Определение рутения. Рутений: стоимость грамма металла и сферы его применения

Сергеева Екатерина

История открытия Рутения и его свойства.

Скачать:

Предварительный просмотр:

«Казанский химический элемент (Рутений)»

Сергеева Екатерина Юрьевна

ГАОУ СПО «Чистопольский политехнический колледж»

Руководитель Ионычева А.Л.

АННОТАЦИЯ

В данной работе меня заинтересовала история открытия, свойства и возможные области применения химического элемента Рутения, который был открыт Карлом Карловичем Клаусом в химической лаборатории Казанского университета и по праву может называться Казанским химическим элементом. 2011 год, был объявлен ЮНЕСКО Годом химии, учащимся Казани и Республики Татарстан стоит вспомнить об этом явно незаурядном событии в более чем 1000-летней истории города Казань и единственного в России человека К.К.Клауса, открывшего естественный химический элемент, тем более, что он по праву считается одним из родоначальников Казанской химической школы.

Данная тема показалась нам интересной и актуальной еще и потому, что

Рутений один из представителей платиновых металлов, но был открыт самым последним. Открытие Рутения представляло большие трудности.

Чтобы открыть во времена Клауса новый элемент платиновой группы - Рутений, надо было обладать чрезвычайной наблюдательностью, проницательностью, трудолюбием, настойчивостью и тонким экспериментальным искусством. Всеми этими качествами в высокой мере обладал Клаус, один из первых блестящих представителей химической науки тогда еще молодого Казанского университета.

Изучая проблему, мы пользовались материалами интернет – ресурса: сайта «Мир химии», Викисловарем, Популярной библиотекой химических элементов, Издательство «Наука»,2011г.

Во время проведения недели естественных наук мы провели (в ряду других мероприятий) научно – практическую конференцию: «Великие ученые-химики и их открытия», на которой были представлены исследовательские работы и ряд презентаций, которые стали хорошим подспорьем в работе преподавателей и заинтересованности обучающихся в изучении химии и других естественных дисциплин.

Казанский химический элемент (Рутений)

«Чтобы открыть во времена Клауса новый элемент платиновой группы – рутений, надо было обладать чрезвычайной наблюдательностью, проницательностью, трудолюбием, настойчивостью и тонким экспериментальным искусством. Всеми этими качествами в высокой мере обладал Клаус, один из первых блестящих представителей химической науки тогда еще молодого Казанского университета»

Академик А.Е. Арбузов

История открытия рутения

Рутений-первый химический элемент, открытый русским ученым-химиком Карлом Карловичем Клаусом. Рутений -представитель платиновых металлов, открыт последним среди них.

Исследованиями занимались А. Снядецкий, поляк по национальности, и русский ученый К.К. Клаус. Большую помощь ученому оказал Е.Ф. Канкрин, эанимавший в то время пост министра финансов

К.К. Клаус

Он то и предоставил Клаусу остатки сырой платины, из которой ученый выделил платину, а также другие металлы: родий, палладий, иридий и осмий. Кроме этих металлов выделил также смесь других, в которой по мнению Клауса должно было находиться новое, еще неизвестное вещество. Химик повторил опыты Г.В. Озанна, а затем, разработав свой план эксперимента, получил новый химический элемент-рутений. И опять отправил письмо И.Берцеллиусу, но тот как и в первый раз не согласился с доводами Клауса. Но русский химик не внял доводам Берцеллиуса и доказал, что открыл новый химический элемент платиновой группы. И в 1845 году Берцеллиус признал открытие рутения.

Назван химический элемент в честь России (латинское название России-Рутениа)

По просьбе министерства финансов профессор Казанского университета Карл Карлович Клаус в 1841 году приступил к поискам способа переработки остатков платиновых руд, накопившихся на Петербургском Монетном дворе, с целью более полного извлечения платины. Годом раньше, стараниями ректора Лобачевского для химической лаборатории было воздвигнуто отдельное двухэтажное здание с огромным подвалом, оснащённое самым современным оборудованием.

Клаус установил состав остатков платиновой руды и разработал методы разделения и получения в чистом виде платиновых металлов. Клаусу пришлось преодолеть исключительные экспериментальные трудности, учитывая уровень знаний тех времен. Кроме того, работа была опасна для здоровья, так как в процессе обработки руд образовывались крайне ядовитые вещества.

