Rutenij je najlakši i najmanje "plemeniti" od svih metala platinske skupine. To je možda naj"multivalentniji" element (poznato je devet valentnih stanja). Unatoč više od pola stoljeća povijesti istraživanja, ono i danas postavlja mnoga pitanja i probleme suvremenim kemičarima. Dakle, što je rutenij kao kemijski element? Za početak, kratka digresija u povijest.
Tajanstveno i bogato
Ime i povijest otkrića rutenija neraskidivo su povezani s Rusijom. Na samom početku 20. stoljeća svjetsku zajednicu uzbudila je i zabrinula vijest da su u Ruskom Carstvu otkrivena najbogatija nalazišta platine. Postojale su glasine da se na Uralu vađenje ovog plemenitog metala može izvesti običnom lopatom. Činjenica otkrića bogatih ležišta ubrzo je potvrđena činjenicom da je ministar financija Rusije E. F. Kankrin poslao najvišu uredbu o kovanju novca od platine u kovnicu u Sankt Peterburgu. Sljedećih godina u opticaj je pušteno oko milijun i pol kovanica (3, 6 i 12 rubalja), za čiju je proizvodnju utrošeno 20 tona plemenitog metala.
"Discovery" Ozanne
Profesor Sveučilišta Derpt-Yuryevsky (sada Tartu) Gottfried Ozann počeo je proučavati sastav dragocjene rude Urala. Došao je do zaključka da platinu prate tri nepoznata metala - polinom, polinom i rutenij - kojima je nazive dao sam Ozann. Inače, treću je nazvao po Rusiji (iz latinskog Ruthenia).
Ozanneovi kolege diljem Europe, predvođeni najautoritativnijim švedskim kemičarom Jensom Berzeliusom, bili su vrlo kritični prema profesorovom izvješću. U pokušaju da se opravda, znanstvenik je ponovio niz svojih eksperimenata, ali nije uspio postići iste rezultate.
Dva desetljeća kasnije, profesor kemije Karl Karlovich Klauss (Kazansko sveučilište) zainteresirao se za Ozannein rad. Osigurao je dopuštenje ministra financija da uzme nekoliko funti ostatka kovanog novca iz laboratorija kovnice na ponovno testiranje.
Kazan kemijski element rutenij
Ruski akademik A. E. Arbuzov je u svojim spisima napomenuo da je kemičaru, kako bi otkrio novi element tih dana, bila potrebna izuzetna marljivost i ustrajnost, promatranje i uvid, i što je najvažnije, suptilan eksperimentalni njuh. Sve gore navedene kvalitete bile su inherentne mladom Karlu Clausu u najvećoj mjeri.
Istraživanje znanstvenika imalo je i praktičan značaj - dodatno izvlačenje čiste platine iz rudnih ostataka. Nakon što je razvio vlastiti plan za eksperiment, Klauss je spojio rudni materijal sa salitrom i izvukao topljive elemente: osmij, iridij,paladij. Netopljivi dio je bio izložen mješavini koncentriranih kiselina ("aqua regia") i destilaciji. U precipitatu željezovog hidroksida otkrio je prisutnost nepoznatog metala i izolirao ga prvo u obliku sulfida, a zatim u čistom obliku (oko 6 grama). Profesor je zadržao naziv koji je Ozann predložio za element - rutenij.
Otvori i dokaži
Ali kako se pokazalo, priča o otkriću kemijskog elementa rutenija tek je počela. Nakon objavljivanja rezultata studije 1844. godine, Claussa je sručila tuča kritika. Zaključke nepoznatog kazanskog znanstvenika skeptično su primili najveći kemičari na svijetu. Ni slanje uzorka novog elementa Berzeliusu nije spasilo situaciju. Prema švedskom majstoru, Claussov rutenij je bio samo "uzorak nečistog iridija".
Samo izvanredne kvalitete Karla Karlovicha kao analitičkog kemičara i eksperimentatora te niz dodatnih studija omogućili su znanstveniku da dokaže svoj slučaj. Godine 1846. otkriće je dobilo službeno priznanje i potvrdu. Za svoj rad Klauss je nagrađen Demidovskom nagradom Ruske akademije znanosti u iznosu od 10 tisuća rubalja. Zahvaljujući talentu i ustrajnosti kazanskog profesora, rutenij, prvi otkriveni element u Rusiji, dodan je u red platinoida.
