Osmium natif

L'osmium natif est une espèce minérale naturelle, corps simple métallique, extrêmement dense et très rare de formule chimique Os, correspondant à l'élément chimique osmium noté Os. L'osmium appartient à la classe minéralogique des éléments natifs, en particulier il s'agit d'un métal natif. Il est presque toujours associé intimement à l'iridium jusqu'à des teneurs dépassant le quart et parfois au ruthénium.

Osmium natif
Catégorie I : Éléments natifs[1]
Général
Nom IUPAC Osmium
Numéro CAS 7440-04-2
Classe de Strunz
01.AF.05
Classe de Dana
1.2.2.1
Formule chimique Os   [Polymorphes]Os
Identification
Masse formulaire[2] 190,23 ± 0,03 uma
Os 100 %,
Couleur blanc, gris bleu, blanc gris, gris blanchâtre, gris d'acier, bleu indigo (très pur)
Classe cristalline et groupe d'espace Dihexagonale et dipyramidale, groupe de point 6/mmm (6/m 2/m 2/m) ; groupe d'espace P63/mmc
Système cristallin hexagonal
Réseau de Bravais hexagonal
a = 2,734 1 Å ; b = 4,316 7 Å ;Z = 2, V = 27,96 Å3 avec densité calculée 22,59 ; a = 2,714 Å ; b = 4,314 Å ;Z = 2, V = 27,52 Å3 avec densité calculée 23 (Os natif avec Ir à 25,2 pour cent en masse)
Clivage parfait sur {0001}
Cassure élastique (fragment en lamelles rebondissant si elles sont soumises à torsion)
Habitus rares cristaux isolés, cristaux xénomorphes à idiomorphes, en inclusions prismatiques dans une matrice ; état particulaire ou granulaire disséminé dans une matrice rocheuse, paillettes, petites écailles ou gouttes, lames, grains, fréquemment isolés ; nodules arrondis de quelques grammes à quelques kilogrammes, pépites rares dépassant très rarement 1 kg ; amas à structure granulaire, agrégats grenus; masse grenues
Échelle de Mohs 6 à 7
Trait gris blanc, gris
Éclat métal
Éclat poli polissage, obtention de surface miroir, réflectance comprise au-delà de 62 % avec un maximum de 64,8 % dans le vert, selon le rayonnement électromagnétique visible (du violet au rouge); lumière réfléchie blanche à teinte gris bleu légère.
Propriétés optiques
Pléochroïsme faible
Fluorescence ultraviolet non fluorescent
Transparence opaque
Propriétés chimiques
Masse volumique 22,48 g/cm3
Densité 19 à 22,6 (très pur 21,4, 22,6 par calcul)
Température de fusion 3045 °C
Solubilité insoluble dans l'eau, les principaux acides et les alcalis (bases), peu soluble dans l'eau régale et l'acide nitrique, soluble dans l'eau régale bouillante
Comportement chimique très dur et cassant, facilement pulvérisable au mortier, plage liquide importante aux hautes températures car point d'ébullition vers 5 027 °C
Propriétés physiques
Magnétisme non magnétique (en absence de fer)
Radioactivité non radioactif
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Il se présente le plus communément en grains opaques à éclats métalliques, de couleur légèrement gris-bleu ou blanche teintée de bleu et de grisé, avec les minerais platinifères, à base de sperrylite ou de laurite, de même que dans les principaux placers fluviaux ou marins, actuels ou fossiles, de platine natif.

Historique de la description et de l'appellation

Le topotype est le district minier ou oblast de Sverdlovskaya, Nizhnii Tagi, dans l'Oural en Russie.

Ce n'est qu'en 1804 que le chimiste anglais Smithson Tennant démontre que ce corps simple et en particulier l'oxyde d'osmium est issu d'un élément particulier, qu'il nomme osmium en latin, du mot grec osmê, odeur ou de l'expression osmi, je sens, du verbe osmein, sentir, dégager une odeur (forte)[3]. Le corps simple naturel, découvert quelques années plus tard, est alors nommé en latin ou en anglais osmium nativum.

Un synonyme est l'iridosmine (alliage à 20 à 25 pour cent d'iridium). Un autre synonyme, rutheniridosmium, mentionne des composés à fortes conjointes d'Os et d'Ir.

D'autres appellations synonymes sont la névyanskite (équivalent russe de l'iridosmine de l'Oural) et la siserskite.

Cristallographie et cristallochimie

La maille de son système cristallin est hexagonale compacte. Ce qui explique ici sa densité record pour un corps simple natif.

Le minéral fait partie du groupe chimique du platine, rassemblant des éléments natifs métalliques dit platinoïdes au sens chimique.

Ruthéniridosmine et ruthénium natif appartiennent au même groupe d'espace, mais non l'iridium natif, le rhodium natif, le palladium natif et le platine natif.

D'un point de vue cristallochimique, il fait partie du groupe homosymétrique de l'osmium selon la classification de Dana. Ce groupe compte l'osmium, le ruthénium natif, le ruthéniridosmine, l'hexaferrum, l'hexamolybdenum, l'alliage minéral de symétrie hexagonale (Ni,Fe,Ir) numéroté IMA2008-055 ou depuis 1994, la garutiite.