Среди выделенных компонентов Клаус обнаружил неизвестный ранее металл. Он изучил свойства как самого металла, так и его соединений, с особой тщательностью определил его атомный вес, отработал метод его выделения и очистки. В 1844 году Клаус опубликовал полученные результаты, назвав новый химический элемент рутением, в честь России. Мировая научная общественность сначала с сомнением приняла это открытие, так как тогда ошибочно «открывалось» много элементов.

Только в 1846 году, когда Клаус опубликовал новую работу о дальнейшем изучении рутения, его открытие было всеми признано. Вскоре казанскому профессору Российской академией наук была присуждена Демидовская премия за исследования в области платиновых металлов. Её величина в 10000 рублей тогда была гораздо большей, чем теперешняя Нобелевская премия.

Химическая лаборатория Казанского университета, где в 1842 году работал Клаус. Сто лет спустя в этой комнате начинал работу будущий Курчатовский институт.

Получение рутения

Разделение платиновых металлов и получение их в чистом виде (аффинаж) -очень сложная задача, требующая большой затраты труда, времени, дорогих реактивов, а также высокого мастерства.. В настоящее время главным источником получения платиновых металлов служат сульфидные медно-никелевые руды. В результате их сложной переработки выплавляют так называемые «черновые» металлы - загрязненные никель и медь. При их электролитическом рафинировании благородные металлы накапливаются в виде анодного шлама, который направляют на аффинаж.

Значительным источником рутения для его добычи является выделение его из осколков деления ядерных материалов (плутоний, уран, торий) где его содержание достигает 250 граммов на тонну «сгоревшего» ядерного топлива.

Физические свойства рутения.

По тугоплавкости (Тпл 2250 °C) рутений уступает лишь нескольким элементам - рению, осмию, вольфраму.

Наиболее ценные свойства Рутения - тугоплавкость, твердость, химическая стойкость, способность ускорять некоторые химические реакции. Наиболее характерны соединения с валентностью 3+, 4+ и 8+. Склонен к образованию комплексных соединений. Применяется как катализатор, в сплавах с платиновыми металлами, как материал для острых наконечников, для контактов, электродов и в ювелирном деле.

Химические свойства рутения.

Рутений и осмий хрупки и очень тверды. При действии кислорода и сильных окислителей они образуют оксиды RuO4 и OsO4. Это легкоплавкие желтые кристаллы. Пары обоих соединений имеют резкий, неприятный запах и очень ядовиты. Оба соединения легко отдают кислород, восстанавливаясь до RuO2 иOsO2 или до металлов. Со щелочами RuO4 дает соли (рутенаты). Исследование Рутения ставит сегодня перед химиками три задачи:

Задача №1: Как избавиться от рутения?

У рутения немало ценных и интересных свойств. По многим механическим, электрическим и химическим характеристикам он может соперничать со многими металлами и даже с платиной и золотом. Однако в отличие от этих металлов рутений очень хрупок, и поэтому изготовить из него какие-либо изделия пока не удается. Задача №1 поставлена перед учеными атомной техникой.

Радиоактивные изотопы рутения в природе не существуют, но они образуются в результате деления ядер урана и плутония в реакторах атомных электростанций, подводных лодок, кораблей, при взрывах атомных бомб. С теоретической точки зрения этот факт безусловно интересен. В нем даже есть особая «изюминка»: осуществилась мечта алхимиков – неблагородный металл превратился в благородный. Действительно, в наши дни предприятия по производству плутония выбрасывают десятки килограммов благородного металла рутения. Но практический вред, наносимый этим процессом атомной технике, не окупился бы даже в том случае, если бы удалось применить с пользой весь рутений, полученный в ядерных реакторах.

Чем же так вреден рутений?

Одно из главных достоинств ядерного горючего – его воспроизводимость. Как известно, при «сжигании» урановых блоков в ядерных реакторах образуется новое ядерное горючее – плутоний. Одновременно образуется и «зола» – осколки деления ядер урана, в том числе и изотопы рутения. Золу, естественно, приходится удалять.

Рутений начинает постепенно мигрировать в грунт, создавая опасность радиоактивного загрязнения на больших расстояниях от водоема. То же самое происходит при захоронении осколков в шахтах на большой глубине. Радиоактивный рутений, обладающий (в виде растворимых в воде нитрозосоединений) чрезвычайной подвижностью, или, правильнее сказать, миграционной способностью, может уйти с грунтовыми водами очень далеко.

