ประวัติการค้นพบรูทีเนียมองค์ประกอบทางเคมี รูทีเนียม. คุณสมบัติของรูทีเนียม การใช้รูทีเนียม ค้นพบและพิสูจน์
รูทีเนียมเป็นโลหะที่เบาที่สุดและ "สูงส่ง" น้อยที่สุดในบรรดาโลหะกลุ่มแพลตตินัมทั้งหมด อาจเป็นองค์ประกอบที่ "หลากหลาย" ที่สุด (รู้จักสถานะความจุเก้าสถานะ) แม้จะมีประวัติศาสตร์การวิจัยมากกว่าครึ่งศตวรรษ แต่ก็ยังมีคำถามและปัญหามากมายสำหรับนักเคมีสมัยใหม่ในปัจจุบัน รูทีเนียมเป็นองค์ประกอบทางเคมีคืออะไร? เริ่มต้นด้วยการพูดนอกเรื่องสั้น ๆ ในประวัติศาสตร์
ลึกลับและร่ำรวย
ชื่อและประวัติของการค้นพบรูทีเนียมนั้นเชื่อมโยงกับรัสเซียอย่างแยกไม่ออก ในตอนต้นของศตวรรษที่ XΙX ชุมชนโลกรู้สึกตื่นเต้นและกังวลกับข่าวที่ว่าแหล่งแร่ทองคำขาวที่ร่ำรวยที่สุดถูกค้นพบในจักรวรรดิรัสเซีย มีข่าวลือว่าในเทือกเขาอูราลการสกัดโลหะล้ำค่านี้สามารถทำได้ด้วยพลั่วธรรมดา ความจริงของการค้นพบเงินฝากที่ร่ำรวยได้รับการยืนยันในไม่ช้าโดยข้อเท็จจริงที่ว่ารัฐมนตรีว่าการกระทรวงการคลังของรัสเซีย E.F. Kankrin ได้ส่งพระราชกฤษฎีกาสูงสุดเกี่ยวกับเหรียญกษาปณ์จากแพลตตินั่มไปยังโรงกษาปณ์เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก ในปีต่อ ๆ มา มีการหมุนเวียนเหรียญประมาณหนึ่งล้านครึ่ง (3.6 และ 12 รูเบิล) สำหรับการผลิตซึ่งใช้โลหะมีค่า 20 ตัน
"การค้นพบ" Ozanna
ศาสตราจารย์ Gottfried Ozann จากมหาวิทยาลัย Derpt-Yuryevsky (ปัจจุบันคือ Tartu) ได้ทำการศึกษาองค์ประกอบของแร่มีค่า Ural เขาได้ข้อสรุปว่าแพลตตินัมมาพร้อมกับโลหะที่ไม่รู้จักสามชนิด ได้แก่ พหุนาม พหุนาม และรูทีเนียม ซึ่งเป็นชื่อที่ Ozann ตั้งให้เอง เขาตั้งชื่อคนที่สามเพื่อเป็นเกียรติแก่รัสเซีย (จากภาษาละติน Ruthenia)
เพื่อนร่วมงานของ Ozanne ทั่วยุโรป นำโดย Jens Berzelius นักเคมีชาวสวีเดนที่มีอำนาจมากที่สุด วิจารณ์ข้อความของศาสตราจารย์เป็นอย่างมาก ในความพยายามที่จะพิสูจน์ตัวเองนักวิทยาศาสตร์ได้ทำซ้ำการทดลองหลายครั้ง แต่ไม่สามารถทำได้ผลก่อนหน้านี้
สองทศวรรษต่อมา ศาสตราจารย์วิชาเคมี Karl Karlovich Klauss (มหาวิทยาลัย Kazan) เริ่มสนใจงานของ Ozanne เขาได้รับอนุญาตจากรัฐมนตรีกระทรวงการคลังให้รับการผลิตเหรียญเหลือหลายปอนด์จากห้องปฏิบัติการของโรงกษาปณ์เพื่อทำการตรวจสอบอีกครั้ง
นักวิชาการชาวรัสเซีย A.E. Arbuzov ตั้งข้อสังเกตในงานเขียนของเขาว่าเพื่อที่จะค้นพบองค์ประกอบใหม่ในสมัยนั้น นักเคมีจำเป็นต้องมีความพากเพียรและความอุตสาหะอย่างยิ่ง การสังเกตและหยั่งรู้ และที่สำคัญที่สุดคือการทดลองที่ละเอียดอ่อน คุณสมบัติทั้งหมดข้างต้นมีอยู่ใน Karl Klauss รุ่นเยาว์ในระดับสูงสุด
การวิจัยของนักวิทยาศาสตร์มีและ คุณค่าทางปฏิบัติ- การสกัดเพิ่มเติมของทองคำขาวบริสุทธิ์จากเศษแร่ หลังจากพัฒนาแผนการทดลองของตัวเองแล้ว Klauss ได้หลอมรวมวัสดุแร่กับดินประสิวและสกัดองค์ประกอบที่ละลายได้: ออสเมียม อิริเดียม และแพลเลเดียม ส่วนที่ไม่ละลายน้ำได้สัมผัสกับส่วนผสมของกรดเข้มข้น ("aqua regia") และการกลั่น ในการตกตะกอนของเหล็กไฮดรอกไซด์ เขาค้นพบการมีอยู่ของโลหะที่ไม่รู้จักและแยกโลหะนั้นออกก่อนในรูปของซัลไฟด์ก่อน จากนั้นจึงอยู่ในรูปบริสุทธิ์ (ประมาณ 6 กรัม) ศาสตราจารย์ยังคงชื่อที่เสนอโดย Ozann สำหรับองค์ประกอบ - รูทีเนียม
