ال الروثينيوم, العدد الذري 44 ، معدن يقع في المجموعة 8 من الجدول الدوري. إنه جزء مما نعرفه باسم مجموعة معادن Platinum Group ، إلى جانب الأوزميوم والبلاديوم والإيريديوم والروديوم وبالطبع البلاتين. إنه قادر على الحصول على العديد من حالات الأكسدة ، حتى الوصول إلى شحنة رسمية تبلغ +8 ، وهي أعلى نسبة في الجدول الدوري.
نظرًا لنبله ، يتمتع الروثينيوم بخصائص فيزيائية كيميائية جيدة ، مثل التفاعل المنخفض ومقاومة التآكل الواسعة. لذلك ، يتم استخدامه في سبائك معدنية لزيادة خصائصه الميكانيكية وكذلك تحسين الحماية ضد التآكل. بالإضافة إلى ذلك ، تم استخدام الروثينيوم ومركباته في التفاعلات الكيميائية الحديثة وفي تطوير خلايا شمسية أرخص.
نرى أيضا: الزركونيوم - عنصر مشابه كيميائيًا للهافنيوم
ملخص عن الروثينيوم
الروثينيوم هو معدن ينتمي إلى المجموعة 8 من الجدول الدوري.
وهي واحدة من مجموعة معادن Platinum Group (MGP) ، والتي تشمل أيضًا البلاديوم والأوزميوم والإيريديوم والروديوم والبلاتين نفسه.
إنه موجود قليلاً في قشرة الأرض، ولكن بسبب قلة تفاعلها ، يمكن العثور عليها في شكلها النقي.
إنه قادر على إنتاج مركبات ذات حالات أكسدة مختلفة ، والتي تتراوح من 0 إلى +8.
يتم الحصول عليها تجاريًا كمنتج ثانوي للتعدين النيكل.
في الصناعة المعدنية ، تعمل على تحسين القدرة الفيزيائية والقدرة على مقاومة التآكل لبعض السبائك.
وقد استخدمت مركباتها في العمليات الكيميائية الحديثة وفي تصنيع أرخص من الخلايا الشمسية التقليدية.
خصائص الروثينيوم
رمز: رو.
العدد الذري: 44.
الكتلة الذرية: 101.07 قدم مكعب
كهرسلبية: 2,2.
نقطة الانصهار: 2334 درجة مئوية.
نقطة الغليان: 4150 درجة مئوية.
كثافة: 12.1 جرام سم-3 (عند 20 درجة مئوية).
التكوين الإلكترونية: [كر] 5s1 4 د7.
سلسلة كيميائية: المجموعة 8 ، معادن انتقالية ، معادن مجموعة البلاتين.
خصائص الروثينيوم
الروثينيوم هو واحد من المعادن تنتمي إلى المجموعة المعروفة باسم Platinum Group Metals (MGP) ، وتتألف أيضًا من معادن البلاتين والبلاديوم والأوزميوم والإيريديوم والروديوم. نظرًا لأنه ينتمي إلى هذه المجموعة ، فإن الروثينيوم له بعض الخصائص التي تشير إلى معادن نبيلة، مثل لك تفاعل منخفض ومقاومة عالية للتآكل.
إنها معدن غير موجود في قشرة الأرض، بمتوسط تكوين 10-8٪ على نطاق واسع. ومع ذلك ، فهو أكثر حضورا في النيازك، كما في الكوندريت والنيازك حديد. يحتوي الروثينيوم على سبعة نظائر طبيعية و 34 نظيرًا مشعًا.
الروثينيوم في شكله المعدني محمي بطبقة رقيقة من RuO2، مما يمنع أكسدة من هذا المعدن من قبل O2 حتى درجة حرارة 870 ك. لا يزال بإمكان الروثينيوم أن يتفاعل مع الفلور (F.2) والكلور (Cl2) تحت التسخين ويتعرض أيضًا للهجوم بواسطة حمض الهيدروكلوريك عند مزجه مع عوامل مؤكسدة أخرى مثل KClO4، مما يؤدي إلى أكسدة متفجرة.
