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El osmio es un elemento químico de símbolo Os y número atómico 76. Forma parte del grupo de los metales de transición. Es considerado uno de los minerales más densos y pesados de la corteza terrestre. A temperatura ambiente, es sólido y de color azul grisáceo. Tiene numerosas aplicaciones, especialmente en la fabricación de puntas de bolígrafo y contactos eléctricos. Sirve, entre otras cosas, para producir piezas de relojería y material quirúrgico. También se utiliza como catalizador en reacciones químicas y como colorante para vidrios especiales. El osmio es tóxico y puede causar problemas de salud si se inhala o ingiere.
Este elemento químico raro y fascinante fue descubierto en el siglo XIX por dos científicos independientes. Se trata del británico Smithson Tennant y del francés Louis Vauquelin.
En 1803, Smithson Tennant examinó un residuo de la producción de ácido nítrico. Notó que tenía un olor desagradable y que contenía un metal desconocido. Tras estudios minuciosos, logró aislar este elemento que denominó “osmio”. Este término hace referencia a la palabra griega “osme” que significa “olor”.
Louis Vauquelin realizó otras investigaciones el mismo año. Obtuvo resultados idénticos al examinar una muestra de mineral de platino. Notó una sustancia negra y resistente que nunca se había visto antes. Después de realizar experimentos para aislar este elemento, también decidió llamarlo “osmio”. Este último fue particularmente difícil de purificar debido a su rareza y toxicidad. En efecto, a menudo está asociado con otros metales preciosos como el platino, el iridio y el paladio. Está presente en rocas y minerales, así como en aluviones fluviales y marinos. Puede causar problemas respiratorios y lesiones pulmonares si se inhala en forma de partículas finas. A pesar de estas dificultades, el osmio rápidamente encontró aplicaciones en la industria, especialmente en la producción de puntas de bolígrafos y contactos eléctricos.
El osmio es un metal de transición del grupo 8 en la clasificación periódica de los elementos. Esta categoría también incluye al hierro, cobalto, níquel, rutenio, rodio, paladio e iridio. Estos elementos tienen una configuración electrónica externa caracterizada por una subcapa de electrones parcialmente llena. Tienen propiedades físicas similares: alta densidad, fuerte resistencia a la corrosión y alta conductividad eléctrica y térmica. Son de gran importancia en la industria, especialmente en la producción de aleaciones metálicas, catalizadores, joyas y componentes electrónicos.
El osmio se purifica fundiéndolo con una cantidad de polvo metálico de zinc de al menos ocho veces su masa. Todo se coloca en un crisol de carbón de retorta y se calienta a altas temperaturas. Este método fue desarrollado por Henri Sainte-Claire Deville y Henri Debray en su laboratorio de química. A medida que aumenta el calor, el zinc se volatiliza con otras impurezas volátiles. Estas pueden disolverse gracias a mezclas de productos químicos como el peróxido de hidrógeno.
Después de esta etapa de fusión, el osmiuro de iridio se recupera en forma pulverulenta (polvo fino). Luego se añaden tres partes en masa de óxido de bario y una parte de nitrato de bario seco. Se utilizan como reactivos para transformar el osmiuro de iridio en osmio metálico puro. El compuesto se calienta a una temperatura elevada hasta que se vuelve incandescente. Luego, se trata con agua regia (una mezcla de ácido nítrico y ácido clorhídrico) en ebullición. Todo se coloca en una retorta con cuello hermético. La adición de amoníaco provoca la evacuación de este mineral en forma de vapor condensado de ácido ósmico o tetraóxido de osmio. El residuo seco se recupera y redisuelve en agua caliente para recuperar los compuestos disueltos en la solución original. Se forma un licor amarillo que contiene otros compuestos platinoides a base de iridio y, accesoriamente, de rodio y rutenio.
El osmio posee una masa atómica de 190,23 u y una densidad de 22,59 g/cm³. Es un metal gris azulado muy duro que es resistente a la corrosión y al desgaste. El punto de fusión de este elemento es de 3.033 °C y su punto de ebullición es de 5.012 °C. Debido a estas propiedades únicas, el osmio tiene diversas aplicaciones industriales, especialmente en la fabricación de piezas para instrumentos científicos. Sirve en la creación de aleaciones con otros metales especiales. Sin embargo, el uso de este platinoide está limitado y regulado debido a su toxicidad y rareza.
El osmio es un elemento químico que posee 7 isótopos naturales conocidos. Cinco de ellos son estables: osmio 187, osmio 188, osmio 189, osmio 190 y osmio 192. Tienen una configuración nuclear particular que les permite mantener su estructura atómica durante largos períodos. Son útiles para rastrear procesos naturales en estudios en ciencias naturales, como geología, biología, ecología y química. Su abundancia relativa puede medirse con precisión. El núcleo de estos isótopos no se desintegra espontáneamente y no produce radiación ionizante. El osmio 184 y el osmio 186 son radiactivos y tienen una vida media extremadamente larga.
