Ruten jest najlżejszym i najmniej „szlachetnym” spośród wszystkich metali z grupy platynowców. Jest to prawdopodobnie najbardziej „multiwalentny” pierwiastek (znanych jest dziewięć stanów walencyjnych). Pomimo ponad półwiecznej historii badań, wciąż stawiają one współczesnemu chemikowi wiele pytań i problemów. Czym więc jest ruten jako pierwiastek chemiczny? Na początek krótka dygresja do historii.
Tajemniczy i bogaty
Nazwa i historia odkrycia rutenu są nierozerwalnie związane z Rosją. Na samym początku XX wieku światowa społeczność była podekscytowana i zaniepokojona wiadomością, że w Imperium Rosyjskim odkryto najbogatsze złoża platyny. Krążyły plotki, że na Uralu wydobycie tego szlachetnego metalu można przeprowadzić zwykłą łopatą. Fakt odkrycia bogatych złóż wkrótce potwierdził fakt, że minister finansów Rosji E. F. Kankrin przesłał do petersburskiej mennicy najwyższy dekret o bicie monet z platyny. W kolejnych latach do obiegu wprowadzono około półtora miliona monet (3, 6 i 12 rubli), na produkcję których wydano 20 ton szlachetnego metalu.
„Odkrycie” Ozanne
Profesor Uniwersytetu Derpt-Yuryevsky (obecnie w Tartu) Gottfried Ozann rozpoczął studia nad składem cennej rudy Ural. Doszedł do wniosku, że platynie towarzyszą trzy nieznane metale - wielomian, wielomian i ruten, których nazwy nadał sam Ozann. Nawiasem mówiąc, trzeci nazwał po Rosji (z łacińskiej Rusi).
Koledzy Ozanne'a w całej Europie, kierowani przez najbardziej autorytatywnego szwedzkiego chemika Jensa Berzeliusa, byli bardzo krytyczni wobec raportu profesora. Próbując się usprawiedliwić, naukowiec powtórzył serię swoich eksperymentów, ale nie osiągnął tych samych wyników.
Dwie dekady później profesor chemii Karl Karlovich Klauss (Uniwersytet Kazański) zainteresował się pracą Ozanne'a. Uzyskał zgodę Sekretarza Skarbu na zabranie kilku funtów resztek monet z laboratorium Mennicy do ponownego przetestowania.
Kazański pierwiastek chemiczny ruten
Rosyjski akademik A. E. Arbuzov zauważył w swoich pismach, że aby odkryć nowy pierwiastek w tamtych czasach, chemik potrzebował niezwykłej pracowitości i wytrwałości, obserwacji i wglądu, a co najważniejsze, subtelnego polotu eksperymentalnego. Wszystkie powyższe cechy były w najwyższym stopniu nierozerwalnie związane z młodym Karolem Mikołajem.
Badania naukowca miały również znaczenie praktyczne - dodatkowa ekstrakcja czystej platyny z pozostałości rudy. Po opracowaniu własnego planu eksperymentu Klauss połączył materiał rudy z saletrą i wyekstrahowanymi pierwiastkami rozpuszczalnymi: osmem, irydem,paladium. Nierozpuszczalną część poddano działaniu mieszaniny stężonych kwasów („aqua regia”) i destylacji. W osadzie wodorotlenku żelaza odkrył obecność nieznanego metalu i wyizolował go najpierw w postaci siarczku, a następnie w postaci czystej (około 6 gramów). Profesor zachował nazwę zaproponowaną przez Ozanna dla pierwiastka - ruten.
Otwórz i udowodnij
Ale jak się okazało, historia odkrycia pierwiastka chemicznego rutenu dopiero się zaczynała. Po opublikowaniu wyników badania w 1844 r. na Clauss spadł grad krytyki. Wnioski nieznanego naukowca kazańskiego zostały sceptycznie przyjęte przez największych chemików na świecie. Sytuacji nie uratowało nawet wysłanie próbki nowego pierwiastka do Berzeliusa. Według szwedzkiego mistrza ruten Claussa był tylko „próbką nieczystego irydu”.
Tylko wybitne cechy Karla Karlovicha jako chemika analitycznego i eksperymentatora oraz szereg dodatkowych badań pozwoliły naukowcowi udowodnić swoją rację. W 1846 roku odkrycie uzyskało oficjalne uznanie i potwierdzenie. Za swoją pracę Klauss otrzymał Nagrodę Demidowa Rosyjskiej Akademii Nauk w wysokości 10 tysięcy rubli. Dzięki talentowi i wytrwałości kazańskiego profesora ruten, pierwszy pierwiastek odkryty w Rosji, został dodany do szeregów platynoidów.
