Ruteniu - element chimic: descriere, istorie și compoziție. Ruteniu. Proprietățile ruteniului. Aplicații ale ruteniului După ce țară a primit numele ruteniului?

Rutenia înseamnă „Rusia” în latină. La fel ca Rusia, ruteniul este frumos, misterios și extrem de incomod pentru oameni. In primul rand, obținerea ruteniului pur este o problemă, nu a fost încă rezolvată. În al doilea rând, ruteniul este atât de fragil încât nu este posibil să-l folosești în forma sa pură. În al treilea rând, ruteniul, găsit sub formă de diferiți compuși chimici, este adesea periculos. Inclusiv cele explozive!

De ce nu Rusia?

Istoria metalului

Karl-Ernst Klaus, un german baltic, s-a născut și a crescut în Estonia. În copilărie, a fost sfâșiat între dorința de a deveni botanist și ideea de a-și câștiga existența ca farmacist. Cu toate acestea, soarta i-a spus să uite de prostii, să-și dea seama ca un chimist rus și să meargă să slujească la Universitatea Kazan.
Karl Karlovich a rezistat cât a putut. S-a căsătorit cu o nemțoaică, nu a renunțat la botanică (unul dintre genurile de varză poartă numele lui) și a tratat chimia nu doar cu dispreț, dar... nu în serios. A atins acizii cu mâinile, a gustat soluții, a mirosit gaze otrăvitoare pentru a-și aminti mirosul lor și a exprimat adesea gânduri nepotrivite pentru un om de știință respectabil. În general, a arătat toate trăsăturile caracterului rus - și nu în zadar!

Majoritatea afirmațiilor făcute de profesorul K.K. Ideile lui Klaus, prea îndrăznețe pentru vremea lor, s-au dovedit a fi corecte. Implementând unul dintre ele, în 1844, Klaus a primit șase grame de metal necunoscut anterior științei și ulterior numit ruteniu.

Luminatele comunității mondiale au remarcat apropierea noului metal, parțial de fier, parțial de osmiu. A apărut o părere puternică – și nu a dispărut de atunci – că Dintre toate așa-numitele metale „nobile”, ruteniul este cel mai de bază...

Proprietățile ruteniului

De o sută cincizeci de ani, ruteniul a fost la dispoziția completă a cercetătorilor, dar încă nu există o înțelegere cuprinzătoare a capacităților sale. Experimentatorii s-au confruntat cu un fenomen paradoxal: proprietățile fizice ale acestei substanțe de platină se modifică în funcție de metoda de obținere a metalului.

Prezența unei diferențe de proprietăți, înțeleg oamenii de știință, indică doar faptul că probele sunt contaminate. Conștientizarea problemei este parțial nedumerită deoarece mod eficient Nu există încă o purificare a ruteniului de impurități; și parțial este încurajator, deoarece caracteristicile teoretice ale substanței sunt foarte de invidiat.

Într-un fel sau altul, astăzi nu este posibil să scapi de ruteniul de fragilitatea inerentă a turnărilor sale. Încercările de prelucrare mecanică (forjare, presare, tăiere) se termină cu distrugerea piesei de ruteniu.

Între timp, lucrătorii din producție sunt foarte interesați de „cucerirea” metalului: capacitățile de absorbție a gazelor ale ruteniului sunt de neegalat. Dacă paladiul este capabil să absoarbă hidrogen de 940 de ori volumul său, atunci pentru ruteniu această cifră este aproape de două ori mai mare! Mai mult, capacitatea de absorbție a ruteniului privește nu numai hidrogenul, ci și azotul și - într-o măsură mai mică - alte nemetale.

Tetroxidul de ruteniu RuO4 (precum și rodiul fin divizat) este atât de activ din punct de vedere chimic încât este chiar exploziv. Adevărat, atât explozivii cu rodiu, cât și ruteniul sunt destul de scumpi...

Preț și prevalență

Potrivit geologilor, ruteniul în Scoarta terestra nu mai mult de cinci mii de tone. O cantitate atât de mică, natura împrăștiată și dificultatea de extracție determină costul inițial ridicat al metalului.

Cu toate acestea, cererea limitată face ajustări la lista de prețuri a metalelor prețioase. Ruteniul este cel mai ieftin dintre. Valoarea sa de piață la începutul anului 2016 este de numai 2,7 ori mai mare decât prețul ruteniului, care este de aproape 30 de ori mai scump - în ciuda faptului că producția anuală de ruteniu rareori depășește 20 de tone și 2.500 de tone de aur intră pe piața mondială. pe an.

Fără corectitudine în prețuri! Așa cum nu există în țara Rutenia...

Unde se duce ruteniul?

Spre deosebire de majoritatea metalelor prețioase, ruteniul nu este folosit în industria de bijuterii, absolut. Ideea aici nu este doar lipsa de expresivitate a aspectului său natural și inconvenientul proprietăților sale fizice. Activitatea chimică a compușilor ruteniului este atât de mare Medicii sunt încrezători că introducerea metalului în uz uman va duce inevitabil la o creștere a morbidității.
Cea mai mare parte a ruteniului extras merge către industria electronică. Aproximativ o treime din volumul de producție este achiziționat de întreprinderile ciclului electrochimic. Treimea rămasă este consumată de producția chimică convențională. Foarte puțini compuși ai ruteniului sunt necesari de medicină pentru fabricarea medicamentelor de cercetare și terapeutice.

Dispozitivele de purificare a apei de pe nave spațiale funcționează pe catalizatori de ruteniu - sunt cele mai eficiente. În metalurgia neferoasă, ruteniul este un aditiv valoros de aliere.În concentrații de zecimi și sutimi de procent, metalul nobil crește semnificativ proprietățile de rezistență ale produselor. Palele de turbine ale motoarelor cu reacție, părțile de rachete cu temperatură ridicată și echipamentele de combustibil pentru avioane conțin ruteniu.

Unele tehnologii pentru producerea grafenului se bazează pe utilizarea capacității ruteniului de a absorbi nemetale. Substratul de ruteniu se dovedește a fi o bază de încredere pentru creșterea carbonului modificat.

Un amestec sub formă de pulbere de dioxid de ruteniu și tetroxid de ruteniu le permite oamenilor de știință legală să identifice amprentele digitale slabe. Niciun alt compus nu „mușcă” moleculele de grăsime cu o asemenea forță!

Folosirea vopselei cu ruteniu ca... baterie solară pare foarte promițătoare. În viitor, o persoană va putea utiliza energia solară folosind un convertor purtat sub forma unei cutii de vopsea și două fire - și un astfel de sistem promite să coste doar bănuți.

Ruteniu problematic

Oamenii de știință nucleari și, împreună cu ei, ecologistii s-au confruntat cu problema ruteniului. Pentru ei, ruteniul radioactiv, care apare în reactoare în timpul descompunerii uraniului și plutoniului, este o problemă serioasă și insolubilă.

Până la o treime din masa de zgură din reactor este formată din radioruteniu periculos. Metalul extrem de lipicios este extrem de greu de îndepărtat. Însă atunci când conservăm deșeurile nucleare, ruteniul este primul care găsește o cale de ieșire din depozit! Migrația ruteniului activ are loc în toate modurile posibile.

Nu este întotdeauna posibil să puneți o barieră de încredere în calea unui element care este prea „deplasabil” sau să decontaminați metalul. Plantele leguminoase, hrana preferată a oamenilor și a animalelor, concentrează ruteniul din sol în rădăcinile lor.

Subiectul ruteniului este discutat în mass-media de câteva zile. N-o să-i mai povestesc - cred că știi.

Deci, ce este, s-a întâmplat și, dacă da, de ce este periculos?

Ce este ruteniul și unde se utilizează?

Ruteniul este un metal de platină. Acum sunt cunoscuți șapte izotopi stabili și 27 de izotopi radioactivi ai ruteniului.

Ruteniul este folosit în aliaje pentru a crește rezistența la uzură - de exemplu, în titan proporția de ruteniu este de 0,1%, iar în producția de contacte electrice, ruteniul este aliat cu platină. Aliajele de ruteniu sunt extrem de rezistente la temperaturi ridicate, motiv pentru care sunt folosite în ingineria aerospațială ca materiale structurale. Compușii de ruteniu sunt utilizați în bijuterii, în electronică - în special, în rezistențele cu peliculă subțire (aceasta reprezintă 50% din toate aplicațiile ruteniului), precum și în panourile solare. În plus, acest metal este un catalizator important pentru reacțiile chimice: de exemplu, este folosit pentru purificarea apei la stațiile orbitale.

Cum a fost descoperit ruteniul?

De fapt, acest element a fost descoperit de trei ori. Dar, oficial, descoperirea îi aparține profesorului de la Universitatea Kazan, Karl Klaus. În 1844, un om de știință a examinat rămășițele care au fost obținute după extragerea platinei și a metalelor de platină din minereu. Klaus a topit aceste rămășițe cu salpetru. El a expus partea din aliajul rezultat care nu s-a dizolvat în apă la aqua regia, un amestec de acid azotic și clorhidric care dizolvă metalele, și a distilat ceea ce a fost lăsat la uscare. Din substanța rezultată, chimistul a izolat hidroxidul de fier sub formă de precipitat și l-a dizolvat în acid clorhidric. Culoarea roșu-violet închis a soluției l-a făcut să creadă că este prezent un element necunoscut. Klaus a reușit să izoleze acest element - totuși, nu în forma sa pură, ci în combinație cu sulful.

