Ruthenium je nejlehčí a nejméně „ušlechtilý“ze všech kovů skupiny platiny. Je to snad nejvíce „multivalentní“prvek (je známo devět valenčních stavů). Navzdory více než půlstoletí historie výzkumu stále klade moderním chemikům mnoho otázek a problémů. Co je tedy ruthenium jako chemický prvek? Na začátek krátká odbočka do historie.
Tajemný a bohatý
Jméno a historie objevu ruthenia jsou nerozlučně spjaty s Ruskem. Na samém počátku 20. století byla světová komunita nadšena a znepokojena zprávou, že nejbohatší naleziště platiny byla objevena v Ruské říši. Objevily se pověsti, že na Uralu lze těžbu tohoto drahého kovu provádět obyčejnou lopatou. Skutečnost objevení bohatých nalezišť záhy potvrdila skutečnost, že ministr financí Ruska E. F. Kankrin zaslal petrohradské mincovně nejvyšší výnos o ražbě mincí z platiny. V následujících letech bylo do oběhu uvedeno asi jeden a půl milionu mincí (3, 6 a 12 rublů), na jejichž výrobu bylo vynaloženo 20 tun drahého kovu.
"Objev" Ozanne
Profesor Derpt-Juryevského (nyní Tartu) univerzity Gottfried Ozann začal studovat složení uralské drahé rudy. Došel k závěru, že platinu provázejí tři neznámé kovy – polynom, polynom a ruthenium – jejichž názvy dal sám Ozann. Mimochodem, třetí pojmenoval po Rusku (z latinského Ruthenia).
Ozannovi kolegové v celé Evropě v čele s nejuznávanějším švédským chemikem Jensem Berzeliusem byli k profesorově zprávě velmi kritičtí. Ve snaze ospravedlnit se vědec zopakoval řadu svých experimentů, ale nepodařilo se mu dosáhnout stejných výsledků.
O dvě desetiletí později se o Ozannovu práci začal zajímat profesor chemie Karl Karlovich Klauss (Kazanská univerzita). Zajistil si povolení ministra financí vzít několik liber zbylých mincí z mincovní laboratoře k opětovnému testování.
Kazaňský chemický prvek ruthenium
Ruský akademik A. E. Arbuzov ve svých spisech poznamenal, že k objevení nového prvku v té době potřeboval chemik extrémní píli a vytrvalost, pozorování a vhled, a co je nejdůležitější, jemný experimentální talent. Všechny výše uvedené vlastnosti byly do nejvyšší míry vlastní mladému Karlu Claussovi.
Výzkum vědce měl také praktický význam – dodatečná extrakce čisté platiny ze zbytků rudy. Poté, co Klauss vyvinul svůj vlastní plán experimentu, spojil rudný materiál s ledkem a extrahoval rozpustné prvky: osmium, iridium,palladium. Nerozpustná část byla vystavena směsi koncentrovaných kyselin ("aqua regia") a destilaci. Ve sraženině hydroxidu železa objevil přítomnost neznámého kovu a izoloval jej nejprve ve formě sulfidu a poté v čisté formě (asi 6 gramů). Profesor si ponechal název navržený Ozannem pro prvek - ruthenium.
Otevřít a dokázat
Jak se ale ukázalo, příběh objevu chemického prvku ruthenium teprve začínal. Po zveřejnění výsledků studie v roce 1844 se na Clausse snesla vlna kritiky. Závěry neznámého kazaňského vědce přijali největší chemici světa skepticky. Situaci nezachránilo ani odeslání vzorku nového prvku Berzeliusovi. Podle švédského mistra bylo Claussovo ruthenium pouze „vzorek nečistého iridia“.
Pouze vynikající kvality Karla Karlovicha jako analytického chemika a experimentátora a řada dalších studií umožnily vědci prokázat svůj případ. V roce 1846 se objevu dostalo oficiálního uznání a potvrzení. Za svou práci byl Klauss oceněn Demidovovou cenou Ruské akademie věd ve výši 10 tisíc rublů. Díky talentu a vytrvalosti kazaňského profesora bylo mezi platinoidy přidáno ruthenium, první prvek objevený v Rusku.
