Denso, raro e malcheiroso? Conheça o ósmio

Em 1803, Smithson Tennant, um químico britânico, que tinha feito uma sociedade com W. H. Wollaston em 1800 com objetivo de desenvolver e aperfeiçoar a tecnologia para o refino da platina, recebeu novos carregamentos do metal. Um desses carregamentos de platina nativa oriunda da América do Sul foi tratada com água régia – uma mistura de ácidos nítrico e clorídrico (3HCl:1HNO₃)  – e o resíduo escuro obtido foi fundido com álcalis, posteriormente tratado com ácido, destilado e condensado, dando origem a um líquido gorduroso, com um cheiro pungente e peculiar, e em seguida a um sólido semi-transparente. Tennant finalmente separou o resíduo em dois novos elementos metálicos, que chamou de irídio e de ósmio. O nome do último elemento levou em conta o forte odor que ele emanava. Seu nome é derivado de osme, palavra grega para cheiro. Embora fosse reconhecido como um novo metal, pouco uso foi feito do ósmio durante muito tempo, pois era raro e difícil de trabalhar, apesar de extremamente resistente. Por vários anos o ósmio foi usado em pontas de caneta e agulhas de gramofone.

Quebradiço e azulado

O ósmio é um metal prateado e brilhante, com uma leve coloração azulada, e resistente à corrosão, de número atômico 76 e símbolo Os.

Pertence ao Grupo 8 da tabela periódica, que inclui o ferro e o rutênio. O ferro é muito abundante, sendo o metal mais usado no planeta. O rutênio e o ósmio são extremamente raros, por conta disso, a sua produção e seu uso são bem limitados. Mesmo assim, o ósmio pode ser utilizado como melhorador de ligas metálicas, bem como na produção de pontas de canetas-tinteiro. O OsO₄, tetróxido de ósmio, possui ampla utilização como contraste em microscópios, na detecção de digitais e como catalisador.

O ósmio é o mais denso de todos os elementos (22,6 g cm^-3), duas vezes mais denso que o chumbo, embora para alguns autores o irídio ocupe essa posição. Isso devido as densidades de ambos metais diferirem em apenas 0,1% na temperatura de 20 °C. É o menos abundante de todos os elementos de ocorrência natural, sendo encontrado na natureza como metal livre junto com o irídio, em uma liga rara conhecida como osmirídio. O metal é obtido de forma mais econômica como subproduto do refino do níquel e da platina. Possui ponto de fusão muito alto, 3.054°C, sendo excepcionalmente duro; em consequência disso, é muito difícil de ser usinado e manipulado.

Apesar da difícil produção, o pó de ósmio metálico pode ser sintetizado em atmosfera de hidrogênio em uma temperatura de 2000 °C.

O ósmio metálico é rígido, quebradiço e difícil de trabalhar enquanto o ósmio em pó é mais fácil de se obter, mas forma tetróxido de ósmio (OsO₄) quando exposto ao ar, que se vaporiza sem se fundir,  característica excepcional entre os elementos. O tetróxido de ósmio tem forte odor ruim e é venenoso. É usado principalmente para a produção de ligas muito resistentes para pontas de canetas-tinteiro, pivôs de instrumentos, agulhas e contatos elétricos. Também é usado na indústria química como catalisador. O ósmio não tem papel biológico conhecido. O metal não é tóxico, mas seu óxido é volátil e muito tóxico, causando danos aos pulmões, pele e olhos.

Em sua forma metálica, o ósmio resiste fortemente a grandes níveis de compressão, em um grau comparável ao do diamante. Já na forma de substâncias, o ósmio é capaz de apresentar 11 estados de oxidação possíveis, que variam do -2 ao +8, sendo os estados +3, +4, +6 e +8 os mais comuns.

O tetróxido de ósmio, OsO₄, é, juntamente com o tetróxido de rutênio, RuO₄, o composto em que um elemento apresenta a maior carga formal da Tabela Periódica (+8). Esse óxido é bastante tóxico e também volátil, com um ponto de ebulição de 130 °C.

