Interested Article - Рутений

44	Рутений
101,07
4d ⁷ 5s ¹

Руте́ний ( химический символ — Ru , от лат. Ru thenium ) — химический элемент 8-й группы ( переходный металл , по устаревшей классификации — побочной подгруппы восьмой группы, VIIIB), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева , с атомным номером 44.

Простое вещество рутений — это тяжёлый металл серебристо-белого цвета. Относится к платиновым металлам , в природе встречается редко.

История

Открыт профессором Казанского университета Карлом Клаусом в 1844 году, который в том же году опубликовал о новом элементе большую статью «Химические исследования остатков Уральской платиновой руды и металла рутения» в « Учёных записках Казанского университета ». Об открытии, методе получения и свойствах нового элемента Клаус сообщил в письме Г. И. Гессу на немецком языке. Гесс зачитал письмо на заседании Петербургской Академии наук 13 сентября 1844 года , текст был опубликован в бюллетене Академии и в переводе на русский язык — в « Горном журнале » . Клаус выделил рутений из уральской платиновой руды в чистом виде и указал на сходство между триадами рутений — родий — палладий и осмий — иридий — платина .

Происхождение названия

Первооткрыватель элемента К. К. Клаус назвал рутений в честь России ( Ruthenia — латинское название Руси ). Название «рутений» было предложено в 1828 году Г. В. Озанном для ошибочно открытого элемента, и Клаус, действительно открывший новый элемент в 1844 году, дал ему это название .

Добыча, запасы и цена

Основными мировыми производителями рутения являются ЮАР (главный поставщик металла на мировой рынок), Зимбабве, Россия, США, Китай. Добыча рутения в 2009 году составляла 17,9 тонны , в 2021 году она поднялась до 30 тонн . Мировые запасы рутения оцениваются в 5000 тонн . Цена рутения на 27 мая 2016 года составляла 42 доллара за тройскую унцию (примерно 1,35 USD/г) . С тех пор цена рутения отличалась большой волатильностью: в июле 2021 года поднималась до 800 USD за тройскую унцию, в декабре 2021 года стабилизировалась на уровне 550 USD или 18 USD за грамм .

Физические и химические свойства

Изотопный состав

Природный рутений состоит из семи стабильных изотопов :

⁹⁶ Ru (5,7 % по массе), ⁹⁸ Ru (2,2 %), ⁹⁹ Ru (12,8 %), ¹⁰⁰ Ru (12,7 %), ¹⁰¹ Ru (13 %), ¹⁰² Ru (31,3 %) и ¹⁰⁴ Ru (18,3 %).

Физические свойства

Полная электронная конфигурация атома рутения: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ⁷ 5s ¹

Рутений в зависимости от способа его получения является матово-серым или серебристо-белым блестящим металлом, обладающим чрезвычайно большой твёрдостью; при этом он настолько хрупок, что его можно легко растереть в порошок. Он очень тугоплавок и плавится при значительно более высокой температуре, чем платина. В электрической дуге при плавлении Ru одновременно испаряется. Он переходит в газовую фазу также при сильном прокаливании на воздухе, но в этом случае летит не металл, а четыреокись, устойчивая при очень высоких температурах.

Химические свойства

В отсутствие кислорода на рутений не действует ни одна кислота, даже царская водка (исключение составляет концентрированная хлорная кислота , с которой реакция идет только на свету). Однако содержащая воздух соляная кислота медленно растворяет его при обычной температуре, а при 125° (в запаянной трубке) довольно быстро. При нагревании на воздухе рутений чернеет вследствие поверхностного окисления с образованием RuO ₂ . Если реакция протекает при температуре выше 700°, то образуется смесь оксидов RuO ₂ и RuO ₄ . Фтор действует на порошкообразный рутений уже ниже температуры красного каления с образованием RuF ₅ — фторида полимерного строения; рутений реагирует с хлором выше 400 °C (образуется RuCl ₃ ). С серой порошкообразный рутений реагирует лишь при соблюдении особых условий. С фосфором он образует соединение RuP ₂ и RuP и Ru ₂ P; с мышьяком, так же как платина, рутений даёт диарсенид RuAs ₂ . Щелочи в присутствии кислорода или веществ, легко отдающих кислород, например, смеси KOH с KNO ₃ или K ₂ CO ₃ с KCIO ₃ , а также перекисей, например Na ₂ O ₂ или BaO ₂ , при высокой температуре энергично действуют на рутений, образуя с ним рутенаты(VI) M ¹ ₂ RuO ₄ .

