نادر للغاية وباهظ الثمن، فإن خصائصه الفريدة تجعله لا غنى عنه في التطبيقات التي تعجز فيها المواد العادية عن الأداء. يواجه معظم الناس الأوزميوم في المنتجات الفاخرة المصممة لتدوم مدى الحياة.

أدوات الكتابة الفاخرة

  • أقلام الحبر الممتازة: تستخدم Mont Blanc وParker وWaterman رؤوس أقلام من سبيكة الأوزميوم والإريديوم في أرقى أقلامها. تبلغ تكلفة هذه الرؤوس $500-2000، لكنها تكتب بسلاسة لعقود دون تآكل
  • أقلام الخط: يقدّر الفنانون والخطاطون المحترفون رؤوس أقلام الأوزميوم لتدفق الحبر المنتظم وعرض الخط الذي لا يتغير مع الاستخدام
  • المقتنيات العتيقة: تحقق أقلام الحبر العتيقة ذات رؤوس الأوزميوم الأصلية أسعاراً مرتفعة في المزادات، وغالباً ما تساوي أكثر من محتواها من الذهب
  • هدايا التنفيذيين: تتميز أقلام العروض التقديمية للشركات برؤوس من الأوزميوم بوصفها رموزاً للديمومة والجودة في العلاقات التجارية المهمة

المجوهرات والساعات الفاخرة

  • الساعات الفاخرة: تستخدم Patek Philippe وRolex وغيرها من العلامات الفاخرة سبائك الأوزميوم في حركات الساعات للمكونات التي يجب أن تعمل بكمال لقرون
  • المجوهرات المصممة حسب الطلب: توظف المجوهرات فائقة الفخامة الأوزميوم للونه الأزرق الرمادي الفريد ومقاومته للتشوّه أو التآكل
  • قطع الاستثمار: يجمع المستثمرون عينات الأوزميوم النقي بوصفه "أندر معدن نفيس"، إذ تصل أسعاره إلى $1,000 للأونصة الترويسية
  • هدايا الذكرى السنوية: تجعل ديمومة الأوزميوم منه رمزاً للاحتفالات المفصلية والالتزامات "الأبدية"

معدات عشاق الصوت والموسيقى

  • خراطيش مشغلات الأسطوانات: تستخدم مشغلات الأسطوانات الفاخرة ($5,000+) أقلاماً ذات أطراف من الأوزميوم لتتبع الأسطوانات بدقة فائقة وتقليل تآكلها إلى أدنى حد
  • الاستوديوهات الاحترافية: تستثمر استوديوهات التسجيل في خراطيش الأوزميوم للحفاظ على التسجيلات الأصلية أثناء عمليات التشغيل والنقل
  • معدات هواة الجمع: يستخدم عشاق الصوت أقلام الأوزميوم لتشغيل أسطوانات الفينيل النادرة والقيمة دون إحداث تلف بسبب التشغيل المتكرر
  • ترميم الأجهزة الصوتية العتيقة: يستخدم مهندسو الصوت أدوات الأوزميوم للعمل بدقة في مشاريع ترميم المعدات الكلاسيكية

المعدات العلمية والطبية

  • موازين المختبر: تستخدم شركات الأدوية أوزاناً مرجعية من الأوزميوم لتركيبات الأدوية التي تتطلب دقة بالميكروغرام
  • البحوث الطبية: يتيح التلوين برباعي أكسيد الأوزميوم الفحص بالمجهر الإلكتروني للعينات الحيوية في أبحاث السرطان وتطوير الأدوية
  • معايير المعايرة: تحتفظ المعاهد الوطنية للقياس بمعايير من الأوزميوم لقياسات الكتلة التي تدعم التجارة الدولية
  • العلوم الجنائية: تستخدم مختبرات الجريمة تقنيات التلوين بالأوزميوم لتحليل الأدلة على المستوى الخلوي

تطبيقات الدقة الصناعية

  • التلامسات الكهربائية: تستخدم المفاتيح الصناعية عالية الموثوقية سبائك الأوزميوم في التطبيقات التي قد يكلف فيها العطل ملايين الدولارات (الطيران والفضاء، وشبكة الطاقة، والمجال النووي)
  • أدوات القياس: تدمج أدوات التصنيع الدقيقة مكونات من الأوزميوم لتحقيق الاستقرار الأبعادي في البيئات المتغيرة الحرارة
  • ضبط الجودة: تستخدم شركات تصنيع السيارات والطيران والفضاء مجسات ذات أطراف من الأوزميوم للقياس الدقيق للمكونات الحرجة

