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.
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.
Однако история оказалась сложной:
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:
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:
Лаурит и рутенарсенид – собственные минералы рутения. Первый темный, плотный, насыщен рутением. Оба чрезвычайно редки.
Где добывается
Рутений добывают там же, где платину или платиноиды:
Главный поставщик сырья – Южно-Африканская Республика.
Ежегодный мировой показатель добычи рутения – 17-21 тонна.
Технологии получения
Где используется
Благородный металл востребован как самодостаточный элемент и компонент сплавов.
Промышленность
Главный потребитель металла.
Его забирают следующие отрасли:
Эти направления используют 90% сырья.
Химики ценят металл за инертность и свойства катализатора:
Без рутения как элемента сплавов не обходятся передовые отрасли:
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:
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:
Это нужно учитывать, если в семье есть поклонники домашних химических опытов. Такие субстанции хранят в специальных емкостях.
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.
Рутений
Рутений / Ruthenium (Ru), 44
Содержание
История
Открыт профессором Казанского университета Карлом Клаусом в 1844 году. Клаус выделил его из уральской платиновой руды в чистом виде и указал на сходство между триадами рутений — родий — палладий и осмий — иридий — платина.
Происхождение названия
Первооткрыватель элемента К. К. Клаус назвал рутений в честь России [2] (Ruthenia — латинское название Руси, а в поздней латыни — России [3] ).
Получение
Рутений получают как «отходы» при аффинировании платины и платиновых металлов.
Значительным источником рутения для его добычи является выделение его из осколков деления ядерных материалов (плутоний, уран, торий) где его содержание в отработанных ТВЭЛах достигает 250 граммов на тонну «сгоревшего» ядерного топлива.
Также разработана технология получения рутения из технеция-99 с помощью нейтронного облучения [4]
Физические и химические свойства
Физические свойства
По тугоплавкости (Тпл 2334 °C [1] ) рутений уступает лишь нескольким элементам — рению, осмию, вольфраму, танталу.
Химические свойства
Рутений весьма инертный металл.
Неорганические соединения
Рутений не растворяется в кислотах и царской водке (смеси HCl и HNO3). Вместе с тем рутений реагирует с хлором выше 400 °C (образуется RuCl3) и со смесью щелочи и нитрата при сплавлении (образуются рутенаты, например Na2RuO4).
Рутений способен давать соединения, соответствующие разной степени окисления:
Соединения рутения представлены также широким спектром нитрозосоединений — содержащих группировку RuNO. Данные комплексные соединения, в особенности, нитрозамины (например, [RuNO(NO2)2(NH3)2OH]) и нитрозонитрокомплексы (особенно комплексный анион [RuNO(NO2)4OH] 2− ) отличаются высокой устойчивостью и кинетической инертностью.
Тетраоксид рутения (Ru +VIII O4) по свойствам несколько напоминает тетраоксид осмия.
Органическая химия рутения
Рутений образует ряд металлоорганических соединений и является активным катализатором.
Применение
Уникальна также способность рутения к каталитическому связыванию атмосферного азота при комнатной температуре.
Рутений и его сплавы находят применение в качестве жаропрочных конструкционных материалов в аэрокосмической технике, и до 1500 °C по прочности превосходят лучшие сплавы молибдена и вольфрама (имея преимущество также в высокой стойкости к окислению).
Оксид рутения изучался [5] как материал для производства суперконденсаторов электроэнергии с удельной электрической ёмкостью свыше 700 фарад/грамм.
Физиологическое действие
Является единственным платиновым металлом, который обнаруживается в составе живых организмов (по некоторым данным — ещё и платина). Концентрируется в основном в мышечной ткани. Высший оксид рутения крайне ядовит и, будучи сильным окислителем, может вызвать возгорание пожароопасных веществ.
