Ruthenium är den lättaste och minst "ädla" av alla platinagruppens metaller. Det är kanske det mest "multivalenta" elementet (nio valenstillstånd är kända). Trots mer än ett halvt sekel av forskningshistoria ställer det fortfarande många frågor och problem för moderna kemister idag. Så vad är rutenium som ett kemiskt element? Till att börja med, en kort utvikning i historien.
Mystiskt och rikt
Namnet och historien bakom upptäckten av rutenium är oupplösligt förknippade med Ryssland. Allra i början av 1900-talet var världssamfundet upphetsat och oroligt över nyheten att de rikaste fyndigheterna av platina hade upptäckts i det ryska imperiet. Det gick rykten om att utvinningen av denna ädla metall i Ural kunde utföras med en vanlig spade. Faktumet om upptäckten av rika fyndigheter bekräftades snart av det faktum att Rysslands finansminister E. F. Kankrin skickade det högsta dekretet om att prägla mynt från platina till St. Petersburgs myntverk. Under de följande åren sattes omkring en och en halv miljon mynt (3, 6 och 12 rubel) i omlopp, för vilkas produktion 20 ton ädelmetall användes.
"Discovery" Ozanne
Professor vid Derpt-Yuryevsky (nu Tartu) universitet Gottfried Ozann började studera sammansättningen av Urals dyrbara malm. Han kom till slutsatsen att platina åtföljs av tre okända metaller - polynom, polynom och rutenium - vars namn gavs av Ozann själv. Förresten, han döpte den tredje efter Ryssland (från latinets Ruthenia).
Ozannes kollegor i hela Europa, med den mest auktoritativa svenska kemisten Jens Berzelius i spetsen, var mycket kritiska till professorns rapport. I ett försök att rättfärdiga sig själv upprepade vetenskapsmannen en serie av sina experiment, men lyckades inte uppnå samma resultat.
Två decennier senare blev professorn i kemi Karl Karlovich Klauss (Kazan University) intresserad av Ozannes arbete. Han säkrade finansministerns tillstånd att ta flera pund överblivna mynt från myntverkets labb för omprövning.
Kazan kemiskt element rutenium
Den ryske akademikern A. E. Arbuzov noterade i sina skrifter att för att upptäcka ett nytt element på den tiden behövde en kemist extrem flit och uthållighet, observation och insikt, och viktigast av allt, en subtil experimentell känsla. Alla ovanstående egenskaper var i högsta grad inneboende i den unge Karl Clauss.
Forskarens forskning hade också praktisk betydelse - ytterligare utvinning av ren platina från malmrester. Efter att ha utvecklat sin egen plan för experimentet smälte Klauss malmmaterialet med salpeter och extraherade lösliga grundämnen: osmium, iridium,palladium. Den olösliga delen exponerades för en blandning av koncentrerade syror ("aqua regia") och destillation. I fällningen av järnhydroxid upptäckte han närvaron av en okänd metall och isolerade den först i form av sulfid och sedan i ren form (cirka 6 gram). Professorn behöll det namn som Ozann föreslagit för grundämnet - rutenium.
Öppna och bevisa
Men det visade sig att historien om upptäckten av det kemiska grundämnet rutenium bara hade börjat. Efter publiceringen av studiens resultat 1844 föll ett hagel av kritik över Clauss. Slutsatserna från den okända Kazan-forskaren mottogs skeptiskt av de största kemisterna i världen. Inte ens att skicka ett prov av det nya elementet till Berzelius räddade situationen. Enligt den svenske mästaren var Clauss rutenium endast "ett prov av orent iridium".
Endast de enastående egenskaperna hos Karl Karlovich som analytisk kemist och experimenterare och en serie ytterligare studier gjorde det möjligt för vetenskapsmannen att bevisa sin sak. 1846 fick upptäckten officiellt erkännande och bekräftelse. För sitt arbete tilldelades Klauss Demidov-priset från den ryska vetenskapsakademin till ett belopp av 10 tusen rubel. Tack vare Kazan-professorns talang och uthållighet lades rutenium, det första grundämnet som upptäcktes i Ryssland, till platinoidernas led.
