• POP
• Windows
• Antivirus
• Antivirus
• Graficka umjetnost

Istorija otkrića hemijskog elementa rutenijuma. Rutenijum. svojstva rutenijuma. Upotreba rutenija. Otkrijte i dokažite

Rutenijum je najlakši i najmanje "plemenitiji" od svih metala platinske grupe. To je možda naj"multivalentniji" element (poznato je devet valentnih stanja). Uprkos više od pola veka istorije istraživanja, ona i danas postavlja mnoga pitanja i probleme savremenim hemičarima. Dakle, šta je rutenijum kao hemijski element? Za početak, kratka digresija u istoriju.

Misteriozan i bogat

Ime i istorija otkrića rutenija neraskidivo su povezani sa Rusijom. Na samom početku XΙX vijeka, svjetska zajednica bila je uzbuđena i zabrinuta viješću da su u Ruskom carstvu otkrivena najbogatija nalazišta platine. Postojale su glasine da bi se na Uralu vađenje ovog plemenitog metala moglo obaviti običnom lopatom. Činjenica otkrića bogatih ležišta ubrzo je potvrđena činjenicom da je ministar finansija Rusije E.F. Kankrin poslao najviši dekret o kovanju kovanog novca od platine u Kovnicu u Sankt Peterburgu. U narednim godinama pušteno je u opticaj oko milion i pol kovanica (3,6 i 12 rubalja), za čiju je proizvodnju utrošeno 20 tona plemenitog metala.

"Discovery" Ozanna

Profesor Gottfried Ozann sa Univerziteta Derpt-Yuryevsky (sada Tartu) počeo je proučavati sastav dragocjene rude Urala. Došao je do zaključka da platinu prate tri nepoznata metala - polinom, polinom i rutenijum - čije je nazive dao sam Ozann. Inače, treći je nazvao u čast Rusije (iz latinskog Ruthenia).

Ozanine kolege širom Evrope, predvođene najautoritativnijim švedskim hemičarem Jensom Berzeliusom, bile su vrlo kritične prema profesorovoj poruci. U pokušaju da se opravda, naučnik je ponovio niz svojih eksperimenata, ali prethodni rezultati nisu mogli biti postignuti.

Dve decenije kasnije, profesor hemije Karl Karlovič Klaus (Kazanski univerzitet) zainteresovao se za Ozanin rad. Dobio je dozvolu od sekretara trezora da dobije nekoliko funti ostataka proizvodnje kovanog novca iz laboratorija Kovnice novca za ponovno ispitivanje.

Ruski akademik A.E. Arbuzov je u svojim spisima primetio da je hemičaru, da bi otkrio novi element u to vreme, bila potrebna izuzetna marljivost i upornost, zapažanje i uvid, i što je najvažnije, suptilan eksperimentalni njuh. Sve gore navedene kvalitete bile su inherentne mladom Karlu Klausu u najvećoj mjeri.

Naučnikova istraživanja su imala i praktična vrijednost- dodatna ekstrakcija čiste platine iz rudnih ostataka. Nakon što je razvio vlastiti plan za eksperiment, Klaus je spojio rudni materijal sa šalitrom i izvukao rastvorljive elemente: osmijum, iridijum, paladijum. Nerastvorljivi dio je bio izložen mješavini koncentriranih kiselina ("kraljevska voda") i destilaciji. U precipitatu željeznog hidroksida otkrio je prisustvo nepoznatog metala i izolovao ga prvo u obliku sulfida, a zatim u čistom obliku (oko 6 grama). Profesor je zadržao naziv koji je Ozann predložio za element - rutenijum.

Otkrijte i dokažite

Ali kako se ispostavilo, istorija otkrića hemijski element rutenijum je tek počinjao. Nakon objavljivanja rezultata studije 1844. godine, na Klausa je pala tuča kritika. Zaključke nepoznatog kazanskog naučnika skeptično su primili najveći hemičari na svetu. Čak ni slanje uzorka novog elementa Berzeliusu nije spasilo situaciju. Prema švedskom majstoru, Klausov rutenijum je bio samo "uzorak nečistog iridija".

