• ΚΡΟΤΟΣ
• Windows
• Antivirus
• Antivirus
• ΓΡΑΦΙΚΕΣ ΤΕΧΝΕΣ

Η ιστορία της ανακάλυψης του χημικού στοιχείου ρουθήνιο. Ρουθήνιο. ιδιότητες του ρουθηνίου. Η χρήση του ρουθηνίου. Ανακαλύψτε και αποδείξτε

Το ρουθήνιο είναι το ελαφρύτερο και λιγότερο «ευγενές» από όλα τα μέταλλα της ομάδας της πλατίνας. Είναι ίσως το πιο «πολυσθενές» στοιχείο (εννέα καταστάσεις σθένους είναι γνωστές). Παρά τον περισσότερο από μισό αιώνα ερευνητικής ιστορίας, εξακολουθεί να θέτει πολλά ερωτήματα και προβλήματα στους σύγχρονους χημικούς σήμερα. Τι είναι λοιπόν το ρουθήνιο ως χημικό στοιχείο; Αρχικά, μια μικρή παρέκβαση στην ιστορία.

Μυστηριώδες και πλούσιο

Το όνομα και η ιστορία της ανακάλυψης του ρουθηνίου είναι άρρηκτα συνδεδεμένα με τη Ρωσία. Στις αρχές του 19ου αιώνα, η παγκόσμια κοινότητα ήταν ενθουσιασμένη και ανήσυχη από την είδηση ​​ότι τα πλουσιότερα κοιτάσματα πλατίνας ανακαλύφθηκαν στη Ρωσική Αυτοκρατορία. Υπήρχαν φήμες ότι στα Ουράλια η εξόρυξη αυτού του πολύτιμου μετάλλου μπορούσε να πραγματοποιηθεί με ένα συνηθισμένο φτυάρι. Το γεγονός της ανακάλυψης πλούσιων κοιτασμάτων επιβεβαιώθηκε σύντομα από το γεγονός ότι ο υπουργός Οικονομικών της Ρωσίας E.F. Kankrin έστειλε το ανώτατο διάταγμα για την κοπή νομισμάτων από πλατίνα στο νομισματοκοπείο της Αγίας Πετρούπολης. Τα επόμενα χρόνια τέθηκαν σε κυκλοφορία περίπου ενάμισι εκατομμύριο νομίσματα (3,6 και 12 ρούβλια), για την παραγωγή των οποίων δαπανήθηκαν 20 τόνοι πολύτιμου μετάλλου.

«Ανακάλυψη» Οζάννα

Ο καθηγητής Gottfried Ozann του Πανεπιστημίου Derpt-Yuryevsky (τώρα Tartu) ανέλαβε τη μελέτη της σύνθεσης του πολύτιμου μεταλλεύματος των Ουραλίων. Κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η πλατίνα συνοδεύεται από τρία άγνωστα μέταλλα - πολυώνυμο, πολυώνυμο και ρουθήνιο - τα ονόματα των οποίων δόθηκε από τον ίδιο τον Ozann. Παρεμπιπτόντως, ονόμασε το τρίτο προς τιμήν της Ρωσίας (από το λατινικό Ruthenia).

Οι συνάδελφοι του Ozanne σε όλη την Ευρώπη, με επικεφαλής τον πιο έγκυρο Σουηδό χημικό Jens Berzelius, ήταν πολύ επικριτικοί για την έκθεση του καθηγητή. Σε μια προσπάθεια να δικαιολογηθεί, ο επιστήμονας επανέλαβε μια σειρά από πειράματά του, αλλά τα προηγούμενα αποτελέσματα δεν μπόρεσαν να επιτευχθούν.

Δύο δεκαετίες αργότερα, ο καθηγητής Χημείας Karl Karlovich Klauss (Πανεπιστήμιο του Καζάν) ενδιαφέρθηκε για το έργο του Ozanne. Πήρε άδεια από τον Υπουργό Οικονομικών για να λάβει αρκετές λίρες από την παραγωγή νομισμάτων που περίσσεψαν από το εργαστήριο του Νομισματοκοπείου για επανεξέταση.

Ο Ρώσος ακαδημαϊκός A.E. Arbuzov σημείωσε στα κείμενά του ότι για να ανακαλύψει ένα νέο στοιχείο εκείνες τις μέρες, ένας χημικός χρειαζόταν εξαιρετική επιμέλεια και επιμονή, παρατήρηση και διορατικότητα, και το πιο σημαντικό, μια λεπτή πειραματική αίσθηση. Όλες οι παραπάνω ιδιότητες ήταν εγγενείς στον νεαρό Καρλ Κλάους στον υψηλότερο βαθμό.

