Rutenis yra lengviausias ir mažiausiai „kilnus“iš visų platinos grupės metalų. Tai galbūt pats „daugiavalentinis“elementas (žinomos devynios valentinės būsenos). Nepaisant daugiau nei pusę amžiaus trukusios tyrimų istorijos, šiuolaikiniams chemikams ji vis dar kelia daug klausimų ir problemų. Taigi, kas yra rutenis kaip cheminis elementas? Pirmiausia trumpas nukrypimas į istoriją.
Paslaptinga ir turtinga
Rutenio atradimo pavadinimas ir istorija yra neatsiejamai susiję su Rusija. Pačioje XX amžiaus pradžioje pasaulio bendruomenę sujaudino ir nerimavo žinia, kad Rusijos imperijoje buvo aptikti turtingiausi platinos telkiniai. Sklido gandai, kad Urale šį taurųjį metalą galima išgauti paprastu kastuvu. Turtingų telkinių atradimo faktą netrukus patvirtino ir tai, kad Rusijos finansų ministras E. F. Kankrinas Sankt Peterburgo monetų kalyklai išsiuntė aukščiausią dekretą dėl monetų kaldinimo iš platinos. Vėlesniais metais į apyvartą buvo išleista apie pusantro milijono monetų (3, 6 ir 12 rublių), kurioms pagaminti buvo išleista 20 tonų tauriojo metalo.
„Atradimas“Ozanne
Derpt-Yuryevsky (dabar Tartu) universiteto profesorius Gottfriedas Ozannas pradėjo studijuoti Uralo tauriosios rūdos sudėtį. Jis priėjo prie išvados, kad platiną lydi trys nežinomi metalai – daugianomas, daugianario ir rutenio, kurių pavadinimus davė pats Ozannas. Beje, trečiąją jis pavadino Rusijos vardu (iš lot. Ruthenia).
Ozanne kolegos visoje Europoje, vadovaujami autoritetingiausio švedų chemiko Jenso Berzelius, labai kritiškai vertino profesoriaus pranešimą. Bandydamas pasiteisinti, mokslininkas pakartojo keletą savo eksperimentų, tačiau nepavyko pasiekti tų pačių rezultatų.
Po dviejų dešimtmečių chemijos profesorius Karlas Karlovičius Klaussas (Kazanės universitetas) susidomėjo Ozanne'o darbais. Jis gavo iždo sekretoriaus leidimą paimti kelis svarus likusių monetų iš monetų kalyklos laboratorijos pakartotiniam tyrimui.
Kazanės cheminis elementas rutenis
Rusų akademikas A. E. Arbuzovas savo raštuose pažymėjo, kad chemikui, norint atrasti naują elementą tais laikais, reikėjo ypatingo kruopštumo ir atkaklumo, stebėjimo ir įžvalgos, o svarbiausia – subtilios eksperimentinės nuojautos. Visos aukščiau išvardytos savybės buvo būdingos jaunajam Karlui Claussui.
Mokslininko tyrimai turėjo ir praktinę reikšmę – papildomas grynos platinos išgavimas iš rūdos likučių. Sukūręs savo eksperimento planą, Klaussas sulydė rūdos medžiagą su salietra ir išgavo tirpius elementus: osmį, iridį,paladis. Netirpi dalis buvo veikiama koncentruotų rūgščių mišiniu („aqua regia“) ir distiliuojama. Geležies hidroksido nuosėdose jis atrado nežinomo metalo buvimą ir išskyrė jį pirmiausia sulfido pavidalu, o paskui gryna forma (apie 6 gramus). Profesorius pasiliko Ozanno pasiūlytą elemento pavadinimą – rutenis.
Atidarykite ir įrodykite
Tačiau, kaip paaiškėjo, cheminio elemento rutenio atradimo istorija tik prasidėjo. Po tyrimo rezultatų paskelbimo 1844 m., Claussą ištiko kritikos kruša. Nežinomo Kazanės mokslininko išvadas skeptiškai sutiko didžiausi pasaulio chemikai. Net naujojo elemento pavyzdžio atsiuntimas Berzeliui situacijos neišgelbėjo. Pasak švedų meistro, Clausso rutenis buvo tik „nešvaraus iridžio pavyzdys“.