Samo izvanredni kvaliteti Karla Karloviča kao analitičkog hemičara i eksperimentatora i niz dodatnih studija omogućili su naučniku da dokaže svoj slučaj. Godine 1846. otkriće je dobilo službeno priznanje i potvrdu. Za svoj rad Klaus je nagrađen Demidovskom nagradom Ruske akademije nauka u iznosu od 10 hiljada rubalja. Zahvaljujući talentu i upornosti kazanskog profesora, rutenijum se pridružio redovima platinoida - prvog elementa otkrivenog u Rusiji (a danas, nažalost, jedinog u ruskoj hemijskoj školi).

Dalja istraživanja

Područja upotrebe

Iako su sva svojstva plemenitog metala u rutenijumu u potpunosti prisutna, element nije dobio široku rasprostranjenost u industriji nakita. Koristi se samo za jačanje legura i povećanje izdržljivosti skupog nakita.

U pogledu količine utrošenog rutenija, industrijski sektori su raspoređeni sljedećim redoslijedom:

1. Electronic.
2. Elektrohemijski.
3. Hemijski.

Katalitička svojstva elementa su u velikoj potražnji. Koristi se u sintezi cijanovodonične i dušične kiseline, u proizvodnji zasićenih ugljovodonika, glicerina i polimerizaciji etilena. U metalurškoj industriji, aditivi rutenijuma se koriste za povećanje antikorozivnih svojstava, za davanje čvrstoće legurama, hemijsku i mehaničku otpornost. Radioaktivni izotopi rutenijuma često pomažu naučnicima u njihovim istraživanjima.

Mnoga jedinjenja ovog elementa takođe su našla primenu kao dobri oksidanti i boje. Konkretno, hloridi se koriste za pojačavanje luminescencije.

biološki značaj

Rutenijum ima sposobnost akumulacije u ćelijama živih tkiva, uglavnom mišićnog tkiva (jedini metal grupe platine). Može izazvati razvoj alergijskih reakcija, negativno utjecati na sluznicu očiju i gornjih dišnih puteva.

U medicini se plemeniti metal koristi kao sredstvo za prepoznavanje zahvaćenih tkiva. Lijekovi na bazi njega koriste se za liječenje tuberkuloze i raznih infekcija koje pogađaju ljudsku kožu. Iz tog razloga, izgleda vrlo obećavajuće korištenje sposobnosti rutenija da formira stabilne nitrozo komplekse u borbi protiv bolesti povezanih s prekomjernom koncentracijom nitrata u ljudskom tijelu (hipertenzija, artritis, septički šok i epilepsija).

ko je kriv?

Nedavno su zapadnoevropski naučnici ozbiljno uznemirili javnost porukom da na kontinentu raste sadržaj radioaktivnog izotopa rutenijuma Ru 106. Stručnjaci potpuno isključuju njegovo samonastajanje u atmosferi. Kao i slučajno ispuštanje iz nuklearne elektrane, od tada bi radionuklidi cezija i joda nužno bili prisutni u zraku, što nije potvrđeno eksperimentalnim podacima. Utjecaj ovog izotopa na ljudsko tijelo, kao i svaki radioaktivni element, dovodi do ozračivanja tkiva i organa, razvoja raka. Mogući izvori zagađenja, prema zapadnim medijima, nalaze se na teritoriji Rusije, Ukrajine ili Kazahstana.

U odgovoru, predstavnik Odjeljenja za komunikacije Rosatoma rekao je da su sva preduzeća državne korporacije radila i rade u normalnim režimima. Međunarodna agencija za atomsku energiju (IAEA), po svom mišljenju, na osnovu sopstvenih podataka monitoringa, pozvala je sve optužbe na račun Ruska Federacija bez osnova.

Rutenijum je element bočne podgrupe osme grupe petog perioda periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva, atomski broj 44. Označava se simbolom Ru (lat. Rutenijum).

Povijest otkrića ovog elementa započela je u Rusiji, kada su otkrivena nalazišta platine na Uralu 20-ih godina 19. stoljeća. Vijest o ovom otkriću brzo se proširila svijetom i izazvala veliku zabrinutost i nemir na međunarodnom tržištu. Među stranim špekulantima kružile su glasine o monstruoznim grumenima, o platinastom pijesku, koji rudari platine grabe direktno lopatama. Depoziti platine su se zaista pokazali bogatim, a grof Kankrin, koji je u to vrijeme bio ministar finansija Rusije, naredio je kovanje platinastih novčića. Počeli su kovati kovanice u apoenima od 3,6 i 12 rubalja. Izdato je 1.400.000 platinastih kovanica, za koje je utrošeno više od 20 tona autohtone platine.