Element nou a fost numit după Rusia - ruteniu (din latinescul Ruthenia). Inițial, ideea numelui i-a aparținut unui alt om de știință, chimistul german Gottfried Ozanne - el a dat acest nume unuia dintre cele trei metale de platină, pe care l-a și obținut la analizarea minereului de platină Ural în 1928. Cu toate acestea, descoperirea lui Ozanne nu a fost confirmată în timpul testului. Cu toate acestea, Klaus a crezut că Ozanne a obținut ruteniu și a menționat acest lucru. Există, de asemenea, o versiune conform căreia elementul a fost descoperit cu trei decenii mai devreme de profesorul polonez Andrzej Sniadecki - el a propus denumirea metalului vestia, în onoarea asteroidului Vesta, descoperit în 1807.

Ce se știe despre ruteniu-106?

Acesta este un izotop radioactiv cu un timp de înjumătățire de puțin peste un an - dintre toți izotopii instabili ai ruteniului, acesta este cel mai longeviv. Este absent în natură: apare în timpul fisiunii uraniului și plutoniului în reactoare nucleare- de fapt, este un produs secundar al eliminării combustibilului nuclear uzat (SNF).La sfârșitul iradierii combustibilului în reactor, activitatea 106Ru ajunge la 2,01 Bq pe tonă de SNF - aceasta este o cantitate destul de mare figura.

Principala problemă cu ruteniul-106 este că în timpul reprocesării combustibilului nuclear formează compuși stabili care interferează cu producerea de noi produse. Chimiștii trebuie să elimine ruteniul din componente în fiecare etapă a procesului pentru a transforma combustibilul nuclear uzat în combustibil nou.

Ruteniul-106 este utilizat în radioterapie pentru tumorile maligne ale ochiului. Poate fi folosit și în generatoarele termoelectrice cu radioizotopi, care sunt utilizate, în special, pentru alimentarea cu energie a navelor spațiale aflate la distanță de Soare. Cu toate acestea, plutoniul-238 este folosit în practică în aceste scopuri, dar izotopii de ruteniu nu sunt utilizați.

Este ruteniul-106 periculos pentru sănătate?

Ruteniul-106, ca orice altă sursă de radiații ionizante, are un efect asupra organismului. Este inclus în grupa B - al doilea cel mai radiotoxic. Grupa A include radionuclizi deosebit de periculoși: poloniu-210, radiu-226, plutoniu-238 și alți emițători alfa. Este ușor să te protejezi de un flux de particule alfa cu o foaie de hârtie, deoarece acestea au o capacitate de penetrare scăzută - dar dacă intră în organism, provoacă boala de radiații.

Ruteniul-106 este un emițător beta - pur și simplu, emite un flux de electroni. Dezintegrarea beta produce mai întâi rodiu-106, care se descompune imediat la paladiu-106 stabil. În ambele etape, sunt emiși electroni, precum și o mică componentă a radiației gamma. Dacă o particulă beta intră în organism, provoacă de 20 de ori mai puține daune decât o particulă alfa - dar puterea sa de penetrare este mai mare.

De ce toată agitația legată de ruteniu?

Pe 12 octombrie, Roshydromet a publicat un buletin privind situația radiațiilor din Rusia pentru septembrie 2017, care a indicat cazuri de creștere a activității beta în aer și în timpul precipitațiilor. În special, s-a vorbit despre creșterea activității ruteniului-106 - de exemplu, în microdistrictul Dema din Ufa, în perioada 26-27 septembrie, a avut loc „ploaia de ruteniu”. Chiar și mai devreme, în septembrie, stațiile de monitorizare europene au înregistrat un exces de ruteniu-106 în aer. Oficiul Federal German pentru Protecție împotriva Radiațiilor și Ministerul Federal pentru Protecție mediu inconjurator, protecția mediului și siguranța reactorului au sugerat că sursa de ruteniu este în Uralii de Sud.

Deci este chiar periculos?

Diavolul nu este la fel de înfricoșător pe cât este pictat. Activitatea ruteniului-106 este cu câteva ordine de mărime sub norma maximă admisă și nu dăunează sănătății - acest lucru a fost subliniat inițial de Roshydromet în declarația sa.

„Este foarte dificil să se determine ruteniul în atmosferă, mai ales în concentrații atât de mici”, spune un membru al Departamentului de Radiochimie de la Universitatea de Stat din Sankt Petersburg.

De exemplu, pentru Argayash buletinul conține date de 7,72 x 10 -5 Bq/m3, în timp ce valoarea permisă a activității ruteniului-106 conform standardelor moderne este de 4,4 Bq/m3. Apariția în raport a datelor privind excesul de ruteniu-106 în probe în raport cu perioada anterioară de „sute” de ori, Roshydromet a explicat prin faptul că acest radionuclid a fost complet absent în probele anterioare. După cum explică Boris Martsinkevich, redactor-șef al portalului Geoenergetics.ru, faptul că stațiile de monitorizare radiologică au fost capabile să detecteze astfel de concentrații scăzute de 106Ru poate fi considerat „testare care a demonstrat în mod convingător că stațiile funcționează la un nivel tehnic bun. .” Agenția Internațională pentru Energie Atomică (AIEA) a revizuit datele furnizate și a negat acuzațiile împotriva Rusiei.

În plus, există mulți emițători naturali alfa, beta și gamma.

„Dacă mergi la terasamentul din Sankt Petersburg, radiația de fond va fi mai mare decât în ​​laboratorul nostru”, spune un membru al Departamentului de Radiochimie de la Universitatea de Stat din Sankt Petersburg. „Pentru că granitul are în mod natural o radiație de fond ridicată.”

De ce a crescut brusc activitatea ruteniului-106?

Nu se știe exact. După cum a afirmat Rosatom, nu au existat emisii mari de substanțe radioactive la întreprinderile rusești. Asociația de producție Mayak, la rândul său, neagă categoric implicarea în posibila poluare a aerului cu izotopul ruteniu-106. Contaminarea majoră a atmosferei cu ruteniu poate apărea atunci când etanșarea carcasei elementului de combustibil din reactor este ruptă, precum și atunci când sursele de radiații ionizante bazate pe izotop sunt distruse. PA Mayak susține că separarea izotopului de combustibilul nuclear uzat, precum și producerea surselor de radiații din acesta, nu au fost efectuate la întreprindere de mulți ani. Mai mult decât atât, cu prima opțiune, există de obicei o eliberare a altor izotopi de „fragmentare”, care ar afecta cu siguranță indicatorii acestor elemente.

Se spune că ruteniul a venit din spațiul cosmic - este adevărat?

Interfax a publicat o versiune conform căreia eliberarea ruteniului-106 ar fi putut avea loc în timpul distrugerii satelitului. Cu toate acestea, Alexander Zheleznyakov, academician la Academia Rusă de Cosmonautică Tsiolkovsky, spune că ruteniul-106 nu este folosit în generatoarele de energie prin satelit - și dacă un astfel de dispozitiv ar fi scos din orbită, traiectoria lui ar fi monitorizată cu atenție. Prin urmare, această versiune este în pragul fanteziei.

Atunci de unde ar putea veni?

Asumarea șefului Departamentului de Radiochimie a Facultății de Chimie a Universității de Stat din Moscova Lomonosov, membru corespondent al Academiei Ruse de Științe Stepan Kalmykov, pare plauzibilă. El crede că o soluție de înaltă puritate de radionuclizi ar fi putut pătrunde în atmosferă dintr-o unitate sau o întreprindere medicală în care se lucrează sau se produc radiofarmaceutice. Acest lucru s-ar fi putut întâmpla într-o etapă a procesului tehnic în care ruteniul este transformat într-un aerosol - datorită volatilității sale s-ar putea răspândi în atmosferă. Deși alți experți spun că nu arată ca o scurgere de ruteniu destinată în scopuri medicale (este folosit în radioterapie): norul este prea mare. Dar un accident care implică combustibil nuclear sau deșeurile acestuia este practic exclus, spune expertul.

Și viceguvernatorul regiunii Chelyabinsk, Oleg Klimov, a raportat că „pe 25 septembrie, chiar înainte de rapoartele despre ruteniu în Europa, concentrațiile de ruteniu au fost înregistrate la punctele de control din Uralii de Sud. Dimensiunea lor este de 20 de mii de ori mai mică decât doza anuală admisă. Verificarea a arătat că acesta este ruteniu pur, care a venit la noi din alt loc”, a menționat Oleg Klimov. „Situația este artificial tensionată și nu are nicio bază.”

Poate că europenii speriați ar trebui să caute o sursă în altă țară? Dar se dovedește că în Lumea Veche, întreprinderile care au vreo legătură cu lucrul cu substanțe radioactive sunt strict clasificate. Știm totul, iar meteorologii ruși au devenit victime ale acestei transparențe, care au afirmat că da, conținutul de izotopi de ruteniu la două puncte de colectare a depășit de sute de ori fondul lunii precedente. Când vine vorba de substanțe radioactive, toate acestea par înfricoșătoare pentru amatori. Și un specialist, privind cifrele, înțelege că atât în ​​Rusia, cât și în Europa concentrația de ruteniu-106 a fost de mii de ori mai mică decât orice nivel periculos. Și pentru a nu speria oamenii pe viitor, am decis să includem de acum înainte comparații cu aceleași concentrații maxime în tabelele de raportare.