المواد القلوية المنصهرة لها أيضًا القدرة على التفاعل مع المعدن. ومع ذلك ، لم يتم مهاجمته من قبل الأحماض، كونها في درجة حرارة منخفضة أو عالية ، ولا يمكن مهاجمتها من قبل aqua regia.
إحدى خصائص الروثينيوم ، التي تمتد إلى الأوزميوم (عنصر أيضًا من المجموعة 8) ، هي مجموعة متنوعة من حالات الأكسدة أن هذا العنصر يمكن أن يكون: أكاسيد النيتروجين يمكن أن تختلف مركباتها من 0 إلى +8 ، مع كون +3 الأكثر استقرارًا.
حالة الأكسدة +8 ، شاملة ، هي الأعلى التي وصل إليها أي عنصر في الجدول الدوري. مثال على مادة بها أكاسيد النيتروجين هو RuO4. هذا الأكسيد سام ، برائحة تشبه الأوزون ، قابل للذوبان في رابع كلوريد الكربون (CCl4). كما أنه عامل مؤكسد قوي.
اقرأ أيضا: الكروم - العنصر الكيميائي المستخدم في الفولاذ المقاوم للصدأ لخصائصه المضادة للتآكل
أين يمكن العثور على الروثينيوم؟
بسبب خصائصه النبيلة ، يمكن العثور على الروثينيوم في شكله الأصلي في الطبيعة ، جنبا إلى جنب مع MGPs الأخرى ، كما هو الحال في جبال الأورال وفي مناطق أمريكا الشمالية والجنوبية.
ومع ذلك ، يتم الحصول عليها تجاريًا بشكل شائع من خلال مخلفات النيكل، الناشئة عن تكريرها القادمة من خام البنتلانديت، (Fe ، Ni) S. من الجدير بالذكر ودائع جنوب أفريقيا, روسيا, زيمبابوي, نحن و كندا.
الحصول على الروثينيوم
يصعب عزل المعادن النبيلةفي حالة MGPs ، تنشأ الصعوبة لأن خواصها الفيزيائية والكيميائية متشابهة إلى حد ما. يعتبر استخراج الروثينيوم أمرًا معقدًا للغاية ، على الرغم من وجود العديد من التقنيات المتاحة. بطريقة ما ، تكمن المشكلة في إيجاد تقنية آمنة يمكن تطبيقها في الواقع الصناعي ، وليس فقط في المختبر.
على سبيل المثال ، تقطير رابع أكسيد الروثينيوم ، RuO4، يمكن صنعه في المختبر وسيكون من المثير للاهتمام فصله عن MGPs الأخرى ، لأنه مركب متطاير. ومع ذلك ، لا ينصح بتطبيقه على نطاق واسع ، لأن رابع أكسيد الروثينيوم فوق 180 درجة مئوية مادة متفجرة. من الصعب أيضًا الحصول عليها عن طريق الترسيب ، لأن التشابه الكيميائي مع MGPs الأخرى يجعل الترسيب الانتقائي صعبًا.
لذا، الطريقة الأكثر استخدامًا هي عن طريق الاستخلاص بالمذيبات، حيث يمكن تركيز الروثينيوم وفصله عن المركبات الأخرى. إحدى الطرق هي تحويلها إلى الأنواع القابلة للذوبان RuCl62-، والتي يمكن فصلها بالأمينات الثلاثية ، وبالتالي إنتاج الروثينيوم بدرجة نقاء أعلى من 99٪.
تطبيقات الروثينيوم
في الصناعة ، لوحظ استخدام الروثينيوم في السبائك المعدنية جيدًا منذ ذلك الحين يحسن الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمنتج. على سبيل المثال ، إضافة 0.1٪ بالكتلة من الروثينيوم إلى التيتانيوم يجعل مقاومته للتآكل تزيد 100 مرة.
ومع ذلك ، يتم استخدام جزء كبير من الروثينيوم في الدراسات وفي تطوير منتجاته. تشمل الدراسات المحفزات استنادًا إلى الروثينيوم ، دمجت تقنية التبادل الكيميائي مزدوج التبادل في التخليق العضوي ، وهي المسؤولة عن الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء إيف شوفين وروبرت جروبس وريتشارد شروك في عام 2005.