U godini Kankrinove naredbe za kovanje novčića, Ozann, profesor na Univerzitetu Yuryev, ispitujući uzorke uralske platine, došao je do zaključka da platinu prate tri nova metala. Ozann je jednu od njih nazvao poluranom, drugu - polinomom, a treću u čast latinskog imena. Rusija - Rutenijum je dao ime - rutenijum. Hemičari su s nepoverenjem pozdravili Ozanino "otkriće". Posebno je protestovao švedski hemičar Berzelius, čiji je autoritet u to vreme bio zaista svetski. Spor koji je nastao između Ozanna i Berzeliusa obavezao se da riješi profesor hemije na Kazanskom univerzitetu K. K. Klaus. Dobivši na raspolaganje malu količinu ostataka od kovanja platinastog novčića, Klaus je u njima otkrio novi metal iza kojeg je zadržao naziv rutenijum koji je predložio Ozann. Klaus je 13. septembra 1844. godine napravio izvještaj na Akademiji nauka o novom elementu i njegovim svojstvima. Godine 1845. Klausov izvještaj pod naslovom "Kemijske studije ostataka uralske rude platine i metala rutenijuma" objavljen je kao posebna knjiga. „...Mala količina proučavanog materijala - ne više od šest grama u potpunosti čisti metal- nije mi dozvolio da nastavim svoje istraživanje", napisao je Klaus u svojoj knjizi. Međutim, dobijeni podaci o svojstvima novog metala omogućili su Klausu da čvrsto proglasi otkriće novog hemijskog elementa.

Želeći da upozna strane naučnike sa otkrićem novog elementa, Klaus je poslao uzorak metala Berzeliusu. Berzeliusov odgovor bio je u najmanju ruku čudan. Imati u ruci novi element uz detaljan opis imovine, nije se složio sa Klausovim mišljenjem. Berzelius je izjavio da je metal dobijen od Klausa bio "uzorak nečistog iridija", odavno poznatog elementa. Berzelius je kasnije bio primoran da prizna svoju grešku.

Odvajanje metala platine i njihovo dobijanje u čistom obliku (rafiniranje) je veoma težak zadatak, što zahtijeva mnogo rada, vremena, skupih reagensa, kao i visoku vještinu. Prirodna platina, platinski "otpad" i drugi materijali se prvo tretiraju "kraljevskom votkom" na laganoj vatri. U tom slučaju platina i paladij potpuno prelaze u otopinu u obliku H2 i H2, bakar, željezo i nikl - u obliku klorida CuCl2, FeCl3, NiCl2. Rodijum i iridijum su delimično rastvoreni u obliku H3 i H2. Ostatak nerastvorljiv u aqua regia sastoji se od jedinjenja osmijuma sa iridijumom, kao i pripadajućih minerala (kvarc SiO2, hrom-gvozdena ruda FeCr2O4, magnetna ruda gvožđa Fe3O4 itd.) Nakon filtriranja rastvora, iz njega se precipitira platina sa amonijumom hlorid. Međutim, da talog amonijum heksahloroplatinata ne bi sadržavao iridijum, koji takođe formira slabo rastvorljivi amonijum heksahloroiridit (IV) (NH4)2, potrebno je reducirati Ir (IV) u Ir (III). To se postiže dodavanjem, na primjer, šećerne trske C12H22O14 (metoda I.I. Chernyaeva). Amonijum heksahloririd (III) je rastvorljiv u vodi i amonijum hlorid se ne taloži. Precipitat amonijum heksahloroplatinata se odfiltrira, ispere, osuši i kalciniše. Dobivena platinasta spužva se presuje, a zatim spaja u plamenu kisika i vodika ili u električnoj visokofrekventnoj peći. Paladij, rodijum i iridijum se ekstrahuju iz filtera iz amonijum heksakloroplatinata; Iridijum, osmijum i rutenijum su izolovani iz legure iridijuma. Hemijske operacije potrebne za to su veoma složene. Trenutno su glavni izvor metala platine rude bakra-nikl sulfida. Kao rezultat njihove složene obrade, tope se takozvani "grubi" metali - kontaminirani nikl i bakar. Prilikom njihovog elektrolitičkog rafiniranja plemeniti metali se akumuliraju u obliku anodnog mulja, koji se šalje u rafinaciju.