ค้นพบและพิสูจน์
แต่ปรากฏว่า ประวัติการค้นพบ องค์ประกอบทางเคมีรูทีเนียมเพิ่งเริ่มต้น หลังจากการตีพิมพ์ผลการศึกษาในปี พ.ศ. 2387 มีการวิจารณ์มากมายเกี่ยวกับ Clauss ข้อสรุปของนักวิทยาศาสตร์คาซานที่ไม่รู้จักได้รับการตอบรับอย่างไม่มั่นใจจากนักเคมีที่ใหญ่ที่สุดในโลก แม้แต่การส่งตัวอย่างขององค์ประกอบใหม่ไปยัง Berzelius ก็ไม่ได้ช่วยสถานการณ์ ตามที่อาจารย์ชาวสวีเดนกล่าว รูทีเนียมของเคลาส์เป็นเพียง "ตัวอย่างอิริเดียมที่ไม่บริสุทธิ์"
เฉพาะคุณสมบัติที่โดดเด่นของ Karl Karlovich ในฐานะนักเคมีและนักทดลองเชิงวิเคราะห์และการศึกษาเพิ่มเติมหลายชุดทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถพิสูจน์กรณีของเขาได้ ในปี พ.ศ. 2389 การค้นพบนี้ได้รับการยอมรับและยืนยันอย่างเป็นทางการ สำหรับงานของเขา Klauss ได้รับรางวัล Demidov Prize จาก Russian Academy of Sciences ในจำนวน 10,000 rubles ด้วยความสามารถและความอุตสาหะของศาสตราจารย์คาซาน รูทีเนียมได้เข้าร่วมกลุ่ม platinoids ซึ่งเป็นองค์ประกอบแรกที่ค้นพบในรัสเซีย (และวันนี้น่าเสียดายที่โรงเรียนเคมีแห่งเดียวในรัสเซีย)
การวิจัยต่อไป
พื้นที่ใช้งาน
แม้ว่าคุณสมบัติทั้งหมดของโลหะมีตระกูลในรูทีเนียมจะมีอยู่ครบถ้วน แต่องค์ประกอบดังกล่าวยังไม่ได้รับการกระจายอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมเครื่องประดับ ใช้เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับโลหะผสมและทำให้เครื่องประดับราคาแพงมีความทนทานมากขึ้น
ในแง่ของปริมาณรูทีเนียมที่บริโภค ภาคอุตสาหกรรมจะจัดตามลำดับต่อไปนี้:
- อิเล็กทรอนิกส์
- เคมีไฟฟ้า.
- เคมี.
คุณสมบัติตัวเร่งปฏิกิริยาขององค์ประกอบเป็นที่ต้องการอย่างมาก มันถูกใช้ในการสังเคราะห์กรดไฮโดรไซยานิกและไนตริกในการผลิตไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวกลีเซอรีนและพอลิเมอไรเซชันของเอทิลีน ในอุตสาหกรรมโลหะวิทยา สารเติมแต่งรูทีเนียมถูกใช้เพื่อเพิ่มคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อน เพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้กับโลหะผสม ความทนทานต่อสารเคมีและทางกล ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของรูทีเนียมมักช่วยนักวิทยาศาสตร์ในการวิจัย
สารประกอบหลายชนิดของธาตุนี้ยังพบว่ามีการใช้เป็นสารออกซิไดซ์และสีย้อมที่ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คลอไรด์ถูกใช้เพื่อเพิ่มความเรืองแสง
ความสำคัญทางชีวภาพ
รูทีเนียมมีความสามารถในการสะสมในเซลล์ของเนื้อเยื่อที่มีชีวิตซึ่งส่วนใหญ่เป็นเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ มันสามารถกระตุ้นการพัฒนาของอาการแพ้มีผลเสียต่อเยื่อเมือกของดวงตาและทางเดินหายใจส่วนบน
ในทางการแพทย์ใช้โลหะมีตระกูลเพื่อรับรู้เนื้อเยื่อที่ได้รับผลกระทบ ยาที่ใช้รักษาวัณโรคและการติดเชื้อต่างๆ ที่ส่งผลต่อผิวหนังมนุษย์ ด้วยเหตุผลนี้ จึงดูมีแนวโน้มมากที่จะใช้ความสามารถของรูทีเนียมเพื่อสร้างสารเชิงซ้อนไนโตรโซที่เสถียรในการต่อสู้กับโรคที่เกี่ยวข้องกับความเข้มข้นของไนเตรตที่มากเกินไปในร่างกายมนุษย์
ใครผิด?
เมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ชาวยุโรปตะวันตกได้รบกวนสาธารณชนอย่างจริงจังด้วยข้อความว่าเนื้อหาของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของ ruthenium Ru 106 กำลังเติบโตทั่วทั้งทวีป ผู้เชี่ยวชาญ ยกเว้นการสร้างตัวเองในชั้นบรรยากาศโดยสิ้นเชิง เช่นเดียวกับการปลดปล่อยโดยไม่ได้ตั้งใจจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ตั้งแต่นั้นมา นิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีของซีเซียมและไอโอดีนก็จำเป็นต้องมีอยู่ในอากาศ ซึ่งไม่ได้รับการยืนยันจากข้อมูลการทดลอง ผลกระทบของไอโซโทปนี้ต่อร่างกายมนุษย์ เช่นเดียวกับธาตุกัมมันตภาพรังสี นำไปสู่การฉายรังสีของเนื้อเยื่อและอวัยวะ การพัฒนาของมะเร็ง แหล่งมลพิษที่เป็นไปได้ตามสื่อตะวันตกตั้งอยู่ในอาณาเขตของรัสเซียยูเครนหรือคาซัคสถาน
เพื่อเป็นการตอบโต้ ตัวแทนของ Department of Communications of Rosatom กล่าวว่าองค์กรทุกแห่งในบรรษัทของรัฐทำงานและทำงานตามปกติ สำนักงานพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (IAEA) ตามความเห็นของสำนักงานพลังงานปรมาณูซึ่งอิงตามข้อมูลการตรวจสอบของตนเองเรียกข้อกล่าวหาทั้งหมดว่า สหพันธรัฐรัสเซียโคมลอย.
รูทีเนียมเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยด้านข้างของกลุ่มที่แปดของช่วงที่ห้าของระบบธาตุเคมีของ D. I. Mendeleev เลขอะตอม 44 มันถูกแทนด้วยสัญลักษณ์ Ru (lat. รูทีเนียม).
ประวัติการค้นพบรูทีเนียมประวัติความเป็นมาของการค้นพบองค์ประกอบนี้เริ่มขึ้นในรัสเซียเมื่อมีการค้นพบทองคำขาวในเทือกเขาอูราลในช่วงทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษที่ 19 ข่าวการค้นพบนี้แพร่กระจายไปทั่วโลกอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดความวิตกกังวลและความไม่สงบในตลาดต่างประเทศ ในบรรดานักเก็งกำไรต่างชาติ มีข่าวลือเกี่ยวกับนักเก็ตขนาดมหึมา เกี่ยวกับทรายแพลตตินั่ม ซึ่งนักขุดแพลตตินั่มใช้พลั่วตักโดยตรง เงินฝากของแพลตตินั่มกลายเป็นคนรวยและ Count Kankrin ซึ่งในเวลานั้นเป็นรัฐมนตรีว่าการกระทรวงการคลังของรัสเซียสั่งให้ทำเหรียญแพลตตินั่ม เหรียญเริ่มสร้างมูลค่า 3.6 และ 12 รูเบิล มีการออกเหรียญแพลตตินั่ม 1,400,000 เหรียญซึ่งใช้แพลตตินั่มพื้นเมืองมากกว่า 20 ตัน
ในปีที่ Kankrin สั่งให้ทำเหรียญกษาปณ์ Ozann ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัย Yuryev ได้ตรวจสอบตัวอย่างของ Ural platinum ได้ข้อสรุปว่าทองคำขาวมาพร้อมกับโลหะใหม่สามชนิด Ozann เรียกหนึ่งในนั้นว่า semi-ran, ตัวที่สอง - พหุนามและตัวที่สามเพื่อเป็นเกียรติแก่ชื่อละติน รัสเซีย - รูทีเนียมให้ชื่อ - รูทีเนียม นักเคมีทักทาย "การค้นพบ" ของ Ozanne ด้วยความไม่ไว้วางใจ นักเคมีชาวสวีเดนชื่อ Berzelius ซึ่งมีอำนาจในเวลานั้นทั่วโลกอย่างแท้จริง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการประท้วง ข้อพิพาทที่เกิดขึ้นระหว่าง Ozann และ Berzelius ได้ดำเนินการเพื่อแก้ไขศาสตราจารย์วิชาเคมีที่ Kazan University K.K. Klaus เมื่อได้รับเศษเล็กเศษน้อยจากการขุดเหรียญแพลตตินั่ม Klaus ค้นพบโลหะใหม่ในนั้นซึ่งเขายังคงชื่อรูทีเนียมที่เสนอโดย Ozann เมื่อวันที่ 13 กันยายน ค.