Тетраоксид осмия¶

Тетраоксид осмия (оксид осмия(VIII), OsO₄) — бинарное неорганическое соединение металла осмия и кислорода, высший оксид осмия. Представляет собой летучие кристаллы белого или слегка желтоватого цвета с резким характерным запахом. Является одним из немногих оксидов металлов, которые возгоняются при комнатной температуре, и широко используется в органическом синтезе и микроскопии.

¶Физические и химические свойства

Тетраоксид осмия — молекулярное соединение с ковалентными связями. В твердом состоянии образует моноклинные кристаллы. При температуре около 32 °C плавится, а при 130 °C закипает. Благодаря высокой летучести (давление паров при 20 °C составляет около 11 мм рт. ст.) соединение легко перегоняется с водяным паром.

Молекула OsO₄ имеет тетраэдрическое строение. Соединение хорошо растворяется в воде (около 7 г на 100 мл), а также в этаноле, диэтиловом эфире и четыреххлористом углероде. Водные растворы имеют нейтральную реакцию и со временем восстанавливаются до диоксида осмия (OsO₂).

Химически тетраоксид осмия проявляет свойства сильного окислителя. При взаимодействии с органическими веществами, особенно с непредельными соединениями, реакция может протекать бурно, вплоть до воспламенения. В щелочной среде восстанавливается до осматов (солей осмиевой кислоты H₂OsO₄).

¶Получение

В промышленности и лабораторной практике тетраоксид осмия получают прокаливанием порошкообразного осмия на воздухе или в токе кислорода при температуре около 600–800 °C. Образующиеся пары OsO₄ конденсируют в ловушках, охлаждаемых до низких температур. Также возможен синтез окислением осмиевых соединений азотной кислотой или царской водкой.

¶Применение

¶Органический синтез

Основное применение тетраоксида осмия — реагент в органической химии. Он используется для гидроксилирования алкенов — реакции, в результате которой двойная углерод-углеродная связь превращается в две соседние гидроксильные группы (цис-диолы). Реакция протекает с высокой стереоселективностью. В каталитических вариантах процесса, например в реакции Шарплесса, OsO₄ применяется в субстехиометрических количествах в сочетании с соокислителями (N-оксидами, феррицианидом калия). Это позволяет получать хиральные диолы с высокой энантиомерной чистотой.

¶Микроскопия и биология

В гистологии и электронной микроскопии тетраоксид осмия применяется как фиксатор и контрастирующий агент. Он прочно связывается с ненасыщенными липидами клеточных мембран, повышая их электронную плотность. Благодаря этому в электронном микроскопе мембранные структуры выглядят тёмными и хорошо различимыми. Растворы OsO₄ также применяют для окрашивания срезов тканей в световой микроскопии.

¶Прочие области

Тетраоксид осмия используется для выявления отпечатков пальцев, а также в качестве катализатора в некоторых промышленных процессах окисления. В прошлом применялся в медицине для лечения артрита (инъекции в суставы), однако из-за высокой токсичности эта практика была прекращена.

¶Токсичность и меры безопасности

Тетраоксид осмия чрезвычайно токсичен. Пары соединения поражают роговицу глаз, дыхательные пути и кожу. Ингаляция может вызвать отёк лёгких, бронхит и астматические явления. ПДК в воздухе рабочей зоны составляет 0,002 мг/м³. При работе с веществом обязательны вытяжной шкаф, перчатки и защитные очки. Пролитый реагент нейтрализуют растворами восстановителей, например тиосульфата натрия или аскорбиновой кислоты.

¶Интересные факты

• Несмотря на то что осмий — самый плотный металл, его оксид легко возгоняется, что нехарактерно для соединений металлов.
• Название элемента «осмий» происходит от греческого слова «осме» — запах, из-за резкого запаха тетраоксида.
• В XIX веке тетраоксид осмия использовали для окрашивания микроскопических препаратов нервной ткани, что позволило сделать ряд важных открытий в нейроанатомии.

¶Источники

• Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. — М.: Мир, 1969.
• Лидин Р. А., Андреева Л. Л., Молочко В. А. Справочник по неорганической химии. — М.: Химия, 1987.
• Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Советская энциклопедия, 1992.
• Гринвуд Н., Эрншо А. Химия элементов. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008.