Značajan izvor rutenija za njegovu ekstrakciju je njegova izolacija od fisionih fragmenata nuklearnih materijala (plutonijum, uranijum, torij), pri čemu njegov sadržaj u istrošenim gorivnim šipkama dostiže 250 grama po toni "sagorenog" nuklearnog goriva.

U pogledu vatrostalnosti (Tmelt 2250 ° C), rutenijum je inferioran samo nekoliko elemenata - renijum, osmijum, volfram.

Najvrednije osobine rutenija su vatrostalnost, tvrdoća, hemijska otpornost i sposobnost ubrzavanja određenih hemijskih reakcija. Najkarakterističniji su spojevi sa valentnošću 3+, 4+ i 8+. Ima tendenciju formiranja kompleksnih jedinjenja. Koristi se kao katalizator, u legurama sa metalima platine, kao materijal za oštre vrhove, za kontakte, elektrode i u nakitu.

Rutenijum i osmijum su krhki i veoma tvrdi. Pod dejstvom kiseonika i jakih oksidacionih sredstava formiraju RuO4 i OsO4 okside. Ovo su žuti kristali niskog taljenja. Pare oba jedinjenja imaju oštar, neprijatan miris i veoma su toksične. Oba spoja lako odustaju od kisika, reducirajući se u RuO2 i OsO2 ili u metale. Sa alkalijama, RuO4 daje soli (rutenate): 2Ru04 + 4KOH = 2K2RuO4 + 2H2O + O2

• Mali dodatak rutenija (0,1%) povećava otpornost titanijuma na koroziju.
• U leguri s platinom, koristi se za izradu električnih kontakata izuzetno otpornih na habanje.
• Katalizator mnogih hemijskih reakcija. Veoma važno mjesto rutenijuma kao katalizatora u sistemima za prečišćavanje vode orbitalnih stanica.

Takođe jedinstvena je sposobnost rutenijuma da katalitički veže atmosferski azot na sobnoj temperaturi.

Rutenijum i njegove legure se koriste kao konstrukcijski materijali otporni na toplotu u vazduhoplovstvu, a do 1500 °C superiorniji su u čvrstoći od najbolje legure molibden i volfram (koji imaju i prednost visoke otpornosti na oksidaciju).

Poslednjih godina rutenijum oksid se široko proučava kao materijal za proizvodnju superkondenzatora za električnu energiju, sa specifičnim električnim kapacitetom od preko 700 Farad/gram.

Primjena rutenija za uzgoj grafena

Istraživači iz Brookhaven National Laboratory (SAD) pokazali su da se tokom epitaksijalnog rasta grafena na površini Ru(0001) formiraju makroskopske regije grafena. U ovom slučaju, rast se odvija sloj po sloj, i iako je prvi sloj čvrsto vezan za podlogu, drugi sloj praktički ne stupa u interakciju s njim i zadržava sva jedinstvena svojstva grafena.

Sinteza se zasniva na činjenici da rastvorljivost ugljenika u rutenijumu jako zavisi od temperature. Na 1150°C rutenijum je zasićen ugljikom, a kada temperatura padne na 825°C, ugljik izlazi na površinu, što rezultira formiranjem grafenskih ostrva većih od 100 µm. Otoci rastu i ujedinjuju se, nakon čega počinje rast drugog sloja.

Rutenijum (prema sadržaju u rudama platine) je najređi među metalima platine. Otkrio ga je kazanski profesor Klaus, koji je 1844. godine pronašao novi element u ostacima uralske rude platine, koju je nazvao rutenijum (od kasnog latinskog Ruthenia - Rusija). Klaus je primio čisti rutenijum, proučavao njegova hemijska svojstva, odredio njegovu atomsku težinu i ukazao na sličnosti između trijada rutenijum – rodijum – paladijum i osmijum – iridijum – platina.
Rutenijum je satelit platine. Sadrži se uglavnom u osmiridiju - ostatku nakon odvajanja ruda platine sa carskom vodenom vodom. Vrlo rijetko se nalazi i u obliku nezavisnog minerala - laurita, rutenijum sulfida RuS 2 koji sadrži osmijum.

