A ruténium a legkönnyebb és legkevésbé "nemes" a platinacsoporthoz tartozó összes fém közül. Talán ez a leg"multivalensebb" elem (kilenc vegyértékállapot ismert). A több mint fél évszázados kutatástörténet ellenére ma is számos kérdést és problémát vet fel a modern vegyészek számára. Tehát mi a ruténium, mint kémiai elem? Kezdésként egy rövid kitérő a történelembe.
Rejtélyes és gazdag
A ruténium felfedezésének neve és története elválaszthatatlanul összefügg Oroszországgal. A 20. század legelején a világközösséget izgalomba és aggodalommal töltötte el a hír, hogy az Orosz Birodalomban fedezték fel a platina leggazdagabb lelőhelyeit. Voltak pletykák, hogy az Urálban ennek a nemesfémnek a kinyerését egy közönséges lapáttal is el lehet végezni. A gazdag lelőhelyek felfedezésének tényét hamarosan megerősítette az a tény, hogy Oroszország pénzügyminisztere, E. F. Kankrin küldte a szentpétervári pénzverőnek a legmagasabb rendeletet a platinából történő érmék veréséről. A következő években mintegy másfél millió érme (3, 6 és 12 rubel) került forgalomba, amelyek előállítására 20 tonna nemesfémet fordítottak.
"Felfedezés" Ozanne
A Derpt-Yuryevsky (ma Tartu) Egyetem professzora, Gottfried Ozann elkezdte tanulmányozni az uráli értékes érc összetételét. Arra a következtetésre jutott, hogy a platinához három ismeretlen fém társul - polinom, polinom és ruténium -, amelyek nevét maga Ozann adta. A harmadikat egyébként Oroszországról nevezte el (a latin ruthenia szóból).
Ozanne kollégái Európa-szerte, élükön a legtekintélyesebb svéd kémikussal, Jens Berzelius-szal, nagyon kritikusan fogadták a professzor jelentését. Hogy igazolja magát, a tudós megismételte kísérleteinek sorozatát, de nem érte el ugyanazt az eredményt.
Két évtizeddel később Karl Karlovich Klauss kémiaprofesszor (Kazanyi Egyetem) érdeklődni kezdett Ozanne munkája iránt. Megszerezte a pénzügyminiszter engedélyét, hogy több font pénzmaradványt vegyen ki a pénzverde laboratóriumából újbóli tesztelés céljából.
Kazanyi kémiai elem ruténium
A. E. Arbuzov orosz akadémikus írásaiban megjegyezte, hogy egy vegyésznek akkoriban egy új elem felfedezéséhez rendkívüli szorgalomra és kitartásra, megfigyelésre és belátásra volt szüksége, és ami a legfontosabb, finom kísérletező érzékre volt szüksége. A fenti tulajdonságok mindegyike a legnagyobb mértékben benne volt a fiatal Karl Claussban.
A tudós kutatásának gyakorlati jelentősége is volt – a tiszta platina további kinyerése ércmaradványokból. A saját kísérleti tervét kidolgozva Klauss az ércanyagot salétromba olvasztotta és oldható elemeket vont ki belőle: ozmiumot, irídiumot,palládium. Az oldhatatlan részt koncentrált savak keverékének ("aqua regia") és desztillációnak tesszük ki. A vas-hidroxid csapadékában egy ismeretlen fém jelenlétét fedezte fel, és először szulfid formájában, majd tiszta formában (körülbelül 6 gramm) izolálta. A professzor megtartotta az Ozann által az elemnek javasolt nevet - ruténium.
Nyisd meg és bizonyíts
De mint kiderült, a ruténium kémiai elem felfedezésének története még csak most kezdődött. A tanulmány eredményeinek 1844-es közzététele után a kritika jégeső érte Clausst. Az ismeretlen kazanyi tudós következtetéseit szkeptikusan fogadták a világ legnagyobb vegyészei. Még az sem mentette meg a helyzetet, hogy Berzeliusnak elküldték az új elem mintáját. A svéd mester szerint a Clauss-féle ruténium csak "a szennyezett irídium mintája".
