Ruténium: cena jedného gramu kovu a jeho rozsah. Ruténium - chemický prvok: popis, história a zloženie

Sergeeva Jekaterina

História objavenia ruténia a jeho vlastností.

Stiahnuť ▼:

Náhľad:

„Kazan chemický prvok(Ruténium)"

Sergeeva Jekaterina Yurievna

Štátna autonómna vzdelávacia inštitúcia "Chistopol Polytechnic College"

Vedúci Ionycheva A.L.

ANOTÁCIA

V tejto práci ma zaujala história objavu, vlastnosti a možné aplikácie chemického prvku Ruténium, ktorý objavil Karl Karlovich Klaus v chemickom laboratóriu Kazanskej univerzity a právom ho možno nazvať kazanským chemickým prvkom. Rok 2011 bol vyhlásený UNESCO za Rok chémie, študenti Kazane a Republiky Tatarstan by si mali pripomenúť túto jednoznačne výnimočnú udalosť vo viac ako 1000-ročnej histórii mesta Kazaň. a jediný človek v Rusku, K. K. Klaus, ktorý objavil prírodný chemický prvok, najmä preto, že je právom považovaný za jedného zo zakladateľov kazaňskej chemickej školy.

Táto téma sa nám zdala zaujímavá a aktuálna aj preto

Ruténium je jedným zo zástupcov platinových kovov, ale bolo objavené ako posledné. Objav ruténia predstavoval veľké ťažkosti.

Aby človek v Klausových časoch objavil nový prvok platinovej skupiny – Ruthenium, musel mať mimoriadne schopnosti pozorovania, vhľadu, usilovnosti, vytrvalosti a jemného experimentálneho umenia. Všetky tieto vlastnosti mal vo vysokej miere Klaus, jeden z prvých brilantných predstaviteľov chemickej vedy na vtedy mladej Kazanskej univerzite.

Pri štúdiu problému sme použili materiály z internetového zdroja: webová stránka World of Chemistry, Wikislovník, Popular Library of Chemical Elements, Nauka Publishing House, 2011.

Počas týždňa prírodné vedy sme uskutočnili (okrem iného) vedeckú a praktickú konferenciu „Veľkí chemici a ich objavy“, na ktorej výskumná práca a množstvo prezentácií, ktoré sa stali dobrým pomocníkom v práci pedagógov a záujmu študentov o štúdium chémie a iných prírodných odborov.

Kazaňský chemický prvok (Ruténium)

„Aby človek v časoch Klausa objavil nový prvok platinovej skupiny – ruténium, musel mať extrémne schopnosti pozorovania, vhľadu, usilovnosti, vytrvalosti a jemného experimentálneho umenia. Všetky tieto vlastnosti vysoko vlastnil Klaus, jeden z prvých brilantných predstaviteľov chemickej vedy vtedy mladej Kazanskej univerzity.

Akademik A.E. Arbuzov

História objavu ruténia

Ruténium je prvý chemický prvok, ktorý objavil ruský chemik Karl Karlovich Klaus. Ako posledné medzi nimi bolo objavené ruténium, zástupca platinových kovov.

A. Snyadetsky, Poliak podľa národnosti, a ruský vedec K.K. Klaus. Vedcovi výrazne pomáhal E.F. Kankrin, ktorý bol v tom čase ministrom financií

K.K. Claus

Klausovi potom poskytol zvyšky surovej platiny, z ktorej vedec izoloval platinu, ako aj ďalšie kovy: ródium, paládium, irídium a osmium. Okrem týchto kovov izoloval aj zmes ďalších, v ktorých mala byť podľa Klausa nová, zatiaľ neznáma látka. Chemik zopakoval pokusy G.V. Ozanne a potom, keď vyvinul svoj vlastný plán experimentu, dostal nový chemický prvok, ruténium. A opäť poslal list I. Berzelliusovi, ale ten, ako prvýkrát, nesúhlasil s argumentmi Klausa. Ruský chemik však nebral ohľad na argumenty Berzellia a dokázal, že objavil nový chemický prvok skupiny platiny. A v roku 1845 Berzellius uznal objav ruténia.

Chemický prvok je pomenovaný po Rusku ( Latinský názov Rusko-Rusínsko)

Na žiadosť ministerstva financií začal profesor Kazaňskej univerzity Karl Karlovich Klaus v roku 1841 hľadať spôsob, ako spracovať zvyšky platinových rúd nahromadených v mincovni v Petrohrade, aby sa platina mohla plnšie extrahovať. O rok skôr bola vďaka úsiliu rektora Lobačevského pre chemické laboratórium postavená samostatná dvojposchodová budova s obrovským suterénom, vybavená najmodernejším vybavením.

Klaus stanovil zloženie zvyškov platinovej rudy a vyvinul metódy na separáciu a získanie čistých platinových kovov. Klaus musel prekonať výnimočné experimentálne ťažkosti vzhľadom na úroveň vtedajšieho poznania. Práca bola navyše zdraviu nebezpečná, pretože pri spracovaní rúd vznikali extrémne toxické látky.

Medzi izolovanými komponentmi Klaus objavil dovtedy neznámy kov. Študoval vlastnosti samotného kovu aj jeho zlúčenín, s veľkou starostlivosťou určoval jeho atómovú hmotnosť, vypracoval spôsob jeho izolácie a čistenia. V roku 1844 Klaus zverejnil svoje výsledky a pomenoval nový chemický prvok ruténium po Rusku. Svetová vedecká komunita najprv prijala tento objav s pochybnosťami, odvtedy bolo veľa prvkov chybne „objavených“.

