IL rutenio, numero atomico 44, è un metallo collocato nel gruppo 8 della Tavola Periodica. Fa parte di quelli che conosciamo come i metalli del gruppo del platino, insieme a osmio, palladio, iridio, rodio e, naturalmente, il platino. È in grado di avere diversi stati di ossidazione, raggiungendo anche una carica formale di +8, la più alta nella Tavola Periodica.
Grazie alla sua nobiltà, il rutenio ha buone proprietà fisico-chimiche, come una bassa reattività e un'ampia resistenza alla corrosione. Pertanto, viene utilizzato in leghe metalliche per aumentarne le proprietà meccaniche e migliorare anche la sua protezione anticorrosione. Inoltre, il rutenio e i suoi composti sono stati utilizzati nelle moderne reazioni chimiche e nello sviluppo di celle solari più economiche.
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Riepilogo sul rutenio
Il rutenio è un metallo appartenente al gruppo 8 di Tavola periodica.
È uno dei Platinum Group Metals (MGP), che comprende anche palladio, osmio, iridio, rodio e platino stesso.
È poco presente in la crosta terrestre, ma a causa della sua bassa reattività si può trovare nella sua forma pura.
È in grado di produrre composti con diversi stati di ossidazione, che vanno da 0 a +8.
Si ottiene commercialmente come sottoprodotto dell'attività mineraria nichel.
Nell'industria metallurgica migliora le capacità fisiche e anticorrosive di alcune leghe.
I suoi composti sono stati utilizzati nei moderni processi chimici e nella produzione di celle solari più economiche delle tradizionali.
Proprietà del rutenio
Simbolo: Ru.
Numero atomico: 44.
Massa atomica: 101.07 c.u.
Elettronegatività: 2,2.
Punto di fusione: 2334°C.
Punto di ebollizione: 4150°C.
Densità: 12,1 g.cm-3 (a 20°C).
Configurazione elettronica: [Kr] 5s1 4d7.
Serie chimica: gruppo 8, metalli di transizione, metalli del gruppo del platino.
caratteristiche del rutenio
Il rutenio è uno dei metalli appartenente al gruppo noto come Platinum Group Metals (MGP), composto anche da platino, palladio, osmio, iridio e rodio. Appartenendo a questo gruppo, il rutenio ha delle caratteristiche che si riferiscono al metalli nobili, Come il tuo bassa reattività ed elevata resistenza alla corrosione.
È un metallo non presente nella crosta terrestre, con una composizione media di 10-8% su larga scala. Tuttavia, è più presente in meteoriti, come in condriti e meteoriti di ferro da stiro. Il rutenio ha sette isotopi naturali e 34 isotopi radioattivi.
Nella sua forma metallica, il rutenio è protetto da un sottile strato di RuO2, che impedisce il ossidazione di questo metallo dall'O2 fino ad una temperatura di 870 K. Il rutenio può ancora reagire con il fluoro (F2) e cloro (Cl2) sotto riscaldamento e viene attaccato anche dall'acido cloridrico quando viene miscelato con altri agenti ossidanti come KClO4, con conseguente ossidazione esplosiva.
Le sostanze alcaline fuse hanno anche la capacità di reagire con il metallo. Tuttavia, non viene attaccato da acidi, essendo a bassa o alta temperatura, e non può essere attaccato dall'acqua regia.
Una delle caratteristiche del rutenio, che si estende all'osmio (elemento anch'esso del gruppo 8), è la un'ampia varietà di stati di ossidazione che questo elemento può avere: il NOx dei suoi composti può variare da 0 a +8, con lo stato +3 che è il più stabile.
Lo stato di ossidazione +8, compreso, è il più alto raggiunto da qualsiasi elemento nella Tavola Periodica. Un esempio di una sostanza con questo NOx è RuO4. Questo ossido è tossico, con un odore che ricorda l'ozono, molto solubile in tetracloruro di carbonio (CCl4). È anche un potente ossidante.
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Dove si trova il rutenio?
Per la sua nobile caratteristica, il rutenio si trova nella sua forma originaria in natura, insieme agli altri MGP, come negli Urali e nelle regioni del Nord e del Sud America.
Tuttavia, commercialmente è più comunemente ottenuto attraverso residui di nichel, originato dalla sua raffinazione proveniente dal minerale di pentlandite, (Fe, Ni) S. Da segnalare i depositi di Sud Africa, Russia, Zimbabwe, NOI e Canada.
Ottenere il rutenio
I metalli nobili sono difficili da isolare.Nel caso dei MGP, la difficoltà sorge perché le loro proprietà fisico-chimiche sono in una certa misura simili. L'estrazione del rutenio è piuttosto complessa, sebbene ci siano molte tecniche disponibili. In un certo senso, il problema è trovare una tecnica sicura che possa essere applicata in una realtà industriale, e non solo in laboratorio.