Csak Karl Karlovich analitikus kémikus és kísérletező kiemelkedő tulajdonságai, valamint egy sor további tanulmány tette lehetővé a tudós számára, hogy igazolja az álláspontját. 1846-ban a felfedezés hivatalos elismerést és megerősítést kapott. Munkájáért Klauss az Orosz Tudományos Akadémia Demidov-díját kapta 10 ezer rubel értékben. A kazanyi professzor tehetségének és kitartásának köszönhetően a ruténium, az első Oroszországban felfedezett elem a platinoidok sorába került.
További kutatás
A ruténium kémiai és fizikai tulajdonságainak tanulmányozása során a fő probléma a rendkívül korlátozott tartalomez a fém a földkéregben. Például a platinagyártás hulladékában (a Clauss munkaanyaga) körülbelül 1%. A legtöbb vegyész úgy ismeri el, hogy a ruténium a tanulmányozás szempontjából rendkívül kedvezőtlen anyag. A zsákutcák sokasága miatt a kutatók gyakran megnyirbálják vagy felfüggesztik munkájukat.
A szovjet tudós, SM Starostin egész életét egy „kényelmetlen” fém és vegyületei tulajdonságainak tanulmányozásának szentelte. A vegyész tevékenységének fő eredménye a ruténium-nitrozókomplexek tulajdonságaira vonatkozó következtetések, valamint a velük kapcsolatos nehézségek a tiszta fém és a kísérő uránium és plutónium elválasztásában. Mi a ruténium mint kémiai elem?
Fizikai tulajdonságok
A ruténium egy fém, amelynek színe az előállítás módjától függően a szürkéskéktől az ezüstfehérig terjed. A ruténium kémiai elem néhány fizikai jellemzője lehetővé teszi, hogy egyedülálló anyagnak tekintsük. A nagy ridegség mellett (a kristályokat kézzel is könnyen porrá lehet őrölni) a ruténium extrém keménységgel rendelkezik - 6,5 a tízpontos ásványi keménységi skálán (Mohs-skála). Talán a legkönnyebb a platinacsoport fémei közül. Sűrűsége 12,45 g/cm3. Nagyon tűzálló - a folyékony állapotba való átmenet hőmérséklete 2334 ° C. Az elektromos ívben történő olvasztás során a fém egyidejű elpárolgása figyelhető meg. A magas hőmérsékletű kalcinálás során a szabadban az elem "elpárolog" formábantetroxidok.
A ruténium szupravezetőnek minősül. A fém 0,47 K-re hűtve nulla ellenállást mutat. Ennek a tulajdonságnak tudományos és gyakorlati szempontból nagy jelentősége van. Platinoidként a ruténium nagyon érdekes nemesfém.
Ru elem
A "Kazan" fém tulajdonságai sok tekintetben jellemzőek a VΙΙΙ (platina) csoport képviselőire. A ruténium a periódusos rendszer 44-es rendszámú kémiai eleme, amelyet nagy inertség jellemez. 7 stabil természetes és 20 mesterséges izotópja van, tömegszáma 92 és 113 között van.
Normál hőmérsékleten nincs kitéve oxidációnak és korróziónak, savaknak és lúgoknak. 400 ° C fölé melegítve klórral, 930 ° C-on oxigénnel reagál. Egyes fémekkel a ruténium kémiai elem stabil ötvözeteket, úgynevezett intermetallikus vegyületeket képez.
Számos vegyületben nullától nyolcig terjedő vegyértéket mutat. A legfontosabbak közé tartozik a ruténium-dioxid és a tetroxid, a szulfid RuS2 és a fluorid RuF5.
Tiszta fémes formájában nagy szelektivitással rendelkező katalizátor tulajdonságaival rendelkezik, ami lehetővé teszi, hogy sokféle szerves és szervetlen anyag szintézisére használható. A legjobb hidrogénszorbensként szolgál.
terjed a természetben
A ruténium kémiai elemet az extrémritka és szórványos a természetben. Természetes környezetében az egyetlen ismert ásványt, a lauritot alkotja. Szilárd anyag, kis vasfekete oktaéderek formájában. A leggazdagabb és leghíresebb lelőhely Borneó (Kalimantan) szigetének platinalemezein található. Oroszországban a Közép- és Dél-Urálban, a Kola-félszigeten, a Krasznojarszki és Habarovszki Területen folynak fejlesztések.
