Ruthenium er det letteste og minst "edle" av alle platinagruppens metaller. Det er kanskje det mest "multivalente" elementet (ni valenstilstander er kjent). Til tross for mer enn et halvt århundres forskningshistorie, stiller den fortsatt mange spørsmål og problemer for moderne kjemikere i dag. Så hva er ruthenium som et kjemisk grunnstoff? Til å begynne med, en kort digresjon inn i historien.
Mystisk og rik
Navnet og historien til oppdagelsen av ruthenium er uløselig knyttet til Russland. Helt på begynnelsen av 1900-tallet var verdenssamfunnet begeistret og bekymret over nyheten om at de rikeste forekomstene av platina var oppdaget i det russiske imperiet. Det gikk rykter om at i Ural kunne utvinningen av dette edle metallet utføres med en vanlig spade. Faktumet om oppdagelsen av rike forekomster ble snart bekreftet av det faktum at Russlands finansminister, E. F. Kankrin, sendte det høyeste dekretet om å prege mynter fra platina til St. Petersburg-mynten. I de påfølgende årene ble omtrent halvannen million mynter (3, 6 og 12 rubler) satt i omløp, for produksjonen av disse ble brukt 20 tonn edelt metall.
"Discovery" Ozanne
Professor ved Derpt-Yuryevsky (nå Tartu)-universitetet Gottfried Ozann begynte å studere sammensetningen av den dyrebare Uralmalmen. Han kom til den konklusjon at platina er ledsaget av tre ukjente metaller - polynom, polynom og ruthenium - hvis navn ble gitt av Ozann selv. Han oppk alte forresten den tredje etter Russland (fra latin Ruthenia).
Ozannes kolleger over hele Europa, ledet av den mest autoritative svenske kjemikeren Jens Berzelius, var svært kritiske til professorens rapport. I et forsøk på å rettferdiggjøre seg selv, gjentok forskeren en rekke av sine eksperimenter, men klarte ikke å oppnå de samme resultatene.
To tiår senere ble professor i kjemi Karl Karlovich Klauss (Kazan University) interessert i Ozannes arbeid. Han sikret finansministerens tillatelse til å ta flere pund av mynterester fra myntverkets laboratorium for ny testing.
Kazan kjemisk grunnstoff ruthenium
Den russiske akademikeren A. E. Arbuzov bemerket i sine forfattere at for å oppdage et nytt element på den tiden, trengte en kjemiker ekstrem flid og utholdenhet, observasjon og innsikt, og viktigst av alt, en subtil eksperimentell teft. Alle de ovennevnte egenskapene var iboende i den unge Karl Clauss i høyeste grad.
Vitenskapsmannens forskning hadde også praktisk betydning – ytterligere utvinning av ren platina fra malmrester. Etter å ha utviklet sin egen plan for eksperimentet, smeltet Klauss malmmaterialet sammen med salpeter og ekstraherte løselige elementer: osmium, iridium,palladium. Den uløselige delen ble utsatt for en blanding av konsentrerte syrer ("regjervann") og destillasjon. I bunnfallet av jernhydroksid oppdaget han tilstedeværelsen av et ukjent metall og isolerte det først i form av sulfid, og deretter i ren form (ca. 6 gram). Professoren beholdt navnet foreslått av Ozann for grunnstoffet - ruthenium.
Åpne og bevis
Men som det viste seg, var historien om oppdagelsen av det kjemiske grunnstoffet ruthenium så vidt i gang. Etter publiseringen av resultatene av studien i 1844, f alt en hagl av kritikk over Clauss. Konklusjonene til den ukjente Kazan-forskeren ble skeptisk mottatt av de største kjemikerne i verden. Selv å sende en prøve av det nye elementet til Berzelius reddet ikke situasjonen. Ifølge den svenske mesteren var Clauss' ruthenium bare "en prøve av uren iridium".
Bare de enestående egenskapene til Karl Karlovich som analytisk kjemiker og eksperimentator og en rekke tilleggsstudier tillot forskeren å bevise sin sak. I 1846 fikk funnet offisiell anerkjennelse og bekreftelse. For sitt arbeid ble Klauss tildelt Demidov-prisen til det russiske vitenskapsakademiet på 10 tusen rubler. Takket være talentet og utholdenheten til Kazan-professoren, ble ruthenium, det første grunnstoffet oppdaget i Russland, lagt til rekken av platinoider.
