Ruthenium is die ligste en minste "edel" van al die platinumgroepmetale. Dit is miskien die mees "multivalente" element (nege valensietoestande is bekend). Ten spyte van meer as 'n halfeeu se navorsingsgeskiedenis, stel dit vandag nog baie vrae en probleme aan moderne chemici. So, wat is rutenium as 'n chemiese element? Om mee te begin, 'n kort uitweiding in die geskiedenis.
Geheimsinnig en ryk
Die naam en geskiedenis van die ontdekking van rutenium is onlosmaaklik verbind met Rusland. Heel aan die begin van die 20ste eeu was die wêreldgemeenskap opgewonde en bekommerd oor die nuus dat die rykste platinumneerslae in die Russiese Ryk ontdek is. Daar was gerugte dat in die Oeral die ontginning van hierdie edelmetaal met 'n gewone graaf uitgevoer kon word. Die feit van die ontdekking van ryk deposito's is gou bevestig deur die feit dat die Minister van Finansies van Rusland, E. F. Kankrin, die hoogste dekreet oor muntmunte van platinum na die Sint Petersburg Munt gestuur het. In die daaropvolgende jare is ongeveer een en 'n half miljoen munte (3, 6 en 12 roebels) in omloop gebring, vir die vervaardiging waarvan 20 ton edelmetaal bestee is.
"Discovery" Ozanne
Professor van Derpt-Yuryevsky (nou Tartu) Universiteit Gottfried Ozann het die samestelling van die Oeral-kosbare erts begin bestudeer. Hy het tot die gevolgtrekking gekom dat platinum vergesel word van drie onbekende metale – polinoom, polinoom en rutenium – waarvan die name deur Ozann self gegee is. Terloops, hy het die derde een na Rusland vernoem (van die Latynse Ruthenia).
Ozanne se kollegas regoor Europa, gelei deur die mees gesaghebbende Sweedse chemikus Jens Berzelius, was baie krities oor die professor se verslag. In 'n poging om homself te regverdig, het die wetenskaplike 'n reeks van sy eksperimente herhaal, maar kon nie dieselfde resultate behaal nie.
Twee dekades later het professor in Chemie Karl Karlovich Klauss (Kazan Universiteit) in Ozanne se werk begin belangstel. Hy het die Sekretaris van die Tesourie se toestemming verkry om 'n paar pond oorblywende muntstukke uit die Munt se laboratorium te neem vir hertoetsing.
Kazan chemiese element rutenium
Russiese akademikus A. E. Arbuzov het in sy geskrifte opgemerk dat om 'n nuwe element in daardie dae te ontdek, 'n chemikus uiterste ywer en deursettingsvermoë, waarneming en insig nodig gehad het, en die belangrikste, 'n subtiele eksperimentele aanvoeling. Al die bogenoemde eienskappe was in die hoogste graad inherent aan die jong Karl Clauss.
Die wetenskaplike se navorsing het ook praktiese betekenis gehad – bykomende onttrekking van suiwer platinum uit ertsreste. Nadat hy sy eie plan vir die eksperiment ontwikkel het, het Klauss die ertsmateriaal met salpeter saamgesmelt en oplosbare elemente onttrek: osmium, iridium,palladium. Die onoplosbare deel is aan 'n mengsel van gekonsentreerde sure ("aqua regia") en distillasie blootgestel. In die neerslag van ysterhidroksied het hy die teenwoordigheid van 'n onbekende metaal ontdek en dit eers in die vorm van sulfied geïsoleer, en toe in suiwer vorm (ongeveer 6 gram). Die professor het die naam behou wat deur Ozann vir die element voorgestel is - rutenium.
Maak oop en bewys
Maar soos dit geblyk het, het die verhaal van die ontdekking van die chemiese element rutenium net begin. Na die publikasie van die resultate van die studie in 1844, het 'n reënval van kritiek op Clauss geval. Die gevolgtrekkings van die onbekende Kazan-wetenskaplike is skepties deur die grootste chemici ter wêreld ontvang. Selfs die stuur van 'n monster van die nuwe element aan Berzelius het nie die situasie gered nie. Volgens die Sweedse meester was Clauss se rutenium slegs "'n monster van onsuiwer iridium".