Este puțin probabil ca cazul ruteniului orfan să fie rezolvat. Radiația este doar un fundal pentru hype aici. Până la urmă, în februarie, un nor al izotopului de iod, mult mai periculos decât ruteniul, a trecut peste Europa, dar a auzit cineva despre asta?

surse

« »

Sergheeva Ekaterina Iurievna

Instituția de Învățământ Autonomă de Stat „Colegiul Politehnic Chistopol”

Şef Ionycheva A.L.

ADNOTARE

În această lucrare, m-a interesat istoria descoperirii, proprietățile și posibilele domenii de aplicare ale elementului chimic Ruteniu, care a fost descoperit de Karl Karlovich Klaus în laboratorul de chimie al Universității din Kazan și poate fi numit pe bună dreptate elementul chimic Kazan. 2011 a fost declarat Anul Chimiei de către UNESCO, studenții din Kazan și Republica Tatarstan ar trebui să-și amintească acest eveniment clar extraordinar din istoria de peste 1000 de ani a orașului Kazan.Și singura persoană din Rusia, K.K.Klaus, care a descoperit un element chimic natural, mai ales că este considerat pe drept unul dintre fondatorii școlii chimice din Kazan.

Acest subiect ni s-a părut interesant și relevant și pentru că

Ruteniul este unul dintre reprezentanții metalelor de platină, dar a fost cel mai recent descoperit. Descoperirea Ruteniului a prezentat mari dificultăți.

Pentru a descoperi un nou element al grupului de platină - ruteniul - în timpul lui Klaus, a trebuit să avem observație extremă, perspicacitate, muncă asiduă, perseverență și artă experimentală subtilă. Klaus, unul dintre primii reprezentanți străluciți ai științei chimice la tânăra Universitate din Kazan de atunci, poseda toate aceste calități într-un grad înalt.

În timpul studierii problemei, am folosit materiale din resursa Internet: site-ul World of Chemistry, Wiktionary, Popular Library of Chemical Elements, Editura Nauka, 2011.

În săptămâna științelor naturii, am susținut (printre alte evenimente) o conferință științifică și practică: „Marii chimiști și descoperirile lor”, la care am prezentat lucrări de cercetareși o serie de prezentări care au devenit un bun ajutor în munca profesorilor și interesul elevilor pentru studiul chimiei și a altor discipline naturale.

Element chimic Kazan (ruteniu)

„Pentru a descoperi un nou element al grupului de platină, ruteniul, pe vremea lui Klaus, trebuia să ai observație extremă, perspicacitate, muncă asiduă, perseverență și artă experimentală subtilă. Klaus, unul dintre primii reprezentanți străluciți ai științei chimice la tânăra Universitate din Kazan de atunci, poseda toate aceste calități într-un grad înalt.”

Academicianul A.E. Arbuzov

Istoria descoperirii ruteniului

Ruteniul a fost primul element chimic descoperit de chimistul rus Karl Karlovich Klaus. Ruteniul este un reprezentant al metalelor de platină și a fost ultimul descoperit.

Cercetarea a fost efectuată de A. Snyadetsky, polonez după naționalitate, și de savantul rus K.K. Klaus. E.F. a oferit o mare asistență omului de știință. Kankrin, care la acea vreme ocupa funcția de ministru al finanțelor

K.K. Klaus

El a fost cel care i-a oferit lui Klaus rămășițele de platină brută, din care omul de știință a izolat platină, precum și alte metale: rodiu, paladiu, iridiu și osmiu. Pe lângă aceste metale, a mai izolat un amestec de altele, care, potrivit lui Klaus, ar trebui să conțină o substanță nouă, încă necunoscută. Chimistul a repetat experimentele lui G.V. Ozanne și apoi, după ce și-a dezvoltat propriul plan experimental, a obținut un nou element chimic, ruteniul. Și din nou a trimis o scrisoare lui I. Bercellius, dar el, ca prima dată, nu a fost de acord cu argumentele lui Klaus. Dar chimistul rus nu a ținut cont de argumentele lui Bercellius și a dovedit că a descoperit un nou element chimic din grupul platinei. Și în 1845, Bercellius a recunoscut descoperirea ruteniului.

Un element chimic poartă numele Rusiei (numele latin pentru Rusia este Rutenia)

La cererea Ministerului de Finanțe, profesorul de la Universitatea Kazan Karl Karlovich Klaus în 1841 a început să caute o modalitate de a procesa resturile de minereuri de platină acumulate la Monetăria din Sankt Petersburg pentru a extrage mai complet platina. Cu un an mai devreme, prin eforturile rectorului Lobaciovski, a fost ridicată o clădire separată cu două etaje, cu un subsol imens, dotată cu cele mai moderne echipamente, pentru laboratorul de chimie.

Klaus a stabilit compoziția reziduurilor de minereu de platină și a dezvoltat metode de separare și obținere a metalelor de platină pure. Klaus a trebuit să depășească dificultăți experimentale excepționale, având în vedere nivelul de cunoștințe din acel moment. În plus, munca a fost periculoasă pentru sănătate, deoarece în timpul procesării minereurilor s-au format substanțe extrem de toxice.

Printre componentele izolate, Klaus a descoperit un metal necunoscut anterior. El a studiat proprietățile atât ale metalului în sine, cât și ale compușilor săi, i-a determinat greutatea atomică cu grijă deosebită și a dezvoltat o metodă pentru izolarea și purificarea acestuia. În 1844, Klaus și-a publicat rezultatele, denumind noul element chimic ruteniu, după Rusia. Comunitatea științifică mondială a acceptat inițial această descoperire cu îndoială, deoarece multe elemente au fost „descoperite” din greșeală.

Abia în 1846, când Klaus a publicat o nouă lucrare despre studiul suplimentar al ruteniului, descoperirea sa a fost acceptată universal. Curând, profesorul din Kazan a fost distins cu Premiul Demidov de către Academia Rusă de Științe pentru cercetare în domeniul metalelor de platină. Valoarea sa de 10.000 de ruble era atunci mult mai mare decât actualul Premiu Nobel.

Laborator de chimie Universitatea din Kazan, unde a lucrat Klaus în 1842. O sută de ani mai târziu, viitorul Institut Kurchatov și-a început activitatea în această cameră.

Obținerea ruteniului

Separarea metalelor de platină și obținerea lor în formă pură (rafinare) este foarte sarcină dificilă, care necesită multă muncă, timp, reactivi scumpi, precum și înaltă calificare.În prezent, principala sursă de metale de platină sunt minereurile sulfurate de cupru-nichel. Ca rezultat al prelucrării lor complexe, așa-numitele metale „aspre” sunt topite - nichel și cupru contaminate. În timpul rafinării lor electrolitice, metalele nobile se acumulează sub formă de nămol anodic, care este trimis spre rafinare.

O sursă semnificativă de ruteniu pentru extracția sa este separarea sa de fragmentele de fisiune ale materialelor nucleare (plutoniu, uraniu, toriu), unde conținutul său ajunge la 250 de grame pe tonă de combustibil nuclear „ars”.

Proprietățile fizice ale ruteniului.

În ceea ce privește refractaritatea (topire 2250 °C), ruteniul este inferior doar mai multor elemente - reniu, osmiu, wolfram.

Cele mai valoroase proprietăți ale ruteniului sunt refractaritatea, duritatea, rezistența chimică și capacitatea de a accelera anumite reacții chimice. Cei mai tipici compuși sunt cei cu valențe 3+, 4+ și 8+. Tend să formeze compuși complecși. Se foloseste ca catalizator, in aliaje cu metale platinate, ca material pentru varfuri ascutite, pentru contacte, electrozi si in bijuterii.

Proprietățile chimice ale ruteniului.

Ruteniul și osmiul sunt fragile și foarte dure. Când sunt expuși la oxigen și agenți oxidanți puternici, aceștia formează oxizii RuO4 și OsO4. Acestea sunt cristale galbene fuzibile. Vaporii ambilor compuși au un miros puternic, neplăcut și sunt foarte otrăvitori. Ambii compuși renunță ușor la oxigen, reducându-se la RuO2 și OsO2 sau la metale. Cu alcalii, RuO4 dă săruri (rutenați). Cercetarea ruteniului pune trei provocări chimiștilor de astăzi:

Sarcina nr. 1: Cum să scapi de ruteniu?

Ruteniul are multe proprietăți valoroase și interesante. În multe caracteristici mecanice, electrice și chimice, poate concura cu multe metale și chiar cu platina și aurul. Cu toate acestea, spre deosebire de aceste metale, ruteniul este foarte fragil și, prin urmare, nu a fost încă posibil să se facă niciun produs din acesta. Sarcina nr. 1 a fost atribuită oamenilor de știință din domeniul tehnologiei nucleare.

Izotopii radioactivi ai ruteniului nu există în natură, dar se formează ca urmare a fisiunii nucleelor ​​de uraniu și plutoniu în reactoarele centralelor nucleare, submarine, nave și în timpul exploziilor bombelor atomice. Din punct de vedere teoretic, acest fapt este cu siguranță interesant. Are chiar și o „poftă” specială: visul alchimiștilor s-a împlinit - un metal de bază s-a transformat într-unul nobil. Într-adevăr, în zilele noastre, fabricile de producție de plutoniu aruncă zeci de kilograme de ruteniu, metal nobil. Dar prejudiciul practic cauzat de acest proces tehnologiei nucleare nu ar merita chiar dacă ar fi posibil să se folosească întregul ruteniu produs în reactoarele nucleare.

