Ruténium je najľahší a najmenej „ušľachtilý“zo všetkých kovov skupiny platiny. Je to azda najviac „multivalentný“prvok (známych je deväť valenčných stavov). Napriek viac ako polstoročnej histórii výskumu stále kladie moderným chemikom mnoho otázok a problémov. Čo je teda ruténium ako chemický prvok? Na začiatok krátka odbočka do histórie.
Tajemný a bohatý
Meno a história objavu ruténia sú neoddeliteľne spojené s Ruskom. Na samom začiatku 20. storočia bola svetová komunita nadšená a znepokojená správou, že najbohatšie ložiská platiny boli objavené v Ruskej ríši. Hovorilo sa, že na Urale by sa ťažba tohto drahého kovu mohla vykonávať obyčajnou lopatou. Skutočnosť objavenia bohatých ložísk čoskoro potvrdila skutočnosť, že minister financií Ruska E. F. Kankrin poslal petrohradskej mincovni najvyšší dekrét o razení mincí z platiny. V nasledujúcich rokoch sa do obehu dostalo asi jeden a pol milióna mincí (3, 6 a 12 rubľov), na výrobu ktorých sa minulo 20 ton drahého kovu.
"Objavenie" Ozanne
Profesor Derpt-Juryevského (teraz Tartu) univerzity Gottfried Ozann začal študovať zloženie uralskej drahej rudy. Dospel k záveru, že platinu sprevádzajú tri neznáme kovy – polynóm, polynóm a ruténium – ktorých názvy dal sám Ozann. Mimochodom, tretieho pomenoval po Rusku (z latinského Ruthenia).
Ozannovi kolegovia v celej Európe na čele s najuznávanejším švédskym chemikom Jensom Berzeliusom boli k profesorovej správe veľmi kritickí. V snahe ospravedlniť sa vedec zopakoval sériu svojich experimentov, ale nepodarilo sa mu dosiahnuť rovnaké výsledky.
O dve desaťročia neskôr sa profesor chémie Karl Karlovich Klauss (Kazanská univerzita) začal zaujímať o Ozannovu prácu. Zabezpečil povolenie ministra financií vziať niekoľko libier zvyšných mincí z laboratória mincovne na opätovné testovanie.
Kazaňský chemický prvok ruténium
Ruský akademik A. E. Arbuzov vo svojich spisoch poznamenal, že na objavenie nového prvku v tých časoch potreboval chemik extrémnu usilovnosť a vytrvalosť, pozorovanie a vhľad, a čo je najdôležitejšie, jemný experimentálny vkus. Všetky vyššie uvedené vlastnosti boli v najvyššej miere vlastné mladému Karlovi Claussovi.
Výskum vedca mal aj praktický význam – dodatočná extrakcia čistej platiny zo zvyškov rudy. Po vypracovaní vlastného plánu experimentu Klauss spojil rudný materiál s ledkom a extrahoval rozpustné prvky: osmium, irídium,paládium. Nerozpustná časť bola vystavená zmesi koncentrovaných kyselín ("aqua regia") a destilácii. V zrazenine hydroxidu železa objavil prítomnosť neznámeho kovu a izoloval ho najskôr vo forme sulfidu a potom v čistej forme (asi 6 gramov). Profesor ponechal pre prvok názov navrhnutý Ozannom – ruténium.
Otvoriť a dokázať
Ako sa však ukázalo, príbeh objavu chemického prvku ruténium sa práve začínal. Po zverejnení výsledkov štúdie v roku 1844 na Claussa padla vlna kritiky. Závery neznámeho kazanského vedca prijali najväčší chemici sveta skepticky. Situáciu nezachránilo ani zaslanie vzorky nového prvku Berzeliusovi. Podľa švédskeho majstra bolo Claussovo ruténium iba „vzorkou nečistého irídia“.
Len vynikajúce vlastnosti Karla Karlovicha ako analytického chemika a experimentátora a séria dodatočných štúdií umožnili vedcovi dokázať svoj prípad. V roku 1846 sa objavu dostalo oficiálneho uznania a potvrdenia. Za svoju prácu získal Klauss Demidovovu cenu Ruskej akadémie vied vo výške 10 000 rubľov. Vďaka talentu a vytrvalosti kazaňského profesora sa medzi platinoidy zaradilo ruténium, prvý prvok objavený v Rusku.
