Ruteeni on platinaryhmän metalleista kevyin ja vähiten "jaloin". Se on ehkä "monivalenssisin" elementti (yhdeksän valenssitilaa tunnetaan). Yli puoli vuosisataa kestäneestä tutkimushistoriasta huolimatta se asettaa edelleen monia kysymyksiä ja ongelmia nykyajan kemisteille. Joten mikä on rutenium kemiallisena alkuaineena? Aluksi lyhyt poikkeama historiaan.
Salaperäinen ja rikas
Ruteenin nimi ja löydön historia liittyvät erottamattomasti Venäjään. Aivan 1900-luvun alussa maailman yhteisö oli innoissaan ja huolissaan uutisesta, että Venäjän v altakunnasta oli löydetty rikkaimmat platinaesiintymät. Huhuttiin, että Uralilla tämän jalometallin louhinta voitaisiin suorittaa tavallisella lapiolla. Rikkaiden talletusten löytämisen vahvisti pian se, että Venäjän v altiovarainministeri E. F. Kankrin lähetti Pietarin rahapajalle korkeimman asetuksen kolikoiden lyönnistä platinasta. Seuraavina vuosina laskettiin liikkeeseen noin puolitoista miljoonaa kolikkoa (3, 6 ja 12 ruplaa), joiden valmistukseen käytettiin 20 tonnia jalometallia.
"Löytö" Ozanne
Derpt-Juryevskyn (nykyisen Tarton) yliopiston professori Gottfried Ozann aloitti Uralin jalomalmin koostumuksen tutkimisen. Hän tuli siihen tulokseen, että platinaan liittyy kolme tuntematonta metallia - polynomi, polynomi ja ruteeni - joiden nimet on antanut Ozann itse. Hän muuten nimesi kolmannen Venäjän mukaan (latinasta ruthenia).
Ozannen kollegat kaikkialla Euroopassa arvov altaisimman ruotsalaisen kemistin Jens Berzeliuksen johdolla arvostelivat professorin raporttia hyvin. Yrittääkseen oikeuttaa itseään tiedemies toisti sarjan kokeitaan, mutta ei saavuttanut samoja tuloksia.
Kaksi vuosikymmentä myöhemmin kemian professori Karl Karlovich Klauss (Kazanin yliopisto) kiinnostui Ozannen työstä. Hän sai v altiovarainministeriltä luvan ottaa useita puntia jäljellä olevia kolikoita rahapajan laboratoriosta uudelleen testattavaksi.
Kazanin kemiallinen alkuaine ruteeni
Venäläinen akateemikko A. E. Arbuzov totesi kirjoituksissaan, että uuden elementin löytämiseksi niinä päivinä kemisti tarvitsi äärimmäistä uutteruutta ja sinnikkyyttä, havainnointia ja näkemystä, ja mikä tärkeintä, hienovaraista kokeellista hohtoa. Kaikki yllä mainitut ominaisuudet olivat suurimmassa määrin luontaisia nuorelle Karl Claussille.
Tutkijan tutkimuksella oli myös käytännön merkitystä - puhtaan platinan lisälouhinta malmijäännöksistä. Suunniteltuaan oman suunnitelmansa kokeeseen Klauss fuusioi malmimateriaalin salpetarilla ja uutetti liukoisia alkuaineita: osmiumia, iridiumia,palladium. Liukenematon osa altistettiin väkevien happojen ("aqua regia") ja tislauksen seokselle. Rautahydroksidin sakasta hän havaitsi tuntemattoman metallin läsnäolon ja eristi sen ensin sulfidina ja sitten puhtaassa muodossa (noin 6 grammaa). Professori säilytti alkuaineelle Ozannin ehdottaman nimen - ruteeni.
Avaa ja todista
Mutta kuten kävi ilmi, kemiallisen alkuaineen ruteenin löytämisen tarina oli vasta alkamassa. Tutkimuksen tulosten julkaisemisen jälkeen vuonna 1844 Clauss kohtasi kritiikin rakeita. Maailman suurimmat kemistit ottivat epäilevästi vastaan tuntemattoman Kazanin tiedemiehen johtopäätökset. Edes näytteen lähettäminen uudesta elementistä Berzeliukselle ei pelastanut tilannetta. Ruotsalaisen mestarin mukaan Claussin rutenium oli vain "näyte epäpuhdasta iridiumista".
Vain Karl Karlovichin erinomaiset ominaisuudet analyyttisenä kemistinä ja kokeilijana ja sarja lisätutkimuksia antoivat tutkijalle mahdollisuuden todistaa väitteensä. Vuonna 1846 löytö sai virallisen tunnustuksen ja vahvistuksen. Työstään Klaussille myönnettiin Venäjän tiedeakatemian Demidov-palkinto 10 000 ruplaa. Kazanin professorin lahjakkuuden ja sitkeyden ansiosta rutenium, ensimmäinen Venäjältä löydetty alkuaine, lisättiin platinoidien joukkoon.