Η έρευνα του επιστήμονα είχε και πρακτική αξία- πρόσθετη εξαγωγή καθαρής πλατίνας από υπολείμματα μεταλλεύματος. Έχοντας αναπτύξει το δικό του σχέδιο για το πείραμα, ο Klauss συντήξε το υλικό του μεταλλεύματος με αλάτι και εξήγαγε διαλυτά στοιχεία: όσμιο, ιρίδιο, παλλάδιο. Το αδιάλυτο μέρος εκτέθηκε σε μίγμα συμπυκνωμένων οξέων ("aqua regia") και απόσταξης. Στο ίζημα του υδροξειδίου του σιδήρου, ανακάλυψε την παρουσία ενός άγνωστου μετάλλου και το απομόνωσε αρχικά σε μορφή θειούχου και στη συνέχεια σε καθαρή μορφή (περίπου 6 γραμμάρια). Ο καθηγητής διατήρησε το όνομα που πρότεινε ο Ozann για το στοιχείο - ρουθήνιο.

Ανακαλύψτε και αποδείξτε

Αλλά όπως αποδείχθηκε, η ιστορία της ανακάλυψης χημικό στοιχείοτο ρουθήνιο μόλις ξεκινούσε. Μετά τη δημοσίευση των αποτελεσμάτων της μελέτης το 1844, ένα χαλάζι κριτικής έπεσε στον Clauss. Τα συμπεράσματα του άγνωστου επιστήμονα του Καζάν έγιναν δεκτά με σκεπτικισμό από τους μεγαλύτερους χημικούς στον κόσμο. Ακόμη και η αποστολή ενός δείγματος του νέου στοιχείου στον Μπερζέλιους δεν έσωσε την κατάσταση. Σύμφωνα με τον Σουηδό δάσκαλο, το ρουθήνιο του Κλάους ήταν μόνο «ένα δείγμα ακάθαρτου ιριδίου».

Μόνο οι εξαιρετικές ιδιότητες του Karl Karlovich ως αναλυτικού χημικού και πειραματιστή και μια σειρά πρόσθετων μελετών επέτρεψαν στον επιστήμονα να αποδείξει την υπόθεσή του. Το 1846, η ανακάλυψη έλαβε επίσημη αναγνώριση και επιβεβαίωση. Για το έργο του, ο Klauss τιμήθηκε με το Βραβείο Demidov της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών στο ποσό των 10 χιλιάδων ρούβλια. Χάρη στο ταλέντο και την επιμονή του καθηγητή του Καζάν, το ρουθήνιο εντάχθηκε στις τάξεις των πλατινοειδών - το πρώτο στοιχείο που ανακαλύφθηκε στη Ρωσία (και σήμερα, δυστυχώς, το μοναδικό της ρωσικής χημικής σχολής).

Περαιτέρω έρευνα

Τομείς χρήσης

Αν και όλες οι ιδιότητες του ευγενούς μετάλλου στο ρουθήνιο είναι πλήρως παρούσες, το στοιχείο δεν έχει λάβει ευρεία διανομή στη βιομηχανία κοσμημάτων. Χρησιμοποιείται μόνο για να ενισχύσει τα κράματα και να κάνει τα ακριβά κοσμήματα πιο ανθεκτικά.

Όσον αφορά την ποσότητα του ρουθηνίου που καταναλώνεται, οι βιομηχανικοί τομείς ταξινομούνται με την ακόλουθη σειρά:

1. Ηλεκτρονικός.
2. Ηλεκτροχημική.
3. Χημική ουσία.

Οι καταλυτικές ιδιότητες του στοιχείου έχουν μεγάλη ζήτηση. Χρησιμοποιείται στη σύνθεση υδροκυανικών και νιτρικών οξέων, στην παραγωγή κορεσμένων υδρογονανθράκων, γλυκερίνης και στον πολυμερισμό του αιθυλενίου. Στη μεταλλουργική βιομηχανία, τα πρόσθετα ρουθηνίου χρησιμοποιούνται για να αυξήσουν τις αντιδιαβρωτικές ιδιότητες, να προσδώσουν αντοχή στα κράματα, χημική και μηχανική αντοχή. Τα ραδιενεργά ισότοπα του ρουθηνίου συχνά βοηθούν τους επιστήμονες στην έρευνά τους.

Πολλές ενώσεις του στοιχείου έχουν επίσης βρει εφαρμογή ως καλά οξειδωτικά και χρωστικές ουσίες. Συγκεκριμένα, τα χλωρίδια χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση της φωταύγειας.

βιολογικής σημασίας

Το ρουθήνιο έχει την ικανότητα να συσσωρεύεται στα κύτταρα των ζωντανών ιστών, κυρίως του μυϊκού ιστού (το μόνο μέταλλο της ομάδας της πλατίνας). Μπορεί να προκαλέσει την ανάπτυξη αλλεργικών αντιδράσεων, να έχει αρνητική επίδραση στη βλεννογόνο μεμβράνη των ματιών και στην ανώτερη αναπνευστική οδό.