Ďalší výskum
Hlavným problémom pri štúdiu chemických a fyzikálnych vlastností ruténia je extrémne obmedzený obsahtento kov v zemskej kôre. Napríklad v odpade pri výrobe platiny (pracovný materiál Claussa) je jej obsah asi 1%. Väčšina chemických vedcov uznáva ruténium ako mimoriadne nepriaznivú látku pre štúdium. Množstvo slepých uličiek často spôsobuje, že výskumníci obmedzujú alebo prerušujú svoju prácu.
Sovietsky vedec SM Starostin zasvätil celý svoj život štúdiu vlastností „nepohodlného“kovu a jeho zlúčenín. Hlavným výsledkom činnosti chemika sú závery o vlastnostiach nitrózokomplexov ruténia a s nimi spojených ťažkostiach pri oddeľovaní čistého kovu od sprievodného uránu a plutónia. Čo je ruténium ako chemický prvok?
Fyzikálne vlastnosti
Ruténium je kov, ktorého farba sa v závislosti od spôsobu získavania pohybuje od sivomodrej až po striebornobielu. Niektoré fyzikálne vlastnosti chemického prvku ruténium umožňujú považovať ho za jedinečnú látku. Spolu s vysokou krehkosťou (kryštály sa dokonca ľahko ručne melú na prášok) má ruténium extrémnu tvrdosť - 6,5 na desaťbodovej mineralogickej stupnici tvrdosti (Mohsova stupnica). Možno najľahší z kovov skupiny platiny. Hustota je 12,45 g/cm3. Je veľmi žiaruvzdorný - teplota prechodu do kvapalného stavu je 2334 °C. Počas tavenia v elektrickom oblúku sa pozoruje súčasné odparovanie kovu. Počas vysokoteplotnej kalcinácie na čerstvom vzduchu prvok vo forme „prchá“.tetraoxidy.
Ruténium je klasifikované ako supravodič. Kov pri ochladení na 0,47 K vykazuje nulový odpor. Táto vlastnosť má veľký význam z vedeckého a praktického hľadiska. Ako platinoid je ruténium veľmi zaujímavý drahý kov.
Prvok Ru
Vlastnosti „kazaňského“kovu sú v mnohých ohľadoch typické pre predstaviteľov skupiny VΙΙΙ (platina). Ruténium je chemický prvok periodickej tabuľky s atómovým číslom 44, ktorý sa vyznačuje vysokou inertnosťou. Má 7 stabilných prírodných a 20 umelých izotopov s hmotnostnými číslami od 92 do 113.
Pri normálnej teplote nepodlieha oxidácii a korózii, kyselinám a zásadám. Pri zahrievaní nad 400 ° C reaguje s chlórom, pri 930 ° C - s kyslíkom. S niektorými kovmi tvorí chemický prvok ruténium stabilné zliatiny nazývané intermetalické zlúčeniny.
V mnohých zlúčeninách vykazuje valenciu od nuly do osem. Medzi najvýznamnejšie patria oxid ruténičitý a oxid ruteničitý, sulfid RuS2 a fluorid RuF5.
Vo svojej čistej kovovej forme má vlastnosti katalyzátora s vysokou selektivitou, čo umožňuje jeho použitie na syntézu širokej škály organických a anorganických látok. Slúži ako najlepší sorbent pre vodík.
Šírené v prírode
Chemický prvok ruténium sa vyznačuje extrémomvzácne a rozptýlené v prírode. Vo svojom prirodzenom prostredí tvorí jediný známy minerál, laurit. Je to pevná látka vo forme malých železno-čiernych osemstenov. Najbohatšie a najznámejšie ložisko sa nachádza na platinových sypačoch ostrova Borneo (Kalimantan). V Rusku prebieha vývoj na Strednom a južnom Urale, na polostrove Kola, na územiach Krasnojarsk a Chabarovsk.
Vo všetkých ostatných prírodných zlúčeninách množstvo ruténia nepresahuje 0,1 %. Stopy kovu sa našli v niektorých medeno-niklových rudách a kyslých vyvrelých horninách. Niektoré rastliny majú schopnosť koncentrovať a akumulovať ruténium, medzi ktorými vynikajú zástupcovia čeľade strukovín.