Борьбе с радиоактивным рутением уделяют много внимания физики, химики, технологи и особенно радиохимики многих стран. На I и II Международных конференциях по мирному использованию атомной энергии в Женеве этой проблеме было посвящено несколько докладов. Однако до сих пор нет оснований считать борьбу с рутением оконченной успешно, и, видимо, химикам придется еще немало поработать для того, чтобы эту проблему можно было перевести в категорию окончательно решенных.

Задача №2: дальнейшее изучение химии рутения и его соединений.

Необычайная актуальность задачи №1 заставляет исследователей все глубже проникать в химию рутения и его соединений.

Рутений – редкий и очень рассеянный элемент. Известен единственный минерал, который он образует в естественных условиях. Это лаурит RuS 2 – очень твердое тяжелое вещество черного цвета, встречающееся в природе крайне редко. В некоторых других природных соединениях рутений – всего лишь изоморфная примесь, количество которой, как правило, не превышает десятых долей процента. Небольшие примеси соединений рутения были обнаружены в медно-никелевых рудах канадского месторождения Седбери, а потом и на других рудниках.

Одно из самых замечательных химических свойств рутения – его многочисленные валентные состояния. Легкость перехода рутения из одного валентного состояния в другое и обилие этих состояний приводят к чрезвычайной сложности и своеобразию химии рутения, которая до сих пор изобилует множеством белых пятен.

Советский ученый Сергей Михайлович Старостин всю свою жизнь посвятил изучению химии рутения и его соединений. Это он установил, что огромные трудности, возникающие при отделении рутения от плутония и урана, связаны с образованием и свойствами нитрозокомплексов рутения.

Некоторые ученые предполагают, что удастся выделить и неорганические полимеры на основе нитрозокомплексов рутения.

Несколько десятилетий назад комплексные соединения рутения сослужили теории химии важную службу, став прекрасной моделью, с помощью которой Вернер создал свою знаменитую координационную теорию. Возможно, полимерные соединения рутения послужат моделью и для создания теории неорганических полимеров.

Задача №3: использование рутения

Где же используется рутений и каковы перспективы его применения?

Рутений, так же как платина и палладий, обладает каталитическими свойствами, но часто отличается от них большей селективностью и избирательностью. В гетерогенном катализе используются металлический рутений и его сплавы. Наиболее эффективные катализаторы получаются при нанесении рутения на различные носители с сильно развитыми поверхностями. Во многих случаях его применяют вместе с платиной для того, чтобы увеличить ее каталитическую активность. Сплав родия, рутения и платины ускоряет окисление аммиака в производстве азотной кислоты. Рутений применяют для синтеза синильной кислоты из аммиака и метана, для получения предельных углеводородов из водорода и окиси углерода. За границей запатентован способ полимеризации этилена на рутениевом катализаторе.

Важное значение приобрели рутениевые катализаторы для реакции получения глицерина и других многоатомных спиртов из целлюлозы путем ее гидрирования.

Металлорганические соединения рутения находят применение в гомогенном катализе для различных реакций гидрирования, причем по селективности и каталитической активности они не уступают признанным катализаторам на основе родия.

Главное достоинство рутения-катализатора в его высокой избирательной способности. Именно она позволяет химикам использовать рутений для синтеза самых разнообразных органических и неорганических продуктов. Рутений-катализатор начинает всерьез конкурировать с платиной, иридием и родием.

Несколько меньше возможности элемента №44 в металлургии, но его применяют и в этой отрасли. Небольшие добавки рутения обычно увеличивают коррозионную стойкость, прочность и твердость сплава. Чаще всего его вводят в металлы, из которых изготовляют контакты для электротехники и радиоаппаратуры. Сплав рутения с платиной нашел применение в топливных элементах некоторых американских искусственных спутников Земли. Сплавы рутения с лантаном, церием, скандием, иттрием обладают сверхпроводимостью. Термопары, изготовленные из сплава иридия с рутением, позволяют измерять самые высокие температуры.