Ad esempio, la distillazione del tetrossido di rutenio, RuO4, può essere prodotto in laboratorio e sarebbe interessante separarlo da altri MGP, in quanto è un composto volatile. Tuttavia, la sua applicazione su larga scala non è raccomandata, poiché sopra i 180 °C il tetrossido di rutenio è esplosivo. È anche difficile ottenerlo per precipitazione, poiché la somiglianza chimica con gli altri MGP rende difficile la precipitazione selettiva.
Così, il modo più utilizzato è tramite l'estrazione con solvente, in cui il rutenio può essere concentrato e separato dagli altri composti. Uno dei metodi è la sua conversione nella specie solubile RuCl62-, che può essere separato con ammine terziarie e, di conseguenza, produrre un rutenio di purezza superiore al 99%.
applicazioni di rutenio
Nell'industria, l'applicazione del rutenio nelle leghe metalliche è molto ben vista, poiché migliora le proprietà fisico-chimiche del prodotto. Ad esempio, aggiungendo lo 0,1% in massa di rutenio a titanio fa aumentare di 100 volte la sua resistenza alla corrosione.
Tuttavia, buona parte del rutenio viene applicata negli studi e nello sviluppo dei suoi prodotti. Studi che coinvolgono catalizzatori a base di rutenio ha integrato la tecnica della metatesi nella sintesi organica, responsabile del premio Nobel per la chimica nel 2005 ai vincitori Yves Chauvin, Robert Grubbs e Richard Schrock.
I complessi di rutenio sono stati anche ampiamente impiegati nelle reazioni di idrogenazione catalitica. asimmetrico, che ha fatto vincere a William Knowles, Barry Sharpless e Ryoji Noyori il Premio Nobel per la Chimica per 2001.
Un composto di rutenio ampiamente studiato è il complesso di questo metallo con 2,2'-bipiridina, il cosiddetto rubino. Si è notato che questa sostanza ed alcuni derivati avevano una grande capacità di ossidazione, dovuta al Ru3+e riduzione, a causa della bipiridina. I composti del rutenio sono stati studiati anche per il sviluppo di celle solari a basso costo rispetto a quelli in commercio.
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storia del rutenio
Nel 1827 Jakob Berzelius e Gottfried Osann esaminarono i residui lasciati dalla dissoluzione del platino dagli Urali con l'acqua regia. Sebbene Berzelius non abbia trovato nuovi metalli, Osann credeva di aver trovato tre nuovi metalli e di aver chiamato uno di loro rutenio.
Karl Karlovitch Klaus è comunemente considerato lo scopritore del rutenio. Nel 1844 dimostrò che il composto osservato da Osann era costituito da a ossido rutenio impuro. Klaus ha ottenuto circa 6 g del metallo da rifiuti di platino insolubili trattati con acqua regia.
Il nome Ruthenia è un tributo alla Russia: il nome latino del paese è Ruthenia. Klaus ha mantenuto il nome in riconoscimento del lavoro di Osann, ma anche in onore della sua terra natale.
Esercizi risolti sul rutenio
domanda 1
Il rutenio è un metallo che ha diversi possibili stati di ossidazione, che vanno da 0 a +8. negli ossidi di Ru2IL3, RuO2 e RuO4, quali sono rispettivamente i numeri di ossidazione del rutenio?
A) 0, +2 e +4
B) +3, +2 e +4
C) +3, +4 e +8
D) +2, +4 e +5
E) 0, +4 e +8
Risoluzione:
Alternativa C
Negli ossidi, il ossigeno mantiene NOx pari a -2. Pertanto, possiamo calcolare gli NOx del rutenio nei composti come segue:
Ru2IL3: 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
Domanda 2
Il rutenio è in grado di formare l'ossido RuO4, un composto in cui l'elemento ha la carica più alta possibile (NOx) per un elemento nella tavola periodica. A proposito di questo composto possiamo dire che:
A) È un ossido neutro.
B) È una sostanza ossidante.
C) L'NOx del rutenio in questo composto è +4.
D) È una sostanza riducente.
Risoluzione:
Alternativa B
nella RuO4, l'NOx del rutenio è +8. In questo caso, in una reazione chimica, la sua carica non potrebbe aumentare, in quanto ha già raggiunto il valore massimo (che è anche il più grande possibile per la Tavola Periodica). Quindi, in un processo chimico, gli NOx di Ru possono solo cadere, cioè il rutenio può solo essere ridotto.
Quando il rutenio si riduce, ossida un'altra sostanza che si trova nel mezzo di reazione, facendo sì che questa sostanza sia caratterizzata come ossidante.
Di Stefano Araújo Novais
Insegnante di chimica