Slegs die uitstaande eienskappe van Karl Karlovich as 'n analitiese chemikus en eksperimenteerder en 'n reeks bykomende studies het die wetenskaplike toegelaat om sy saak te bewys. In 1846 het die ontdekking amptelike erkenning en bevestiging gekry. Vir sy werk is Klauss bekroon met die Demidov-prys van die Russiese Akademie vir Wetenskappe in die bedrag van 10 duisend roebels. Danksy die talent en deursettingsvermoë van die Kazan-professor, is rutenium, die eerste element wat in Rusland ontdek is, by die geledere van platinoïede gevoeg
Verdere navorsing
Die hoofprobleem in die bestudering van die chemiese en fisiese eienskappe van rutenium is die uiters beperkte inhoudhierdie metaal in die aardkors. Byvoorbeeld, in die vermorsing van platinumproduksie (die werkmateriaal van Clauss), is die inhoud daarvan ongeveer 1%. Die meeste chemiese wetenskaplikes erken rutenium as 'n uiters ongunstige stof vir studie. Die oorvloed van impasse veroorsaak dikwels dat navorsers hul werk inkort of opskort.
Die Sowjet-wetenskaplike SM Starostin het sy hele lewe daaraan gewy om die eienskappe van 'n "ongemaklike" metaal en sy verbindings te bestudeer. Die hoofresultaat van die chemikus se aktiwiteit is die gevolgtrekkings oor die eienskappe van ruthenium nitroso-komplekse en die probleme wat daarmee gepaard gaan om suiwer metaal van gepaardgaande uraan en plutonium te skei. Wat is rutenium as 'n chemiese element?
Fisiese eienskappe
Ruthenium is 'n metaal waarvan die kleur, afhangende van die metode van verkryging, wissel van grys-blou tot silwer-wit. Sommige fisiese eienskappe van die chemiese element rutenium laat ons toe om dit as 'n unieke stof te beskou. Saam met hoë brosheid (kristalle word selfs maklik met die hand tot poeier gemaal), het rutenium 'n uiterste hardheid - 6,5 op 'n tienpunt mineralogiese hardheidskaal (Mohs-skaal). Miskien die ligste van die platinumgroep metale. Digtheid is 12,45 g/cm3. Dit is baie vuurvast - die oorgangstemperatuur na die vloeibare toestand is 2334 ° C. Tydens smelting in 'n elektriese boog word gelyktydige verdamping van die metaal waargeneem. Tydens hoë-temperatuur kalsinering in ope lug, "vervlugtig" die element in die vormtetroksiede.
Ruthenium word as 'n supergeleier geklassifiseer. Die metaal toon geen weerstand wanneer dit afgekoel word tot 0,47 K. Hierdie eienskap is van groot belang vanuit 'n wetenskaplike en praktiese oogpunt. As 'n platinoïed is rutenium 'n baie interessante edelmetaal.
Element Ru
Die eienskappe van die "Kazan" metaal is in baie opsigte tipies vir verteenwoordigers van die VΙΙΙ (platinum) groep. Rutenium is 'n chemiese element van die periodieke tabel met atoomgetal 44, gekenmerk deur hoë traagheid. Dit het 7 stabiele natuurlike en 20 kunsmatige isotope met massagetalle van 92 tot 113.
Onder normale temperatuur is dit nie onderhewig aan oksidasie en korrosie, sure en alkalieë nie. Wanneer dit bo 400 ° C verhit word, reageer dit met chloor, by 930 ° C - met suurstof. Met sommige metale vorm die chemiese element rutenium stabiele legerings wat intermetaalverbindings genoem word.
In talle verbindings vertoon dit 'n valensie van nul tot agt. Die belangrikste sluit in ruteniumdioksied en tetrooksied, sulfied RuS2 en fluoried RuF5.
In sy suiwer metaalvorm het dit die eienskappe van 'n katalisator met 'n hoë selektiwiteit, wat dit toelaat om gebruik te word vir die sintese van 'n wye verskeidenheid organiese en anorganiese stowwe. Dien as die beste absorpsiemiddel vir waterstof.
Verspreiding in die natuur
Die chemiese element rutenium word gekenmerk deur uitersteskaars en verspreid in die natuur. In sy natuurlike omgewing vorm dit die enigste bekende mineraal, lauriet. Dit is 'n vaste stof in die vorm van klein yster-swart oktaëders. Die rykste en bekendste deposito is geleë op die platinumplasers van die eiland Borneo (Kalimantan). In Rusland is ontwikkelings aan die gang in die Middel- en Suidelike Oeral, op die Kola-skiereiland, in die Krasnoyarsk- en Khabarovsk-gebiede.
In alle ander natuurlike verbindings oorskry die hoeveelheid rutenium nie 0,1%. Spore van metaal is gevind in sommige koper-nikkelerts en suur stollingsgesteentes. Sommige plante het die vermoë om te konsentreer en rutenium op te bou, waaronder verteenwoordigers van die peulplantfamilie uitstaan.