Až v roku 1846, keď Klaus publikoval Nová práca o ďalšom štúdiu ruténia bol jeho objav všeobecne uznávaný. Čoskoro kazaňskému profesorovi udelila Ruská akadémia vied Demidovovu cenu za výskum v oblasti platinových kovov. Jeho hodnota 10 000 rubľov bola vtedy oveľa väčšia ako súčasná Nobelova cena.

Chemické laboratórium Kazanskej univerzity, kde Klaus pracoval v roku 1842. O sto rokov neskôr v tejto miestnosti začal svoju prácu budúci Kurchatovov inštitút.

Získanie ruténia

Oddelenie platinových kovov a ich získanie v čistej forme (rafinácia) je veľmi náročná úloha, ktorá si vyžaduje veľa práce, času, drahých činidiel a vysokej zručnosti.V súčasnosti sú hlavným zdrojom získavania platinových kovov rudy sulfid medi a niklu. V dôsledku ich zložitého spracovania dochádza k taveniu takzvaných „hrubých“ kovov – kontaminovaného niklu a medi. Pri ich elektrolytickej rafinácii sa ušľachtilé kovy hromadia vo forme anódového kalu, ktorý sa posiela na rafináciu.

Významným zdrojom ruténia pre jeho ťažbu je jeho izolácia zo štiepnych fragmentov jadrových materiálov (plutónium, urán, tórium), kde jeho obsah dosahuje 250 gramov na tonu „vyhoreného“ jadrového paliva.

Fyzikálne vlastnosti ruténia.

Z hľadiska žiaruvzdornosti (Tmelt 2250 ° C) je ruténium horšie iba niekoľko prvkov - rénium, osmium, volfrám.

Najcennejšími vlastnosťami ruténia sú žiaruvzdornosť, tvrdosť, chemická odolnosť a schopnosť urýchliť určité chemické reakcie. Najcharakteristickejšie sú zlúčeniny s valenciou 3+, 4+ a 8+. Má tendenciu vytvárať komplexné zlúčeniny. Používa sa ako katalyzátor, v zliatinách s platinovými kovmi, ako materiál na ostré hroty, na kontakty, elektródy a v šperkoch.

Chemické vlastnosti ruténia.

Ruténium a osmium sú krehké a veľmi tvrdé. Pôsobením kyslíka a silných oxidačných činidiel tvoria oxidy RuO4 a OsO4. Sú to žlté kryštály s nízkou teplotou topenia. Páry oboch zlúčenín majú ostrý, zlý zápach a veľmi jedovaté. Obe zlúčeniny ľahko odovzdávajú kyslík, pričom sa redukujú na RuO2 a OsO2 alebo na kovy. S alkáliami poskytuje RuO4 soli (rutenáty). Výskum ruténia predstavuje pre súčasných chemikov tri výzvy:

Úloha číslo 1: Ako sa zbaviť ruténia?

Ruténium má mnoho cenných a zaujímavých vlastností. V mnohých mechanických, elektrických a chemických vlastnostiach môže konkurovať mnohým kovom a dokonca aj platine a zlatu. Ruténium je však na rozdiel od týchto kovov veľmi krehké, a preto z neho doteraz nebolo možné vyrobiť žiadne produkty. Úlohu č. 1 kladie pred vedcov jadrová technológia.

Rádioaktívne izotopy ruténia v prírode neexistujú, ale vznikajú v dôsledku štiepenia jadier uránu a plutónia v reaktoroch jadrových elektrární, ponorky, lode, výbuchy atómové bomby. Z teoretického hľadiska je tento fakt určite zaujímavý. Má dokonca špeciálnu „chuť“: splnil sa sen alchymistov - obyčajný kov sa zmenil na ušľachtilý. Zariadenia na výrobu plutónia dnes skutočne vyhadzujú desiatky kilogramov ušľachtilého kovu ruténia. ale praktická škoda, spôsobené týmto procesom atómovej technológii, by sa neoplatilo ani vtedy, ak by bolo možné využiť všetko ruténium získané v r. jadrové reaktory.

Prečo je ruténium také škodlivé?

Jednou z hlavných výhod jadrového paliva je jeho reprodukovateľnosť. Ako je známe, pri „spaľovaní“ uránových blokov v jadrových reaktoroch vzniká nové jadrové palivo – plutónium. Zároveň vzniká aj „popol“ – fragmenty štiepenia jadier uránu, vrátane izotopov ruténia. Popol, samozrejme, musí byť odstránený.

Ruténium začína postupne migrovať do pôdy, čím vzniká nebezpečenstvo rádioaktívnej kontaminácie vo veľkých vzdialenostiach od nádrže. To isté sa stane, keď sú úlomky pochované v baniach vo veľkých hĺbkach. Rádioaktívne ruténium, ktoré je (vo forme vo vode rozpustných nitrózozlúčenín) extrémne mobilné, alebo presnejšie migračné, môže ísť s podzemnou vodou veľmi ďaleko.

Fyzici, chemici, technológovia a najmä rádiochemici v mnohých krajinách venujú veľkú pozornosť boju proti rádioaktívnemu ruténiu. Na I. a II Medzinárodné konferencie o mierovom využívaní atómovej energie v Ženeve sa tomuto problému venovalo niekoľko správ. Stále však nie sú dôvody na to, aby sme považovali boj proti ruténiu za úspešne ukončený a chemici budú musieť podľa všetkého ešte veľa pracovať, aby sa tento problém preniesol do kategórie definitívne vyriešený.

Úloha číslo 2: ďalšie štúdium chémie ruténia a jeho zlúčenín.