Dalsze badania
Głównym problemem w badaniu właściwości chemicznych i fizycznych rutenu jest niezwykle ograniczona zawartośćten metal w skorupie ziemskiej. Na przykład w odpadach z produkcji platyny (materiał roboczy Clauss) jego zawartość wynosi około 1%. Większość naukowców zajmujących się chemią uznaje ruten za niezwykle niekorzystną substancję do badań. Mnogość impasów często powoduje, że naukowcy ograniczają lub wstrzymują pracę.
Radziecki naukowiec SM Starostin poświęcił całe swoje życie badaniu właściwości „niewygodnego” metalu i jego związków. Głównym rezultatem działalności chemika są wnioski dotyczące właściwości kompleksów nitrozowych rutenu i związanych z nimi trudności w oddzieleniu czystego metalu od towarzyszącego uranu i plutonu. Czym jest ruten jako pierwiastek chemiczny?
Właściwości fizyczne
Ruten to metal, którego kolor, w zależności od metody otrzymywania, waha się od szaroniebieskawego do srebrnobiałego. Niektóre cechy fizyczne pierwiastka chemicznego rutenu pozwalają uznać go za wyjątkową substancję. Wraz z dużą kruchością (kryształy można nawet łatwo rozdrobnić ręcznie na proszek), ruten ma ekstremalną twardość - 6,5 w dziesięciostopniowej skali mineralogicznej twardości (w skali Mohsa). Być może najlżejszy z metali z grupy platynowców. Gęstość wynosi 12,45 g/cm3. Jest bardzo ogniotrwały - temperatura przejścia w stan ciekły wynosi 2334 ° C. Podczas topienia w łuku elektrycznym obserwuje się jednoczesne parowanie metalu. Podczas kalcynacji w wysokiej temperaturze na wolnym powietrzu pierwiastek „ulatnia się” w postacitetratlenki.
Ruten jest klasyfikowany jako nadprzewodnik. Metal wykazuje zerową odporność po schłodzeniu do 0,47 K. Ta właściwość ma ogromne znaczenie z naukowego i praktycznego punktu widzenia. Jako platynoid ruten jest bardzo interesującym metalem szlachetnym.
Element Ru
Właściwości „kazańskiego” metalu są pod wieloma względami typowe dla przedstawicieli grupy VΙΙΙ (platyny). Ruten to pierwiastek chemiczny układu okresowego pierwiastków o liczbie atomowej 44, charakteryzujący się dużą bezwładnością. Posiada 7 stabilnych izotopów naturalnych i 20 sztucznych o liczbach masowych od 92 do 113.
W normalnej temperaturze nie jest narażony na utlenianie i korozję, kwasy i zasady. Po podgrzaniu powyżej 400 ° C reaguje z chlorem, w 930 ° C - z tlenem. W przypadku niektórych metali pierwiastek chemiczny ruten tworzy stabilne stopy zwane związkami międzymetalicznymi.
W wielu związkach wykazuje wartościowość od zera do ośmiu. Do najważniejszych należą dwutlenek i czterotlenek rutenu, siarczek RuS2 i fluor RuF5.
W czystej postaci metalicznej posiada właściwości katalizatora o wysokiej selektywności, co pozwala na wykorzystanie go do syntezy szerokiej gamy substancji organicznych i nieorganicznych. Służy jako najlepszy sorbent do wodoru.
Rozprzestrzeniaj się w naturze
Pierwiastek chemiczny ruten charakteryzuje się ekstremalnościąrzadkie i rozproszone w przyrodzie. W swoim naturalnym środowisku tworzy jedyny znany minerał – lauryt. Jest to bryła w postaci małej żelazno-czarnej oktaedry. Najbogatsze i najsłynniejsze złoże znajduje się na platynowcach wyspy Borneo (Kalimantan). W Rosji rozwój trwa na środkowym i południowym Uralu, na Półwyspie Kolskim, w Krasnojarsku i Chabarowsku.
We wszystkich innych związkach naturalnych ilość rutenu nie przekracza 0,1%. Ślady metalu znaleziono w niektórych rudach miedzi i niklu oraz kwaśnych skałach magmowych. Niektóre rośliny mają zdolność koncentracji i akumulacji rutenu, wśród których wyróżniają się przedstawiciele rodziny motylkowatych.
