Rutenium

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 17 juni 2022; kontroller kräver 9 redigeringar .

Rutenium

← Teknetium | Rhodium →

Fe
↑
Ru
↓
Os

44 Ru

Utseendet av en enkel substans

Ruteniumprov

Atomegenskaper

Namn, symbol, nummer

Ruthenium / Ruthenium (Ru), 44

Grupp , punkt , block

8 (föråldrad 8), 5,
d-element

Atommassa
( molmassa )

101.07(2) [1] a. e. m. ( g / mol )

Elektronisk konfiguration

[Kr] 4d 7 5s 1

Atomradie

134 pm

Kemiska egenskaper

125 pm

(+4e) 67 pm

2.2 (Pauling-skala)

0, +2, +3, +4, +6, +8

Joniseringsenergi
(första elektron)

710,3 (7,36) kJ / mol ( eV )

Termodynamiska egenskaper hos ett enkelt ämne

Densitet (vid ej )

12,41 g/cm³

Smält temperatur

2334 °C [2] (2607 K , 4233 °F)

Koktemperatur

4077 °C [2] (4350 K , 7371 °F)

Oud. fusionsvärme

(25,5) kJ/mol

Molär värmekapacitet

24,0 [2] J/(K mol)

Molar volym

8,3 cm³ / mol

Kristallgittret av en enkel substans

Gallerstruktur

Hexagonal

Gitterparametrar

a=2,706 c=4,282 Å

c / a -förhållande

1,582

Debye temperatur

600K _

Andra egenskaper

Värmeledningsförmåga

(300 K) 117,0 W/(m K)

CAS-nummer

7440-18-8

44	Rutenium
Ru101,07
4d 7 5s 1

Ruthenium ( kemisk symbol - Ru , från lat. Ru thenium ) - ett kemiskt element i den 8:e gruppen (enligt den föråldrade klassificeringen - en sidoundergrupp av den åttonde gruppen, VIIIB), den femte perioden av det periodiska systemet av kemiska element av D. I. Mendeleev , med atomnummer 44.

Det enkla ämnet rutenium är en sällsynt silver-vit övergångsmetall . Avser platinametaller .

Historik

Det upptäcktes av professor vid Kazan University Karl Klaus 1844 , samma år publicerade han en stor artikel om det nya elementet "Kemiska studier av resterna av Ural platinamalm och ruteniummetall" i " Scientific Notes of Kazan University " . Klaus rapporterade om upptäckten, metoden för att erhålla och egenskaperna hos det nya elementet i ett brev till G. I. Hess på tyska, som läste det vid ett möte i St. Petersburgs vetenskapsakademi den 13 september ][31844 Mining Journal " [5] . Klaus isolerade rent rutenium från Ural- platinamalmen och påpekade likheterna mellan triaderna rutenium- rodium - palladium och osmium - iridium - platina .

Namnets ursprung

Upptäckaren av grundämnet , K. K. Klaus, döpte rutenium till Rysslands ära [6] [7] ( Ruthenia är det latinska namnet för Ryssland ). Namnet "ruthenium" föreslogs 1828 av G. W. Ozanne för ett grundämne som han av misstag antog vara ett nytt grundämne, och Klaus, som faktiskt upptäckte det nya grundämnet 1844, gav det detta namn [3] .

Produktion, reserver och pris

De främsta världstillverkarna av rutenium är Sydafrika (den största leverantören av metallen till världsmarknaden), Zimbabwe, Ryssland, USA och Kina. Ruteniumbrytningen 2009 var 17,9 ton [8] , 2021 steg den till 30 ton [9] . Världsreserverna av rutenium uppskattas till 5000 ton [10] . Priset på rutenium den 27 maj 2016 var 42 USD per troy ounce (ungefär 1,35 USD/g) [11] . Sedan dess har priset på rutenium varit mycket volatilt: i juli 2021 steg det till 800 dollar per troy ounce, i december 2021 stabiliserades det på 550 dollar eller 18 dollar per gram [12] .

Fysikaliska och kemiska egenskaper

Isotopkomposition

Naturligt rutenium har sju stabila isotoper :

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

Fysiska egenskaper

Den fullständiga elektroniska konfigurationen av ruteniumatomen är: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 7 5s 1

Ruthenium, beroende på metoden för dess tillverkning, är en matt grå eller silvervit glänsande metall med extremt hög hårdhet; den är dock så ömtålig att den lätt kan malas till pulver. Det är mycket eldfast och smälter vid en mycket högre temperatur än platina. I en elektrisk ljusbåge under smältning avdunstar Ru samtidigt. Den går även över i gasfasen vid kraftig förbränning i luft, men i detta fall är det inte metallen som flyger utan tetroxiden som är stabil vid mycket höga temperaturer.