См. также
Примечания
Ссылки
| Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |||||||||||||||||||||||||
| 1 | H | He | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | ||||||||||||||||||||||||
| 5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | ||||||||||||||||||||||||
| 6 | Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | ||||||||||
| 7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Uut | Fl | Uup | Lv | Uus | Uuo | ||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Полезное
Смотреть что такое «Рутений» в других словарях:
РУТЕНИЙ — Металл, находящийся в платиновой руде. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. РУТЕНИЙ новолатинск. Мало исследованный метал, сопровождающий платину. Объяснение 25000 иностранных слов, вошедших в… … Словарь иностранных слов русского языка
РУТЕНИЙ — (Ruthenium), Ru, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 44, атомная масса 101,07; относится к платиновым металлам. Открыт русским химиком К.К. Клаусом в 1884 … Современная энциклопедия
РУТЕНИЙ — (лат. Ruthenium) Ru, химический элемент VIII группы периодической системы Менделеева, атомный номер 44, атомная масса 101,07, относится к платиновым металлам. Название от позднелат. Ruthenia Россия (открыт К. К. Клаусом). Плотность 12,37… … Большой Энциклопедический словарь
РУТЕНИЙ — (символ Ru), серебристо белый ПЕРЕХОДНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ, впервые открыт в 1827 г. Встречается в ПЛАТИНОВЫХ рудах. Используется в качестве КАТАЛИЗАТОРА, а также в электрических контактах в сплаве с другими платиновыми металлами; еще… … Научно-технический энциклопедический словарь
Рутений — Ru (от cp. век. лат. Ruthenia Pоссия * a. ruthenium; н. Ruthenium; ф. ruthenium; и. rutenio), хим. элемент VIII группы периодич. системы Mенделеева, ат. н. 44, ат. м. 101,07 относится к платиновым металлам. B природе 7 стабильных изотопов … Геологическая энциклопедия
РУТЕНИЙ — [тэ], рутения, мн. нет, муж. (от новолат. ruthenus русский) (хим.). Химический элемент, серый, хрупкий тугоплавкий металл, встречаемый в природе вместе с платиной и идущий на изготовление волосков для ламп накаливания. Толковый словарь Ушакова. Д … Толковый словарь Ушакова
РУТЕНИЙ — муж. один из металлов, отделяемых от платины. Толковый словарь Даля. В.И. Даль. 1863 1866 … Толковый словарь Даля
РУТЕНИЙ — (Ruthenium), Ru, хим. элемент VIII группы периодич … Физическая энциклопедия
рутений — сущ., кол во синонимов: 4 • металл (86) • минерал (5627) • платиноид (8) • … Словарь синонимов
Рутений — (Ruthenium), Ru, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 44, атомная масса 101,07; относится к платиновым металлам. Открыт русским химиком К.К. Клаусом в 1884. … Иллюстрированный энциклопедический словарь
РУТЕНИЙ — хим. элемент, символ Ru (лат. Ruthenium), ат. н. 44, ат. м. 101,07, относится к платиновым (см.); серовато белый металл, плотность 12200 кг/м3, tпл = 2250°С. Входит в состав сплавов, обладающих высокой твёрдостью и стойкостью к истиранию;… … Большая политехническая энциклопедия
РУТЕНИЙ — загадочный, как русская душа
В Средневековье европейцы Русь называли Рутенией. Для них эти земли были территорией «непокорных племён», «дикарей и язычников», непонятных и непредсказуемых народов.
Наш нынешний герой назван в честь Рутении очень «в точку». Металл до сих пор во многом загадочный, необъясненный и иногда взрывоопасный — как сама Россия. Так что К. Клаус, давший название платиноиду, попал «в яблочко».
Карл Карлович Клаус, «папа» рутения
В истории изучения платиноидов выделяются несколько ученых. Среди них К. Клаус — химик, фармацевт, философ.
Совсем малышом он остался сиротой. Жил в нищете, даже гимназию не закончил, но отличался любознательностью и учился сам. Потому сумел сдать экзамен на фармацевта. Переехал в Казань, стал заведовать аптекой. В 32 года, будучи женатым, имея трех детишек, решил продолжить учебу.
У талантливых людей широкий круг интересов. Клаус занялся ботаникой, исследовал растения заволжских степей. А когда учился (семью-то кормить надо было), работал лаборантом.
Закончил Дерптский университет, защитил диссертацию, и снова уехал в Казань. Тут возглавил химическую лабораторию в Казанском университете — и увлекся химией.
Хорошему игроку и карта идет. В 1840 году в университет прислали платиновую руду, и начались исследования.
Клаус писал о своем открытии:
«Более целого года трудился я над этим предметом, но наконец открыл легкий и верный способ добывания его в чистом состоянии. Этот новый металл, который мною был назван рутением в честь нашего Отечества».