ศ. 1844 Klaus ได้ทำรายงานที่ Academy of Sciences เกี่ยวกับองค์ประกอบใหม่และคุณสมบัติขององค์ประกอบ ในปี ค.ศ. 1845 รายงานของเคลาส์เรื่อง "การศึกษาทางเคมีของซากแร่ทองคำขาวอูราลและโลหะรูทีเนียม" ได้รับการตีพิมพ์เป็นหนังสือแยกต่างหาก "... ศึกษาวัสดุจำนวนเล็กน้อย - ไม่เกินหกกรัมทั้งหมด โลหะบริสุทธิ์- ไม่อนุญาตให้ฉันค้นคว้าต่อไป "Klaus เขียนไว้ในหนังสือของเขา อย่างไรก็ตาม ข้อมูลที่ได้รับเกี่ยวกับคุณสมบัติของโลหะใหม่ทำให้ Klaus สามารถประกาศการค้นพบองค์ประกอบทางเคมีใหม่อย่างแน่นหนา
ต้องการทำความคุ้นเคยกับนักวิทยาศาสตร์ต่างชาติเกี่ยวกับการค้นพบองค์ประกอบใหม่ Klaus ได้ส่งตัวอย่างโลหะไปยัง Berzelius คำตอบของ Berzelius แปลกที่จะพูดน้อย มีในมือ องค์ประกอบใหม่ด้วยรายละเอียดของคุณสมบัติ เขาไม่เห็นด้วยกับความคิดเห็นของเคลาส์ Berzelius กล่าวว่าโลหะที่ได้รับจาก Klaus เป็น "ตัวอย่างอิริเดียมที่ไม่บริสุทธิ์" ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่รู้จักกันมานาน ต่อมา Berzelius ถูกบังคับให้ยอมรับความผิดพลาดของเขา
รับรูทีเนียมการแยกโลหะแพลตตินั่มและได้มาในรูปแบบบริสุทธิ์ (การกลั่น) นั้นดีมาก งานยากซึ่งต้องใช้แรงงาน เวลา รีเอเจนต์ราคาแพง และทักษะสูง แพลตตินั่มพื้นเมือง "เศษ" ของแพลตตินั่ม และวัสดุอื่นๆ จะได้รับการบำบัดด้วย "รอยัลวอดก้า" ด้วยความร้อนต่ำก่อน ในกรณีนี้ แพลตตินัมและแพลเลเดียมจะผ่านเข้าไปในสารละลายในรูปของ H2 และ H2, ทองแดง, เหล็กและนิกเกิลอย่างสมบูรณ์ - ในรูปของคลอไรด์ CuCl2, FeCl3, NiCl2 โรเดียมและอิริเดียมละลายบางส่วนในรูปของ H3 และ H2 สารตกค้างที่ไม่ละลายใน aqua regia ประกอบด้วยสารประกอบของออสเมียมกับอิริเดียมเช่นเดียวกับแร่ธาตุที่เกี่ยวข้อง (ควอตซ์ SiO2, แร่เหล็กโครเมียม FeCr2O4, แร่เหล็กแม่เหล็ก Fe3O4 เป็นต้น) หลังจากกรองสารละลายแล้วแพลตตินัมจะถูกตกตะกอนด้วยแอมโมเนียม คลอไรด์ อย่างไรก็ตาม เพื่อให้การตกตะกอนของแอมโมเนียมเฮกซะคลอโรพลาติเนตไม่มีอิริเดียม ซึ่งยังก่อให้เกิดแอมโมเนียมเฮกซะคลอโรอิริไดต์ (IV) (NH4)2 ที่ละลายได้เพียงเล็กน้อย จึงจำเป็นต้องลด Ir (IV) เป็น Ir (III) ทำได้โดยการเพิ่มน้ำตาลอ้อย C12H22O14 (วิธีการของ I.I. Chernyaev) แอมโมเนียมเฮกซะคลอริริไดต์ (III) สามารถละลายได้ในน้ำและแอมโมเนียมคลอไรด์ไม่ตกตะกอน การตกตะกอนของแอมโมเนียมเฮกซะคลอโรพลาติเนตจะถูกกรอง ล้าง ตากให้แห้ง และเผา ฟองน้ำแพลตตินั่มที่ได้จะถูกกดและหลอมรวมเข้ากับเปลวไฟออกซิเจนไฮโดรเจนหรือในเตาไฟฟ้าความถี่สูงไฟฟ้า แพลเลเดียม โรเดียม และอิริเดียมสกัดจากตัวกรองจากแอมโมเนียม อิริเดียม ออสเมียม และรูทีเนียมแยกออกจากโลหะผสมอิริเดียม การดำเนินการทางเคมีที่จำเป็นสำหรับการดำเนินการนี้มีความซับซ้อนมาก ปัจจุบันแหล่งที่มาหลักของโลหะแพลตตินั่มคือแร่ทองแดงนิกเกิลซัลไฟด์ อันเป็นผลมาจากการประมวลผลที่ซับซ้อน โลหะที่เรียกว่า "หยาบ" จะถูกถลุง - นิกเกิลและทองแดงที่ปนเปื้อน ในระหว่างการกลั่นด้วยไฟฟ้า โลหะมีตระกูลจะสะสมในรูปของตะกอนแอโนด ซึ่งจะถูกส่งไปยังการกลั่น
