DE ruthenium, atoomnummer 44, is een metaal in groep 8 van het periodiek systeem. Het maakt deel uit van wat we kennen als de Platinum Group Metals, samen met osmium, palladium, iridium, rhodium en natuurlijk de platina. Het kan verschillende oxidatietoestanden hebben en zelfs een formele lading van +8 bereiken, de hoogste in het periodiek systeem.
Door zijn adellijke eigenschappen heeft ruthenium goede fysisch-chemische eigenschappen, zoals een lage reactiviteit en een brede weerstand tegen corrosie. Daarom wordt het gebruikt in metaallegeringen om de mechanische eigenschappen te vergroten en ook de anticorrosiebescherming te verbeteren. Bovendien zijn ruthenium en zijn verbindingen gebruikt in moderne chemische reacties en bij de ontwikkeling van goedkopere zonnecellen.
Zie ook: Zirkonium - het chemisch vergelijkbare element met hafnium
Samenvatting over ruthenium
Ruthenium is een metaal dat behoort tot groep 8 van Periodiek systeem.
Het is een van de Platinum Group Metals (MGP), waaronder ook palladium, osmium, iridium, rhodium en platina zelf vallen.
Het is weinig aanwezig in aardkorst, maar vanwege zijn lage reactiviteit kan het in zijn pure vorm worden gevonden.
Het is in staat verbindingen te produceren met verschillende oxidatietoestanden, variërend van 0 tot +8.
Het wordt commercieel verkregen als bijproduct van de mijnbouw nikkel.
In de metallurgische industrie verbetert het de fysieke en corrosiewerende capaciteit van sommige legeringen.
De verbindingen zijn gebruikt in moderne chemische processen en bij de vervaardiging van goedkopere dan traditionele zonnecellen.
Niet stoppen nu... Er is meer na de advertentie ;)
Ruthenium eigenschappen
Symbool: Ru.
Atoom nummer: 44.
Atoom massa: 101.07 c.u.
Elektronegativiteit: 2,2.
Fusiepunt: 2334°C.
Kookpunt: 4150 °C.
Dikte: 12,1 g.cm-3 (bij 20°C).
Elektronische configuratie: [Kr] 5s1 4d7.
Chemische serie: groep 8, overgangsmetalen, metalen uit de platinagroep.
kenmerken van ruthenium
Ruthenium is een van de metalen behorend tot de groep die bekend staat als Platinum Group Metals (MGP), ook samengesteld uit platina-, palladium-, osmium-, iridium- en rhodiummetalen. Omdat het tot deze groep behoort, heeft ruthenium enkele kenmerken die verwijzen naar de edele metalen, Zoals die van jou lage reactiviteit en hoge corrosieweerstand.
Het is een metaal niet aanwezig in de aardkorst, met een gemiddelde samenstelling van 10-8% op grote schaal. Het is echter meer aanwezig in meteorieten, zoals in chondrieten en meteorieten van ijzer. Ruthenium heeft zeven natuurlijke isotopen en 34 radioactieve isotopen.
In zijn metallische vorm wordt ruthenium beschermd door een dunne laag RuO2, die voorkomt dat de oxidatie van dit metaal door de O2 tot een temperatuur van 870 K. Ruthenium kan nog steeds reageren met fluor (F2) en chloor (Cl2) onder verwarming en wordt ook aangetast door zoutzuur wanneer het wordt gemengd met andere oxidatiemiddelen zoals KClO4, wat resulteert in explosieve oxidatie.
Gesmolten alkalische stoffen kunnen ook met het metaal reageren. Hij wordt echter niet aangevallen door zuren, in lage of hoge temperatuur, en kan niet worden aangevallen door de aqua regia.
Een van de kenmerken van ruthenium, dat zich uitstrekt tot osmium (een element ook van groep 8), is de grote verscheidenheid aan oxidatietoestanden dat dit element kan hebben: de NOx van zijn verbindingen kan variëren van 0 tot +8, waarbij de +3-toestand het meest stabiel is.
De oxidatietoestand van +8, inclusief, is de hoogste die wordt bereikt door elk element in het periodiek systeem. Een voorbeeld van een stof met deze NOx is RuO4. Dit oxide is giftig, met een geur die doet denken aan ozon, zeer goed oplosbaar in tetrachloorkoolstof (CCl4). Het is ook een krachtige oxidant.
Lees ook: Chroom — het chemische element dat in roestvrij staal wordt gebruikt vanwege zijn corrosiewerende eigenschappen
Waar is ruthenium te vinden?
Vanwege zijn edele eigenschap kan ruthenium in zijn oorspronkelijke vorm in de natuur worden gevonden, samen met de andere MOP's, zoals in het Oeralgebergte en in regio's van Noord- en Zuid-Amerika.
Commercieel wordt het echter meestal verkregen via nikkelresiduen, afkomstig van zijn raffinage afkomstig van de pentlandiet erts, (Fe, Ni) S. Van belang zijn de deposito's van Zuid-Afrika, Rusland, Zimbabwe, ONS en Canada.
Ruthenium verkrijgen
Edelmetalen zijn moeilijk te isoleren.In het geval van MGP's ontstaat de moeilijkheid omdat hun fysisch-chemische eigenschappen tot op zekere hoogte vergelijkbaar zijn. Extractie van ruthenium is vrij complex, hoewel er veel technieken beschikbaar zijn. In zekere zin is het probleem om een veilige techniek te vinden die kan worden toegepast in een industriële realiteit, en niet alleen in het laboratorium.