Die totale inhoud van die element in die aardkors, volgens kenners, oorskry nie 5 000 ton nie.
Nywerheidsproduksie
Die element rutenium word as edel beskou, en die hoofbron van die metaal is afvalgesteentes van platinumproduksie. Die onbetwiste leier in die ontginning van rutenium (sowel as platinum) is die Republiek van Suid-Afrika. Die ontwikkeling en vervaardiging van hierdie metaal word ook deur Rusland, Kanada en Zimbabwe uitgevoer. Terloops, laasgenoemde land is tweede in die wêreld in terme van verkende reservate van platinoïede.
Die hoeveelheid rutenium wat aan die mark verskaf word, wissel van 17 tot 20 ton per jaar. Die produksiesiklus vir die verkryging van 'n element duur ongeveer 6 weke en is 'n aaneenlopende ketting van termochemiese reaksies wat die een na die ander volg.
Tegnologie om te verkryrutenium deur neutronbestraling van isotope van radioaktiewe tegnetium. Maar daar moet kennis geneem word dat die isolasie van 'n suiwer en stabiele metaal, vanweë die chemiese eienskappe, onvoorspelbaarheid en onvoldoende kennis, steeds 'n pypdroom bly.
Aansoeke
Hoewel al die eienskappe van die edelmetaal in rutenium ten volle teenwoordig is, het die element nie wye verspreiding in die juwelierswarebedryf gekry nie. Dit word net gebruik om allooie te versterk en duur juweliersware duursaam te maak.
In terme van die hoeveelheid rutenium wat verbruik word, is die nywerheidsektore in die volgende volgorde:
- Elektronies.
- Elektrochemies.
- Chemies.
Die katalitiese eienskappe van die element is hoog in aanvraag. Dit word gebruik in die sintese van hidrosianiese en salpetersuur, in die produksie van versadigde koolwaterstowwe, gliserien en die polimerisasie van etileen. In die metallurgiese industrie word rutenium bymiddels gebruik om anti-roes eienskappe te verhoog, om sterkte aan legerings, chemiese en meganiese weerstand te verleen. Radioaktiewe isotope van rutenium help dikwels wetenskaplikes in hul navorsing.
Baie verbindings van die element is ook as goeie oksideermiddels en kleurstowwe gebruik. Veral chloriede word gebruik om luminessensie te verbeter.
Biologiese betekenis
Ruthenium het die vermoë om op te bou in die selle van lewende weefsels, hoofsaaklik spiere (die enigste metaal van die platinumgroep). Mag uitlokontwikkeling van allergiese reaksies, het 'n negatiewe impak op die slymvlies van die oë en boonste lugweg.
In medisyne word die edelmetaal gebruik as 'n manier om aangetaste weefsels te herken. Medisyne wat daarop gebaseer is, word gebruik om tuberkulose en verskeie infeksies wat menslike vel aantas, te behandel. Om hierdie rede lyk dit baie belowend om die vermoë van rutenium te gebruik om stabiele nitroso-komplekse te vorm in die stryd teen siektes wat verband hou met oormatige konsentrasie van nitrate in die menslike liggaam (hipertensie, artritis, septiese skok en epilepsie).
Wie is te blameer?
Mees onlangs het Wes-Europese wetenskaplikes die publiek ernstig ontstel met 'n boodskap dat die inhoud van die radioaktiewe isotoop van rutenium Ru106 oor die vasteland groei. Kenners sluit sy selfopvoeding heeltemal uit in die atmosfeer. Sowel as 'n toevallige vrystelling van 'n kernkragsentrale, sedertdien sou radionukliede van sesium en jodium noodwendig in die lug teenwoordig wees, wat nie deur eksperimentele data bevestig word nie. Die impak van hierdie isotoop op die menslike liggaam, soos enige radioaktiewe element, lei tot bestraling van weefsels en organe, die ontwikkeling van kanker. Moontlike bronne van besoedeling, volgens Westerse media, is op die grondgebied van Rusland, Oekraïne of Kazakstan geleë.
In reaksie het 'n verteenwoordiger van die departement van kommunikasie van Rosatom gesê dat alle ondernemings van die staatskorporasie werk en soos gewoonlik werk. Die Internasionale Atoomenergie-agentskap (IAEA), na sy mening, gebaseer op sy eie moniteringsdata,alle beskuldigings teen die Russiese Federasie ongegrond genoem.
