¿Cuál es el elemento más denso en la tabla periódica?

Cristales de Osmio por Heinrich Pniok

Es poco probable que la palabra “osmio” sea la primera que se te venga a la cabeza al despertarte tras un sueño reparador. Y es que el osmio (Os) es bastante raro, sí, pero tiene propiedades especiales que lo convierten en un elemento fascinante. Para empezar, decir que osmio deriva de la palabra griega osme, «olor». Al final del artículo entenderemos por qué. Está en el centro de la tabla periódica y tiene unos vecinos también muy extraños, tanto que algunos de ellos no existen realmente en la naturaleza, y se han producido artificialmente en el laboratorio (por eso se llaman “elementos sintéticos”). Pero también tiene vecinos valiosos, con muy buena prensa y realmente admirables: paladio, plata, platino y oro. El osmio no les va a la zaga.

Así pues, el osmio es tan extraño como valioso. De hecho, es tan rarito que es el elemento menos abundante en la corteza terrestre. Por cada gramo de osmio hay 307.333.333 gramos de oxígeno; pero el oxígeno, O para sus muchos amigos que tanto le deben, juega con ventaja, porque es el elemento más abundante.

El osmio es también el más denso de todos los elementos metálicos, y por extensión, de todos los elementos. Su densidad de 22,6 g/ml hace que sea 22,6 veces más pesado que el agua, como era de esperar. Las densidades de los metales varían mucho: los más ligeros están en la parte superior de la tabla periódica y los más pesados en la inferior. Aquí presentamos algunos ejemplos (en gramos/ml):

  • Litio 0,53
  • Sodio 0,97
  • Potasio 0,89
  • Hierro 7,9
  • Plomo 11,3
  • Mercurio 13,5
  • Oro 19,3

Densidad del osmio

La densidad de un elemento está relacionada con el número de átomos de dicho elemento que pueden colocarse en un volumen determinado, y también con el peso de los núcleos de dicho elemento. Por tanto, cuanto menor sea el radio atómico de un átomo y mayor sea el número atómico del núcleo, mayor será la densidad del elemento.

El pequeño radio atómico del osmio da lugar a una escasa separación entre sus átomos. Esta pequeña separación atómica, junto con el número atómico relativamente alto del osmio, explica su alta densidad.

El tamaño del radio atómico puede atribuirse a los siguientes factores, todos ellos de naturaleza cuántica:

  • Los orbitales f son muy difusos y, por tanto, dan lugar a un mal filtrado de los electrones más lejanos. En el caso del osmio (cuya estructura atómica externa es: 4f14 5d6 6s2), el escaso apantallamiento de sus orbitales 4f conduce a una contracción de los orbitales n=5 y n=6.
  • Debido al elevado número atómico del osmio, entran en juego los efectos relativistas. Básicamente, en el caso de los núcleos pesados, o mejor dicho densos, los electrones, para mantenerse estables en su orbital, deben moverse a velocidades relativistas (se denomina velocidad relativista aquella que supone un porcentaje significativo de la velocidad de la luz). En tales circunstancias, la masa de esos electrones relativistas aumenta y el radio del orbital s disminuye (el radio del orbital p también disminuye, pero en menor medida).
  • La contracción orbital causada por estos dos efectos da lugar a un radio atómico mucho más pequeño de lo esperable para el osmio. Como resultado, los enlaces metal-metal son cortos. Esto se refleja en el pequeño volumen de la celda unitaria de los enlaces metálicos del osmio (27,96 angstroms cúbicos). En comparación, el volumen de la celda unitaria del plomo es de 121,3 angstroms cúbicos. Por lo tanto, se pueden empaquetar muchos más átomos de osmio en un volumen determinado que de átomos de otros elementos.
  • El número atómico relativamente alto del osmio, junto con su pequeño radio atómico, como se ha explicado anteriormente, da lugar a la alta densidad del osmio.

¿Para qué sirve el osmio?

Debido a su estabilidad química, durabilidad y dureza, el osmio se utiliza para fabricar contactos eléctricos, agujas de fonógrafo, plumas estilográficas y joyas. Pero la cosa cambia drásticamente cuando se combina con cuatro átomos de oxígeno: se obtiene una especie de bestia quimica totalmente diferente, el tetróxido de osmio que, además de que su inhalación es altamente peligrosa para la salud, tiene hasta 50 matices de repugnancia olfativa. Dicho de otra forma, te deja hecho unos zorros y encima huele fatal, mucho peor de lo que nos podamos imaginar. Sin embargo, algunos químicos orgánicos, también más de los que nos podamos imaginar, lo utilizan por una razón extraordinariamente egoísta: ¡convertir un alqueno (hidrocarburo con un doble enlace carbono-carbono) en un diol (hidrocarburo con dos grupos alcohol, es decir, OH)!. Y es que ya se sabe: para algunos, el fin justifica los medios…

Tetróxido de osmio
Ampolla conteniendo 0,1 g de tetróxido de osmio y cerrada herméticamente por razones obvias…

Fuentes

  • Clickmica. (s.f.). Osmio.
  • Lenntech. (s.f.). Elementos químicos ordenados por su densidad. Osmio.
  • Pedraza, J. (2018). El osmio, un metal precioso escaso que cada vez se usa más en joyería.
  • https://www.lenntech.es/periodica/elementos/os.htm