Mimoriadna naliehavosť problému č. 1 núti výskumníkov ponoriť sa stále hlbšie do chémie ruténia a jeho zlúčenín.

Ruténium je vzácny a veľmi stopový prvok. Jediný známy minerál, v ktorom sa tvorí vivo. Toto je laurit RuS 2 - veľmi pevná, ťažká čierna látka, ktorá je v prírode mimoriadne vzácna. V niektorých iných prírodných zlúčeninách je ruténium len izomorfná nečistota, ktorej množstvo spravidla nepresahuje desatiny percenta. Malé nečistoty zlúčenín ruténia sa našli v medeno-niklových rudách kanadského ložiska Sedbury a potom v iných baniach.

Jeden z najúžasnejších chemické vlastnosti ruténium – jeho početné valenčné stavy. Ľahkosť prechodu ruténia z jedného valenčného stavu do druhého a množstvo týchto stavov vedú k extrémnej zložitosti a originalite chémie ruténia, ktorá ešte stále oplýva mnohými bielymi škvrnami.

sovietsky vedec Sergej Michajlovič Starostin zasvätil celý svoj život štúdiu chémie ruténia a jeho zlúčenín. Bol to on, kto zistil, že obrovské ťažkosti, ktoré vznikajú pri separácii ruténia od plutónia a uránu, sú spojené s tvorbou a vlastnosťami ruténiových nitrózokomplexov.

Niektorí vedci naznačujú, že bude možné izolovať aj anorganické polyméry na báze ruténiumnitrózokomplexov.

Pred niekoľkými desaťročiami slúžili ruténiové komplexy teórii chémie významnou službou a stali sa vynikajúcim modelom, s ktorým Werner vytvoril svoju slávnu teóriu koordinácie. Polymérne zlúčeniny ruténia budú prípadne slúžiť aj ako model pre vytvorenie teórie anorganických polymérov.

Výzva č. 3: Použitie ruténia

Kde sa ruténium používa a aké sú vyhliadky na jeho využitie?

Ruténium, podobne ako platina a paládium, má katalytické vlastnosti, ale často sa od nich líši väčšou selektivitou a selektivitou. Kovové ruténium a jeho zliatiny sa používajú pri heterogénnej katalýze. Najúčinnejšie katalyzátory sa získavajú ukladaním ruténia na rôzne nosiče s vysoko vyvinutými povrchmi. V mnohých prípadoch sa používa spolu s platinou, aby sa zvýšila jej katalytická aktivita. Zliatina ródia, ruténia a platiny urýchľuje oxidáciu amoniaku pri výrobe kyseliny dusičnej. Ruténium sa používa na syntézu kyseliny kyanovodíkovej z amoniaku a metánu, na výrobu nasýtených uhľovodíkov z vodíka a oxidu uhoľnatého. V zahraničí je patentovaný spôsob polymerizácie etylénu na ruténiovom katalyzátore.

Ruténiové katalyzátory sa stali dôležitými pre reakciu získavania glycerolu a iných viacsýtnych alkoholov z celulózy jej hydrogenáciou.

Organokovové zlúčeniny ruténia sa používajú v homogénnej katalýze pre rôzne hydrogenačné reakcie a v selektivite a katalytickej aktivite nie sú horšie ako známe katalyzátory na báze ródia.

Hlavnou výhodou ruténiového katalyzátora je jeho vysoká selektivita. Práve ona umožňuje chemikom používať ruténium na syntézu širokej škály organických a anorganických produktov. Ruténiový katalyzátor začína vážne konkurovať platine, irídiu a ródiu.

Možnosť prvku č. 44 v metalurgii je o niečo menšia, ale využíva sa aj v tomto odvetví. Malé prídavky ruténia vo všeobecnosti zvyšujú koróznu odolnosť, pevnosť a tvrdosť zliatiny. Najčastejšie sa zavádza do kovov, z ktorých sa vyrábajú kontakty pre elektrotechniku a rádiové zariadenia. Zliatina ruténia a platiny našla uplatnenie v palivových článkoch niektorých amerických umelých satelitov Zeme. Zliatiny ruténia s lantánom, cérom, skandiom, ytriom majú supravodivosť. Termočlánky vyrobené zo zliatiny irídia a ruténia umožňujú merať najvyššie teploty.

Veľa možno očakávať aj od použitia ruténiových povlakov nanesených vo forme tenkej vrstvy (filmu) na rôzne materiály a výrobky. Takáto fólia výrazne mení vlastnosti a kvalitu výrobkov, zvyšuje ich chemickú a mechanickú odolnosť, robí ich odolnými voči korózii, výrazne zlepšuje elektrické vlastnosti atď. Tenké povlaky z ušľachtilých kovov, vrátane ruténia, v posledné roky sú čoraz dôležitejšie v rôznych oblastiach elektroniky, rádia a elektrotechniky, chemického priemyslu, ako aj v klenotníctve.

Zaujímavú vlastnosť kovového ruténia – absorbovať a prepúšťať vodík – možno úspešne využiť na extrakciu vodíka zo zmesi plynov a získanie ultračistého vodíka.

Mnohé zlúčeniny ruténia majú užitočné vlastnosti. Niektoré z nich sa používajú ako prísady do skla a smaltu ako trvalé farbivá; chloridy ruténia napríklad zvyšujú luminiscenciu luminolu, polyamíny ruténia majú fluorescenčné vlastnosti, soľ Na2 2H2O je piezoelektrikum, RuO4 je najsilnejšie oxidačné činidlo. Mnohé zlúčeniny ruténia sú biologicky aktívne.