Kemiska egenskaper

I frånvaro av luftsyre verkar ingen syra på rutenium, inte ens aqua regia (undantaget är konc. perklorsyra (reaktionen sker endast i ljuset). Saltsyra innehållande luft löser den dock långsamt vid vanlig temperatur, och kl. 125° (i ett förseglat rör) till och med ganska snabbt. Vid upphettning i luft blir rutenium svart på grund av ytoxidation med bildning av RuO2. Om reaktionen fortsätter vid en temperatur över 700° bildas en blandning av RuO2- och RuO4-oxider Fluor verkar på pulveriserat rutenium redan under rödvärmetemperaturen med bildning av RuF5 - fluorid rutenium reagerar med svavel endast under speciella förhållanden, med fosfor bildar det föreningen RuP 2 och RuP och Ru 2 P, med arsenik, som platina, rutenium ger diarseniden RuAs 2. Alkalier i närvaro av syre eller ämnen som lätt frigör syre, till exempel blandningar av KOH med KNO 3 eller K 2 CO 3 med KCIO 3 , samt peroxider Na 2 O 2 eller BaO 2 , verkar vid höga temperaturer kraftigt på rutenium och bildar rutenater (VI) M 1 2 RuO 4 med det .

Oorganiska föreningar

Ruthenium är olösligt i syror och aqua regia (blandningar av HCl och HNO 3 ). Samtidigt reagerar rutenium med klor över 400 °C (bildar RuCl 3 ) och med en blandning av alkali och nitrat under fusion (bildar rutenater, till exempel Na 2 RuO 4 ).

Ruthenium kan ge föreningar som motsvarar olika oxidationstillstånd:

8 RuO4 ; RuO 4 PCl 3 7 M[RuO 4 ] 6 M2 [ RuO4 ] ; M2 [ RuF8 ] ; RuF 6 5 M[RuF6 ] ; RuF 5 4 RuCl4 ; _ RuO2 ; _ M2 [ RuCl6 ] _ 3 RuCl3 ; _ M3 [ RuCl6 ] _ 2 M2 [ RuCl4 ] ; M4 [Ru(CN ) 6 ] 1 Ru(CO) n Br 0 Ru(CO) n

Ruteniumföreningar representeras också av ett brett spektrum av nitroso-föreningar som innehåller RuNO 3+ -gruppen , till exempel K 2 [RuNOCl 5 ] . Dessa komplexa föreningar, särskilt nitrosonitroaminer (till exempel [RuNO(NO 2 ) 2 (NH 3 ) 2 OH] ) och nitrosonitro- komplex (särskilt den komplexa anjonen [RuNO(NO 2 ) 4 OH] 2− ) (gul-orange) skiljer sig hög stabilitet och kinetisk tröghet.

Ruteniumtetroxid (Ru + VIII O 4 ) påminner något om osmiumtetroxid i egenskaper .

Forskare från University of Minnesota 2018 visade att rutenium har magnetiska egenskaper vid rumstemperatur [13] .

Organisk kemi av rutenium

Rutenium bildar ett antal organometalliska föreningar och är en aktiv katalysator .

Får

Rutenium erhålls som ett "avfall" från raffinering av platina och platinametaller.

En betydande källa till ruteniumisotoper för dess utvinning är dess isolering från klyvningsfragment av kärnmaterial ( plutonium , uran , torium ), där dess innehåll i använt bränslestavar når 250 gram per ton använt kärnbränsle.

Dessutom har grunderna för tekniken för att erhålla rutenium från teknetium-99 med hjälp av reaktorneutronbestrålning ( kärntransmutation ) av teknetium-99 [14] utvecklats .

