Ruthenium er det letteste og mindst "ædle" af alle platingruppens metaller. Det er måske det mest "multivalente" element (ni valenstilstande er kendt). På trods af mere end et halvt århundredes forskningshistorie, stiller det stadig mange spørgsmål og problemer for moderne kemikere i dag. Så hvad er ruthenium som et kemisk grundstof? Til at begynde med en kort digression ind i historien.
Mystisk og rig
Navnet og historien bag opdagelsen af ruthenium er uløseligt forbundet med Rusland. Allerede i begyndelsen af det 20. århundrede var verdenssamfundet begejstret og bekymret over nyheden om, at de rigeste forekomster af platin var blevet opdaget i det russiske imperium. Der var rygter om, at i Ural kunne udvindingen af dette ædle metal udføres med en almindelig skovl. Faktum om opdagelsen af rige forekomster blev hurtigt bekræftet af det faktum, at Ruslands finansminister, E. F. Kankrin, sendte det højeste dekret om at præge mønter fra platin til St. I de efterfølgende år blev omkring halvanden million mønter (3, 6 og 12 rubler) sat i omløb, hvortil der blev brugt 20 tons ædelmetal.
"Discovery" Ozanne
Professor ved Derpt-Yuryevsky (nu Tartu) Universitet Gottfried Ozann begyndte at studere sammensætningen af Ural ædle malm. Han kom til den konklusion, at platin er ledsaget af tre ukendte metaller - polynomium, polynomium og ruthenium - hvis navne blev givet af Ozann selv. Forresten opkaldte han den tredje efter Rusland (fra det latinske Ruthenia).
Ozannes kolleger i hele Europa, anført af den mest autoritative svenske kemiker Jens Berzelius, var meget kritiske over for professorens rapport. I et forsøg på at retfærdiggøre sig selv gentog videnskabsmanden en række af sine eksperimenter, men det lykkedes ikke at opnå de samme resultater.
To årtier senere blev professor i kemi Karl Karlovich Klauss (Kazan Universitet) interesseret i Ozannes arbejde. Han sikrede sig finansministerens tilladelse til at tage adskillige pund efterladte mønter fra møntets laboratorium til gentestning.
Kazan kemiske grundstof ruthenium
Den russiske akademiker A. E. Arbuzov bemærkede i sine skrifter, at for at opdage et nyt element i de dage, havde en kemiker brug for ekstrem flid og vedholdenhed, observation og indsigt, og vigtigst af alt, en subtil eksperimentel flair. Alle de ovennævnte egenskaber var iboende i den unge Karl Clauss i højeste grad.
Forskerens forskning havde også praktisk betydning - yderligere udvinding af ren platin fra malmrester. Efter at have udviklet sin egen plan for eksperimentet smeltede Klauss malmmaterialet sammen med salpeter og udtog opløselige grundstoffer: osmium, iridium,palladium. Den uopløselige del blev udsat for en blanding af koncentrerede syrer ("aqua regia") og destillation. I bundfaldet af jernhydroxid opdagede han tilstedeværelsen af et ukendt metal og isolerede det først i form af sulfid og derefter i ren form (ca. 6 gram). Professoren beholdt det navn, som Ozann havde foreslået for grundstoffet - ruthenium.
Åbn og bevis
Men som det viste sig, var historien om opdagelsen af det kemiske grundstof ruthenium lige begyndt. Efter offentliggørelsen af undersøgelsens resultater i 1844 faldt en hagl af kritik over Clauss. Konklusionerne fra den ukendte Kazan-videnskabsmand blev skeptisk modtaget af de største kemikere i verden. Selv at sende en prøve af det nye element til Berzelius reddede ikke situationen. Ifølge den svenske mester var Clauss' ruthenium kun "en prøve af urent iridium".
Kun Karl Karlovichs fremragende kvaliteter som analytisk kemiker og eksperimentator og en række yderligere undersøgelser gjorde det muligt for videnskabsmanden at bevise sin sag. I 1846 fik opdagelsen officiel anerkendelse og bekræftelse. For sit arbejde blev Klauss tildelt Demidov-prisen fra Det Russiske Videnskabsakademi i mængden af 10 tusind rubler. Takket være Kazan-professorens talent og udholdenhed blev ruthenium, det første grundstof, der blev opdaget i Rusland, føjet til rækken af platinoider.