تم أيضًا استخدام مجمعات الروثينيوم على نطاق واسع في تفاعلات الهدرجة التحفيزية. غير متماثل ، والذي فاز ويليام نولز ، وباري شاربلس ، وريوجي نويوري بجائزة نوبل في الكيمياء عن 2001.
مركب الروثينيوم المدروس على نطاق واسع هو مركب هذا المعدن مع 2،2'-bipyridine ، ما يسمى روبي. لوحظ أن هذه المادة وبعض مشتقاتها لها قدرة أكسدة كبيرة ، بسبب Ru3+والاختزال بسبب البيبيريدين. تم أيضًا دراسة مركبات الروثينيوم لـ تطوير خلايا شمسية منخفضة التكلفة مقارنة بتلك الموجودة في السوق.
تعرف أكثر:الفاناديوم - عامل مساعد مهم للصناعة الكيميائية
تاريخ الروثينيوم
في عام 1827 ، قام جاكوب برزيليوس وجوتفريد أوسان بفحص المخلفات المتبقية من تفكك البلاتين من جبال الأورال مع ريجيا المائية. بينما لم يعثر برزيليوس على معادن جديدة ، اعتقد أوسان أنه عثر على ثلاثة معادن جديدة وأطلق على أحدها اسم الروثينيوم.
يعتبر كارل كارلوفيتش كلاوس بشكل عام مكتشف الروثينيوم. في عام 1844 ، أوضح أن المركب الذي لاحظه أوسان يتكون من أ أكسيد الروثينيوم نجس. حصل كلاوس على حوالي 6 جرام من المعدن من نفايات البلاتين غير القابلة للذوبان المعالجة بماء ريجيا.
اسم روثينيا هو تكريم لروسيا - الاسم اللاتيني للبلاد هو روثينيا. احتفظ كلاوس بهذا الاسم تقديراً لعمل أوسان ، وأيضاً تكريماً لوطنه.
تمارين حلها على الروثينيوم
السؤال رقم 1
الروثينيوم معدن له عدة حالات أكسدة محتملة ، تتراوح من 0 إلى +8. في أكاسيد رو2ال3رو2 و RuO4، ما هي أعداد أكسدة الروثينيوم على التوالي؟
أ) 0 و +2 و +4
ب) +3 و +2 و +4
ج) +3 و +4 و +8
د) +2 و +4 و +5
ه) 0 و +4 و +8
دقة:
البديل ج
في الأكاسيد ، الأكسجين يحافظ على أكاسيد النيتروجين مساوية -2. وبالتالي ، يمكننا حساب أكاسيد النيتروجين للروثينيوم في المركبات على النحو التالي:
رو2ال3: 2x + 3 (-2) = 0 → 2x - 6 = 0 → 2x = 6 → x = 3
رو2: ص + 2 (-2) = 0 → ص - 4 = 0 → ص = 4
رو4: z + 4 (-2) = 0 → z - 8 = 0 → z = 8
السؤال 2
الروثينيوم قادر على تكوين أكسيد RuO4، وهو مركب يحتوي فيه العنصر على أعلى شحنة ممكنة (أكاسيد النيتروجين) لعنصر في الجدول الدوري. عن هذا المركب يمكننا القول:
أ) إنه أكسيد محايد.
ب) مادة مؤكسدة.
ج) أكاسيد النيتروجين للروثينيوم في هذا المركب هي +4.
د) إنها مادة مختزلة.
دقة:
البديل ب
في RuO4، أكاسيد النيتروجين للروثينيوم هي +8. في هذه الحالة ، في تفاعل كيميائي ، لا يمكن أن تزداد شحنتها ، حيث وصلت بالفعل إلى القيمة القصوى (وهي حتى أكبر قيمة ممكنة للجدول الدوري). وهكذا ، في عملية كيميائية ، يمكن أن يسقط أكاسيد النيتروجين في Ru فقط ، أي لا يمكن تقليل الروثينيوم إلا.
عندما يتم تقليل الروثينيوم ، فإنه يؤكسد مادة أخرى موجودة في وسط التفاعل ، مما يتسبب في وصف هذه المادة بأنها مادة مؤكسدة.
بقلم ستيفانو أروجو نوفايس
مدرس كيمياء
