El osmio se sintetiza en las estrellas principalmente mediante el proceso r (captura rápida de neutrones) que ocurre durante eventos cataclísmicos como supernovas y fusiones de estrellas de neutrones. Como elemento pesado con un número atómico par (Z=76), se produce eficientemente mediante este proceso. El osmio también presenta una contribución significativa del proceso s (captura lenta de neutrones) en estrellas AGB (gigantes asintóticas), pero la contribución del proceso r domina, representando el 70-80% de su abundancia solar. El osmio forma parte del "pico del osmio" en el espectro de producción de elementos pesados por captura de neutrones.
La abundancia cósmica del osmio es de aproximadamente 6,0×10⁻¹³ veces la del hidrógeno en número de átomos, lo que lo hace comparable en rareza al platino y al oro, y unas 2-3 veces más raro que el tungsteno. El osmio tiene siete isótopos naturales, siendo el más abundante el osmio-192 (41,0%). Las abundancias isotópicas del osmio, en particular la relación ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os, son de crucial importancia en geoquímica y cosmoquímica.
El sistema isotópico renio-osmio (¹⁸⁷Re → ¹⁸⁷Os) es una de las herramientas cronológicas más importantes para el estudio de la evolución de la Tierra y del sistema solar. El osmio-187 es el isótopo radiogénico producido por la desintegración beta del renio-187 (vida media de 41.600 millones de años). La importancia de este sistema radica en las marcadas diferencias geoquímicas entre estos elementos: el renio es moderadamente siderófilo y calcófilo (prefiere los sulfuros), mientras que el osmio es fuertemente siderófilo (prefiere el metal). Estas diferencias crean fraccionamientos significativos durante la formación del núcleo planetario y la diferenciación de los reservorios geológicos.
El sistema Re-Os es particularmente útil para:
La relación ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os se considera uno de los trazadores más sensibles de la interacción entre el manto y la corteza terrestre.
El osmio toma su nombre del griego antiguo ὀσμή (osmḗ), que significa "olor". Este nombre fue elegido por su descubridor, Smithson Tennant, debido al olor penetrante y desagradable del óxido de osmio (OsO₄), que evoca al ozono o al cloro. El osmio comparte esta etimología con el ozono (O₃), que también tiene un olor característico. Es uno de los pocos elementos nombrados a partir de una propiedad sensorial.
El osmio fue descubierto en 1803 por el químico inglés Smithson Tennant (1761-1815), quien también descubrió el iridio el mismo año. Tennant trabajaba con platino bruto de Sudamérica, que no se disolvía completamente en agua regia. Observó que un residuo negro insoluble quedaba después del tratamiento. Al estudiar este residuo, identificó dos nuevos elementos: uno que producía sales coloreadas (al que llamó iridio, por Iris, la diosa griega del arcoíris), y otro que producía un óxido volátil de olor fuerte (al que llamó osmio).
Los primeros estudios sobre el osmio fueron difíciles debido a su gran dureza, fragilidad y la toxicidad de sus óxidos volátiles. El primer osmio metálico relativamente puro fue producido en 1804 por Tennant. Sin embargo, no fue hasta mediados del siglo XIX que se desarrollaron métodos más eficaces de producción y purificación. El osmio fue uno de los últimos elementos naturales en ser aislado en forma pura, debido a los desafíos técnicos que planteaban sus propiedades.
El osmio es uno de los elementos naturales más raros en la Tierra, con una abundancia cortical estimada en aproximadamente 0,05 ppb (partes por mil millones). No existen yacimientos mineros primarios de osmio; siempre se recupera como subproducto del procesamiento de otros metales, principalmente:
La producción mundial de osmio es muy baja, estimada en menos de 1 tonelada por año. Los principales productores son Sudáfrica, Rusia, Canadá y Estados Unidos. Debido a su extrema rareza, propiedades únicas y dificultad de producción, el osmio es uno de los metales más caros, con precios típicos de 10.000 a 15.000 dólares por kilogramo (o mucho más para ciertas formas). La demanda está limitada por aplicaciones de nicho y la disponibilidad.