De ce este ruteniul atât de dăunător?

Unul dintre principalele avantaje ale combustibilului nuclear este reproductibilitatea acestuia. După cum se știe, atunci când blocurile de uraniu sunt „arse” în reactoare nucleare, se formează un nou combustibil nuclear - plutoniu. În același timp, se formează și „cenusa” - fragmente din fisiunea nucleelor ​​de uraniu, inclusiv izotopi de ruteniu. Cenușa, desigur, trebuie îndepărtată.

Ruteniul începe să migreze treptat în pământ, creând pericolul contaminării radioactive la distanțe mari de rezervor. Același lucru se întâmplă atunci când fragmentele sunt îngropate în mine la mare adâncime. Ruteniul radioactiv, care are (sub formă de compuși nitrozozi solubili în apă) mobilitate extremă sau, mai corect, capacitate de migrare, poate călători foarte departe cu apele subterane.

Fizicienii, chimiștii, tehnologii și mai ales radiochimiștii din multe țări acordă o mare atenție luptei împotriva ruteniului radioactiv. La I și a II-a Conferințe Internaționale privind Utilizarea Pașnică a Energiei Atomice de la Geneva, mai multe rapoarte au fost dedicate acestei probleme. Totuși, încă nu există niciun motiv să considerăm că lupta împotriva ruteniului a fost încheiată cu succes și, se pare, chimiștii vor trebui să muncească mult mai mult pentru ca această problemă să fie transferată în categoria de rezolvat definitiv.

Sarcina nr. 2: studiu suplimentar al chimiei ruteniului și compușilor săi.

Relevanța extraordinară a sarcinii nr. 1 îi obligă pe cercetători să pătrundă din ce în ce mai adânc în chimia ruteniului și a compușilor săi.

Ruteniul este un element rar și foarte mic. Este singurul mineral cunoscut că se formează în condiții naturale. Aceasta este Laurite RuS 2 – o substanță foarte tare, grea, neagră, care este extrem de rară în natură. În alți compuși naturali, ruteniul este doar o impuritate izomorfă, a cărei cantitate, de regulă, nu depășește zecimi de procent. Mici impurități de compuși ai ruteniului au fost descoperite în minereurile de cupru-nichel ale zăcământului canadian Sedbury și apoi în alte mine.

Una dintre cele mai remarcabile proprietăți chimice ale ruteniului este numeroasele sale stări de valență. Ușurința de tranziție a ruteniului de la o stare de valență la alta și abundența acestor stări conduc la complexitatea și originalitatea extremă a chimiei ruteniului, care este încă plină cu multe puncte goale.

Omul de știință sovietic Serghei Mihailovici Starostin și-a dedicat întreaga viață studierii chimiei ruteniului și a compușilor săi. El a fost cel care a stabilit că dificultățile enorme care apar la separarea ruteniului de plutoniu și uraniu sunt asociate cu formarea și proprietățile complexelor nitrozo cu ruteniu.

Unii oameni de știință sugerează că va fi posibilă izolarea polimerilor anorganici pe baza unor complecși de ruteniu nitrozo.

Cu câteva decenii în urmă, complexele de ruteniu au oferit un serviciu important teoriei chimiei, devenind un model excelent cu ajutorul căruia Werner a creat faimoasa sa teorie a coordonării. Poate că compușii polimerici ai ruteniului vor servi ca model pentru crearea teoriei polimerilor anorganici.

Provocarea #3: Utilizarea ruteniului

Unde se folosește ruteniul și care sunt perspectivele de utilizare a acestuia?

Ruteniul, ca și platina și paladiul, are proprietăți catalitice, dar adesea diferă de ele prin selectivitate și selectivitate mai mari. Cataliza eterogenă utilizează ruteniul metalic și aliajele sale. Cei mai eficienți catalizatori se obțin prin depunerea ruteniului pe diverse suporturi cu suprafețe foarte dezvoltate. În multe cazuri este folosit împreună cu platina pentru a-și crește activitatea catalitică. Un aliaj de rodiu, ruteniu și platină accelerează oxidarea amoniacului în producția de acid azotic. Ruteniul este folosit pentru sinteza acidului cianhidric din amoniac și metan, pentru a obține hidrocarburi saturate din hidrogen și monoxid de carbon. O metodă de polimerizare a etilenei pe un catalizator de ruteniu a fost brevetată în străinătate.

Catalizatorii de ruteniu au devenit importanți pentru reacția de producere a glicerolului și a altor alcooli polihidroxi din celuloză prin hidrogenare.

Compușii organometalici ai ruteniului sunt utilizați în cataliză omogenă pentru diferite reacții de hidrogenare, iar în ceea ce privește selectivitatea și activitatea catalitică nu sunt inferiori catalizatorilor recunoscuți pe bază de rodiu.

Principalul avantaj al catalizatorului de ruteniu este selectivitatea sa ridicată. Acesta este ceea ce permite chimiștilor să folosească ruteniul pentru a sintetiza o mare varietate de produse organice și anorganice. Catalizatorul de ruteniu începe să concureze serios cu platina, iridiul și rodiul.

Elementul nr. 44 este ceva mai puțin capabil în metalurgie, dar este folosit și în această industrie. Adăugările mici de ruteniu cresc de obicei rezistența la coroziune, rezistența și duritatea aliajului. Cel mai adesea este introdus în metale din care sunt realizate contacte pentru inginerie electrică și echipamente radio. Un aliaj de ruteniu și platină și-a găsit aplicație în celulele de combustie ale unor sateliți artificiali americani de pe Pământ. Aliajele de ruteniu cu lantan, ceriu, scandiu și ytriu au supraconductivitate. Termocuplurile realizate dintr-un aliaj de iridiu și ruteniu pot măsura cele mai ridicate temperaturi.

De asemenea, se pot aștepta multe de la utilizarea straturilor de ruteniu aplicate ca strat subțire (film) pe diverse materiale si produse. Un astfel de film modifică semnificativ proprietățile și calitatea produselor, le crește rezistența chimică și mecanică, le face rezistente la coroziune, îmbunătățește dramatic proprietățile electrice etc. Acoperiri subțiri de metale prețioase, inclusiv ruteniu, în anul trecut devin din ce în ce mai importante în diverse domenii ale electronicii, radio și inginerie electrică, industria chimică, precum și în bijuterii.

O proprietate interesantă a ruteniului metalului - absorbția și trecerea hidrogenului - poate fi folosită cu succes pentru a extrage hidrogenul dintr-un amestec de gaze și pentru a obține hidrogen ultra-pur.

Mulți compuși ai ruteniului au proprietăți benefice. Unele dintre ele sunt folosite ca aditivi în sticlă și emailuri ca coloranți permanenți; Clorurile de ruteniu, de exemplu, măresc luminescența luminolului, poliaminele de ruteniu au proprietăți fluorescente, sarea Na2 2H2O este piezoelectrică, RuO4 este un agent oxidant puternic. Mulți compuși ai ruteniului au activitate biologică.

Pană „eternă”.

Penițele stiloului se freacă constant de hârtie și, prin urmare, se uzează. Pentru a face stiloul cu adevărat „etern”, vârful este lipit. Unele aliaje pentru lipirea penelor „eterne” includ ruteniul. În plus, aceste aliaje conțin wolfram, cobalt și bor.

Ruteniul este, de asemenea, folosit la fabricarea aliajelor pentru suporturile pentru ac de busolă. Aceste aliaje trebuie să fie dure, puternice și elastice. Dintre mineralele naturale, iridiul osmic foarte rar are astfel de proprietăți. Materialele artificiale pentru ace de busolă, împreună cu osmiu și iridiu și, uneori, alte metale, includ elementul nr. 44 - ruteniu.

Există contact!

În inginerie electrică, cuprul a fost folosit de multă vreme pentru contacte. Este un material ideal pentru transmiterea curenților puternici. Ce se întâmplă dacă după un anumit timp contactele devin acoperite cu oxid de cupru? Le poți șterge cu șmirghel și vor străluci din nou, ca noi. Este o chestiune diferită în tehnologia cu curent scăzut. Aici, orice peliculă de oxid de pe contact poate perturba funcționarea întregului sistem. Prin urmare, contactele pentru curenți scăzuti sunt realizate din paladiu sau dintr-un aliaj argint-paladiu. Dar aceste materiale nu au o rezistență mecanică suficientă. Adăugarea unor cantități mici de ruteniu (1...5%) la aliaje conferă contactelor duritate și rezistență. Același lucru este valabil și pentru contactele glisante, care trebuie să reziste bine la abraziune.

Roșu ruteniu.

Acesta este numele unui colorant anorganic, care este o clorură complexă de amoniu a ruteniului.Roșul de ruteniu este folosit în studii de anatomie și histologie (știința țesuturilor vii). O soluție a acestui colorant, atunci când este diluată 1:5000, colorează substanțele pectinice și unele țesături în tonuri de roz și roșu. Datorită acestui fapt, cercetătorul este capabil să distingă aceste substanțe de altele și să analizeze mai bine secțiunea examinată la microscop.

Aplicarea ruteniului pentru cultivarea grafenului.

