Львів
C
» » Рутеній - хімічний елемент: опис, історія і склад

Рутеній - хімічний елемент: опис, історія і склад

Рутеній - найлегший і найменш "благородний" з усіх металів платинової групи. Є чи не найбільш "многовалентным" елементом (відомо дев'ять валентних станів). Незважаючи на більш ніж піввікову історію вивчення, він і сьогодні перед сучасними хіміками ставить чимало питань і проблем. Так що ж являє собою рутеній як хімічний елемент? Для початку - невеликий екскурс в історію.

Загадкова і багата

Назва та історія відкриття рутенія нерозривно пов'язані з Росією. На самому початку X?X століття світову громадськість схвилювало і занепокоїла звістка про те, що в Російській імперії виявлені багатющі поклади платини. Ходили чутки, що на Уралі видобуток цього дорогоцінного металу можна було вести звичайною лопатою. Факт відкриття багатих родовищ незабаром був підтверджений тим, що міністр фінансів Росії Е. Ф. Канкрін направив на Петербурзький Монетний двір найвищий указ про карбування монет із платини. У наступні роки було запущено в обіг близько півтора мільйонів монет (36 і 12 руб.) для виробництва яких витрачено 20 тонн дорогоцінного металу.
Рутеній - хімічний елемент: опис, історія і склад



"Відкриття" Озанна

Вивченням складу уральської дорогоцінної руди зайнявся професор Дерптско-Юр'ївського (нині Тартусского) університету Готфрід Озан. Він прийшов до висновку, що платині супроводжують три невідомих металу - полуран, поліном і рутеній - назви яким були дані самим Озанна. До речі, третій він назвав на честь Росії (від латинського Ruthenia). Колеги Озанна у всій Європі, на чолі з авторитетним шведським хіміком Йенсом Берцеліусом, дуже критично поставилися до повідомлення професора. Намагаючись виправдатися вчений повторив серію своїх експериментів, але колишніх результатів досягти не вдалося.


Через два десятиліття роботами Озанна зацікавився професор хімії Карл Карлович Клаусс (Казанський університет). Він домігся дозволу міністра фінансів отримати в лабораторії Монетного двору кілька фунтів залишків виробництва монет для проведення повторних досліджень.

Казанський хімічний елемент рутеній

Російський академік А. Е. Арбузов наголошував у своїх працях, що для відкриття нового елемента в ті часи хіміку потрібні надзвичайна працьовитість і наполегливість, спостережливість і проникливість, а найголовніше - тонке експериментальне чуття. Всі перераховані вище якості в найвищій мірі були притаманні молодому Карлу Клауссу. Дослідження вченого мали і практичне значення - додаткове вилучення чистої платини із залишків руди. Розробивши власний план експерименту, Клаусс сплавив рудний матеріал з селітрою і витягнув розчинні елементи: осмій, іридій, паладій. Нерозчинну частина піддав впливу суміші концентрованих кислот ("царської горілки") і перегонці. В осаді гідроокису заліза він виявив наявність невідомого металу і виділив його спочатку у вигляді сульфіду, а потім - і в чистому (близько 6 грамів). Професор зберіг за елементом назва, запропоноване Озанна, - рутеній.
Рутеній - хімічний елемент: опис, історія і склад

Відкрити і довести

Але як виявилося, історія відкриття хімічного елемента рутенія тільки починалася. Після опублікування в 1844 році результатів дослідження на Клаусса обрушився град критики. Висновки невідомого казанського вченого були скептично сприйняті найбільшими хіміками світу. Навіть відправка зразка нового елемента Берцелиусу не врятувала ситуацію. На думку шведського метра, рутеній Клаусса був лише "пробою нечистого іридію".
Тільки видатні якості Карла Карловича як хіміка-аналітика і експериментатора і серія додаткових досліджень дозволили довести ученому свою правоту. У 1846 році відкриття отримало офіційне визнання і підтвердження. За проведену роботу Клаусс був удостоєний Демидівської премії Російської академії наук у розмірі 10 тис. рублів. Завдяки таланту і наполегливості професора казанського ряди платиноїдів поповнив рутеній - перший елемент, відкритий в Росії (і на сьогоднішній день, на жаль вітчизняної хімічної школи, єдиний).