"Večné" pero

Hroty plniacich pier sa neustále otierajú o papier, a preto sa obrusujú. Aby bolo pero skutočne „večné“, spájkovanie sa vykonáva na hrote. Niektoré zliatiny na spájkovanie „večného“ peria zahŕňajú ruténium. Okrem toho tieto zliatiny obsahujú volfrám, kobalt, bór.

Ruténium sa používa aj pri výrobe zliatin na ložiskové ihly kompasu. Tieto zliatiny musia byť tvrdé, pevné a odolné. Z prírodných minerálov má takéto vlastnosti veľmi vzácne osmium irídium. Umelé materiály pre strelky kompasu spolu s osmiom a irídiom a niekedy aj inými kovmi zahŕňajú prvok č. 44 - ruténium.

Je tam kontakt!

Meď sa na kontakty v elektrotechnike používa už dlho. Je to ideálny materiál na prenos vysokých prúdov. Čo ak po určitom čase sú kontakty pokryté oxidom medi? Dajú sa pretrieť brúsnym papierom a budú sa opäť lesknúť, ako nové. Ďalšia vec je v slaboprúdovej technike. Tu môže akýkoľvek oxidový film na kontakte narušiť činnosť celého systému. Preto sú kontakty pre nízke prúdy vyrobené z paládia alebo zliatiny striebra a paládia. Tieto materiály však nemajú dostatočnú mechanickú pevnosť. Pridanie malého množstva ruténia (1 ... 5 %) do zliatin dáva kontaktom tvrdosť a pevnosť. To isté platí pre klzné kontakty, ktoré musia dobre odolávať oderu.

ruténiová červená.

Toto je názov anorganického farbiva, ktorým je komplexný chlorid amónny ruténia. Ruténiová červeň sa používa pri štúdiách v anatómii a histológii (náuka o živých tkanivách). Roztok tohto farbiva pri zriedení 1:5000 farbí pektínové látky a niektoré tkaniny do ružových a červených tónov. Vďaka tomu je výskumník schopný rozlíšiť tieto látky od ostatných a lepšie analyzovať rez pozorovaný pod mikroskopom.

Aplikácia ruténia na pestovanie grafénu.

Vedci z Brookhaven National Laboratory (USA) dokázali, že počas epitaxného rastu grafénu na povrchu Ru(0001) vznikajú makroskopické oblasti grafénu. V tomto prípade rast postupuje vrstvu po vrstve a hoci je prvá vrstva pevne spojená so substrátom, druhá vrstva s ním prakticky neinteraguje a zachováva si všetky jedinečné vlastnosti grafén.
Syntéza je založená na skutočnosti, že rozpustnosť uhlíka v ruténiu silne závisí od teploty. Pri 1150 °C je ruténium nasýtené uhlíkom a keď teplota klesne na 825 °C, uhlík sa dostane na povrch, čo vedie k vytvoreniu grafénových ostrovčekov väčších ako 100 µm. Ostrovy rastú a spájajú sa, po ktorých začína rast druhej vrstvy.

Náhľad:

Ak chcete použiť ukážku prezentácií, vytvorte si Google účet (účet) a prihláste sa: https://accounts.google.com

Popisy snímok:

Kazaňský chemický prvok - Ruténium.

Účel práce: Preskúmať históriu objavu ruténia Študovať vlastnosti a hlavné oblasti použitia prvku

Ruténium je prvý chemický prvok, ktorý objavil ruský chemik Karl Karlovich Klaus. Ako posledné medzi nimi bolo objavené ruténium, zástupca platinových kovov. K.K. Claus

Chemické laboratórium Kazanskej univerzity, kde Klaus pracoval v roku 1842. O sto rokov neskôr v tejto miestnosti začal svoju prácu budúci Kurchatovov inštitút.

Ruténium (lat. Ruthenium), Ru, chemický prvok skupiny VIII periodického systému Mendelejeva, atómové číslo 44, atómová hmotnosť 101,07; jeden z platinových kovov. Chemický prvok je pomenovaný po Rusku (latinský názov pre Rusko je Ruthenia)

ruský kov. Názov ruténia nie je náhodou v súlade s názvom krajiny. 44. prvok periodickej tabuľky bol prvýkrát objavený v pohorí Ural. V 20. rokoch 19. storočia tam našli.

Ozain, profesor na Yuryev University, začal študovať vzorky. Bol to on, kto objavil nový kov v platinových ingotoch a dal mu latinský názov.

Ruthenia znamená v starovekom jazyku Rusko. Akadémia vied oznámila objav v roku 1844. Odvtedy prešli takmer 2 storočia. To stačilo na dôkladné preštudovanie ruténium.

Chemické a fyzikálne vlastnosti ruténia

Byť platinovým prvok ruténium považovaný za ušľachtilý. Vzácny kov je krásny a tvrdý. Ak zlato a striebro dostanú 4 body, potom ruténium - 6,5. To znamená, že tvrdosť prvku je blízka kremeňu, ktorého predstaviteľmi sú kamene ametyst, horský krištáľ, rauchtopaz.

Tvrdosť ruténia je kombinovaná s krehkosťou. kov sa ľahko rozdrví v mažiari a rozpadne sa na prášok. Kamenivo sa tiež pri náraze rozbije a spadne z výšky. Zrýchlenie takéhoto pádu nebude veľké, kvôli všetkým platinoidom ruténium je najľahšie. Hustota kovu je menšia ako 13 gramov na centimeter kubický.