Ytterligere undersøkelser
Hovedproblemet ved å studere ruteniums kjemiske og fysiske egenskaper er det ekstremt begrensede innholdetdette metallet i jordskorpen. For eksempel, i avfallet fra platinaproduksjon (arbeidsmaterialet til Clauss), er innholdet omtrent 1%. De fleste kjemiske forskere anerkjenner ruthenium som et ekstremt ugunstig stoff for studier. Overfloden av blindveier får ofte forskere til å begrense eller innstille arbeidet sitt.
Den sovjetiske vitenskapsmannen SM Starostin viet hele sitt liv til å studere egenskapene til et "ubehagelig" metall og dets forbindelser. Hovedresultatet av kjemikerens aktivitet er konklusjonene om egenskapene til ruthenium nitroso-komplekser og vanskelighetene forbundet med dem med å skille rent metall fra medfølgende uran og plutonium. Hva er rutenium som et kjemisk grunnstoff?
Fysiske egenskaper
Ruthenium er et metall hvis farge, avhengig av fremgangsmåten, varierer fra grå-blåaktig til sølv-hvit. Noen fysiske egenskaper ved det kjemiske elementet ruthenium tillater oss å betrakte det som et unikt stoff. Sammen med høy sprøhet (krystaller males til og med lett til pulver for hånd), har ruthenium en ekstrem hardhet - 6,5 på en tipunkts mineralogisk hardhetsskala (Mohs-skala). Kanskje den letteste av platinagruppens metaller. Tettheten er 12,45 g/cm3. Det er veldig ildfast - overgangstemperaturen til flytende tilstand er 2334 ° C. Under smelting i en elektrisk lysbue observeres samtidig fordampning av metallet. Under høytemperaturkalsinering i friluft "flyktiger" elementet i formentetroxides.
Ruthenium er klassifisert som en superleder. Metallet viser null motstand når det avkjøles til 0,47 K. Denne egenskapen er av stor betydning fra et vitenskapelig og praktisk synspunkt. Som en platinoid er ruthenium et veldig interessant edelt metall.
Element Ru
Egenskapene til "Kazan"-metallet er i mange henseender typiske for representanter for VΙΙΙ-gruppen (platina). Ruthenium er et kjemisk element i det periodiske system med atomnummer 44, preget av høy treghet. Den har 7 stabile naturlige og 20 kunstige isotoper med massetall fra 92 til 113.
Under normal temperatur er den ikke utsatt for oksidasjon og korrosjon, syrer og alkalier. Når den varmes opp over 400 ° C, reagerer den med klor, ved 930 ° C - med oksygen. Med noen metaller danner det kjemiske elementet ruthenium stabile legeringer k alt intermetalliske forbindelser.
I mange forbindelser har den en valens fra null til åtte. De viktigste inkluderer ruteniumdioksid og tetroksid, sulfid RuS2 og fluor RuF5.
I sin rene metalliske form har den egenskapene til en katalysator med høy selektivitet, som gjør at den kan brukes til syntese av en lang rekke organiske og uorganiske stoffer. Fungerer som den beste sorbenten for hydrogen.
Spredning i naturen
Det kjemiske grunnstoffet ruthenium er preget av ekstremsjelden og spredt i naturen. I sitt naturlige miljø danner det det eneste kjente mineralet, lauritt. Det er et fast stoff i form av små jernsvarte oktaedere. Den rikeste og mest kjente forekomsten ligger på platinaplasseringene på øya Borneo (Kalimantan). I Russland er utviklingen i gang i Midt- og Sør-Ural, på Kolahalvøya, i Krasnoyarsk- og Khabarovsk-territoriene.
I alle andre naturlige forbindelser overstiger ikke mengden rutenium 0,1 %. Det er funnet spor av metall i noen kobber-nikkelmalmer og sure magmatiske bergarter. Noen planter har evnen til å konsentrere seg og akkumulere rutenium, blant hvilke representanter for belgfruktfamilien skiller seg ut.
