Рутений

Шаблон:Другие значения термина Шаблон:Карточка химического элемента Шаблон:Элемент периодической системы Руте́ний (химический символ — Ru, от лат. Ruthenium) — химический элемент 8-й группы (переходный металл, по устаревшей классификации — побочной подгруппы восьмой группы, VIIIB), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 44.

Простое вещество рутений — это тяжёлый металл серебристо-белого цвета. Относится к платиновым металлам, в природе встречается редко. Шаблон:Clear

История

Открыт профессором Казанского университета Карлом Клаусом в 1844 году, который в том же году опубликовал о новом элементе большую статью «Химические исследования остатков Уральской платиновой руды и металла рутения» в «Учёных записках Казанского университета». Об открытии, методе получения и свойствах нового элемента Клаус сообщил в письме Г. И. Гессу на немецком языке. Гесс зачитал письмо на заседании Петербургской Академии наук 13 сентября 1844 года<ref name="Ist">Шаблон:Книга</ref>, текст был опубликован в бюллетене Академии<ref>Шаблон:Статья</ref> и в переводе на русский язык — в «Горном журнале»<ref>Шаблон:Статья</ref>. Клаус выделил рутений из уральской платиновой руды в чистом виде и указал на сходство между триадами рутений — родий — палладий и осмий — иридий — платина.

Происхождение названия

Первооткрыватель элемента К. К. Клаус назвал рутений в честь России<ref name="n-t.ru">Шаблон:Cite web</ref><ref>Шаблон:Статья — «Потом, ч[е]рез 2 года, получив металл в совершенно чистом виде, сообщил уже об этом открытии ученому свету и новое тело назвал, в честь моего отечества, рутением».</ref> (Ruthenia — латинское название Руси). Название «рутений» было предложено в 1828 году Г. В. Озанном для ошибочно открытого элемента, и Клаус, действительно открывший новый элемент в 1844 году, дал ему это название<ref name="Ist"/>.

Добыча, запасы и цена

Основными мировыми производителями рутения являются ЮАР (главный, до 95 %, поставщик металла на мировой рынок<ref>Шаблон:Cite web</ref>), Зимбабве, Россия, США, Китай. Добыча рутения в 2009 году составляла 17,9 тонны<ref>Шаблон:Cite web</ref>, в 2021 году она поднялась до 30 тонн<ref>Шаблон:Книга.</ref>. Мировые запасы рутения оцениваются в 5000 тонн<ref name="доб">Emsley, J. (2003). «Ruthenium». Nature’s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. P. 368—370. ISBN 0-19-850340-7.</ref>. Цена рутения на 27 мая 2016 года составляла 42 доллара за тройскую унцию (примерно 1,35 USD/г)<ref>Шаблон:Cite web</ref>. С тех пор цена рутения отличалась большой волатильностью: в июле 2021 года поднималась до 800 USD за тройскую унцию, в декабре 2021 года стабилизировалась на уровне 550 USD или 18 USD за грамм<ref>Шаблон:Cite web</ref>.

Физические и химические свойства

Изотопный состав

Природный рутений состоит из семи стабильных изотопов:

⁹⁶Ru (5,7 % по массе), ⁹⁸Ru (2,2 %), ⁹⁹Ru (12,8 %), ¹⁰⁰Ru (12,7 %), ¹⁰¹Ru (13 %), ¹⁰²Ru (31,3 %) и ¹⁰⁴Ru (18,3 %).

Физические свойства

Полная электронная конфигурация атома рутения: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d⁷5s¹.

Рутений в зависимости от способа его получения является матово-серым или серебристо-белым блестящим металлом, обладающим чрезвычайно большой твёрдостью; при этом он настолько хрупок, что его можно легко растереть в порошок. Он очень тугоплавок и плавится 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 случае летит не металл, а четыреокись, устойчивая при очень высоких температурах.