Cercetătorii de la Brookhaven National Laboratory (SUA) au arătat că în timpul creșterii epitaxiale a grafenului, pe suprafața Ru(0001) se formează regiuni macroscopice de grafen. În acest caz, creșterea are loc strat cu strat și, deși primul strat este puternic legat de substrat, al doilea practic nu interacționează cu acesta și reține totul. proprietăți unice grafen.
Sinteza se bazează pe faptul că solubilitatea carbonului în ruteniu este puternic dependentă de temperatură. La 1150 °C, ruteniul este saturat cu carbon, iar când temperatura scade la 825 °C, carbonul iese la suprafață, ducând la formarea de insule de grafen mai mari de 100 de microni. Insulele cresc și se unesc, după care începe creșterea celui de-al doilea strat.

Subiectul ruteniului este discutat în mass-media de câteva zile. N-o să-i mai povestesc - cred că știi.

Deci, ce este, s-a întâmplat și, dacă da, de ce este periculos?

Ce este ruteniul și unde se utilizează?

Ruteniul este un metal de platină. Acum sunt cunoscuți șapte izotopi stabili și 27 de izotopi radioactivi ai ruteniului.

Ruteniul este folosit în aliaje pentru a crește rezistența la uzură - de exemplu, în titan proporția de ruteniu este de 0,1%, iar în producția de contacte electrice, ruteniul este aliat cu platină. Aliajele de ruteniu sunt extrem de rezistente la temperaturi ridicate, motiv pentru care sunt folosite în ingineria aerospațială ca materiale structurale. Compușii de ruteniu sunt utilizați în bijuterii, în electronică - în special, în rezistențele cu peliculă subțire (aceasta reprezintă 50% din toate aplicațiile ruteniului), precum și în panourile solare. În plus, acest metal este un catalizator important pentru reacțiile chimice: de exemplu, este folosit pentru purificarea apei la stațiile orbitale.

Cum a fost descoperit ruteniul?

De fapt, acest element a fost descoperit de trei ori. Dar, oficial, descoperirea îi aparține profesorului de la Universitatea Kazan, Karl Klaus. În 1844, un om de știință a examinat rămășițele care au fost obținute după extragerea platinei și a metalelor de platină din minereu. Klaus a topit aceste rămășițe cu salpetru. El a expus partea din aliajul rezultat care nu s-a dizolvat în apă la aqua regia, un amestec de acid azotic și clorhidric care dizolvă metalele, și a distilat ceea ce a fost lăsat la uscare. Din substanța rezultată, chimistul a izolat hidroxidul de fier sub formă de precipitat și l-a dizolvat în acid clorhidric. Culoarea roșu-violet închis a soluției l-a făcut să creadă că este prezent un element necunoscut. Klaus a reușit să izoleze acest element - totuși, nu în forma sa pură, ci în combinație cu sulful.

Noul element a fost numit după Rusia - ruteniu (din latinescul Ruthenia). Inițial, ideea numelui i-a aparținut unui alt om de știință, chimistul german Gottfried Ozanne - el a dat acest nume unuia dintre cele trei metale de platină, pe care l-a și obținut la analizarea minereului de platină Ural în 1928. Cu toate acestea, descoperirea lui Ozanne nu a fost confirmată în timpul testului. Cu toate acestea, Klaus a crezut că Ozanne a obținut ruteniu și a menționat acest lucru. Există, de asemenea, o versiune conform căreia elementul a fost descoperit cu trei decenii mai devreme de profesorul polonez Andrzej Sniadecki - acesta a propus denumirea vestia de metal, în onoarea asteroidului Vesta, descoperit în 1807.

Ce se știe despre ruteniu-106?

Este un izotop radioactiv cu un timp de înjumătățire de puțin peste un an - dintre toți izotopii instabili ai ruteniului, este cel mai longeviv. Este absent în natură: apare în timpul fisiunii uraniului și plutoniului în reactoarele nucleare - de fapt, este un produs secundar al eliminării combustibilului nuclear uzat (SNF).La sfârșitul iradierii combustibilului în reactor, activitatea de 106Ru ajunge la 2,01 Bq pe tonă de SNF - acesta este un număr destul de mare.

Principala problemă cu ruteniul-106 este că în timpul reprocesării combustibilului nuclear formează compuși stabili care interferează cu producerea de noi produse. Chimiștii trebuie să elimine ruteniul din componente în fiecare etapă a procesului pentru a transforma combustibilul nuclear uzat în combustibil nou.

Ruteniul-106 este utilizat în radioterapie pentru tumorile maligne ale ochiului. Poate fi folosit și în generatoarele termoelectrice cu radioizotopi, care sunt utilizate, în special, pentru alimentarea cu energie a navelor spațiale aflate la distanță de Soare. Cu toate acestea, plutoniul-238 este folosit în practică în aceste scopuri, dar izotopii de ruteniu nu sunt utilizați.

Este ruteniul-106 periculos pentru sănătate?

Ruteniul-106, ca orice altă sursă de radiații ionizante, are un efect asupra organismului. Este inclus în grupa B - al doilea cel mai radiotoxic. Grupa A include radionuclizi deosebit de periculoși: poloniu-210, radiu-226, plutoniu-238 și alți emițători alfa. Este ușor să te protejezi de un flux de particule alfa cu o foaie de hârtie, deoarece acestea au o capacitate de penetrare scăzută - dar dacă intră în organism, provoacă boala de radiații.

Ruteniul-106 este un emițător beta - pur și simplu, emite un flux de electroni. Dezintegrarea beta produce mai întâi rodiu-106, care se descompune imediat la paladiu-106 stabil. În ambele etape, sunt emiși electroni, precum și o mică componentă a radiației gamma. Dacă o particulă beta intră în organism, provoacă de 20 de ori mai puține daune decât o particulă alfa - dar puterea sa de penetrare este mai mare.

De ce toată agitația legată de ruteniu?

Pe 12 octombrie, Roshydromet a publicat un buletin privind situația radiațiilor din Rusia pentru septembrie 2017, care a indicat cazuri de creștere a activității beta în aer și în timpul precipitațiilor. În special, s-a vorbit despre creșterea activității ruteniului-106 - de exemplu, în microdistrictul Dema din Ufa, în perioada 26-27 septembrie, a avut loc „ploaia de ruteniu”. Chiar și mai devreme, în septembrie, stațiile de monitorizare europene au înregistrat un exces de ruteniu-106 în aer. Oficiul Federal German pentru Protecție împotriva Radiațiilor și Ministerul Federal pentru Mediu, Conservarea Naturii și Siguranța Reactorilor au sugerat că sursa de ruteniu este în Uralii de Sud.

Deci este chiar periculos?

Diavolul nu este la fel de înfricoșător pe cât este pictat. Activitatea ruteniului-106 este cu câteva ordine de mărime sub norma maximă admisă și nu dăunează sănătății - acest lucru a fost subliniat inițial de Roshydromet în declarația sa.

„Este foarte dificil să se determine ruteniul în atmosferă, mai ales în concentrații atât de mici”, spune un membru al Departamentului de Radiochimie de la Universitatea de Stat din Sankt Petersburg.

De exemplu, pentru Argayash buletinul conține date de 7,72 x 10 -5 Bq/m3, în timp ce valoarea permisă a activității ruteniului-106 conform standardelor moderne este de 4,4 Bq/m3. Apariția în raport a datelor privind excesul de ruteniu-106 în probe în raport cu perioada anterioară de „sute” de ori, Roshydromet a explicat prin faptul că acest radionuclid a fost complet absent în probele anterioare. După cum explică Boris Martsinkevich, redactor-șef al portalului Geoenergetics.ru, faptul că stațiile de monitorizare radiologică au fost capabile să detecteze astfel de concentrații scăzute de 106Ru poate fi considerat „testare care a demonstrat în mod convingător că stațiile funcționează la un nivel tehnic bun. .” Agenția Internațională pentru Energie Atomică (AIEA) a revizuit datele furnizate și a negat acuzațiile împotriva Rusiei.

În plus, există mulți emițători naturali alfa, beta și gamma.

„Dacă mergi la terasamentul din Sankt Petersburg, radiația de fond va fi mai mare decât în ​​laboratorul nostru”, spune un membru al Departamentului de Radiochimie de la Universitatea de Stat din Sankt Petersburg. „Pentru că granitul are în mod natural o radiație de fond ridicată.”

De ce a crescut brusc activitatea ruteniului-106?

Nu se știe exact. După cum a afirmat Rosatom, nu au existat emisii mari de substanțe radioactive la întreprinderile rusești. Asociația de producție Mayak, la rândul său, neagă categoric implicarea în posibila poluare a aerului cu izotopul ruteniu-106. Contaminarea majoră a atmosferei cu ruteniu poate apărea atunci când etanșarea carcasei elementului de combustibil din reactor este ruptă, precum și atunci când sursele de radiații ionizante bazate pe izotop sunt distruse. PA Mayak susține că separarea izotopului de combustibilul nuclear uzat, precum și producerea surselor de radiații din acesta, nu au fost efectuate la întreprindere de mulți ani. Mai mult decât atât, cu prima opțiune, există de obicei o eliberare a altor izotopi de „fragmentare”, care ar afecta cu siguranță indicatorii acestor elemente.

Se spune că ruteniul a venit din spațiu - este adevărat?

