Osmium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

Zum ganzen Periodensystem

Vorkommen und Gewinnung

Osmium ist eines der seltensten stabilen Elemente der Erdkruste. Es kommt nicht in eigenen Lagerstätten vor, sondern als Begleiter der anderen Platinmetalle, oft in natürlichen Legierungen mit Iridium, die man Osmiridium nennt. Wichtige Vorkommen liegen in Südafrika, Russland und Kanada. Gewonnen wird es als Nebenprodukt der Platinherstellung, und die Mengen sind sehr klein.

Entdeckt wurde Osmium 1803 vom englischen Chemiker Smithson Tennant in London. Er löste rohes Platin in Königswasser auf. Zurück blieb ein schwarzer Rückstand, den man bis dahin für Graphit gehalten hatte. Tennant erkannte, dass darin zwei neue Elemente stecken, Iridium und Osmium. Das eine nannte er nach der Regenbogengöttin Iris, weil seine Salze so bunt sind. Das andere benannte er nach dem Geruch, der beim Behandeln des Rückstands auftrat: griechisch osme. Verantwortlich war das flüchtige Osmiumtetroxid.

In der Technik trennt man Osmium heute auch über dieses Tetroxid ab. Das Erz wird aufgeschlossen und oxidiert, das flüchtige Tetroxid destilliert man ab, fängt es in Lauge auf und reduziert es zum Schluss mit Wasserstoff zum Metall. Wegen der Giftigkeit geschieht dies nur in geschlossenen Anlagen mit strengen Schutzmaßnahmen.

Eigenschaften und Reaktionen

Osmium steht in Periode 6 und Gruppe 8, unter dem Ruthenium aus Periode 5. Die Elektronenkonfiguration ist [Xe] 4f¹⁴ 5d⁶ 6s², die Elektronegativität beträgt 2,2. Das Metall hat eine Dichte von 22,57 g/cm³, schmilzt bei 3033 °C und siedet bei 5012 °C. Ein Liter Osmium wöge deutlich mehr als zwanzig Kilogramm, also über zwanzigmal so viel wie ein Liter Wasser.

Die Dichte hat zwei Ursachen. Osmiumatome sind schwer, und sie packen sich in einem dichten Kristallgitter sehr eng zusammen, weil sie wegen der Lanthanoidenkontraktion für ihre Masse klein sind. Das Metall lässt sich kaum zusammendrücken, ist hart und spröde und schmilzt erst bei sehr hoher Temperatur.

Kompaktes Osmium ist an der Luft bei Raumtemperatur beständig. Als feines Pulver oder beim Erhitzen bildet es mit Sauerstoff das Tetroxid OsO₄. Es ist ein farbloser bis blassgelber Feststoff, der schon bei etwa vierzig Grad schmilzt und leicht verdampft. Osmium erreicht in dieser Verbindung die Oxidationszahl plus acht, eine der höchsten Oxidationszahlen überhaupt. Die Dämpfe riechen stechend, ähnlich wie Chlor, und sind sehr giftig: Sie reizen Augen und Atemwege stark und können die Hornhaut des Auges und die Lunge schädigen. Das Tetroxid ist außerdem ein kräftiges Oxidationsmittel und färbt organisches Gewebe schwarz. Es gehört in keinen Schulversuch und darf nur in Speziallabors gehandhabt werden.

Verwendung in Alltag und Technik

Reines Osmium wird nur in kleinen Mengen genutzt, denn es ist selten und schwer zu bearbeiten. Früher waren Osmiumlegierungen mit Iridium und anderen Platinmetallen wichtig für extrem harte, verschleißfeste Kleinteile. Man fand sie in den Spitzen von Füllfederhaltern, in Lagerzapfen von Messinstrumenten, in Kompassnadeln und in elektrischen Kontakten. Heute nimmt man dafür meist Legierungen mit Iridium und Ruthenium.

Ein Stück Industriegeschichte steckt im Namen Osram. Um 1900 baute Carl Auer von Welsbach Glühlampen mit Fäden aus Osmium, das als hochschmelzendes Metall damals gut geeignet schien. Die Fäden waren teuer und brüchig, und Wolfram löste sie bald ab. Die Marke Osram, 1906 angemeldet, verbindet die Namen Osmium und Wolfram.

Eine der wichtigsten heutigen Anwendungen ist das Osmiumtetroxid in der Biologie. Es fixiert fetthaltige Strukturen wie Zellmembranen und färbt sie zugleich. Weil Osmiumatome sehr schwer sind, streuen die gefärbten Strukturen Elektronen stark und erscheinen im Elektronenmikroskop kontrastreich. Dabei arbeitet man mit sehr kleinen Mengen unter dem Abzug. In der organischen Chemie dient das Tetroxid in winzigen Anteilen als Katalysator, um Doppelbindungen gezielt in zwei Hydroxygruppen umzuwandeln. Für seine Arbeiten zu katalytischen Oxidationen, darunter diese Reaktion, erhielt Barry Sharpless 2001 einen Anteil am Nobelpreis für Chemie.

Kurz gefragt

Welche Ordnungszahl hat Osmium (Os)?

Häufige Fragen