Подальші дослідження

Основний проблемою вивчення хімічних та фізичних властивостей рутенія є вкрай обмежений вміст цього металу в земній корі. Наприклад, у відходах платинового виробництва (робочому матеріалі Клаусса) його зміст - близько 1 %. Більшість вчених-хіміків визнають рутеній вкрай несприятливим речовиною для вивчення. Велика кількість тупикових ситуацій часто змушує дослідників згортати або припиняти свої роботи. Все життя присвятив вивченню властивостей "незручного" металу та його сполук радянський вчений С. М. Старостін. Головним результатом діяльності хіміка є висновки про властивості нитрозокомплексов рутенію і пов'язаних з ними труднощі відділення чистого металу від супутніх урану і плутонію. Що ж являє собою рутеній, як хімічний елемент?
Рутеній - хімічний елемент: опис, історія і склад

Фізичні властивості

Рутеній - метал, колір якого, в залежності від способу отримання, знаходиться в діапазоні від сіро-блакитного до сріблясто-білого. Деякі фізичні характеристики хімічного елемента рутенія дозволяють вважати його унікальним речовиною. Поряд з високою крихкістю (кристали навіть вручну легко розтираються у порошок), рутеній володіє надзвичайною твердістю - 65 за десятибальною мінералогічною шкалою твердості (шкала Мооса). Чи не найлегший з металів платинової групи. Щільність - 1245 г/см 3 . Дуже тугоплавок - температура переходу в рідкий стан - 2334 °С. При плавленні в електричній дузі спостерігається одночасне випаровування металу. При високотемпературному прожарюванні на відкритому повітрі елемент "випаровується" у вигляді четырехокиси.
Рутеній зараховують до групи надпровідників. Нульовий опір метал демонструє при охолодженні до 047 Оскільки Це властивість має величезне значення з наукової і практичної точок зору. Як платиноид рутеній - дуже цікавий дорогоцінний метал.
Рутеній - хімічний елемент: опис, історія і склад

Елемент Ru

Властивості "казанського" металу багато в чому типові для представників V??? (платинової групи. Рутеній - хімічний елемент періодичної таблиці з атомним номером 44 відрізняється високою інертністю. Має 7 стабільних природних і 20 штучних ізотопів з масовими числами від 92 до 113. При нормальної температурі не схильний до окислення і корозії, впливу кислот і лугів. При нагріванні понад 400 °С вступає в реакцію з хлором, при 930 °С - С киснем. З деякими металами хімічний елемент рутеній утворює стійкі сплави, звані интерметаллидами. У численних сполуках проявляє валентність від нуля до восьми. До найбільш важливих відносять двоокис і четырехокись рутенія, сульфід RuS 2 і фторид RuF 5 . У чистому металевому вигляді має властивості каталізатора з високою виборчою здатністю, що дозволяє його використовувати для синтезу різних органічних і неорганічних речовин. Служить найкращим сорбентом для водню.
Рутеній - хімічний елемент: опис, історія і склад

Поширення в природі

Хімічний елемент рутеній характеризується надзвичайною рідкістю і неуважністю в природі. У природному середовищі він утворює єдиний відомий мінерал - лаурит. Це тверда речовина у вигляді невеликих октаэдров залізно-чорного кольору. Найбагатше і відоме родовище знаходиться на платинових розсипах острова Борнео (Калімантан). У Росії ведуться розробки на Середньому і Південному Уралі, на Кольському півострові, в Красноярському і Хабаровському краях. У всіх інших природних з'єднаннях кількість рутенія не перевищує 01 %. Сліди металу виявлені в деяких мідно-нікелевих рудах та кислих магматичних породах. Здатність концентрувати та накопичувати рутеній облают деякі рослини, серед яких виділяються представники сімейства бобових. Загальний вміст елемента в земній корі, на думку спеціалістів, не перевищує 5000 тонн.
Рутеній - хімічний елемент: опис, історія і склад