แหล่งที่มาที่สำคัญของรูทีเนียมสำหรับการสกัดคือการแยกออกจากชิ้นส่วนฟิชชันของวัสดุนิวเคลียร์ (พลูโทเนียม ยูเรเนียม ทอเรียม) ซึ่งเนื้อหาในแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้วถึง 250 กรัมต่อเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ "เผาแล้ว"
คุณสมบัติทางกายภาพของรูทีเนียมในแง่ของการหักเหของแสง (Tmelt 2250 ° C) รูทีเนียมนั้นด้อยกว่าองค์ประกอบหลายอย่างเท่านั้น - รีเนียม, ออสเมียม, ทังสเตน
คุณสมบัติที่มีค่าที่สุดของรูทีเนียมคือการหักเห ความแข็ง ทนต่อสารเคมี และความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาเคมีบางอย่าง สารประกอบที่มีความจุ 3+, 4+ และ 8+ มีลักษณะเฉพาะมากที่สุด มีแนวโน้มที่จะสร้างสารประกอบที่ซับซ้อน ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในโลหะผสมกับโลหะแพลตตินั่ม เป็นวัสดุสำหรับปลายแหลม สำหรับหน้าสัมผัส อิเล็กโทรด และในเครื่องประดับ
คุณสมบัติทางเคมีของรูทีเนียมรูทีเนียมและออสเมียมเปราะและแข็งมาก ภายใต้การกระทำของออกซิเจนและตัวออกซิไดซ์อย่างแรง พวกมันจะสร้างออกไซด์ RuO4 และ OsO4 เหล่านี้เป็นผลึกสีเหลืองละลายต่ำ ไอระเหยของสารทั้งสองมีกลิ่นฉุน กลิ่นไม่พึงประสงค์ และเป็นพิษสูง สารประกอบทั้งสองให้ออกซิเจนได้ง่าย โดยลดลงเหลือ RuO2 และ OsO2 หรือเป็นโลหะ ด้วยด่าง RuO4 ให้เกลือ (รูทีเนต): 2Ru04 + 4KOH = 2K2RuO4 + 2H2O + O2
การใช้รูทีเนียม- การเติมรูทีเนียมเล็กน้อย (0.1%) จะเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของไททาเนียม
- ในโลหะผสมที่มีแพลตตินั่ม จะใช้เพื่อทำหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าที่ทนทานต่อการสึกหรออย่างยิ่ง
- ตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาเคมีหลายอย่าง รูทีเนียมที่สำคัญมากเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในระบบทำน้ำให้บริสุทธิ์ของสถานีโคจร
ความสามารถพิเศษอีกอย่างของรูทีเนียมในการจับไนโตรเจนในบรรยากาศแบบเร่งปฏิกิริยาที่อุณหภูมิห้อง
รูทีเนียมและโลหะผสมของรูทีเนียมถูกใช้เป็นวัสดุโครงสร้างที่ทนความร้อนในวิศวกรรมการบินและอวกาศ และสูงถึง 1,500 °C มีความแข็งแรงเหนือกว่า โลหะผสมที่ดีที่สุดโมลิบดีนัมและทังสเตน (มีข้อดีคือมีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันสูงเช่นกัน)
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา รูทีเนียมออกไซด์ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางว่าเป็นวัสดุสำหรับการผลิตตัวเก็บประจุยิ่งยวดสำหรับพลังงานไฟฟ้า โดยมีความจุไฟฟ้าจำเพาะมากกว่า 700 ฟารัด/กรัม
การใช้รูทีเนียมในการปลูกกราฟีน
นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Brookhaven (USA) ได้แสดงให้เห็นว่าในระหว่างการเติบโตของ epitaxial ของ graphene บนพื้นผิว Ru (0001) จะเกิดบริเวณกราฟีนด้วยตาเปล่า ในกรณีนี้ การเติบโตจะดำเนินไปทีละชั้น และแม้ว่าชั้นแรกจะถูกยึดติดอย่างแน่นหนากับสารตั้งต้น แต่ชั้นที่สองแทบไม่มีปฏิสัมพันธ์กับมันและยังคงรักษาคุณสมบัติเฉพาะของกราฟีนเอาไว้