Propriétés physiques et chimiques, toxicologie

Ce métal blanc-gris à éclat bleuté et métallique de la famille des platinoïdes lourds avec le ruthénium natif Ru et l'iridium natif Ir est très dur, mais fragile et cassant. Il peut être pulvérisé en poudre fine. Ce métal très dur et cassant est très difficile à travailler, comme à obtenir en lingot sans un savoir-faire maîtrisé.

L'osmium natif, s'il est à l'état compact, ne s'altère pas à l'air ou à l'eau. A l'état divisé ou fissuré, voire poudreux ou en éponge, l'osmium métal se corrode de plus en plus facilement quoique lentement.

Chauffé à 200 °C, il se forme rapidement à sa surface le tétroxyde d'osmium OsO4, corps chimique solide très oxydant, volatile à odeur forte, facilement sublimable et très toxique. Cet oxydant est en conséquence facilement réduit en par des poussières ou des graisses. Si on chauffe au rouge vif l'osmium, un simple courant d'air permet de former le tétraoxyde, anhydride volatile qui se dépose en un produit de sublimation, sous forme de longues aiguilles blanches.

Il est très stable sur un plan chimique en milieu réducteur et son point de fusion est élevé. Il a une tension de vapeur très faible.

Il s'agit d'un métal, bon conducteur de la chaleur et de l'électricité.

Il s'agit, en un sens restreint car il est sujet à la corrosion à l'air chaud, d'un métal réfractaire en dehors de la présence d'oxydants occasionnels et de choc.

Il est inattaquable par les bases et acides diluées dans l'eau, ainsi que les bases fortes et les acides forts non oxydants, comme HCl. Il est attaqué lentement et irrémédiablement par tous les acides oxydants par exemple l'acide nitrique concentré et l'acide sulfurique concentré, ce dernier à chaud. L'eau régale le dissout facilement à chaud. Il est insoluble dans l'ammoniac liquide. L'attaque en milieu alcalin nécessite l'action de composés alcalins fondus, tels qu'un mélange anhydre et liquide de soude caustique et d'oxyde de sodium.

Il réagit à chaud avec le soufre en donnant OsS2, mais aussi avec le phosphore, le chlore et le fluor.

Il a pourtant des propriétés physico-chimiques remarquables, en termes d'adsorption et de catalyse. Comme le platine, il est un catalyseur pour la molécule d'hydrogène, mais il s'empoisonne vite, en tout cas bien plus vite que le platine.

Ses alliages avec le platine, l'iridium et le palladium présente une grande dureté recherchée.

Analyse, distinction

Les impuretés les plus communes sont le platine Pt, le rhodium Rh, le palladium Pd si on considère que les autres platinoïdes iridium Ir et ruthénium Ru sont généralement présentes dans la composition des échantillons d'osmium natif.

L'osmiridium (Ir,Os) est une variété d'une autre espèce minérale de maille cubique, l'iridium natif. La présence d'iridium, dont le corps simple métal blanc argent est insoluble dans les alcalis et les acides forts, à l'exception de l'eau régale, permet d'augmenter notablement la résistance à la corrosion. L'iridium natif ou le corps simple iridium est plus fusible que l'osmium natif.

Toxicité

L'osmium natif, compact et relativement stable à température ambiante, n'est potentiellement toxique que si sa couche de passivation d'oxydes produit du tétraoxyde d'osmium. Mais sa forme poudreuse assez facilement oxydable et surtout ses dérivés peuvent être toxiques. En particulier, le tétraoxyde d'osmium déjà évoqué qui fond vers 40 °C et bout à 130 °C reste très volatil et vénéneux. L'irritation des yeux rapide par ses vapeurs peut conduire à la cécité. Il est très irritant et agressif pour les muqueuses. Il provoque des lésions de la peau, de la cornée, des voies respiratoires et des poumons. Ses vapeurs peuvent ronger les fosses nasales et provoquer des atteintes graves au système respiratoire à des concentrations faibles dans l'air, de 10−7 g/cm3. Les chimistes Henri Sainte-Claire Deville et Henri Debray affirmaient que l'osmium (dans ses composés) équivalait à l'arsenic dans le champ de la toxicité.

C'est pourquoi, à cause de l'extrême toxicité de son oxyde, l'osmium n'est pas utilisé pur, mais à l'état d'alliages.

Gîtologie, occurrences et gisements

Il apparaît le plus souvent dans les gîtes associés aux roches magmatiques éruptives ultrabasiques, ou parfois également dans les filons de quartz.

Ce sont des roches (ultra)mafiques, c'est-à-dire des roches basiques à ultrabasiques, qui livrent le plus facilement des échantillons inclus d'osmium natif.

Après érosion des gisements, ces fins morceaux et particules se retrouvent avec le sable des placers. Les placers des rivières aux sables potentiellement aurifères ou platinifères dévoilent très souvent des paillettes et grains roulés d'osmium natif.

L'osmium natif peut être présent dans les minerais de nickel.