Неорганические соединения

Рутений способен давать соединения, соответствующие разнообразным степеням окисления:

8 RuO ₄ ; RuO ₄ · PCl ₃

7 M[RuO ₄ ]

6 M ₂ [RuO ₄ ]; M ₂ [RuF ₈ ]; RuF ₆

5 M[RuF ₆ ]; RuF ₅

4 RuCl ₄ ; RuO ₂ ; M ₂ [RuCl ₆ ]

3 RuCl ₃ ; М ₃ [RuCl ₆ ]

2 M ₂ [RuCl ₄ ]; M ₄ [Ru(CN) ₆ ]

1 Ru(CO) _n Br

0 Ru(CO) _n

Соединения рутения представлены также широким спектром _en — содержащих группировку RuNO ³⁺ , например, K ₂ [RuNOCl ₅ ] . Данные комплексные соединения, в особенности, нитрозонитроамины (например, [RuNO(NO ₂ ) ₂ (NH ₃ ) ₂ OH] ) и (особенно комплексный анион [RuNO(NO ₂ ) ₄ OH] ²⁻ ) (жёлто-оранжевый) отличаются высокой устойчивостью и кинетической инертностью.

Тетраоксид рутения (Ru ^+VIII O ₄ ) по свойствам несколько напоминает тетраоксид осмия .

Исследователи из университета Миннесоты в 2018 году показали, что рутений обладает магнитными свойствами при комнатной температуре .

Органическая химия рутения

Рутений образует ряд металлоорганических соединений и является активным катализатором .

Получение

Рутений получают как «отходы» при аффинировании платины и платиновых металлов.

Значительным источником изотопов рутения для его добычи является выделение его из осколков деления ядерных материалов ( плутоний , уран , торий ), где его содержание в отработанных ТВЭЛах достигает 250 граммов на тонну отработанного ядерного топлива.

Также разработаны основы технологии получения рутения из технеция-99 с помощью реакторного нейтронного облучения ( ядерная трансмутация ) технеция-99 .

Применение

Небольшая добавка рутения (0,1 %) увеличивает коррозионную стойкость титана .
В сплаве с платиной используется для изготовления чрезвычайно износостойких электрических контактов.
Диоксид рутения и рутенаты висмута используются в толстоплёночных резисторах. Эти два применения в электронике потребляют порядка 50 % производимого рутения.
Катализатор для многих химических реакций. Очень важное место рутения как катализатора в системах очистки воды орбитальных станций .
_en применяется как конкурентный антагонист для исследования ионных каналов (CatSper1, TASK,RyR1, RyR2, RyR3, TRPM6, , TRPV1, TRPV2, TRPV3, TRPV4, TRPV5, TRPV6,TRPA1, mCa1, mCa2, CALHM1).
Рутений и его сплавы находят применение в качестве жаропрочных конструкционных материалов в аэрокосмической технике, и до 1500 °C по прочности превосходят лучшие сплавы молибдена и вольфрама (имея преимущество также в высокой стойкости к окислению).

Физиологическое действие

Рутений является единственным платиновым металлом , который обнаруживается в составе живых организмов (по некоторым данным — ещё и платина). Концентрируется в основном в мышечной ткани. Высший оксид рутения крайне ядовит и, будучи сильным окислителем, может вызвать возгорание пожароопасных веществ.

