DAS Ruthenium, Ordnungszahl 44, ist ein Metall der Gruppe 8 des Periodensystems. Es ist Teil dessen, was wir als Metalle der Platingruppe kennen, zusammen mit Osmium, Palladium, Iridium, Rhodium und natürlich dem Platin. Es kann mehrere Oxidationsstufen annehmen und sogar eine formale Ladung von +8 erreichen, die höchste im Periodensystem.
Aufgrund seiner Vornehmheit hat Ruthenium gute physikalisch-chemische Eigenschaften, wie geringe Reaktivität und breite Korrosionsbeständigkeit. Daher wird es in verwendet Metall-Legierungen um seine mechanischen Eigenschaften zu erhöhen und auch seinen Korrosionsschutz zu verbessern. Darüber hinaus wurden Ruthenium und seine Verbindungen in modernen chemischen Reaktionen und bei der Entwicklung billigerer Solarzellen verwendet.
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Zusammenfassung zu Ruthenium
Ruthenium ist ein Metall der 8. Gruppe Periodensystem.
Es gehört zu den Platingruppenmetallen (MGP), zu denen auch Palladium, Osmium, Iridium, Rhodium und Platin selbst gehören.
Es ist wenig vorhanden in Erdkruste, aber wegen seiner geringen Reaktivität kann es in seiner reinen Form gefunden werden.
Es ist in der Lage, Verbindungen mit unterschiedlichen Oxidationsstufen herzustellen, die von 0 bis +8 reichen.
Es wird kommerziell als Nebenprodukt des Bergbaus gewonnen Nickel.
In der metallurgischen Industrie verbessert es die physikalische und Korrosionsbeständigkeit einiger Legierungen.
Seine Verbindungen wurden in modernen chemischen Prozessen und bei der Herstellung von billigeren als herkömmlichen Solarzellen verwendet.
Eigenschaften von Ruthenium
Symbol: Ru.
Ordnungszahl: 44.
Atommasse: 101,07 Kubikmeter
Elektronegativität: 2,2.
Schmelzpunkt: 2334°C.
Siedepunkt: 4150 °C.
Dichte: 12,1 g.cm-3 (bei 20 °C).
Elektronische Konfiguration: [Kr] 5s1 4d7.
Chemische Reihe: Gruppe 8, Übergangsmetalle, Metalle der Platingruppe.
Eigenschaften von Ruthenium
Ruthenium ist eines der Metalle gehört zur Gruppe der Platingruppenmetalle (MGP), die ebenfalls aus Platin-, Palladium-, Osmium-, Iridium- und Rhodiummetallen besteht. Da es zu dieser Gruppe gehört, hat Ruthenium einige Eigenschaften, die sich auf die beziehen Edelmetalle, Wie das Ihre geringe Reaktivität und hohe Korrosionsbeständigkeit.
Es ist ein Metall, das in der Erdkruste nicht vorhanden ist, mit einer durchschnittlichen Zusammensetzung von 10-8% im großen Maßstab. Es ist jedoch präsenter in Meteoriten, wie in Chondriten und Meteoriten von Eisen. Ruthenium hat sieben natürliche Isotope und 34 radioaktive Isotope.
In seiner metallischen Form wird Ruthenium durch eine dünne RuO-Schicht geschützt2, was verhindert, dass die Oxidation dieses Metalls von der O2 bis zu einer Temperatur von 870 K. Ruthenium kann noch mit Fluor reagieren (F2) und Chlor (Cl2) unter Erhitzen und wird auch von Salzsäure angegriffen, wenn sie mit anderen Oxidationsmitteln wie KClO gemischt wird4, was zu einer explosiven Oxidation führt.
Geschmolzene alkalische Substanzen haben auch die Fähigkeit, mit dem Metall zu reagieren. Er wird jedoch nicht angegriffen Säuren, bei niedriger oder hoher Temperatur, und kann nicht von Königswasser angegriffen werden.
Eine der Eigenschaften von Ruthenium, die sich auch auf Osmium (ein Element ebenfalls der Gruppe 8) erstreckt, ist die große Vielfalt an Oxidationsstufen dass dieses Element haben kann: die NOx seiner Verbindungen kann von 0 bis +8 variieren, wobei der +3-Zustand der stabilste ist.
Die Oxidationsstufe +8 einschließlich ist die höchste, die von irgendeinem Element im Periodensystem erreicht wird. Ein Beispiel für eine Substanz mit diesem NOx ist RuO4. Dieses Oxid ist giftig, mit einem an Ozon erinnernden Geruch, sehr gut löslich in Tetrachlorkohlenstoff (CCl4). Es ist auch ein starkes Oxidationsmittel.
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Wo ist Ruthenium zu finden?
Aufgrund seiner edlen Eigenschaft kommt Ruthenium in seiner natürlichen Form in der Natur vor, zusammen mit den anderen MGPs, wie im Uralgebirge und in Regionen Nord- und Südamerikas.
Kommerziell wird es jedoch am häufigsten durch erhalten Nickelrückstände, aus seiner Veredelung aus der Pentlanditerz, (Fe, Ni)S. Bemerkenswert sind die Einlagen von Südafrika, Russland, Zimbabwe, UNS und Kanada.
Ruthenium erhalten
Edelmetalle sind schwer zu isolieren.Bei den MGPs ergibt sich die Schwierigkeit aus der gewissen Ähnlichkeit ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften. Die Extraktion von Ruthenium ist ziemlich komplex, obwohl viele Techniken zur Verfügung stehen. In gewisser Weise besteht das Problem darin, eine sichere Technik zu finden, die in der industriellen Realität und nicht nur im Labor angewendet werden kann.
