Ruteniul este cel mai ușor și cel mai puțin „nobil” dintre toate metalele din grupul platinei. Este poate cel mai „multivalent” element (sunt cunoscute nouă stări de valență). În ciuda a mai mult de o jumătate de secol de istorie în cercetare, ea încă pune multe întrebări și probleme chimiștilor moderni de astăzi. Deci, ce este ruteniul ca element chimic? Pentru început, o scurtă digresiune în istorie.
Misterios și bogat
Numele și istoria descoperirii ruteniului sunt indisolubil legate de Rusia. La începutul secolului XX, comunitatea mondială era entuziasmată și îngrijorată de vestea că cele mai bogate zăcăminte de platină au fost descoperite în Imperiul Rus. Au existat zvonuri că în Urali extragerea acestui metal prețios ar putea fi efectuată cu o lopată obișnuită. Faptul descoperirii unor depozite bogate a fost confirmat curând de faptul că ministrul de finanțe al Rusiei, E. F. Kankrin, a trimis monetăria din Sankt Petersburg cel mai în alt decret privind baterea monedelor din platină. În anii următori, au fost puse în circulație aproximativ un milion și jumătate de monede (3, 6 și 12 ruble), pentru producția cărora s-au cheltuit 20 de tone de metal prețios.
„Descoperirea” Ozanne
Profesorul Universității Derpt-Yuryevsky (acum Tartu) Gottfried Ozann a început să studieze compoziția minereului prețios din Ural. A ajuns la concluzia că platina este însoțită de trei metale necunoscute - polinom, polinom și ruteniu - ale căror nume au fost date de însuși Ozann. Apropo, pe al treilea l-a numit după Rusia (din latinescul Ruthenia).
Colegii lui Ozanne din toată Europa, în frunte cu cel mai autoritar chimist suedez Jens Berzelius, au fost foarte critici cu raportul profesorului. În încercarea de a se justifica, omul de știință a repetat o serie de experimente, dar nu a reușit să obțină aceleași rezultate.
Două decenii mai târziu, profesorul de chimie Karl Karlovich Klauss (Universitatea Kazan) a devenit interesat de munca lui Ozanne. El a obținut permisiunea secretarului de Trezorerie de a lua câteva kilograme de monede rămase din laboratorul Monetăriei pentru retestare.
Ruteniu element chimic Kazan
Academicianul rus A. E. Arbuzov a remarcat în scrierile sale că, pentru a descoperi un nou element în acele vremuri, un chimist avea nevoie de diligență și perseverență extremă, observație și perspicacitate și, cel mai important, un fler experimental subtil. Toate calitățile de mai sus au fost inerente tânărului Karl Clauss la cel mai în alt grad.
Cercetarea omului de știință a avut și o semnificație practică - extragerea suplimentară a platinei pure din reziduurile de minereu. După ce și-a dezvoltat propriul plan pentru experiment, Klauss a topit minereul cu salpetru și a extras elemente solubile: osmiu, iridiu,paladiu. Partea insolubilă a fost expusă la un amestec de acizi concentrați ("aqua regia") și distilare. În precipitatul de hidroxid de fier, a descoperit prezența unui metal necunoscut și l-a izolat mai întâi sub formă de sulfură, iar apoi sub formă pură (aproximativ 6 grame). Profesorul a păstrat numele propus de Ozann pentru elementul - ruteniu.
Deschideți și dovedesc
Dar după cum s-a dovedit, povestea descoperirii elementului chimic ruteniu tocmai începea. După publicarea rezultatelor studiului în 1844, o grădiniță de critici a căzut asupra lui Clauss. Concluziile necunoscutului om de știință Kazan au fost primite cu scepticism de cei mai mari chimiști din lume. Nici măcar trimiterea unei mostre din noul element lui Berzelius nu a salvat situația. Potrivit maestrului suedez, ruteniul lui Clauss era doar „o mostră de iridiu impur”.
Numai calitățile remarcabile ale lui Karl Karlovich ca chimist analitic și experimentator și o serie de studii suplimentare i-au permis omului de știință să-și demonstreze cazul. În 1846, descoperirea a primit recunoaștere și confirmare oficială. Pentru munca sa, Klauss a primit Premiul Demidov al Academiei Ruse de Științe în valoare de 10 mii de ruble. Datorită talentului și perseverenței profesorului din Kazan, ruteniul, primul element descoperit în Rusia, a fost adăugat în rândurile platinoizilor.