El osmio (símbolo Os, número atómico 76) es un metal de transición del 6º período, ubicado en el grupo 8 (antes VIII) de la tabla periódica, junto con el hierro, el rutenio y el hassio. Pertenece a los metales del grupo del platino (platino, paladio, rodio, rutenio, iridio, osmio). Su átomo tiene 76 protones, generalmente 116 neutrones (para el isótopo más abundante \(\,^{192}\mathrm{Os}\)) y 76 electrones con la configuración electrónica [Xe] 4f¹⁴ 5d⁶ 6s². Esta configuración presenta seis electrones en la subcapa 5d y dos en la 6s.
El osmio es un metal blanco azulado, brillante, extremadamente denso, duro y quebradizo. Presenta varios récords entre los elementos naturales:
El osmio presenta una estructura cristalina hexagonal compacta (HC) a temperatura ambiente, lo que contribuye a su gran densidad y dureza.
El osmio se funde a 3033 °C (3306 K) - uno de los puntos de fusión más altos entre los metales - y hierve a 5012 °C (5285 K). Tiene una buena estabilidad térmica y conserva sus propiedades mecánicas a alta temperatura, aunque generalmente es frágil y difícil de trabajar.
A temperatura ambiente, el osmio es relativamente inerte y resistente a la corrosión. Sin embargo, forma OsO₄ (tetróxido de osmio) a temperatura moderada en presencia de oxígeno. El OsO₄ es un sólido cristalino amarillo pálido a temperatura ambiente, pero sublima (pasa directamente de sólido a gas) a solo 40 °C, produciendo vapores muy tóxicos con un olor característico. El osmio es atacado por álcali fundidos en presencia de oxidantes, y se disuelve en agua regia y ácido nítrico concentrado.
Densidad: 22,59 g/cm³ - la más alta de todos los elementos naturales.
Punto de fusión: 3306 K (3033 °C) - entre los más altos de los metales.
Punto de ebullición: 5285 K (5012 °C).
Estructura cristalina: Hexagonal compacta (HC).
Módulo de elasticidad: ~550 GPa - extremadamente rígido.
Dureza: 7,0 en la escala de Mohs (puro) - muy duro para un metal.
| Isótopo / Notación | Protones (Z) | Neutrones (N) | Masa atómica (u) | Abundancia natural | Vida media / Estabilidad | Desintegración / Observaciones |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Osmio-184 — \(\,^{184}\mathrm{Os}\,\) | 76 | 108 | 183,952489 u | ≈ 0,02 % | Estable | Isótopo estable más ligero, muy raro en la naturaleza. |
| Osmio-186 — \(\,^{186}\mathrm{Os}\,\) | 76 | 110 | 185,953838 u | ≈ 1,59 % | 2,0×10¹⁵ años | Radiactivo alfa con vida media extremadamente larga. Considerado estable para la mayoría de las aplicaciones. |
| Osmio-187 — \(\,^{187}\mathrm{Os}\,\) | 76 | 111 | 186,955750 u | ≈ 1,96 % | Estable | Isótopo radiogénico importante (producto de ¹⁸⁷Re), crucial para la geocronología Re-Os. |
| Osmio-188 — \(\,^{188}\mathrm{Os}\,\) | 76 | 112 | 187,955838 u | ≈ 13,24 % | Estable | Isótopo estable de referencia para mediciones isotópicas (relación ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os). |
| Osmio-189 — \(\,^{189}\mathrm{Os}\,\) | 76 | 113 | 188,958147 u | ≈ 16,15 % | Estable | Isótopo estable importante. |
| Osmio-190 — \(\,^{190}\mathrm{Os}\,\) | 76 | 114 | 189,958447 u | ≈ 26,26 % | Estable | Isótopo estable más abundante en la naturaleza. |
| Osmio-192 — \(\,^{192}\mathrm{Os}\,\) | 76 | 116 | 191,961481 u | ≈ 40,78 % | Estable | Isótopo estable mayoritario, representa aproximadamente el 41% de la mezcla natural. |
N.B.:
Capas electrónicas: Cómo están organizados los electrones alrededor del núcleo.