Примечания

Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. (англ.) // Pure and Applied Chemistry . — 2013. — Vol. 85 , no. 5 . — P. 1047—1078 . — doi : . 5 февраля 2014 года.
↑ Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М. : Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 285—286. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8.
↑ Соловьев Ю. И. Исследования К. К. Клауса по химии платиновых металлов. Открытие рутения // История химии в России: Научные центры и основные направления исследований. — М. : Наука , 1985. — С. 140—147.
(фр.) // Bulletin de la classe physico-mathématique de l'Académie impériale des Sciences de St.- Pétersbourg : magazine. — 1844. — Vol. 3 .
// Горный журнал. Часть I. Книжка II. — 1845. — С. 265—273 . 21 декабря 2016 года.
(неопр.) . Дата обращения: 25 марта 2007. 30 сентября 2007 года.
// Горный журнал. Часть III. Книжка VII. — 1845. — С. 157-163 . 3 сентября 2021 года. — «Потом, ч[е]рез 2 года, получив металл в совершенно чистом виде, сообщил уже об этом открытии ученому свету и новое тело назвал, в честь моего отечества, рутением».
(неопр.) . metalresearch.ru. Дата обращения: 11 июля 2013. Архивировано из 15 июля 2013 года.
Loferski, Patricia J.; Ghalayini, Zachary T. and Singerling, Sheryl A. (англ.) . — London: USGS — U.S. GEOLOGICAL SURVEY, 2018. — P. 57.3. 23 декабря 2021 года. .
Emsley, J. (2003). «Ruthenium». Nature’s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. P. 368—370. ISBN 0-19-850340-7 .
(неопр.) (27 мая 2016). Дата обращения: 27 мая 2016. 17 мая 2016 года.
(рус.) . Дата обращения: 23 декабря 2021. 23 декабря 2021 года.
от 27 мая 2018 на Wayback Machine Phys.org, May 25, 2018
K. V. Rotmanov, L. S. Lebedeva, V. M. Radchenko, V. F. Peretrukhin. (рус.) // Радиохимия : журнал. — 2008. — Т.50 № 8 ( т. 50 , № 8 ). — С. 408 - 410 . — ISSN . 2 июля 2022 года.

Ссылки

[iupac_atomic_weights-1] Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. (англ.) // Pure and Applied Chemistry . — 2013. — Vol. 85 , no. 5 . — P. 1047—1078 . — doi : . 5 февраля 2014 года.

[ХЭ-2] Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М. : Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 285—286. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8.

[Ist-3] Соловьев Ю. И. Исследования К. К. Клауса по химии платиновых металлов. Открытие рутения // История химии в России: Научные центры и основные направления исследований. — М. : Наука , 1985. — С. 140—147.

[4] (фр.) // Bulletin de la classe physico-mathématique de l'Académie impériale des Sciences de St.- Pétersbourg : magazine. — 1844. — Vol. 3 .

[5] // Горный журнал. Часть I. Книжка II. — 1845. — С. 265—273 . 21 декабря 2016 года.

[n-t.ru-6] (неопр.) . Дата обращения: 25 марта 2007. 30 сентября 2007 года.

[7] // Горный журнал. Часть III. Книжка VII. — 1845. — С. 157-163 . 3 сентября 2021 года. — «Потом, ч[е]рез 2 года, получив металл в совершенно чистом виде, сообщил уже об этом открытии ученому свету и новое тело назвал, в честь моего отечества, рутением».

[8] (неопр.) . metalresearch.ru. Дата обращения: 11 июля 2013. Архивировано из 15 июля 2013 года.

[9] Loferski, Patricia J.; Ghalayini, Zachary T. and Singerling, Sheryl A. (англ.) . — London: USGS — U.S. GEOLOGICAL SURVEY, 2018. — P. 57.3. 23 декабря 2021 года. .

[доб-10] Emsley, J. (2003). «Ruthenium». Nature’s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. P. 368—370. ISBN 0-19-850340-7 .

[11] (неопр.) (27 мая 2016). Дата обращения: 27 мая 2016. 17 мая 2016 года.

[12] (рус.) . Дата обращения: 23 декабря 2021. 23 декабря 2021 года.

[13] от 27 мая 2018 на Wayback Machine Phys.org, May 25, 2018

[14] K. V. Rotmanov, L. S. Lebedeva, V. M. Radchenko, V. F. Peretrukhin. (рус.) // Радиохимия : журнал. — 2008. — Т.50 № 8 ( т. 50 , № 8 ). — С. 408 - 410 . — ISSN . 2 июля 2022 года.