Interfax a publicat o versiune conform căreia eliberarea ruteniului-106 ar fi putut avea loc în timpul distrugerii satelitului. Cu toate acestea, Alexander Zheleznyakov, academician la Academia Rusă de Cosmonautică Tsiolkovsky, spune că ruteniul-106 nu este folosit în generatoarele de energie prin satelit - și dacă un astfel de dispozitiv ar fi scos din orbită, traiectoria lui ar fi monitorizată cu atenție. Prin urmare, această versiune este în pragul fanteziei.

Atunci de unde ar putea veni?

Asumarea șefului Departamentului de Radiochimie a Facultății de Chimie a Universității de Stat din Moscova Lomonosov, membru corespondent al Academiei Ruse de Științe Stepan Kalmykov, pare plauzibilă. El crede că o soluție de înaltă puritate de radionuclizi ar fi putut pătrunde în atmosferă dintr-o unitate sau o întreprindere medicală în care se lucrează sau se produc radiofarmaceutice. Acest lucru s-ar fi putut întâmpla în etapa procesului tehnic în care ruteniul se transformă într-un aerosol - datorită volatilității sale s-ar putea răspândi în atmosferă. Deși alți experți spun că nu arată ca o scurgere de ruteniu destinată în scopuri medicale (este folosit în radioterapie): norul este prea mare. Dar un accident care implică combustibil nuclear sau deșeurile acestuia este practic exclus, spune expertul.

Și viceguvernatorul regiunii Chelyabinsk, Oleg Klimov, a raportat că „pe 25 septembrie, chiar înainte de rapoartele despre ruteniu în Europa, concentrațiile de ruteniu au fost înregistrate la punctele de control din Uralii de Sud. Dimensiunea lor este de 20 de mii de ori mai mică decât doza anuală admisă. Verificarea a arătat că acesta este ruteniu pur, care a venit la noi din alt loc”, a menționat Oleg Klimov. „Situația este artificial tensionată și nu are nicio bază.”

Poate că europenii speriați ar trebui să caute o sursă în altă țară? Dar se dovedește că în Lumea Veche, întreprinderile care au vreo legătură cu lucrul cu substanțe radioactive sunt strict clasificate. Știm totul, iar meteorologii ruși au devenit victime ale acestei transparențe, care au afirmat că da, conținutul de izotopi de ruteniu la două puncte de colectare a depășit de sute de ori fondul lunii precedente. Când vine vorba de substanțe radioactive, toate acestea par înfricoșătoare pentru amatori. Și un specialist, privind cifrele, înțelege că atât în ​​Rusia, cât și în Europa concentrația de ruteniu-106 a fost de mii de ori mai mică decât orice nivel periculos. Și pentru a nu speria oamenii pe viitor, am decis să includem de acum înainte comparații cu aceleași concentrații maxime în tabelele de raportare.

Este puțin probabil ca cazul ruteniului orfan să fie rezolvat. Radiația este doar un fundal pentru hype aici. Până la urmă, în februarie, un nor al izotopului de iod, mult mai periculos decât ruteniul, a trecut peste Europa, dar a auzit cineva despre asta?
Sursă

0

Urmați-ne

În primul rând, câteva fapte care caracterizează poziția specială a ruteniului printre toate elementele chimice.

Ruteniul este unul dintre analogii platinei. Este cel mai ușor și, ca să spunem așa, cel mai „bazic” dintre metalele de platină.

Ruteniul este cel mai „multivalent” element: poate exista în cel puțin nouă stări de valență.

Ruteniul a fost primul element care a făcut posibilă legarea azotului atmosferic într-un compus chimic (complexul de ruteniu), la fel ca unele bacterii. În 1962, unul dintre autorii acestui articol a reușit să obțină un compus complex de ruteniu cu azot molecular. Compoziţia acestui complex este [(NO)(NH3)4RuN2,Ru(NH3)4(NO)]CI6. În 1965, omul de știință canadian Albert Allen a obținut un compus mai simplu (de asemenea complex) Cl 2.

Ruteniul se formează în timpul funcționării reactoarelor nucleare și în timpul exploziei bombelor atomice. Acesta este unul dintre cele mai neplăcute elemente de fragmentare.

Ruteniul este un element descoperit la noi în 1844 și numit după țara noastră. Rutenia - latină pentru Rusia. Autorul descoperirii a fost profesorul de la Universitatea Kazan Karl Karlovich Klaus.

Ruteniul pune astăzi cel puțin trei probleme chimiștilor. Ele vor fi discutate în acest articol.

Problema #1: Cum să scapi de ruteniu

Ruteniul are multe proprietăți valoroase și interesante. În multe caracteristici mecanice, electrice și chimice, poate concura cu multe metale și chiar cu platina și aurul. Cu toate acestea, spre deosebire de aceste metale, ruteniul este foarte fragil și, prin urmare, nu a fost încă posibil să se facă niciun produs din acesta. Aparent, fragilitatea și intractabilitatea ruteniului la prelucrarea mecanică se explică prin puritatea insuficientă a probelor testate. Proprietățile fizice ale acestui metal depind foarte mult de metoda de producție și nimeni nu a reușit încă să izoleze ruteniul de înaltă puritate. Încercările de a obține ruteniu pur prin sinterizarea în brichete, topirea zonelor și alte metode nu au condus la rezultate pozitive. Din acest motiv, caracteristicile importante din punct de vedere tehnic, cum ar fi rezistența la tracțiune și alungirea la rupere nu au fost încă stabilite cu precizie. Doar recent a fost determinat cu exactitate punctul de topire al ruteniului - 2250°C, iar punctul său de fierbere se află undeva în jurul valorii de 4900°C. Ruteniul metal absoarbe foarte activ hidrogenul. De obicei, paladiul este considerat standardul unui sorbent de hidrogen, din care un centimetru cub absoarbe 940 cm 3 de hidrogen. Capacitatea de absorbție a ruteniului este mai mare. Absoarbe 1500 de volume de hidrogen.

O altă proprietate importantă a ruteniului: la o temperatură de 0,47°K devine supraconductor.

Ruteniul metalic compact nu se dizolvă în alcalii, acizi și chiar în aqua regia în fierbere, dar este parțial solubil în acid azotic cu adăugarea de agenți oxidanți puternici - perclorați sau bromați. Ruteniul poate fi dizolvat într-un mediu alcalin cu hipocloriți sau într-un mediu acid prin metoda electrochimică.

Când este încălzit în aer, ruteniul începe să se oxideze parțial. Viteza maximă de oxidare se observă la 800°C. Până la o temperatură de 1000°C, ruteniul este întotdeauna oxidat numai în dioxid de RuO 2, dar dacă este încălzit la 1200°C și peste, începe să se transforme în tetroxid de RuO 4 volatil, prezentând o valență mai mare de 8+.

RuO 4 este un compus foarte interesant. În condiții normale, acestea sunt cristale în formă de ac galben-aurie, care se topesc deja la 25°C, transformându-se într-un lichid maro-portocaliu cu un miros specific, asemănător cu mirosul ozonului. Tetroxidul de ruteniu explodează imediat la contactul cu cea mai mică urmă din majoritatea substanțelor organice. În același timp, este foarte solubil în cloroform și tetraclorură de carbon. RuO 4 este otrăvitor: cu inhalarea prelungită a vaporilor săi, o persoană începe să se simtă amețită și există atacuri de vărsături și sufocare. Unii chimiști care au lucrat cu tetroxid de ruteniu au dezvoltat eczeme.

Capacitatea ruteniului de a forma tetroxid a jucat un rol semnificativ în chimia acestui element. Prin transformarea RuO 4 în forma volatilă, este posibilă separarea ruteniului de alte metale nobile și de bază și, după reducerea acestuia, obținerea celui mai pur ruteniu. Impuritățile de ruteniu sunt îndepărtate din rodiu, iridiu și platină folosind aceeași metodă.

Dar nu metalurgia a făcut ca problema combaterii ruteniului să fie atât de urgentă. Problema nr. 1 este pusă oamenilor de știință din domeniul tehnologiei nucleare.

Izotopii radioactivi ai ruteniului nu există în natură, dar se formează ca urmare a fisiunii nucleelor ​​de uraniu și plutoniu în reactoarele centralelor nucleare, submarine, nave și în timpul exploziilor bombelor atomice. Majoritatea izotopilor radioactivi ai ruteniului sunt de scurtă durată, dar doi - ruteniu-103 și ruteniu-106 - au perioade de înjumătățire destul de lungă (39,8 zile și 1,01 ani) și se acumulează în reactoare. Este semnificativ faptul că în timpul dezintegrarii plutoniului, izotopii ruteniului reprezintă până la 30% din masa totală a tuturor fragmentelor de fisiune. Din punct de vedere teoretic, acest fapt este cu siguranță interesant. Are chiar și o „poftă” specială: visul alchimiștilor s-a împlinit - un metal de bază s-a transformat într-unul nobil. Într-adevăr, în zilele noastre, fabricile de producție de plutoniu aruncă zeci de kilograme de ruteniu, metal nobil. Dar prejudiciul practic cauzat de acest proces tehnologiei nucleare nu ar merita chiar dacă ar fi posibil să se folosească întregul ruteniu produs în reactoarele nucleare.

De ce este ruteniul atât de dăunător?