Химические свойства

В отсутствие кислорода на рутений не действует ни одна кислота, даже царская водка (исключение составляет концентрированная хлорная кислота, с которой реакция идет только на свету). Однако содержащая воздух соляная кислота медленно растворяет его при обычной температуре, а при 125° (в запаянной трубке) довольно быстро. При нагревании на воздухе рутений чернеет вследствие поверхностного окисления с образованием RuOШаблон:Sub. Если реакция протекает при температуре выше 700°, то образуется смесь оксидов RuOШаблон:Sub и RuOШаблон:Sub. Фтор действует на порошкообразный рутений уже ниже температуры красного каления с образованием RuFШаблон:Sub — фторида полимерного строения; рутений реагирует с хлором выше 400 °C (образуется RuCl₃). С серой порошкообразный рутений реагирует лишь при соблюдении особых условий. С фосфором он образует соединение RuP₂ и RuP и Ru₂P; с мышьяком, так же как платина, рутений даёт диарсенид RuAs₂. Щелочи в присутствии кислорода или веществ, легко отдающих кислород, например, смеси KOH с KNO₃ или K₂CO₃ с KCIO₃, а также перекисей, например Na₂O₂ или BaO₂, при высокой температуре энергично действуют на рутений, образуя с ним рутенаты(VI) M¹₂RuO₄.

Неорганические соединения

Рутений способен давать соединения, соответствующие разнообразным степеням окисления:

8 RuO₄; RuO₄ · PCl₃

7 M[RuO₄]

6 M₂[RuO₄]; M₂[RuF₈]; RuF₆

5 M[RuF₆]; RuF₅

4 RuCl₄; RuO₂; M₂[RuCl₆]

3 RuCl₃; М₃[RuCl₆]

2 M₂[RuCl₄]; M₄[Ru(CN)₆]

1 Ru(CO)_nBr

0 Ru(CO)_n

Соединения рутения представлены также широким спектром Шаблон:Нп4 — содержащих группировку RuNO³⁺, например, K₂[RuNOCl₅]. Данные комплексные соединения, в особенности, нитрозонитроамины (например, [RuNO(NO₂)₂(NH₃)₂OH]) и нитрозонитрокомплексы (особенно комплексный анион [RuNO(NO₂)₄OH]²⁻) (жёлто-оранжевый) отличаются высокой устойчивостью и кинетической инертностью.

Тетраоксид рутения (Ru⁺⁸O₄) по свойствам несколько напоминает тетраоксид осмия.

Исследователи из университета Миннесоты в 2018 году показали, что рутений обладает магнитными свойствами при комнатной температуре<ref>«Scientists discover new magnetic element» Шаблон:Wayback Phys.org, May 25, 2018</ref>.

Органическая химия рутения

Рутений образует ряд металлоорганических соединений и является активным катализатором.

Получение

Рутений получают как «отходы» при аффинировании платины и платиновых металлов.

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

Также разработаны основы технологии получения рутения из технеция-99 с помощью реакторного нейтронного облучения (ядерная трансмутация) технеция-99<ref>Шаблон:Статья</ref>.

Применение

• Небольшая добавка рутения (0,1 %) увеличивает коррозионную стойкость титана.
• В сплаве с платиной используется для изготовления чрезвычайно износостойких электрических контактов.
• Диоксид рутения и рутенаты висмута используются в толстоплёночных резисторах. Эти два применения в электронике потребляют порядка 50 % производимого рутения.
• Катализатор для многих химических реакций. Очень важное место рутения как катализатора в системах очистки воды орбитальных станций.
• Шаблон:Нп4 применяется как конкурентный антагонист для исследования ионных каналов (CatSper1, TASK,RyR1, RyR2, RyR3, TRPM6, TRPM8, TRPV1, TRPV2, TRPV3, TRPV4, TRPV5, TRPV6,TRPA1, mCa1, mCa2, CALHM1).
• 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 преимущество также в высокой стойкости к окислению).

Физиологическое действие

Рутений является единственным платиновым металлом, который обнаруживается в составе живых организмов (по некоторым данным — ещё и платина). Концентрируется в основном в мышечной ткани. Высший оксид рутения крайне ядовит и, будучи сильным окислителем, может вызвать возгорание пожароопасных веществ.

Ссылки

• Рутений на Webelements
• Рутений в Популярной библиотеке химических элементов
• Изотопы рутения
• Ruthenium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• Nano-layer of ruthenium stabilizes magnetic sensors

	1	2															3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1
2
3
4
5
6
7