Yderligere forskning
Hovedproblemet ved at studere rutheniums kemiske og fysiske egenskaber er det ekstremt begrænsede indholddette metal i jordskorpen. For eksempel i affaldet fra platinproduktion (arbejdsmaterialet fra Clauss) er dets indhold omkring 1%. De fleste kemiske forskere anerkender ruthenium som et ekstremt ugunstigt stof til undersøgelse. Den overflod af blindgyder får ofte forskere til at indskrænke eller indstille deres arbejde.
Den sovjetiske videnskabsmand SM Starostin viede hele sit liv til at studere egenskaberne af et "ubehageligt" metal og dets forbindelser. Hovedresultatet af kemikerens aktivitet er konklusionerne om egenskaberne af ruthenium nitroso-komplekser og vanskelighederne forbundet med dem med at adskille rent metal fra ledsagende uran og plutonium. Hvad er ruthenium som et kemisk grundstof?
Fysiske egenskaber
Ruthenium er et metal, hvis farve, afhængig af metoden til opnåelse, varierer fra grå-blålig til sølv-hvid. Nogle fysiske egenskaber ved det kemiske grundstof ruthenium giver os mulighed for at betragte det som et unikt stof. Sammen med høj skørhed (krystaller males endda let til pulver i hånden) har ruthenium en ekstrem hårdhed - 6,5 på en ti-punkts mineralogisk hårdhedsskala (Mohs skala). Måske det letteste af platingruppens metaller. Massefylde er 12,45 g/cm3. Det er meget ildfast - overgangstemperaturen til flydende tilstand er 2334 ° C. Under smeltning i en elektrisk lysbue observeres samtidig fordampning af metallet. Ved højtemperaturkalcinering i fri luft "fordamper" elementet i formentetroxider.
Ruthenium er klassificeret som en superleder. Metallet udviser nul modstand, når det afkøles til 0,47 K. Denne egenskab er af stor betydning fra et videnskabeligt og praktisk synspunkt. Som en platinoid er ruthenium et meget interessant ædelmetal.
Element Ru
Egenskaberne af "Kazan"-metallet er i mange henseender typiske for repræsentanter for VΙΙΙ-gruppen (platin). Ruthenium er et kemisk grundstof i det periodiske system med atomnummer 44, karakteriseret ved høj inerthed. Den har 7 stabile naturlige og 20 kunstige isotoper med massetal fra 92 til 113.
Under normal temperatur er den ikke udsat for oxidation og korrosion, syrer og baser. Når det opvarmes over 400 ° C, reagerer det med klor ved 930 ° C - med oxygen. Med nogle metaller danner det kemiske grundstof ruthenium stabile legeringer kaldet intermetalliske forbindelser.
I adskillige forbindelser udviser den en valens fra nul til otte. De vigtigste omfatter rutheniumdioxid og tetroxid, sulfid RuS2 og fluorid RuF5.
I sin rene metalliske form har den egenskaberne som en katalysator med høj selektivitet, hvilket gør det muligt at bruge den til syntese af en lang række organiske og uorganiske stoffer. Fungerer som den bedste sorbent til brint.
Spredning i naturen
Det kemiske grundstof ruthenium er karakteriseret ved ekstremsjælden og spredt i naturen. I sit naturlige miljø danner det det eneste kendte mineral, laurit. Det er et fast stof i form af små jernsorte oktaedre. Den rigeste og mest berømte forekomst er placeret på platinplaceringerne på øen Borneo (Kalimantan). I Rusland er udviklingen i gang i det mellemste og sydlige Ural, på Kola-halvøen, i Krasnoyarsk- og Khabarovsk-territorierne.
I alle andre naturlige forbindelser overstiger mængden af ruthenium ikke 0,1 %. Der er fundet spor af metal i nogle kobber-nikkel malme og sure magmatiske bjergarter. Nogle planter har evnen til at koncentrere og akkumulere ruthenium, blandt hvilke repræsentanter for bælgplantefamilien skiller sig ud.