Многого можно ожидать и от использования рутениевых покрытий, нанесенных в виде тонкого слоя (пленки) на различные материалы и изделия. Подобная пленка существенно изменяет свойства и качество изделий, повышает их химическую и механическую стойкость, делает их коррозионно-устойчивыми, резко улучшает электрические свойства и т.д. Тонкие покрытия из благородных металлов, и в том числе из рутения, в последние годы приобретают все большее значение в различных областях электроники, радио- и электротехники, химической промышленности, а также в ювелирном деле.

Интересное свойство металлического рутения – сорбировать и пропускать водород – с успехом может быть использовано для извлечения водорода из смеси газов и получения сверхчистого водорода.

Полезными свойствами обладают многие соединения рутения. Некоторые из них используют в качестве добавок в стекла и эмали как стойкие красители; хлориды рутения, например, увеличивают люминесценцию люминола, полиамины рутения обладают флюоресцирующими свойствами, соль Na2 · 2H2O является пьезоэлектриком, RuО4 – сильнейший окислитель. Многие соединения рутения обладают биологической активностью.

«Вечное» перо

Перья авторучек постоянно трутся о бумагу и оттого стачиваются. Чтобы сделать перо действительно «вечным», на кончике его делают напайку. В состав некоторых сплавов для напайки «вечных» перьев входит рутений. Кроме него, в этих сплавах содержатся вольфрам, кобальт, бор.

Рутений применяют также при изготовлении сплавов для опор компасных игл. Эти сплавы должны быть твердыми, прочными и упругими. Из природных минералов такими свойствами обладает очень редкий осмистый иридий. В искусственные же материалы для компасных игл вместе с осмием и иридием, а иногда и другими металлами, входит элемент №44 – рутений.

Есть контакт!

В электротехнике для контактов издавна используется медь. Она – идеальный материал при передаче сильных токов. Что из того, что через определенное время контакты покрываются окисью меди? Их можно протереть шкуркой и они вновь заблестят, как новенькие. Иное дело в слаботочной технике. Здесь любая окисная пленка на контакте может нарушить работу всей системы. Поэтому контакты для слабых токов делают из палладия или серебряно-палладиевого сплава. Но эти материалы не обладают достаточной механической прочностью. Добавка к сплавам небольших количеств рутения (1...5%) придает контактам твердость и прочность. То же относится и к скользящим контактам, которые должны хорошо противостоять истиранию.

Рутениевая красная.

Так называется неорганический краситель, представляющий собой комплексный аммиачный хлорид рутения.. Рутениевую красную применяют при исследованиях в анатомии и гистологии (науке о живых тканях). Раствор этого красителя при разбавлении 1:5000 окрашивает в розовые и красные тона пектиновые вещества и некоторые ткани. Благодаря этому исследователь получает возможность отличить эти вещества от других и лучше проанализировать рассматриваемый под микроскопом срез.

Применение Рутения для выращивания графена.

Исследователи из Brookhaven National Laboratory (США) показали, что при эпитаксиальном росте графена на поверхности Ru(0001) формируются макроскопические графеновые области. При этом рост протекает послойно, и, хотя первый слой сильно связан с подложкой, второй практически с ней не взаимодействует и сохраняет все уникальные свойства графена.
Синтез основан на том, что растворимость углерода в рутении сильно зависит от температуры. При 1150 °С рутений насыщается углеродом, а при снижении температуры до 825 °С углерод выходит на поверхность, в результате чего формируются островки графена размером более 100 мкм. Островки разрастаются и объединяются, после чего начинается рост второго слоя.

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Казанский химический элемент - Рутений.

Цель работы: Исследовать историю открытия Рутения Изучить свойства и основные области применения элемента

Рутений-первый химический элемент, открытый русским ученым-химиком Карлом Карловичем Клаусом. Рутений -представитель платиновых металлов, открыт последним среди них. К.К. Клаус

Химическая лаборатория Казанского университета, где в 1842 году работал Клаус. Сто лет спустя, в этой комнате, начинал работу будущий Курчатовский институт.

Рутений (лат. Ruthenium), Ru, химический элемент VIII группы периодической системы Менделеева, атомный номер 44, атомная масса 101,07; один из платиновых металлов. Назван химический элемент в честь России (латинское название России - Рутениа)

Рутений (Ruthenium , Ru) химический элемент под номером 44 в таблице Менделеева.