Ruténium je málo odolné voči nárazu, veľmi dobre odoláva teplu. Kov sa topí pri teplote 2334 stupňov Celzia. Kvapalina nie je jediným výsledkom zahrievania.

Ak pôsobíte elektrickým oblúkom alebo ohrievate prvok na vzduchu, prejde do plynného stavu. Predchádza mu oxid ruteničitý. Zlaté ihličie sa rýchlo topí a uvoľňuje zápach ozónu.

Ak sa tetoxid premení na kvapalinu a nie na plyn, akýkoľvek kontakt s organickou látkou bude mať za následok výbuch. Priemyselníci to často provokujú, pretože povaha spojenia vám umožňuje absolútne zvýrazniť čisté ruténium.

Oxid ruténia vytvorené pri teplote nie nižšej ako 930 stupňov. To dokazuje ušľachtilosť kovu. Nefarbí a nekoroduje. Prvok sa vo všeobecnosti považuje za inertný.

Do reakcie vstupuje len za neštandardných podmienok. Za normálnych podmienok je platinoid nerozpustný ani v Aqua regia. Materiál neprijímajú len jednotlivé kyseliny a zásady, ale aj ich zmesi.

44. prvok interaguje s inými kovmi pri zahriatí na najmenej 400 stupňov Celzia. Za rovnakých podmienok začína reakcia s chlórom, dusičnanmi a zásadami.

Ruténium je chemický prvok schopný byť katalyzátorom. To znamená, že kov urýchľuje alebo spomaľuje reakcie medzi inými látkami. Je pravda, že kvôli inertnosti sú katalytické vlastnosti prvku selektívne. Schopnosť stať sa supravodičom je stála ruténiová kvalita. Nulový odpor voči prúdu je výsledkom zahrievania materiálu.

Para je často predmetom štúdia chemikov. ruténium-osmium. Zaujímavé je aj porovnanie s ródiom a železom. 44. prvok má podobné vlastnosti ako tieto kovy. Jedna schopnosť ruténia ho však robí jedinečným.

Platinoid môže byť okamžite v 8 valenciách a neustále ich meniť. Valencia je schopnosť atómu tvoriť určitý počet väzieb s inými atómami. Ukázalo sa, ruténium je schopné pripojiť od 1. do 8.

Aplikácia ruténia

Kov má jasný a príjemný modrosivý tón. Prvok je ušľachtilý a neoxiduje. To priťahuje. Neexistujú však žiadne produkty vyrobené z čistého ruténia. Po prvé, prvok je vzácny, okrem Ruska sa vyskytoval iba na ostrove Borneo.

Po druhé, platinoid je krehký, preto sa používa iba ako vzácny. Stávajú sa tvrdšími a odolnejšími. Prísada je prítomná spravidla iba v zliatinách platiny a iba vo výrobkoch známych značiek.

Dôvodom sú vysoké náklady na ruténium a náročnosť práce s ním kvôli jeho špeciálnej žiaruvzdornosti. Na druhej strane len 0,1 % 44. prvku zvyšuje odolnosť titánových šperkov proti korózii, pridáva 1 bod pevnosti alebo platiny.

Ruténium je prísada, ktorá môže dodať čiernu farbu. Nepravidelne sfarbená zliatina je besnenie. Stmavujú zlato a ródium, ale odtieň nie je taký sýty ako v prípade ligatúry ruténia. Milovníci drahého šiku sú pripravení preplatiť za nezvyčajné šperky.

Ruténiové farbivá, presnejšie jeho zlúčeniny, sa využívali aj v sklárskom priemysle. K niektorým elitným emailom sa pridávajú aj kompozície so 44. kovom. Existujú dokonca aj fluorescenčné nátery. Za svoju žiaru vďačia práve zlúčeninám 44. prvku.

Jedno z farbív prijala medicína. Ruténiová červená je schopná zvýrazniť tkanivá, keď sa študujú napríklad pod mikroskopom. Najnovším vývojom je farbenie nádorov. To umožňuje chirurgom vidieť každú postihnutú bunku.

Lekári používajú ruténium nielen ako prostriedok na identifikáciu postihnutých tkanív, ale aj ako liek. Prípravky založené na 44. prvku sú určené na boj proti tuberkulóze a mnohým infekciám, ktoré postihujú kožu.

Bez ruténia vesmírny priemysel nie je ušetrený. Palivové články satelitov Zeme sú doslova vzácne. Skladajú sa zo zliatiny 44. kovu s platinou.

Iba taká kompozícia z hľadiska žiaruvzdornosti je schopná vydržať zaťaženie na obežnej dráhe. Odolnosť ruténia voči teplu z neho urobila aj surovinu pre termočlánky. Používajú sa na meranie vysokých teplôt.

Elektronika používa čisté ruténiový vzorec. Kov sa nanáša v tenkej vrstve ako antikorózny náter napr. Odprašovanie ich robí chemicky nezraniteľnými a znižuje mechanické opotrebenie.

Ťažba ruténia

Svetové zásoby kovu sa odhadujú len na 5000 ton. Ruténium je zároveň odpad. To znamená, že prvok sa neťaží oddelene, ale izoluje sa zo zvyškov výroby platiny.

Prideľte 44 kov a zo štiepnych fragmentov jadrových materiálov. Medzi nimi - plutónium, tórium, urán. Vo zvyškoch vyhoreného jadrového paliva nájdete 250 gramov ruténia na každú tonu.

Na fotografii je náramok vyrobený zo zliatiny, ktorá obsahuje ruténium

Ak sa uchýlite k ožarovaniu neutrónmi, 44. prvok možno získať z technécia-99. Je to jeden z jadrových izomérov kovu. Ako surovina na extrakciu ruténia sa používa zriedka, pretože je samo o sebe užitočné pre ľudstvo. 99. technécium sa nazýva lekársky rádioizotop. Je základom mnohých diagnostických postupov.