Daljnje istraživanje
Glavni problem u proučavanju kemijskih i fizičkih svojstava rutenija je izuzetno ograničen sadržajovaj metal u zemljinoj kori. Na primjer, u otpadu proizvodnje platine (radni materijal Claussa) njegov sadržaj iznosi oko 1%. Većina kemijskih znanstvenika prepoznaje rutenij kao izrazito nepovoljnu tvar za proučavanje. Obilje zastoja često uzrokuje da istraživači skrate ili obustave svoj rad.
Sovjetski znanstvenik SM Starostin posvetio je cijeli svoj život proučavanju svojstava "neugodnog" metala i njegovih spojeva. Glavni rezultat kemičarske aktivnosti su zaključci o svojstvima rutenijevih nitrozo kompleksa i poteškoćama u vezi s njima u odvajanju čistog metala od pratećeg urana i plutonija. Što je rutenij kao kemijski element?
Fizička svojstva
Rutenij je metal čija se boja, ovisno o načinu dobivanja, kreće od sivo-plavkaste do srebrno-bijele. Neke fizičke karakteristike kemijskog elementa rutenija omogućuju nam da ga smatramo jedinstvenom tvari. Uz visoku krhkost (kristali se čak i ručno mljeveni u prah), rutenij ima ekstremnu tvrdoću - 6,5 na ljestvici mineraloške tvrdoće od deset točaka (Mohsova ljestvica). Možda najlakši od metala platinske skupine. Gustoća je 12,45g/cm3. Vrlo je vatrostalna - temperatura prijelaza u tekuće stanje je 2334 ° C. Tijekom taljenja u električnom luku uočava se istovremeno isparavanje metala. Tijekom visokotemperaturnog kalcinacije na otvorenom, element "ispari" u oblikutetroksidi.
Rutenij je klasificiran kao supravodič. Metal pokazuje nultu otpornost kada se ohladi na 0,47 K. Ovo svojstvo je od velike važnosti sa znanstvenog i praktičnog gledišta. Kao platinoid, rutenij je vrlo zanimljiv plemeniti metal.
Element Ru
Svojstva metala "Kazan" u mnogo su aspekta tipična za predstavnike VΙΙΙ (platinaste) grupe. Rutenij je kemijski element periodnog sustava s atomskim brojem 44, karakteriziran visokom inertnošću. Ima 7 stabilnih prirodnih i 20 umjetnih izotopa s masenim brojevima od 92 do 113.
Pod normalnom temperaturom, nije podložan oksidaciji i koroziji, kiselinama i lužinama. Kada se zagrije iznad 400 ° C, reagira s klorom, na 930 ° C - s kisikom. S nekim metalima, kemijski element rutenij tvori stabilne legure koje se nazivaju intermetalni spojevi.
U brojnim spojevima, pokazuje valenciju od nula do osam. Najvažniji su rutenijev dioksid i tetroksid, sulfid RuS2 i fluorid RuF5.
U svom čistom metalnom obliku, ima svojstva katalizatora visoke selektivnosti, što mu omogućuje da se koristi za sintezu širokog spektra organskih i anorganskih tvari. Služi kao najbolji sorbent za vodik.
Širi se u prirodi
Kemijski element rutenij karakterizira ekstremnorijetke i raštrkane u prirodi. U svom prirodnom okruženju tvori jedini poznati mineral, laurit. To je krutina u obliku malih željeznocrnih oktaedara. Najbogatije i najpoznatije nalazište nalazi se na platinastim naslagama otoka Bornea (Kalimantan). U Rusiji su u tijeku razvoj na Srednjem i Južnom Uralu, na poluotoku Kola, u Krasnojarskom i Habarovskom teritoriju.
U svim ostalim prirodnim spojevima količina rutenija ne prelazi 0,1%. Tragovi metala pronađeni su u nekim rudama bakra i nikla i kiselim magmatskim stijenama. Neke biljke imaju sposobnost koncentriranja i nakupljanja rutenija, među kojima se ističu predstavnici obitelji mahunarki.