История открытия этого элемента началась в России, когда в 20-х годах XIX столетия на Урале были обнаружены месторождения платины. Весть об этом открытии быстро облетела мир и вызвала много тревог и волнений на международном рынке. Среди иностранных спекулянтов ходили слухи о чудовищных самородках, о платиновом песке, который платиноискатели черпают прямо лопатами. Месторождения платины, действительно, оказались богатыми, и граф Канкрин, бывший в то время министром финансов России, дал распоряжение о чеканке платиновых монет. Монеты стали чеканить достоинством в 3,6 и 12 рублей. Было выпущено 1 400 000 платиновых монет, на которые израсходовали более 20 т самородной платины.

В год распоряжения Канкрина о чеканке монет профессор Юрьевского университета Озанн, исследуя образцы уральской платины, пришел к заключению, что платину сопровождают три новых металла. Один из них Озанн назвал полураном, второй - полином, а третьему в честь латинского названия.России -Рутения дал имя - рутений., "Открытие" Озанна химики встретили с недоверием. Особенно протестовал шведский химик Берцелиус, авторитет которого в то время был поистине мировым. Возникший между Озанном и Берцелиусом спор взялся разрешить профессор химии Казанского университета К. К. Клаус. Получив в свое распоряжение небольшое количество остатков от чеканки платиновой монеты, Клаус обнаружил в них новый металл, за которым и сохранил название рутений, предложенное Озанном. 13 сентября 1844 г. Клаус сделал в Академии наук сообщение о новом элементе и его свойствах. В 1845 г. доклад Клауса под названием "Химические исследования остатков уральской платиновой руды и металла рутения" вышел в свет в виде отдельной книги. "...Малое количество изученного материала - не более шести граммов совершенно чистого металла - не позволило мне продолжать мои исследования", - писал Клаус в своей книге. Однако полученные данные о свойствах нового металла дали возможность Клаусу твердо заявить об открытии нового химического элемента.

Желая ознакомить иностранных ученых с открытием нового элемента, Клаус послал образец металла Берцелиусу. Ответ Берцелиуса был по меньшей мере странным. Имея в руках новый элемент с подробным описанием свойств, он не согласился с мнением Клауса. Берцелиус заявил, что полученный от Клауса металл есть "проба нечистого иридия", давно известного элемента. Позднее Берцелиус вынужден был признать свою ошибку.

Открытый элемент был в дальнейшем тщательно исследован. Изучение химических свойств рутения показало ряд интересных особенностей его химических соединений. Однако отсутствие сколько-нибудь значительных запасов этого металла в земной коре (встречается в лаурите - редком минерале, о-в Борнео), трудность добычи и отделения от других спутников платины до сих пор препятствуют применению рутения. Как только геологи обнаружат значительные месторождения этого элемента в каких-нибудь малоизученных районах или в глубоких слоях земной коры, элемент рутений займет достойное место в практической деятельности человека. О рутении во всех книгах сказано весьма немного: крайне редок и поэтому не нашел достаточного применения. В чистом виде рутений находит применение в изготовлении термопар, а также как катализатор при синтезе аммиака. В сплавах рутений используется в ювелирном деле, некоторые соли находят применение в лабораторной технике при изготовлении микроскопических препаратов.

По внешнему виду рутений - металл, похожий на железо, твердый, тугоплавкий, с трудом растворяющийся в царской водке, обладает сильными каталитическими свойствами.

Относящийся к семейству металлов платиновой группы. Внешний вид металла напрямую зависит от способа его добычи, поэтому он может быть серебристо-белого или матово-серого цвета. Название металла произошло от Ruthenia, что в переводе с латыни означает «Россия», и это неслучайно, так как его впервые нашли на Урале. Стоит сказать, что рутений цены за 1 грамм в рублях, на который довольно низкие, по сравнению с другими драгоценными металлами, составляют на сегодняшний день всего 118 рублей.

Добывают рутений в ЮАР, РФ, Канаде и других странах. Главным поставщиком этого благородного металла на сегодняшний день является ЮАР. Его извлекают из остатков платинового производства. В виде примеси присутствует в различных металлических рудах.

Рутений довольно рассеянный химический элемент, но существует единственный минерал, который из него образуется – это лаурит. Кроме того, содержится в продуктах отработанного ядерного топлива. В тонне радиационных отходов содержится около 250 г. рутения.