Minéraux associés : métaux natifs, alliage à base de Pt (syssertskite, newjanskite), alliage à base de Ru, sperrylite PtAs2, coopérite PtS, laurite RuS2, vysotskite (Pd,Ni)S, sulfures (lors des cristallisations hydrothermales), vassilite (Pd,Cu)16(S,Te)7, limonite

Gisements relativement abondants ou caractéristiques
  • Albanie
  • Afrique du Sud
Bushveld ou Bushvoeld Complex, Province Limpopo
Witwatersrand field (Transvaal).
  • Allemagne
Placer du Danube, Straubing, Basse-Bavière
  • Argentine
  • Australie
en Nouvelle-Galles du Sud
Adamsfield, Tasmanie
  • Autriche
  • Brésil
Bahia
  • Bulgarie
  • Canada
Colombie britannique
Québec
  • Chili
  • Chine
dépôt de Jinbaoshan Pt-Pd-Ni-Cu, Yunnan
  • Colombie
Rio Pilpe, Municipalité de Guapi, département Cauca, district de Papayan
  • Costa Rica
  • Équateur
Province d'Esmeralda
  • États-Unis
Goodnews Bay District, Alaska
Placers près des monts Klamath, comté Trinity, Californie
Nevada
Placers de Josephine creek, Oregon
Washington
  • Éthiopie
  • Finlande
Kemi, Laponie
  • France
Alluvions noires de la Durance
  • Grèce
  • Grande-Bretagne
îles Shetland
  • Inde
  • Indonésie
  • Iran
  • Italie
  • Japon
Placers, île d'Hokkaïdo
  • Maroc
Bou Azer, Ouarzazate
  • Nouvelle-Calédonie
  • Nouvelle -Zélande
Rivière Pirogue, Province du sud
  • Norvège
Leka, Nord-Trondelag
Østhammeren (Osthammeren) à l'est du lac Ferhagen, municipalité de Røros, Sør-Trøndelag
  • Nouvelle-Zélande
Ironstone Creek, Parapara, île du sud
  • Papouasie-Nouvelle-Guinée
  • Russie
Divers placers (par exemple de la rivière Pustaya) ou gisements dans les régions extrêmes-orientales proches du Kamtchatka ou du Koryak-Kamchatka
dans certains cours d'eau des monts Oural
  • Turquie
  • Tchéquie

Usages

Il s'agit d'un métal relativement précieux par sa rareté et ses usages assez variés. Le prix avoisinait en 2013 environ 400 $/once, soit alors la moitié de l'or.

Il sert à des alliages avec le fer pour la fabrication de robots. Les alliages de platine à 10 % d'osmium sont employés pour les implants chirurgicaux, les stimulateurs cardiaques et les remplacements de valves cardiaques.

Les alliages avec le platine, l'iridium et le palladium sont très durs et stables. Ils servent à la confection de pointes de plume ou de stylos, d'aiguilles à injection ou de tourne-disques, d'assises ou de pivot d'instruments de précision scientifiques, de pignons et de roulement à billes. Ils peuvent encore servir de filaments d'ampoules électriques ou de contact électrique.

Dispersé sur des grandes surfaces spécifiques, il est utilisable en catalyse d'hydrogénation, par exemple il figure parmi les premiers catalyseurs du procédé Haber-Bosch de synthèse de l'ammoniac.

Notes et références
  1. La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. Lors de la dissolution des principaux minerais de platine par l'eau régale, il restait toujours un résidu différent des composés du platine. Ce résidu noir très dur, de corps platinoïdes (en réalité essentiellement de l'osmiure d'iridium, avec un peu d'osmiure de ruthénium et parfois de rhodium ou de platine, cet osmiure complexe étant inaltéré par l'attaque à l'eau régale), irritant et nauséabond, à odeur de légumes pourris, avait été signalé par les chimistes français Vauquelin, Fourcroy et Collet-Descotils, qui prédisaient la présence d'éléments chimiques inconnus à dévoiler. Le chimiste londonien Tennant, qui, averti des recherches élémentaires de Vauquelin et de Descotils, habitant un grand port en communication constante avec l'Amérique latine, dispose en outre d'un apport de résidu de production de platine important poursuit en 1803 les analyses en trouvant deux types de composés, l'oxyde d'osmium responsable de l'odeur, et un composé d'un autre élément inconnu (qu'il nommera iridium pour la diversité coloré ou en arc-en-ciel de ses dérivés). Il fait publie un article dans la Royal Society le 21 juin 1804 sous le titre "On two metals, found in the black powder remaining after the solution of slatina", Philosophical Transactions of the Royal Society, volume 94, 1804, pp 411–418.

Bibliographie
  • Henri-Jean Schubnel, avec Jean-François Pollin, Jacques Skrok, Larousse des Minéraux, sous la coordination de Gérard Germain, Éditions Larousse, Paris, 1981, 364 p. (ISBN 2-03-518201-8). Entrée 'l'osmium (masculin)' p. 251.
  • R W G Wyckoff, Crystal Structures, Interscience Publishers, New York, Tome 1 (1963), p. 7-83. (Osmium nativum Hexagonal closest packed, hcp structure)

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes
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