Rutenij je najlažja in najmanj "plemenita" od vseh kovin skupine platine. Je morda najbolj "večvalenten" element (znanih je devet valenčnih stanj). Kljub več kot pol stoletja raziskovalne zgodovine pa sodobnim kemikom še danes postavlja veliko vprašanj in težav. Kaj je torej rutenij kot kemični element? Za začetek kratka digresija v zgodovino.
Skrivnostno in bogato
Ime in zgodovina odkritja rutenija sta neločljivo povezani z Rusijo. Na samem začetku 20. stoletja je bila svetovna skupnost navdušena in zaskrbljena ob novici, da so v Ruskem cesarstvu odkrili najbogatejša nahajališča platine. Pojavile so se govorice, da bi na Uralu lahko pridobivanje te plemenite kovine izvajali z navadno lopato. Dejstvo o odkritju bogatih nahajališč je kmalu potrdilo dejstvo, da je minister za finance Rusije E. F. Kankrin v kovnico v Sankt Peterburgu poslal najvišji odlok o kovanju kovancev iz platine. V naslednjih letih je bilo v obtok danih približno milijon in pol kovancev (3, 6 in 12 rubljev), za proizvodnjo katerih je bilo porabljenih 20 ton plemenitih kovin.
"Discovery" Ozanne
Profesor Univerze Derpt-Yuryevsky (zdaj Tartu) Gottfried Ozann je začel preučevati sestavo dragocene rude Urala. Prišel je do zaključka, da platino spremljajo tri neznane kovine – polinom, polinom in rutenij – ki jim je imena dal sam Ozann. Mimogrede, tretjega je poimenoval po Rusiji (iz latinskega Ruthenia).
Ozannovi kolegi po Evropi, na čelu z najbolj avtoritativnim švedskim kemikom Jensom Berzeliusom, so bili do profesorjevega poročila zelo kritični. V poskusu opravičevanja je znanstvenik ponovil vrsto svojih poskusov, vendar ni dosegel enakih rezultatov.
Dve desetletji pozneje se je profesor kemije Karl Karlovich Klauss (Univerza Kazan) zanimal za Ozannovo delo. Zagotovil je dovoljenje ministrstva za finance, da vzame nekaj funtov ostankov kovancev iz laboratorija kovnice za ponovno testiranje.
kazanski kemični element rutenij
Ruski akademik A. E. Arbuzov je v svojih spisih poudaril, da je kemik za odkrivanje novega elementa v tistih časih potreboval izjemno marljivost in vztrajnost, opazovanje in vpogled ter, kar je najpomembneje, subtilen eksperimentalni duh. Vse zgoraj navedene lastnosti so bile v najvišji meri lastne mlademu Karlu Clausu.
Raziskava znanstvenika je imela tudi praktičen pomen – dodatno pridobivanje čiste platine iz rudnih ostankov. Ko je razvil svoj načrt za eksperiment, je Klauss spojil rudni material s salitro in ekstrahirala topne elemente: osmij, iridij,paladij. Netopni del smo izpostavili mešanici koncentriranih kislin ("aqua regia") in destilaciji. V oborinah železovega hidroksida je odkril prisotnost neznane kovine in jo izoliral najprej v obliki sulfida, nato pa v čisti obliki (približno 6 gramov). Profesor je obdržal ime, ki ga je predlagal Ozann za element - rutenij.
Odpri in dokaži
A kot se je izkazalo, se je zgodba o odkritju kemičnega elementa rutenija šele začela. Po objavi rezultatov študije leta 1844 je Clauss udaril točo kritik. Največji kemiki na svetu so skeptično sprejeli sklepe neznanega kazanskega znanstvenika. Tudi pošiljanje vzorca novega elementa Berzeliusu ni rešilo položaja. Po mnenju švedskega mojstra je bil Claussov rutenij le "vzorec nečistega iridija".
Samo izjemne lastnosti Karla Karloviča kot analitičnega kemika in eksperimentatorja ter vrsta dodatnih študij so znanstveniku omogočile, da dokaže svoj primer. Leta 1846 je odkritje dobilo uradno priznanje in potrditev. Za svoje delo je bil Klauss nagrajen z Demidovsko nagrado Ruske akademije znanosti v višini 10 tisoč rubljev. Zahvaljujoč talentu in vztrajnosti profesorja iz Kazana je bil med platinoide dodan rutenij, prvi element, odkrit v Rusiji.