За год во всем мире добывают 17-21 т. рутения. Общие запасы металла на Земле, по подсчетам ученых, составляют всего 5000 т.

Свойства

Основные достоинства металла – это высокая твердость и повышенная стойкость к различным агрессивным веществам. В таблице Менделеева элемент находится на 44 строчке. Твердость металла – 6,5 по шкале Мооса, по этому показателю он опережает платину в то же время очень хрупок.

При этом металл легкий, и его плотность менее 13 г. на см3. По тугоплавкости занимает 8-е место. Температура плавления металла – 2334С, а кипения – около 4077C. В процессе его нагревания в атмосфере элемент частично окисляется. При температуре 1 000 C рутений окисляется в двуокись RuО2, а при 1 200 C и более – в четырехокись RuO4, которая имеет высшую степень валентности 8+. Способность рутения быстро менять валентность заставляет ученых глубже его изучать.

Окись RuO4 представляет собой желтые кристаллы, которые при температуре 25 C становятся коричнево-оранжевой жидкостью, которая по запаху очень похожа на озон. При этом его контакт со многими органическими веществами приводит ко взрыву. RuO4 – ядовитое вещество, поэтому, если долго дышать его парами, то закружится голова, появится рвота и удушье. У некоторых ученых, занимавшихся RuO4, появлялась экзема.

Металл вступает в реакции при температуре выше 400С. В обычном состоянии элемент не растворяется даже в царской водке. Ему нипочем кислоты и щелочи.

Кроме того, этот элемент обладает отличной газопоглотительной способностью. Впитывает водорода в 1 500 раз больше своего объема, при этом может впитывать не только водород, но и азот, а в меньших количествах и другие неметаллы.

Сферы использования

Ювелирная промышленность

У металла яркий блеск и приятный голубовато-серый оттенок, он не окисляется, поэтому привлекает к себе внимание ювелиров. Очень хрупкий, его используют в качестве одного из легирующих элементов в драгоценных сплавах. Это позволяет повысить их твердость и износоустойчивость. Однако с ним сложно работать, так как у него высокая тугоплавкость.

Добавление этого элемента в золотой сплав придает ему черный тон. Конечно, затемняют золото и родием, однако оттенок выходит не таким насыщенным, как с легирующим рутением.

Медицина

В медицине используют красители с соединениями рутения, что позволяет выделить ткани для их детального изучения, в том числе и раковые опухоли. Это помогает хирургам видеть все пораженные клетки и участки тканей.

Этот материал является биологически активным, поэтому его соединения используют в производстве лекарств против рака, туберкулеза и различных инфекций, поражающих кожные покровы.

Электротехника

Благодаря высокой тугоплавкости этот химический элемент нашел применение в электротехнике. Из него делают контакты и различные элементы высокоточных приборов. Высокая температура плавления сделала его незаменимым материалом для термопар. Устройства необходимы для измерения высоких температур.

При нагревании 272,53 С этот материал становится сверхпроводником, что очень востребовано в электротехнике.

В электронике им покрывают радиодетали для антикоррозийной защиты. Этот слой также делает их стойкими к химическим воздействиям и защищает от механического износа.

Космос

В космической отрасли тоже востребован этот материал – из сплава платины и рутения делают топливные элементы для спутников. Этот состав способен выдержать все перегрузки на орбите Земли.

Химия

Химический элемент рутений благодаря тому, что не вступает в реакции с агрессивными веществами, очень востребован в химии. Кроме того, у него отличные каталитические способности. Рутениевые катализаторы позволяют получать глицерин и другие спирты из целлюлозы.

Главное достоинство рутениевого катализатора – это его избирательность. Помогает химикам синтезировать различные органические, а также продукты неорганического происхождения. Этот катализатор составляет конкуренцию остальными металлами платиновой группы.

Стекольная промышленность

Используют соединения рутения и в стекольной промышленности – их добавляют и в некоторые эмали. Существуют и флуоресцирующие покрытия, свечение которых вызывают соединения этого материала.

Остальные отрасли потребляют около 10% рутения.

Стоимость

Актуальная на сегодняшний день цена драгоценных металлов

Небольшое количество рутения на Земле и сложность добычи этого элемента делают его очень дорогим. Цена за один грамм металла постоянно колеблется, в среднем в пределах 100-200 рублей.