Další výzkum
Hlavním problémem při studiu chemických a fyzikálních vlastností ruthenia je extrémně omezený obsahtento kov v zemské kůře. Například v odpadu z výroby platiny (pracovní materiál Clausse) je její obsah asi 1 %. Většina chemických vědců uznává ruthenium jako extrémně nepříznivou látku pro studium. Množství slepých uliček často způsobuje, že výzkumníci omezují nebo pozastavují svou práci.
Sovětský vědec SM Starostin zasvětil celý svůj život studiu vlastností „nepohodlného“kovu a jeho sloučenin. Hlavním výsledkem činnosti chemika jsou závěry o vlastnostech nitrosokomplexů ruthenia a s nimi spojených potížích při oddělování čistého kovu od doprovodného uranu a plutonia. Co je ruthenium jako chemický prvek?
Fyzikální vlastnosti
Ruthenium je kov, jehož barva se v závislosti na způsobu získávání pohybuje od šedo-modravé až po stříbrno-bílou. Některé fyzikální vlastnosti chemického prvku ruthenium nám umožňují považovat jej za jedinečnou látku. Ruthenium má spolu s vysokou křehkostí (krystaly lze dokonce snadno ručně rozemlet na prášek) extrémní tvrdost - 6,5 na desetibodové mineralogické stupnici tvrdosti (Mohsova stupnice). Snad nejlehčí z kovů skupiny platiny. Hustota je 12,45 g/cm3. Je velmi žáruvzdorný - teplota přechodu do kapalného stavu je 2334 °C. Při tavení v elektrickém oblouku je pozorováno současné odpařování kovu. Během vysokoteplotní kalcinace na volném vzduchu prvek ve formě "vytéká".tetraoxidy.
Ruthenium je klasifikováno jako supravodič. Kov při ochlazení na 0,47 K vykazuje nulový odpor. Tato vlastnost má velký význam z vědeckého i praktického hlediska. Jako platinoid je ruthenium velmi zajímavým drahým kovem.
Prvek Ru
Vlastnosti "kazaňského" kovu jsou v mnoha ohledech typické pro zástupce skupiny VΙΙΙ (platina). Ruthenium je chemický prvek periodické tabulky s atomovým číslem 44, vyznačující se vysokou inertností. Má 7 stabilních přírodních a 20 umělých izotopů s hmotnostními čísly od 92 do 113.
Za normální teploty nepodléhá oxidaci a korozi, kyselinám a zásadám. Při zahřátí nad 400 ° C reaguje s chlórem, při 930 ° C - s kyslíkem. S některými kovy tvoří chemický prvek ruthenium stabilní slitiny zvané intermetalické sloučeniny.
V mnoha sloučeninách vykazuje valenci od nuly do osmi. Mezi nejdůležitější patří oxid rutheničitý a oxid rutheničitý, sulfid RuS2 a fluorid RuF5.
Ve své čisté kovové formě má vlastnosti katalyzátoru s vysokou selektivitou, což umožňuje jeho použití pro syntézu široké škály organických a anorganických látek. Slouží jako nejlepší sorbent pro vodík.
Šíření v přírodě
Chemický prvek ruthenium se vyznačuje extrémemvzácné a rozptýlené v přírodě. Ve svém přirozeném prostředí tvoří jediný známý minerál, laurit. Je to pevná látka ve formě malých železo-černých osmistěnů. Nejbohatší a nejznámější naleziště se nachází na platinových rýžovištích ostrova Borneo (Kalimantan). V Rusku probíhá vývoj na středním a jižním Uralu, na poloostrově Kola, na území Krasnojarsku a Chabarovsku.
Ve všech ostatních přírodních sloučeninách množství ruthenia nepřesahuje 0,1 %. Stopy kovu byly nalezeny v některých měď-niklových rudách a kyselých vyvřelých horninách. Některé rostliny mají schopnost koncentrovat a akumulovat ruthenium, mezi nimiž vynikají zástupci čeledi bobovitých.