Cercetari suplimentare
Principala problemă în studierea proprietăților chimice și fizice ale ruteniului este conținutul extrem de limitatacest metal din scoarța terestră. De exemplu, în deșeurile producției de platină (materialul de lucru al lui Clauss), conținutul său este de aproximativ 1%. Majoritatea oamenilor de știință în chimie recunosc ruteniul ca fiind o substanță extrem de nefavorabilă pentru studiu. Abundența impasurilor îi determină adesea pe cercetători să-și reducă sau să-și suspende activitatea.
Omul de știință sovietic SM Starostin și-a dedicat întreaga viață studierii proprietăților unui metal „incomodat” și compușilor acestuia. Principalul rezultat al activității chimistului este concluziile despre proprietățile complexelor nitrozo cu ruteniu și dificultățile asociate acestora în separarea metalului pur de uraniu și plutoniu însoțitor. Ce este ruteniul ca element chimic?
Proprietăți fizice
Ruteniul este un metal a cărui culoare, în funcție de metoda de obținere, variază de la gri-albăstrui până la alb-argintiu. Unele caracteristici fizice ale elementului chimic ruteniu ne permit să-l considerăm o substanță unică. Împreună cu fragilitatea ridicată (cristalele sunt chiar ușor măcinate în pulbere manual), ruteniul are o duritate extremă - 6,5 pe o scară de duritate mineralogică în zece puncte (scala Mohs). Poate cel mai ușor dintre metalele din grupul platinei. Densitatea este de 12,45 g/cm3. Este foarte refractar - temperatura de tranziție la starea lichidă este de 2334 ° C. În timpul topirii într-un arc electric, se observă evaporarea simultană a metalului. În timpul calcinării la temperatură ridicată în aer liber, elementul „volatilizează” sub formătetroxizi.
Ruteniul este clasificat ca supraconductor. Metalul demonstrează rezistență zero atunci când este răcit la 0,47 K. Această proprietate este de mare importanță din punct de vedere științific și practic. Ca platinoid, ruteniul este un metal prețios foarte interesant.
Element Ru
Proprietățile metalului „Kazan” sunt în multe privințe tipice pentru reprezentanții grupului VΙΙΙ (platină). Ruteniul este un element chimic al tabelului periodic cu număr atomic 44, caracterizat printr-o inerție ridicată. Are 7 izotopi naturali stabili și 20 de izotopi artificiali cu numere de masă de la 92 la 113.
La temperaturi normale, nu este supus oxidării și coroziunii, acizilor și alcalinelor. Când este încălzit peste 400 ° C, reacționează cu clorul, la 930 ° C - cu oxigen. Cu unele metale, elementul chimic ruteniul formează aliaje stabile numite compuși intermetalici.
În numeroși compuși, prezintă o valență de la zero la opt. Cele mai importante includ dioxidul și tetroxidul de ruteniu, sulfura RuS2 și fluorura RuF5.
În forma sa metalică pură, are proprietățile unui catalizator cu o selectivitate ridicată, ceea ce îi permite să fie utilizat pentru sinteza unei game largi de substanțe organice și anorganice. Servește ca cel mai bun absorbant pentru hidrogen.
Răspândit în natură
Elementul chimic ruteniu se caracterizează prin extremrare și împrăștiate în natură. În mediul său natural, formează singurul mineral cunoscut, lauritul. Este un solid sub formă de octaedre mici de fier-negru. Cel mai bogat și mai faimos zăcământ este situat pe plaserii de platină a insulei Borneo (Kalimantan). În Rusia, sunt în curs de dezvoltare în Uralul de Mijloc și de Sud, în Peninsula Kola, în teritoriile Krasnoyarsk și Khabarovsk.
În toți ceilalți compuși naturali, cantitatea de ruteniu nu depășește 0,1%. Au fost găsite urme de metal în unele minereuri de cupru-nichel și roci magmatice acide. Unele plante au capacitatea de a concentra și acumula ruteniu, printre care se remarcă reprezentanți ai familiei leguminoase.