El osmio tiene 76 electrones distribuidos en seis capas electrónicas. Su configuración electrónica [Xe] 4f¹⁴ 5d⁶ 6s² presenta una subcapa 4f completamente llena (14 electrones) y seis electrones en la subcapa 5d. Esta configuración también se puede escribir como: K(2) L(8) M(18) N(18) O(32) P(8), o de manera completa: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d⁶ 6s².
Capa K (n=1): contiene 2 electrones en la subcapa 1s. Esta capa interna está completa y es muy estable.
Capa L (n=2): contiene 8 electrones distribuidos en 2s² 2p⁶. Esta capa está completa, formando una configuración de gas noble (neón).
Capa M (n=3): contiene 18 electrones distribuidos en 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. Esta capa completa contribuye al blindaje electrónico.
Capa N (n=4): contiene 18 electrones distribuidos en 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. Esta capa forma una estructura estable.
Capa O (n=5): contiene 32 electrones distribuidos en 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d⁶. La subcapa 4f completamente llena y los seis electrones 5d confieren al osmio sus propiedades de metal de transición.
Capa P (n=6): contiene 8 electrones en las subcapas 6s² y 5d⁶.
El osmio tiene efectivamente 8 electrones de valencia: dos electrones 6s² y seis electrones 5d⁶. El osmio presenta una amplia gama de estados de oxidación, desde -2 hasta +8, siendo los estados +4, +6 y +8 los más estables y característicos.
En el estado de oxidación +8, el osmio forma el óxido OsO₄ (tetróxido de osmio), un compuesto covalente volátil y muy tóxico. El estado +6 se conoce en compuestos como OsF₆ (hexafluoruro) y osmiatos(VI). El estado +4 es muy estable y se encuentra en muchos compuestos como OsO₂ (dióxido de osmio) y complejos de osmio(IV). El osmio también presenta estados inferiores (+3, +2, +1, 0, -2) en diversos complejos de coordinación.
El osmio comparte con el rutenio la capacidad de alcanzar el estado de oxidación +8, el más alto conocido para cualquier elemento junto con el rutenio y el xenón. Esta rica química de estados de oxidación, combinada con la capacidad del osmio para formar múltiples enlaces con el oxígeno, los halógenos y otros ligandos, lo convierte en un elemento químicamente muy interesante para la catálisis y la síntesis orgánica.
A temperatura ambiente, el osmio metálico es estable al aire. Sin embargo, al calentarse, se oxida para formar OsO₄: Os + 2O₂ → OsO₄. Esta reacción comienza alrededor de 200-300 °C. El OsO₄ es un sólido cristalino amarillo pálido que sublima a solo 40 °C (pasa directamente de sólido a gas). Los vapores de OsO₄ son extremadamente tóxicos, con un olor penetrante característico que dio nombre al elemento. El OsO₄ es un oxidante potente y reacciona con muchos materiales orgánicos.
El osmio metálico es resistente a la mayoría de los ácidos fríos:
El osmio es atacado por álcali fundidos en presencia de oxidantes, formando osmiatos solubles.
N.B.:
El agua regia, o aqua regia, es una mezcla corrosiva de ácido nítrico concentrado (HNO₃) y ácido clorhídrico concentrado (HCl) en una proporción típica de 1:3. Su capacidad para disolver el oro y el platino, a pesar de ser resistentes a los ácidos por separado, se explica por la formación in situ de cloro (Cl₂) y cloruro de nitrosilo (NOCl), que oxidan estos metales en iones complejos solubles (como [AuCl₄]⁻). Utilizada desde la alquimia para la purificación de metales preciosos, sigue desempeñando un papel crucial en metalurgia, microelectrónica y química analítica.
El osmio reacciona con los halógenos a temperatura moderada para formar haluros. Con el flúor, forma OsF₆ (hexafluoruro, líquido amarillo-verde) y OsF₄ (tetrafluoruro, sólido amarillo). Con el cloro, forma OsCl₄ (tetracloruro, sólido rojo-marrón) y OsCl₃ (tricloruro, sólido marrón). El osmio reacciona con el azufre a alta temperatura para formar el sulfuro OsS₂, con el fósforo para formar fosfuros, y con el carbono para formar el carburo OsC. También forma siliciuros, boruros y nitruros.
