Ο ρουθήνιο, ατομικός αριθμός 44, είναι ένα μέταλλο που βρίσκεται στην ομάδα 8 του Περιοδικού Πίνακα. Είναι μέρος αυτού που γνωρίζουμε ως μέταλλα της ομάδας Platinum, μαζί με το όσμιο, το παλλάδιο, το ιρίδιο, το ρόδιο και, φυσικά, το πλατίνα. Είναι ικανό να έχει πολλές καταστάσεις οξείδωσης, ακόμη και να φτάσει σε ένα τυπικό φορτίο +8, το υψηλότερο στον Περιοδικό Πίνακα.
Λόγω της αρχοντιάς του, το ρουθήνιο έχει καλές φυσικοχημικές ιδιότητες, όπως χαμηλή αντιδραστικότητα και ευρεία αντοχή στη διάβρωση. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται σε κράματα μετάλλων να αυξήσει τις μηχανικές του ιδιότητες και επίσης να βελτιώσει την αντιδιαβρωτική του προστασία. Επιπλέον, το ρουθήνιο και οι ενώσεις του έχουν χρησιμοποιηθεί σε σύγχρονες χημικές αντιδράσεις και στην ανάπτυξη φθηνότερων ηλιακών κυψελών.
Δείτε επίσης: Ζιρκόνιο — το χημικά παρόμοιο στοιχείο με το άφνιο
Περίληψη για το ρουθήνιο
Το ρουθήνιο είναι ένα μέταλλο που ανήκει στην ομάδα 8 των Περιοδικός Πίνακας.
Είναι ένα από τα μέταλλα της ομάδας Platinum (MGP), τα οποία περιλαμβάνουν επίσης παλλάδιο, όσμιο, ιρίδιο, ρόδιο και την ίδια την πλατίνα.
Είναι λίγο παρόν σε φλοιός της γης, αλλά λόγω της χαμηλής αντιδραστικότητάς του, μπορεί να βρεθεί στην καθαρή του μορφή.
Είναι ικανό να παράγει ενώσεις με διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης, οι οποίες κυμαίνονται από 0 έως +8.
Λαμβάνεται στο εμπόριο ως υποπροϊόν της εξόρυξης νικέλιο.
Στη μεταλλουργική βιομηχανία, βελτιώνει τη φυσική και αντιδιαβρωτική ικανότητα ορισμένων κραμάτων.
Οι ενώσεις του έχουν χρησιμοποιηθεί σε σύγχρονες χημικές διεργασίες και στην κατασκευή φθηνότερων από τα παραδοσιακά ηλιακά κύτταρα.
Ιδιότητες ρουθηνίου
Σύμβολο: Ru.
Ατομικός αριθμός: 44.
Ατομική μάζα: 101,07 κ.ε.
Ηλεκτραρνητικότητα: 2,2.
Σημείο σύντηξης: 2334°C.
Σημείο βρασμού: 4150°C.
Πυκνότητα: 12,1 γρ.εκ-3 (στους 20°C).
Ηλεκτρονική διαμόρφωση: [Kr] 5s1 4δ7.
Χημική Σειρά: ομάδα 8, μέταλλα μεταπτώσεως, μέταλλα της ομάδας πλατίνας.
χαρακτηριστικά του ρουθηνίου
Το ρουθήνιο είναι ένα από τα μέταλλα ανήκει στην ομάδα που είναι γνωστή ως Platinum Group Metals (MGP), που επίσης αποτελείται από μέταλλα πλατίνας, παλλάδιο, όσμιο, ιρίδιο και ρόδιο. Καθώς ανήκει σε αυτή την ομάδα, το ρουθήνιο έχει κάποια χαρακτηριστικά που αναφέρονται στο ευγενή μέταλλα, Σαν το δικό σου χαμηλή αντιδραστικότητα και υψηλή αντοχή στη διάβρωση.
Είναι ένα μέταλλο που δεν υπάρχει στο φλοιό της γης, με μέση σύνθεση 10-8% σε μεγάλη κλίμακα. Ωστόσο, είναι περισσότερο παρόν σε μετεωρίτες, όπως σε χονδρίτες και μετεωρίτες του σίδερο. Το ρουθήνιο έχει επτά φυσικά ισότοπα και 34 ραδιενεργά ισότοπα.
Στη μεταλλική του μορφή, το ρουθήνιο προστατεύεται από ένα λεπτό στρώμα RuO2, που εμποδίζει την οξείδωση αυτού του μετάλλου από το O2 έως θερμοκρασία 870 Κ. Το ρουθήνιο μπορεί ακόμα να αντιδράσει με το φθόριο (F2) και το χλώριο (Cl2) υπό θέρμανση και επίσης προσβάλλεται από υδροχλωρικό οξύ όταν αναμιγνύεται με άλλα οξειδωτικά μέσα όπως το KClO4, με αποτέλεσμα την εκρηκτική οξείδωση.