Bijvoorbeeld de destillatie van rutheniumtetroxide, RuO4, kan in het laboratorium worden gemaakt en het zou interessant zijn om het te scheiden van andere MGP's, omdat het een vluchtige verbinding is. Toepassing op grote schaal wordt echter niet aanbevolen, aangezien rutheniumtetroxide boven 180 °C explosief is. Het is ook moeilijk om het te verkrijgen door precipitatie, omdat de chemische overeenkomst met de andere MGP's selectieve precipitatie moeilijk maakt.
Dus, de meest gebruikte manier is via oplosmiddelextractie, waarin ruthenium kan worden geconcentreerd en gescheiden van de andere verbindingen. Een van de methoden is de omzetting ervan in de oplosbare soort RuCl62-, dat kan worden gescheiden met tertiaire aminen en bijgevolg een ruthenium met een zuiverheid van meer dan 99% produceert.
toepassingen van ruthenium
In de industrie wordt de toepassing van ruthenium in metaallegeringen zeer goed gezien, aangezien verbetert de fysisch-chemische eigenschappen van het product. Bijvoorbeeld door 0,1 massa% ruthenium toe te voegen aan titanium maakt de corrosieweerstand 100 keer groter.
Een groot deel van het ruthenium wordt echter toegepast in studies en bij de ontwikkeling van zijn producten. Studies met betrekking tot katalysatoren op basis van ruthenium integreerde de metathesetechniek in organische synthese, verantwoordelijk voor laureaat Yves Chauvin, Robert Grubbs en Richard Schrock met de Nobelprijs voor de Scheikunde in 2005.
Rutheniumcomplexen zijn ook uitgebreid gebruikt in katalytische hydrogeneringsreacties. asymmetrisch, waarmee William Knowles, Barry Sharpless en Ryoji Noyori de Nobelprijs voor Scheikunde kregen voor 2001.
Een uitgebreid bestudeerde rutheniumverbinding is het complex van dit metaal met 2,2'-bipyridine, de zogenaamde robijn. Er werd opgemerkt dat deze stof en sommige derivaten een groot oxidatievermogen hadden, vanwege Ru3+, en reductie, vanwege bipyridine. Rutheniumverbindingen zijn ook onderzocht voor de ontwikkeling van goedkopere zonnecellen vergeleken met die op de markt.
Meer weten:Vanadium — een belangrijke katalysator voor de chemische industrie
geschiedenis van ruthenium
In 1827 onderzochten Jakob Berzelius en Gottfried Osann de resten die waren overgebleven van het oplossen van platina uit het Oeralgebergte met aqua regia. Terwijl Berzelius geen nieuwe metalen vond, geloofde Osann dat hij drie nieuwe metalen had gevonden en noemde een van hen ruthenium.
Karl Karlovitch Klaus wordt algemeen beschouwd de ontdekker van ruthenium. In 1844 toonde hij aan dat de door Osann waargenomen verbinding bestond uit a oxyde ruthenium onzuiver. Klaus verkreeg ongeveer 6 g van het metaal uit onoplosbaar platinaafval dat was behandeld met koningswater.
De naam Ruthenia is een eerbetoon aan Rusland - de Latijnse naam van het land is Ruthenia. Klaus behield de naam als erkenning voor het werk van Osann, maar ook ter ere van zijn vaderland.
Oefeningen opgelost op ruthenium
vraag 1
Ruthenium is een metaal dat verschillende mogelijke oxidatietoestanden heeft, variërend van 0 tot +8. in Ru oxiden2DE3, RuO2 en RuO4, wat zijn respectievelijk de oxidatiegetallen van ruthenium?
A) 0, +2 en +4
B) +3, +2 en +4
C) +3, +4 en +8
D) +2, +4 en +5
E) 0, +4 en +8
Oplossing:
alternatief C
In de oxiden, de zuurstof houdt NOx gelijk aan -2. We kunnen dus de NOx van ruthenium in de verbindingen als volgt berekenen:
Ru2DE3: 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
vraag 2
Ruthenium kan het oxide RuO. vormen4, een verbinding waarin het element de hoogst mogelijke lading (NOx) heeft voor een element in het periodiek systeem. Over deze verbinding kunnen we zeggen dat:
A) Het is een neutraal oxide.
B) Het is een oxiderende stof.
C) De NOx van ruthenium in deze verbinding is +4.
D) Het is een reducerende stof.
Oplossing:
alternatief B
in de RuO4, de NOx van ruthenium is +8. In dit geval kon de lading in een chemische reactie niet toenemen, omdat deze de maximale waarde al heeft bereikt (die zelfs de grootst mogelijke waarde is voor het periodiek systeem). Dus in een chemisch proces kan de NOx van Ru alleen vallen, dat wil zeggen, het ruthenium kan alleen worden verminderd.
Wanneer ruthenium wordt gereduceerd, oxideert het een andere stof die zich in het reactiemedium bevindt, waardoor deze stof wordt gekarakteriseerd als een oxidant.
Door Stefano Araújo Novais
Scheikundeleraar