ה רותניום, מספר אטומי 44, היא מתכת הנמצאת בקבוצה 8 של הטבלה המחזורית. זה חלק ממה שאנחנו מכירים בתור מתכות קבוצת הפלטינום, יחד עם אוסמיום, פלדיום, אירידיום, רודיום וכמובן, פְּלָטִינָה. הוא מסוגל לקבל מספר מצבי חמצון, אפילו להגיע למטען פורמלי של +8, הגבוה ביותר בטבלה המחזורית.
בשל האצילות שלו, לרותניום תכונות פיזיקוכימיות טובות, כגון תגובתיות נמוכה ועמידות רחבה בפני קורוזיה. לכן, הוא משמש ב סגסוגות מתכת להגביר את התכונות המכניות שלו וגם לשפר את ההגנה נגד קורוזיה שלו. בנוסף, רותניום ותרכובותיו שימשו בתגובות כימיות מודרניות ובפיתוח תאים סולאריים זולים יותר.
ראה גם: זירקוניום - היסוד הדומה מבחינה כימית להפניום
סיכום על רותניום
רותניום היא מתכת השייכת לקבוצה 8 של טבלה מחזורית.
זוהי אחת ממתכות קבוצת פלטינום (MGP), הכוללות גם פלדיום, אוסמיום, אירידיום, רודיום ופלטינה עצמה.
זה מעט נוכח ב קרום כדור הארץ, אבל בגלל התגובתיות הנמוכה שלו, ניתן למצוא אותו בצורתו הטהורה.
הוא מסוגל לייצר תרכובות עם מצבי חמצון שונים, הנעים בין 0 ל-+8.
הוא מתקבל באופן מסחרי כתוצר לוואי של כרייה ניקל.
בתעשיית המתכות, זה משפר את היכולת הפיזית ונגד קורוזיה של כמה סגסוגות.
התרכובות שלו שימשו בתהליכים כימיים מודרניים ובייצור של תאים סולאריים זולים יותר מהמסורתיים.
תכונות רותניום
סֵמֶל: Ru.
מספר אטומי: 44.
מסה אטומית: 101.07 c.u.
אלקטרוני שליליות: 2,2.
נקודת היתוך: 2334 מעלות צלזיוס.
נקודת רתיחה: 4150 מעלות צלזיוס.
צְפִיפוּת: 12.1 גרם ס"מ-3 (ב-20 מעלות צלזיוס).
תצורה אלקטרונית: [Kr] 5 שניות1 4ד7.
סדרת כימיקלים: קבוצה 8, מתכות מעבר, מתכות מקבוצת פלטינה.
מאפיינים של רותניום
רותניום הוא אחד מה מתכות השייכים לקבוצה המכונה פלטינום קבוצת מתכות (MGP), המורכבות גם ממתכות פלטינה, פלדיום, אוסמיום, אירידיום ורודיום. מכיוון שהוא שייך לקבוצה זו, לרותניום יש כמה מאפיינים המתייחסים ל מתכות אצילות, כמו שלך תגובתיות נמוכה ועמידות בפני קורוזיה גבוהה.
זה מתכת שאינה קיימת בקרום כדור הארץ, עם הרכב ממוצע של 10-8% בקנה מידה גדול. עם זאת, זה קיים יותר ב מטאוריטים, כמו בכונדריטים ומטאוריטים של בַּרזֶל. לרותניום שבעה איזוטופים טבעיים ו-34 איזוטופים רדיואקטיביים.
בצורתו המתכתית, רותניום מוגן על ידי שכבה דקה של RuO2, מה שמונע את חִמצוּן ממתכת זו מאת ה-O2 עד טמפרטורה של 870 K. רותניום עדיין יכול להגיב עם פלואור (F2) וכלור (Cl2) תחת חימום ומותקף גם על ידי חומצה הידרוכלורית כאשר הוא מעורבב עם חומרי חמצון אחרים כגון KClO4, וכתוצאה מכך חמצון נפיץ.
לחומרים אלקליים מותכים יש גם את היכולת להגיב עם המתכת. עם זאת, הוא אינו מותקף על ידי חומצות, בהיותו בטמפרטורה נמוכה או גבוהה, ואי אפשר לתקוף אותו על ידי אקווה רג'יה.
אחד המאפיינים של רותניום, המשתרע עד לאוסמיום (יסוד גם מקבוצה 8), הוא מגוון רחב של מצבי חמצון שלאלמנט זה יכול להיות: ה NOx מהתרכובות שלו יכולות להשתנות מ-0 עד +8, כאשר מצב +3 הוא היציב ביותר.
מצב החמצון +8, כולל, הוא הגבוה ביותר אליו מגיעים כל יסוד בטבלה המחזורית. דוגמה לחומר עם NOx זה היא RuO4. תחמוצת זו היא רעילה, בעלת ריח המזכיר אוזון, מסיס מאוד בפחמן טטרכלוריד (CCl4). זה גם חומר חמצון חזק.
קראו גם: כרום - היסוד הכימי המשמש בנירוסטה בשל תכונותיו נגד קורוזיה
היכן ניתן למצוא רותניום?
בגלל המאפיין האצילי שלו, ניתן למצוא רותניום בצורתו המקורית בטבע, יחד עם שאר ה-MGPs, כמו בהרי אוראל ובאזורים של צפון ודרום אמריקה.
עם זאת, מבחינה מסחרית הוא מתקבל לרוב באמצעות זנב ניקל, שמקורו בזיקוק שלו המגיע מה עפרת פנטלנדיט, (Fe, Ni) S. יש לציין את ההפקדות של דרום אפריקה, רוּסִיָה, זימבבואה, לָנוּ ו קנדה.
