Element OS

Element Os (Osmium)

Das Element Os (Osmium) ist ein chemisches Element. Im Periodensystem der Elemente trägt Osmium die Ordnungszahl 76 und das Elementsymbol Os. Die Atommasse u liegt bei 190.23. Frisch gefördert ist Osmium ein graues und weitgehend nutzloses Pulver. Erst durch den Prozess der Kristallisierung entsteht unter hohem Druck und Hitze kristallines Osmium.

Einsatzgebiet Osmium

Mit einem Anteil von nur 1 · 10⁻⁸ ist Osmium das seltenste Edelmetall der Welt. Nur 7 Tonnen hält die Erde für uns bereit, wobei lediglich 2 t förderbar in der Erdkruste vorkommen. Auf Grund der extremen Seltenheit und des damit verbundenen hohen Preises (Osmium Preis) kommt Osmium nur für sehr wenige Anwendungen in Betracht.

Bedeutung früher

Osmium spielte eine entscheidende Rolle bei der Erfindung der Glühbirne. Als Legierung mit Wolfram entstanden die ersten Osram Glühbirnen. Die Firma Osram leitete gar ihren Namen von Osmium ab. Darüber hinaus fand Os Anwendung in phonografischen Nadeln sowie in Musikinstrumenten um die Jahrhundertwende.

Bedeutung heute

Im Bereich der Chemie kommt Osmium als Katalysator für Hydrierungen zum Einsatz. In der Medizin werden die besonderen Osmium Eigenschaften (Härte, Haltbarkeit) genutzt. Eine Legierung aus 90 % Platin und 10 % Osmium wird zu künstlichen Herzklappen verarbeitet. Auch Herzschrittmachern nutzen die Vorteile der Platin-Osmium Legierung. Einsatz erfolgt auch im technischen Bereich, sobald die Eigenschaft als Supraleiter gefragt ist.

Seit Wissenschaftlern die Kristallisierung von Osmium gelungen ist, drängt Osmium verstärkt in den Schmuckmarkt. Die funkelnde Oberfläche reflektiert Licht zu 100%. Osmium glitzert stärker als Diamant, Osmium Schmuck erfreut sich deshalb größter Beliebtheit.

Osmium Eigenschaften

Eine Reihe spezieller Eigenschaften machen Element Os so besonders. Das Elementsymbol Os und die Ordnungszahl 76 zeigen zunächst an, dass es sich um ein Element der Eisengruppe (8) handelt. Dort finden sich die Schwermetalle. Die Freunde von Osmium (Os) heißen Ruthenium (Ru), Hassium (Hs) und Eisen (Fe).

• Schwermetalle, das ist das erste Stichwort. Kristallographische Berechnungen ergeben für Osmium 22,59 g/cm³ knapp gefolgt von Iridium mit 22,56 g/cm³. Das Element Os damit das dichteste, natürlich auf der Erde vorkommende Element. Die Dichte von Osmium nutzt die Schmuckbranche: Weil es das Element mit der höchsten Dichte ist, ist Os automatisch fälschungssicher. Eine Legierung mit billigem Füllmaterial würde unweigerlich zur Reduzierung des Volumengewichts führen.
  Dichte Osmium: 22,59 g/cm³
• Platinmetall: Osmium gehört nicht nur zur Eisengruppe sondern auch den Platinmetallen. Es glänzt silber-bläulich und besitzt mit 462 GPa den höchsten Kompressionsmodul aller Elemente. OS ist deshalb weniger komprimierbar als Diamant mit 443 GPa. Ein U-Boot aus Osmium wird es dennoch nie geben, weil Os viel zu selten und gleichzeitig zu teuer ist.
• Oberflächenstruktur: metallisches Osmium ist zunächst Pulverförmig. An der Luft können hieraus geringe Mengen Osmiumtetroxid entstehen. Im Umgang mit unverarbeitetem, metallischen Osmiumpulver ist deshalb Vorsicht geboten.
  In seiner kristallinen Form ist Os vollständig gebunden und daher unbedenklich. Jeder Osmium Kristall ist absolut einmalig. Diese Eigenschaft nutzt die Schmuckindustrie als Sicherheitsmerkmal. Die Oberfläche wird wie ein QR Code gescannt und daraus der Osmium Identification Code generiert. Diese Technik ist 10.000 mal genauer als ein Fingerabdruck und lässt deshalb den Besitzer eindeutig zuordnen. Osmium ist das einzige Edelmetall, welches auf natürliche Weise mit Sicherheitsmerkmalen ausgestattet ist und deshalb für dich hochpreisige Schmuckindustrie ganz besonders interessant.
• Der höchste Schmelzpunkt: Osmium besitzt von allen Platinmetallen den höchsten Schmelzpunkt. Dieser liegt bei ca. 3.130 °C
• Supraleiter: Unterhalb der Sprungtemperatur von 0,66 K wird Osmium zum Supraleiter.