Οι λιωμένες αλκαλικές ουσίες έχουν επίσης την ικανότητα να αντιδρούν με το μέταλλο. Ωστόσο, δεν δέχεται επίθεση από οξέα, βρίσκεται σε χαμηλή ή υψηλή θερμοκρασία και δεν μπορεί να προσβληθεί από το aqua regia.
Ένα από τα χαρακτηριστικά του ρουθηνίου, το οποίο επεκτείνεται στο όσμιο (στοιχείο επίσης της ομάδας 8), είναι το μεγάλη ποικιλία καταστάσεων οξείδωσης ότι αυτό το στοιχείο μπορεί να έχει: το NOx των ενώσεων του μπορεί να ποικίλλει από 0 έως +8, με την κατάσταση +3 να είναι η πιο σταθερή.
Η κατάσταση οξείδωσης +8, συμπεριλαμβανομένης, είναι η υψηλότερη που επιτυγχάνεται από οποιοδήποτε στοιχείο στον Περιοδικό Πίνακα. Ένα παράδειγμα ουσίας με αυτό το NOx είναι το RuO4. Αυτό το οξείδιο είναι τοξικό, με οσμή που θυμίζει όζον, πολύ διαλυτό σε τετραχλωράνθρακα (CCl4). Είναι επίσης ένα ισχυρό οξειδωτικό.
Διαβάστε επίσης: Χρώμιο — το χημικό στοιχείο που χρησιμοποιείται στον ανοξείδωτο χάλυβα για τις αντιδιαβρωτικές του ιδιότητες
Πού μπορεί να βρεθεί το ρουθήνιο;
Λόγω των ευγενών χαρακτηριστικών του, το ρουθήνιο μπορεί να βρεθεί στη φυσική του μορφή, μαζί με τα άλλα MGP, όπως στα Ουράλια Όρη και σε περιοχές της Βόρειας και Νότιας Αμερικής.
Ωστόσο, εμπορικά λαμβάνεται πιο συχνά μέσω απορρίμματα νικελίου, που προέρχεται από τη διύλισή του που προέρχεται από το μετάλλευμα πενταλαντίτη, (Fe, Ni) S. Αξιοσημείωτες είναι οι καταθέσεις των Νότια Αφρική, Ρωσία, Ζιμπάμπουε, ΜΑΣ και Καναδάς.
Λήψη ρουθηνίου
Τα ευγενή μέταλλα είναι δύσκολο να απομονωθούν.Στην περίπτωση των MGP, η δυσκολία προκύπτει επειδή οι φυσικοχημικές τους ιδιότητες είναι παρόμοιες σε κάποιο βαθμό. Η εξαγωγή ρουθηνίου είναι αρκετά περίπλοκη, αν και υπάρχουν πολλές διαθέσιμες τεχνικές. Κατά κάποιο τρόπο, το πρόβλημα είναι να βρεθεί μια ασφαλής τεχνική που μπορεί να εφαρμοστεί σε μια βιομηχανική πραγματικότητα, και όχι μόνο στο εργαστήριο.
Για παράδειγμα, η απόσταξη τετροξειδίου του ρουθηνίου, RuO4, μπορεί να παρασκευαστεί στο εργαστήριο και θα ήταν ενδιαφέρον να διαχωριστεί από άλλα MGP, καθώς είναι μια πτητική ένωση. Ωστόσο, η εφαρμογή του σε μεγάλη κλίμακα δεν συνιστάται, αφού πάνω από 180 °C το τετροξείδιο του ρουθηνίου είναι εκρηκτικό. Είναι επίσης δύσκολο να ληφθεί με κατακρήμνιση, καθώς η χημική ομοιότητα με τα άλλα MGP καθιστά δύσκολη την επιλεκτική κατακρήμνιση.
Ετσι, ο πιο χρησιμοποιούμενος τρόπος είναι η εκχύλιση με διαλύτη, στο οποίο το ρουθήνιο μπορεί να συγκεντρωθεί και να διαχωριστεί από τις άλλες ενώσεις. Μία από τις μεθόδους είναι η μετατροπή του στο διαλυτό είδος RuCl62-, οι οποίες μπορούν να διαχωριστούν με τριτοταγείς αμίνες και, κατά συνέπεια, παράγουν ρουθήνιο καθαρότητας άνω του 99%.
εφαρμογές του ρουθηνίου
Στη βιομηχανία, η εφαρμογή του ρουθηνίου σε μεταλλικά κράματα φαίνεται πολύ καλά, αφού βελτιώνει τις φυσικοχημικές ιδιότητες του προϊόντος. Για παράδειγμα, προσθέτοντας 0,1% κατά μάζα ρουθηνίου σε τιτάνιο κάνει την αντοχή του στη διάβρωση να αυξάνεται 100 φορές.
Ωστόσο, ένα μεγάλο μέρος του ρουθηνίου εφαρμόζεται σε μελέτες και στην ανάπτυξη των προϊόντων του. Μελέτες που αφορούν καταλύτες με βάση το ρουθήνιο ενσωμάτωσε την τεχνική της μετάθεσης στην οργανική σύνθεση, υπεύθυνος για τους βραβευθέντες Yves Chauvin, Robert Grubbs και Richard Schrock με το Νόμπελ Χημείας το 2005.
