Рутений — благородный символ России

Этот металл – самый неординарный в платиновом семействе. Он довел до отчаяния или нервного срыва не одного исследователя. Закономерно, что рутений был изучаем последним из платиноидов. Его название напрямую связано с Россией.

металл Рутений

Что представляет собой

Рутений – это благородный металл платиновой группы. В таблице Менделеева это элемент с порядковым номером 44. Располагается компактно рядом с другими платиноидами.

Формула отсутствует: это простое вещество. Состоит из семи стабильных изотопов.

Международное обозначение – Ruthenium (Ru).

Выглядит как типичный металл: голубовато- либо светло-серый цвет дополнен ярким серебристым блеском.

Как был открыт металл

Рутений попал в сферу интересов ученых к середине 19 века, когда на Урале началась платиновая лихорадка.

Серебристо-белый металл

Однако история оказалась сложной:

  • В 1827 году немецкий химик, профессор Дерптского университета Готфрид Озанн завершил цикл работ по «распаковке» уральской руды. Обнаружилось наличие трех неизвестных науке металлов, которые он назвал полин, полуран, рутений.
  • Достижение не нашло отклика у коллег: большинство сочло это ошибкой. А полученное вещество – плохо очищенным платиноидом иридием.
  • Повторить опыты Озанна взялся спустя 13 лет Карл Клаус – этнический немец, родившийся в России и ставший профессором Казанского университета. Ему ассистировал польский ученый Анджей Снядецкий.
  • Спустя четыре года (1844) они представили около 6 граммов рутения. Так был открыт новый элемент и подтвердились результаты Озанна.
  • Ученые исследовали физические, химические свойства, установили атомную массу, количество рутения – 1,1%.

Металл назван в честь страны, где впервые был обнаружен. Так предложил первооткрыватель Готфрид Озанн. Россия заняла место в таблице Менделеева.

Ruthenia – латинизированный вариант топонима Россия. Так государство именовалось Европой до 15 века.

По другой версии, первым изучал этот химический элемент все тот же Снядецкий еще в 1809 году. Он назвал новый элемент вестием – в честь астероида Веста, открытого двумя годами ранее.

Всю жизнь посвятил изучению металла советский ученый С.М.Старостин.

Физико-химические характеристики

Рутений наделен характеристиками, свойственными другим платиноидам: повышенная твердость (6,5 по Моосу), стойкость к химическим субстанциям, включая агрессивные.

Свойства атома
Название, символ, номер Рутений / Ruthenium (Ru), 44
Атомная масса
(молярная масса)
101,07(2) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Kr] 4d7 5s1
Радиус атома 134 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 125 пм
Радиус иона (+4e) 67 пм
Электроотрицательность 2,2 (шкала Полинга)
Электродный потенциал 0
Степени окисления +3, +4, +6, +8, 0
Энергия ионизации
(первый электрон)
 710,3 (7,36) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 12,41 г/см³
Температура плавления 2334 °C (2607 K, 4233 °F)
Температура кипения 4077 °C (4350 K, 7371 °F)
Уд. теплота плавления (25,5) кДж/моль
Молярная теплоёмкость 24,0 Дж/(K·моль)
Молярный объём 8,3 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки гексагональная
Параметры решётки a=2,706 c=4,282 Å
Отношение c/a 1,582
Температура Дебая 600 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 117,0 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-18-8

Есть отличительные признаки:

  • Эффективный сорбент водорода: рутениевый кубик с ребром в 1 см способен впитать 1500 см3 водорода. Это почти вдвое больше, чем у палладия (940 см3), признанного эталоном по данной характеристике.
  • Интересны свойства четырехвалентной окиси рутения. Внешне это желтые с золотистостью иголки. Даже при комнатной температуре (25°С) истаивают до жидкости, источая запах озона. Без этого компонента невозможно отделение рутения от других металлов и максимальная очистка.

Металл хрупок, легко истрирается до порошка.

Металл в природе

По распространенности рутений едва ли не самый редкий из благородных металлов: его доля в земной коре – 1х2-6%. В 200 раз больше вещества содержат метеориты.

Общая масса разведанных запасов рутения оценивается в 5 тыс. тонн.

Минерал находят по следующим маркерам:

  • Коренные залежи или россыпи платиноносных пород.
  • Месторождения медно-никелевых руд.
  • Залежи лаурита и рутенарсенида.

Лаурит и рутенарсенид – собственные минералы рутения. Первый темный, плотный, насыщен рутением. Оба чрезвычайно редки.

