THE ruteniu, numar atomic 44, este un metal situat în grupa 8 din Tabelul Periodic. Face parte din ceea ce cunoaștem sub denumirea de metale ale grupului platină, împreună cu osmiu, paladiu, iridiu, rodiu și, desigur, platină. Este capabil să aibă mai multe stări de oxidare, ajungând chiar la o sarcină formală de +8, cea mai mare din Tabelul Periodic.
Datorită nobilimii sale, ruteniul are proprietăți fizico-chimice bune, cum ar fi reactivitate scăzută și rezistență largă la coroziune. Prin urmare, este folosit în aliaje metalice pentru a-i crește proprietățile mecanice și, de asemenea, pentru a-și îmbunătăți protecția anticorozivă. În plus, ruteniul și compușii săi au fost folosiți în reacții chimice moderne și în dezvoltarea celulelor solare mai ieftine.
Vezi si: Zirconiu - elementul chimic similar cu hafniul
Rezumat despre ruteniu
Ruteniul este un metal aparținând grupului 8 al Tabelul periodic.
Este unul dintre metalele din grupul platină (MGP), care includ și paladiu, osmiu, iridiu, rodiu și platina în sine.
Este puțin prezent în Scoarta terestra, dar din cauza reactivității sale scăzute, poate fi găsit în forma sa pură.
Este capabil să producă compuși cu diferite stări de oxidare, care variază de la 0 la +8.
Se obține comercial ca produs secundar al mineritului nichel.
În industria metalurgică, îmbunătățește capacitatea fizică și anticorozivă a unor aliaje.
Compușii săi au fost utilizați în procesele chimice moderne și în fabricarea de celule solare mai ieftine decât tradiționale.
Proprietățile ruteniului
Simbol: Ru.
Numar atomic: 44.
Masă atomică: 101,07 c.u.
Electronegativitate: 2,2.
Punct de fuziune: 2334°C.
Punct de fierbere: 4150°C.
Densitate: 12,1 g.cm-3 (la 20°C).
Configuratie electronica: [Kr] 5s1 4d7.
Seria chimică: grupa 8, metale de tranziție, metale din grupa platinei.
caracteristicile ruteniului
Ruteniul este unul dintre metale aparținând grupului cunoscut sub numele de Platinum Group Metals (MGP), compus și din metale platină, paladiu, osmiu, iridiu și rodiu. Întrucât aparține acestui grup, ruteniul are unele caracteristici care se referă la metale nobile, Ca al tau reactivitate scăzută și rezistență ridicată la coroziune.
Este un metal nu este prezent în scoarța terestră, cu o compoziție medie de 10-8% la scară largă. Cu toate acestea, este mai prezent în meteoriți, ca în condritele și meteoriții de fier. Ruteniul are șapte izotopi naturali și 34 de izotopi radioactivi.
În forma sa metalică, ruteniul este protejat de un strat subțire de RuO2, care împiedică oxidare a acestui metal de către O2 până la o temperatură de 870 K. Ruteniul mai poate reacționa cu fluorul (F2) și clor (Cl2) sub încălzire și este atacat și de acidul clorhidric atunci când este amestecat cu alți agenți oxidanți precum KClO4, rezultând oxidare explozivă.
Substanțele alcaline topite au și capacitatea de a reacționa cu metalul. Cu toate acestea, el nu este atacat de acizi, fiind la temperatură scăzută sau ridicată, și nu poate fi atacată de acva regia.
Una dintre caracteristicile ruteniului, care se extinde la osmiu (un element tot din grupa 8), este mare varietate de stări de oxidare că acest element poate avea: cel NOx dintre compușii săi pot varia de la 0 la +8, starea +3 fiind cea mai stabilă.
Starea de oxidare +8, inclusiv, este cea mai mare atinsă de orice element din Tabelul Periodic. Un exemplu de substanță cu acest NOx este RuO4. Acest oxid este toxic, cu un miros care amintește de ozon, foarte solubil în tetraclorură de carbon (CCl4). Este, de asemenea, un oxidant puternic.
Citeste si: Crom - elementul chimic folosit în oțel inoxidabil pentru proprietățile sale anticorozive
Unde poate fi găsit ruteniul?
Datorită caracteristicii sale nobile, ruteniul poate fi găsit în forma sa nativă în natură, împreună cu celelalte MGP-uri, ca în Munții Urali și în regiunile Americii de Nord și de Sud.
Cu toate acestea, comercial este cel mai frecvent obținut prin steril de nichel, provenind din rafinarea acestuia provenind din minereu de pentlandit, (Fe, Ni) S. De remarcat sunt depozitele de Africa de Sud, Rusia, Zimbabwe, S.U.A și Canada.
Obținerea ruteniului
Metalele nobile sunt greu de izolat.În cazul MGP-urilor, dificultatea apare deoarece proprietățile lor fizico-chimice sunt similare într-o anumită măsură. Extracția ruteniului este destul de complexă, deși există multe tehnici disponibile. Într-un fel, problema este de a găsi o tehnică sigură care să poată fi aplicată într-o realitate industrială, și nu doar în laborator.