عامل الندرة

تحد الندرة الشديدة من استخدامات الأوزميوم:

  • الإنتاج العالمي: أقل من 50 kg سنوياً في جميع أنحاء العالم - وهو ما يتسع في حقيبة سفر كبيرة.
  • واقع السعر: $400-1,000 للأونصة الترويسية، مما يجعله من أغلى العناصر
  • سلسلة الإمداد: لا يتوفر إلا عبر تجار متخصصين يخدمون الأسواق العلمية والفاخرة
  • جاذبية الاستثمار: يشتري جامعو المقتنيات الأوزميوم بوصفه استثماراً في "أندر معدن على الإطلاق"

تجربة الكثافة

لا ينسى من يتعاملون مع الأوزميوم هذه التجربة أبداً:

  • قد يزن خاتم زفاف مصنوع من الأوزميوم 3 أضعاف وزن خاتم ذهبي
  • تزن ثقالة ورقية من الأوزميوم بحجم رزمة أوراق اللعب 2 kg (4.4 pounds)
  • يحتاج الصائغ إلى موازين وتقنيات خاصة للعمل مع الوزن الهائل للأوزميوم
  • حتى مكونات الأوزميوم الصغيرة تبدو "ثقيلة بشكل لا يُصدّق" مقارنة بحجمها

أثر الجودة الخفي

رغم أن معظم الناس لا يرون الأوزميوم النقي أبداً، فإن وجوده يدل على أعلى مستويات الجودة:

  • يمثل أي منتج يحتوي على الأوزميوم التزام الشركة المصنّعة بالكمال
  • غالباً ما تدوم مكونات الأوزميوم لعقود بعد انتهاء عمر المنتجات التي أُدمجت فيها
  • تحظى الأدوات الاحترافية المزودة بأجزاء من الأوزميوم بالاحترام في مجالاتها
  • يميز وجود الأوزميوم الفخامة الحقيقية عن المقلدات المنتجة للسوق الشامل

مصدره

وجوده الطبيعي

0.002 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 35% of elements

أوزميوم: أندر من أسنان الدجاج

الندرة الكونية

يُعد أوزميوم من أندر العناصر على الأرض، إذ لا تتجاوز وفرته 1.5 جزء في المليار في القشرة الأرضية. وتجعل هذه الندرة الشديدة أوزميوم أكثر ندرةً بنحو:

  • 600 مرة من الذهب
  • 6,000 مرة من الفضة
  • 1.5 مليون مرة من النحاس
  • مماثل في ندرته لرينيوم وإريديوم

منظور كوني: ترجع ندرة أوزميوم إلى التخليق النووي النجمي؛ فهو يتكوّن فقط في أعنف انفجارات المستعرات العظمى، مما يجعله نفيساً في أنحاء الكون.

عائلة فلزات المجموعة البلاتينية

ينتمي أوزميوم إلى فلزات المجموعة البلاتينية (PGMs)، وهي ستة عناصر مترابطة توجد معاً في الطبيعة. وتشمل عائلة PGMs:

بلاتين (Pt)

أكثر عناصر PGMs وفرةً، ويشكّل الأساس الاقتصادي لعمليات التعدين التي تنتج أوزميوم بوصفه ناتجاً ثانوياً

بلاديوم (Pd)

ثاني أكثرها وفرةً، ويُستخدم أساساً في المحوّلات الحفازة للسيارات

إريديوم (Ir)

العنصر التوأم لأوزميوم، وهو نادر بالقدر نفسه وغالباً ما يوجد متحداً مع أوزميوم في الطبيعة

روديوم (Rh)

أندر عناصر PGMs «الشائعة»، وتصل أسعاره إلى مستويات هائلة في التطبيقات الحفازة

روثينيوم (Ru)

له تطبيقات صناعية في الإلكترونيات والتحفيز الكيميائي

أوزميوم (Os)

بطل الكثافة، وغالباً ما يوجد في الطبيعة متحداً مع إريديوم في سبيكة تُسمى «osmiridium»

المصادر الرئيسية لأوزميوم في العالم

South Africa (85% من إنتاج PGM العالمي)

Bushveld Igneous Complex: يحتوي هذا التداخل الطبقي الأكبر في العالم على 75% من احتياطيات PGM العالمية. وتضم Merensky Reef وUG2 Reef معادن حاملة لأوزميوم في طبقات لا يتجاوز سمكها 1-2 متر، لكنها تمتد مئات الكيلومترات تحت سطح الأرض.