Vorkommen Element Os

Jahresproduktion Osmium weltweit

Osmium ist das seltenste Edelmetall. In 10.000 Platinerz sind lediglich 28 Gramm Osmium enthalten. Dieses Verhältnis ermöglicht deshalb die Berechnung der weltweiten Osmium Vorkommen. Der Anteil von 1 · 10⁻⁸ in der Erdkruste entspricht etwa zwei Tonnen. Auf Grund der hohen Dichte passt die weltweit verfügbare Gesamtmenge in eine Badewanne. Die Jahresproduktion Osmium umfasst etwa 120 kg und passt in einen Putzeimer.

 

Wo steht dieser Eimer?

Nun, das Element Osmium liebt die Gesellschaft anderer Metalle. Es ist deshalb dort zu finden, wo auch Platin, Ruthenium, Rhodium und Iridium abgebaut werden. Wie es auch bei Gold und Silber der Fall ist, kommt Osmium meist gediegen vor. Es gibt jedoch keine eigenständigen Osmiumerze. Das macht den Abbau sehr aufwendig. In der Regel wird deshalb nicht Osmium gefördert sondern Platinerz und Osmium stellt lediglich das Nebenprodukt dar.

Die Förderung von Os findet vorwiegend gemeinsam mit Platin statt. Dieses wird in Südafrika, Kanada sowie im Ural in Russland abgebaut. Weitere Förderstätten befinden sich in Osteuropa, Äthopien und Kolumbien

Gewinnung von Osmium

Die Förderung von Osmium ist sehr aufwändig, denn sie erfolgt nie alleine für sich. Für 28 Gramm Osmium müssen 10.000 Tonnen Platinerz gefördert werden. Das Platin fördert man eh, das Element Osmium muss anschließend mit hohem Aufwand herausgelöst werden. Hierbei nutzt man die unterschiedlichen Eigenschaften der jeweiligen Edelmetalle und Verbindungen.

Frisch aus der Mine stammt das edelmetallhaltige Platinerz (Osmium kommt in geringer Konzentration auch im Abbau von Nickel und Gold vor).

1. in Königswasser wird das Platinerz gelöst. Gold, Palladium und Platin gehen in Lösung, Osmium und Silber bleiben separat.
2. Mit Silberchlorid, Bleicarbonat und Salpetersäure lässt sich das Silber abtrennen.
3. Schmelzen mit Natriumhydrogensulfat und anschließendes Auslaugen kann Rhodium abtrennen.
4. Der verbleibende Rückstand enthält das kostbare Osmium. Zusammen mit Natriumperoxid wird dieser Rückstand bei hoher Temperatur geschmolzen. Das Element Osmium und Ruthenium werden deshalb gelöst (Iridium bleibt).
5. Behandelt man nun diese Lösung mit Chlor, entstehen als flüchtigen Stoffe Rutheniumtetroxid und Osmiumtetroxid.
6. Im letzten Schritt gibt man alkoholische Natronlauge hinzu, weil diese das Osmiumtetroxid vom Ruthenium trennt. Mit Wasserstoff wird schließlich metallisches Osmium gewonnen.
7. Unter hohem Druck und Hitze – die genauen Paramenter sind geheim – entsteht aus dem metallischen Osmium das kristalline Osmium.

Die Elemente Gold, Palladium, Platin, Osmium, Silber, Iridium und Ruthenium werden durch den aufwendigen Prozess voneinander getrennt. Osmium wird also nie alleine gefördert. Es kommt immer im Verbund mit anderen Edelmetallen der Eisengruppe bzw. Platinerzgruppe vor. Die Förderung und das anschließende Separieren ist sehr aufwendig. Die Förderung alleine wegen des Osmium wäre deshalb nie gewinnbringend.