Los isótopos artificiales de osmio han sido creados por el hombre en laboratorio. Se obtuvieron bombardeando núcleos de osmio con partículas de alta energía, como protones o neutrones. Generalmente son inestables y se desintegran rápidamente emitiendo partículas ionizantes. Tienen varias aplicaciones en investigación científica, medicina e industria. Sirven como trazadores para estudiar procesos geoquímicos, como la circulación de los océanos y los ciclos biogeoquímicos. También se utilizan en radioterapia para tratar ciertos tipos de cáncer. Una vez inyectados en el cuerpo, se fijan a las células cancerosas y emiten radiaciones ionizantes que dañan su ADN y provocan su muerte. Sin embargo, la manipulación de isótopos artificiales de osmio está sujeta a estrictas regulaciones debido a su naturaleza radiactiva y potencialmente peligrosa.
El osmio 187 resulta de la desintegración radiactiva del renio 187, un elemento químico que tiene una vida media de 41,22 mil millones de años. La medición de las proporciones isotópicas 187Os/188Os y 187Re/188Os permite calcular la edad de una muestra rocosa o meteorítica. Para hacer esto, se recurre al método de datación isocrónica.
La datación Re-Os es una técnica que permite fechar terrenos antiguos o meteoritos. Se basa en la medición de las proporciones isotópicas del renio y del osmio en una muestra dada. El método isocrónico consiste en trazar una línea recta en un gráfico de las proporciones isotópicas en función del tiempo.
La aplicación más notable de la datación Re-Os, en combinación con el iridio, ha sido el estudio de la capa de cuarzo impactado del límite K-T. Esta marca la extinción de los dinosaurios, hace aproximadamente 66 millones de años. Las proporciones isotópicas del osmio y del renio en esta capa han sido medidas. Los resultados han ayudado a los científicos a determinar la fecha del impacto del asteroide que provocó la extinción de los dinosaurios.
El par Re-Os también ha sido utilizado para fechar la edad de la agregación de la Tierra. En los años 1970, el equipo de Claude Allègre lo utilizó para estimar la edad de la Tierra en 4,6 mil millones de años.
El osmio es un elemento raro y precioso que se encuentra naturalmente en la corteza terrestre. Está presente en pequeñas cantidades en los minerales de platino, níquel y cobre. Científicos lo han descubierto en aluviones fluviales y marinos. Este platinoide se encuentra principalmente en rocas ígneas como el basalto y la peridotita. Su presencia en rocas sedimentarias como arcillas y esquistos ha sido comprobada.
La producción mundial de osmio es relativamente baja en comparación con la de otros metales. Se estima en aproximadamente 50 kg para el año 2020, según datos del USGS (United States Geological Survey).
El osmio es un cuerpo simple raro y costoso. Es un material muy duro y difícil de trabajar. Es extremadamente reactivo y forma fácilmente compuestos con otros elementos según diferentes grados de oxidación que van desde -2 hasta +8. Este metal de transición se utiliza a menudo como catalizador en reacciones químicas, especialmente para la reacción de hidrogenación.
Este elemento químico tiene propiedades interesantes cuando se combina con otros átomos. El osmio y el iridio forman una aleación dura y resistente a la corrosión llamada iridiosmio. Otras combinaciones con diferentes metales de la familia de los platinos son posibles, especialmente con el platino y el paladio.
El cuerpo simple del osmio toma la forma de un metal denso, quebradizo y de un color gris azulado brillante, incluso a alta temperatura. Tiene un punto de fusión elevado y es muy resistente a la deformación. Producir este elemento es muy difícil. Se obtiene más fácilmente en forma de polvo. Sin embargo, es extremadamente tóxico. Reacciona rápidamente con el oxígeno del aire para formar tetraóxido de osmio OsO4. Este potente compuesto oxidante es peligroso para la salud.
El osmio es el cuerpo simple natural más denso, lo que lo sitúa justo por delante del iridio. También es menos fusible que este último. Además, tiene la temperatura de fusión más alta y la presión de vapor más baja de todos los metales del grupo del platino.
Este elemento debe ser manipulado con precaución. Como el tetraóxido de osmio OsO4 es un compuesto tóxico, puede causar daños importantes en los ojos, la piel y las vías respiratorias. Aquellos que lo trabajan deben usar equipos de protección individual para evitar cualquier contacto con este producto peligroso.
El osmio presenta varios estados de oxidación, que van desde +1 hasta +8, pero los más comunes son +4 y +3. El tetraóxido de osmio OsO4 se forma por calentamiento a 200 °C bajo flujo de gas oxígeno. Puede ser reducido por el carbono o el gas hidrógeno. Este proceso permite producir osmio metálico pulverulento.
Un antiguo proceso permite obtener este elemento en forma compacta a partir del disulfuro. Para ello, hay que hacerlo reaccionar con amoníaco y sulfhidrato de amonio. El producto obtenido se deja secar al aire libre antes de ser calentado en un crisol de carbón.
Este elemento puede combinarse con el azufre y los semi-metales como el fósforo, arsénico, antimonio, selenio y telurio. Resultan compuestos como el sulfuro de osmio, el seleniuro de osmio y el telururo de osmio. Al reaccionar con los halógenos en caliente, da lugar a diferentes compuestos como fluoruros, cloruros, bromuros e yoduros de osmio. Los niveles de valencia tienden a disminuir cuando el ion haluro es más polar y el halógeno menos electronegativo.
