オスミウム (Os)

発見の経緯

発見: 1804 · Smithson Tennant

オスミウムは、1803年にイングランド、ロンドンのスミソン・テナントとウィリアム・ウォラストンにより発見された。オスミウムの発見は白金および他の白金族元素の金属の発見と絡み合っている。白金は17世紀後半にコロンビアのチョコ県周辺の銀鉱山で最初に見つかり、「プラチナ」（小さい銀の意）としてヨーロッパに渡った。この金属が合金ではなく明らかに新しい元素であるという発見は1748年に発表された。白金を研究した化学者は白金を王水（塩酸と硝酸の混合物）に溶解して可溶性の塩を作った。彼らは常に少量で暗い色の不溶性の残留物を観察していた。ジョゼフ・プルーストはこの残留物はグラファイトであると考えた。Victor Collet-Descotils、Antoine François, comte de Fourcroy、ルイ＝ニコラ・ヴォークランは1803年に黒い白金の残留物にイリジウムを観察したが、その後の実験では十分な材料を得ることはできなかった。後に2人のフランス人化学Antoine-François Fourcroyとヴォークランは白金の残留物中の金属を特定し「プテン」(ptène)と呼んだ。1803年、スミソン・テナントはこの不溶性の残留物を分析し、間違いなく新しい金属を含んでいると結論付けた。ヴォークランは粉末をアルカリと酸で交互に処理し、揮発性の新たな酸化物を得た。ヴォークランはこれを新しい金属と考え、ギリシア語で翼を意味するπτηνος(ptènos)から「プテン」(ptene)と名づけた。しかし、テナントは残留物をはるかに多く持ち優位に立っており、研究を続け黒色の残留物に含まれていたこれまで発見されていない2つの元素、イリジウムとオスミウムを特定した。彼は赤熱での水酸化ナトリウムとの反応により黄色の溶液（おそらくcis–[Os(OH)2O4]2−）を得た。酸性化ののち、形成されたOsO4を蒸留することに成功した。彼はこれをギリシア語のosme（臭いの意）からオスミウムと名付けた。これは揮発性の四酸化オスミウムからかすかに煙のようなにおいがしたためである。この新たな元素の発

用途と応用

酸化物が揮発性であり極めて高い毒性があるために、オスミウムは純粋な状態で使用されることはめったになく代わりに摩耗の激しい用途に対して他の金属と合金化して使用される。オスミリジウムなどのオスミウム合金は非常に硬く、他の白金族金属とともに万年筆、楽器のピボット、電気接触などの先端に使用されている。また、1945年から1955年ごろの78rpmの後半および"LP"と"45"のレコード時代の初期において、蓄音機のスタイラスの先端にも使用された。オスミウム合金の先端は鋼やクロムの針先よりもはるかに耐久性があったが、競合相手であるサファイアやダイヤモンドの先端よりもはるかに速く摩耗し高価であったため、廃止された。四酸化オスミウムは指紋の検出や光学顕微鏡や電子顕微鏡の脂肪組織の染色に使用されている。強力な酸化剤として主に不飽和の炭素-炭素結合と反応することで脂質を架橋し、それにより組織試料内の生体膜を固定し同時に染色する。オスミウム原子は非常に電子密度が高いため、オスミウム染色は生体物質の透過型電子顕微鏡(TEM)において画像コントラストを大幅に向上させる。これらの炭素材料はTEMのコントラストが非常に弱い（画像参照）。別のオスミウム化合物であるフェリシアン化オスミウム(OsFeCN)も同様の固定および染色作用を示す。四酸化オスミウムとその誘導体であるオスミウム酸カリウムは有機合成における重要な酸化剤である。二重結合のビシナルジオールへの変換にオスミウム酸塩を用いるシャープレス不斉ジヒドロキシ化により、バリー・シャープレスは2001年にノーベル化学賞を受賞している。OsO4はこの用途では非常に高価であるため代わりにKMnO4がよく使われる。ただこの安価な化学試薬では収率が低くなる。1898年、オーストリアの化学者カール・ヴェルスバッハはオスミウム製のフィラメントを備えたオスランプを開発し、1902年に商業的に導入した。そのわずか数年後にオスミウムはより安定した金属であるタングステンに置き換えられた。タングステンはすべての金属の中で最も融点が高く、電球で使用することで白熱灯の発光効率と

同位体

オスミウムには7つの天然同位体があり、5つは安定している（187Os, 188Os, 189Os, 190Os, 192Os）（192Osが最も豊富）。186Osは長い半減期(2.0±1.1)×1015年（宇宙の年齢の約140000倍）を経てアルファ崩壊し、実用的な目的では安定しているとみなすことができる。また184Osは、隕石中におけるオスミウムとタングステンとの存在比の研究により、半減期1.12×1013年でアルファ崩壊することが示唆されている。アルファ崩壊は7つの天然同位体すべてで予測されているが、おそらく半減期が非常に長く186Osについてのみ観測されている。184Osと192Osは二重ベータ崩壊をすると予測されているが、この放射能はまだ観測されていない。187Osは187Re（半減期4.56×1010年）の子孫であり、地球および隕石の年代測定に広く使用されている（レニウム-オスミウム年代測定参照）。また、地質時代の大陸風化の強度を測定し、大陸のクラトンのマントルの根っこの安定化に対する最小年齢を修正するためにも使用されている。この崩壊がレニウムに富む鉱物が187Osを異常に多く含む理由である。しかし、地質学におけるオスミウム同位体の最も注目すべき用途は豊富なイリジウムとの関連であり、6500万年前の非鳥類恐竜の絶滅を示すK-Pg境界に沿った衝撃を受けた石英の層を特徴づけている。