Ruteniu

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 17 iunie 2022; verificările necesită 9 modificări .

Ruteniu

← Tehnețiu | Rodiu →

Fe
↑
Ru
↓
Os

44 Ru

Aspectul unei substanțe simple

Probă de ruteniu

Proprietățile atomului

Nume, simbol, număr

Ruteniu / Ruteniu (Ru), 44

Grup , punct , bloc

8 (învechit 8), 5,
element d

Masa atomica
( masa molara )

101.07(2) [1] a. e. m. ( g / mol )

Configuratie electronica

[Kr] 4d 7 5s 1

Raza atomului

ora 134

Proprietăți chimice

raza covalentă

ora 125

Raza ionică

(+4e) 67 pm

Electronegativitatea

2.2 (Scara Pauling)

Potențialul electrodului

Stări de oxidare

0, +2, +3, +4, +6, +8

Energia de ionizare
(primul electron)

710,3 (7,36) kJ / mol ( eV )

Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple

Densitate (la n.a. )

12,41 g/cm³

Temperatură de topire

2334 °C [2] (2607 K , 4233 °F)

Temperatura de fierbere

4077 °C [2] (4350 K , 7371 °F)

Oud. căldură de fuziune

(25,5) kJ/mol

Capacitate de căldură molară

24,0 [2] J/(K mol)

Volumul molar

8,3 cm³ / mol

Rețeaua cristalină a unei substanțe simple

Structura de zăbrele

Hexagonal

Parametrii rețelei

a=2,706 c=4,282 Å

raport c / a

1.582

Debye temperatura

600K _

Alte caracteristici

Conductivitate termică

(300 K) 117,0 W/(m K)

numar CAS

7440-18-8

44	Ruteniu
Ru101.07
4d 7 5s 1

Ruteniu ( simbol chimic - Ru , din lat. Ru thenium ) - un element chimic din al 8-lea grup (conform clasificării învechite - un subgrup lateral al celui de-al optulea grup, VIIIB), a cincea perioadă a sistemului periodic de elemente chimice din D. I. Mendeleev , cu număr atomic 44.

Substanța simplă ruteniul este un metal rar de tranziție alb-argintiu . Se referă la metalele de platină .

Istorie

A fost descoperit de profesorul Universității din Kazan Karl Klaus în 1844 , în același an publicând un articol amplu despre noul element „Studii chimice ale resturilor de minereu de platină din Ural și metal de ruteniu” în „ Notele științifice ale Universității din Kazan ”. . Klaus a relatat despre descoperirea, metoda de obținere și proprietățile noului element într-o scrisoare către G. I. Hess în germană, care a citit-o la o reuniune a Academiei de Științe din Sankt Petersburg pe 13 septembrie 1844 ][3 Jurnalul minier ” [5] . Klaus a izolat ruteniul pur din minereul de platină din Ural și a subliniat asemănările dintre triadele ruteniu- rodiu - paladiu și osmiu - iridiu - platină .

Originea numelui

Descoperitorul elementului , K. K. Klaus, a numit ruteniu în onoarea Rusiei [6] [7] ( Rutenia este numele latin al Rusiei ). Denumirea „ruteniu” a fost propusă în 1828 de G. W. Ozanne pentru un element pe care l-a presupus din greșeală a fi un element nou, iar Klaus, care a descoperit de fapt noul element în 1844, i-a dat acest nume [3] .

Producție, rezerve și preț

Principalii producători mondiali de ruteniu sunt Africa de Sud (principalul furnizor de metal pe piața mondială), Zimbabwe, Rusia, SUA și China. Exploatarea ruteniului în 2009 a fost de 17,9 tone [8] , în 2021 a crescut la 30 de tone [9] . Rezervele mondiale de ruteniu sunt estimate la 5000 de tone [10] . Prețul ruteniului pe 27 mai 2016 a fost de 42 USD per uncie troy (aproximativ 1,35 USD/g) [11] . De atunci, prețul ruteniului a fost foarte volatil: în iulie 2021 a urcat la 800 USD pe uncie troy, în decembrie 2021 s-a stabilizat la 550 USD sau 18 USD pe gram [12] .

Proprietăți fizice și chimice

Compoziție izotopică

Ruteniul natural are șapte izotopi stabili :

96 Ru (5,7% din masă), 98 Ru (2,2%), 99 Ru (12,8%), 100 Ru (12,7%), 101 Ru (13%), 102 Ru (31, 3%) și 104 Ru (18,3 %) %).

Proprietăți fizice

Configurația electronică completă a atomului de ruteniu este: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 7 5s 1

Ruteniul, în funcție de metoda de producere, este un metal lucios de culoare gri mat sau alb-argintiu, cu o duritate extrem de mare; cu toate acestea, este atât de fragil încât poate fi ușor măcinat în pulbere. Este foarte refractar și se topește la o temperatură mult mai mare decât platina. Într-un arc electric în timpul topirii, Ru se evaporă simultan. De asemenea, trece în faza gazoasă la o calcinare puternică în aer, dar în acest caz nu metalul zboară, ci tetroxidul, care este stabil la temperaturi foarte ridicate.