Τα σύμπλοκα ρουθηνίου έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί εκτενώς σε αντιδράσεις καταλυτικής υδρογόνωσης. asymmetric, που κέρδισε τους William Knowles, Barry Sharpless και Ryoji Noyori το Νόμπελ Χημείας για 2001.
Μια εκτενώς μελετημένη ένωση ρουθηνίου είναι το σύμπλοκο αυτού του μετάλλου με 2,2'-διπυριδίνη, το λεγόμενο ρουμπίνι. Παρατηρήθηκε ότι αυτή η ουσία και ορισμένα παράγωγα είχαν μεγάλη ικανότητα οξείδωσης, λόγω του Ru3+και μείωση, λόγω της διπυριδίνης. Οι ενώσεις του ρουθηνίου έχουν επίσης μελετηθεί για το ανάπτυξη ηλιακών κυψελών χαμηλότερου κόστους σε σύγκριση με αυτά της αγοράς.
Μάθετε περισσότερα:Βανάδιο — σημαντικός καταλύτης για τη χημική βιομηχανία
ιστορία του ρουθηνίου
Το 1827, ο Jakob Berzelius και ο Gottfried Osann εξέτασαν τα υπολείμματα που είχαν απομείνει από τη διάλυση της πλατίνας από τα Ουράλια Όρη με aqua regia. Ενώ ο Berzelius δεν βρήκε νέα μέταλλα, ο Osann πίστευε ότι είχε βρει τρία νέα μέταλλα και ονόμασε ένα από αυτά ρουθήνιο.
Ο Καρλ Κάρλοβιτς Κλάους θεωρείται συνήθως ο ανακαλύπτης του ρουθηνίου. Το 1844, έδειξε ότι η ένωση που παρατήρησε ο Osann αποτελούνταν από α οξείδιο ακάθαρτο ρουθήνιο. Ο Klaus έλαβε περίπου 6 g του μετάλλου από αδιάλυτα απόβλητα πλατίνας που είχαν υποστεί επεξεργασία με aqua regia.
Το όνομα Ruthenia είναι ένας φόρος τιμής στη Ρωσία — το λατινικό όνομα της χώρας είναι Ruthenia. Ο Κλάους κράτησε το όνομα σε αναγνώριση του έργου του Osann, αλλά και προς τιμήν της πατρίδας του.
Ασκήσεις λυμένες στο ρουθήνιο
ερώτηση 1
Το ρουθήνιο είναι ένα μέταλλο που έχει πολλές πιθανές καταστάσεις οξείδωσης, που κυμαίνονται από 0 έως +8. σε οξείδια Ru2Ο3, RuO2 και RuO4, ποιοι είναι οι αριθμοί οξείδωσης του ρουθηνίου, αντίστοιχα;
Α) 0, +2 και +4
Β) +3, +2 και +4
Γ) +3, +4 και +8
Δ) +2, +4 και +5
Ε) 0, +4 και +8
Ανάλυση:
Εναλλακτική Γ
Στα οξείδια, το οξυγόνο διατηρεί το NOx ίσο με -2. Έτσι, μπορούμε να υπολογίσουμε τα NOx του ρουθηνίου στις ενώσεις ως εξής:
Ru2Ο3: 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
Ερώτηση 2
Το ρουθήνιο είναι ικανό να σχηματίσει το οξείδιο RuO4, μια ένωση στην οποία το στοιχείο έχει το υψηλότερο δυνατό φορτίο (NOx) για ένα στοιχείο του Περιοδικού Πίνακα. Σχετικά με αυτήν την ένωση, μπορούμε να πούμε ότι:
Α) Είναι ουδέτερο οξείδιο.
Β) Είναι οξειδωτική ουσία.
Γ) Το NOx του ρουθηνίου σε αυτή την ένωση είναι +4.
Δ) Είναι αναγωγική ουσία.
Ανάλυση:
Εναλλακτική Β
στο RuO4, το NOx του ρουθηνίου είναι +8. Σε αυτή την περίπτωση, σε μια χημική αντίδραση, το φορτίο του δεν θα μπορούσε να αυξηθεί, καθώς έχει ήδη φτάσει τη μέγιστη τιμή (η οποία είναι ακόμη και η μεγαλύτερη δυνατή για τον Περιοδικό Πίνακα). Έτσι, σε μια χημική διαδικασία, το NOx του Ru μπορεί μόνο να πέσει, δηλαδή το ρουθήνιο μπορεί μόνο να μειωθεί.
Όταν το ρουθήνιο ανάγεται, οξειδώνει μια άλλη ουσία που βρίσκεται στο μέσο αντίδρασης, με αποτέλεσμα αυτή η ουσία να χαρακτηρίζεται ως οξειδωτικό.
Του Stefano Araújo Novais
Καθηγητής Χημείας