Pytanie za sto punktów – który z metali jest najcięższy? Proponuję, żeby każdy chwilę pomyślał (nie sprawdzając od razu w książkach czy Internecie) i zapamiętał swojego faworyta. Ciekawe, kto z Was zgadnie. Uczciwie przyznam, że kiedy sam sobie zadałem to pytanie, to obstawiłem „złego konia”. Ale cóż, błądzić jest rzeczą ludzką😉
Domyślam się, że wiele osób odpowiedziałoby bez wahania: ołów. Owszem, ze swoim ciężarem właściwym wynoszącym ponad 11 g/cm3, jest dużo cięższy od żelaza (którego jeden cm3 waży niecałe 8 gram), ale gdzie ołowiowi do takiego złota, które ma gęstość niemal dwa razy większą, to jest przeszło 19 g/cm3. Skądinąd dlatego mnie zawsze zastanawia, że filmowi oszuści malując złotą farbą ołowiane sztabki próbują wmówić naiwnym, że to złoto. Różnica w ciężarze tych dwóch pierwiastków jest przecież bardzo duża. Ale może chodzi tu raczej o względne poczucie ciężaru, większego niż byśmy się spodziewali po, np. stalowej sztabce? Nie wiem, w każdym razie ten trik z ołowiem udającym złoto, wydaje się całkiem popularny. Przynajmniej w kinematografii.
[Changlc, Public domain, via Wikimedia Commons]
Jakkolwiek złoto wcale nie jest najcięższym metalem. Ba! Nawet nie należy do ścisłej czołówki i jest dopiero siódme w tym rankingu. Cięższe od niego są m.in. promieniotwórcze pluton (Pu) i neptun (Np), o których już kiedyś pisałem (https://chemiawolowku.pl/o-planetach-bogach-i-pierwiastkach-cz-1/ oraz https://chemiawolowku.pl/o-planetach-bogach-i-pierwiastkach-cz-2/). Czwarty w kolejności jest jeden z metali przejściowych, a mianowicie ren (Re). Ale podium w konkursie na najcięższy (czy raczej najbardziej gęsty) pierwiastek zajmują platyna (Pt), osm (Os) i iryd (Ir).
O ile z platyną nie ma problemu, która ze swoimi 21,5 g/cm3, ma pewne i niewzruszone trzecie miejsce, to osm i iryd toczą pewien spór o pierwsze miejsce na podium. Różnice w ich gęstości właściwej są stosunkowo niewielkie, a wyniki zależą silnie od sposobu pomiaru, czystości próbki i jej wymiarów, co sprawia, że różne źródła podają różne wartości, różniące się drugim miejscem po przecinku. Nie rozstrzygając tego dylematu, przyjmijmy, że gęstość obydwu tych metali wynosi około 22,6 g/cm3.
[Periodictableru www.periodictable.ru, via Wikimedia Commons]
Cała trójka najcięższych pierwiastków nie tylko ma podobną gęstość, ale często występuje w przyrodzie razem w tych samych skałach, przy czym osm i iryd w stosunkowo mniejszych ilościach niż sama platyna. Oba te pierwiastki odkrył w 1803 roku angielski przyrodnik Smithson Tennant, który pracował (wraz z Williamem Hydem Wollastonem) nad oczyszczaniem platyny.
Iryd należy do metali szlachetnych i jest jednym z „najszlachetniejszych” z nich, bowiem nie ulega działaniu wody królewskiej (mieszaniny kwasu azotowego z kwasem solnym w stos. obj. 1:3), która potrafi roztworzyć np. platynę czy złoto. Dopiero podgrzewany w atmosferze czystego tlenu powoli tworzy tlenki IrO2 i Ir2O3. Są one jednak nietrwałe i mogą ulegać rozpadowi na pierwiastki składowe.
Iryd, metal twardy i trudno ścieralny, a do tego odporny na korozję, jest od ponad wieku stosowany do produkcji stalówek wiecznych piór. Oczywiście to nie wyczerpuje możliwości stosowania tego metalu. Należy on do metali rzadkich, a wiec i drogich, stąd stosuje się tam, gdzie istotna jest wysoka odporność i trwałość w trudnych warunkach pracy, np. w złączach elektrycznych narażonych na działanie agresywnego środowiska. Wiele wysokiej klasy instrumentów naukowych i medycznych jest pokrytych irydem. Jego wysoka gęstość powoduje, że jest on skuteczny w odbijaniu i pochłanianiu promieniowania jonizującego różnego rodzaju (w tym cząstek alfa i gamma). Na przykład osłony radioizotopowych ogniw termicznych, stosowanych na sondach kosmicznych Voyager, są wykonane właśnie z irydu.
[Francis Flinch, via Wikimedia Commons]
Osm ma właściwości podobne do irydu, choć jest nieco mniej odporny chemicznie. Na wolnym powietrzu na jego powierzchni tworzy się powoli warstewka tetratlenku osmu (OsO4 – skądinąd często stosowanego w chemii organicznej jako utleniacz). Jest on związkiem lotnym i bardzo toksycznym. Dlatego osm stosuje się w formie domieszek do stopów innych metali, chroniących go przy okazji przed utlenianiem. Jednym z takich metali, z którymi tworzy osm stopy, jest wolfram. Stop ten, jako użyteczny do produkcji żarników w żarówkach, opatentowano w 1906 r. w Niemczech pod nazwą… Osram (od Os-m i wolf-ram). No cóż, musimy wybaczyć Niemcom, że nie zorientowali się, co oznacza to słowo w języku polskim. Ale zanim nazwali tak istniejącą do dziś firmę, mogli jednak sprawdzić…
Na koniec jeszcze kilka zdań o pochodzeniu nazw tych pierwiastków. Iryd został nazwany od iminienia greckiej bogini Iris, uosobienia tęczy. Tennant zaproponował taką nazwę nawiązując do tęczowych barw soli irydu, jakie udało mu się otrzymać. Z kolei greckie słowo osme oznacza „zapach”, a nazwa wzięła się w wyniku skojarzenia ze specyficznym zapachem tetratlenku osmu, podobnym do zapachu popiołu i dymu. Wierzę na słowo, ponieważ nie wąchałem tego związku i, póki co, nie mam zamiaru 😉
Wojciech Smułek
31.01.2022 r.