Στην ιατρική, το ευγενές μέταλλο χρησιμοποιείται ως μέσο αναγνώρισης των προσβεβλημένων ιστών. Τα φάρμακα που βασίζονται σε αυτό χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία της φυματίωσης και διαφόρων λοιμώξεων που επηρεάζουν το ανθρώπινο δέρμα. Για το λόγο αυτό, φαίνεται πολλά υποσχόμενη η χρήση της ικανότητας του ρουθηνίου να σχηματίζει σταθερά σύμπλοκα νιτροζο στην καταπολέμηση ασθενειών που σχετίζονται με υπερβολική συγκέντρωση νιτρικών στο ανθρώπινο σώμα (υπέρταση, αρθρίτιδα, σηπτικό σοκ και επιληψία).

Ποιος είναι ένοχος;

Πολύ πρόσφατα, δυτικοευρωπαίοι επιστήμονες ενόχλησαν σοβαρά το κοινό με ένα μήνυμα ότι το περιεχόμενο του ραδιενεργού ισοτόπου του ρουθηνίου Ru 106 αυξάνεται στην ήπειρο. Οι ειδικοί αποκλείουν εντελώς τον αυτοσχηματισμό του στην ατμόσφαιρα. Εκτός από μια τυχαία απελευθέρωση από πυρηνικό εργοστάσιο, έκτοτε θα υπήρχαν απαραίτητα ραδιονουκλεΐδια καισίου και ιωδίου στον αέρα, κάτι που δεν επιβεβαιώνεται από πειραματικά δεδομένα. Η επίδραση αυτού του ισοτόπου στο ανθρώπινο σώμα, όπως κάθε ραδιενεργό στοιχείο, οδηγεί σε ακτινοβολία ιστών και οργάνων, στην ανάπτυξη καρκίνου. Πιθανές πηγές ρύπανσης, σύμφωνα με δυτικά μέσα ενημέρωσης, εντοπίζονται στο έδαφος της Ρωσίας, της Ουκρανίας ή του Καζακστάν.

Σε απάντηση, ένας εκπρόσωπος του Τμήματος Επικοινωνιών της Rosatom είπε ότι όλες οι επιχειρήσεις της κρατικής εταιρείας εργάστηκαν και εργάζονται σε κανονικούς τρόπους λειτουργίας. Ο Διεθνής Οργανισμός Ατομικής Ενέργειας (ΔΟΑΕ), κατά τη γνώμη του, με βάση τα δικά του δεδομένα παρακολούθησης, κάλεσε όλες τις κατηγορίες εναντίον Ρωσική Ομοσπονδίααβάσιμος.

Το ρουθήνιο είναι στοιχείο μιας πλευρικής υποομάδας της όγδοης ομάδας της πέμπτης περιόδου του περιοδικού συστήματος χημικών στοιχείων του D. I. Mendeleev, ατομικός αριθμός 44. Συμβολίζεται με το σύμβολο Ru (lat. Ρουθήνιο).

Η ιστορία της ανακάλυψης αυτού του στοιχείου ξεκίνησε στη Ρωσία, όταν ανακαλύφθηκαν κοιτάσματα πλατίνας στα Ουράλια τη δεκαετία του 20 του 19ου αιώνα. Η είδηση ​​αυτής της ανακάλυψης διαδόθηκε γρήγορα σε όλο τον κόσμο και προκάλεσε μεγάλη ανησυχία και αναταραχή στη διεθνή αγορά. Μεταξύ των ξένων κερδοσκόπων υπήρχαν φήμες για τερατώδη ψήγματα, για άμμο πλατίνας, που οι ανθρακωρύχοι πλατίνας μαζεύουν απευθείας με φτυάρια. Οι καταθέσεις πλατίνας, πράγματι, αποδείχθηκαν πλούσιες και ο Κόμης Kankrin, ο οποίος εκείνη την εποχή ήταν υπουργός Οικονομικών της Ρωσίας, διέταξε την κοπή νομισμάτων πλατίνας. Άρχισαν να κόβονται νομίσματα σε ονομαστικές αξίες 3,6 και 12 ρούβλια. Εκδόθηκαν 1.400.000 νομίσματα πλατίνας, για τα οποία χρησιμοποιήθηκαν περισσότεροι από 20 τόνοι αυτοφυούς πλατίνας.