Ukupni sadržaj elementa u zemljinoj kori, prema stručnjacima, ne prelazi 5.000 tona.
Industrijska proizvodnja
Element rutenij smatra se plemenitim, a glavni izvor metala je otpadna stijena iz proizvodnje platine. Neosporni lider u vađenju rutenija (kao i platine) je Južnoafrička Republika. Razvoj i proizvodnju ovog metala također provode Rusija, Kanada i Zimbabve. Inače, potonja zemlja zauzima drugo mjesto u svijetu po istraženim rezervama platinoida.
Količina rutenija koja se isporučuje na tržište kreće se od 17 do 20 tona godišnje. Proizvodni ciklus za dobivanje elementa traje oko 6 tjedana i predstavlja kontinuirani lanac termokemijskih reakcija koje slijede jedna za drugom.
Tehnologija za dobivanjerutenija neutronskim zračenjem izotopa radioaktivnog tehnecija. No, treba napomenuti da izolacija čistog i stabilnog metala, zbog njegovih kemijskih svojstava, nepredvidivosti i nedovoljnog znanja, i dalje ostaje san.
Prijave
Iako su sva svojstva plemenitog metala u ruteniji u potpunosti prisutna, element nije dobio široku rasprostranjenost u industriji nakita. Koristi se samo za ojačavanje legura i povećanje izdržljivosti skupog nakita.
U smislu količine potrošene rutenija, industrijski sektori su sljedećim redoslijedom:
- Elektronski.
- Elektrokemijska.
- Kemijska.
Katalitička svojstva elementa su vrlo tražena. Koristi se u sintezi cijanovodične i dušične kiseline, u proizvodnji zasićenih ugljikovodika, glicerina i polimerizaciji etilena. U metalurškoj industriji aditivi rutenija koriste se za povećanje antikorozivnih svojstava, za davanje čvrstoće legurama, kemijsku i mehaničku otpornost. Radioaktivni izotopi rutenija često pomažu znanstvenicima u njihovim istraživanjima.
Mnogi spojevi elementa također su korišteni kao dobri oksidanti i bojila. Konkretno, kloridi se koriste za pojačavanje luminescencije.
Biološki značaj
Rutenij ima sposobnost nakupljanja u stanicama živih tkiva, uglavnom mišića (jedini metal skupine platine). Može izazvatirazvoj alergijskih reakcija, negativno utječu na sluznicu očiju i gornjih dišnih puteva.
U medicini se plemeniti metal koristi kao sredstvo za prepoznavanje zahvaćenih tkiva. Lijekovi koji se temelje na njemu koriste se za liječenje tuberkuloze i raznih infekcija koje utječu na ljudsku kožu. Iz tog razloga, izgleda vrlo obećavajuće korištenje sposobnosti rutenija da formira stabilne nitrozo komplekse u borbi protiv bolesti povezanih s prekomjernom koncentracijom nitrata u ljudskom tijelu (hipertenzija, artritis, septički šok i epilepsija).
Tko je kriv?
U posljednje vrijeme zapadnoeuropski znanstvenici ozbiljno su uznemirili javnost porukom da sadržaj radioaktivnog izotopa rutenija Ru106 raste diljem kontinenta. Stručnjaci potpuno isključuju njegovo samoobrazovanje u atmosferi. Kao i slučajno ispuštanje iz nuklearne elektrane, od tada bi radionuklidi cezija i joda nužno bili prisutni u zraku, što nije potvrđeno eksperimentalnim podacima. Utjecaj ovog izotopa na ljudsko tijelo, kao i svaki radioaktivni element, dovodi do zračenja tkiva i organa, razvoja raka. Mogući izvori zagađenja, prema zapadnim medijima, nalaze se na području Rusije, Ukrajine ili Kazahstana.
U odgovoru, predstavnik Odjela za komunikacije Rosatoma rekao je da su sva poduzeća državne korporacije radila i rade kao i obično. Međunarodna agencija za atomsku energiju (IAEA), prema svom mišljenju, na temelju vlastitih podataka praćenja,sve optužbe protiv Ruske Federacije nazvao neosnovanim.
