Рутений

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
44 ТехнецийРутенийРодий
Fe

Ru

Os
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
44Ru
Hexagonal.svg
Electron shell 044 Ruthenium.svg
Внешний вид простого вещества
Ruthenium crystals.jpg
Серебристо-белый металл
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 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[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
44
Рутений
101,07
4d75s1

Руте́ний — элемент восьмой группы пятого периода периодической системы химических элементов, атомный номер — 44. Простое вещество рутений — переходный металл серебристого цвета. Относится к платиновым металлам.

История[править | править код]

Открыт профессором Казанского университета Карлом Клаусом в 1844 году, в том же году опубликовавшим о новом элементе большую статью «Химические исследования остатков Уральской платиновой руды и металла рутения» в «Учёных записках Казанского университета». Об открытии, методе получения и свойствах нового элемента Клаус сообщил в письме Г. И. Гессу на немецком языке, который зачитал его на заседании Петербургской Академии наук 13 сентября 1844 года[3], этот текст был опубликован в бюллетене Академии[4] и в переводе на русский язык — в «Горном журнале»[5]. Клаус выделил рутений из уральской платиновой руды в чистом виде и указал на сходство между триадами рутений — родий — палладий и осмий — иридий — платина.

Происхождение названия[править | править код]

Первооткрыватель элемента К. К. Клаус назвал рутений в честь России[6] (Ruthenia — латинское название Руси/России). Название «рутений» было предложено в 1828 году Г. В. Озанном для элемента, который он по ошибке принял за новый элемент, и Клаус, действительно открывший новый элемент в 1844 году, дал ему это название[3].

Получение[править | править код]

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 молибдена[7].

Добыча, запасы и цена[править | править код]

Добыча рутения в 2009 году — 17,9 тонн[8], мировые запасы рутения оцениваются в 5000 тонн[9]. Цена рутения на 27.05.2016 — 42 доллара за тройскую унцию (примерно 1,35 USD/г)[10].

Физические и химические свойства[править | править код]

Изотопный состав[править | править код]

Природный рутений состоит из семи стабильных изотопов:

96Ru (5,7% по массе), 98Ru (2,2%), 99Ru (12,8%), 100Ru (12,7%), 101Ru (13%), 102Ru (31,3%) и 104Ru (18,3%).

Физические свойства[править | править код]

По тугоплавкости (Тпл= 2334 °C[2]) рутений уступает лишь нескольким элементам — рению, осмию, молибдену, иридию, вольфраму, танталу и ниобию.

Химические свойства[править | править код]

Рутений — весьма инертный металл.

Неорганические соединения[править | править код]

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:

8 RuO4; RuO4 · PCl3
7 M[RuO4]
6 M2[RuO4]; M2[RuF8]; RuF6
5 M[RuF6]; RuF5
4 RuCl4; RuO2; M2[RuCl6]
3 RuCl3; М3[RuCl6]
2 M2[RuCl4]; M4[Ru(CN)6]
1 Ru(CO)nBr
0 Ru(CO)n

Соединения рутения представлены также широким спектром нитрозосоединений — содержащих группировку RuNO. Данные комплексные соединения, в особенности, нитрозонитроамины (например, [RuNO(NO2)2(NH3)2OH]) и нитрозонитрокомплексы (особенно комплексный анион [RuNO(NO2)4OH]2−) (желто-оранжевый) отличаются высокой устойчивостью и кинетической инертностью.

Тетраоксид рутения (Ru+VIIIO4) по свойствам несколько напоминает тетраоксид осмия.

Органическая химия рутения[править | править код]

Рутений образует ряд металлоорганических соединений и является активным катализатором.

Применение[править | править код]

  • Небольшая добавка рутения (0,1 %) увеличивает коррозионную стойкость титана.
  • В сплаве с платиной используется для изготовления чрезвычайно износостойких электрических контактов.
  • Диоксид рутения и рутенаты висмута используются в толстоплёночных резисторах. Эти два применения в электронике потребляют порядка 50 % производимого рутения.
  • Катализатор для многих химических реакций. Очень важное место рутения как катализатора в системах очистки воды орбитальных станций.
  • Рутений красныйruen применяется как конкурентный антагонист для исследования ионных каналов (CatSper1, TASK,RyR1, RyR2, RyR3, TRPM6, TRPM8, TRPV1, TRPV2, TRPV3, TRPV4, TRPV5, TRPV6,TRPA1, mCa1, mCa2, CALHM1).

Уникальна также способность рутения к каталитическому связыванию атмосферного азота при комнатной температуре. Открытие, сделанное экспериментальным путем исследователями из университета Миннесоты в 2018 году, демонстрирует то, что химический элемент рутений является четвертым химическим элементом, обладающим уникальными магнитными свойствами при комнатной температуре. До последнего времени людям были известны лишь три стабильных магнитных элемента, железо (Fe), кобальт (Cо), никель (Ni) и, отчасти, гадолиний (Gd), который теряет магнитные свойства при температуре выше 8 градусов Цельсия. Обнаружение нового магнитного материала может привести к разработке новых типов датчиков, устройств хранения, обработки информации и массы других электронных и электромеханических устройств. Помимо традиционных технологий, в которых используются магнитные свойства материалов, появление нового магнитного материала может сыграть важную роль для дальнейшего развития ряда новых направлений, таких, как спинтроника. Этому будет благоприятствовать то, что технологии выращивания тонких пленок и создания наноструктур уже дошли до того уровня, который позволяет производить материалы, имеющие уникальные свойства, которыми не обладают эти же материалы естественного происхождения[11].

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).

На Чемпионате мира по футболу в России перед началом финального матча главный трофей мундиаля был вынесен на поле в специальном кейсе ручной работы, замок и застежки которого выполнены из рутения[12].

Физиологическое действие[править | править код]

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.

Примечания[править | править код]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
  2. 1 2 3 4 Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 285-286. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8.
  3. 1 2 Соловьев Ю. И. Исследования К. К. Клауса по химии платиновых металлов. Открытие рутения // История химии в России: Научные центры и основные направления исследований. — М.: Наука, 1985. — С. 140—147.
  4. (1844) «Découverte d'un nouveau métal. Lettre de M. le professeur CLAUS de Kazan à M. HESS (Lu le 13 septembre 1844.)». Bulletin de la classe physico-mathématique de l'Académie impériale des Sciences de St.- Pétersbourg 3.
  5. Об открытии нового металла // Горный журнал. Часть I. Книжка II. — 1845. — С. 265—273.
  6. Популярная библиотека химических элементов. Рутений
  7. История науки и техники
  8. Рынок металлов платиновой группы 2010: родий, иридий, рутений, осмий.. metalresearch.ru. Проверено 11 июля 2013. Архивировано 15 июля 2013 года.
  9. Emsley, J. (2003). «Ruthenium». Nature’s Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. pp. 368—370. ISBN 0-19-850340-7.
  10. Ruthenium Prices and Ruthenium Price Charts (27 мая 2016).
  11. "Scientists discover new magnetic element" Phys.org, May 25, 2018
  12. Водянова и Лам вынесут кубок мира перед началом финала ЧМ-2018 rsport.ria.ru, 12 июля, 2018

Ссылки[править | править код]