Lisätutkimus
Suurin ongelma ruteenin kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien tutkimisessa on sen äärimmäisen rajallinen pitoisuustämä metalli maankuoressa. Esimerkiksi platinatuotannon jätteissä (Claussin työstömateriaali) sen pitoisuus on noin 1%. Useimmat kemian tutkijat tunnustavat ruteenin erittäin epäsuotuisaksi aineeksi tutkimuksessa. Umpitilanteiden runsaus saa tutkijat usein rajoittamaan tai keskeyttämään työtään.
Neuvostoliiton tiedemies SM Starostin omisti koko elämänsä "epämukavan" metallin ja sen yhdisteiden ominaisuuksien tutkimiseen. Kemistin toiminnan tärkein tulos on päätelmät ruteeninitrosokompleksien ominaisuuksista ja niihin liittyvistä vaikeuksista erottaa puhdas metalli mukana tulevasta uraanista ja plutoniumista. Mikä on rutenium kemiallisena alkuaineena?
Fysikaaliset ominaisuudet
Rutenium on metalli, jonka väri vaihtelee valmistustavasta riippuen harmaan sinertävästä hopeanvalkoiseen. Jotkut kemiallisen alkuaineen ruteenin fysikaaliset ominaisuudet antavat meille mahdollisuuden pitää sitä ainutlaatuisena aineena. Korkean haurauden (kiteet jauhetaan jopa helposti jauheeksi käsin) lisäksi ruteniumilla on äärimmäinen kovuus - 6,5 kymmenen pisteen mineralogisella kovuusasteikolla (Mohsin asteikolla). Ehkä kevyin platinaryhmän metalleista. Tiheys on 12,45 g/cm3. Se on erittäin tulenkestävä - siirtymälämpötila nestemäiseen tilaan on 2334 ° C. Valokaaressa sulamisen aikana havaitaan metallin samanaikainen haihtuminen. Korkean lämpötilan kalsinoinnin aikana ulkoilmassa elementti "haihtuu" muodossatetraoksidit.
Ruteeni on luokiteltu suprajohteeksi. Metallin vastus on nolla, kun se jäähdytetään 0,47 K:n lämpötilaan. Tämä ominaisuus on erittäin tärkeä tieteellisestä ja käytännön näkökulmasta. Platinoidina rutenium on erittäin mielenkiintoinen jalometalli.
Elementti Ru
Kazan-metallin ominaisuudet ovat monessa suhteessa tyypillisiä VΙΙΙ (platina) -ryhmän edustajille. Rutenium on jaksollisen järjestelmän kemiallinen alkuaine, jonka atominumero on 44, jolle on ominaista korkea inertisyys. Siinä on 7 vakaata luonnollista ja 20 keinotekoista isotooppia, joiden massaluvut ovat 92-113.
Normaalissa lämpötilassa se ei ole alttiina hapettumiselle ja korroosiolle, hapoille ja emäksille. Kuumennettaessa yli 400 ° C: een, se reagoi kloorin kanssa, 930 ° C:ssa - hapen kanssa. Joidenkin metallien kanssa kemiallinen alkuaine rutenium muodostaa stabiileja seoksia, joita kutsutaan intermetallisiksi yhdisteiksi.
Useissa yhdisteissä sen valenssi on nollasta kahdeksaan. Tärkeimpiä ovat ruteenidioksidi ja tetroksidi, sulfidi RuS2 ja fluoridi RuF5.
Puhtaassa metallimuodossaan sillä on korkean selektiivisyyden omaavan katalyytin ominaisuudet, minkä ansiosta sitä voidaan käyttää useiden orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden synteesiin. Toimii parhaana vedyn sorbenttina.
Levittää luonnossa
Kemiallinen alkuaine rutenium on ominaista äärimmäisyyteenharvinainen ja hajallaan luonnossa. Luonnollisessa ympäristössään se muodostaa ainoan tunnetun mineraalin, lauriitin. Se on pienten rautamustaiden oktaedrien muodossa oleva kiinteä aine. Rikkain ja tunnetuin esiintymä sijaitsee Borneon saaren (Kalimantanin) platinapaikoilla. Venäjällä kehitystä on meneillään Keski- ja Etelä-Uralilla, Kuolan niemimaalla, Krasnojarskin ja Habarovskin alueilla.
Kaikissa muissa luonnonyhdisteissä ruteenin määrä ei ylitä 0,1 %. Joistakin kupari-nikkelimalmeista ja happamasta magmaisesta kivistä on löydetty metallin jälkiä. Joillakin kasveilla on kyky keskittyä ja kerätä ruteenia, joista palkokasvien perheen edustajat erottuvat.
