Rutenijum je najlakši i najmanje "plemeniti" od svih metala platinske grupe. To je možda naj"multivalentniji" element (poznato je devet valentnih stanja). Uprkos više od pola veka istorije istraživanja, ona i danas postavlja mnoga pitanja i probleme savremenim hemičarima. Dakle, šta je rutenijum kao hemijski element? Za početak, kratka digresija u istoriju.
Misteriozno i bogato
Ime i istorija otkrića rutenijuma neraskidivo su povezani sa Rusijom. Na samom početku 20. vijeka svjetska zajednica bila je uzbuđena i zabrinuta viješću da su u Ruskom carstvu otkrivena najbogatija nalazišta platine. Postojale su glasine da bi se na Uralu vađenje ovog plemenitog metala moglo obaviti običnom lopatom. Činjenica otkrića bogatih ležišta ubrzo je potvrđena činjenicom da je ministar finansija Rusije E. F. Kankrin poslao najviši dekret o kovanju kovanog novca od platine u Kovnicu u Sankt Peterburgu. U narednim godinama u opticaj je pušteno oko milion i po kovanica (3, 6 i 12 rubalja), za čiju proizvodnju je utrošeno 20 tona plemenitog metala.
"Discovery" Ozanne
Profesor Univerziteta Derpt-Yuryevsky (sada Tartu) Gottfried Ozann počeo je proučavati sastav dragocjene rude Urala. Došao je do zaključka da platinu prate tri nepoznata metala - polinom, polinom i rutenijum - čije je nazive dao sam Ozann. Inače, treću je nazvao po Rusiji (iz latinskog Ruthenia).
Ozanneove kolege širom Evrope, predvođene najautoritativnijim švedskim hemičarom Jensom Berzeliusom, bile su vrlo kritične prema profesorovom izveštaju. U pokušaju da se opravda, naučnik je ponovio niz svojih eksperimenata, ali nije uspio postići iste rezultate.
Dve decenije kasnije, profesor hemije Karl Karlovič Klaus (Kazanski univerzitet) zainteresovao se za Ozanin rad. Osigurao je dozvolu sekretara trezora da uzme nekoliko funti zaostalog kovanog novca iz laboratorije kovnice na ponovno testiranje.
Kazan hemijski element rutenijum
Ruski akademik A. E. Arbuzov je u svojim spisima primetio da je hemičaru, da bi otkrio novi element u to vreme, bila potrebna izuzetna marljivost i upornost, zapažanje i uvid, i što je najvažnije, suptilan eksperimentalni njuh. Sve gore navedene kvalitete bile su inherentne mladom Karlu Klausu u najvećoj mjeri.
Naukovnikovo istraživanje imalo je i praktični značaj - dodatno izvlačenje čiste platine iz rudnih ostataka. Nakon što je razvio vlastiti plan za eksperiment, Klauss je spojio rudni materijal sa šalitrom i izvukao rastvorljive elemente: osmijum, iridijum,paladijum. Nerastvorljivi dio je bio izložen mješavini koncentriranih kiselina ("kraljevska voda") i destilaciji. U precipitatu željeznog hidroksida otkrio je prisustvo nepoznatog metala i izolovao ga prvo u obliku sulfida, a zatim u čistom obliku (oko 6 grama). Profesor je zadržao naziv koji je Ozann predložio za element - rutenijum.
Otvori i dokaži
Ali kako se ispostavilo, priča o otkriću hemijskog elementa rutenijuma tek je počela. Nakon objavljivanja rezultata studije 1844. godine, na Klausa je pala tuča kritika. Zaključke nepoznatog kazanskog naučnika skeptično su primili najveći hemičari na svetu. Čak ni slanje uzorka novog elementa Berzeliusu nije spasilo situaciju. Prema švedskom majstoru, Claussov rutenijum je bio samo "uzorak nečistog iridijuma".
Samo izvanredni kvaliteti Karla Karloviča kao analitičkog hemičara i eksperimentatora i niz dodatnih studija omogućili su naučniku da dokaže svoj slučaj. Godine 1846. otkriće je dobilo službeno priznanje i potvrdu. Za svoj rad Klaus je nagrađen Demidovskom nagradom Ruske akademije nauka u iznosu od 10 hiljada rubalja. Zahvaljujući talentu i upornosti kazanskog profesora, rutenijum, prvi element otkriven u Rusiji, dodat je u red platinoida.
