รูทีเนียม (Ru): รับ, สมัคร, ประวัติ

เธ รูทีเนียม, เลขอะตอม 44 เป็นโลหะที่อยู่ในกลุ่มที่ 8 ของตารางธาตุ เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มโลหะแพลตตินั่มที่เรารู้จักกันดี ได้แก่ ออสเมียม พัลลาเดียม อิริเดียม โรเดียม และแน่นอน แพลตตินั่ม. มันสามารถมีสถานะออกซิเดชันได้หลายสถานะ แม้กระทั่งถึงประจุอย่างเป็นทางการที่ +8 ซึ่งสูงที่สุดในตารางธาตุ

เนื่องจากมีความสง่างามสูง รูทีเนียมจึงมีคุณสมบัติทางเคมีกายภาพที่ดี เช่น การเกิดปฏิกิริยาต่ำและความต้านทานการกัดกร่อนในวงกว้าง ดังนั้นจึงใช้ใน โลหะผสม เพื่อเพิ่มคุณสมบัติทางกลและปรับปรุงการป้องกันการกัดกร่อน นอกจากนี้ รูทีเนียมและสารประกอบของรูทีเนียมยังถูกใช้ในปฏิกิริยาเคมีสมัยใหม่ และในการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีราคาถูกกว่า

ดูด้วย: เซอร์โคเนียม — องค์ประกอบทางเคมีที่คล้ายคลึงกันกับแฮฟเนียม

สรุปเกี่ยวกับรูทีเนียม

• รูทีเนียมเป็นโลหะที่อยู่ในกลุ่ม 8 ของ ตารางธาตุ.

• เป็นหนึ่งในกลุ่มโลหะแพลตตินัม (MGP) ซึ่งรวมถึงแพลเลเดียม ออสเมียม อิริเดียม โรเดียม และแพลตตินั่มด้วย

• มีอยู่น้อยใน เปลือกโลกแต่เนื่องจากปฏิกิริยาต่ำ จึงสามารถพบได้ในรูปบริสุทธิ์

• สามารถผลิตสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันต่างกันซึ่งมีตั้งแต่ 0 ถึง +8

• ได้มาในเชิงพาณิชย์เป็นผลพลอยได้จากการขุด นิกเกิล.

• ในอุตสาหกรรมโลหการ ปรับปรุงความสามารถทางกายภาพและป้องกันการกัดกร่อนของโลหะผสมบางชนิด

• สารประกอบของมันถูกใช้ในกระบวนการทางเคมีสมัยใหม่และในการผลิตราคาถูกกว่าเซลล์แสงอาทิตย์แบบเดิม

อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)

คุณสมบัติของรูทีเนียม

• สัญลักษณ์: รุ

• เลขอะตอม: 44.

• มวลอะตอม: 101.07 ค.ศ.

• อิเล็กโตรเนกาติวีตี้: 2,2.

• จุดหลอมเหลว: 2334°ซ.

• จุดเดือด: 4150 องศาเซลเซียส

• ความหนาแน่น: 12.1 ก.ซม.^-3 (ที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส)

• การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์: [Kr] 5s¹ 4 วัน⁷.

• ชุดเคมี: กลุ่มที่ 8, โลหะทรานสิชัน, โลหะกลุ่มแพลตตินั่ม

ลักษณะของรูทีเนียม

รูทีเนียมคริสตัลบริสุทธิ์ 99.9% เกิดขึ้นจากการสะสมของไอ

รูทีเนียมเป็นหนึ่งใน โลหะ ที่อยู่ในกลุ่มที่เรียกว่าโลหะกลุ่มแพลทินัม (MGP) ยังประกอบด้วยโลหะแพลตตินั่ม แพลเลเดียม ออสเมียม อิริเดียม และโลหะโรเดียม เนื่องจากเป็นของกลุ่มนี้ รูทีเนียมมีลักษณะบางอย่างที่อ้างถึง โลหะมีตระกูล, ชอบของคุณ ปฏิกิริยาต่ำและทนต่อการกัดกร่อนสูง.

มันคือ โลหะที่ไม่มีอยู่ในเปลือกโลกโดยมีองค์ประกอบเฉลี่ย10^-8% ในขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตามมีมากขึ้นใน อุกกาบาตเช่นเดียวกับในคอนไดรต์และอุกกาบาตของ เหล็ก. รูทีเนียมมีไอโซโทปธรรมชาติเจ็ดไอโซโทปและไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี 34 ไอโซโทป

ในรูปแบบโลหะ รูทีเนียมได้รับการปกป้องโดยชั้นบาง ๆ ของ RuO₂ซึ่งป้องกัน ออกซิเดชัน ของโลหะนี้โดยO₂ จนถึงอุณหภูมิ 870 K. รูทีเนียมยังคงทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนได้ (F₂) และคลอรีน (Cl₂) ภายใต้ความร้อนและถูกกรดไฮโดรคลอริกโจมตีเมื่อผสมกับสารออกซิไดซ์อื่น ๆ เช่น KClO₄ทำให้เกิดการระเบิดออกซิเดชัน