Det totale innholdet av grunnstoffet i jordskorpen overstiger ifølge eksperter ikke 5000 tonn.
Industriell produksjon
Grunnstoffet ruthenium regnes som edelt, og hovedkilden til metallet er gråberg fra platinaproduksjon. Den ubestridte lederen innen utvinning av rutenium (så vel som platina) er Republikken Sør-Afrika. Utviklingen og produksjonen av dette metallet utføres også av Russland, Canada og Zimbabwe. Sistnevnte land er forresten nummer to i verden når det gjelder utforskede reserver av platinoider.
Mengden rutenium som leveres til markedet varierer fra 17 til 20 tonn per år. Produksjonssyklusen for å oppnå et grunnstoff varer i ca. 6 uker og er en kontinuerlig kjede av termokjemiske reaksjoner som følger etter hverandre.
Teknologi for å skafferuthenium ved nøytronbestråling av isotoper av radioaktivt teknetium. Men det skal bemerkes at isolasjonen av et rent og stabilt metall, på grunn av dets kjemiske egenskaper, uforutsigbarhet og utilstrekkelig kunnskap, fortsatt er en drøm.
Applications
Selv om alle egenskapene til edelmetallet i ruthenium er fullt ut til stede, har ikke grunnstoffet fått bred distribusjon i smykkeindustrien. Den brukes kun til å styrke legeringer og gjøre dyre smykker mer holdbare.
Når det gjelder mengden rutenium som forbrukes, er industrisektorene i følgende rekkefølge:
- Elektronisk.
- Elektrokjemisk.
- Chemical.
De katalytiske egenskapene til elementet er etterspurt. Det brukes i syntese av blåsyre og salpetersyre, i produksjon av mettede hydrokarboner, glyserin og polymerisering av etylen. I metallurgisk industri brukes rutheniumtilsetningsstoffer for å øke anti-korrosjonsegenskaper, for å gi legeringer styrke, kjemisk og mekanisk motstand. Radioaktive isotoper av ruthenium hjelper ofte forskere i deres forskning.
Mange forbindelser av grunnstoffet har også blitt brukt som gode oksidasjonsmidler og fargestoffer. Spesielt brukes klorider for å forbedre luminescens.
Biologisk betydning
Ruthenium har evnen til å samle seg i cellene i levende vev, hovedsakelig muskler (det eneste metallet i platinagruppen). Kan provosereutvikling av allergiske reaksjoner, har en negativ innvirkning på slimhinnen i øynene og øvre luftveier.
I medisin brukes edelmetallet som et middel til å gjenkjenne berørt vev. Medisiner basert på det brukes til å behandle tuberkulose og ulike infeksjoner som påvirker menneskelig hud. Av denne grunn ser det veldig lovende ut å bruke ruteniums evne til å danne stabile nitrosokomplekser i kampen mot sykdommer assosiert med for høy konsentrasjon av nitrater i menneskekroppen (hypertensjon, leddgikt, septisk sjokk og epilepsi).
Hvem har skylden?
Sist nylig har vesteuropeiske forskere forstyrret offentligheten alvorlig med en melding om at innholdet i den radioaktive isotopen av ruthenium Ru106 vokser over kontinentet. Eksperter utelukker fullstendig selvutdanning i atmosfæren. I tillegg til en utilsiktet utslipp fra et kjernekraftverk, siden da vil radionuklider av cesium og jod nødvendigvis være tilstede i luften, noe som ikke er bekreftet av eksperimentelle data. Virkningen av denne isotopen på menneskekroppen, som ethvert radioaktivt element, fører til bestråling av vev og organer, utvikling av kreft. Mulige kilder til forurensning, ifølge vestlige medier, er lokalisert på territoriet til Russland, Ukraina eller Kasakhstan.
Som svar sa en representant for kommunikasjonsdepartementet til Rosatom at alle foretak i det statlige selskapet jobbet og jobber som vanlig. Det internasjonale atomenergibyrået (IAEA) mener, basert på egne overvåkingsdata,k alte alle anklager mot den russiske føderasjonen grunnløse.