Minden más természetes vegyületben a ruténium mennyisége nem haladja meg a 0,1%-ot. Fémnyomokat találtak egyes réz-nikkel ércekben és savas magmás kőzetekben. Egyes növények képesek koncentrálni és felhalmozni a ruténiumot, amelyek közül kiemelkednek a hüvelyesek családjának képviselői.
A földkéreg összes elemtartalma a szakértők szerint nem haladja meg az 5000 tonnát.
Ipari termelés
A ruténium elem nemesnek számít, és a fém fő forrása a platinagyártásból származó hulladékkő. A ruténium (valamint a platina) kitermelésének vitathatatlan vezetője a Dél-afrikai Köztársaság. Ennek a fémnek a fejlesztését és gyártását Oroszország, Kanada és Zimbabwe is végzi. Ez utóbbi ország egyébként a második helyen áll a világon a platinoidok feltárt készleteit tekintve.
A piacra szállított ruténium mennyisége évi 17-20 tonna között mozog. Egy elem előállításának gyártási ciklusa körülbelül 6 hétig tart, és az egymás után következő termokémiai reakciók folyamatos láncolata.
Technológia a megszerzéséhezruténium a radioaktív technécium izotópjainak neutronos besugárzásával. De meg kell jegyezni, hogy a tiszta és stabil fém izolálása kémiai tulajdonságai, kiszámíthatatlansága és elégtelen ismeretei miatt továbbra is csak álom marad.
Alkalmazások
Bár a ruténiumban lévő nemesfém összes tulajdonsága teljes mértékben megvan, az elem nem terjedt el széles körben az ékszeriparban. Csak ötvözetek megerősítésére és drága ékszerek tartósabbá tételére használják.
A felhasznált ruténium mennyiségét tekintve az ipari ágazatok a következő sorrendben vannak:
- Elektronikus.
- Elektrokémiai.
- Vegyi.
Az elem katalitikus tulajdonságaira nagy a kereslet. Hidrociánsav és salétromsav szintézisében, telített szénhidrogének, glicerin előállításában és etilén polimerizációjában használják. A kohászati iparban a ruténium adalékanyagokat a korróziógátló tulajdonságok növelésére, az ötvözetek szilárdságának, valamint a kémiai és mechanikai ellenálló képesség kölcsönzésére használják. A ruténium radioaktív izotópjai gyakran segítenek a tudósoknak a kutatásban.
Az elem számos vegyületét jó oxidálószerként és színezékként is használták. Különösen a kloridokat használják a lumineszcencia fokozására.
Biológiai jelentősége
A ruténium képes felhalmozódni az élő szövetek sejtjeiben, főleg az izomzatban (a platinacsoport egyetlen féme). provokálhatallergiás reakciók kialakulása, negatív hatással vannak a szem nyálkahártyájára és a felső légutakra.
Az orvostudományban a nemesfémet használják az érintett szövetek felismerésére. Az ezen alapuló gyógyszereket a tuberkulózis és az emberi bőrt érintő különféle fertőzések kezelésére használják. Emiatt nagyon ígéretesnek tűnik a ruténium azon képességének felhasználása, hogy stabil nitrózókomplexeket képezzen az emberi szervezetben a túlzott nitrátkoncentrációval összefüggő betegségek (hipertónia, ízületi gyulladás, szeptikus sokk és epilepszia) elleni küzdelemben.
Ki a hibás?
A közelmúltban nyugat-európai tudósok komolyan megzavarták a közvéleményt azzal az üzenettel, hogy a ruténium Ru106 radioaktív izotóp tartalma növekszik a kontinensen. A szakértők teljesen kizárják a légkörben való önképzését. Valamint egy atomerőműből való véletlen kibocsátás, hiszen akkor cézium és jód radionuklidok feltétlenül jelen lennének a levegőben, amit kísérleti adatok nem erősítenek meg. Ennek az izotópnak az emberi testre gyakorolt hatása, mint minden radioaktív elem, a szövetek és szervek besugárzásához, rák kialakulásához vezet. A nyugati média szerint a lehetséges szennyezőforrások Oroszország, Ukrajna vagy Kazahsztán területén találhatók.
A Roszatom Kommunikációs Főosztályának képviselője válaszul elmondta, hogy az állami vállalat minden vállalkozása a megszokott módon működött és működik. A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (NAÜ) álláspontja szerint saját monitoring adatai alapjánalaptalannak nevezte az Orosz Föderáció elleni vádakat.