Celkový obsah prvku v zemskej kôre podľa odborníkov nepresahuje 5000 ton.
Priemyselná výroba
Prvok ruténium sa považuje za ušľachtilý a hlavným zdrojom kovu je odpad z výroby platiny. Nesporným lídrom v ťažbe ruténia (rovnako ako platiny) je Juhoafrická republika. Vývojom a výrobou tohto kovu sa zaoberá aj Rusko, Kanada a Zimbabwe. Mimochodom, posledná menovaná krajina je na druhom mieste na svete, pokiaľ ide o preskúmané zásoby platinoidov.
Množstvo ruténia dodávaného na trh sa pohybuje od 17 do 20 ton ročne. Výrobný cyklus na získanie prvku trvá približne 6 týždňov a je to nepretržitý reťazec termochemických reakcií, ktoré nasledujú jedna za druhou.
Technológia na získanieruténium neutrónovým ožiarením izotopov rádioaktívneho technécia. Treba však poznamenať, že izolácia čistého a stabilného kovu, vzhľadom na jeho chemické vlastnosti, nepredvídateľnosť a nedostatočné znalosti, zostáva stále len snom.
Aplikácie
Hoci všetky vlastnosti ušľachtilého kovu v ruténiu sú plne prítomné, tento prvok sa v klenotníckom priemysle veľmi nerozšíril. Používa sa iba na spevnenie zliatin a zvýšenie odolnosti drahých šperkov.
Pokiaľ ide o množstvo spotrebovaného ruténia, priemyselné sektory sú v nasledujúcom poradí:
- Elektronické.
- Elektrochemické.
- Chemické.
Katalytické vlastnosti prvku sú veľmi žiadané. Používa sa pri syntéze kyseliny kyanovodíkovej a dusičnej, pri výrobe nasýtených uhľovodíkov, glycerínu a polymerizácii etylénu. V metalurgickom priemysle sa ruténiové prísady používajú na zvýšenie antikoróznych vlastností, na dodanie pevnosti zliatinám, chemickej a mechanickej odolnosti. Rádioaktívne izotopy ruténia často pomáhajú vedcom pri ich výskume.
Mnohé zlúčeniny tohto prvku sa tiež používajú ako dobré oxidačné činidlá a farbivá. Na zvýšenie luminiscencie sa používajú najmä chloridy.
Biologický význam
Ruténium má schopnosť akumulovať sa v bunkách živých tkanív, najmä svalov (jediný kov zo skupiny platiny). Môže provokovaťrozvoj alergických reakcií, majú negatívny vplyv na sliznicu očí a horných dýchacích ciest.
V medicíne sa ušľachtilý kov používa ako prostriedok na rozpoznávanie postihnutých tkanív. Lieky na jeho základe sa používajú na liečbu tuberkulózy a rôznych infekcií, ktoré postihujú ľudskú pokožku. Z tohto dôvodu vyzerá veľmi sľubne využitie schopnosti ruténia vytvárať stabilné nitrózokomplexy v boji proti chorobám spojeným s nadmernou koncentráciou dusičnanov v ľudskom tele (hypertenzia, artritída, septický šok a epilepsia).
Kto je na vine?
V poslednom čase západoeurópski vedci vážne znepokojili verejnosť správou, že obsah rádioaktívneho izotopu ruténia Ru106 nad kontinentom rastie. Odborníci úplne vylučujú jeho sebavýchovu v atmosfére. Rovnako ako pri náhodnom úniku z jadrovej elektrárne, odvtedy by sa v ovzduší nevyhnutne vyskytovali rádionuklidy cézia a jódu, čo experimentálne údaje nepotvrdzujú. Vplyv tohto izotopu na ľudské telo, ako každý rádioaktívny prvok, vedie k ožiareniu tkanív a orgánov, rozvoju rakoviny. Možné zdroje znečistenia sa podľa západných médií nachádzajú na území Ruska, Ukrajiny alebo Kazachstanu.
V reakcii na to zástupca ministerstva komunikácií Rosatomu povedal, že všetky podniky štátnej korporácie fungovali a fungujú ako zvyčajne. Medzinárodná agentúra pre atómovú energiu (MAAE) vo svojom stanovisku na základe vlastných monitorovacích údajovoznačil všetky obvinenia proti Ruskej federácii za neopodstatnené.