Det samlede indhold af grundstoffet i jordskorpen overstiger ifølge eksperter ikke 5.000 tons.
Industriel produktion
Grundstoffet ruthenium betragtes som ædelt, og hovedkilden til metallet er gråsten fra platinproduktion. Den ubestridte leder inden for udvinding af ruthenium (såvel som platin) er Republikken Sydafrika. Udviklingen og produktionen af dette metal udføres også af Rusland, Canada og Zimbabwe. Sidstnævnte land er i øvrigt nummer to i verden med hensyn til udforskede reserver af platinoider.
Mængden af ruthenium, der leveres til markedet, varierer fra 17 til 20 tons om året. Produktionscyklussen for at opnå et grundstof varer omkring 6 uger og er en kontinuerlig kæde af termokemiske reaktioner, der følger efter hinanden.
Teknologi til at opnåruthenium ved neutronbestråling af isotoper af radioaktivt technetium. Men det skal bemærkes, at isoleringen af et rent og stabilt metal på grund af dets kemiske egenskaber, uforudsigelighed og utilstrækkelig viden stadig er en drøm.
Applications
Selvom alle egenskaberne ved ædelmetallet i ruthenium er fuldt ud til stede, har grundstoffet ikke fået stor udbredelse i smykkeindustrien. Det bruges kun til at styrke legeringer og gøre dyre smykker mere holdbare.
Med hensyn til mængden af forbrugt ruthenium er industrisektorerne i følgende rækkefølge:
- Elektronisk.
- Elektrokemisk.
- Kemisk.
De katalytiske egenskaber af elementet er i høj kurs. Det bruges til syntese af blåsyre og salpetersyre, til fremstilling af mættede kulbrinter, glycerin og polymerisering af ethylen. I den metallurgiske industri bruges rutheniumadditiver til at øge anti-korrosionsegenskaber, for at give legeringer styrke, kemisk og mekanisk modstand. Radioaktive isotoper af ruthenium hjælper ofte videnskabsmænd i deres forskning.
Mange forbindelser af grundstoffet er også blevet brugt som gode oxidationsmidler og farvestoffer. Især bruges klorider til at forbedre luminescens.
Biologisk betydning
Ruthenium har evnen til at akkumulere i cellerne i levende væv, hovedsageligt muskler (det eneste metal i platingruppen). Kan provokereudvikling af allergiske reaktioner, har en negativ indvirkning på slimhinden i øjnene og de øvre luftveje.
I medicin bruges ædelmetallet som et middel til at genkende angrebet væv. Medicin baseret på det bruges til at behandle tuberkulose og forskellige infektioner, der påvirker menneskelig hud. Af denne grund ser det meget lovende ud at bruge rutheniums evne til at danne stabile nitrosokomplekser i kampen mod sygdomme forbundet med for høj koncentration af nitrater i menneskekroppen (hypertension, gigt, septisk shock og epilepsi).
Hvem har skylden?
Senest har vesteuropæiske videnskabsmænd alvorligt forstyrret offentligheden med et budskab om, at indholdet af den radioaktive isotop af ruthenium Ru106 vokser over kontinentet. Eksperter udelukker fuldstændig dens selvuddannelse i atmosfæren. Samt en utilsigtet frigivelse fra et atomkraftværk, siden da ville radionuklider af cæsium og jod nødvendigvis være til stede i luften, hvilket ikke er bekræftet af eksperimentelle data. Virkningen af denne isotop på den menneskelige krop, som ethvert radioaktivt element, fører til bestråling af væv og organer, udvikling af kræft. Mulige kilder til forurening er ifølge vestlige medier placeret på territoriet Rusland, Ukraine eller Kasakhstan.
Som svar sagde en repræsentant for afdelingen for kommunikation i Rosatom, at alle virksomheder i det statslige selskab arbejdede og arbejder som norm alt. Det Internationale Atomenergiagentur (IAEA) er efter sin udtalelse baseret på egne overvågningsdata.kaldte alle anklager mod Den Russiske Føderation grundløse.