Cena ruténia

V januári 2016 pre gram ruténia pýtať asi 115 rubľov. Ide o údaje z búrz neželezných kovov, najmä londýnskej burzy. Ukazuje sa, že 44. prvok je drahší, ale lacnejší ako iné drahé kovy. Takže za gram zlata musíte zaplatiť viac ako 2 700 rubľov. Osmium stojí 1000. 300 rubľov viac.

Ceny ruténia dosiahli vrchol v roku 2008. Potom za 1 gram požiadali o viac ako 800 rubľov. To znamená, že za predchádzajúce 4 roky vzrástli požiadavky predajcov 25-krát. Vzorka bola odobratá za posledných 20 rokov obchodovania. Cenovka dosiahla v roku 2010 takmer 300 rubľov.

Zvyšok času sa náklady na vzácne suroviny pohybovali okolo 100 - 200 rubľov. Napriek tomu je materiál zaradený do top 10 najdrahších kovov, pričom v ňom zaujíma buď 8. alebo 9. pozíciu. Ak vezmeme do úvahy, že prvok nakupujú hlavne priemyselníci, objem ich objednávok sa počíta ďaleko od gramov a ďaleko od stoviek rubľov.

Ruthenia znamená v latinčine „Rusko“. Rovnako ako Rusko, aj ruténium je krásne, tajomné a pre človeka mimoriadne nepohodlné. po prvé, získať čisté ruténium je problém, ktorý doteraz nebol vyriešený. Po druhé, ruténium je také krehké, že ho nie je možné použiť v čistej forme. Po tretie, ruténium vo forme rôznych chemických zlúčenín je často nebezpečné. Vrátane výbušných!

Prečo nie Rusko?

História metalu

Karl-Ernst Klaus, pobaltský Nemec, sa narodil a vyrastal v Estónsku. Ako dieťa bol rozpoltený medzi túžbou stať sa botanikom a myšlienkou živiť sa ako lekárnik. Osud mu však kázal zabudnúť na nezmysly, realizovať sa ako ruský chemik a ísť pracovať na Kazanskú univerzitu.
Karl Karlovich odolával, ako len mohol. Oženil sa s Nemkou, nezanechal botaniku (dodnes je po ňom pomenovaný jeden z rodov kapusty), k chémii sa správal nielen odmietavo, ale ... nie vážne. Rukami sa dotýkal kyselín, ochutnával roztoky, cítil jedovaté plyny, aby si zapamätal ich vôňu, a často vyjadroval úvahy, ktoré sa na váženého vedca nehodili. Vo všeobecnosti ukázal všetky črty ruského charakteru - a nie márne!

Väčšinu z toho, čo profesor K.K. Klausove myšlienky, príliš odvážne na svoju dobu, sa ukázali ako pravdivé. Implementáciou jedného z nich, v roku 1844, Klaus získal šesť gramov kovu dovtedy neznámeho vedy a následne pomenovaného ruténium.

Svetlá svetového spoločenstva zaznamenali blízkosť nového kovu čiastočne k železu, čiastočne k osmiu. Bol – a odvtedy nezmizol – silný názor, že Zo všetkých takzvaných „ušľachtilých“ kovov je ruténium najzákladnejšie...

Vlastnosti ruténia

Už stopäťdesiat rokov je ruténium úplne k dispozícii výskumníkom, ale stále neexistuje komplexné pochopenie jeho schopností. Experimentátori narazili na paradoxný jav: fyzikálne vlastnosti tejto platinoidy sa menia v závislosti od spôsobu získania kovu.

Vedci chápu, že prítomnosť rozdielu vo vlastnostiach hovorí len o kontaminácii vzoriek. Uvedomenie si problému je trochu záhadné, pretože efektívnym spôsobom Ruténium ešte nebolo očistené od nečistôt; a čiastočne - povzbudivé, pretože teoretické charakteristiky látky sú veľmi závideniahodné.

Tak či onak, dnes nie je možné zbaviť ruténium krehkosti, ktorá je vlastná jeho odliatkom. Pokusy obrábanie(kovanie, lisovanie, rezanie) končí zničením ruténiového bloku.

Medzitým sa pracovníci výroby veľmi zaujímajú o „dobytie“ kovu: Kapacita absorpcie plynu ruténia je neprekonateľná. Ak je paládium schopné absorbovať vodík 940-násobok svojho objemu, potom ruténium má takmer dvakrát toľko! Absorpčná kapacita ruténia sa zároveň netýka len vodíka, ale aj dusíka a v menšej miere aj iných nekovov.

Oxid ruténitý RuO4 (rovnako ako jemne rozptýlené ródium) je tak chemicky aktívny, že je dokonca výbušný. Je pravda, že ródiové aj ruténiové výbušniny sú drahým fenoménom ...

Cena a prevalencia

Podľa geológov nie je ruténium v zemskej kôre viac ako päťtisíc ton. Takéto nevýznamné množstvo, rozptyl a zložitosť ťažby určujú pôvodne vysoké náklady na kov.

Obmedzený dopyt však robí úpravy cenníka drahých kovov. Ruténium je najlacnejšie. Jeho trhová hodnota na začiatku roka 2016 je len 2,7-krát vyššia ako cena ruténia takmer 30-krát – a to aj napriek tomu, že ročná produkcia ruténia zriedka presahuje 20 ton a zlato vstupuje na svetový trh 2500 ton ročne.