Ytterligare forskning
Det största problemet med att studera ruteniums kemiska och fysikaliska egenskaper är det extremt begränsade innehålletdenna metall i jordskorpan. Till exempel, i avfallet från platinaproduktion (arbetsmaterialet för Clauss), är dess innehåll cirka 1%. De flesta kemiforskare erkänner rutenium som ett extremt ogynnsamt ämne för studier. Det överflöd av återvändsgränder får ofta forskare att inskränka eller avbryta sitt arbete.
Den sovjetiske vetenskapsmannen SM Starostin ägnade hela sitt liv åt att studera egenskaperna hos en "obekväm" metall och dess föreningar. Huvudresultatet av kemistens verksamhet är slutsatserna om egenskaperna hos ruteniumnitroso-komplex och svårigheterna förknippade med dem med att separera ren metall från medföljande uran och plutonium. Vad är rutenium som ett kemiskt element?
Fysiska egenskaper
Ruthenium är en metall vars färg, beroende på metoden för framställning, sträcker sig från gråblåaktig till silvervit. Vissa fysiska egenskaper hos det kemiska elementet rutenium gör att vi kan betrakta det som ett unikt ämne. Tillsammans med hög sprödhet (kristaller mals till och med lätt till pulver för hand) har rutenium en extrem hårdhet - 6,5 på en tiogradig mineralogisk hårdhetsskala (Mohs skala). Kanske den lättaste av platinagruppens metaller. Densiteten är 12,45 g/cm3. Det är mycket eldfast - övergångstemperaturen till flytande tillstånd är 2334 ° C. Under smältning i en elektrisk båge observeras samtidig avdunstning av metallen. Vid högtemperaturförbränning i friluft "förflyktigas" elementet i formentetroxider.
Ruthenium klassificeras som en supraledare. Metallen uppvisar noll motstånd när den kyls till 0,47 K. Denna egenskap är av stor betydelse ur vetenskaplig och praktisk synvinkel. Som en platinoid är rutenium en mycket intressant ädelmetall.
Element Ru
Egenskaperna hos "Kazan"-metallen är i många avseenden typiska för representanter för VΙΙΙ-gruppen (platina). Ruthenium är ett kemiskt element i det periodiska systemet med atomnummer 44, kännetecknat av hög tröghet. Den har 7 stabila naturliga och 20 artificiella isotoper med masstal från 92 till 113.
Under normal temperatur utsätts den inte för oxidation och korrosion, syror och alkalier. När den värms över 400 ° C reagerar den med klor, vid 930 ° C - med syre. Med vissa metaller bildar det kemiska grundämnet rutenium stabila legeringar som kallas intermetalliska föreningar.
I många föreningar uppvisar den en valens från noll till åtta. De viktigaste inkluderar ruteniumdioxid och tetroxid, sulfid RuS2 och fluorid RuF5.
I sin rena metalliska form har den egenskaperna hos en katalysator med hög selektivitet, vilket gör att den kan användas för syntes av en mängd olika organiska och oorganiska ämnen. Fungerar som den bästa sorbenten för väte.
Utbredning i naturen
Det kemiska grundämnet rutenium kännetecknas av extremsällsynt och utspridda i naturen. I sin naturliga miljö bildar den det enda kända mineralet, laurit. Det är ett fast ämne i form av små järnsvarta oktaedrar. Den rikaste och mest kända fyndigheten ligger på platinaplacerarna på ön Borneo (Kalimantan). I Ryssland pågår utvecklingen i mellersta och södra Ural, på Kolahalvön, i Krasnoyarsk- och Khabarovsk-territorierna.
I alla andra naturliga föreningar överstiger inte mängden rutenium 0,1 %. Spår av metall har hittats i vissa koppar-nickelmalmer och sura magmatiska bergarter. Vissa växter har förmågan att koncentrera och ackumulera rutenium, bland vilka representanter för baljväxtfamiljen sticker ut.