Beispielsweise die Destillation von Rutheniumtetroxid, RuO4, kann im Labor hergestellt werden, und es wäre interessant, es von anderen MGPs zu trennen, da es sich um eine flüchtige Verbindung handelt. Von einer großtechnischen Anwendung wird jedoch abgeraten, da Rutheniumtetroxid oberhalb von 180 °C explosiv ist. Es ist auch schwierig, es durch Fällung zu gewinnen, da die chemische Ähnlichkeit mit den anderen MGPs eine selektive Fällung erschwert.
So, Der am häufigsten verwendete Weg ist die Lösungsmittelextraktion, in dem Ruthenium konzentriert und von den anderen Verbindungen getrennt werden kann. Eines der Verfahren ist seine Umwandlung in die lösliche Spezies RuCl62-, die mit tertiären Aminen abgetrennt werden können und folglich ein Ruthenium mit einer Reinheit von über 99 % erzeugen.
Anwendungen von Ruthenium
In der Industrie ist die Anwendung von Ruthenium in metallischen Legierungen seit jeher sehr beliebt verbessert die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Produkts. Beispielsweise setzt man 0,1 Massen-% Ruthenium zu Titan erhöht die Korrosionsbeständigkeit um das 100-fache.
Ein guter Teil des Rutheniums wird jedoch in Studien und in der Entwicklung seiner Produkte verwendet. Studien mit Katalysatoren basierend auf Ruthenium integrierte die Metathesetechnik in die organische Synthese, verantwortlich für die Preisträger Yves Chauvin, Robert Grubbs und Richard Schrock mit dem Nobelpreis für Chemie im Jahr 2005.
Rutheniumkomplexe wurden auch ausgiebig in katalytischen Hydrierungsreaktionen eingesetzt. asymmetrisch, wofür William Knowles, Barry Sharpless und Ryoji Noyori den Nobelpreis für Chemie erhielten 2001.
Eine ausgiebig untersuchte Rutheniumverbindung ist der Komplex dieses Metalls mit 2,2'-Bipyridin, das sog Rubin. Es wurde festgestellt, dass diese Substanz und einige Derivate aufgrund von Ru eine große Oxidationskapazität haben3+und Reduktion wegen Bipyridin. Rutheniumverbindungen wurden auch für die untersucht Entwicklung kostengünstiger Solarzellen im Vergleich zu denen auf dem Markt.
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Geschichte des Rutheniums
1827 untersuchten Jakob Berzelius und Gottfried Osann die Rückstände, die bei der Auflösung von Platin aus dem Uralgebirge mit Königswasser zurückblieben. Während Berzelius keine neuen Metalle fand, glaubte Osann, drei neue Metalle gefunden zu haben und nannte eines davon Ruthenium.
Karl Karlovitch Klaus wird allgemein als angesehen der Entdecker des Rutheniums. 1844 zeigte er, dass die von Osann beobachtete Verbindung aus a bestand Oxid Ruthenium unrein. Klaus erhielt etwa 6 g des Metalls aus unlöslichem Platinabfall, der mit Königswasser behandelt wurde.
Der Name Ruthenia ist eine Hommage an Russland – der lateinische Name des Landes ist Ruthenia. Klaus behielt den Namen in Anerkennung von Osanns Arbeit, aber auch zu Ehren seiner Heimat.
Auf Ruthenium gelöste Aufgaben
Frage 1
Ruthenium ist ein Metall, das mehrere mögliche Oxidationsstufen hat, die von 0 bis +8 reichen. in Ru-Oxiden2DAS3, RuO2 und RuO4, was sind die Oxidationszahlen von Ruthenium?
A) 0, +2 und +4
B) +3, +2 und +4
C) +3, +4 und +8
D) +2, +4 und +5
E) 0, +4 und +8
Auflösung:
Alternative C
In den Oxiden, die Sauerstoff hält NOx gleich -2. Somit können wir das NOx von Ruthenium in den Verbindungen wie folgt berechnen:
Ru2DAS3: 2x + 3(-2) = 0 → 2x – 6 = 0 → 2x = 6 → x = 3
RuO2: y + 2(-2) = 0 → y – 4 = 0 → y = 4
RuO4: z + 4(-2) = 0 → z – 8 = 0 → z = 8
Frage 2
Ruthenium ist in der Lage, das Oxid RuO zu bilden4, eine Verbindung, in der das Element die höchstmögliche Ladung (NOx) für ein Element im Periodensystem hat. Über diese Verbindung können wir Folgendes sagen:
A) Es ist ein neutrales Oxid.
B) Es ist eine oxidierende Substanz.
C) Das NOx von Ruthenium in dieser Verbindung ist +4.
D) Es ist eine reduzierende Substanz.
Auflösung:
AlternativeB
im RuO4, das NOx von Ruthenium ist +8. In diesem Fall könnte seine Ladung bei einer chemischen Reaktion nicht zunehmen, da sie bereits den Maximalwert (der für das Periodensystem sogar der größtmögliche ist) erreicht hat. Somit kann in einem chemischen Prozess das NOx von Ru nur abfallen, dh das Ruthenium kann nur reduziert werden.
Wenn Ruthenium reduziert wird, oxidiert es eine andere Substanz, die sich im Reaktionsmedium befindet, wodurch diese Substanz als Oxidationsmittel bezeichnet wird.
Von Stefano Araújo Novais
Chemielehrer