المناجم الرئيسية: تدير Impala Platinum وAnglo American Platinum وLonmin مناجم عميقة تحت الأرض تصل إلى أكثر من 1,500 متر تحت السطح لاستخراج خام غني بـ PGM ويحتوي على كميات ضئيلة من أوزميوم.

Russia (10% من إنتاج PGM العالمي)

Norilsk-Talnakh District: تحتوي التندرا المتجمدة في Siberia على رواسب كبريتيدية ضخمة تضم PGM وأوزميوم. وقد تشكّلت هذه الرواسب من عمليات ماغماتية مرتبطة باصطدام كويكب قبل 250 مليون سنة.

ميزة فريدة: تحتوي خامات Norilsk على تراكيز من أوزميوم أعلى من Bushveld، لكن الظروف القطبية القاسية للغاية تجعل الاستخراج صعباً.

North America (3% من إنتاج PGM العالمي)

Stillwater Complex, Montana: ينتج منجم PGM الأولي الوحيد في USA أوزميوم من تداخلات طبقية مماثلة لـ Bushveld. كما تضيف الرواسب الكندية في Sudbury Basin كميات صغيرة ناتجة عن تعدين النيكل والنحاس.

مصادر أخرى (2%)

يسهم Great Dyke في Zimbabwe وPanton Sill في Australia ورواسب غرينية مختلفة حول العالم بكميات قليلة من أوزميوم، من خلال تعدين رواسب مركزات PGM المتآكلة.

المعادن الحاملة لأوزميوم

Osmiridium

(Os,Ir) - معدن أوزميوم الطبيعي الأساسي، ويحتوي على 15-40% من أوزميوم متحداً مع إريديوم. وهذه البلورات البيضاء الفضية شديدة الكثافة والصلابة، وغالباً ما توجد على شكل حبيبات صغيرة في الرواسب الغرينية.

Iridosmine

(Ir,Os) - نوع غني بالإريديوم يحتوي على 10-25% من أوزميوم. ويوجد في الرواسب نفسها التي يوجد فيها osmiridium، لكن مع بنى بلورية وخصائص مختلفة.

أوزميوم طبيعي

Os - بلورات أوزميوم نقي نادرة للغاية، تُعثر عليها أحياناً في الرواسب الغرينية. ويعتز جامعو المعادن بهذه العينات، وتباع بأسعار باهظة جداً.

Cooperite & Braggite

معادن كبريتيد البلاتين (Pt,Pd,Ni)S التي تحتوي على إحلالات ضئيلة من أوزميوم. وتشكل هذه المعادن معظم خامات PGM المستخرجة، حيث يجب فصل أوزميوم عبر تكرير معقد.

كيف تُنشئ الطبيعة أوزميوم

1. التخليق النووي النجمي

يتكوّن أوزميوم أثناء انفجارات المستعرات العظمى من خلال الالتقاط السريع للنيوترونات (r-process). ولا تنتج أوزميوم إلا النجوم الأضخم خلال نهاياتها العنيفة.

2. التراكم الكوكبي

أثناء تشكّل الأرض، غرق معظم أوزميوم إلى اللب بسبب كثافته الشديدة وخصائصه المحبة للفلزات (siderophile). ولم تبقَ في الوشاح إلا كميات ضئيلة.

3. التركيز الماغماتي

تركّز العمليات الماغماتية النادرة أوزميوم من مستويات الأجزاء في المليار إلى رواسب اقتصادية. وتنشئ التداخلات الطبقية مثل Bushveld طبقات غنية بأوزميوم من خلال التبلور الدقيق.

4. تشكّل الرواسب الغرينية

يحرّر التجوية والتعرية حبيبات أوزميوم التي تتراكم في حصى الأنهار ورمال الشواطئ. وقد وفرت هذه الرواسب الغرينية أولى اكتشافات أوزميوم، لكنها استُنزفت إلى حد كبير.