การสังเคราะห์ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าความสามารถในการละลายของคาร์บอนในรูทีเนียมนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างมาก ที่ 1150 องศาเซลเซียส รูทีเนียมอิ่มตัวด้วยคาร์บอน และเมื่ออุณหภูมิลดลงถึง 825 องศาเซลเซียส คาร์บอนจะขึ้นมาที่พื้นผิว ส่งผลให้เกิดเกาะกราฟีนที่มีขนาดใหญ่กว่า 100 ไมโครเมตร เกาะต่างๆเติบโตและรวมกันหลังจากนั้นการเติบโตของชั้นที่สองเริ่มต้นขึ้น
รูทีเนียม (ตามเนื้อหาในแร่ทองคำขาว) เป็นโลหะที่หายากที่สุดในบรรดาโลหะแพลตตินัม มันถูกค้นพบโดยศาสตราจารย์คาซาน Klaus ซึ่งในปี 1844 พบองค์ประกอบใหม่ในซากแร่ทองคำอูราลซึ่งเขาเรียกว่ารูทีเนียม (จากละตินรูธีเนียตอนปลาย - รัสเซีย) เคลาส์ได้รับรูทีเนียมบริสุทธิ์ ศึกษาคุณสมบัติทางเคมี กำหนดน้ำหนักอะตอม และชี้ให้เห็นความคล้ายคลึงกันระหว่างรูทีเนียมไตรแอด - โรเดียม - แพลเลเดียม และออสเมียม - อิริเดียม - แพลตตินั่ม
รูทีเนียมเป็นดาวเทียมของแพลตตินัม มีอยู่ในออสมีริเดียมเป็นส่วนใหญ่ - สารตกค้างหลังจากแยกแร่ทองคำขาวกับกรดกัดทอง ไม่ค่อยพบมากในรูปของแร่อิสระ - ลอไรต์, รูทีเนียมซัลไฟด์ RuS 2 ที่มีออสเมียม
ใบเสร็จ:
สารตกค้างจากการกลั่นด้วยทองคำขาวหรือการกลั่นด้วยไฟฟ้าของทองแดงจะถูกแปลงเป็น (NH 4) 2 ซึ่งถูกเผาเป็น RuO 2 ส่วนหลังจะลดลงด้วยไฮโดรเจน
ในสถานะคอลลอยด์ รูทีเนียมสามารถรับได้โดยการลดเกลือของมันด้วยไฮดราซีนต่อหน้ากัมอารบิกหรืออะโครลีน
ในปัจจุบัน เชื้อเพลิงใช้แล้วจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ยังสามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งของรูทีเนียมได้ เนื่องจากมันเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ฟิชชันของวัสดุนิวเคลียร์ (พลูโทเนียม ยูเรเนียม ทอเรียม)
คุณสมบัติทางกายภาพ:
รูทีเนียมขึ้นอยู่กับวิธีการผลิตเป็นโลหะมันวาวสีเทาหม่นหรือสีเงินขาวซึ่งมีความแข็งสูงมาก อย่างไรก็ตามมันเปราะบางมากจนสามารถบดเป็นผงได้ง่าย เป็นวัสดุทนไฟมากและละลายที่อุณหภูมิสูงกว่าแพลตตินั่มมาก ในอาร์คไฟฟ้าในระหว่างการหลอม Ru จะระเหยไปพร้อม ๆ กัน มันยังผ่านเข้าสู่เฟสของแก๊สเมื่อมีการเผาอย่างรุนแรงในอากาศ แต่ในกรณีนี้ ไม่ใช่โลหะที่ลอยได้ แต่เป็นเตตรอกไซด์ซึ่งมีความเสถียรที่อุณหภูมิสูงมาก
คุณสมบัติทางเคมี:
ในกรณีที่ไม่มีออกซิเจนในบรรยากาศ รูทีเนียมก็จะไม่เกิดกรด แม้แต่กรดน้ำกัดเซาะ อย่างไรก็ตาม กรดไฮโดรคลอริกที่มีอากาศจะค่อยๆ ละลายในอุณหภูมิปกติ และที่ 125 ° (ในหลอดที่ปิดสนิท) ค่อนข้างเร็ว เมื่อถูกความร้อนในอากาศ รูทีเนียมจะเปลี่ยนเป็นสีดำเนื่องจากการเกิดออกซิเดชันที่พื้นผิว ฟลูออรีนทำหน้าที่กับรูทีเนียมที่เป็นผงซึ่งต่ำกว่าอุณหภูมิความร้อนสีแดง และคลอรีน - ที่ความร้อนสีแดง รูทีเนียมผงทำปฏิกิริยากับกำมะถันภายใต้สภาวะพิเศษเท่านั้น ด้วยฟอสฟอรัสทำให้เกิดสารประกอบ RuP 2 และ RuP และ Ru 2 P; ด้วยสารหนูเช่นเดียวกับแพลตตินัม ruthenium ให้ diarsenide RuAs 2 . ด่างในที่ที่มีออกซิเจนหรือสารที่ปล่อยออกซิเจนได้ง่าย เช่น สารผสมของ KOH กับ KNO 3 หรือ K 2 CO 3 กับ KCIO 3 เช่นเดียวกับเปอร์ออกไซด์ เช่น Na 2 O 2 หรือ BaO 2 ที่อุณหภูมิสูง ทำหน้าที่อย่างจริงจังกับรูทีเนียมก่อตัวด้วยสะเดา ruthenates(VI) M 1 2 RuO 4 . ทีซี 2 โอ 7