Tik išskirtinės Karlo Karlovičiaus, kaip analitinio chemiko ir eksperimentuotojo, savybės ir daugybė papildomų tyrimų leido mokslininkui įrodyti savo argumentus. 1846 m. atradimas gavo oficialų pripažinimą ir patvirtinimą. Už savo darbą Klausas buvo apdovanotas Rusijos mokslų akademijos Demidovo premija 10 tūkstančių rublių. Kazanės profesoriaus talento ir atkaklumo dėka rutenis, pirmasis Rusijoje atrastas elementas, buvo įtrauktas į platinoidų gretas.
Tolimesni tyrimai
Pagrindinė problema tiriant rutenio chemines ir fizines savybes yra itin ribotas kiekisšio metalo žemės plutoje. Pavyzdžiui, platinos gamybos atliekose (Clauss darbinėje medžiagoje) jos kiekis yra apie 1%. Dauguma chemijos mokslininkų rutenį pripažįsta kaip itin nepalankią medžiagą tyrimams. Dėl daugybės aklavietės tyrėjai dažnai apriboja arba sustabdo savo darbą.
Sovietų mokslininkas SM Starostinas visą savo gyvenimą paskyrė „nepatogaus“metalo ir jo junginių savybėms tyrinėti. Pagrindinis chemiko veiklos rezultatas – išvados apie rutenio nitrozo kompleksų savybes ir su jais susijusius sunkumus atskiriant gryną metalą nuo lydinčio urano ir plutonio. Kas yra rutenis kaip cheminis elementas?
Fizikinės savybės
Rutenis yra metalas, kurio spalva, priklausomai nuo gavimo būdo, svyruoja nuo pilkai melsvos iki sidabriškai b altos. Kai kurios fizinės cheminio elemento rutenio savybės leidžia jį laikyti unikalia medžiaga. Kartu su dideliu trapumu (kristalai net lengvai rankomis sumalami į miltelius), rutenis pasižymi itin dideliu kietumu – 6,5 pagal dešimties balų mineraloginio kietumo skalę (Moso skalė). Bene lengviausias iš platinos grupės metalų. Tankis yra 12,45 g/cm3. Jis yra labai atsparus ugniai - perėjimo į skystą būseną temperatūra yra 2334 ° C. Lydant elektros lanku, tuo pačiu metu stebimas metalo išgaravimas. Aukštoje temperatūroje kalcinuojant atvirame ore elementas „išgaruoja“formojetetroksidai.
Rutenis klasifikuojamas kaip superlaidininkas. Metalas demonstruoja nulinį atsparumą, kai jis atšaldomas iki 0,47 K. Ši savybė yra labai svarbi moksliniu ir praktiniu požiūriu. Rutenis, kaip platinoidas, yra labai įdomus taurusis metalas.
Elementas Ru
„Kazanės“metalo savybės daugeliu atžvilgių būdingos VΙΙΙ (platinos) grupės atstovams. Rutenis yra periodinės lentelės cheminis elementas, kurio atominis skaičius 44, pasižymintis dideliu inertiškumu. Jame yra 7 stabilūs natūralūs ir 20 dirbtinių izotopų, kurių masės skaičiai yra nuo 92 iki 113.
Esant normaliai temperatūrai, jis nėra veikiamas oksidacijos ir korozijos, rūgščių ir šarmų. Kaitinamas virš 400 ° C, jis reaguoja su chloru, 930 ° C temperatūroje - su deguonimi. Su kai kuriais metalais cheminis elementas rutenis sudaro stabilius lydinius, vadinamus intermetaliniais junginiais.
Daugelyje junginių jo valentingumas yra nuo nulio iki aštuonių. Svarbiausi yra rutenio dioksidas ir tetroksidas, sulfidas RuS2 ir fluoridas RuF5.
Gryno metalo pavidalu jis pasižymi didelio selektyvumo katalizatoriaus savybėmis, todėl jį galima naudoti įvairių organinių ir neorganinių medžiagų sintezei. Tarnauja kaip geriausias vandenilio sorbentas.
Pleisk gamtoje
Cheminis elementas rutenis pasižymi ekstremalumugamtoje reta ir išsibarsčiusi. Natūralioje aplinkoje jis sudaro vienintelį žinomą mineralą lauritą. Tai mažų geležies juodų oktaedrų pavidalo kieta medžiaga. Turtingiausias ir žinomiausias telkinys yra Borneo (Kalimantano) salos platinos aikštelėse. Rusijoje plėtra vyksta Vidurio ir Pietų Urale, Kolos pusiasalyje, Krasnojarsko ir Chabarovsko teritorijose.