تحدي الاستخراج

يتطلب استخراج أوزميوم معالجة كميات هائلة من الخام:

  • درجة الخام: 0.5-5 غرام من إجمالي PGMs لكل طن من الخام
  • محتوى أوزميوم: لا يتجاوز أوزميوم 0.5-2% من محتوى PGM
  • حجم المعالجة: 1 مليون طن من الخام → 1-2 kg من أوزميوم
  • تعقيد التكرير: أكثر من 12 شهراً من التعدين إلى الحصول على فلز أوزميوم نقي
  • كثافة استهلاك الطاقة: احتياجات هائلة من الكهرباء للصهر والتكرير

واقع سلسلة الإمداد

تعكس سلسلة إمداد أوزميوم ندرته الشديدة:

  • الإنتاج العالمي: 25-50 kg سنوياً في أنحاء العالم، أي أقل من وزن شخص واحد.
  • تركّز السوق: تسيطر شركتان (Anglo American وImpala) على 70% من الإمدادات
  • تقلب الأسعار: تتراوح الأسعار بين $400-1,500 لكل أونصة تروي بحسب التوافر
  • المخزونات الاستراتيجية: لا تحتفظ أي حكومة باحتياطيات من أوزميوم بسبب صغر حجم السوق
  • إعادة التدوير: يقترب معدل إعادة تدوير أوزميوم من 100% بسبب قيمته الهائلة

العمل الجيولوجي الاستقصائي

تُستخدم نظائر أوزميوم بوصفها أدوات جيولوجية قوية:

  • تطور الوشاح: تتتبع نسب نظائر أوزميوم تشكّل لب الأرض وتمايز الوشاح على مدى 4.5 مليار سنة
  • اصطدامات الكويكبات: تشير الارتفاعات المفاجئة في أوزميوم بالصخور الرسوبية إلى أحداث الانقراض الجماعي، ومنها اصطدام الكويكب الذي قضى على الديناصورات قبل 66 مليون سنة
  • كيمياء المحيطات: تكشف تراكيز أوزميوم في مياه البحر القديمة عن النشاط البركاني السابق وأنماط التجوية القارية
  • دراسة النيازك: تحتوي النيازك الحديدية على أوزميوم يحفظ معلومات عن عمليات النظام الشمسي المبكر

التعامل

السلامة

سلامة الأوزميوم: معلومات مهمة عن المخاطر

تصنيف السلامة العام: خطر مرتفع

في حين أن معدن الأوزميوم آمن نسبياً عند التعامل معه، فإن رباعي أكسيد الأوزميوم (OsO₄) يُعد من بين أكثر المركبات سمية المعروفة للعلم. يلزم توخي أقصى درجات الحذر عند تسخين الأوزميوم أو العمل مع مركباته، إذ يمكن أن تتكوّن أبخرة قاتلة دون سابق إنذار.

تحذير مهم: رباعي أكسيد الأوزميوم

يُمنع تماماً تسخين معدن الأوزميوم في الهواء فوق 200°C. بخار رباعي أكسيد الأوزميوم:

  • قاتل عند تركيز 10 ppm (يسبب الوفاة خلال دقائق)
  • يسبب العمى الدائم عند تعرض العينين له
  • يخترق الجلد، مسبباً حروقاً كيميائية شديدة
  • يتلف الرئتين بشكل غير قابل للعكس عند استنشاقه لفترة وجيزة
  • لا يوجد له ترياق - والوقاية هي الحماية الوحيدة

التعامل الآمن مع معدن الأوزميوم

  • التحكم في درجة الحرارة: لا تسخّن الأوزميوم في الهواء فوق 200°C. استخدم جوّاً خاملاً (آرغون/نيتروجين) عند إجراء أي عمل في درجات حرارة مرتفعة
  • التعامل الميكانيكي: تجعل الكثافة العالية جداً للأوزميوم (22.59 g/cm³) القطع الصغيرة ثقيلة على نحو مفاجئ. استخدم أساليب الرفع المناسبة لمنع إصابات السحق
  • الحواف الحادة: تؤدي صلابة الأوزميوم إلى تكوّن حواف حادة جداً عند تكسره. ارتدِ دائماً قفازات مقاومة للقطع عند التعامل مع القطع المكسورة
  • الكهرباء الساكنة: يمكن لمسحوق الأوزميوم الناعم أن يراكم شحنة ساكنة. استخدم معدات مؤرضة وإجراءات مضادة للكهرباء الساكنة في البيئات الجافة
  • الاحتواء: خزّن الأوزميوم في حاويات محكمة الإغلاق لمنع الأكسدة والتكوّن المحتمل لرباعي الأكسيد