Całkowita zawartość pierwiastka w skorupie ziemskiej, według ekspertów, nie przekracza 5000 ton.
Produkcja przemysłowa
Pierwiastek ruten jest uważany za szlachetny, a głównym źródłem metalu jest skała płonna z produkcji platyny. Niekwestionowanym liderem w wydobyciu rutenu (a także platyny) jest Republika Południowej Afryki. Rozwój i produkcję tego metalu prowadzą również Rosja, Kanada i Zimbabwe. Nawiasem mówiąc, ten ostatni kraj zajmuje drugie miejsce na świecie pod względem zbadanych rezerw platynoidów.
Ilość rutenu dostarczanego na rynek waha się od 17 do 20 ton rocznie. Cykl produkcyjny do uzyskania elementu trwa około 6 tygodni i jest ciągłym łańcuchem następujących po sobie reakcji termochemicznych.
Technologia pozyskiwaniaruten przez napromieniowanie neutronami izotopów radioaktywnego technetu. Należy jednak zauważyć, że izolacja czystego i stabilnego metalu, ze względu na jego właściwości chemiczne, nieprzewidywalność i niewystarczającą wiedzę, nadal pozostaje mrzonką.
Aplikacje
Chociaż wszystkie właściwości metalu szlachetnego w rutenu są w pełni obecne, pierwiastek ten nie był szeroko rozpowszechniony w branży jubilerskiej. Służy wyłącznie do wzmacniania stopów i zwiększania trwałości drogiej biżuterii.
Pod względem ilości zużytego rutenu sektory przemysłowe są w następującej kolejności:
- Elektroniczny.
- Elektrochemiczny.
- Chemiczne.
Właściwości katalityczne pierwiastka są bardzo poszukiwane. Znajduje zastosowanie w syntezie kwasu cyjanowodorowego i azotowego, przy produkcji węglowodorów nasyconych, gliceryny oraz polimeryzacji etylenu. W przemyśle metalurgicznym dodatki rutenowe są stosowane w celu zwiększenia właściwości antykorozyjnych, nadania stopom wytrzymałości, odporności chemicznej i mechanicznej. Radioaktywne izotopy rutenu często pomagają naukowcom w ich badaniach.
Wiele związków tego pierwiastka zostało również użytych jako dobre utleniacze i barwniki. W szczególności chlorki są używane do wzmocnienia luminescencji.
Biologiczne znaczenie
Ruten ma zdolność gromadzenia się w komórkach żywych tkanek, głównie mięśni (jedyny metal z grupy platynowców). może prowokowaćrozwój reakcji alergicznych, mają negatywny wpływ na błonę śluzową oczu i górnych dróg oddechowych.
W medycynie metal szlachetny jest używany do rozpoznawania dotkniętych tkanek. Leki na nim oparte są stosowane w leczeniu gruźlicy i różnych infekcji, które atakują ludzką skórę. Z tego powodu bardzo obiecująco wygląda wykorzystanie zdolności rutenu do tworzenia stabilnych kompleksów nitrozo w walce z chorobami związanymi z nadmiernym stężeniem azotanów w organizmie człowieka (nadciśnienie, zapalenie stawów, wstrząs septyczny i padaczka).
Kto jest winny?
Ostatnio zachodnioeuropejscy naukowcy poważnie zaniepokoili opinię publiczną wiadomością, że zawartość radioaktywnego izotopu rutenu Ru106 rośnie na kontynencie. Eksperci całkowicie wykluczają samokształcenie w atmosferze. Oprócz przypadkowego uwolnienia z elektrowni jądrowej, od tego czasu w powietrzu musiałyby znajdować się radionuklidy cezu i jodu, czego nie potwierdzają dane eksperymentalne. Oddziaływanie tego izotopu na organizm człowieka, jak każdy pierwiastek promieniotwórczy, prowadzi do napromieniowania tkanek i narządów, rozwoju raka. Możliwe źródła zanieczyszczeń, według zachodnich mediów, znajdują się na terenie Rosji, Ukrainy lub Kazachstanu.
W odpowiedzi przedstawiciel Departamentu Komunikacji Rosatomu powiedział, że wszystkie przedsiębiorstwa państwowej korporacji działały i pracują normalnie. Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej (MAEA), w swojej opinii, na podstawie własnych danych z monitoringu,uznał za bezpodstawne wszelkie oskarżenia wobec Federacji Rosyjskiej.