Nadaljnje raziskave
Glavni problem pri preučevanju kemičnih in fizikalnih lastnosti rutenija je izjemno omejena vsebnostta kovina v zemeljski skorji. Na primer, v odpadkih proizvodnje platine (Claussov delovni material) je njegova vsebnost približno 1%. Večina kemijskih znanstvenikov prepoznava rutenij kot izjemno neugodno snov za študij. Številne slepe ulice pogosto povzročijo, da raziskovalci omejijo ali prekinejo svoje delo.
Sovjetski znanstvenik SM Starostin je vse svoje življenje posvetil preučevanju lastnosti "neudobne" kovine in njenih spojin. Glavni rezultat delovanja kemika so sklepi o lastnostih rutenijevih nitrozo kompleksov in z njimi povezanih težavah pri ločevanju čiste kovine od spremljajočega urana in plutonija. Kaj je rutenij kot kemični element?
Fizične lastnosti
Rutenij je kovina, katere barva se glede na način pridobivanja giblje od sivo-modrikaste do srebrno-bele. Nekatere fizikalne značilnosti kemičnega elementa rutenija nam omogočajo, da ga štejemo za edinstveno snov. Poleg visoke krhkosti (kristale se celo zlahka ročno zmeljejo v prah) ima rutenij izjemno trdoto - 6,5 na desetstopenjski mineraloški trdotni lestvici (Mohsova lestvica). Morda najlažja kovina platinske skupine. Gostota je 12,45 g/cm3. Je zelo ognjevzdržen - temperatura prehoda v tekoče stanje je 2334 ° C. Med taljenjem v električnem loku opazimo hkratno izhlapevanje kovine. Med visokotemperaturnim žganjem na prostem se element v obliki "hlapi".tetroksidi.
Rutenij je razvrščen kot superprevodnik. Kovina izkazuje ničelno odpornost, ko se ohladi na 0,47 K. Ta lastnost je zelo pomembna z znanstvenega in praktičnega vidika. Kot platinoid je rutenij zelo zanimiva plemenita kovina.
Element Ru
Lastnosti kovine "Kazan" so v mnogih pogledih značilne za predstavnike skupine VΙΙΙ (platina). Rutenij je kemični element periodnega sistema z atomsko številko 44, za katerega je značilna visoka inertnost. Ima 7 stabilnih naravnih in 20 umetnih izotopov z masnimi številkami od 92 do 113.
Pri normalni temperaturi ni podvržen oksidaciji in koroziji, kislinam in alkalijam. Ko se segreje nad 400 ° C, reagira s klorom, pri 930 ° C - s kisikom. Pri nekaterih kovinah kemični element rutenij tvori stabilne zlitine, imenovane intermetalne spojine.
V številnih spojinah ima valenco od nič do osem. Najpomembnejši so rutenijev dioksid in tetroksid, sulfid RuS2 in fluorid RuF5.
V svoji čisti kovinski obliki ima lastnosti katalizatorja z visoko selektivnostjo, kar omogoča, da se uporablja za sintezo najrazličnejših organskih in anorganskih snovi. Služi kot najboljši sorbent za vodik.
Širenje v naravi
Kemični element rutenij je značilen skrajnostredki in razpršeni v naravi. V naravnem okolju tvori edini znani mineral, lavrit. Je trdna snov v obliki majhnih železno-črnih oktaedrov. Najbogatejše in najbolj znano nahajališče se nahaja na plasteh platine na otoku Borneo (Kalimantan). V Rusiji poteka razvoj na Srednjem in južnem Uralu, na polotoku Kola, na ozemljih Krasnojarsk in Habarovsk.
V vseh drugih naravnih spojinah količina rutenija ne presega 0,1%. Sledovi kovine so bili najdeni v nekaterih bakreno-nikljevih rudah in kislih magmatskih kamninah. Nekatere rastline imajo sposobnost koncentriranja in kopičenja rutenija, med katerimi izstopajo predstavniki družine stročnic.