สารอัลคาไลน์หลอมเหลวยังมีความสามารถในการทำปฏิกิริยากับโลหะ อย่างไรก็ตามเขาไม่ได้ถูกโจมตีโดย กรดอยู่ในอุณหภูมิต่ำหรือสูงและไม่สามารถถูกโจมตีโดย aqua regia

ลักษณะเฉพาะของรูทีเนียมซึ่งขยายไปถึงออสเมียม (องค์ประกอบในกลุ่มที่ 8) คือ สถานะออกซิเดชันที่หลากหลาย ที่องค์ประกอบนี้สามารถมี: the NOx ของสารประกอบสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ 0 ถึง +8 โดยที่สถานะ +3 นั้นเสถียรที่สุด

สถานะออกซิเดชัน +8 เป็นค่าสูงสุดที่องค์ประกอบใดๆ ในตารางธาตุเข้าถึงได้ ตัวอย่างของสารที่มี NOx นี้คือ RuO₄. ออกไซด์นี้เป็นพิษ มีกลิ่นคล้ายโอโซน ละลายได้ดีในคาร์บอนเตตระคลอไรด์ (CCl₄). นอกจากนี้ยังเป็นสารออกซิแดนท์ที่มีประสิทธิภาพ

อ่านด้วย: โครเมียม — องค์ประกอบทางเคมีที่ใช้ในสแตนเลสสำหรับคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อน

รูทีเนียมสามารถพบได้ที่ไหน?

เนื่องจากมีลักษณะอันสูงส่ง รูทีเนียมสามารถพบได้ในรูปแบบดั้งเดิมในธรรมชาติ ร่วมกับ MGP อื่นๆ เช่นเดียวกับในเทือกเขาอูราลและในภูมิภาคอเมริกาเหนือและใต้

รูทีเนียมเป็นผลพลอยได้จากการขุดเพนแลนไดท์

อย่างไรก็ตาม ในเชิงพาณิชย์มักจะได้มาจาก หางแร่นิกเกิลที่เกิดจากการกลั่นที่มาจาก แร่เพนแลนไดท์, (เฟ, นิ) S. ข้อสังเกตคือเงินฝากของ แอฟริกาใต้, รัสเซีย, ซิมบับเว, เรา และ แคนาดา.

รับรูทีเนียม

โลหะมีตระกูลยากที่จะแยกออกในกรณีของ MGP ความยากเกิดขึ้นเนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีกายภาพมีความคล้ายคลึงกันในระดับหนึ่ง การสกัดรูทีเนียมค่อนข้างซับซ้อน แม้ว่าจะมีเทคนิคมากมาย ปัญหาอยู่ที่การหาเทคนิคที่ปลอดภัยที่สามารถนำไปใช้ได้จริงในเชิงอุตสาหกรรม ไม่ใช่แค่ในห้องปฏิบัติการเท่านั้น

ตัวอย่างเช่น การกลั่นรูทีเนียมเตตรอกไซด์ RuO₄สามารถทำได้ในห้องปฏิบัติการและควรแยกมันออกจาก MGP อื่นๆ เนื่องจากเป็นสารประกอบระเหยง่าย อย่างไรก็ตาม ไม่แนะนำให้ใช้ในปริมาณมาก เนื่องจากรูทีเนียมเตตรอกไซด์ที่สูงกว่า 180 °C สามารถระเบิดได้ นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องยากที่จะได้มันมาโดยการตกตะกอน เนื่องจากความคล้ายคลึงทางเคมีกับ MGP อื่นๆ ทำให้การเลือกตกตะกอนทำได้ยาก

ดังนั้น, วิธีที่ใช้มากที่สุดคือการสกัดด้วยตัวทำละลายซึ่งรูทีเนียมสามารถทำให้เข้มข้นและแยกออกจากสารประกอบอื่นได้ วิธีหนึ่งคือการแปลงเป็น RuCl. ที่ละลายน้ำได้₆^2-ซึ่งสามารถแยกออกได้ด้วยเอมีนในระดับอุดมศึกษาและทำให้เกิดรูทีเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่า 99%

การใช้งานของรูทีเนียม

เซลล์แสงอาทิตย์รูทีเนียมกำลังได้รับการพัฒนาให้เป็นทางเลือกที่ถูกกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ในปัจจุบัน

ในอุตสาหกรรม การใช้รูทีเนียมในโลหะผสมจะเห็นได้ชัดเจนตั้งแต่ ปรับปรุงคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของผลิตภัณฑ์. ตัวอย่างเช่น การบวก 0.1% โดยมวลของรูทีเนียมเป็น ไทเทเนียม ทำให้ความต้านทานการกัดกร่อนเพิ่มขึ้น 100 เท่า

อย่างไรก็ตาม รูทีเนียมส่วนที่ดีถูกนำไปใช้ในการศึกษาและในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ การศึกษาที่เกี่ยวข้องกับ ตัวเร่งปฏิกิริยา โดยใช้รูทีเนียมผสมผสานเทคนิค metathesis ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ ซึ่งรับผิดชอบสำหรับผู้ได้รับรางวัล Yves Chauvin, Robert Grubbs และ Richard Schrock กับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 2548

สารเชิงซ้อนของรูทีเนียมยังถูกใช้อย่างกว้างขวางในปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันเร่งปฏิกิริยา ไม่สมมาตรซึ่งได้รับรางวัล William Knowles, Barry Sharpless และ Ryoji Noyori รางวัลโนเบลสาขาเคมีสำหรับ 2001.