Dalje istraživanje
Glavni problem u proučavanju hemijskih i fizičkih svojstava rutenijuma je izuzetno ograničen sadržajovaj metal u zemljinoj kori. Na primjer, u otpadu proizvodnje platine (Claussov radni materijal) njegov sadržaj je oko 1%. Većina hemijskih naučnika prepoznaje rutenijum kao izuzetno nepovoljnu supstancu za proučavanje. Obilje ćorsokaka često uzrokuje da istraživači skrate ili obustave svoj rad.
Sovjetski naučnik SM Starostin posvetio je cijeli svoj život proučavanju svojstava "neudobnog" metala i njegovih spojeva. Glavni rezultat aktivnosti hemičara su zaključci o svojstvima rutenijum nitrozo kompleksa i poteškoćama u vezi s njima u odvajanju čistog metala od pratećeg uranijuma i plutonijuma. Šta je rutenijum kao hemijski element?
Fizička svojstva
Rutenijum je metal čija se boja, u zavisnosti od načina dobijanja, kreće od sivo-plavkaste do srebrno-bele. Neke fizičke karakteristike hemijskog elementa rutenijuma omogućavaju nam da ga smatramo jedinstvenom supstancom. Uz visoku krhkost (kristali se čak i lako melju u prah ručno), rutenijum ima ekstremnu tvrdoću - 6,5 na desetostepenoj mineraloškoj skali tvrdoće (Mohsova skala). Možda najlakši od metala platinske grupe. Gustina je 12,45g/cm3. Vrlo je vatrostalna - temperatura prijelaza u tečno stanje je 2334 ° C. Prilikom topljenja u električnom luku uočava se istovremeno isparavanje metala. Tokom visokotemperaturnog kalcinacije na otvorenom, element "ispari" u oblikutetroksidi.
Rutenijum je klasifikovan kao supravodič. Metal pokazuje nultu otpornost kada se ohladi na 0,47 K. Ovo svojstvo je od velike važnosti sa naučne i praktične tačke gledišta. Kao platinoid, rutenijum je veoma interesantan plemeniti metal.
Element Ru
Svojstva metala "Kazan" su u mnogim aspektima tipična za predstavnike VΙΙΙ (platinaste) grupe. Rutenijum je hemijski element periodnog sistema sa atomskim brojem 44, koji se odlikuje visokom inertnošću. Ima 7 stabilnih prirodnih i 20 umjetnih izotopa sa masenim brojevima od 92 do 113.
Pod normalnom temperaturom, nije podložan oksidaciji i koroziji, kiselinama i alkalijama. Kada se zagrije iznad 400 ° C, reagira sa hlorom, na 930 ° C - sa kiseonikom. Sa nekim metalima, hemijski element rutenijum formira stabilne legure koje se nazivaju intermetalna jedinjenja.
U brojnim jedinjenjima, pokazuje valencu od nula do osam. Najvažniji uključuju rutenijum dioksid i tetroksid, sulfid RuS2 i fluorid RuF5.
U svom čistom metalnom obliku, ima svojstva katalizatora sa visokom selektivnošću, što mu omogućava da se koristi za sintezu širokog spektra organskih i neorganskih supstanci. Služi kao najbolji sorbent za vodonik.
Širenje u prirodi
Kemijski element rutenijum karakteriše ekstremnorijetke i rasute u prirodi. U svom prirodnom okruženju formira jedini poznati mineral, laurit. To je čvrsta masa u obliku malih željezno-crnih oktaedara. Najbogatije i najpoznatije nalazište nalazi se na platinastim naslagama ostrva Borneo (Kalimantan). U Rusiji, razvoj je u toku na Srednjem i Južnom Uralu, na poluostrvu Kola, na Krasnojarskom i Habarovskom području.
U svim ostalim prirodnim jedinjenjima, količina rutenija ne prelazi 0,1%. Tragovi metala pronađeni su u nekim rudama bakra i nikla i kiselim magmatskim stijenama. Neke biljke imaju sposobnost koncentriranja i akumulacije rutenijuma, među kojima se ističu predstavnici porodice mahunarki.