Visuose kituose natūraliuose junginiuose rutenio kiekis neviršija 0,1%. Kai kuriose vario-nikelio rūdose ir rūgščiose magminėse uolienose aptikta metalo pėdsakų. Kai kurie augalai turi savybę susikaupti ir kaupti rutenį, tarp kurių išsiskiria ankštinių augalų šeimos atstovai.
Bendras elemento kiekis žemės plutoje, ekspertų teigimu, neviršija 5000 tonų.
Pramoninė gamyba
Elementas rutenis laikomas kilniuoju, o pagrindinis metalo š altinis yra platinos gamybos atliekos. Neabejotinas rutenio (taip pat ir platinos) gavybos lyderis yra Pietų Afrikos Respublika. Šio metalo kūrimu ir gamyba taip pat užsiima Rusija, Kanada ir Zimbabvė. Beje, pastaroji šalis užima antrąją vietą pasaulyje pagal ištirtus platinoidų išteklius.
Rutenio kiekis rinkai tiekiamas nuo 17 iki 20 tonų per metus. Gamybos ciklas elementui gauti trunka apie 6 savaites ir yra nenutrūkstama viena po kitos vykstančių termocheminių reakcijų grandinė.
Gavimo technologijarutenis apšvitinant radioaktyvaus technecio izotopus neutronais. Tačiau reikia pažymėti, kad gryno ir stabilaus metalo izoliavimas dėl jo cheminių savybių, nenuspėjamumo ir nepakankamų žinių tebėra svajonė.
Programos
Nors visos rutenyje esančio tauriojo metalo savybės yra visos, šis elementas nebuvo plačiai paplitęs juvelyrikos pramonėje. Jis naudojamas tik lydiniams sustiprinti ir brangiems papuošalams padaryti patvaresnius.
Pagal sunaudoto rutenio kiekį pramonės sektoriai yra tokia tvarka:
- Elektroninė.
- Elektrochemija.
- Cheminė.
Katalizinės elemento savybės yra labai paklausios. Jis naudojamas vandenilio cianido ir azoto rūgščių sintezei, sočiųjų angliavandenilių, glicerino gamyboje ir etileno polimerizacijoje. Metalurgijos pramonėje rutenio priedai naudojami antikorozinėms savybėms padidinti, lydiniams tvirtumui, cheminiam ir mechaniniam atsparumui suteikti. Radioaktyvieji rutenio izotopai dažnai padeda mokslininkams atlikti tyrimus.
Daugelis elemento junginių taip pat buvo naudojami kaip geri oksidatoriai ir dažikliai. Visų pirma, chloridai naudojami liuminescencijai sustiprinti.
Biologinė reikšmė
Rutenis turi savybę kauptis gyvų audinių ląstelėse, daugiausia raumenų (vienintelis platinos grupės metalas). Gali provokuotialerginių reakcijų išsivystymas, neigiamai veikia akių gleivinę ir viršutinius kvėpavimo takus.
Medicinoje taurusis metalas naudojamas kaip priemonė pažeistiems audiniams atpažinti. Jo pagrindu pagaminti vaistai vartojami tuberkuliozei ir įvairioms žmogaus odą pažeidžiančioms infekcijoms gydyti. Dėl šios priežasties atrodo labai perspektyvu panaudoti rutenio gebėjimą formuoti stabilius nitrozo kompleksus kovojant su ligomis, susijusiomis su per didele nitratų koncentracija žmogaus organizme (hipertenzija, artritu, septiniu šoku ir epilepsija).
Kas k altas?
Pastaruoju metu Vakarų Europos mokslininkai rimtai trikdė visuomenę pranešimu, kad rutenio radioaktyvaus izotopo Ru106 kiekis žemyne auga. Ekspertai visiškai atmeta jos saviugdą atmosferoje. Kaip ir atsitiktinis išmetimas iš atominės elektrinės, nes tada ore būtinai būtų cezio ir jodo radionuklidų, o tai nepatvirtina eksperimentiniai duomenys. Šio izotopo poveikis žmogaus organizmui, kaip ir bet kuris radioaktyvus elementas, lemia audinių ir organų apšvitinimą, vėžio vystymąsi. Vakarų žiniasklaidos teigimu, galimi taršos š altiniai yra Rusijos, Ukrainos ar Kazachstano teritorijoje.
„Rosatom“Komunikacijos departamento atstovas atsakė, kad visos valstybinės korporacijos įmonės dirbo ir dirba įprastai. Tarptautinė atominės energijos agentūra (TATENA), remdamasi savo stebėjimo duomenimis,pavadino visus k altinimus Rusijos Federacijai nepagrįstais.