Žiadne férové ceny! Nakoľko v krajine na Rusi žiadny nie je...

Kam ide ruténium?

Na rozdiel od väčšiny ušľachtilých kovov sa ruténium nepoužíva v klenotníckom priemysle a už vôbec nie. Ide tu nielen o nedostatok expresivity jeho prirodzeného vzhľadu a nepohodlie fyzikálne vlastnosti. Chemická aktivita zlúčenín ruténia je taká veľkáže zavedenie kovu do ľudského života nevyhnutne povedie k zvýšeniu chorobnosti – lekári sú si istí.
Leví podiel vyťaženého ruténia ide do elektronického priemyslu. Približne tretinu objemu výroby získavajú podniky elektrochemického cyklu. Zvyšnú tretinu spotrebuje klasický chemický priemysel. Len veľmi málo zlúčenín ruténia potrebuje medicína na výrobu výskumných a terapeutických liečiv.

Zariadenia na čistenie vody kozmických lodí fungujú na ruténiových katalyzátoroch – sú najúčinnejšie. V metalurgii neželezných kovov je ruténium cennou legujúcou prísadou. V koncentráciách na úrovni desatín a stotín percent ušľachtilý kov výrazne zvyšuje pevnostné vlastnosti výrobkov. Lopatky turbín prúdových motorov, vysokoteplotné časti rakiet, palivové vybavenie lietadiel obsahujú ruténium.

Niektoré technológie na získavanie grafénu sú založené na využití schopnosti ruténia pohlcovať nekovy. Ruténiový substrát sa ukazuje ako spoľahlivý základ pre pestovanie modifikovaného uhlíka.

Prášková zmes oxidu ruteničitého a tetraoxidu umožňuje forenzným vedcom odhaliť jemné odtlačky prstov. Žiadne iné zlúčeniny sa „nelepia“ do molekúl tuku takou silou!

Použitie ruténiovej farby ako ... solárnej batérie sa zdá byť veľmi sľubné. V budúcnosti bude môcť človek využívať slnečnú energiu pomocou konvertora, ktorý sa nosí vo forme spreja s farbou a dvoch drôtov - a takýto systém sľubuje, že bude stáť len centy.

Problematické ruténium

Problému ruténia čelili jadroví vedci a s nimi aj environmentalisti. Pre nich je vážnym a neriešiteľným problémom rádioaktívne ruténium, ktoré vzniká v reaktoroch pri rozpade uránu a plutónia.

Až tretinu hmoty trosky v reaktore tvorí nebezpečné rádioruténium. Je mimoriadne ťažké odstrániť extrémne "lepkavý" kov. Ale pri konzervácii jadrového odpadu je ruténium prvé, ktoré nájde cestu von zo skladu! Migrácia aktívneho ruténia prebieha všetkými možnými spôsobmi.

Nie je vždy možné postaviť spoľahlivú bariéru do cesty príliš „pohyblivému“ prvku, ako aj deaktivovať kov. Strukoviny, obľúbené jedlo ľudí a zvierat, koncentrujú vo svojich koreňoch pôdne ruténium.

Ruténium je prvok vedľajšej podskupiny ôsmej skupiny piatej periódy periodického systému chemických prvkov D. I. Mendelejeva, atómové číslo 44. Označuje sa symbolom Ru (lat. ruténium).

História objavu ruténia

História objavu tohto prvku sa začala v Rusku, keď boli v 20. rokoch 19. storočia na Urale objavené ložiská platiny. Správa o tomto objave sa rýchlo rozšírila po celom svete a vyvolala na medzinárodnom trhu množstvo obáv a nepokojov. Medzi zahraničnými špekulantmi sa šuškalo o obludných nugetách, o platinovom piesku, ktorý baníci platiny naberajú priamo lopatami. Vklady platiny sa skutočne ukázali ako bohaté a gróf Kankrin, ktorý bol v tom čase ministrom financií Ruska, nariadil raziť platinové mince. Mince sa začali raziť v nominálnych hodnotách 3,6 a 12 rubľov. Vydalo sa 1 400 000 platinových mincí, na ktoré bolo použitých viac ako 20 ton natívnej platiny.

V roku Kankrinovho príkazu na razenie mincí Ozann, profesor na Yuryevskej univerzite, skúmajúci vzorky uralskej platiny, dospel k záveru, že platinu sprevádzajú tri nové kovy. Ozann nazval jeden z nich polobežný, druhý - polynóm a tretí na počesť latinského názvu. Rusko - Ruthenium dalo meno - ruthenium. Chemici privítali Ozannov „objav“ s nedôverou. Protestoval najmä švédsky chemik Berzelius, ktorého autorita bola v tom čase skutočne celosvetová. Spor, ktorý vznikol medzi Ozannom a Berzeliusom, sa zaviazal vyriešiť profesor chémie na Kazanskej univerzite K. K. Klaus. Keď Klaus dostal k dispozícii malé množstvo zvyškov z razby platinovej mince, objavil v nich nový kov, za ktorým si ponechal názov ruténium, ktorý navrhol Ozann. Klaus urobil 13. septembra 1844 v Akadémii vied správu o novom prvku a jeho vlastnostiach. V roku 1845 Klausova správa s názvom „ Chemický výskum pozostatky uralskej platinovej rudy a ruténiového kovu“ bola vydaná ako samostatná kniha. „... Malé množstvo študovaného materiálu – nie viac ako šesť gramov úplne čistého kovu – mi neumožnilo pokračovať vo výskume,“ napísal Klaus vo svojej knihe.údaje o vlastnostiach nového kovu umožnili Klausovi pevne deklarovať objav nového chemického prvku.