Ukupni sadržaj elementa u zemljinoj kori, prema stručnjacima, ne prelazi 5.000 tona.
Industrijska proizvodnja
Element rutenijum se smatra plemenitim, a glavni izvor metala je otpadna stena iz proizvodnje platine. Neosporni lider u vađenju rutenija (kao i platine) je Južnoafrička Republika. Razvoj i proizvodnju ovog metala obavljaju i Rusija, Kanada i Zimbabve. Inače, potonja zemlja zauzima drugo mjesto u svijetu po istraženim rezervama platinoida.
Količina rutenija koja se isporučuje na tržište kreće se od 17 do 20 tona godišnje. Proizvodni ciklus za dobijanje elementa traje oko 6 nedelja i predstavlja kontinuirani lanac termohemijskih reakcija koje slede jedna za drugom.
Tehnologija za dobijanjerutenijum neutronskim zračenjem izotopa radioaktivnog tehnecijuma. Ali treba napomenuti da izolacija čistog i stabilnog metala, zbog njegovih hemijskih svojstava, nepredvidivosti i nedovoljnog znanja, i dalje ostaje san.
Prijave
Iako su sva svojstva plemenitog metala u rutenijumu u potpunosti prisutna, element nije dobio široku rasprostranjenost u industriji nakita. Koristi se samo da ojača legure i da skupi nakit učini izdržljivijim.
U pogledu količine potrošene rutenijuma, industrijski sektori su u sljedećem redoslijedu:
- Electronic.
- Electrochemical.
- Chemical.
Katalitička svojstva elementa su veoma tražena. Koristi se u sintezi cijanovodonične i dušične kiseline, u proizvodnji zasićenih ugljovodonika, glicerina i polimerizaciji etilena. U metalurškoj industriji, rutenijum aditivi se koriste za povećanje antikorozivnih svojstava, za davanje čvrstoće legurama, hemijsku i mehaničku otpornost. Radioaktivni izotopi rutenijuma često pomažu naučnicima u njihovim istraživanjima.
Mnoga jedinjenja elementa su takođe korišćena kao dobri oksidanti i boje. Konkretno, hloridi se koriste za pojačavanje luminescencije.
Biološki značaj
Rutenijum ima sposobnost da se akumulira u ćelijama živih tkiva, uglavnom mišića (jedini metal grupe platine). Može provociratirazvoj alergijskih reakcija, negativno utiču na sluzokožu očiju i gornjih disajnih puteva.
U medicini, plemeniti metal se koristi kao sredstvo za prepoznavanje zahvaćenih tkiva. Lijekovi na bazi njega koriste se za liječenje tuberkuloze i raznih infekcija koje pogađaju ljudsku kožu. Iz tog razloga, izgleda vrlo obećavajuće korištenje sposobnosti rutenijuma da formira stabilne nitrozo komplekse u borbi protiv bolesti povezanih sa prekomjernom koncentracijom nitrata u ljudskom tijelu (hipertenzija, artritis, septički šok i epilepsija).
Ko je kriv?
U poslednje vreme zapadnoevropski naučnici ozbiljno su uznemirili javnost porukom da sadržaj radioaktivnog izotopa rutenijuma Ru106 raste širom kontinenta. Stručnjaci potpuno isključuju njegovo samoobrazovanje u atmosferi. Kao i slučajno ispuštanje iz nuklearne elektrane, od tada bi radionuklidi cezija i joda nužno bili prisutni u zraku, što nije potvrđeno eksperimentalnim podacima. Utjecaj ovog izotopa na ljudski organizam, kao i svaki radioaktivni element, dovodi do ozračivanja tkiva i organa, razvoja raka. Mogući izvori zagađenja, prema zapadnim medijima, nalaze se na teritoriji Rusije, Ukrajine ili Kazahstana.
U odgovoru, predstavnik Odeljenja za komunikacije Rosatoma rekao je da su sva preduzeća državne korporacije radila i rade kao i obično. Međunarodna agencija za atomsku energiju (IAEA), po svom mišljenju, na osnovu sopstvenih podataka monitoringa,nazvao sve optužbe protiv Ruske Federacije neosnovanim.