Este platinoide puede formar complejos con diferentes ligandos como el ciclopentadieno y el monóxido de carbono (carbonilo de osmio). Estos complejos sirven como catalizadores en reacciones químicas complejas.
La rareza y el coste relativamente elevado del osmio limitan sus aplicaciones industriales. Sus propiedades físicas y químicas únicas lo hacen útil en varios campos.
Uno de los principales usos de este elemento químico es la fabricación de puntas de bolígrafo. La presencia de este elemento las hace duraderas y resistentes al desgaste.
Este platinoide entra en la fabricación de contactos eléctricos e instrumentos quirúrgicos. En medicina, el osmio está incluido en el tratamiento de ciertas formas de cáncer, especialmente el cáncer de pulmón y el cáncer de próstata. Entra en la composición de ciertos tratamientos de la enfermedad de Alzheimer.
El osmio es uno de los metales más caros del mundo. Su coste varía según la demanda del mercado, su calidad y sus gastos de producción. En 2014, su precio medio en su forma pura al 99% era de 86,4 euros por gramo.
La marca relojera Hublot creó un reloj llamado Fusion tourbillon Firmament en 2014 cuya esfera es de cristales de osmio. Estos se obtienen por la cristalización del polvo del platinoide bajo atmósfera de cloro, por deposición química en fase vapor. Esta técnica permite alcanzar el punto de fusión elevado de este elemento químico. Modifica su estructura cristalográfica para crear cristales cuyo tamaño máximo no supera algunos milímetros. Los cristales de osmio tienen reflejos azulados y son inalterables al aire.
También se recurre a esta técnica de cristalización del osmio en la fabricación de piezas de joyería. Este platinoide es muy apreciado en este campo por su color y brillo, así como por su resistencia a la corrosión y al desgaste. Estas piezas suelen ser muy costosas.
El osmio en su forma metálica no es tóxico para el ser humano. Sin embargo, su polvo es pirofórico. Reacciona con el oxígeno a temperatura ambiente para formar tetraóxido de osmio volátil. Esta sustancia es extremadamente peligrosa para el hombre. Algunos compuestos también pueden convertirse en tetraóxido si hay oxígeno presente. Este último constituye la principal fuente de contacto con el medio ambiente. Concentraciones del orden de 10−7 g/m3 de este producto en el aire provocan graves daños al sistema respiratorio. El tetraóxido de osmio volátil tiene un efecto corrosivo sobre la piel y los ojos.
Este platinoide se encuentra en las estructuras internas de los catalizadores. La corrosión, las vibraciones y los choques térmicos a los que están sometidos estos últimos provocan la liberación de metales catalíticos. Estos son expulsados con los gases de escape. Se mezclan con el aire de las grandes ciudades y son transportados por el aire hasta los hielos del Ártico. Estudios realizados entre 1988 y 1998 mostraron un aumento regular de los contenidos de estos metales en el aire ambiente. Estos análisis revelan que este aumento resulta de la aparición de los catalizadores automóviles en 1988.
El osmio forma parte de las impurezas presentes en los platinoides catalíticos. Una pequeña cantidad de este elemento se pierde en forma particulada. Se libera en el aire con los gases de escape y se deposita en las carreteras. La parte más importante se evapora en forma gaseosa. En el laboratorio, la volatilidad de este platinoide bajo forma de tetraóxido de osmio es elevada. Cerca del 95% del mineral de los catalizadores se vaporiza y se dispersa en el aire. Los automóviles contemporáneos constituyen entonces la primera fuente importante, y esto a escala planetaria, de contaminación por osmio no radiogénico. Estos depósitos son importantes comparados con los de los polvos de origen natural. Este metal no es biodegradable y se añade a la lista de las pocas otras fuentes antropogénicas ya registradas. Se encuentra en cantidad significativa en las aguas y en los sedimentos.
El tiempo medio de vida del osmio en el aire o en el agua sigue siendo desconocido hasta la fecha. Como se trata de una molécula muy reactiva, los científicos suponen que su forma de vapor tiene una vida relativamente corta. Su ciclo en los compartimentos vivos de los ecosistemas no es conocido, a pesar de que ya se ha medido una acumulación en los sedimentos. Recientemente se realizó un estudio isotópico que demostró que esta contaminación era planetaria. Se ha encontrado osmio antropogénico en las nieves, las aguas de lluvia y las aguas marinas superficiales. En uso normal, se estima que el 100% de este elemento presente en el catalizador de los tubos de escape de los coches se pierde en el aire. En efecto, cuando estos catalizadores se calientan a altas temperaturas, gran parte del osmio que contienen se transforma en vapor. Se trata del OsO4, la forma gaseosa del osmio. Este fenómeno tiene consecuencias ambientales de gran amplitud, ya que el osmio es fácilmente dispersado por las precipitaciones (lluvia, nieve) y las aguas superficiales.
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