Potvrda:

Ostaci od rafinacije platine ili elektrorafinacije bakra pretvaraju se u (NH 4) 2 , koji se kalcinira u RuO 2 , a ovaj se reducira vodonikom.
U koloidnom stanju, rutenijum se može dobiti redukcijom njegovih soli hidrazinom u prisustvu gumiarabika ili akroleinom.
Trenutno istrošeno gorivo iz nuklearnih elektrana može poslužiti i kao izvor rutenija, budući da je jedan od fisijskih proizvoda nuklearnih materijala (plutonijum, uranijum, torij).

Fizička svojstva:

Rutenijum je, u zavisnosti od načina proizvodnje, mutno sivi ili srebrno-beli sjajni metal izuzetno visoke tvrdoće; međutim, toliko je krhka da se lako može samljeti u prah. Vrlo je vatrostalna i topi se na mnogo višoj temperaturi od platine. U električnom luku tokom topljenja, Ru istovremeno isparava. On takođe prelazi u gasnu fazu pri jakom kalcinaciji na vazduhu, ali u ovom slučaju ne leti metal, već tetroksid koji je stabilan na veoma visokim temperaturama.

Hemijska svojstva:

U nedostatku atmosferskog kiseonika, nijedna kiselina, čak ni carska vodena voda, ne utiče na rutenijum. Međutim, hlorovodonična kiselina koja sadrži zrak polako je otapa na običnoj temperaturi, a na 125° (u zatvorenoj cijevi) čak i prilično brzo. Kada se zagrije na zraku, rutenij postaje crn zbog površinske oksidacije. Fluor deluje na rutenijum u prahu već ispod temperature crvene toplote, a hlor - na crvenoj. Rutenijum u prahu reaguje sa sumporom samo pod posebnim uslovima. Sa fosforom formira spoj RuP 2 i RuP i Ru 2 P; sa arsenom, kao i platinom, rutenijum daje diarsenid RuAs 2 . Alkalije u prisustvu kisika ili tvari koje lako ispuštaju kisik, na primjer, mješavine KOH s KNO 3 ili K 2 CO 3 s KCIO 3, kao i peroksidi, na primjer Na 2 O 2 ili BaO 2, na visokim temperaturama snažno djeluju na rutenijum, formirajući sa neem rutenatima(VI) M 1 2 RuO 4 . Tc 2 O 7.

Najvažnije veze:

Rutenijum dioksid RuO 2 se dobija u obliku plavo-crnog praha zagrijavanjem praškastog rutenija, hlorida ili njegovog sulfida u struji kiseonika. RuO 2 se reducira vodonikom na niskim temperaturama; na vrlo visokim temperaturama, RuO 2 počinje da se razgrađuje na rutenij i kisik.
Rutenijum tetroksid RuO 4 se dobija propuštanjem hlora kroz rastvor rutenata alkalnih metala ili dodavanjem viška alkalija u rastvor soli rutenijuma; formira žute iglice koje se tope na 25° u narandžastu tečnost. Kada se zagreje, oko 108°, RuO 4 c jaka eksplozija razlaže se na RuO 2 i O 2 . Rutenijum tetroksid izuzetno snažno reaguje sa organskim supstancama, njegova reakcija sa alkoholom se dešava eksplozijom.
Rutenijum pentakarbonil Ru(CO) 5 isparljiva tečnost, pali se na vazduhu. Koristi se za nanošenje Ru premaza na staklo, keramiku i metale.
Kompleksna jedinjenja rutenijuma veoma su brojni. Konkretno, može formirati vezu u njima čak i s takvim neobičnim ligandom kao što je molekularni dušik, formirajući, na primjer, spoj Cl 2.

primjena:

Proizvodnja katalizatora, dekorativnih i zaštitnih premaza, legura. Mali dodaci rutenija općenito povećavaju otpornost na koroziju, čvrstoću i tvrdoću legure, što je dragocjeno za proizvodnju električnih kontakata otpornih na habanje.
Godišnja proizvodnja rutenija u 2009. procijenjena je na oko 18 tona.