Unul dintre principalele avantaje ale combustibilului nuclear este reproductibilitatea acestuia. După cum se știe, atunci când blocurile de uraniu sunt „arse” în reactoare nucleare, se formează un nou combustibil nuclear - plutoniu. În același timp, se formează și „cenusa” - fragmente din fisiunea nucleelor ​​de uraniu, inclusiv izotopi de ruteniu. Cenușa, desigur, trebuie îndepărtată. Nu numai că nucleele elementelor de fragmentare captează neutroni și rup reacția în lanț, dar creează și niveluri de radiație care depășesc semnificativ nivelurile permise. Este relativ ușor să separați cea mai mare parte a fragmentelor de uraniu și plutoniu, ceea ce se face la instalații speciale, dar ruteniul radioactiv provoacă multe probleme.

Plutoniul, uraniul necheltuit și fragmentele sunt separate în instalații speciale. Prima etapă a separării este dizolvarea blocurilor de uraniu în acid azotic. Aici încep necazurile cu ruteniul. Când este dizolvat, o parte din acesta se transformă în compuși nitrozo complexi, care se bazează pe o grupare trivalentă (RuNO) 3+. Acest grup formează compuși complecși de diferite compoziții în acid azotic. Ele interacționează între ele sau cu alți ioni în soluție, hidrolizează sau chiar se combină în molecule de polimer anorganic. Complexele sunt complet diferite, dar este foarte dificil să le separați și să le identificați. Varietatea nesfârșită de proprietăți ale compușilor ruteni nitrozo ridică multe întrebări dificile chimiștilor și tehnologilor.

Există mai multe metode de separare a fragmentelor de plutoniu și uraniu. Unul dintre ele este schimbul de ioni. O soluție care conține diferiți ioni trece printr-un sistem de schimbătoare de ioni. Sensul acestei operațiuni este că uraniul și plutoniul sunt reținute de schimbătoarele de ioni din aparat, în timp ce alte elemente trec liber prin întregul sistem. Cu toate acestea, ruteniul este eliminat doar parțial. O parte din el rămâne pe schimbătorul de ioni împreună cu uraniul.

Într-o altă metodă - precipitarea - uraniul este precipitat folosind reactivi speciali, iar fragmentele rămân în soluție. Dar, împreună cu uraniul, precipită și o parte din ruteniu.

Când este purificat prin extracție, uraniul este extras dintr-o soluție apoasă cu solvenți organici, de exemplu esterii acizilor organofosforici. Fragmentele rămân în faza apoasă, dar nu toate - ruteniul trece parțial în faza organică împreună cu uraniul.

Au încercat să evite dificultățile de purificare a combustibilului nuclear din ruteniu, folosind metode uscate care au eliminat dizolvarea blocurilor de uraniu. În loc de acid azotic, au fost tratați cu fluor. Sa presupus că uraniul se va transforma apoi în hexafluorură volatilă și va fi separat de fluorurile nevolatile ale elementelor de fragmentare. Dar ruteniul a rămas fidel și aici. S-a dovedit că formează și fluoruri volatile.

Dificultățile cu ruteniul îi bântuie pe tehnologii în următoarele etape de lucru cu materiale fisile. La colectarea fragmentelor din soluțiile reziduale, majoritatea elementelor străine pot fi transferate în sediment, iar ruteniul rămâne din nou parțial în soluție. Tratamentul biologic nu garantează eliminarea acestuia atunci când soluțiile reziduale sunt turnate în rezervoare speciale fără scurgere.

Ruteniul începe să migreze treptat în pământ, creând pericolul contaminării radioactive la distanțe mari de rezervor. Același lucru se întâmplă atunci când fragmentele sunt îngropate în mine la mare adâncime. Ruteniul radioactiv, care are (sub formă de compuși nitrozozi solubili în apă) mobilitate extremă sau, mai corect, capacitate de migrare, poate călători foarte departe cu apele subterane.

Problema curățeniei este decontaminarea echipamentelor, îmbrăcămintei etc. – din radioruteniu are și el specificul său. În funcție de starea chimică în care se afla ruteniul, acesta poate fi fie spălat și îndepărtat cu ușurință, fie poate fi dezactivat cu mare dificultate.

Fizicienii, chimiștii, tehnologii și mai ales radiochimiștii din multe țări acordă o mare atenție luptei împotriva ruteniului radioactiv. La I și a II-a Conferințe Internaționale privind Utilizarea Pașnică a Energiei Atomice de la Geneva, mai multe rapoarte au fost dedicate acestei probleme. Totuși, încă nu există niciun motiv să considerăm că lupta împotriva ruteniului a fost încheiată cu succes și, se pare, chimiștii vor trebui să muncească mult mai mult pentru ca această problemă să fie transferată în categoria de rezolvat definitiv.

Problema nr. 2: studiu suplimentar al chimiei ruteniului și compușilor săi

Relevanța extraordinară a problemei nr. 1 îi obligă pe cercetători să pătrundă tot mai adânc în chimia ruteniului și a compușilor săi. Descoperirea radioruteniului în produsele de fisiune ai combustibilului nuclear a servit ca un impuls puternic pentru numeroase lucrări despre chimia ruteniului și l-a făcut obiectul unei atenții deosebite. Nu au făcut-o atât de mult înainte.

În 1844, profesorul de chimie la Universitatea din Kazan, Karl Karlovich Klaus, a obținut 6 g dintr-un metal alb-argintiu necunoscut din platină brută, i-a determinat masa atomică, constantele fizico-chimice de bază și proprietățile individuale ale unora dintre compușii săi. Ruteniul a devenit al 57-lea element cunoscut chimiștilor.

Mulți chimiști cunoscuți au fost implicați în dezvoltarea anumitor probleme din chimia ruteniului de-a lungul anilor: Berzelius, Saint-Clair Deville, Debray, Remy, Werner etc. S-a constatat că în unele proprietăți chimice ruteniul este aproape de fier. , iar în altele - la rodiu și în special la osmiu, că poate prezenta mai multe valențe, că oxidul de ruteniu stabil are formula RuO 2.

Ruteniul este un element rar și foarte mic. Este singurul mineral cunoscut că se formează în condiții naturale. Aceasta este laurita RuS 2 - o substanță foarte tare, grea, neagră, care este extrem de rară în natură. În alți compuși naturali, ruteniul este doar o impuritate izomorfă, a cărei cantitate, de regulă, nu depășește zecimi de procent. Mici impurități de compuși ai ruteniului au fost descoperite în minereurile de cupru-nichel ale zăcământului canadian Sedbury și apoi în alte mine.

Academicianul A.E. Fersman a găsit urme de ruteniu în roci acide magmatice și multe minerale. Cu toate acestea, problema dispersiei ruteniului în timpul distrugerii rocilor și soarta sa ulterioară nu a fost încă studiată pe deplin. Soluția sa este complicată de faptul că ruteniul, pe de o parte, produce oxizi puțin solubili care se acumulează în reziduurile de rocă, iar pe de altă parte, apele minerale și de suprafață dizolvă o parte din ruteniu, intră în soluție și se disipează. Adsorbanții puternici și agenții biochimici pot reconcentra ruteniul din soluții. Astfel, s-au găsit concentrații crescute de ruteniu în piroluzitul mineral MnO2. Unele specii de plante au, de asemenea, capacitatea de a acumula acest element; în special, este concentrat în rădăcinile leguminoaselor.

Una dintre cele mai remarcabile proprietăți chimice ale ruteniului este numeroasele sale stări de valență. Ușurința de tranziție a ruteniului de la o stare de valență la alta și abundența acestor stări conduc la complexitatea și originalitatea extremă a chimiei ruteniului, care este încă plină cu multe puncte goale.

Uitați-vă cât de numeroși sunt prezentați mai jos compușii ruteniului, câți compuși complecși și încă puțin studiati sunt printre aceștia (simbolul M denotă metale monovalente).

Foarte puțini oameni de știință au studiat în mod sistematic chimia ruteniului. Unii dintre ei au publicat una sau două lucrări și au trecut la alte elemente, în timp ce alții, incapabili să facă față avalanșei de întrebări noi care apar în mod constant, și-au lăsat munca despre ruteniu nici măcar neterminată. Din acest motiv, ne considerăm obligați să menționăm în acest articol numele defunctului om de știință sovietic Serghei Mihailovici Starostin, care și-a dedicat întreaga viață studiului chimiei ruteniului și a compușilor săi. El a fost cel care a stabilit că dificultățile enorme care apar la separarea ruteniului de plutoniu și uraniu sunt asociate cu formarea și proprietățile complexelor nitrozo cu ruteniu.

Dar să revenim la numeroasele valențe ale ruteniului. După ce v-ați familiarizat cu compușii săi, ați întâlnit nouă valențe - de la zero la opt. S-ar părea mult mai mult! Dar asta nu este tot. Ruteniul este, de asemenea, capabil să formeze compuși cu legături multiple, a căror creare implică nu una, ci mai multe perechi de electroni. Pe lângă legăturile covalente formate ca urmare a împerecherii unui electron liber de ruteniu cu un electron al oricărui alt atom, acest element poate forma și altele mai complexe - legături dative și donor-acceptor. De exemplu, s-a stabilit că în compusul K 4 (Ru 2 ОCl 10) · H 2 O legătura Ru ↔ O ↔ Ru (2 · 1,8 Å) este multiplă. Este mai scurt și mai puternic decât un singur Ru – O.

