Osmium

L’osmium est l’élément naturel le plus dense qui existe : un ballon de football en osmium pèserait plus de cent kilogrammes. Ses atomes possèdent de nombreux protons qui attirent fortement les électrons vers le noyau, ce qui les maintient très rapprochés. Dans un réseau cristallin extrêmement compact, l’osmium concentre une masse énorme dans un volume minuscule, dépassant même l’or et le plomb.

Les roches de la croûte continentale terrestre présentent un rapport osmium 187/osmium 188 très élevé en raison de la désintégration du rhénium au cours de milliards d’années. À l’inverse, les météorites extraterrestres conservent des rapports isotopiques primordiaux du Système solaire très faibles. En analysant la fine couche d’argile située à la limite Crétacé-Paléogène à l’échelle mondiale, les géochimistes ont découvert une signature isotopique de l’osmium identique à celle des astéroïdes chondritiques, confirmant l’impact de Chicxulub.

Écrire à la main sur du papier pendant des années produit un frottement continu qui userait rapidement des métaux tendres comme l’or ou l’argent. Pour résoudre ce problème, les fabricants plaçaient une minuscule bille d’alliage naturel d’osmium et d’iridium à l’extrémité de la plume. Son extrême dureté et sa résistance à la corrosion provoquée par les encres acides permettaient d’écrire pendant toute une vie sans perdre la fluidité du tracé.

L’osmium cristallise dans un réseau hexagonal compact (HCP), qui possède un nombre très limité de plans de glissement atomique indépendants à température ordinaire. De plus, ses liaisons interatomiques associent la liaison métallique à un caractère covalent directionnel marqué, dû au recouvrement des orbitales 5d à moitié remplies. Sous l’effet d’une torsion ou d’un choc mécanique, les plans atomiques ne peuvent pas glisser pour absorber la déformation plastique, ce qui entraîne une rupture fragile du métal.

Le tétroxyde d’osmium réagit avec les composants lipidiques des membranes cellulaires et contribue à préserver leur structure lors de la préparation des échantillons. De plus, l’osmium diffuse efficacement les électrons, de sorte que les zones traitées apparaissent avec un contraste plus élevé au microscope électronique. Cette substance est très toxique et volatile et ne doit être manipulée que dans des laboratoires équipés à cet effet.

En synthèse pharmaceutique, transformer la double liaison d’un alcène en deux groupes alcool voisins orientés dans une même direction tridimensionnelle constitue un défi majeur. Karl Barry Sharpless a mis au point un système catalytique dans lequel une très faible quantité de tétroxyde d’osmium, associée à un ligand chiral dérivé de la quinine, introduit deux groupes hydroxyle sur une face précise de la molécule avec une pureté optique proche de 100 %. Cette découverte a été récompensée par le prix Nobel de chimie en 2001.

Le tétroxyde d’osmium est extrêmement toxique et peut libérer des vapeurs dangereuses. Un déversement ne doit pas être traité comme celui d’un produit ménager ni nettoyé de manière improvisée avec de l’huile ou d’autres substances. Il faut quitter la zone, éviter d’inhaler les vapeurs et prévenir le personnel chargé de la sécurité ou une équipe spécialisée. Sa manipulation exige des équipements de protection et des procédures spécifiques.