Что такое рутений в химии

29.10.202326.04.2022 admin 0 Comments

Рутений – благородный символ России

Этот металл – самый неординарный в платиновом семействе. Он довел до отчаяния или нервного срыва не одного исследователя. Закономерно, что рутений был изучаем последним из платиноидов. Его название напрямую связано с Россией.

Что представляет собой

Рутений – это благородный металл платиновой группы. В таблице Менделеева это элемент с порядковым номером 44. Располагается компактно рядом с другими платиноидами.

Формула отсутствует: это простое вещество. Состоит из семи стабильных изотопов.

Международное обозначение – Ruthenium (Ru).

Выглядит как типичный металл: голубовато- либо светло-серый цвет дополнен ярким серебристым блеском.

Как был открыт металл

Рутений попал в сферу интересов ученых к середине 19 века, когда на Урале началась платиновая лихорадка.

Однако история оказалась сложной:

Металл назван в честь страны, где впервые был обнаружен. Так предложил первооткрыватель Готфрид Озанн. Россия заняла место в таблице Менделеева.

Ruthenia – латинизированный вариант топонима Россия. Так государство именовалось Европой до 15 века.

По другой версии, первым изучал этот химический элемент все тот же Снядецкий еще в 1809 году. Он назвал новый элемент вестием – в честь астероида Веста, открытого двумя годами ранее.

Всю жизнь посвятил изучению металла советский ученый С.М.Старостин.

Физико-химические характеристики

Рутений наделен характеристиками, свойственными другим платиноидам: повышенная твердость (6,5 по Моосу), стойкость к химическим субстанциям, включая агрессивные.

Свойства атома
Название, символ, номер	Рутений / Ruthenium (Ru), 44
Атомная масса (молярная масса)	101,07(2) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Kr] 4d7 5s1
Радиус атома	134 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	125 пм
Радиус иона	(+4e) 67 пм
Электроотрицательность	2,2 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	0
Степени окисления	+3, +4, +6, +8, 0
Энергия ионизации (первый электрон)	710,3 (7,36) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	12,41 г/см³
Температура плавления	2334 °C (2607 K, 4233 °F)
Температура кипения	4077 °C (4350 K, 7371 °F)
Уд. теплота плавления	(25,5) кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,0 Дж/(K·моль)
Молярный объём	8,3 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a=2,706 c=4,282 Å
Отношение c/a	1,582
Температура Дебая	600 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 117,0 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-18-8

Есть отличительные признаки:

Металл хрупок, легко истрирается до порошка.

Металл в природе

По распространенности рутений едва ли не самый редкий из благородных металлов: его доля в земной коре – 1х2-6%. В 200 раз больше вещества содержат метеориты.

Общая масса разведанных запасов рутения оценивается в 5 тыс. тонн.

Минерал находят по следующим маркерам:

Лаурит и рутенарсенид – собственные минералы рутения. Первый темный, плотный, насыщен рутением. Оба чрезвычайно редки.

Где добывается

Рутений добывают там же, где платину или платиноиды:

Главный поставщик сырья – Южно-Африканская Республика.

Ежегодный мировой показатель добычи рутения – 17-21 тонна.

Технологии получения

Где используется

Благородный металл востребован как самодостаточный элемент и компонент сплавов.

Промышленность

Главный потребитель металла.

Его забирают следующие отрасли:

Эти направления используют 90% сырья.

Химики ценят металл за инертность и свойства катализатора:

Без рутения как элемента сплавов не обходятся передовые отрасли:

Чистым рутением покрывают особо важные детали, чтобы сделать их устойчивее механически, химически.

Ювелирное дело

В ювелирных изделиях применение металла двояко: как укрепляющего компонента сплава и прочного покрытия.

Изделия из сплавов с рутениевой лигатурой надежны, прочны, что важно для украшений, испытывающих повышенные нагрузки (кольца, перстни, браслеты).

Покрытие рутением создает на поверхности изделия пленку в гамме оттенков от графита до черноты.

Вместе с родием они создают элитарное чёрное золото.