حماية الجهاز التنفسي

  • الكشف عن رباعي أكسيد الأوزميوم: استخدم مراقبة مستمرة للهواء عند وجود الأوزميوم. يتميز OsO₄ برائحة يمكن كشفها عند 0.02 ppm - وهي أعلى من مستويات التعرض الآمنة.
  • متطلبات التهوية: لا تعمل إلا داخل خزانات شفط الأبخرة الكيميائية، مع سرعة هواء أمامية >100 fpm عند التعامل مع مركبات الأوزميوم
  • معدات حماية الجهاز التنفسي: جهاز تنفس يغطي كامل الوجه مع خراطيش مركبة (غازات حمضية + جسيمات) كحد أدنى للاستجابة للطوارئ
  • إجراءات الطوارئ: عند الاشتباه في التعرض لرباعي أكسيد الأوزميوم، انتقل فوراً إلى الهواء النقي واطلب رعاية طبية طارئة

ضرورة حماية العينين

  • خطر تعرض العينين: يسبب رباعي أكسيد الأوزميوم تلفاً فورياً ودائماً في القرنية والعمى
  • الحماية المطلوبة: ارتداء نظارات واقية من المواد الكيميائية أو درع يغطي كامل الوجه إلزامي عند العمل مع أي مواد أوزميوم
  • تحذير بشأن العدسات اللاصقة: لا ترتدِ أبداً عدسات لاصقة عند وجود مركبات الأوزميوم - فقد تتركز الأبخرة تحت العدسات
  • غسّالة العيون للطوارئ: اغسل العينين فوراً لمدة 15+ دقيقة عند الاشتباه في أي تعرض، ثم اطلب رعاية طبية طارئة

حماية الجلد

  • الحروق الكيميائية: يخترق رباعي أكسيد الأوزميوم الجلد بسرعة، مسبباً حروقاً كيميائية شديدة قد تتأخر في الظهور
  • اختيار القفازات: استخدم قفازين، أحدهما داخلي من النتريل والآخر خارجي من النيوبرين، معتمدين للمواد الكيميائية الخطرة
  • مراقبة الجلد: انتبه إلى ظهور بقع داكنة أو تغيّر في اللون، مما يدل على ملامسة مركب أوزميوم
  • إزالة التلوث: اغسل فوراً بكمية كبيرة من الماء ومنظف لطيف إذا حدثت ملامسة للجلد

إجراءات الاستجابة للطوارئ

تعرض العينين

إجراء فوري: اغسل العينين بالماء لمدة 15+ دقيقة مع إبقاء الجفنين مفتوحين. أزل العدسات اللاصقة إن وُجدت. اتصل بخدمات الطوارئ فوراً - فهذه حالة طبية طارئة تتطلب علاجاً فورياً في المستشفى.

ملامسة الجلد

أزل الملابس الملوثة فوراً. اغسل المنطقة المصابة بالماء والصابون لمدة 15+ دقيقة. راقب ظهور حروق متأخرة أو بقع داكنة. اطلب الرعاية الطبية عند استمرار أي أعراض.

طوارئ الاستنشاق

مهم: انتقل فوراً إلى الهواء النقي. اتصل بخدمات الطوارئ - فاستنشاق رباعي أكسيد الأوزميوم يتطلب تدخلاً طبياً فورياً. لا تؤخر طلب الرعاية الطارئة.

الاستجابة للانسكاب

أخلِ المنطقة فوراً. استخدم أدوات مناولة عن بُعد لاحتواء الانسكاب. لا تستخدم الماء أبداً مع مركبات الأوزميوم. اتصل بمتخصصي المواد الخطرة لتنظيف أي تسرب كبير للأوزميوم.

السلامة الخاصة بكل قطاع

مختبرات الأبحاث

يتطلب التلوين البيولوجي باستخدام رباعي أكسيد الأوزميوم خزانات شفط أبخرة متخصصة، ومراقبة مستمرة للهواء، وموظفين مدربين. تستخدم مؤسسات كثيرة الآن بدائل أكثر أماناً بسبب المخاطر الشديدة للأوزميوم.