Skupna vsebnost elementa v zemeljski skorji po mnenju strokovnjakov ne presega 5000 ton.
Industrijska proizvodnja
Element rutenij velja za plemenitega, glavni vir kovine pa je odpadna kamnina iz proizvodnje platine. Nesporni vodja pri pridobivanju rutenija (pa tudi platine) je Južnoafriška republika. Razvoj in proizvodnjo te kovine izvajajo tudi Rusija, Kanada in Zimbabve. Mimogrede, slednja država je na drugem mestu na svetu po raziskanih zalogah platinoidov.
Količina rutenija, ki se dobavi na trg, se giblje od 17 do 20 ton na leto. Proizvodni cikel za pridobitev elementa traja približno 6 tednov in je neprekinjena veriga termokemičnih reakcij, ki sledijo ena za drugo.
Tehnologija za pridobitevrutenija z nevtronskim obsevanjem izotopov radioaktivnega tehnecija. Vendar je treba opozoriti, da izolacija čiste in stabilne kovine zaradi njenih kemičnih lastnosti, nepredvidljivosti in nezadostnega znanja ostaja še vedno neresnična.
Aplikacije
Čeprav so vse lastnosti žlahtne kovine v ruteniju v celoti prisotne, element ni bil široko razširjen v industriji nakita. Uporablja se samo za krepitev zlitin in naredi dragi nakit bolj trpežen.
Glede na količino porabljenega rutenija so industrijski sektorji v naslednjem vrstnem redu:
- elektronski.
- Elektrokemična.
- kemikalija.
Katalitične lastnosti elementa so zelo povpraševane. Uporablja se pri sintezi cianovodikove in dušikove kisline, pri proizvodnji nasičenih ogljikovodikov, glicerina in pri polimerizaciji etilena. V metalurški industriji se rutenijevi dodatki uporabljajo za povečanje protikorozijskih lastnosti, za dajanje trdnosti zlitinam, kemične in mehanske odpornosti. Radioaktivni izotopi rutenija pogosto pomagajo znanstvenikom pri njihovih raziskavah.
Številne spojine elementa so bile uporabljene tudi kot dobri oksidanti in barvila. Zlasti kloridi se uporabljajo za povečanje luminiscence.
Biološki pomen
Rutenij ima sposobnost kopičenja v celicah živih tkiv, predvsem mišic (edina kovina skupine platine). Lahko provocirarazvoj alergijskih reakcij, negativno vplivajo na sluznico oči in zgornjih dihalnih poti.
V medicini se žlahtna kovina uporablja kot sredstvo za prepoznavanje prizadetih tkiv. Zdravila na njegovi osnovi se uporabljajo za zdravljenje tuberkuloze in različnih okužb, ki prizadenejo človeško kožo. Iz tega razloga se zdi zelo obetavna uporaba sposobnosti rutenija za tvorbo stabilnih nitrozo kompleksov v boju proti boleznim, ki so povezane s prekomerno koncentracijo nitratov v človeškem telesu (hipertenzija, artritis, septični šok in epilepsija).
Kdo je kriv?
Zahodnoevropski znanstveniki so v zadnjem času resno vznemirili javnost s sporočilom, da po celini narašča vsebnost radioaktivnega izotopa rutenija Ru106. Strokovnjaki popolnoma izključujejo njegovo samoizobraževanje v ozračju. Pa tudi nenamerni izpust iz jedrske elektrarne, od takrat bi bili v zraku nujno prisotni radionuklidi cezija in joda, kar pa eksperimentalni podatki ne potrjujejo. Vpliv tega izotopa na človeško telo, tako kot kateri koli radioaktivni element, vodi do obsevanja tkiv in organov, razvoja raka. Možni viri onesnaženja se po poročanju zahodnih medijev nahajajo na ozemlju Rusije, Ukrajine ali Kazahstana.
V odgovor je predstavnik oddelka za komunikacije Rosatoma dejal, da so vsa podjetja državne korporacije delala in delajo kot običajno. Mednarodna agencija za atomsko energijo (IAEA) je po svojem mnenju na podlagi lastnih podatkov spremljanjavse obtožbe proti Ruski federaciji označil za neutemeljene.