Чем интересен для ученых

Рутений околдовывал многие поколения ученых. Выяснилось, что некоторые его характеристики почти копируют платиноиды родий и осмий, другие – железо.

Но и через почти двести лет после открытия элемента вопросы остаются:

Поэтому не удается пока получить стойкий чистый металл.

Эти обстоятельства только раззадоривают ученых, особенно молодежь. Они намерены приручить своенравный металл. Особо привлекательные направления – полное и экономически оптимальное извлечение элемента из минералов, шлама, ядерных отходов.

Биологическое воздействие

Как и платина, нанодозы рутения присутствуют в тканях биологических организмов (у человека это мышцы).

Металл, его соединения биологически активны. Данное свойство используют дерматологи, онкологи, фтизиатры.

На особом счету неорганический краситель, известный как «рутениевый красный». Он контрастно выделяет ткани, другие биологические субстанции, исследуемые под микроскопом.

Однако есть опасные для человека соединения:

Это нужно учитывать, если в семье есть поклонники домашних химических опытов. Такие субстанции хранят в специальных емкостях.

Рутений недорог: в семействе благородных металлов цена за грамм меньше только у серебра.

В декабре на биржах за 1 грамм металла давали 636 руб. ($8)

За последние двадцать лет она выросла в 14 раз.

Источник

Рутений

Рутений
Серебристо-белый металл

Название, символ, номер	Рутений / Ruthenium (Ru), 44
Атомная масса (молярная масса)	101,07(2) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Kr] 4d 7 5s 1
Радиус атома	134 пм
Ковалентный радиус	125 пм
Радиус иона	(+4e) 67 пм
Электроотрицательность	2,2 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	0
Степени окисления	+3, +4, +6, +8, 0
Энергия ионизации (первый электрон)	710,3 (7,36) кДж/моль (эВ)
Плотность (при н. у.)	12,41 г/см³
Температура плавления	2334 °C (2607 K, 4233 °F)
Температура кипения	4077 °C (4350 K, 7371 °F)
Уд. теплота плавления	(25,5) кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,0 Дж/(K·моль)
Молярный объём	8,3 см³/моль
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a=2,706 c=4,282 Å
Отношение c/a	1,582
Температура Дебая	600 K
Теплопроводность	(300 K) 117,0 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-18-8

Рутений — элемент восьмой группы пятого периода периодической системы химических элементов, атомный номер — 44. Простое вещество рутений — переходный металл серебристого цвета. Относится к платиновым металлам.

Содержание

История

Открыт профессором Казанского университета Карлом Клаусом в 1844 году, в том же году опубликовавшим о новом элементе большую статью «Химические исследования остатков Уральской платиновой руды и металла рутения» в «Учёных записках Казанского университета». Об открытии, методе получения и свойствах нового элемента Клаус сообщил в письме Г. И. Гессу на немецком языке, который зачитал его на заседании Петербургской Академии наук 13 сентября 1844 года, этот текст был опубликован в бюллетене Академии и в переводе на русский язык — в «Горном журнале». Клаус выделил рутений из уральской платиновой руды в чистом виде и указал на сходство между триадами рутений — родий — палладий и осмий — иридий — платина.

Происхождение названия

Первооткрыватель элемента К. К. Клаус назвал рутений в честь России (Ruthenia — латинское название Руси). Название «рутений» было предложено в 1828 году Г. В. Озанном для элемента, который он по ошибке принял за новый элемент, и Клаус, действительно открывший новый элемент в 1844 году, дал ему это название.

Получение

Рутений получают как «отходы» при аффинировании платины и платиновых металлов.

Значительным источником рутения для его добычи является выделение его из осколков деления ядерных материалов (плутоний, уран, торий), где его содержание в отработанных ТВЭЛах достигает 250 граммов на тонну отработанного ядерного топлива.

Также разработана технология получения рутения из технеция-99 с помощью нейтронного облучения молибдена.

Добыча, запасы и цена

Добыча рутения в 2009 году — 17,9 тонн, мировые запасы рутения оцениваются в 5000 тонн. Цена рутения на 27 мая 2016 года — 42 доллара за тройскую унцию (примерно 1,35 USD/г).