El compuesto más importante y peligroso del osmio es el tetróxido (OsO₄). Propiedades:
A pesar de su toxicidad, el OsO₄ se utiliza en microscopía electrónica para fijar y teñir muestras biológicas, y en síntesis orgánica como oxidante selectivo.
La aplicación más famosa del osmio es su uso en aleaciones ultra-duras, particularmente la aleación con iridio. El osmiridio es una aleación natural o sintética que generalmente contiene 30-70% de osmio con iridio, y a veces otros metales del grupo del platino. Estas aleaciones presentan propiedades excepcionales:
Durante gran parte del siglo XX, las puntas de plumas estilográficas de calidad estaban hechas de osmiridio. Una pequeña bola de osmiridio se soldaba en la punta de la pluma (generalmente de oro de 14 o 18 quilates) para proporcionar una superficie de escritura duradera. Estas puntas podían escribir millones de palabras sin desgastarse significativamente. Aunque los bolígrafos han reemplazado en gran medida a las plumas estilográficas para el uso diario, las plumas de calidad aún utilizan puntas de aleaciones de metales duros (a menudo rutenio, iridio u osmio).
A pesar de su toxicidad, el OsO₄ es un catalizador valioso en síntesis orgánica para la hidroxilación asimétrica de alquenos. En presencia de co-oxidantes como el N-metilmorfolina N-óxido (NMO) o el ferricianuro de potasio, el OsO₄ cataliza la conversión de alquenos en dioles vicinales (glicoles) con alta estereoselectividad y regioselectividad. Esta reacción, conocida como hidroxylación de Upjohn o de Sharpless (para la versión asimétrica), es crucial para la síntesis de muchos compuestos naturales y farmacéuticos.
Los complejos de osmio, particularmente aquellos en estados de oxidación inferiores, se estudian como catalizadores para la hidrogenación de olefinas, cetonas y otros compuestos insaturados. Aunque menos utilizados que los catalizadores de rutenio o rodio, algunos complejos de osmio muestran actividad y selectividad interesantes para reacciones específicas.
El OsO₄ se utiliza en microscopía electrónica de transmisión (MET) como agente de fijación y tinción. Fija las estructuras biológicas entrecruzando lípidos insaturados y añadiendo densidad electrónica (el osmio es un elemento pesado que dispersa bien los electrones). Esto permite visualizar membranas celulares y otras estructuras lipídicas con alta resolución.
El osmio y sus aleaciones se estudian para implantes médicos debido a:
Sin embargo, el alto costo y la dificultad de procesamiento limitan su uso a aplicaciones muy especializadas.
El tetróxido de osmio (OsO₄) es extremadamente tóxico:
El límite de exposición profesional (PEL) para OsO₄ es muy bajo: 0,0002 ppm (0,002 mg/m³) durante 8 horas. Se requiere una manipulación extremadamente cuidadosa bajo campana extractora, con equipo de protección completo.
El osmio metálico puro es mucho menos tóxico que el OsO₄. El polvo de osmio metálico puede causar irritación mecánica pero no presenta la toxicidad aguda del OsO₄. Otros compuestos de osmio (haluros, óxidos inferiores) tienen toxicidades variables pero generalmente inferiores a las del OsO₄.
Los residuos que contienen osmio, especialmente OsO₄, deben manejarse con precauciones extremas. El OsO₄ generalmente se reduce a compuestos menos tóxicos (como OsO₂) antes de su eliminación. Los residuos sólidos que contienen osmio a menudo se tratan como residuos peligrosos.
El osmio se recicla a partir de:
El reciclaje es económicamente atractivo debido al alto precio del osmio, pero técnicamente difícil debido a las pequeñas cantidades y su dispersión en los productos. Los métodos de reciclaje incluyen procesos pirometalúrgicos e hidrometalúrgicos.
La exposición profesional al osmio ocurre principalmente en:
Una ventilación adecuada, campanas químicas y equipo de protección individual (guantes, gafas, respirador si es necesario) son esenciales.
El átomo en todas sus formas: de la intuición antigua a la mecánica cuántica 