Рутений (Ru) – химический элемент с атомным номером, простое вещество которого серебристо-серый очень хрупкий металл. Относится к платиновых металлов. В природе существует 7 стабильных изотопов с массовыми числами 96, 98-102, 104. Открытый К.К. Клаусом в 1844. Плотность при 20 ° С 12370 кг / м 3. Парамагнитный. Химически пассивен, не реагирует даже с "царской водкой". Рутений – редкий и очень рассеянный элемент, среднее содержание рутения в земной коре 5 10 -7% (масс). Существует один минерал, образующийся в осносновному рутением – ЛАУРИТ (RuS 2). Кроме того, содержится в минералах: рутенистому сисертськити (содержит до 19% Ru), рутенистому невьянськити (до 14% Ru), ауросмириди (разновидность невьянськиту, Ir, Os, Au), осрутини (Ru, Os), как изоморфная примесь присутствует в самородной платины и минералах сульфидных медно-никелевых руд. В минералах платины Рутений образует неупорядоченные твердые растворы, его атомы статистически распределены в структуре платины. Добывают Рутений в основном из платиновых руд.
История
В 1827 году профессор Тартуского университета (сегодня – в г. Тарту, Эстония) Готфрид Вильгельм Озанн (1797-1866) опубликовал работу, в которой заявил об открытии им трех элементов: плурана, Рутения, поленья растворяя неочищенную платину с гор Урала в царские воде. Таким образом, впервые в химическую науку был введен термин «рутений». Йонс Якоб Берцелиус в тот же год проводил подобные эксперименты с растворением платины также в царские воде, однако не увидел там ничего нового. Озанн был однако убежден в своей правоте.
В действительности этот элемент был «заново» открыт позже российским ученым, немцем по происхождению выходцем из города Тарту, выпускником Дерптского университета, где также сделал свои открытия Г. Озан – Карлом-Эрнстом Клаусом. Исследователи подчеркивают, что К. Э. Клаус очень деликатно подошел к трудам своего предшественника по изучению платиновых металлов Г. Озанна. К. Э. Клаус решил, давая название открытом ним металла, сохранить название одного из металлов Г. Озанна. Так он сам пишет в своей первой статье, напечатанной в свое время в бюллетенях Академии наук СССР: «Этот металл я назвал рутением том, что он в небольшом количестве находится в теле белого цвета, о котором упоминает Озанн … Озанн, какой это воплотившегося за особый оксид металла, назвал его оксидом рутения … Так как этот металл в оксиде рутения Озанна встречается в небольшом количестве, я предлагаю назвать его рутением ».
Происхождение названия
По современным источникам – от латинского названия Киевской Руси-Украины – Рутения.
Как и откуда брал названия своим элементам Г. Озанн, широкой общественности пока неизвестно. Возможно, для полену использована латинское название Польши (Polonia). А какое же происхождение названий плуран, рутений? Г. Озанн был немцем и, возможно, термин «рутений» был знаком ему, поскольку в Австро-Венгрии рутенами называли русинов (украинский). Возможно, этот термин «принесли» в Россию интеллигенты из Закарпатья, многие из которых работало в России. См. Рутения.
Возможно, что химический элемент рутений носит пизньолатинську название Украинская, и не верно, что К. Клаус назвал элемент в честь России как утверждается в распространенных российских (а позже и советских) изданиях. Например, Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона (СПб, 1899, т. 53, с. 368) представляет: «название рутения происходит от Ruthenia, что означает Россия». Скорее всего, К. Клаус, просто сохранил название элемента, данное Г. Озанном.
Получение
Рутений (ок. 44г) Добывают Р. в осн. из платиновых руд. После отделения от сопутствующих платиновых элементов рутений переводят в комплексную аммониевая соль хлорида рутения и восстанавливают в гумне водорода до металла. Полученный металл переплавляют в защитные атмосфере инертного газа.
Применение
Применяют как катализатор и для изготовления твердых сплавов, для нанесения защитных покровов на электрические контакты, титановые электроды, декоративных покровов на ювелирные изделия, а также как компонент сплавов с Pt i Rh.

В виде диоксида применяют для создания нерастворимых анодов – ОРТА.
Небольшая примесь рутения (0,1%) увеличивает коррозионную стойкость титановых сплавов.