השגת רותניום
קשה לבודד מתכות אצילות.במקרה של MGP, הקושי מתעורר בגלל שהתכונות הפיזיקליות-כימיות שלהם דומות במידה מסוימת. מיצוי רותניום מורכב למדי, אם כי קיימות טכניקות רבות זמינות. במובן מסוים, הבעיה היא למצוא טכניקה בטוחה שניתן ליישם במציאות תעשייתית, ולא רק במעבדה.
לדוגמה, זיקוק של רותניום טטרוקסיד, RuO4, ניתן להכין במעבדה ויהיה מעניין להפריד אותו משאר ה-MGPs, שכן מדובר בתרכובת נדיפה. עם זאת, היישום שלה בקנה מידה גדול אינו מומלץ, שכן מעל 180 מעלות צלזיוס רותניום טטרוקסיד הוא חומר נפץ. כמו כן, קשה להשיג אותו באמצעות משקעים, מכיוון שהדמיון הכימי לשאר ה-MGPs מקשה על משקעים סלקטיביים.
כך, הדרך הנפוצה ביותר היא באמצעות מיצוי ממס, שבו ניתן לרכז רותניום ולהפריד משאר התרכובות. אחת השיטות היא הפיכתו למין המסיס RuCl62-, אשר ניתן להפריד באמצעות אמינים שלישוניים וכתוצאה מכך לייצר רותניום בטוהר מעל 99%.
יישומים של רותניום
בתעשייה, היישום של רותניום בסגסוגות מתכתיות נראה היטב, שכן משפר את התכונות הפיזיקליות-כימיות של המוצר. לדוגמה, הוספת 0.1% במסה של רותניום ל טִיטָן גורם לעמידותו בפני קורוזיה לעלות פי 100.
עם זאת, חלק ניכר מהרותניום מיושם במחקרים ובפיתוח מוצריו. מחקרים הכוללים זרזים המבוסס על רותניום שילב את טכניקת המטאזה בסינתזה אורגנית, אחראי על חתן הפרס איב שובין, רוברט גראבס וריצ'רד שרוק עם פרס נובל לכימיה ב-2005.
קומפלקסים של רותניום הופעלו גם רבות בתגובות הידרוגנציה קטליטיות. אסימטרי, שזיכה את וויליאם נואלס, בארי שארפלס וריוג'י נוורי בפרס נובל בכימיה על 2001.
תרכובת רותניום שנחקרה בהרחבה היא הקומפלקס של מתכת זו עם 2,2'-ביפירידין, מה שנקרא אוֹדֶם. הבחין כי לחומר זה ולכמה נגזרות יש יכולת חמצון רבה, עקב Ru3+, והפחתה, בגלל ביפירידין. תרכובות רותניום נחקרו גם עבור פיתוח תאים סולאריים בעלות נמוכה יותר לעומת אלו בשוק.
יודע יותר:ונדיום - זרז חשוב לתעשייה הכימית
היסטוריה של רותניום
בשנת 1827 בחנו יעקב ברזליוס וגוטפריד אוסאן את השאריות שנותרו מהתמוססות הפלטינה מהרי אורל עם אקווה רג'יה. בעוד שברזליוס לא מצא מתכות חדשות, אוסאן האמין שמצא שלוש מתכות חדשות וקרא לאחת מהן רותניום.
קארל קרלוביץ' קלאוס נחשב בדרך כלל מגלה הרותניום. בשנת 1844, הוא הוכיח שהמתחם שנצפה על ידי אוסאן מורכב מא תַחמוֹצֶת רותניום טמא. קלאוס השיג כ-6 גרם מהמתכת מפסולת פלטינה בלתי מסיסה שטופלה באקווה רג'יה.
השם רותניה הוא מחווה לרוסיה - שמה הלטיני של המדינה הוא רותניה. קלאוס שמר על השם כהוקרה על פועלו של אוסאן, אך גם לכבוד מולדתו.
תרגילים שנפתרו על רותניום
שאלה 1
רותניום היא מתכת שיש לה מספר מצבי חמצון אפשריים, הנעים בין 0 ל-+8. בתחמוצות Ru2ה3, RuO2 ו- RuO4, מה הם מספרי החמצון של רותניום, בהתאמה?
א) 0, +2 ו-+4
ב) +3, +2 ו-+4
ג) +3, +4 ו-+8
ד) +2, +4 ו-+5
ה) 0, +4 ו-+8
פתרון הבעיה:
חלופה C
בתחמוצות, ה חַמצָן שומר על NOx שווה ל-2. לפיכך, אנו יכולים לחשב את ה-NOx של רותניום בתרכובות באופן הבא:
Ru2ה3: 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
שאלה 2
רותניום מסוגל ליצור את תחמוצת RuO4, תרכובת שבה ליסוד יש את המטען הגבוה ביותר האפשרי (NOx) ליסוד בטבלה המחזורית. על מתחם זה, אנו יכולים לומר כי:
א) זוהי תחמוצת ניטרלית.
ב) זהו חומר מחמצן.
ג) ה-NOx של רותניום בתרכובת זו הוא +4.
ד) זהו חומר מפחית.
פתרון הבעיה:
חלופה ב'
ב-RuO4, ה-NOx של רותניום הוא +8. במקרה זה, בתגובה כימית, המטען שלו לא יכול היה לגדול, מכיוון שהוא כבר הגיע לערך המרבי (שהוא אפילו הגדול ביותר האפשרי לטבלה המחזורית). לפיכך, בתהליך כימי, ה-NOx של Ru יכול רק ליפול, כלומר, ניתן רק להפחית את הרותניום.
כאשר רותניום מופחת, הוא מחמצן חומר אחר שנמצא בתווך התגובה, מה שגורם לחומר זה להתאפיין כמחמצן.
מאת סטפנו אראוחו נובאיס
מורה לכימיה