Промислове отримання

Елемент рутеній вважається шляхетним, і основним джерелом металу є відвальні породи виробництва платини. Безумовним лідером з видобутку рутенію (як і платини) виступає Південно-Африканська Республіка. Розробку і виробництво цього металу здійснюють також Росія, Канада і Зімбабве. До речі, остання країна займає друге місце в світі за розвіданими запасами платиноїдів. Кількість поставляється на ринок рутенія коливається від 17 до 20 тонн на рік. Виробничий цикл отримання елемента триває близько 6 тижнів і являє собою безперервний ланцюг слідуючих одна за одною термохімічних реакцій. Розроблена технологія отримання рутенія нейтронним опроміненням ізотопів радіоактивного технецію. Але необхідно зазначити, що виділення чистого і стійкого металу, зважаючи на його хімічних властивостей, непередбачуваності і недостатньої вивченості, залишається нездійсненною мрією.

Області застосування

Хоча всі властивості благородного металу у рутенія присутні повною мірою, широкого поширення в ювелірної індустрії елемент не отримав. Його використовують лише для зміцнення сплавів і надання дорогих прикрас більшої міцності. За кількістю споживаного рутенія сектори промисловості розташувалися в наступному порядку:
  • Електронний.
  • Електрохімічний.
  • Хімічний.
  • Дуже затребувані каталітичні властивості елемента. Його застосовують при синтезі синильної та азотної кислот, при отриманні граничних вуглеводнів, гліцерину і полімеризації етилену. У металургійній промисловості добавки рутенія використовують для збільшення антикорозійних властивостей, додання міцності сплавів, хімічної і механічної стійкості. Радіоактивні ізотопи рутенія нерідко допомагають вченим при проведенні наукових досліджень. Знайшли застосування і багато сполуки елемента в якості хороших окислювачів і барвників. Зокрема, хлориди використовують для посилення люмінесценції.
    Рутеній - хімічний елемент: опис, історія і склад

    Біологічне значення

    Рутеній має здатність накопичуватися в клітинах живих тканин, головним чином - м'язових (єдиний з металів платинової групи). Може провокувати розвиток алергічних реакцій, чинити негативний вплив на слизову оболонку очей і верхнього дихального тракту. У медицині благородний метал використовують як засіб для розпізнавання уражених тканин. Лікарські препарати на його основі застосовують для лікування туберкульозу та інфекцій, що вражають шкірні покриви людини. З цієї причини дуже перспективним видається використання здатності рутенія утворювати міцні нітрозокомплекси у боротьбі з захворюваннями, пов'язаними з надмірною концентрацією нітратів в організмі людини (гіпертонії, артриту, септичного шоку та епілепсії).

    Хто винен?

    Зовсім недавно вчені Західної Європи всерйоз стурбували громадськість повідомленням, що над континентом зростає вміст радіоактивного ізотопу рутенія Ru 106. Самоосвіта його в атмосфері фахівці повністю виключають. Як і аварійний викид з АЕС, так як тоді в повітрі обов'язково були присутні б радіонукліди цезію і йоду, що не підтверджується експериментальними даними. Вплив цього ізотопу на організм людини, як і кожного радіоактивного елемента, веде до опромінення тканин і органів, розвитку онкологічних захворювань. Можливі джерела забруднення, за версією західних ЗМІ, розташовані на території Росії, України або Казахстану. У відповідь представник Департаменту комунікацій Росатома заявив, що всі підприємства держкорпорації працювали і працюють в штатних режимах. Міжнародне агентство по атомній енергетиці (МАГАТЕ) у своєму висновку, ґрунтуючись на даних власного моніторингу, назвало всі звинувачення на адресу Російської Федерації безпідставними.