G. Elfimova

Vidi također:
Fedorenko N.V. KKKlaus: otkriće rutenija. Hemija u školi, 1977, br. 4
Shulchus A. Nekoliko priča o otkriću rutenijuma, Hemija u školi, 2010, broj 9, str.79

Priča

porijeklo imena

Potvrda

Rutenijum se dobija kao "otpad" rafinacijom platine i metala platine.

Značajan izvor rutenija za njegovu ekstrakciju je njegova izolacija od fisionih fragmenata nuklearnih materijala (plutonijum, uranijum, torij), pri čemu njegov sadržaj u istrošenim gorivnim šipkama dostiže 250 grama po toni istrošenog nuklearnog goriva.

Također je razvijena tehnologija za proizvodnju rutenija iz tehnecija-99 korištenjem neutronskog zračenja molibdena.

Proizvodnja, rezerve i cijena

Fizička i hemijska svojstva

Izotopski sastav

Prirodni rutenijum ima sedam stabilnih izotopa:

96 Ru (5,7% po masi), 98 Ru (2,2%), 99 Ru (12,8%), 100 Ru (12,7%), 101 Ru (13%), 102 Ru (31, 3%) i 104 Ru (18,3%) %).

Fizička svojstva

Po refraktornosti ( T pl \u003d 2334 ° C) rutenij je drugi nakon nekoliko elemenata - renija, osmijuma, molibdena, iridijuma, volframa, tantala i niobija.

Hemijska svojstva

Rutenijum je veoma inertan metal.

neorganska jedinjenja

Organska hemija rutenija

Rutenijum formira niz organometalnih jedinjenja i aktivni je katalizator.

Aplikacija

• Mali dodatak rutenija (0,1%) povećava otpornost titanijuma na koroziju.
• U leguri s platinom, koristi se za izradu električnih kontakata izuzetno otpornih na habanje.
• Rutenijum dioksid i bizmut rutenati se koriste u otpornicima debelog filma. Ove dvije primjene u elektronici troše oko 50% proizvedenog rutenija.
• Katalizator mnogih hemijskih reakcija. Veoma važno mjesto rutenijuma kao katalizatora u sistemima za prečišćavanje vode orbitalnih stanica.
• Rutenijum crvena en se koristi kao kompetitivni antagonist za proučavanje jonskih kanala (CatSper1, TASK, RyR1, RyR2, RyR3, TRPM6, TRPM8, TRPV1, TRPV2, TRPV3, TRPV4, TRPV5, TRPV6, TRPA1, CPMCa1, mCaMAL) .

Takođe jedinstvena je sposobnost rutenijuma da katalitički veže atmosferski azot na sobnoj temperaturi. Otkriće koje su eksperimentalno napravili istraživači sa Univerziteta Minnesota 2018. godine pokazuje da je hemijski element rutenijum četvrti element sa jedinstvenim magnetnim svojstvima na sobnoj temperaturi. Ljudima su donedavno bila poznata samo tri stabilna magnetna elementa, gvožđe (Fe), kobalt (Co), nikl (Ni) i delimično gadolinijum (Gd), koji gubi svoja magnetna svojstva na temperaturama iznad 8 stepeni Celzijusa. Otkriće novog magnetskog materijala može dovesti do razvoja novih tipova senzora, uređaja za skladištenje podataka, obrade informacija i niza drugih elektronskih i elektromehaničkih uređaja. Pored tradicionalnih tehnologija koje koriste magnetna svojstva materijala, pojava novog magnetnog materijala može igrati važnu ulogu u dalji razvoj niz novih pravaca, kao što je spintronika. Tome će ići u prilog činjenica da su tehnologije uzgoja tankih filmova i stvaranja nanostruktura već dostigle nivo koji omogućava proizvodnju materijala jedinstvenih svojstava koje isti materijali prirodnog porijekla nemaju.

Rutenijum i njegove legure nalaze se u upotrebi kao visokotemperaturni strukturni materijali u vazduhoplovstvu, a do 1500°C superiorni su u čvrstoći od najboljih legura molibdena i volframa (imaju prednost i visoke otpornosti na oksidaciju).

Fiziološko djelovanje i biološka uloga

Čini se da je rutenijum element u tragovima. To je jedini metal platine koji se nalazi u sastavu živih organizama (prema nekim izvorima i platina). Koncentrisan je uglavnom u mišićnom tkivu.