Quimicamente, o ósmio lembra muito o rutênio, elemento também do grupo 8. O ósmio reage lentamente com o gás oxigênio em temperatura ambiente. Em compensação, reage com gás cloro e gás flúor em temperatura ambiente, além de reagir com ácido clorídrico misturado com agentes oxidantes e também por álcalis fundidos.

Na natureza, sete isótopos estáveis de ósmio podem ser encontrados, sendo que o ¹⁸⁶Os, é radioativo, com um extenso tempo de meia-vida. Outros 34 isômeros são conhecidos, todos sintéticos e radioativos.

Assista o vídeo produzido pela Universidade de Notthingham, no Reino Unido, sobre as características do ósmio:

Usos ontem e hoje

Os usos do ósmio relacionam-se à sua dureza e resistência ao desgaste: usos mais antigos incluem os bicos das penas de canetas-tinteiro, rolamentos em relógios, fios para filamentos das primeiras lâmpadas elétricas incandescentes (antes do uso do tungstênio) e bússolas, além de agulhas de gramofones; os empregos mais modernos envolvem uso em contatos elétricos.

O tetróxido de ósmio (OsO₄), substância tóxica, perigosa aos olhos, oxidante energético e volátil com forte odor, é o composto mais útil de ósmio. Sólido cristalino, incolor, com odor ruim, pode ser usado ainda como contraste em microscópio, para melhorar a visualização, e também como detector de impressões digitais. Também pode ser utilizado como catalisador na indústria farmacêutica, na produção de remédios para obesidade e diabetes, por exemplo. Esses processos catalíticos são baseados nos trabalhos de Barry Sharpless, ganhador do Prêmio Nobel de 2001, que utilizou OsO₄ como um componente-chave em uma mistura de catalisadores para adicionar dois grupos hidroxila a uma ligação dupla carbono-carbono.

Uma liga de platina-ósmio contendo 10% de ósmio é usada em implantes cirúrgicos como marcapassos e válvulas pulmonares artificiais.

A exposição ao tetróxido de ósmio pode causar danos à pele, olhos e ao sistema respiratório. Trabalhadores devem ser informados sobre os perigos da exposição ao tetróxido de ósmio. O nível de exposição depende da dose, da duração da exposição e do trabalho que está sendo realizado. O tetróxido de ósmio é usado em muitas indústrias principalmente como um agente colorizante para amostras biológicas. Estão mais sujeitos ao envenenamento por este composto, trabalhadores que utilizam o produto em microscopia eletrônica e os mineiros que fazem a extração dos minerais contendo ósmio.

Desde 2014, o ósmio é negociável como um metal precioso. Ele está disponível em forma de joias ou como um metal de investimento. Na Alemanha funciona o Instituto do Ósmio, responsável pela certificação da autenticidade e pureza de joias e de peças produzidas com o metal.

Produção mundial é medida em quilos

A principal fonte natural do ósmio é o mineral osmirídio, uma liga natural entre ósmio e irídio, com uma quantidade maior de ósmio, e o iridiósmio, com uma quantidade maior de irídio.

O ósmio é encontrado em areias de rios nos Montes Urais, da América do Norte e da América do Sul. Também pode ser encontrado nos minérios de níquel de Sudbury, em Ontário, Canadá, uma região produtora de outros metais do grupo da platina. As grandes quantidades de minérios de níquel que são processadas tornam possível a recuperação comercial deste metal. Os três maiores produtores mundiais de ósmio são África do Sul, Rússia e Zimbabwe.

O Serviço Geológico dos Estados Unidos, que mantém dados atualizados sobre produção e reservas mundiais do setor mineral, informa que em 2018 foram produzidos em torno de 25 quilos de ósmio em todo o mundo. Não foram divulgados dados mais recentes sobre a produção mundial do metal.

Referências

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Texto produzido pela jornalista Mari Elizabeth Menda da Gerência de Relações Institucionais do CRQ-SP e
revisado pela Profa. Márcia Guekezian, Coordenadora do curso de Engenharia Química
da Faculdade de São Bernardo do Campo – FASB