Удивительные свойства
Характеристики рутения во многом парадоксальны. Часть химиков считает, что свойства металла зависит от … метода получения платиноида. Проблема в том, что действенного способа очистки рутения от примесей до сих пор нет. Ученые и исследователи облизываются при мысли о свойствах (теоретических) капризного платиноида. Но до сих пор получить химически чистый рутений не получилось.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Рутений / Ruthenium (Ru), 44 |
| Атомная масса (молярная масса) | 101,07(2)[1] 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 | |
| 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[2] (2607 K, 4233 °F) |
| Температура кипения | 4077 °C[2] (4350 K, 7371 °F) |
| Уд. теплота плавления | (25,5) кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 24,0[2] 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 |
Газопоглощение у металла потрясающее. Один объем металла способен поглотить больше 1500 объемов водорода; с немного меньшим аппетитом он «съедает» азот, не откажется и от некоторых неметаллов.
Немного химии
Это не урок, и оценок ставить не будем (если понравится статья — поставьте оценку вы и поделитесь с друзьями, нам будет приятно).
Вспомним таблицу Менделеева. В ней представлены все химические элементы, существующие на Земле. Буквально все, что вас окружает и (уж простите) вы сами состоит из этих элементов, аккуратно собранных в таблице Менделеева.
Таблица не только расставляет в порядок элементы, она дает возможность обобщать элементы в группы по схожим признакам. Рутений относится к VIII группе таблицы и удобно устроился в семействе из шести металлов. Все они занимают свои места-клеточки в таблице Менделеева, у каждого есть порядковый номер.
Платиноиды (металлы платиновой группы) находятся в клеточках под номерами 44, 45, 46 и 76, 77, 78.
Какой он, рутений
Химические свойства мало отличаются от его платиновых «собратьев».
Рутений — элемент «высокомерный», с кем попало не связывается. Химики скажут, что металл отличается высокой химической стойкостью. Кислоты, щелочи, даже царскую водку рутений игнорирует. Единственный галоген, с которым платиноид реагирует, это фтор.
В соединениях проявляет степени окисления +3, +4, +6, +8, реже +1, + 2, +5, +7.
Рутений металл хрупкий, все попытки провести механическую обработку заканчиваются одинаково — разрушением слитка. Ученые обнадеживают — это потому, что металл недостаточно чистый; удалить из него примеси, и свойства рутения покажут себя в полной красе.
Металл неохотно открывает свои тайны; его температуры плавления (2334°С) и кипения (4077°С) были установлены недавно. А ведь металл открыт в 1844 году.
Кристаллическая решетка гексагональная.
Ау, рутений, где ты?
Распространенность металла в земле прискорбно мала. Среднее содержание рутения в земной коре 0,0000005% от массы Земли. Немного выше содержание металла в ультраосновных изверженных породах. Есть металл в сульфидных медно-никелевых рудах.
Известно два минерала, содержащих рутений. Это лаурит, сульфид рутения. Его химическая формула RuS2, и рутенарсенид (RuAs). В природе редки, промышленного интереса не представляют.
Добыча платиноида производится чаще всего из коренных или россыпных платиновых и из полиметаллических руд.
Страны, добывающие рутений (в порядке по количеству извлекаемого металла):
Разделим платиноиды
Рутений добывают из отходов производства платины. Малоотходное производство, милое дело.
Побочным плюсом использования атомной энергетики стала…добыча рутения.
Источником энергии на АЭС являются ТВЭЛы и ТВС (тепловыделяющие элементы, которые собирают в длинные «карандаши» — тепловыделяющие сборки).
Отработанные ТВС не только создают проблему хранения и утилизации. В продуктах деления «начинки» ТВЭЛов содержится рутений, причем в немалом количестве — более 200 грамм на тонну отработанного топлива.
Хотя, честно говоря, это не стабильные, а радиоактивные изотопы металла.
Отработанные тепловыделяющие сборки (ТВС) помещают в специальные хранилища. Вот оттуда радиоактивный рутений начинает рваться наружу. С этим борются, но процесс этот сложный, победа зачастую за беглецом. В этом случае изотоп попадает в атмосферу, оседает на землю.
Применение: от химической промышленности до криминалистики
Сразу скажем, что в ювелирном деле платиноид бесполезен.
Применение металла в электрохимической и химической промышленности необходимо и оправдано.
В общем, на рутений ученые возлагают много надежд.
Купить металл недорого
Нынешний рост цен спровоцирован спросом на металл в Китае и других азиатских странах.
Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!