การเชื่อมต่อที่สำคัญที่สุด:
รูทีเนียมไดออกไซด์ RuO 2 ได้มาในรูปของผงสีน้ำเงิน-ดำโดยให้ความร้อนผงรูทีเนียม คลอไรด์ หรือซัลไฟด์ในกระแสออกซิเจน RuO 2 ถูกทำให้ลดลงโดยไฮโดรเจนที่อุณหภูมิต่ำ ที่อุณหภูมิสูงมาก RuO 2 เริ่มสลายตัวเป็นรูทีเนียมและออกซิเจน
รูทีเนียมเตตรอกไซด์ RuO 4 ได้มาจากการส่งผ่านคลอรีนผ่านสารละลายของรูทีเนตโลหะอัลคาไลหรือโดยการเติมอัลคาไลส่วนเกินลงในสารละลายของเกลือรูทีเนียม มันสร้างเข็มสีเหลือง ละลายที่ 25 องศาเป็นของเหลวสีส้ม เมื่อถูกความร้อนประมาณ 108 °, RuO 4 c ระเบิดแรงสลายตัวเป็น RuO 2 และ O 2 Ruthenium tetroxide ทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับสารอินทรีย์โดยปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์จะเกิดขึ้นพร้อมกับการระเบิด
รูทีเนียมเพนตาคาร์บอนิล Ru(CO) 5 ของเหลวระเหย ติดไฟในอากาศ ใช้สำหรับเคลือบ Ru บนแก้ว เซรามิก และโลหะ
สารประกอบเชิงซ้อนของรูทีเนียมเป็นจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันสามารถสร้างพันธะในตัวพวกมันได้ แม้จะมีลิแกนด์ที่ผิดปกติอย่างเช่น โมเลกุลไนโตรเจน ก่อตัวขึ้น ตัวอย่างเช่น สารประกอบ Cl 2
แอปพลิเคชัน:
การผลิตตัวเร่งปฏิกิริยา สารเคลือบตกแต่งและป้องกัน โลหะผสม การเพิ่มรูทีเนียมเล็กน้อยโดยทั่วไปจะเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน ความแข็งแรง และความแข็งของโลหะผสม ซึ่งมีค่าสำหรับการผลิตหน้าสัมผัสไฟฟ้าที่ทนต่อการสึกหรอ
การผลิตรูทีเนียมประจำปีในปี 2552 อยู่ที่ประมาณ 18 ตัน
G. Elfimova
ดูสิ่งนี้ด้วย:
Fedorenko N.V. KKKlaus: การค้นพบรูทีเนียมเคมีที่โรงเรียน พ.ศ. 2520 ฉบับที่ 4
Shulchus A. เรื่องราวการค้นพบรูทีเนียมหลายเรื่อง เคมีที่โรงเรียน 2010 ฉบับที่ 9 หน้า 79
รุ
↓
Os
เรื่องราว
ที่มาของชื่อ
ใบเสร็จ
รูทีเนียมได้มาเป็น "ของเสีย" จากการกลั่นโลหะแพลตตินัมและแพลตตินั่ม
แหล่งสำคัญของรูทีเนียมสำหรับการสกัดคือการแยกออกจากชิ้นส่วนฟิชชันของวัสดุนิวเคลียร์ (พลูโทเนียม ยูเรเนียม ทอเรียม) ซึ่งเนื้อหาในแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้วถึง 250 กรัมต่อเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้ว
เทคโนโลยีได้รับการพัฒนาเพื่อผลิตรูทีเนียมจากเทคนีเชียม-99 โดยใช้การฉายรังสีนิวตรอนของโมลิบดีนัม
การผลิต ปริมาณสำรองและราคา
คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี
องค์ประกอบไอโซโทป
รูทีเนียมธรรมชาติมีไอโซโทปที่เสถียรเจ็ดไอโซโทป:
96 Ru (5.7% โดยมวล), 98 Ru (2.2%), 99 Ru (12.8%), 100 Ru (12.7%), 101 Ru (13%), 102 Ru (31, 3%) และ 104 Ru (18.3) %)
คุณสมบัติทางกายภาพ
โดยการหักเห ( ตู่ pl \u003d 2334 ° C) รูทีเนียมเป็นอันดับสองรองจากองค์ประกอบไม่กี่อย่าง - รีเนียม, ออสเมียม, โมลิบดีนัม, อิริเดียม, ทังสเตน, แทนทาลัมและไนโอเบียม