Τη χρονιά της εντολής του Kankrin να κόψει νομίσματα, ο Ozann, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Yuryev, εξετάζοντας δείγματα πλατίνας Ural, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η πλατίνα συνοδευόταν από τρία νέα μέταλλα. Ο Ozann ονόμασε ένα από αυτά ημι-τράν, το δεύτερο - πολυώνυμο και το τρίτο προς τιμήν του λατινικού ονόματος. Ρωσία - Το Ρουθήνιο έδωσε ένα όνομα - ρουθήνιο. Οι χημικοί υποδέχτηκαν με δυσπιστία την «ανακάλυψη» του Ozanne. Ο Σουηδός χημικός Berzelius, του οποίου η εξουσία εκείνη την εποχή ήταν πραγματικά παγκόσμια, διαμαρτυρήθηκε ιδιαίτερα. Η διαμάχη που προέκυψε μεταξύ του Ozann και του Berzelius ανέλαβε να επιλύσει τον καθηγητή χημείας στο Πανεπιστήμιο του Καζάν K. K. Klaus. Έχοντας λάβει στη διάθεσή του μια μικρή ποσότητα υπολειμμάτων από την κοπή ενός νομίσματος από πλατίνα, ο Klaus ανακάλυψε ένα νέο μέταλλο σε αυτά, πίσω από το οποίο διατήρησε το όνομα ρουθήνιο που πρότεινε ο Ozann. Στις 13 Σεπτεμβρίου 1844, ο Κλάους έκανε μια αναφορά στην Ακαδημία Επιστημών για ένα νέο στοιχείο και τις ιδιότητές του. Το 1845 η έκθεση του Κλάους με τίτλο «Χημικές μελέτες των υπολειμμάτων του μεταλλεύματος πλατίνας του Ουραλίου και μετάλλου ρουθηνίου» δημοσιεύτηκε ως ξεχωριστό βιβλίο. «... Μια μικρή ποσότητα υλικού μελετήθηκε - όχι περισσότερο από έξι γραμμάρια εντελώς καθαρό μέταλλο- δεν μου επέτρεψε να συνεχίσω την έρευνά μου ", έγραψε ο Κλάους στο βιβλίο του. Ωστόσο, τα δεδομένα που ελήφθησαν για τις ιδιότητες του νέου μετάλλου επέτρεψαν στον Κλάους να δηλώσει σθεναρά την ανακάλυψη ενός νέου χημικού στοιχείου.

Θέλοντας να γνωρίσει ξένους επιστήμονες με την ανακάλυψη ενός νέου στοιχείου, ο Κλάους έστειλε ένα δείγμα του μετάλλου στον Μπερζέλιους. Η απάντηση του Μπερζέλιους ήταν τουλάχιστον περίεργη. Έχοντας στο χέρι νέο στοιχείομε λεπτομερή περιγραφή των ιδιοκτησιών, διαφώνησε με τη γνώμη του Κλάους. Ο Μπερζέλιους δήλωσε ότι το μέταλλο που έλαβε από τον Κλάους ήταν «ένα δείγμα ακάθαρτου ιριδίου», ένα από καιρό γνωστό στοιχείο. Ο Μπερζέλιους αναγκάστηκε αργότερα να παραδεχτεί το λάθος του.

Ο διαχωρισμός των μετάλλων πλατίνας και η απόκτησή τους στην καθαρή τους μορφή (εξευγενισμός) είναι πολύ δύσκολη εργασία, που απαιτεί πολλή εργασία, χρόνο, ακριβά αντιδραστήρια, καθώς και υψηλή δεξιοτεχνία. Η εγγενής πλατίνα, το «σκραπ» πλατίνας και άλλα υλικά επεξεργάζονται πρώτα με «βασιλική βότκα» σε χαμηλή φωτιά. Σε αυτή την περίπτωση, η πλατίνα και το παλλάδιο περνούν πλήρως στο διάλυμα με τη μορφή Η2 και Η2, χαλκού, σιδήρου και νικελίου - με τη μορφή χλωριδίων CuCl2, FeCl3, NiCl2. Το ρόδιο και το ιρίδιο διαλύονται μερικώς με τη μορφή Η3 και Η2. Το υπόλειμμα αδιάλυτο στο aqua regia αποτελείται από μια ένωση οσμίου με ιρίδιο, καθώς και από συναφή ορυκτά (χαλαζίας SiO2, χρώμιο σιδηρομετάλλευμα FeCr2O4, μαγνητικό σιδηρομετάλλευμα Fe3O4 κ.λπ.) Μετά το φιλτράρισμα του διαλύματος, η πλατίνα καθιζάνει από αυτό με αμμώνιο χλωριούχο. Ωστόσο, για να μην περιέχει το ίζημα του εξαχλωρολευκοχρυσικού αμμωνίου ιρίδιο, το οποίο επίσης σχηματίζει ελάχιστα διαλυτό εξαχλωροϊριδιτικό αμμώνιο (IV) (NH4)2, είναι απαραίτητο να ανάγεται το Ir (IV) σε Ir (III). Αυτό γίνεται προσθέτοντας, για παράδειγμα, ζαχαροκάλαμο C12H22O14 (μέθοδος I.I. Chernyaev). Το εξαχλωροριδίτη αμμώνιο (III) είναι διαλυτό στο νερό και το χλωριούχο αμμώνιο δεν καθιζάνει. Το ίζημα του εξαχλωρολευκοχρυσικού αμμωνίου διηθείται, πλένεται, ξηραίνεται και πυρώνεται. Το προκύπτον σφουγγάρι πλατίνας συμπιέζεται και στη συνέχεια συντήκεται σε φλόγα οξυγόνου-υδρογόνου ή σε ηλεκτρικό κλίβανο υψηλής συχνότητας. Το παλλάδιο, το ρόδιο και το ιρίδιο εκχυλίζονται από το φίλτρο από εξαχλωρολευκοχρυσικό αμμώνιο. Το ιρίδιο, το όσμιο και το ρουθήνιο απομονώνονται από το κράμα ιριδίου. Οι χημικές εργασίες που απαιτούνται για αυτό είναι πολύ περίπλοκες. Επί του παρόντος, η κύρια πηγή μετάλλων πλατίνας είναι τα μεταλλεύματα θειούχου χαλκού-νικελίου. Ως αποτέλεσμα της πολύπλοκης επεξεργασίας τους, λιώνουν τα λεγόμενα «ακατέργαστα» μέταλλα - μολυσμένο νικέλιο και χαλκός. Κατά την ηλεκτρολυτική διύλισή τους, τα ευγενή μέταλλα συσσωρεύονται με τη μορφή λάσπης ανόδου, η οποία αποστέλλεται για διύλιση.

Σημαντική πηγή ρουθηνίου για την εξόρυξή του είναι η απομόνωσή του από θραύσματα σχάσης πυρηνικών υλικών (πλουτώνιο, ουράνιο, θόριο), όπου η περιεκτικότητά του σε ράβδους αναλωμένου καυσίμου φτάνει τα 250 γραμμάρια ανά τόνο «καμένου» πυρηνικού καυσίμου.

Όσον αφορά την ανθεκτικότητα (Tmelt 2250 ° C), το ρουθήνιο είναι κατώτερο μόνο από πολλά στοιχεία - ρήνιο, όσμιο, βολφράμιο.

Οι πιο πολύτιμες ιδιότητες του ρουθηνίου είναι η ανθεκτικότητα, η σκληρότητα, η χημική αντοχή και η ικανότητα να επιταχύνει ορισμένες χημικές αντιδράσεις. Οι ενώσεις με σθένος 3+, 4+ και 8+ είναι πιο χαρακτηριστικές. Τείνει να σχηματίζει σύνθετες ενώσεις. Χρησιμοποιείται ως καταλύτης, σε κράματα με μέταλλα πλατίνας, ως υλικό για αιχμηρά άκρα, για επαφές, ηλεκτρόδια και σε κοσμήματα.

Το ρουθήνιο και το όσμιο είναι εύθραυστα και πολύ σκληρά. Κάτω από τη δράση του οξυγόνου και των ισχυρών οξειδωτικών παραγόντων, σχηματίζουν οξείδια RuO4 και OsO4. Πρόκειται για κίτρινους κρυστάλλους χαμηλής τήξης. Οι ατμοί και των δύο ενώσεων έχουν έντονη, δυσάρεστη οσμή και είναι ιδιαίτερα τοξικοί. Και οι δύο ενώσεις εγκαταλείπουν εύκολα το οξυγόνο, ανάγεται σε RuO2 και OsO2 ή σε μέταλλα. Με τα αλκάλια, το RuO4 δίνει άλατα (ρουθενικά): 2Ru04 + 4KOH = 2K2RuO4 + 2H2O + O2

• Μια μικρή προσθήκη ρουθηνίου (0,1%) αυξάνει την αντοχή στη διάβρωση του τιτανίου.
• Σε ένα κράμα με πλατίνα, χρησιμοποιείται για την κατασκευή εξαιρετικά ανθεκτικών στη φθορά ηλεκτρικών επαφών.
• Καταλύτης για πολλές χημικές αντιδράσεις. Μια πολύ σημαντική θέση του ρουθηνίου ως καταλύτη στα συστήματα καθαρισμού του νερού των τροχιακών σταθμών.

Επίσης μοναδική είναι η ικανότητα του ρουθηνίου να δεσμεύει καταλυτικά το ατμοσφαιρικό άζωτο σε θερμοκρασία δωματίου.

Το ρουθήνιο και τα κράματά του χρησιμοποιούνται ως ανθεκτικά στη θερμότητα δομικά υλικά στην αεροδιαστημική μηχανική και μέχρι τους 1500 °C είναι ανώτερα σε αντοχή από καλύτερα κράματαμολυβδαίνιο και βολφράμιο (έχοντας επίσης το πλεονέκτημα της υψηλής αντοχής στην οξείδωση).

Τα τελευταία χρόνια, το οξείδιο του ρουθηνίου έχει μελετηθεί ευρέως ως υλικό για την παραγωγή υπερπυκνωτών για ηλεκτρική ενέργεια, με ειδική ηλεκτρική χωρητικότητα άνω των 700 Farad/γραμμάριο.

Εφαρμογή ρουθηνίου στην καλλιέργεια γραφενίου

Ερευνητές από το Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven (ΗΠΑ) έχουν δείξει ότι κατά την επιταξιακή ανάπτυξη του γραφενίου στην επιφάνεια Ru(0001), σχηματίζονται μακροσκοπικές περιοχές γραφενίου. Σε αυτή την περίπτωση, η ανάπτυξη προχωρά στρώμα προς στρώμα, και παρόλο που το πρώτο στρώμα είναι ισχυρά συνδεδεμένο με το υπόστρωμα, το δεύτερο στρώμα ουσιαστικά δεν αλληλεπιδρά με αυτό και διατηρεί όλες τις μοναδικές ιδιότητες του γραφενίου.