Applikation

En liten tillsats av rutenium (0,1%) ökar korrosionsbeständigheten hos titan .
I en legering med platina används den för att göra extremt slitstarka elektriska kontakter.
Ruteniumdioxid och vismutrutenater används i tjockfilmsmotstånd. Dessa två applikationer inom elektronik förbrukar cirka 50 % av det rutenium som produceras.
Katalysator för många kemiska reaktioner. En mycket viktig plats för rutenium som katalysator i vattenreningssystemen i orbitalstationer .
Ruthenium red används som en kompetitiv antagonist för studier av jonkanaler (CatSper1, TASK, RyR1, RyR2, RyR3, TRPM6, TRPM8 , TRPV1, TRPV2, TRPV3, TRPV4, TRPV5, TRPV6, TRPA1, mCa1, mCa2, CALHM1 ).
Ruthenium och dess legeringar finner användning som högtemperaturkonstruktionsmaterial inom flygteknik, och upp till 1500 °C är starkare än de bästa legeringarna av molybden och volfram (som har fördelen av hög oxidationsbeständighet också).

Fysiologisk verkan

Ruthenium är den enda platinametallen som finns i sammansättningen av levande organismer (enligt vissa källor är det också platina). Det är koncentrerat främst i muskelvävnad. Högre ruteniumoxid är extremt giftigt och kan, eftersom det är ett starkt oxidationsmedel, antända brandfarliga ämnen.

Anteckningar

↑ 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. Grundämnenas atomvikter 2011 (IUPAC Technical Report ) // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
↑ 1 2 3 Redaktion: Zefirov N. S. (chefredaktör). Chemical Encyclopedia: i 5 vol. - M .: Soviet Encyclopedia, 1995. - T. 4. - S. 285-286. — 639 sid. — 20 000 exemplar. - ISBN 5-85270-039-8.
↑ 1 2 Soloviev Yu. I. K. K. Klaus forskning om platinametallernas kemi. Upptäckt av rutenium // Kemins historia i Ryssland: forskningscentra och huvudforskningsområden. - M . : Science , 1985. - S. 140-147.
↑ Découverte d'un nouveau metal. Lettre de M. le professeur CLAUS de Kazan à M. HESS (Lu le 13 septembre 1844.) (franska) // Bulletin de la classe physico-mathématique de l'Académie impériale des Sciences de St.-Petersbourg: magazine. - 1844. - Vol. 3 .
↑ Om upptäckten av en ny metall // Mining Journal. Del I. Bok II. - 1845. - S. 265-273 .
↑ Populärt bibliotek av kemiska element. Rutenium . Hämtad 25 mars 2007. Arkiverad från originalet 30 september 2007. (obestämd)
↑ Om rutenium // Mining magazine. Del III. Bok VII. - 1845. - S. 157-163 . "Sedan, efter 2 år, efter att ha tagit emot metallen i en helt ren form, rapporterade jag redan denna upptäckt till den vetenskapliga världen och döpte den nya kroppen, för att hedra mitt fosterland, rutenium."
↑ Platinagruppens metallmarknad 2010: rodium, iridium, rutenium, osmium. (inte tillgänglig länk) . metalresearch.ru. Hämtad 11 juli 2013. Arkiverad från originalet 15 juli 2013. (obestämd)
↑ Loferski, Patricia J.; Ghalayini, Zachary T. och Singerling, Sheryl A. Platina-gruppmetaller. Minerals årsbok 2016. USGS. sid. 57,3. . - London: USGS - US GEOLOGICAL SURVEY, 2018. - P. 57.3. Arkiverad 23 december 2021 på Wayback Machine
↑ Emsley, J. (2003). Rutenium. Naturens byggstenar: En A-Z guide till elementen. Oxford, England, Storbritannien: Oxford University Press. pp. 368-370. ISBN 0-19-850340-7 .
↑ Ruteniumpriser och Ruteniumprisdiagram (27 maj 2016). Hämtad 27 maj 2016. Arkiverad från originalet 17 maj 2016. (obestämd)
↑ Världspriset på rutenium per troy uns och gram . Hämtad 23 december 2021. Arkiverad från originalet 23 december 2021. (ryska)
↑ "Scientists discover new magnetic element" Arkiverad 27 maj 2018 på Wayback Machine Phys.org, 25 maj 2018
↑ KV Rotmanov, LS Lebedeva, VM Radchenko, VF Peretrukhin. Transmutation av 99Tc och beredning av konstgjord stabil rutenium: III. Isolering av konstgjord metallisk rutenium från bestrålat teknetium (ryska) // Radiokemi: tidskrift. - 2008. - V.50 nr 8 ( vol. 50 , nr 8 ). - S. 408 - 410 . — ISSN 1608-3288 .