คุณสมบัติทางเคมี
รูทีเนียมเป็นโลหะเฉื่อยสูง
สารประกอบอนินทรีย์
เคมีอินทรีย์ของรูทีเนียม
รูทีเนียมก่อให้เกิดสารประกอบออร์กาโนเมทัลลิกจำนวนหนึ่งและเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
แอปพลิเคชัน
- การเติมรูทีเนียมเล็กน้อย (0.1%) จะเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของไททาเนียม
- ในโลหะผสมที่มีแพลตตินั่ม จะใช้เพื่อทำหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าที่ทนทานต่อการสึกหรออย่างยิ่ง
- รูทีเนียมไดออกไซด์และบิสมัทรูทีเนตใช้ในตัวต้านทานแบบฟิล์มหนา การใช้งานทั้งสองนี้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใช้รูทีเนียมประมาณ 50% ที่ผลิตได้
- ตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาเคมีหลายอย่าง รูทีเนียมที่สำคัญมากเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในระบบทำน้ำให้บริสุทธิ์ของสถานีโคจร
- Ruthenium red en ถูกใช้เป็นศัตรูตัวฉกาจในการศึกษาช่องไอออน (CatSper1, TASK, RyR1, RyR2, RyR3, TRPM6, TRPM8, TRPV1, TRPV2, TRPV3, TRPV4, TRPV5, TRPV6, TRPA1, mCa1, HM1), mCa2, mCa2, mCa2 .
ความสามารถพิเศษอีกอย่างของรูทีเนียมในการจับไนโตรเจนในบรรยากาศแบบเร่งปฏิกิริยาที่อุณหภูมิห้อง การค้นพบที่ทำการทดลองโดยนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยมินนิโซตาในปี 2018 แสดงให้เห็นว่ารูทีเนียมองค์ประกอบทางเคมีเป็นองค์ประกอบที่สี่ที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กเฉพาะที่อุณหภูมิห้อง จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ผู้คนรู้จักธาตุแม่เหล็กที่เสถียรเพียงสามชนิดเท่านั้น ได้แก่ เหล็ก (Fe) โคบอลต์ (Co) นิกเกิล (Ni) และแกโดลิเนียม (Gd) บางส่วนซึ่งสูญเสียสมบัติทางแม่เหล็กของมันที่อุณหภูมิสูงกว่า 8 องศาเซลเซียส การค้นพบวัสดุแม่เหล็กชนิดใหม่อาจนำไปสู่การพัฒนาเซ็นเซอร์ชนิดใหม่ อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล การประมวลผลข้อมูล และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์เครื่องกลไฟฟ้าอื่นๆ นอกจากเทคโนโลยีแบบดั้งเดิมที่ใช้คุณสมบัติแม่เหล็กของวัสดุแล้ว การเกิดขึ้นของวัสดุแม่เหล็กชนิดใหม่สามารถมีบทบาทสำคัญใน พัฒนาต่อไปทิศทางใหม่ๆ เช่น สปินทรอนิกส์ สิ่งนี้จะได้รับความนิยมจากความจริงที่ว่าเทคโนโลยีสำหรับการปลูกฟิล์มบางและการสร้างโครงสร้างนาโนได้มาถึงระดับที่ช่วยให้การผลิตวัสดุที่มีคุณสมบัติเฉพาะที่วัสดุเดียวกันที่มาจากธรรมชาติไม่มี
รูทีเนียมและโลหะผสมของรูทีเนียมใช้เป็นวัสดุโครงสร้างที่มีอุณหภูมิสูงในวิศวกรรมการบินและอวกาศ และสูงถึง 15000°C นั้นเหนือกว่าในด้านความแข็งแรงเมื่อเทียบกับโลหะผสมที่ดีที่สุดของโมลิบดีนัมและทังสเตน (มีข้อได้เปรียบด้านความต้านทานการเกิดออกซิเดชันสูงเช่นกัน)
การกระทำทางสรีรวิทยาและบทบาททางชีวภาพ
รูทีเนียมดูเหมือนจะเป็นธาตุ เป็นโลหะแพลตตินั่มชนิดเดียวที่พบในองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิต มีความเข้มข้นส่วนใหญ่ในเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ
