ऑस्मियम (Os): गुणधर्म, अभिक्रिया आणि उपयोग | JEE/NEET रसायनशास्त्र

परिचय

ऑस्मियम (Os) हे आवर्त सारणीतील गट 8 मधील एक संक्रमण धातू आहे, जे प्रामुख्याने नैसर्गिकरित्या आढळणारे सर्वात घनदाट मूलद्रव्य म्हणून ओळखले जाते. त्याची उच्च घनता, अत्यंत कडकपणा आणि उच्च वितळणांक यामुळे त्याचे विशेष अनुप्रयोग आहेत, विशेषतः मिश्रधातू आणि उत्प्रेरक म्हणून. हे प्लॅटिनम गट धातूं (PGMs) पैकी एक आहे.

CBSE/JEE जलद उजळणी नोट्स

चिन्ह: Os
अणु अंक: 76
अणु वस्तुमान: 190.23 g/mol
गट: 8
आवर्त: 6
ब्लॉक: d-ब्लॉक (संक्रमण धातू)
घनता: 22.59 g/cm³ (सर्वात जास्त ज्ञात घनता)
वितळणांक: 3033 °C
उत्कलनांक: 5012 °C
स्वरूप: चांदी-निळसर, ठिसूळ, कठीण धातू
सामान्य ऑक्सिडीकरण अवस्था: +2, +3, +4, +6, +8 (सर्वात सामान्य आणि स्थिर अवस्था +4 आणि +8 आहेत)

इलेक्ट्रॉन संरूपण आणि बंधांचे वर्तन

मूलभूत अवस्थेतील इलेक्ट्रॉन संरूपण: [Xe] 4f¹⁴ 5d⁶ 6s²
- 4f इलेक्ट्रॉनची (जे पूर्ण भरलेले आहेत) उपस्थिती लॅन्थनाईड्सनंतरच्या 6 व्या आवर्तातील संक्रमण धातूंचे वैशिष्ट्य आहे.
बंधांचे वर्तन:
- ऑस्मियम विविध ऑक्सिडीकरण अवस्था दर्शवतो, ज्यात +8 ही कोणत्याही संक्रमण धातूसाठी ज्ञात असलेली सर्वोच्च अवस्था आहे (उदा. OsO₄ मध्ये).
- त्याच्या उच्च ऑक्सिडीकरण अवस्थांमध्ये (+6, +8), ऑस्मियम प्रामुख्याने सहसंयोजक संयुगे बनवतो. ऑस्मियम टेट्राऑक्साइड (OsO₄) हे चतुष्फलकीय भूमिती असलेले एक रेणू संयुग आहे, जे त्याच्या बंधांमध्ये महत्त्वपूर्ण सहसंयोजक गुणधर्म दर्शवते.
- कमी ऑक्सिडीकरण अवस्थांमध्ये सामान्यतः संयुगांमध्ये अधिक आयनिक किंवा धातूंचे बंध असतात.

महत्त्वाच्या रासायनिक अभिक्रिया

ऑस्मियम हा स्थूल धातू म्हणून तुलनेने निष्क्रिय असतो, परंतु जेव्हा तो बारीक चूर्ण केलेला असतो किंवा गरम केला जातो तेव्हा सहजपणे अभिक्रिया करतो.

ऑक्सिजनसोबत अभिक्रिया (ऑस्मियम टेट्राऑक्साइडची निर्मिती): हवा किंवा ऑक्सिजनमध्ये गरम केल्यावर, ऑस्मियम त्याचे सर्वात स्थिर ऑक्साईड, ऑस्मियम टेट्राऑक्साइड तयार करतो, जो अत्यंत अस्थिर (volatile) आणि विषारी आहे. Os(s) + 2O₂(g) → OsO₄(s) टीप: OsO₄ एक शक्तिशाली ऑक्सिडीकरण कारक आहे.
हॅलोजेनसोबत अभिक्रिया (उदा. क्लोरीन): उच्च तापमानावर ऑस्मियम क्लोरीनसारख्या हॅलोजेनसोबत अभिक्रिया करून ऑस्मियम हॅलाइड्स तयार करतो. Os(s) + 2Cl₂(g) → OsCl₄(s) (ऑस्मियम(IV) क्लोराईड)
ऑस्मियम टेट्राऑक्साइडचे क्षपण: ऑस्मियम टेट्राऑक्साइडचे कमी ऑक्सिडीकरण अवस्थांमध्ये किंवा ऑस्मियम धातूमध्ये क्षपण केले जाऊ शकते. उदाहरणार्थ, हायड्रोजन सल्फाइडद्वारे क्षपण: OsO₄(s) + 4H₂S(g) → OsS₂(s) + 4H₂O(l) (सरलीकृत; मध्यवर्ती उत्पादने तयार होऊ शकतात)
अम्लासोबत अभिक्रिया: स्थूल ऑस्मियम अम्लांना, ज्यात एक्वा रेजिया (aqua regia) समाविष्ट आहे, मोठ्या प्रमाणात प्रतिरोधक असतो, परंतु बारीक चूर्ण केलेले ऑस्मियम मजबूत ऑक्सिडीकरण करणाऱ्या अम्लांद्वारे हळूहळू ऑक्सिडीकृत होऊ शकते.

औद्योगिक आणि जैविक महत्त्व

औद्योगिक उपयोग

कठिनीकरण मिश्रधातू (Hardening Alloys): ऑस्मियम इतर प्लॅटिनम गट धातूंशी (विशेषतः इरिडियम, ऑस्मिरिडियम तयार करण्यासाठी) मिश्रित करून अत्यंत कठीण आणि झीज-प्रतिरोधक मिश्रधातू तयार करतो. या मिश्रधातूंचा वापर यामध्ये होतो:
- पेनची टोके (फවුන්टन पेन)
- विद्युत संपर्क (Electrical contacts)
- फोनोग्राफ सुई
- उपकरणांचे पिव्होट्स
- हेवी-ड्युटी विद्युत स्विच संपर्क
उत्प्रेरकता (Catalysis): ऑस्मियम संयुगे, विशेषतः ऑस्मियम टेट्राऑक्साइड (OsO₄), सेंद्रिय संश्लेषणात महत्त्वाचे उत्प्रेरक म्हणून काम करतात.
- अल्केन्सचे डायहायड्रॉक्सिलेशन: अल्केन्सच्या स्टिरिओस्पेसिफिक सिन-डायहायड्रॉक्सिलेशनसाठी OsO₄ महत्त्वपूर्ण आहे (उदा. अपजॉन डायहायड्रॉक्सिलेशन आणि शार्पलेस असममित डायहायड्रॉक्सिलेशनमध्ये), जे C=C दुहेरी बंधांचे डायऑल्समध्ये रूपांतर करते.
इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपीसाठी रंगकाम (Staining): ऑस्मियम टेट्राऑक्साइडचा उपयोग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपीमध्ये जैविक ऊतकांसाठी रंगकाम कारक (staining agent) म्हणून केला जातो. मेदांना (lipids) स्थिर करण्याची आणि रंग देण्याची त्याची क्षमता पेशींच्या संरचनेचे निरीक्षण करण्यासाठी कॉन्ट्रास्ट प्रदान करते.

जैविक महत्त्व

विषारीपणा: ऑस्मियमची कोणतीही ज्ञात जैविक भूमिका नाही. ऑस्मियम संयुगे, विशेषतः ऑस्मियम टेट्राऑक्साइड (OsO₄), अत्यंत विषारी आहेत. OsO₄ अस्थिर (volatile) आहे आणि त्याच्या वाफांमुळे डोळे आणि श्वसनमार्गाला गंभीर त्रास होऊ शकतो, ज्यामुळे ऊतक नुकसान आणि अंधत्व देखील येऊ शकते. हे फ्युम हूडमध्ये अत्यंत सावधगिरीने हाताळले पाहिजे.