Alkuaineen kokonaispitoisuus maankuoressa ei asiantuntijoiden mukaan ylitä 5 000 tonnia.
Teollisuustuotanto
Alkuaine ruteenia pidetään jaloina, ja metallin päälähde on platinatuotannon jätekivi. Etelä-Afrikan tasav alta on kiistaton johtaja ruteniumin (sekä platinan) louhinnassa. Tämän metallin kehitystä ja tuotantoa harjoittavat myös Venäjä, Kanada ja Zimbabwe. Muuten, jälkimmäinen maa on toisella sijalla maailmassa tutkittujen platinoidivarantojen perusteella.
Markkinoille toimitettavan ruteenin määrä vaihtelee 17-20 tonnia vuodessa. Tuotantosykli alkuaineen saamiseksi kestää noin 6 viikkoa ja on jatkuva peräkkäisten termokemiallisten reaktioiden ketju.
Teknologia hankkimiseenrutenium radioaktiivisen teknetiumin isotooppeja neutronisäteilyttämällä. Mutta on syytä huomata, että puhtaan ja vakaan metallin eristäminen sen kemiallisten ominaisuuksien, arvaamattomuuden ja riittämättömän tiedon vuoksi on edelleen unelma.
Sovellukset
Vaikka ruteenin jalometallin kaikki ominaisuudet ovat täysin läsnä, elementti ei ole saanut laajaa levitystä koruteollisuudessa. Sitä käytetään vain metalliseosten vahvistamiseen ja kalliiden korujen tekemiseen kestävämmiksi.
Teollisuuden alat ovat kulutetun ruteenin määrän suhteen seuraavassa järjestyksessä:
- Elektroninen.
- Sähkökemian.
- Kemia.
Elementin katalyyttisiltä ominaisuuksilta on suuri kysyntä. Sitä käytetään syaanivety- ja typpihappojen synteesissä, tyydyttyneiden hiilivetyjen, glyseriinin valmistuksessa ja eteenin polymeroinnissa. Metallurgisessa teollisuudessa ruteenin lisäaineita käytetään lisäämään korroosionesto-ominaisuuksia, antamaan seoksille lujuutta sekä kemiallista ja mekaanista kestävyyttä. Ruteniumin radioaktiiviset isotoopit auttavat usein tutkijoita heidän tutkimuksessaan.
Monia alkuaineen yhdisteitä on käytetty myös hyvinä hapettimina ja väriaineina. Erityisesti klorideja käytetään parantamaan luminesenssia.
Biologinen merkitys
Ruteenilla on kyky kertyä elävien kudosten, pääasiassa lihaksen, soluihin (platinaryhmän ainoa metalli). Saattaa provosoidaallergisten reaktioiden kehittyminen, vaikuttaa negatiivisesti silmien ja ylempien hengitysteiden limakalvoihin.
Lääketieteessä jalometallia käytetään vaurioituneiden kudosten tunnistamiseen. Siihen perustuvia lääkkeitä käytetään tuberkuloosin ja erilaisten ihmisen ihoon vaikuttavien infektioiden hoitoon. Tästä syystä näyttää erittäin lupaav alta käyttää ruteenin kykyä muodostaa stabiileja nitrosokomplekseja torjuttaessa sairauksia, jotka liittyvät liialliseen nitraattipitoisuuteen ihmiskehossa (hypertensio, niveltulehdus, septinen sokki ja epilepsia).
Kuka on syyllinen?
Viimeksi länsieurooppalaiset tutkijat ovat vakavasti häirinneet yleisöä sanomalla, että ruteniumin radioaktiivisen isotoopin Ru106 pitoisuus kasvaa mantereella. Asiantuntijat sulkevat kokonaan pois sen itsekoulutuksen ilmakehässä. Samoin kuin vahingossa tapahtuva päästö ydinvoimalaitoksesta, koska silloin ilmassa olisi välttämättä cesiumin ja jodin radionuklideja, mitä ei ole vahvistettu kokeellisilla tiedoilla. Tämän isotoopin vaikutus ihmiskehoon, kuten mikä tahansa radioaktiivinen elementti, johtaa kudosten ja elinten säteilytykseen, syövän kehittymiseen. Länsimedian mukaan mahdolliset saastelähteet sijaitsevat Venäjän, Ukrainan tai Kazakstanin alueella.
Vastaukseksi Rosatomin viestintäosaston edustaja sanoi, että kaikki v altionyhtiön yritykset toimivat ja toimivat normaalisti. Kansainvälinen atomienergiajärjestö IAEA arvioi omiin seurantatietoihinsa perustuenpiti kaikkia Venäjän federaatiota vastaan esitettyjä syytöksiä perusteettomina.