Proprietăți chimice

În absența oxigenului din aer, niciun acid nu acționează asupra ruteniului, chiar și asupra acva regiei (excepția este conc. Acidul percloric (reacția are loc doar la lumină). Cu toate acestea, acidul clorhidric care conține aer îl dizolvă încet la temperatura obișnuită, iar la 125 ° (într-un tub etanș) chiar și destul de repede. Când este încălzit în aer, ruteniul devine negru din cauza oxidării suprafeței cu formarea de RuO2. Dacă reacția are loc la o temperatură de peste 700 °, se formează un amestec de oxizi de RuO2 și RuO4 Fluorul acționează asupra ruteniului sub formă de pulbere deja sub temperatura de căldură roșie cu formarea RuF5 - fluor ruteniul reacționează cu sulful numai în condiții speciale, cu fosfor formează compusul RuP 2 și RuP și Ru 2 P, cu arsen, ca platina, ruteniul dă diarseniura RuAs 2. Alcaline în prezența oxigenului sau substanțe care eliberează ușor oxigen, de exemplu, amestecuri de KOH cu KNO 3 sau K 2 CO 3 cu KCIO 3 , precum și peroxizi , de exemplu Na 2 O 2 sau BaO 2 , la temperaturi ridicate acționează energic asupra ruteniului, formând cu acesta rutenați (VI) M 1 2 RuO 4 .

Compuși anorganici

Ruteniul este insolubil în acizi și acva regia (amestecuri de HCI și HNO3 ) . În același timp, ruteniul reacționează cu clorul peste 400 °C (formând RuCl 3 ) și cu un amestec de alcali și nitrat în timpul fuziunii (formând rutenați, de exemplu, Na 2 RuO 4 ).

Ruteniul este capabil să dea compuși corespunzători diferitelor stări de oxidare:

8 RuO4 ; RuO4PCl3 _ _ _ 7 M[RuO 4 ] 6M2 [ Ru04 ] ; M2 [ RuF8 ] ; RuF 6 5M [RuF6 ]; RuF 5 4RuCI4 ; _ _ RuO2 ; _ M 2 [RuCl 6 ] 3RuCl3 ; _ _ M 3 [RuCl 6 ] 2M2 [ RuCI4 ] ; M4 [Ru(CN ) 6 ] 1 Ru(CO) n Br 0 Ru(CO) n

Compuşii ruteniului sunt reprezentaţi de asemenea printr-o gamă largă de compuşi nitrozo conţinând gruparea RuN03 + , de exemplu, K2 [ RuNOCl5 ] . Acești compuși complecși, în special nitrozonitroamine (de exemplu, [RuNO(NO 2 ) 2 (NH 3 ) 2 OH] ) și complecși nitrozonitro (în special anionul complex [RuNO(NO 2 ) 4 OH] 2− ) (galben-portocaliu) diferă stabilitate ridicată și inerție cinetică.

Tetroxidul de ruteniu (Ru + VIII O 4 ) seamănă oarecum cu tetroxidul de osmiu ca proprietăți .

Cercetătorii de la Universitatea din Minnesota în 2018 au arătat că ruteniul are proprietăți magnetice la temperatura camerei [13] .

Chimia organică a ruteniului

Ruteniul formează o serie de compuși organometalici și este un catalizator activ .

Obținerea

Ruteniul este obținut ca „deșeu” din rafinarea platinei și a metalelor de platină.

O sursă semnificativă de izotopi de ruteniu pentru extracția sa este izolarea sa din fragmentele de fisiune ale materialelor nucleare ( plutoniu , uraniu , toriu ), unde conținutul său în barele de combustibil uzat ajunge la 250 de grame pe tonă de combustibil nuclear uzat.

De asemenea, au fost dezvoltate bazele tehnologiei de obținere a ruteniului din tehnețiu-99 folosind iradierea cu neutroni din reactor ( transmutația nucleară ) a tehnețiului-99 [14] .