تصنيع المجوهرات

يتطلب العمل مع سبائك الأوزميوم-إريديوم مراقبة درجة الحرارة لمنع تكوّن رباعي الأكسيد. استخدم لحاماً في جو خامل وتجنب التسخين الزائد أثناء التصنيع.

صناعة الإلكترونيات

يجب التعامل مع نقاط التماس الكهربائية المصنوعة من الأوزميوم باستخدام إجراءات مضادة للكهرباء الساكنة. وتتطلب عمليات التصنيع مراقبة مستمرة للتهوية ومراقبة صحية للعمال.

معدات الحماية المطلوبة

  • حماية الجهاز التنفسي: جهاز تنفس يغطي كامل الوجه مع خراطيش للغازات الحمضية/الجسيمات (كحد أدنى)، ومصدر هواء مزوّد للعمليات عالية الخطورة
  • حماية العينين: نظارات واقية من المواد الكيميائية (كحد أدنى)، ودرع يغطي كامل الوجه للإجراءات عالية الخطورة
  • حماية اليدين: قفازات كيميائية مقاومة مزدوجة الطبقة (نتريل + نيوبرين)، بتصميم ذي أساور طويلة
  • حماية الجسم: بدلة مقاومة للمواد الكيميائية عند التعامل مع المركبات، وحذاء ذو مقدمة فولاذية، وإمكانية الوصول إلى دُش الطوارئ
  • المراقبة: مراقبة مستمرة للهواء للكشف عن رباعي أكسيد الأوزميوم، وشارات قياس الجرعة الشخصية

متطلبات التخزين والتخلص

  • التخزين الآمن: خزنة مقاومة للحريق ومقفلة بسبب القيمة العالية جداً، وبعيدة عن العوامل المؤكسدة
  • التحكم البيئي: ظروف باردة وجافة لتقليل الأكسدة، ويفضل استخدام جو خامل
  • مراقبة درجة الحرارة: لا تخزّنه أبداً فوق 150°C لمنع تكوّن رباعي الأكسيد
  • ضبط المخزون: تتبع مفصل بسبب القيمة والسمية، مع إجراء فحوصات سلامة منتظمة
  • التخلص من النفايات: يلزم مرفق متخصص للنفايات الخطرة، ويُمنع التخلص منها في مجاري النفايات العادية
  • أولوية إعادة التدوير: يلزم استرداد أقصى قدر ممكن بسبب الندرة والقيمة

المراقبة الصحية

يلزم العاملون الذين يتعاملون مع الأوزميوم:

  • فحص طبي قبل التوظيف يشمل اختبارات وظائف الرئة والعينين
  • مراقبة صحية سنوية تركز على التغيرات التنفسية والبصرية
  • تقييماً طبياً فورياً عند الاشتباه في أي تعرض
  • مراقبة حيوية لمستويات الأوزميوم في الدم/البول عند حدوث تعرض منتظم
  • بروتوكولات طبية للطوارئ موضوعة بالتنسيق مع المستشفيات المحلية

إجابات سريعة

أوزميوم: أسئلة شائعة

What is أوزميوم?

أوزميوم (symbol Os) is element 76 on the periodic table, a فلز انتقالي in period 6, group 8. The densest naturally occurring element: a litre of osmium weighs 22.6 kg. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of أوزميوم?

أوزميوم's ground-state electron configuration is [Xe] 4f¹⁴ 5d⁶ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 14, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of أوزميوم?

أوزميوم melts at 3306 K (3032.9 °C) and boils at 5285 K (5011.9 °C). That puts it among the most refractory elements — it stays solid at temperatures that vaporise most metals.

What is the atomic mass of أوزميوم?

The standard atomic weight of أوزميوم is 190.23 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is أوزميوم?

أوزميوم has a density of 22.59 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of أوزميوم is about 22.6× heavier.

What is the electronegativity of أوزميوم?

أوزميوم has a Pauling electronegativity of 2.2. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered أوزميوم, and when?

أوزميوم was discovered in 1803 by Tennant & Wollaston. It is named after greek osme, "smell".

How common is أوزميوم on Earth?

أوزميوم makes up about 0.002 mg/kg of the Earth's crust — genuinely rare, which is why it is expensive.

→ السابق Re Rhenium Element 75 · Transition metal التالي ← Ir Iridium Element 77 · Transition metal