De exemplu, distilarea tetroxidului de ruteniu, RuO4, se poate realiza in laborator si ar fi interesant sa-l separi de alte MGP-uri, deoarece este un compus volatil. Cu toate acestea, aplicarea sa pe scară largă nu este recomandată, deoarece tetroxidul de ruteniu la peste 180 °C este exploziv. De asemenea, este dificil să-l obțineți prin precipitare, deoarece similitudinea chimică cu celelalte MGP face dificilă precipitarea selectivă.
Asa de, cea mai utilizată metodă este extracția cu solvent, în care ruteniul poate fi concentrat și separat de ceilalți compuși. Una dintre metode este conversia sa în specia solubilă RuCl62-, care pot fi separate cu amine terțiare și, în consecință, produc un ruteniu de puritate peste 99%.
aplicații de ruteniu
În industrie, aplicarea ruteniului în aliajele metalice este foarte bine văzută, de vreme ce îmbunătățește proprietățile fizico-chimice ale produsului. De exemplu, adăugarea a 0,1% din masă de ruteniu la titan face ca rezistența la coroziune să crească de 100 de ori.
Cu toate acestea, o bună parte din ruteniu este aplicată în studii și în dezvoltarea produselor sale. Studii care implică catalizatori bazat pe ruteniu a integrat tehnica metatezei în sinteza organică, responsabili de laureații Yves Chauvin, Robert Grubbs și Richard Schrock cu Premiul Nobel pentru Chimie în 2005.
Complecșii de ruteniu au fost, de asemenea, folosiți pe scară largă în reacțiile de hidrogenare catalitică. asimetric, care i-a adus lui William Knowles, Barry Sharpless și Ryoji Noyori Premiul Nobel pentru Chimie pentru 2001.
Un compus de ruteniu studiat pe larg este complexul acestui metal cu 2,2’-bipiridină, așa-numita rubin. S-a observat că această substanță și unii derivați aveau o mare capacitate de oxidare, datorită Ru3+, și reducerea, din cauza bipiridinei. Compușii ruteniului au fost, de asemenea, studiați pentru dezvoltarea de celule solare cu costuri reduse comparativ cu cele de pe piata.
Aflați mai multe:Vanadiu - un catalizator important pentru industria chimică
istoria ruteniului
În 1827, Jakob Berzelius și Gottfried Osann au examinat reziduurile rămase de la dizolvarea platinei din Munții Urali cu acva regia. În timp ce Berzelius nu a găsit metale noi, Osann a crezut că a găsit trei metale noi și a numit unul dintre ele ruteniu.
Karl Karlovitch Klaus este considerat în mod obișnuit descoperitorul ruteniului. În 1844, el a demonstrat că compusul observat de Osann consta din a oxid ruteniu impur. Klaus a obținut aproximativ 6 g de metal din deșeurile insolubile de platină tratate cu apă regia.
Numele Ruthenia este un tribut adus Rusiei - numele latin al țării este Ruthenia. Klaus a păstrat numele în semn de recunoaștere a muncii lui Osann, dar și în onoarea patriei sale.
Exerciții rezolvate pe ruteniu
intrebarea 1
Ruteniul este un metal care are mai multe stări posibile de oxidare, variind de la 0 la +8. în oxizi de Ru2THE3, RuO2 și RuO4, care sunt, respectiv, numerele de oxidare ale ruteniului?
A) 0, +2 și +4
B) +3, +2 și +4
C) +3, +4 și +8
D) +2, +4 și +5
E) 0, +4 și +8
Rezoluţie:
Alternativa C
În oxizi, oxigen menține NOx egal cu -2. Astfel, putem calcula NOx al ruteniului din compuși după cum urmează:
Ru2THE3: 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
intrebarea 2
Ruteniul este capabil să formeze oxidul RuO4, un compus în care elementul are cea mai mare sarcină posibilă (NOx) pentru un element din Tabelul Periodic. Despre acest compus, putem spune că:
A) Este un oxid neutru.
B) Este o substanță oxidantă.
C) NOx al ruteniului din acest compus este +4.
D) Este o substanță reducătoare.
Rezoluţie:
Alternativa B
în RuO4, NOx al ruteniului este +8. În acest caz, într-o reacție chimică, sarcina sa nu ar putea crește, deoarece a atins deja valoarea maximă (care este chiar cea mai mare posibilă pentru Tabelul Periodic). Astfel, într-un proces chimic, NOx-ul Ru poate doar să scadă, adică ruteniul poate fi doar redus.
Când ruteniul este redus, acesta oxidează o altă substanță care se află în mediul de reacție, ceea ce face ca această substanță să fie caracterizată ca oxidant.
De Stefano Araújo Novais
Profesor de chimie
