Рутений

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Рутений — химический элемент с атомным номером 44 в периодической системе, обозначается символом Ru (лат. Ruthenium), Серебристо-серый хрупкий переходный металл, благородный металл.

[править] История

Открыт профессором Казанского университета Карлом Клаусом в 1844 году. Клаус выделил его из уральской платиновой руды в чистом виде и указал на сходство между триадами рутений — родий — палладий и осмий — иридий — платина.

[править] Происхождение названия

К. К. Клаус назвал элемент в честь своей родины России — (латинское название России — Ruthenia). Клаус родился в городе Дерпте, который с 1704 входил в состав Российской империи (с 1893 — Юрьев, ныне — Тарту в Эстонии).

[править] Получение

Источник рутения — остатки, образующиеся после очистки платины или шлам, возникающий при электрохимическом рафинировании Cu и Ni. Эти материалы подвергают сначала окислительному сплавлению с использованием пероксидов бария Ва₂О₂ или натрия Na₂O₂. Полученный сплав растворяют в воде и обрабатывают раствор сильным окислителем — газообразным хлором.

Образовавшийся при этом летучий оксид рутения RuO₄ отгоняют из раствора при нагревании. Отогнанный тетраоксид поглощают соляной кислотой и осаждают из полученного раствора хлоррутенат аммония (NH₄)₂[RuCl₆]. Осадок прокаливают. Образовавшийся после прокаливания RuO₂ восстанавливают до свободного металла водородом.

Значительным источником рутения для его добычи является выделение его из осколков деления ядерных материалов (плутоний,уран,торий) где его содержание в отработаных ТВЭЛах достигает 250 грамм на тонну "сгоревшего" ядерного топлива.

[править] Физические и химические свойства

Рутений — блестящий серебристый металл. По химическим свойствам — типичный платиновый металл. Компактный рутений не окисляется кислородом воздуха при нагревании до 930 °C, не реагирует с растворами сильных минеральных кислот и щелочей. Порошкообразный рутений при нагревании реагирует с кислородом с образованием диоксида рутения RuO₂. При сплавлении со многими металлами рутений образует сплавы, с некоторыми металлами — интерметаллиды.

Известно несколько оксидов рутения. При взаимодействии K₂RuO₄ c гидроксидом калия КОН и газообразным хлором, а также при действии на K₂RuO₄ перманганата калия KMnO₄ или других сильных окислителей возникает легколетучий тетраоксид RuO₄. Температура плавления золотисто-желтых кристаллов этого оксида +25,5 °C, температура кипения +27 °C. При нагревании выше 100 °C он разлагается с отщеплением кислорода.

Прокаливанием на воздухе такой соли рутения, как (NH₄)₂[RuCl₆], или гидроксида рутения Ru (OH)₄ получается темно-синий порошок диоксида рутения RuО₂. Он нерастворим в воде, кислотах и щелочах. При его сплавлении с основными оксидами типа SrO, BaO, PbO и другими образуются рутенаты SrRuO₃, BaRuO₃ и PbRuO₃.

Для рутения в разных степенях окисления характерно образование комплексных соединений. При длительном нагревании растворов соединений трехвалентного рутения в аммиачной среде образуется «красная рутениевая соль» состава [Ru₃O₂(NH₃)₁₄]Cl₆·4H₂O. Взаимодействием RuO₄ c раствором хлорида калия в среде соляной кислоты получают «бурую соль» состава K₄[Ru₂OCl₁₀]·H₂O — промежуточное вещество при извлечении рутения из природных материалов. Некоторые комплексы рутения позволяют химически связать даже такое химически инертное вещество, как атмосферный азот. В 1962 году было получено комплексное соединение рутения с молекулярным азотом, его состав: [(NO)(NH₃)₄RuN₂Ru (NH₃)₄(NO)]Cl₆.

Позднее были синтезированы более простые комплексы рутения с молекулярным азотом, например, [Ru (NH₃)₅N₂]Cl₂. При переработке облученного ядерного горючего рутений обычно извлекают в виде комплексного соединения состава [Ru (NO)(NO₃)₃]·H₂O.

[править] Применение

• Небольшая добавка рутения (0,1 %) увеличивает коррозионную стойкость титана.
• В сплаве с платиной используется для изготовления чрезвычайно износостойких электрических контактов.
• Катализатор для многих химических реакций. Очень важное место рутения как катализатора в системах очистки воды орбитальных станций.

Уникальна так же способность рутения к каталитическому связыванию атмосферного азота при комнатной температуре. Рутений входит в состав сплавов с платиной и иридием, используемых для изготовления фильер при получении стекловолокна и вискозы. Сплав рутения с иридием, осмием и вольфрамом служит при изготовлении перьев дорогих авторучек. Коррозионностойкие сплавы рутения, платины и палладия служат для изготовления контактов в измерительных приборах.

Металлический рутений и его сплавы с палладием используются как катализаторы реакций гидрирования и дегидрирования. Рутениевая соль ([Ru₃O₂(NH₃)₁₄]Cl₆·4H₂O) находит применение при гистологических исследованиях в медицине и как вещество для окраски фарфора. Рутений и его сплавы находят применение в качестве жаропрочных конструкционных материалов в аэрокосмической технике, и до 1500 °C по прочности превосходят лучшие сплавы молибдена и вольфрама (имея приемущество так же в высокой стойкости к окислению). В последние годы очень большое значение приобрел оксид рутения как материал для производства суперконденсаторов электроэнергии, удельная емкость свыше 768Фарад/1 грамм!

[править] Физиологическое действие

Летучие и растворимые соединения рутения вызывают аллергию, раздражают слизистые оболочки, вызывают изъязвление. ПДК для содержания аэрозоля RuO₂ в воздухе рабочих помещений 1 мг/м³.

[править] Ссылки

• Рутений на Webelements
• Рутений в Популярной библиотеке химических элементов
• Рутений на Норильском никеле