Det totala innehållet av grundämnet i jordskorpan överstiger, enligt experter, inte 5 000 ton.
Industriell produktion
Elementet rutenium anses vara ädelt, och den huvudsakliga källan till metallen är gråberg från platinaproduktion. Den obestridda ledaren inom utvinningen av rutenium (liksom platina) är Sydafrika. Utvecklingen och produktionen av denna metall utförs också av Ryssland, Kanada och Zimbabwe. Förresten, det sistnämnda landet ligger på andra plats i världen när det gäller utforskade reserver av platinoider.
Mängden rutenium som levereras till marknaden varierar från 17 till 20 ton per år. Produktionscykeln för att erhålla ett grundämne varar cirka 6 veckor och är en kontinuerlig kedja av termokemiska reaktioner som följer efter varandra.
Teknik för att erhållarutenium genom neutronbestrålning av isotoper av radioaktivt teknetium. Men det bör noteras att isoleringen av en ren och stabil metall, på grund av dess kemiska egenskaper, oförutsägbarhet och otillräckliga kunskap, fortfarande är en dröm.
Applications
Även om alla egenskaper hos ädelmetallen i rutenium är fullt närvarande, har grundämnet inte fått någon bred spridning inom smyckesindustrin. Den används endast för att stärka legeringar och göra dyra smycken mer hållbara.
När det gäller mängden rutenium som förbrukas är industrisektorerna i följande ordning:
- Elektroniskt.
- Elektrokemi.
- Chemical.
De katalytiska egenskaperna hos elementet är mycket efterfrågade. Det används vid syntes av cyanväte och salpetersyra, vid produktion av mättade kolväten, glycerin och polymerisation av eten. Inom den metallurgiska industrin används ruteniumtillsatser för att öka korrosionsskyddet, för att ge legeringar styrka, kemisk och mekanisk beständighet. Radioaktiva isotoper av rutenium hjälper ofta forskare i deras forskning.
Många föreningar av grundämnet har också använts som bra oxidationsmedel och färgämnen. I synnerhet används klorider för att förbättra luminescensen.
Biologisk betydelse
Ruthenium har förmågan att ackumuleras i cellerna i levande vävnader, främst muskler (den enda metallen i platinagruppen). Kan provocerautveckling av allergiska reaktioner, har en negativ inverkan på slemhinnan i ögonen och de övre luftvägarna.
Inom medicinen används ädelmetallen som ett sätt att känna igen angripna vävnader. Läkemedel baserade på det används för att behandla tuberkulos och olika infektioner som påverkar mänsklig hud. Av denna anledning ser det mycket lovande ut att använda ruteniums förmåga att bilda stabila nitrosokomplex i kampen mot sjukdomar förknippade med överdriven koncentration av nitrater i människokroppen (hypertoni, artrit, septisk chock och epilepsi).
Vem bär skulden?
Senast har västeuropeiska vetenskapsmän allvarligt stört allmänheten med ett budskap om att innehållet i den radioaktiva isotopen av rutenium Ru106 växer över kontinenten. Experter utesluter helt dess självutbildning i atmosfären. Förutom ett oavsiktligt utsläpp från ett kärnkraftverk, sedan dess skulle radionuklider av cesium och jod nödvändigtvis finnas i luften, vilket inte bekräftas av experimentella data. Effekten av denna isotop på människokroppen, som alla radioaktiva element, leder till bestrålning av vävnader och organ, utveckling av cancer. Möjliga källor till förorening, enligt västerländska medier, finns på territoriet i Ryssland, Ukraina eller Kazakstan.
Som svar sa en representant för Rosatoms kommunikationsavdelning att alla företag i det statliga bolaget arbetade och arbetar som vanligt. Internationella atomenergiorganet (IAEA) anser, baserat på sina egna övervakningsdata,kallade alla anklagelser mot Ryska federationen grundlösa.