Die Geschichte vom Element Osmium

Gold gilt als selten und kostbar. Wer die Geschichtsbücher aufschlägt, liest vom Goldschatz der Maja oder etwa den Kreuzzügen der Spanier. Kirchen aller Weltregionen horten Goldschätze aber von Osmium spricht niemand. Das ist kein Wunder. Osmium ist 15.000 mal seltener als Gold. Vermutlich deshalb wurde es erst 1804 vom englischen Chemiker Smithson Tennant entdeckt. Der Forscher löste Platin in Königswasser und entdeckt dabei zwei Elemente: Iridium und Osmium.

Der Name Osmium kommt aus dem altgriechischen (osme). Er bedeutet “Gestank”. Tatsächlich hat der Rohstoff einen eigenartigen Geruch. Er wird wie Rettich beschrieben. In seiner ursprünglichen Form ist Osmium pulverförmig und giftig. Hashtags #selten #giftig #Gestank führten schon damals zu keinem großem Ruhm. So war zwar die Entdeckung an sich spektakulär, ein wirklicher Nutzen oder Einsatzzweck fehlte jedoch lange.

Eingesetzt wurde das Element Osmium in hochwertigen Schreibgeräten. Doch der erste große Auftritt des Elements sollte die Erfindung der Glühbirne sein. Anfang des 20. Jahrhunderts wurden in Verbindung mit Wolfram Glühfäden produziert. Nun ist Osmium jedoch sehr spröde und die erzeugten Fäden viel zu empfindlich. Os wurde deshalb später durch Tantal und Wolfram ersetzt.

Der Durchbruch

Knapp hundert Jahre vergingen, bis Schweizer Wissenschaftlern erstmals die Kristallisierung von Osmium gelungen ist. 40 Jahre Forschungsarbeit waren erforderlich, um aus dem giftigen und stinkenden Edelmetall einen  fester Kristall zu formen. Die chemischen Eigenschaften wie Dichte und Kompressionsmodul blieben natürlich erhalten. Verloren gingen der Geruch sowie die toxische Eigenschaft. Kristallines Osmium ist nicht zum Verzehr geeignet, es kann jedoch bedenkenlos im Alltag genutzt und als Schmuck getragen werden. Metallisches Osmium ist harmlos.

Nachweis von Osmium

Optisch lässt sich Osmium an seinem stahlblauen Glanz erkennen. Chemische Nachweise lassen sich über das Osmiumtetroxid erbringen. Auf ein Filterpapier mit Benzidinlösung wird eine osmiumhaltige Probe aufgebracht. Benzidin reagiert mit Osmiumtetroxid. Färbt sich also das Filterpapier violett, ist der Nachweis erbracht.

Wissenschaftler greifen heute selbstverständlich zu genaueren Methoden. Mit den Verfahren der   Neutronenaktivierungsanalyse oder der Massenspektrometrie lässt sich das Element Osmium nachweisen und dessen Qualität bestimmen. Weltweit finden sich Osmium Institute. Diese Einrichtungen dienen dem Zweck, einen einheitlichen Umgang in Handel und der Verarbeitung von kristallinem Osmium zu gewährleisten.

Für den privaten Handel stellt das Osmium-Institut Gutachter zur Verfügung, die die Echtheit von Osmium bestätigen und die Osmium Identification Codes verifizieren.

Zertifizierung

Kristallines Osmium wird in der Schmuckindustrie eingesetzt, dient aber auch Investoren als Geldanlage. Entsprechend wichtig ist deshalb die Zertifizierung. Das seltene Element kann hierdurch eindeutig bestimmt werden, ohne dass aufwendige Prüfverfahren beim Kauf oder Verkauf von Osmium notwendig werden. Die Zertifikate erleichtern also den Handel mit kristallinem Osmium.

Der Prozess der Zertifizierung durchläuft neun Stufen:

1. Echtheitsprüfung
2. Wägung
3. Fotografische Dokumentation der Kristallstruktur
4. Vergabe einer Seriennummer
5. Eintragung in die Osmium Weltdatenbank
6. Angabe des Prüfdatums
7. Festlegung der Zertifikatsart
8. Erstellung eines Echtheitszertifikates
9. Versand an den ausliefernden Fachhändler.