Η σύνθεση βασίζεται στο γεγονός ότι η διαλυτότητα του άνθρακα στο ρουθήνιο εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία. Στους 1150°C, το ρουθήνιο είναι κορεσμένο με άνθρακα και όταν η θερμοκρασία πέσει στους 825°C, ο άνθρακας έρχεται στην επιφάνεια, με αποτέλεσμα το σχηματισμό νησίδων γραφενίου μεγαλύτερες από 100 μm. Τα νησιά μεγαλώνουν και ενώνονται, μετά από την οποία αρχίζει η ανάπτυξη του δεύτερου στρώματος.

Το ρουθήνιο (σύμφωνα με την περιεκτικότητα σε μεταλλεύματα πλατίνας) είναι το σπανιότερο μεταξύ των μετάλλων πλατίνας. Ανακαλύφθηκε από τον καθηγητή του Καζάν Κλάους, ο οποίος το 1844 βρήκε ένα νέο στοιχείο στα υπολείμματα του μεταλλεύματος πλατίνας των Ουραλίων, το οποίο ονόμασε ρουθήνιο (από το ύστερο λατινικό Ruthenia - Ρωσία). Ο Κλάους έλαβε καθαρό ρουθήνιο, μελέτησε τις χημικές του ιδιότητες, προσδιόρισε το ατομικό του βάρος και επεσήμανε τις ομοιότητες μεταξύ των τριάδων ρουθήνιο - ρόδιο - παλλάδιο και όσμιο - ιρίδιο - πλατίνα.
Το ρουθήνιο είναι ένας δορυφόρος πλατίνας. Περιέχεται κυρίως στο osmiridium - το υπόλειμμα μετά τον διαχωρισμό των μεταλλευμάτων πλατίνας με aqua regia. Πολύ σπάνια, βρίσκεται επίσης με τη μορφή ανεξάρτητου ορυκτού - λαυρίτη, θειούχου ρουθηνίου RuS 2 που περιέχει όσμιο.

Παραλαβή:

Τα υπολείμματα από τη διύλιση πλατίνας ή την ηλεκτροδιύλιση χαλκού μετατρέπονται σε (NH 4) 2 , το οποίο πυρώνεται σε RuO 2 , το τελευταίο ανάγεται με υδρογόνο.
Στην κολλοειδή κατάσταση, το ρουθήνιο μπορεί να ληφθεί με αναγωγή των αλάτων του με υδραζίνη παρουσία αραβικού κόμμεος ή με ακρολεΐνη.
Επί του παρόντος, τα αναλωμένα καύσιμα από πυρηνικούς σταθμούς μπορούν επίσης να χρησιμεύσουν ως πηγή ρουθηνίου, καθώς είναι ένα από τα προϊόντα σχάσης πυρηνικών υλικών (πλουτώνιο, ουράνιο, θόριο).

Φυσικές ιδιότητες:

Το ρουθήνιο, ανάλογα με τη μέθοδο παραγωγής του, είναι ένα θαμπό γκρι ή ασημόλευκο γυαλιστερό μέταλλο με εξαιρετικά υψηλή σκληρότητα. Ωστόσο, είναι τόσο εύθραυστο που μπορεί εύκολα να αλεσθεί σε σκόνη. Είναι πολύ πυρίμαχο και λιώνει σε πολύ υψηλότερη θερμοκρασία από την πλατίνα. Σε ένα ηλεκτρικό τόξο κατά τη διάρκεια της τήξης, το Ru εξατμίζεται ταυτόχρονα. Περνάει επίσης στην αέρια φάση με ισχυρή πύρωση στον αέρα, αλλά στην περίπτωση αυτή δεν πετάει το μέταλλο, αλλά το τετροξείδιο, το οποίο είναι σταθερό σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες.

Χημικές ιδιότητες:

Ελλείψει ατμοσφαιρικού οξυγόνου, κανένα οξύ, ούτε καν το aqua regia, δεν επηρεάζει το ρουθήνιο. Ωστόσο, το υδροχλωρικό οξύ που περιέχει αέρα το διαλύει αργά σε κανονική θερμοκρασία και στους 125 ° (σε σφραγισμένο σωλήνα) ακόμη και αρκετά γρήγορα. Όταν θερμαίνεται στον αέρα, το ρουθήνιο γίνεται μαύρο λόγω της επιφανειακής οξείδωσης. Το φθόριο δρα σε κονιοποιημένο ρουθήνιο ήδη κάτω από τη θερμοκρασία της κόκκινης θερμότητας, και το χλώριο - σε κόκκινη θερμότητα. Το ρουθήνιο σε σκόνη αντιδρά με το θείο μόνο υπό ειδικές συνθήκες. Με τον φώσφορο, σχηματίζει την ένωση RuP 2 και RuP και Ru 2 P. με αρσενικό, καθώς και πλατίνα, το ρουθήνιο δίνει το διαρσενίδιο RuAs 2 . Αλκάλια παρουσία οξυγόνου ή ουσιών που εκπέμπουν εύκολα οξυγόνο, για παράδειγμα, μείγματα ΚΟΗ με KNO 3 ή K 2 CO 3 με KCIO 3, καθώς και υπεροξείδια, για παράδειγμα Na 2 O 2 ή BaO 2 , σε υψηλές θερμοκρασίες δρουν έντονα στο ρουθήνιο, σχηματίζοντας με ρουθενικά neem(VI) M 1 2 RuO 4 . Tc 2 O 7.

Οι πιο σημαντικές συνδέσεις:

Διοξείδιο του ρουθηνίουΤο RuO 2 λαμβάνεται με τη μορφή μπλε-μαύρης σκόνης με θέρμανση κονιοποιημένου ρουθηνίου, χλωριδίου ή του θειούχου του σε ρεύμα οξυγόνου. Το RuO 2 ανάγεται από το υδρογόνο σε χαμηλές θερμοκρασίες· σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, το RuO 2 αρχίζει να αποσυντίθεται σε ρουθήνιο και οξυγόνο.
Τετροξείδιο του ρουθηνίουΤο RuO 4 λαμβάνεται με διέλευση χλωρίου μέσω διαλύματος ρουθενικών αλκαλικών μετάλλων ή με προσθήκη περίσσειας αλκαλίου σε διαλύματα αλάτων ρουθηνίου. σχηματίζει κίτρινες βελόνες, που λιώνουν στους 25° σε ένα πορτοκαλί υγρό. Όταν θερμαίνεται, περίπου 108 °, RuO 4 c ισχυρή έκρηξηαποσυντίθεται σε RuO 2 και O 2 . Το τετροξείδιο του ρουθηνίου αντιδρά εξαιρετικά έντονα με οργανικές ουσίες· η αντίδρασή του με το αλκοόλ συμβαίνει με έκρηξη.
Ρουθήνιο πεντακαρβονύλιο Ru(CO) 5 πτητικό υγρό, αναφλέγεται στον αέρα. Χρησιμοποιείται για την εφαρμογή επικαλύψεων Ru σε γυαλί, κεραμικά και μέταλλα.
Σύνθετες ενώσεις ρουθηνίουείναι πάρα πολλά. Συγκεκριμένα, μπορεί να σχηματίσει δεσμό σε αυτά ακόμη και με έναν τόσο ασυνήθιστο συνδετήρα όπως το μοριακό άζωτο, σχηματίζοντας, για παράδειγμα, την ένωση Cl 2.

Εφαρμογή:

Παραγωγή καταλυτών, διακοσμητικών και προστατευτικών επιστρώσεων, κραμάτων. Μικρές προσθήκες ρουθηνίου γενικά αυξάνουν την αντίσταση στη διάβρωση, την αντοχή και τη σκληρότητα του κράματος, κάτι που είναι πολύτιμο για την παραγωγή ανθεκτικών στη φθορά ηλεκτρικών επαφών.
Η ετήσια παραγωγή ρουθηνίου το 2009 υπολογίστηκε σε περίπου 18 τόνους.

Γ. Ελφιμόβα

Δείτε επίσης:
Fedorenko N.V. KKKlaus: η ανακάλυψη του ρουθηνίου.Η Χημεία στο σχολείο, 1977, Νο 4
Shulchus A. Αρκετές ιστορίες για την ανακάλυψη του ρουθηνίου Χημεία στο σχολείο, 2010, Αρ. 9 σελ. 79

Ιστορία

προέλευση του ονόματος

Παραλαβή

Το ρουθήνιο λαμβάνεται ως «απόβλητο» από τον καθαρισμό της πλατίνας και των μετάλλων της πλατίνας.

Σημαντική πηγή ρουθηνίου για την εξόρυξή του είναι η απομόνωσή του από θραύσματα σχάσης πυρηνικών υλικών (πλουτώνιο, ουράνιο, θόριο), όπου η περιεκτικότητά του σε ράβδους αναλωμένου καυσίμου φτάνει τα 250 γραμμάρια ανά τόνο αναλωμένου πυρηνικού καυσίμου.

Έχει επίσης αναπτυχθεί μια τεχνολογία για την παραγωγή ρουθηνίου από τεχνήτιο-99 χρησιμοποιώντας ακτινοβολία νετρονίων του μολυβδαινίου.

