Рутений является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 44 и условным обозначением Ru. Химический элемент Рутений в свободном виде представляет собой редкий тяжелый металл серебристо белого цвета.
Открытие Рутения
История рутения как химического элемента начинается с первой половины XIX века, когда в 1827 году Йенс Берцелиус и Готфрид Осанн исследовали осадок который образовался после растворения сырой платины в Царской водке. Готфрид Осанн считал, что в образцах из Уральских гор содержится три новых металлических химических элемента, но Берцелиус не нашел в этих образцах ничего необычного. Готфрид Осанн назвал открытые химические элементы плюранием, рутением и полинием. Название Рутений (Ruthenium) было присвоено Осанном в честь России, так как образцы были найдены в Уральских горах, но в конечном итоге Осанн не сумел повторить свой опыт по выделению металлов и был вынужден отказаться от своих заявлений.
В 1844 году русский ученый Карл Эрнст Клаус выделил рутений из платиновых остатков производства монет в Казанском университете, получив в результате 6 граммов чистого химического элемента. 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 переведен на русский язык. Выбирая название для нового элемента, Клаус отметил: «Я назвал новый элемент, в честь моей Родины, рутением. Я имел полное право называть его этим именем, потому что Осанн отказался от своего рутения, а этого слова еще не существует в химии».
Интересное:
Характеристики рутения как химического элемента
| Физические характеристики | |
|---|---|
| Состояние при Н.У. | Твердое |
| Температура плавления | 2334 ° С |
| Точка кипения | 4150 °С |
| Плотность при Н.У. | 12,364 г/см 3 |
| Твердость по шкале Мооса | 6.5 |
| Критическая точка | — |
| Мол. теплота плавления | 38,59 кДж/моль |
| Мол. теплота испарения | 619 кДж/моль |
| Мол. теплоемкость | 24,06 Дж/(моль·К) |
| Молярный объем | 8,3 см 3 ·моль -1 |
| Химические характеристики | |
|---|---|
| Атомный номер(Z) | 44 |
| Атомная масса | 101,07 |
| Электронная конфигурация | 4d75s1 |
| Радиус атома | 134 пм |
| Ковалентный радиус | 146 пм |
| Степени окисления | 0, +2, +3, +4, +6, +8 |
| Радиус иона | 67 пм |
| Электроотрицательность | 2,2 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации | 710,3 кДж/моль |
| Изотопы | ⁹⁶Ru; ⁹⁷Ru; ⁹⁸Ru; ⁹⁹Ru; ¹⁰⁰Ru; ¹⁰¹Ru; ¹⁰²Ru; ¹⁰³Ru; ¹⁰⁴Ru; ¹⁰⁶Ru; |
Интересное:
Добыча и производство рутения в мире
Рутений содержится в земной коре в приблизительной концентрации 100 частей на миллион. Исходя из данной информации это делает химический элемент 78 по распространенности на Земле. Он обычно встречается в рудах с другими металлами платиновой группы в соответствующих месторождениях. Существует так называемый самородный рутений, но он считается крайне редким минералом.
Что касается производства, то ежегодно добывается около 30 тонн рутения при оцененных природных запасах в 5000 тонн. Процесс производства этого химического элемента достаточно затруднительный из-за сходства с другими элементами платиновой группы. В частности есть несколько способов получения рутения, но наиболее распространенной является следующая технология: К концентрированной руде добавляется окислитель в виде хлора, хлоратов или перманганата калия. Это окисляет рутений до высоколетучего оксида рутения (VIII) и теперь его можно собрать в разбавленной соляной кислоте и восстановить до водорастворимых хлоррутенатных комплексов. Затем удаляются примеси других металлов с помощью соответствующих растворителей и отделяется с помощью перегонки.
Для получения металлического рутения его осаждают либо в виде гексахлорорутената аммония, либо в виде оксида рутения(IV) и восстанавливают при 800 °C в атмосфере водорода по химической формуле:
RuO2 + 2H2 → Ru + 2H2</subO
Основными мировыми производителями рутения выступают такие страны как ЮАР, Зимбабве, Россия, США и Китай. При этом по информации из открытых источников на ЮАР приходится около 90% мирового производства рутения. Рутений является очень дорогостоящим химическим элементом, цена которого можетначинаться с 15$ за один грамм.
Интересное:
Применение рутения
Применение рутения достаточно ограничено из-за его редкости. В последние годы его применение значительно расширилось и отметка потребления достигла 30 тонн, но основные областиприменения остались неизменны. Основными областями применения рутения являются электротехника, катализ и электрохимия.
В электротехнике данный элемент используется преимущественно для изготовления прочных электрических контактов. Благодаря своим свойствам, которые аналогичны свойствам родия, но является более дешевым предпочтение отдается именно ему. Рутений напыляют тонким слоем на контакты платины или палладия и благодаря этому достигается повышенная прочность. Так же диоксид рутения с рутенатами свинца и висмута используются в толстопленочных чип-резисторах. На эти нужды приблизительно приходится около 50% потребления рутения.
Многие рутенийсодержащие соединения проявляют полезные каталитические свойства. Растворы, содержащие трихлорид рутения, очень активны для метатезиса олефинов. Такие катализаторы используются в коммерческих целях, например, для производства полинорборнена. Хорошо определенные рутениево-карбеновые и алкилиденовые комплексы демонстрируют схожую реакционную способность, но используются только в малых масштабах. Например, катализаторы Граббса использовались при изготовлении лекарств и современных материалов.
Аналогично железу и осмию, рутений также катализирует синтез аммиака из азота и водорода. Он обладает более высокой каталитической активностью, чем железо, что позволяет получать более высокие выходы при более низких давлениях. Использование металла ограничивается в первую очередь его ценой. Катализатор на основе рутения, нанесенный на углеродную матрицу и усиленный барием и цезием в качестве промоторов, используется в промышленности. Поскольку медленное метанирование углеродной подложки мешает процессу, проводятся исследования в области катализаторов на основе рутения, не содержащих углерода, для синтеза аммиака.
Рутений редко сплавляют с металлами за пределами платиновой группы, где небольшие количества улучшают некоторые свойства. Дополнительная коррозионная стойкость в титановых сплавах привела к разработке специального сплава с 0,1% рутения. Рутений также используется в некоторых современных высокотемпературных монокристаллических суперсплавах, с приложениями, которые включают турбины в реактивных двигателях. Описано несколько составов суперсплавов на основе никеля, таких как EPM-102 (с 3% Ru), TMS-162 (с 6% Ru), TMS-138, [ 61 ] и TMS-174, последние два содержат 6% рения. Перья перьевых ручек часто покрываются рутениевым сплавом. Начиная с 1944 года перьевая ручка Parker 51 оснащалась пером «RU» — пером из 14-каратного золота с наконечником из 96,2% рутения и 3,8% иридия.
Интересное:
Безопасность и воздействие на организм
Как химический элемент рутений не является токсичным. В металлическом виде он инертен и не образует химических соединений, но при воздействии сильных окислителей способен образовываться летучий и очень токсичный тетраоксид рутения. В порошкообразном виде химический элемент относят к пожароопасным веществам, которые можно тушить только специализированными порошками, либо металлическими огнетушителями. Информации о специфическом воздействии рутения на организм человека нет, но следует отметить что люди относительно редко сталкиваются с этим химическим элементом из-за его неширокой распространенности.