Физические и химические свойства

Изотопный состав

Природный рутений состоит из семи стабильных изотопов:

96 Ru (5,7 % по массе), 98 Ru (2,2 %), 99 Ru (12,8 %), 100 Ru (12,7 %), 101 Ru (13 %), 102 Ru (31,3 %) и 104 Ru (18,3 %).

Физические свойства

По тугоплавкости (Т_пл= 2334 °C) рутений уступает лишь нескольким элементам — рению, осмию, молибдену, иридию, вольфраму, танталу и ниобию.

Химические свойства

Рутений — весьма инертный металл.

Неорганические соединения

Рутений не растворяется в кислотах и царской водке (смеси HCl и HNO₃). Вместе с тем рутений реагирует с хлором выше 400 °C (образуется RuCl₃) и со смесью щёлочи и нитрата при сплавлении (образуются рутенаты, например, Na₂RuO₄).

Рутений способен давать соединения, соответствующие разной степени окисления:

Соединения рутения представлены также широким спектром нитрозосоединений — содержащих группировку RuNO. Данные комплексные соединения, в особенности, нитрозонитроамины (например, [RuNO(NO₂)₂(NH₃)₂OH]) и нитрозонитрокомплексы (особенно комплексный анион [RuNO(NO₂)₄OH] 2− ) (жёлто-оранжевый) отличаются высокой устойчивостью и кинетической инертностью.

Тетраоксид рутения (Ru +VIII O₄) по свойствам несколько напоминает тетраоксид осмия.

Органическая химия рутения

Рутений образует ряд металлоорганических соединений и является активным катализатором.

Применение

Уникальна также способность рутения к каталитическому связыванию атмосферного азота при комнатной температуре. Открытие, сделанное экспериментальным путём исследователями из университета Миннесоты в 2018 году, демонстрирует то, что химический элемент рутений является четвёртым химическим элементом, обладающим уникальными магнитными свойствами при комнатной температуре. До последнего времени людям были известны лишь три стабильных магнитных элемента, железо (Fe), кобальт (Cо), никель (Ni) и, отчасти, гадолиний (Gd), который теряет магнитные свойства при температуре выше 8 градусов Цельсия. Обнаружение нового магнитного материала может привести к разработке новых типов датчиков, устройств хранения, обработки информации и массы других электронных и электромеханических устройств. Помимо традиционных технологий, в которых используются магнитные свойства материалов, появление нового магнитного материала может сыграть важную роль для дальнейшего развития ряда новых направлений, таких, как спинтроника. Этому будет благоприятствовать то, что технологии выращивания тонких плёнок и создания наноструктур уже дошли до того уровня, который позволяет производить материалы, имеющие уникальные свойства, которыми не обладают эти же материалы естественного происхождения.

Рутений и его сплавы находят применение в качестве жаропрочных конструкционных материалов в аэрокосмической технике, и до 1500 °C по прочности превосходят лучшие сплавы молибдена и вольфрама (имея преимущество также в высокой стойкости к окислению).

На Чемпионате мира по футболу в России в 2018 г. перед началом финального матча сборных Хорватии и Франции главный трофей мундиаля — Кубок ФИФА — был вынесен на поле в специальном кейсе ручной работы, замок и застёжки которого выполнены из рутения.

Физиологическое действие и биологическая роль

Рутений, по всей видимости, является микроэлементом. Он является единственным платиновым металлом, который обнаруживается в составе живых организмов (по некоторым данным — ещё и платина). Концентрируется в основном в мышечной ткани. Высший оксид рутения крайне ядовит и, будучи сильным окислителем, может вызвать возгорание пожароопасных веществ.

Источник

Рутений

Рутений / Ruthenium (Ru), 44

Содержание

История

Открыт профессором Казанского университета Карлом Клаусом в 1844 году. Клаус выделил его из уральской платиновой руды в чистом виде и указал на сходство между триадами рутений — родий — палладий и осмий — иридий — платина.