Aplicație

Un mic adaos de ruteniu (0,1%) crește rezistența la coroziune a titanului .
Într-un aliaj cu platină , este folosit pentru a realiza contacte electrice extrem de rezistente la uzură.
Dioxidul de ruteniu și rutenații de bismut sunt utilizați în rezistențele cu peliculă groasă. Aceste două aplicații în electronică consumă aproximativ 50% din ruteniul produs.
Catalizator pentru multe reacții chimice. Un loc foarte important al ruteniului ca catalizator în sistemele de purificare a apei din stațiile orbitale .
Ruthenium red este folosit ca antagonist competitiv pentru studiul canalelor ionice (CatSper1, TASK, RyR1, RyR2, RyR3, TRPM6, TRPM8 , TRPV1, TRPV2, TRPV3, TRPV4, TRPV5, TRPV6, TRPA1, mCa1, mCa2, CALHM1 ).
Ruteniul și aliajele sale se folosesc ca materiale structurale la temperatură înaltă în inginerie aerospațială și până la 1500 °C sunt mai puternice decât cele mai bune aliaje de molibden și wolfram (având și avantajul rezistenței mari la oxidare).

Acțiune fiziologică

Ruteniul este singurul metal de platină care se găsește în compoziția organismelor vii (după unele surse, este și platină). Este concentrat în principal în țesutul muscular. Oxidul de ruteniu mai mare este extrem de toxic și, fiind un agent oxidant puternic, poate aprinde substanțe inflamabile.

Note

↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Greutăți atomice ale elementelor 2011 (Raport tehnic IUPAC ) // Chimie pură și aplicată . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
↑ 1 2 3 Editorial: Zefirov N. S. (redactor-șef). Enciclopedia chimică: în 5 vol. - M .: Enciclopedia sovietică, 1995. - T. 4. - S. 285-286. — 639 p. — 20.000 de exemplare. - ISBN 5-85270-039-8.
↑ 1 2 Soloviev Yu. I. K. K. Klaus cercetări privind chimia metalelor de platină. Descoperirea ruteniului // Istoria chimiei în Rusia: centre de cercetare și domenii principale de cercetare. - M . : Science , 1985. - S. 140-147.
↑ Découverte d'un nouveau metal. Lettre de M. le professeur CLAUS de Kazan à M. HESS (Lu le 13 septembre 1844.) (franceză) // Bulletin de la classe physico-mathématique de l'Académie impériale des Sciences de St.-Petersbourg: magazine. - 1844. - Vol. 3 .
↑ Despre descoperirea unui nou metal // Jurnal de minerit. Partea I. Cartea II. - 1845. - S. 265-273 .
↑ Biblioteca populară de elemente chimice. Ruteniu . Consultat la 25 martie 2007. Arhivat din original la 30 septembrie 2007. (nedefinit)
↑ Despre ruteniu // Revista Mining. Partea a III-a. Cartea a VII-a. - 1845. - S. 157-163 . „Apoi, după 2 ani, după ce am primit metalul într-o formă complet pură, am raportat deja această descoperire lumii științifice și am numit noul corp, în onoarea patriei mele, ruteniu.”
↑ Piața metalelor din grupul platinei 2010: rodiu, iridiu, ruteniu, osmiu. (link indisponibil) . metalresearch.ru. Consultat la 11 iulie 2013. Arhivat din original la 15 iulie 2013. (nedefinit)
↑ Loferski, Patricia J.; Ghalayini, Zachary T. și Singerling, Sheryl A. Metale din grupul platinei. Anuarul Mineralelor 2016. USGS. p. 57.3. . - Londra: USGS - US GEOLOGICAL SURVEY, 2018. - P. 57.3. Arhivat pe 23 decembrie 2021 la Wayback Machine
↑ Emsley, J. (2003). Ruteniu. Blocurile de construcție ale naturii: un ghid de la A la Z al elementelor. Oxford, Anglia, Marea Britanie: Oxford University Press. pp. 368-370. ISBN 0-19-850340-7 .
↑ Ruthenium Prices and Ruthenium Price Charts (27 mai 2016). Preluat la 27 mai 2016. Arhivat din original la 17 mai 2016. (nedefinit)
↑ Prețul mondial al ruteniului pe uncie troy și gram . Preluat la 23 decembrie 2021. Arhivat din original la 23 decembrie 2021. (Rusă)
↑ „Oamenii de știință descoperă un nou element magnetic” Arhivat 27 mai 2018 pe Wayback Machine Phys.org, 25 mai 2018
↑ KV Rotmanov, LS Lebedeva, VM Radchenko, VF Peretrukhin. Transmutarea 99Tc și prepararea ruteniului stabil artificial: III. Izolarea ruteniului metalic artificial din tehnețiul iradiat (rusă) // Radiochimie: jurnal. - 2008. - V.50 Nr. 8 ( vol. 50 , Nr. 8 ). - S. 408 - 410 . — ISSN 1608-3288 .