Рутений

Где добывается

Рутений добывают там же, где платину или платиноиды:

  • ЮАР;
  • Зимбабве;
  • Россия;
  • Китай;
  • США.

Главный поставщик сырья – Южно-Африканская Республика.

Ежегодный мировой показатель добычи рутения – 17-21 тонна.

Технологии получения

  1. Рутений извлекают из платиновой либо никелево-медной руды. Причем делают это, когда сырье «очищено» от других ценных элементов. То есть основной источник металла – отходы, оставшиеся в результате очистки платины или металлов ее группы. Полный цикл (включая обогащение руды и термохимическое воздействие), занимает полтора месяца.
  2. Второй источник – содержимое отработанных ТВЭЛов, отходы ядерного производства. Материалом служат уран, торий, плутоний. Тонна продукта радиоактивного распада содержит до 250 граммов рутения.
  3. Третий – изотоп технеция, облученный потоком нейтронов.

Где используется

Благородный металл востребован как самодостаточный элемент и компонент сплавов.

Образцы Рутения

Промышленность

Главный потребитель металла.

Его забирают следующие отрасли:

  • Производство электроники.
  • Электрохимия.
  • Химическое производство.

Эти направления используют 90% сырья.

Химики ценят металл за инертность и свойства катализатора:

  • Он наделен уникальным свойством избирательности в реакциях. За это востребован при синтезировании органических и неорганических веществ.
  • В паре с ним каталитическая активность платины повышается.
  • Рутениевые соединения используются как суперокислители, пигменты в составе стекла, эмалей.

Без рутения как элемента сплавов не обходятся передовые отрасли:

  • Из них делают узлы, контакты приборов повышенной точности для нужд радио-, электро-, аэрокосмической техники, оборонного комплекса. Для этого достаточно 1,1-4,9% рутения в сплаве.
  • 0,1% рутения, добавленная к титану, кратно повышает антикоррозионные свойства последнего.
  • Рутениево-платиновый симбиоз – материал для изготовления топливных систем, систем по очистке воды на космических кораблях.
  • Тугоплавкий металл добавляют в сплавы при изготовлении приборов, замеряющих сверхвысокие температуры.

Чистым рутением покрывают особо важные детали, чтобы сделать их устойчивее механически, химически.

Ювелирное дело

В ювелирных изделиях применение металла двояко: как укрепляющего компонента сплава и прочного покрытия.

Изделия из сплавов с рутениевой лигатурой надежны, прочны, что важно для украшений, испытывающих повышенные нагрузки (кольца, перстни, браслеты).

Покрытие рутением создает на поверхности изделия пленку в гамме оттенков от графита до черноты.

Вместе с родием они создают элитарное чёрное золото.

Чем интересен для ученых

Рутений околдовывал многие поколения ученых. Выяснилось, что некоторые его характеристики почти копируют платиноиды родий и осмий, другие – железо.

Но и через почти двести лет после открытия элемента вопросы остаются:

  • Главное препятствие создает валентность. У рутения она восьми видов. Это не самое «страшное». Во время опытов валентность спонтанно, неожиданно меняется.
  • Нестандартны каталитические возможности. Ручаться за исход процесса сложно: металл сам «решает», какому элементу помогать ускоряться, какому нет.

Поэтому не удается пока получить стойкий чистый металл.

Эти обстоятельства только раззадоривают ученых, особенно молодежь. Они намерены приручить своенравный металл. Особо привлекательные направления – полное и экономически оптимальное извлечение элемента из минералов, шлама, ядерных отходов.

Биологическое воздействие

Как и платина, нанодозы рутения присутствуют в тканях биологических организмов (у человека это мышцы).

Металл, его соединения биологически активны. Данное свойство используют дерматологи, онкологи, фтизиатры.

На особом счету неорганический краситель, известный как «рутениевый красный». Он контрастно выделяет ткани, другие биологические субстанции, исследуемые под микроскопом.

Однако есть опасные для человека соединения:

  • Диоксид. Весьма ядовит, вызывает рвоту, приступы удушья. Провоцирует аллергию, язвы на слизистых оболочках.
  • Четырехвалентная окись. Воздействия органики (например, спирта) или нагрева выше 100°С достаточно, чтобы прогремел взрыв.

Это нужно учитывать, если в семье есть поклонники домашних химических опытов. Такие субстанции хранят в специальных емкостях.

Цены

Рутений недорог: в семействе благородных металлов цена за грамм меньше только у серебра.

В декабре на биржах за 1 грамм металла давали 636 руб. ($8)

За последние двадцать лет она выросла в 14 раз.

Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
420
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:


Adblock
detector