Klaus, ktorý chcel zoznámiť zahraničných vedcov s objavom nového prvku, poslal vzorku kovu Berzeliusovi. Berzeliusova odpoveď bola prinajmenšom zvláštna. S novým prvkom v ruke s podrobným popisom vlastností nesúhlasil s názorom Klausa. Berzelius uviedol, že kov, ktorý dostal od Klausa, bol „vzorkou nečistého irídia“, dlho známeho prvku. Berzelius bol neskôr nútený priznať svoju chybu.

Získanie ruténia

Separácia platinových kovov a ich získanie v čistej forme (rafinácia) je veľmi náročná úloha, ktorá si vyžaduje veľa práce, času, drahých činidiel a vysokej zručnosti. Natívna platina, platinový „šrot“ a ďalšie materiály sa najskôr spracujú „kráľovskou vodkou“ s miernym ohrevom. V tomto prípade platina a paládium úplne prechádzajú do roztoku vo forme H2 a H2, medi, železa a niklu - vo forme chloridov CuCl2, FeCl3, NiCl2. Ródium a irídium sú čiastočne rozpustené vo forme H3 a H2. Zvyšok nerozpustný v aqua regia pozostáva zo zlúčeniny osmia s irídiom, ako aj z pridružených minerálov (kremeň SiO2, chrómová železná ruda FeCr2O4, magnetická železná ruda Fe3O4 atď.) Po prefiltrovaní roztoku sa z neho amóniom vyzráža platina chlorid. Aby však zrazenina hexachlórplatičitanu amónneho neobsahovala irídium, ktoré tvorí aj ťažko rozpustný hexachlóririd amónny (IV) (NH4)2, je potrebné Ir (IV) zredukovať na Ir (III). Robí sa to pridaním napríklad trstinového cukru C12H22O14 (metóda I.I. Chernyaeva). Hexachlórrid amónny (III) je rozpustný vo vode a chlorid amónny sa nezráža. Zrazenina hexachlórplatnatanu amónneho sa odfiltruje, premyje, suší a kalcinuje. Výsledná platinová špongia sa lisuje a následne taví v kyslíkovo-vodíkovom plameni alebo v elektrickej vysokofrekvenčnej peci. Paládium, ródium a irídium sa extrahujú z filtra z hexachlórplatičitanu amónneho; Irídium, osmium a ruténium sú izolované zo zliatiny irídia. Chemické operácie potrebné na to sú veľmi zložité. V súčasnosti sú hlavným zdrojom platinových kovov rudy sulfidu medi a niklu. V dôsledku ich zložitého spracovania dochádza k taveniu takzvaných „hrubých“ kovov – kontaminovaného niklu a medi. Pri ich elektrolytickej rafinácii sa ušľachtilé kovy hromadia vo forme anódového kalu, ktorý sa posiela na rafináciu.

Významným zdrojom ruténia pre jeho ťažbu je jeho izolácia zo štiepnych fragmentov jadrových materiálov (plutónium, urán, tórium), kde jeho obsah vo vyhoretých palivových tyčiach dosahuje 250 gramov na tonu „vyhoreného“ jadrového paliva.

Fyzikálne vlastnosti ruténia

Z hľadiska žiaruvzdornosti (Tmelt 2250 ° C) je ruténium horšie iba niekoľko prvkov - rénium, osmium, volfrám.

Chemické vlastnosti ruténia

Ruténium a osmium sú krehké a veľmi tvrdé. Pôsobením kyslíka a silných oxidačných činidiel tvoria oxidy RuO4 a OsO4. Sú to žlté kryštály s nízkou teplotou topenia. Výpary oboch zlúčenín majú ostrý, nepríjemný zápach a sú vysoko toxické. Obe zlúčeniny ľahko odovzdávajú kyslík, pričom sa redukujú na RuO2 a OsO2 alebo na kovy. S alkáliami poskytuje RuO4 soli (rutenáty): 2Ru04 + 4KOH = 2K2RuO4 + 2H2O + O2

Aplikácia ruténia

Malý prídavok ruténia (0,1 %) zvyšuje odolnosť titánu proti korózii.
V zliatine s platinou sa používa na výrobu elektrických kontaktov extrémne odolných voči opotrebovaniu.
Katalyzátor mnohých chemických reakcií. Veľmi dôležité miesto ruténia ako katalyzátora v systémoch čistenia vody orbitálnych staníc.

Jedinečná je aj schopnosť ruténia pri izbovej teplote katalyticky viazať vzdušný dusík.

Ruténium a jeho zliatiny nachádzajú uplatnenie ako vysokoteplotné konštrukčné materiály v leteckom inžinierstve a až do 1500 °C prekonávajú najlepšie zliatiny molybdénu a volfrámu v pevnosti (s výhodou vysokej odolnosti voči oxidácii).

Oxid ruténia bol v posledných rokoch široko študovaný ako materiál na výrobu superkondenzátorov pre elektrickú energiu so špecifickou elektrickou kapacitou viac ako 700 Farad/gram.

Aplikácia ruténia na pestovanie grafénu

Syntéza je založená na skutočnosti, že rozpustnosť uhlíka v ruténiu silne závisí od teploty. Pri 1150 °C je ruténium nasýtené uhlíkom a keď teplota klesne na 825 °C, uhlík sa dostane na povrch, čo vedie k vytvoreniu grafénových ostrovčekov väčších ako 100 µm. Ostrovy rastú a spájajú sa, po ktorých začína rast druhej vrstvy.