Παραγωγή, αποθέματα και τιμή

ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ

Ισοτοπική σύνθεση

Το φυσικό ρουθήνιο έχει επτά σταθερά ισότοπα:

96 Ru (5,7% κατά μάζα), 98 Ru (2,2%), 99 Ru (12,8%), 100 Ru (12,7%), 101 Ru (13%), 102 Ru (31, 3%) και 104 Ru (18,3 %).

Φυσικές ιδιότητες

Από πυρίμαχο ( Τ pl \u003d 2334 ° C) το ρουθήνιο είναι δεύτερο μόνο σε λίγα στοιχεία - ρήνιο, όσμιο, μολυβδαίνιο, ιρίδιο, βολφράμιο, ταντάλιο και νιόβιο.

Χημικές ιδιότητες

Το ρουθήνιο είναι ένα εξαιρετικά αδρανές μέταλλο.

ανόργανες ενώσεις

Οργανική χημεία του ρουθηνίου

Το ρουθήνιο σχηματίζει μια σειρά από οργανομεταλλικές ενώσεις και είναι ενεργός καταλύτης.

Εφαρμογή

• Μια μικρή προσθήκη ρουθηνίου (0,1%) αυξάνει την αντοχή στη διάβρωση του τιτανίου.
• Σε ένα κράμα με πλατίνα, χρησιμοποιείται για την κατασκευή εξαιρετικά ανθεκτικών στη φθορά ηλεκτρικών επαφών.
• Το διοξείδιο του ρουθηνίου και τα ρουθενικά βισμούθια χρησιμοποιούνται σε αντιστάσεις παχιάς μεμβράνης. Αυτές οι δύο εφαρμογές στα ηλεκτρονικά καταναλώνουν περίπου το 50% του παραγόμενου ρουθηνίου.
• Καταλύτης για πολλές χημικές αντιδράσεις. Μια πολύ σημαντική θέση του ρουθηνίου ως καταλύτη στα συστήματα καθαρισμού του νερού των τροχιακών σταθμών.
• Το Ruthenium red en χρησιμοποιείται ως ανταγωνιστικός ανταγωνιστής για τη μελέτη των διαύλων ιόντων (CatSper1, TASK, RyR1, RyR2, RyR3, TRPM6, TRPM8, TRPV1, TRPV2, TRPV3, TRPV4, TRPV5, TRPV6, TRPA1, mrpV6, TRPA1, mC1, mCaCa) .

Επίσης μοναδική είναι η ικανότητα του ρουθηνίου να δεσμεύει καταλυτικά το ατμοσφαιρικό άζωτο σε θερμοκρασία δωματίου. Μια ανακάλυψη που έγινε πειραματικά από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα το 2018 δείχνει ότι το χημικό στοιχείο ρουθήνιο είναι το τέταρτο στοιχείο με μοναδικές μαγνητικές ιδιότητες σε θερμοκρασία δωματίου. Μέχρι πρόσφατα, μόνο τρία σταθερά μαγνητικά στοιχεία ήταν γνωστά στους ανθρώπους, ο σίδηρος (Fe), το κοβάλτιο (Co), το νικέλιο (Ni) και, εν μέρει, το γαδολίνιο (Gd), το οποίο χάνει τις μαγνητικές του ιδιότητες σε θερμοκρασίες άνω των 8 βαθμών Κελσίου. Η ανακάλυψη ενός νέου μαγνητικού υλικού μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων τύπων αισθητήρων, συσκευών αποθήκευσης, επεξεργασίας πληροφοριών και μιας σειράς άλλων ηλεκτρονικών και ηλεκτρομηχανικών συσκευών. Εκτός από τις παραδοσιακές τεχνολογίες που χρησιμοποιούν τις μαγνητικές ιδιότητες των υλικών, η εμφάνιση ενός νέου μαγνητικού υλικού μπορεί να παίξει σημαντικό ρόλο στην περαιτέρω ανάπτυξημια σειρά από νέες κατευθύνσεις, όπως η σπιντρονική. Αυτό θα ευνοηθεί από το γεγονός ότι οι τεχνολογίες για την ανάπτυξη λεπτών μεμβρανών και τη δημιουργία νανοδομών έχουν ήδη φτάσει στο επίπεδο που επιτρέπει την παραγωγή υλικών με μοναδικές ιδιότητες που δεν έχουν τα ίδια υλικά φυσικής προέλευσης.

Το ρουθήνιο και τα κράματά του χρησιμοποιούνται ως δομικά υλικά υψηλής θερμοκρασίας στην αεροδιαστημική μηχανική και μέχρι τους 1500°C είναι ανώτερα σε αντοχή από τα καλύτερα κράματα μολυβδαινίου και βολφραμίου (έχοντας επίσης το πλεονέκτημα της υψηλής αντοχής στην οξείδωση).

Φυσιολογική δράση και βιολογικός ρόλος

Το ρουθήνιο φαίνεται να είναι ιχνοστοιχείο. Είναι το μόνο μέταλλο πλατίνας που βρίσκεται στη σύνθεση των ζωντανών οργανισμών (σύμφωνα με ορισμένες πηγές είναι και η πλατίνα). Συγκεντρώνεται κυρίως στον μυϊκό ιστό.