Celkový obsah prvku v zemské kůře podle odborníků nepřesahuje 5000 tun.
Průmyslová výroba
Prvek ruthenium je považován za ušlechtilý a hlavním zdrojem kovu je odpad z výroby platiny. Nesporným lídrem v těžbě ruthenia (stejně jako platiny) je Jihoafrická republika. Vývojem a výrobou tohoto kovu se také zabývá Rusko, Kanada a Zimbabwe. Mimochodem, poslední jmenovaná země je na druhém místě na světě, pokud jde o prozkoumané zásoby platinoidů.
Množství ruthenia dodávaného na trh se pohybuje od 17 do 20 tun ročně. Výrobní cyklus pro získání prvku trvá asi 6 týdnů a je to nepřetržitý řetězec termochemických reakcí, které následují jedna po druhé.
Technologie pro získáníruthenium neutronovým ozařováním izotopů radioaktivního technecia. Ale je třeba poznamenat, že izolace čistého a stabilního kovu, kvůli jeho chemickým vlastnostem, nepředvídatelnosti a nedostatečným znalostem, zůstává stále snem.
Aplikace
Přestože jsou všechny vlastnosti ušlechtilého kovu v rutheniu plně přítomny, tento prvek nebyl ve šperkařském průmyslu široce rozšířen. Používá se pouze ke zpevnění slitin a zvýšení odolnosti drahých šperků.
Pokud jde o množství spotřebovaného ruthenia, průmyslová odvětví jsou v následujícím pořadí:
- Elektronický.
- Elektrochemické.
- Chemické.
Katalytické vlastnosti prvku jsou velmi žádané. Používá se při syntéze kyseliny kyanovodíkové a dusičné, při výrobě nasycených uhlovodíků, glycerinu a polymeraci ethylenu. V metalurgickém průmyslu se přísady ruthenia používají ke zvýšení antikorozních vlastností, k dodání pevnosti slitinám, chemické a mechanické odolnosti. Radioaktivní izotopy ruthenia vědcům často pomáhají v jejich výzkumu.
Mnoho sloučenin tohoto prvku se také používá jako dobrá oxidační činidla a barviva. Ke zvýšení luminiscence se používají zejména chloridy.
Biologický význam
Ruthenium má schopnost akumulovat se v buňkách živých tkání, zejména svalů (jediný kov ze skupiny platiny). Může provokovatrozvoj alergických reakcí, mají negativní dopad na sliznici očí a horních cest dýchacích.
V medicíně se ušlechtilý kov používá jako prostředek k rozpoznání postižených tkání. Léky na jeho základě se používají k léčbě tuberkulózy a různých infekcí, které postihují lidskou kůži. Z tohoto důvodu vypadá velmi slibně využití schopnosti ruthenia tvořit stabilní nitrosokomplexy v boji proti nemocem spojeným s nadměrnou koncentrací dusičnanů v lidském těle (hypertenze, artritida, septický šok a epilepsie).
Kdo za to může?
V poslední době západoevropští vědci vážně znepokojili veřejnost zprávou, že obsah radioaktivního izotopu ruthenia Ru106 roste nad kontinentem. Odborníci zcela vylučují jeho sebevýchovu v atmosféře. Stejně jako při náhodném úniku z jaderné elektrárny by se od té doby nutně vyskytovaly v ovzduší radionuklidy cesia a jódu, což experimentální údaje nepotvrzují. Dopad tohoto izotopu na lidský organismus, jako každý radioaktivní prvek, vede k ozařování tkání a orgánů, rozvoji rakoviny. Možné zdroje znečištění se podle západních médií nacházejí na území Ruska, Ukrajiny nebo Kazachstánu.
V reakci na to zástupce ministerstva komunikací Rosatomu řekl, že všechny podniky státní korporace fungovaly a fungují jako obvykle. Mezinárodní agentura pro atomovou energii (MAAE) ve svém stanovisku na základě svých vlastních monitorovacích údajůoznačil všechna obvinění proti Ruské federaci za neopodstatněná.