Legăturile din toate cele trei tipuri participă la formarea compușilor nitrozo cu ruteniu. Prezența unei grupări nitrozo în acești compuși duce la formarea de către ruteniu a unei configurații de 18 electroni foarte stabile a criptonului gaz inert, ceea ce explică stabilitatea chimică și termică neobișnuit de ridicată a complecșilor nitrozo cu ruteniu - compuși de cel mai mare interes pentru tehnologia nucleară. . Valența ruteniului în complexele sale nitrozo ar trebui considerată egală cu patru; este cea mai stabilă formă de valență a ruteniului.

Printre altele, ruteniul poate forma molecule de polimer cu lanț lung. Se caracterizează prin formarea de lanțuri asemănătoare celor din silicon: – Ru – O – Ru – O – Ru – O –. În plus, a fost dovedită existența compușilor polimerici construiți după cum urmează:

Unii oameni de știință sugerează că va fi posibilă izolarea polimerilor anorganici pe baza unor complecși de ruteniu nitrozo.

Cu câteva decenii în urmă, complexele de ruteniu au oferit un serviciu important teoriei chimiei, devenind un model excelent cu ajutorul căruia Werner a creat faimoasa sa teorie a coordonării. Poate că compușii polimerici ai ruteniului vor servi ca model pentru crearea teoriei polimerilor anorganici.

Problema #3: obținerea și utilizarea ruteniului

În ciuda prezenței sale scăzute în natură și a dimensiunii limitate a exploatării ruteniului, acest element nu poate fi numit șomer.

Ruteniul este cea mai bază dintre metalele de platină, dar împărtășește majoritatea proprietăților lor. În plus, are și o serie de proprietăți specifice. În fiecare an domeniile de aplicare a ruteniului se extind din ce în ce mai mult. În acest sens, apare problema nr. 3, diametral opusă problemei nr. 1 - cum să crești producția de ruteniu, să găsești modalități noi, mai eficiente de extragere a acestuia din semiproduse ale producției de cupru-nichel, unde acest element este prezent. împreună cu alte metale nobile și comune. În acest caz, problema nr. 2 revine pe ordinea de zi. Într-adevăr, pentru a extrage eficient ruteniul, trebuie să cunoașteți bine chimia compușilor săi, comportamentul acestora în soluții și diferite procese. Folosind metode electrochimice, extracție și precipitare, am învățat să izolăm și să separăm ruteniul de toate elementele însoțitoare.

Unde se folosește ruteniul și care sunt perspectivele de utilizare a acestuia?

Ruteniul, ca și platina și paladiul, are proprietăți catalitice, dar adesea diferă de ele prin selectivitate și selectivitate mai mari. Cataliza eterogenă utilizează ruteniul metalic și aliajele sale. Cei mai eficienți catalizatori se obțin prin depunerea ruteniului pe diverse suporturi cu suprafețe foarte dezvoltate. În multe cazuri este folosit împreună cu platina pentru a-și crește activitatea catalitică. Un aliaj de rodiu, ruteniu și platină accelerează oxidarea amoniacului în producția de acid azotic. Ruteniul este folosit pentru sinteza acidului cianhidric din amoniac și metan, pentru a obține hidrocarburi saturate din hidrogen și monoxid de carbon. O metodă de polimerizare a etilenei pe un catalizator de ruteniu a fost brevetată în străinătate.

Catalizatorii de ruteniu au devenit importanți pentru reacția de producere a glicerolului și a altor alcooli polihidroxi din celuloză prin hidrogenare. Celebrul om de știință sovietic academician A.A. Balandin și colaboratorii săi, folosind ruteniu, au reușit să transforme rumegușul, știuleții de porumb, cojile de semințe de floarea-soarelui și bolurile de bumbac în produse chimice valoroase. A existat un raport în presă că un catalizator de ruteniu a fost folosit cu succes în sinteza diamantelor.

Compușii organometalici ai ruteniului sunt utilizați în cataliză omogenă pentru diferite reacții de hidrogenare, iar în ceea ce privește selectivitatea și activitatea catalitică nu sunt inferiori catalizatorilor recunoscuți pe bază de rodiu.

Principalul avantaj al catalizatorului de ruteniu este selectivitatea sa ridicată. Acesta este ceea ce permite chimiștilor să folosească ruteniul pentru a sintetiza o mare varietate de produse organice și anorganice. Catalizatorul de ruteniu începe să concureze serios cu platina, iridiul și rodiul.

Elementul nr. 44 este ceva mai puțin capabil în metalurgie, dar este folosit și în această industrie. Adăugările mici de ruteniu cresc de obicei rezistența la coroziune, rezistența și duritatea aliajului. Cel mai adesea este introdus în metale din care sunt realizate contacte pentru inginerie electrică și echipamente radio. Un aliaj de ruteniu și platină și-a găsit aplicație în celulele de combustie ale unor sateliți artificiali americani de pe Pământ. Aliajele de ruteniu cu lantan, ceriu, scandiu și ytriu au supraconductivitate. Termocuplurile realizate dintr-un aliaj de iridiu și ruteniu pot măsura cele mai ridicate temperaturi.

Se poate aștepta mult de la utilizarea acoperirilor cu ruteniu aplicate sub formă de strat subțire (film) pe diferite materiale și produse. Un astfel de film modifică semnificativ proprietățile și calitatea produselor, le crește rezistența chimică și mecanică, le face rezistente la coroziune, îmbunătățește dramatic proprietățile electrice etc. Acoperirile subțiri din metale nobile, inclusiv ruteniul, au devenit din ce în ce mai importante în ultimii ani în diverse domenii ale electronicii, radio și inginerie electrică, industria chimică și, de asemenea, în bijuterii.

O proprietate interesantă a ruteniului metalului - absorbția și trecerea hidrogenului - poate fi folosită cu succes pentru a extrage hidrogenul dintr-un amestec de gaze și pentru a obține hidrogen ultra-pur.

Mulți compuși ai ruteniului au proprietăți benefice. Unele dintre ele sunt folosite ca aditivi în sticlă și emailuri ca coloranți permanenți; Clorurile de ruteniu, de exemplu, măresc luminescența luminolului, poliaminele de ruteniu au proprietăți fluorescente, sarea Na 2 · 2H 2 O este piezoelectrică, RuO 4 este un agent oxidant puternic. Mulți compuși ai ruteniului au activitate biologică. În unele cazuri ele provoacă reacții alergice și eczeme, dar există cazuri descrise în care sunt utilizate pentru tratarea bolilor de piele și a cancerului. S-a sugerat că în natura vie, compușii ruteniului servesc ca catalizatori în procesele de legare a azotului molecular din aer în aminoacizi.

Și, în sfârșit, vorbind despre utilizarea ruteniului, nu se poate să nu menționăm utilizarea izotopilor săi radioactivi în cercetarea științifică, în special în rezolvarea problemelor controversate ale chimiei ruteniului însuși. Aici elementul #44 luptă în cele din urmă cu și pentru sine. La urma urmei, calea către soluția finală a problemei purificării combustibilului nuclear din radioruteniu și dezvoltarea metodelor de extragere eficientă a ruteniului din minereuri trece printr-o cunoaștere aprofundată a proprietăților și caracteristicilor acestui element complex și neobișnuit.

Pană „eternă”.

Penițele stiloului se freacă constant de hârtie și, prin urmare, se uzează. Pentru a face stiloul cu adevărat „etern”, vârful este lipit. Unele aliaje pentru lipirea penelor „eterne” includ ruteniul. În plus, aceste aliaje conțin wolfram, cobalt și bor.

Ruteniul este, de asemenea, folosit la fabricarea aliajelor pentru suporturile pentru ac de busolă. Aceste aliaje trebuie să fie dure, puternice și elastice. Dintre mineralele naturale, iridiul osmic foarte rar are astfel de proprietăți. Materialele artificiale pentru ace de busolă, împreună cu osmiu și iridiu și, uneori, alte metale, includ elementul nr. 44 - ruteniu.

Există contact!

În inginerie electrică, cuprul a fost folosit de multă vreme pentru contacte. Este un material ideal pentru transmiterea curenților puternici. Ce se întâmplă dacă după un anumit timp contactele devin acoperite cu oxid de cupru? Le poți șterge cu șmirghel și vor străluci din nou, ca altele noi. Este o chestiune diferită în tehnologia cu curent scăzut. Aici, orice peliculă de oxid de pe contact poate perturba funcționarea întregului sistem. Prin urmare, contactele pentru curenți scăzuti sunt realizate din paladiu sau dintr-un aliaj argint-paladiu. Dar aceste materiale nu au o rezistență mecanică suficientă. Adăugarea unor cantități mici de ruteniu (1...5%) la aliaje conferă contactelor duritate și rezistență. Același lucru este valabil și pentru contactele glisante, care trebuie să reziste bine la abraziune.

Roșu ruteniu

Acesta este numele unui colorant anorganic, care este clorură complexă de amoniac a ruteniului. Au fost propuse mai multe formule pentru această substanță, dar niciuna dintre ele nu reflectă cu exactitate compoziția acesteia. Acest colorant nu este folosit pentru vopsirea țesăturilor - este prea scump. Roșu de ruteniu este folosit în studii de anatomie și histologie (știința țesutului viu). O soluție a acestui colorant, atunci când este diluată 1:5000, colorează substanțele pectinice și unele țesături în tonuri de roz și roșu. Datorită acestui fapt, cercetătorul este capabil să distingă aceste substanțe de altele și să analizeze mai bine secțiunea examinată la microscop.