Биологическая роль

Рутений (по содержанию в платиновых рудах) является наиболее редким среди платиновых металлов. Он был открыт казанским профессором Клаусом, который в 1844 году в остатках уральской платиновой руды нашел новый элемент, который назвал рутением (от позднелатинского Ruthenia - Россия). Клаус получил рутений в чистом виде, изучил его химические свойства, определил атомный вес и указал на сходство между триадами рутений - родий - палладий и осмий - иридий - платина.
Рутений - спутник платины. Содержится он главным образом в осмиридии - остатке после разделение платиновых руд царской водкой. Очень редко он встречается и в виде самостоятельного минерала - лаурита, сульфида рутения RuS 2 , содержащего осмий.

Получение:

Остатки от аффинажа платины или электрорафинирования меди переводят в (NH 4) 2 , который прокаливают до RuO 2 , последний восстанавливают водородом.
В коллоидном состоянии рутений можно получать восстановлением его солей гидразином в присутствии гуммиарабика или акролеином.
В настоящее время источником рутения может служить и отработанное топливо атомных электростанций, т.к он является одним из продуктов деления ядерных материалов (плутоний, уран, торий).

Физические свойства:

Рутений в зависимости от способа его получения является матово-серым или серебристо-белым блестящим металлом, обладающим чрезвычайно большой твердостью; при этом он настолько хрупок, что его можно легко растереть в порошок. Он очень тугоплавок и плавиться при значительно более высокой температуре, чем платина. В электрической дуге при плавлении Ru одновременно испаряется. Он переходит в газовую фазу также при сильном прокаливании на воздухе, но в этом случаи летит не металл, а четыреокись, устойчивая при очень высоких температурах.

Химические свойства:

В отсутствии кислорода воздуха на рутений не действует ни одна кислота, даже царская водка. Однако содержащая воздух соляная кислота медленно растворяет его при обычной температуре, а при 125° (в запаянной трубке) даже довольно быстро. При нагревании на воздухе рутений чернеет вследствие поверхностного окисления. Фтор действует на порошкообразный рутений уже ниже температуры красного каления, а хлор - при красном калении. С серой порошкообразный рутений реагирует лишь при соблюдении особых условий. С фосфором он образует соединение RuP 2 и RuP и Ru 2 P; с мышьяком, так же как платина, рутений дает диарсенид RuAs 2 . Щелочи в присутствии кислорода или веществ, легко отдающих кислород, например, смеси KOH с KNO 3 или K 2 CO 3 с KCIO 3 , а также перекисей, например Na 2 O 2 или BaO 2 , при высокой температуре энергично действуют на рутений, образуя с ним рутенаты(VI) M 1 2 RuO 4 . Tс 2 О 7 .

Важнейшие соединения:

Двуокись рутения RuO 2 получается в виде сине-черного порошка при нагревании порошкообразного рутения, хлорида или сульфида его в токе кислорода. Водородом при невысокой температуре RuO 2 восстанавливается, при очень высоких температурах RuO 2 начинает разлагаться на рутений и кислород.
Четырехокись рутения RuO 4 получается при пропускании хлора через раствор рутенатов щелочных металлов или при добавлении избытка щелочи к растворам солей рутения; она образует жёлтые иглы, плавящиеся при 25° в оранжевую жидкость. При нагревании, около 108°, RuO 4 c сильным взрывом разлагается на RuO 2 и O 2 . Четырехокись рутения чрезвычайно энергично реагирует с органическими веществами, реакция её со спиртом происходит с взрывом.
Пентакарбонил рутения Ru(СO) 5 летучая жидкость, на воздухе воспламеняется. Применяется для нанесения покрытий Ru на стекло, керамику, металлы.
Комплексные соединения рутения весьма многочисленны. В том числе он может образовывать в них связь даже с таким необычным лигандом, как молекулярный азот, образуя, например, соединение Cl 2 .

Применение:

Производство катализаторов, декоративных и защитных покрытий, сплавов. Небольшие добавки рутения обычно увеличивают коррозионную стойкость, прочность и твердость сплава, что ценно для производства износостойких электрических контактов.
Годовая добыча рутения в 2009 г. оценивалась примерно в 18 т.

Г. Елфимова

См. также:
Федоренко Н.В. К.К.Клаус: открытие рутения. Химия в школе, 1977, №4
Шульчус A. Несколько историй открытия рутения.Химия в школе, 2010, №9 стр.79