Conținutul total al elementului din scoarța terestră, conform experților, nu depășește 5.000 de tone.
Producție industrială
Elementul ruteniu este considerat nobil, iar principala sursă de metal este roca sterilă din producția de platină. Liderul incontestabil în extracția ruteniului (precum și a platinei) este Republica Africa de Sud. Dezvoltarea și producția acestui metal este realizată și de Rusia, Canada și Zimbabwe. Apropo, această din urmă țară ocupă locul al doilea în lume în ceea ce privește rezervele explorate de platinoide.
Cantitatea de ruteniu furnizată pe piață variază între 17 și 20 de tone pe an. Ciclul de producție pentru obținerea unui element durează aproximativ 6 săptămâni și este un lanț continuu de reacții termochimice care se succed una după alta.
Tehnologie pentru obținereruteniul prin iradierea cu neutroni a izotopilor de tehnețiu radioactiv. Dar trebuie remarcat faptul că izolarea unui metal pur și stabil, datorită proprietăților sale chimice, impredictibilității și cunoștințelor insuficiente, rămâne încă un vis.
Aplicații
Deși toate proprietățile metalului nobil din ruteniu sunt pe deplin prezente, elementul nu a primit o distribuție largă în industria de bijuterii. Este folosit doar pentru a întări aliajele și pentru a face bijuteriile scumpe mai durabile.
În ceea ce privește cantitatea de ruteniu consumată, sectoarele industriale sunt în următoarea ordine:
- Electronic.
- Electrochimic.
- Chimic.
Proprietățile catalitice ale elementului sunt la mare căutare. Este utilizat în sinteza acizilor cianhidric și azotic, în producerea de hidrocarburi saturate, glicerină și polimerizarea etilenei. În industria metalurgică, aditivii de ruteniu sunt utilizați pentru a crește proprietățile anticorozive, pentru a conferi rezistență aliajelor, rezistență chimică și mecanică. Izotopii radioactivi ai ruteniului ajută adesea oamenii de știință în cercetările lor.
Mulți compuși ai elementului au fost folosiți și ca oxidanți și coloranți buni. În special, clorurile sunt folosite pentru a îmbunătăți luminiscența.
Semnificație biologică
Ruteniul are capacitatea de a se acumula în celulele țesuturilor vii, în principal musculare (singurul metal din grupa platinei). Poate provocadezvoltarea reacțiilor alergice, au un impact negativ asupra membranei mucoase a ochilor și a tractului respirator superior.
În medicină, metalul nobil este folosit ca mijloc de recunoaștere a țesuturilor afectate. Medicamentele pe bază de acesta sunt folosite pentru a trata tuberculoza și diferite infecții care afectează pielea umană. Din acest motiv, pare foarte promițătoare utilizarea capacității ruteniului de a forma complexe nitrozo stabile în lupta împotriva bolilor asociate cu concentrația excesivă de nitrați în corpul uman (hipertensiune arterială, artrită, șoc septic și epilepsie).
Cine este de vină?
Cel mai recent, oamenii de știință din Europa de Vest au deranjat serios publicul cu un mesaj că conținutul izotopului radioactiv al ruteniului Ru106 crește pe continent. Experții exclud complet autoeducația în atmosferă. Pe lângă o eliberare accidentală de la o centrală nucleară, de atunci radionuclizi de cesiu și iod ar fi în mod necesar prezenți în aer, ceea ce nu este confirmat de datele experimentale. Impactul acestui izotop asupra corpului uman, ca orice element radioactiv, duce la iradierea țesuturilor și organelor, la dezvoltarea cancerului. Posibilele surse de poluare, potrivit presei occidentale, sunt situate pe teritoriul Rusiei, Ucrainei sau Kazahstanului.
În răspuns, un reprezentant al Departamentului de Comunicații al Rosatom a spus că toate întreprinderile corporației de stat au funcționat și funcționează ca de obicei. Agenția Internațională pentru Energie Atomică (AIEA), în opinia sa, pe baza propriilor date de monitorizare,a numit toate acuzațiile împotriva Federației Ruse nefondate.