สารประกอบรูทีเนียมที่มีการศึกษาอย่างกว้างขวางคือสารเชิงซ้อนของโลหะชนิดนี้ซึ่งมีไบไพริดีน 2,2'-เรียกว่า ทับทิม. สังเกตได้ว่าสารนี้และอนุพันธ์บางชนิดมีความสามารถในการออกซิเดชันที่ดี เนื่องจาก Ru³⁺และการลดลงเนื่องจากไบไพริดีน สารประกอบรูทีเนียมยังได้รับการศึกษาสำหรับ การพัฒนาโซลาร์เซลล์ต้นทุนต่ำ เมื่อเทียบกับในตลาด

เรียนรู้เพิ่มเติม:วาเนเดียม — ตัวเร่งปฏิกิริยาที่สำคัญสำหรับอุตสาหกรรมเคมี

ประวัติของรูทีเนียม

ในปี ค.ศ. 1827 Jakob Berzelius และ Gottfried Osann ได้ตรวจสอบสารตกค้างที่เหลือจากการละลายของแพลตตินัมจากเทือกเขาอูราลด้วยน้ำยากัดกรด ในขณะที่ Berzelius ไม่พบโลหะชนิดใหม่ Osann เชื่อว่าเขาได้พบโลหะใหม่สามชนิดและตั้งชื่อหนึ่งในนั้นว่า ruthenium

Karl Karlovitch Klaus ถือเป็นเรื่องปกติ ผู้ค้นพบรูทีเนียม. ในปี ค.ศ. 1844 เขาแสดงให้เห็นว่าสารประกอบที่โอซานสังเกตประกอบด้วย a ออกไซด์ รูทีเนียมไม่บริสุทธิ์ คลอสได้โลหะประมาณ 6 กรัมจากของเสียแพลตตินั่มที่ไม่ละลายน้ำที่บำบัดด้วยกรดกัดทอง

ชื่อ Ruthenia เป็นเครื่องบรรณาการให้กับรัสเซีย - ชื่อภาษาละตินของประเทศคือ Ruthenia Klaus ยังคงรักษาชื่อไว้เพื่อระลึกถึงงานของ Osann แต่ยังเป็นเกียรติแก่บ้านเกิดของเขาด้วย

แบบฝึกหัดแก้บนรูทีเนียม

คำถามที่ 1

รูทีเนียมเป็นโลหะที่มีสถานะออกซิเดชันที่เป็นไปได้หลายประการ ตั้งแต่ 0 ถึง +8 ในรูออกไซด์₂เธ₃, RuO₂ และ RuO₄รูทีเนียมมีเลขออกซิเดชันเป็นเท่าใดตามลำดับ?

ก) 0, +2 และ +4

B) +3, +2 และ +4

ค) +3, +4 และ +8

ง) +2, +4 และ +5

จ) 0, +4 และ +8

ปณิธาน:

ทางเลือก C

ในออกไซด์ ออกซิเจน รักษา NOx ให้เท่ากับ -2 ดังนั้นเราจึงสามารถคำนวณ NOx ของรูทีเนียมในสารประกอบได้ดังนี้:

• รุ₂เธ₃: 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

คำถาม2

รูทีเนียมสามารถสร้างออกไซด์ RuO₄ซึ่งเป็นสารประกอบที่ธาตุมีประจุสูงสุด (NOx) สำหรับธาตุในตารางธาตุ เกี่ยวกับสารประกอบนี้ เราสามารถพูดได้ว่า:

A) เป็นออกไซด์ที่เป็นกลาง

B) เป็นสารออกซิไดซ์

C) NOx ของรูทีเนียมในสารประกอบนี้คือ +4

ง) เป็นสารรีดิวซ์

ปณิธาน:

ทางเลือก B

ใน RuO₄, NOx ของรูทีเนียมคือ +8 ในกรณีนี้ ในปฏิกิริยาเคมี ประจุไม่สามารถเพิ่มขึ้นได้ เนื่องจากมีค่าถึงค่าสูงสุดแล้ว (ซึ่งสูงสุดเท่าที่เป็นไปได้สำหรับตารางธาตุ) ดังนั้นในกระบวนการทางเคมี NOx ของ Ru สามารถตกได้เท่านั้นนั่นคือรูทีเนียมสามารถลดลงได้เท่านั้น

เมื่อรูทีเนียมลดลง มันจะออกซิไดซ์สารอื่นที่อยู่ในตัวกลางที่ทำปฏิกิริยา ทำให้สารนี้มีลักษณะเฉพาะเป็นสารออกซิแดนท์

โดย Stefano Araújo Novais
ครูสอนเคมี