Рутениум — хемиски елемент со симбол Ru и атомски број 44. Тоа е редок преоден метал што припаѓа на платинската група на периодниот систем. Како и другите метали на платинската група, рутениумот е инертен на повеќето други хемикалии. Рускиот роден научник од балтичко-германското потекло Карл Ернст Клаус го открил елементот во 1844 година на Казанскиот државен универзитет и го именувал по латинското име на неговата татковина, Рутенија. Рутениум обично се наоѓа како помала компонента на платинските руди; годишното производство се зголеми од околу 19 тони во 2009 годинаSummary. Ruthenium. platinum.matthey.com, p. 9 (2009) на околу 35,5 тони во 2017 година.PGM Market Report. platinum.matthey.com, p. 30 (May 2018) Повеќето произведени рутениум се користи во електрични контакти отпорни на абење и отпорници со дебелина. Мала апликација за рутениум е во легури на платина и како хемиски катализатор. Новата апликација на рутениум е како слој за екстремни ултравиолетови фотомаси. Рутениум обично се наоѓа во руди со другите метали на платина во Уралските Планини и во Северна и Јужна Америка. Мали, но комерцијално важни количини, исто така, се наоѓаат во пентандитите извлечени од Садбери, Онтарио и во депозитите на пироксинит во Јужна Африка.
Особености
Физички својства Рутениум, поливалентен хард бел метал, е член на платинската група и е во групата 8 од периодниот систем. Со оглед на тоа што сите други елементи од групата 8 имаат најмногу 2 електрони во најоддалечената школка, во рутениумот, најоддалечената школка има само еден електрон (конечниот електрон е во долна обвивка). Оваа аномалија е забележана во соседните метали ниобиум (41), молибден (42) и родиум (45). Рутениј има четири кристални модификации и не оцрни освен ако не подлежат на високи температури. Рутенија се раствора во соединети алкалии за да даде рутенати (RuO2-4), не го напаѓа ниедна киселина (дури ни царска вода), но е нападнат од халогени на високи температури. Всушност, рутенија најлесно е нападнат од оксидирачки агенси.Greenwood and Earnshaw, p. 1076 Мали количини на рутениум може да ја зголемат тврдоста на платината и паладиумот. Отпорноста на корозија на титанот значително се зголемува со додавање на мала количина рутениум.Hamond, C.R. "The elements", in Металот може да се обложи со галванизација и со топлинско разложување. Легурата од рутениум-молибден познато е дека superconductive од температури под 10.6 K. Рутиниумот е последниот од 4d транзициските метали што може да ја претпостави групата оксидација +8, па дури и тогаш е помалку стабилна од потешкиот конгенериум осмиум: ова е првата група од левата страна на табелата, каде што вториот и третиот ред транзициони метали прикажуваат значајни разлики во хемиското однесување. Како железо, но за разлика од осмиумот, рутениумот може да формира водени катјони во своите пониски стапки на оксидација од +2 и +3.Greenwood and Earnshaw, p. 1078
Рутениумот е прв во тренд на опаѓање на точките на топење и вриење и атомизација енталпија во 4d транзиција метали по максимално гледано кај молибден, бидејќи 4d подслој е повеќе од половина полн и електроните придонесуваат помалку за метално поврзување. (Technetium, претходниот елемент, има исклучително ниска вредност која е надвор од трендот поради неговата полупополнета [Kr] 4d55s2 конфигурација, иако малата количина на енергија потребна за да се возбуди на конфигурацијата [Kr] 4d65s1 покажува дека е не толку далеку од трендот во серијата 4д како манган во 3д транзиционата серија).Greenwood and Earnshaw, p. 1075 За разлика од полето на железото конгенирано железо, рутениум е парамагнетски на собна температура, бидејќи железото е исто така над својата точка на Кјури.
Потенцијалот за намалување на киселиот воден раствор за некои заеднички рутениумски јони е прикажан подолу:Greenwood and Earnshaw, p. 1077
0.455 V Ru2+ + 2e− ↔ Ru
0.249 V Ru3+ + e− ↔ Ru2+
1.120 V RuO2 + 4H+ + 2e− ↔ Ru2+ + 2H2O
1.563 V RuO2-4 + 8H+ + 4e− ↔ Ru2+ + 4H2O
1.368 V RuO−4 + 8H+ + 5e− ↔ Ru2+ + 4H2O
1.387 V RuO4 + 4H+ + 4e− ↔ RuO2 + 2H2O
Изотопи
Природниот рутениум е составен од седум стабилни изотопи. Дополнително, откриени се 34 радиоактивни изотопи. Од овие радиоизотопи, најстабилните се 106Ru со полуживот од 373,59 дена, 103Ru со полуживот од 39,26 дена и 97Ru со полуживот од 2,9 дена.
Петнаесет други радиоизотопи се одликуваат со атомски тежини кои се движат од 89,93 u (90Ru) до 114,928 u (115Ru). Повеќето од нив имаат полуживот кој е помалку од пет минути, освен 95Ru (полуживот: 1.643 часа) и 105Ru (полуживот: 4.44 часа).
Примарниот начин на распаѓање пред најзастапен изотоп, 102Ru, е зафаќање на електрони и примарниот режим по е бета емисија. Примарниот производ на распаѓање пред 102Ru е технециум и примарен производ за распаѓање по родиум. Section 11, Table of the Isotopes
Појава Како 74-ти најбитен елемент во Земјината кора, рутениумот е релативно редок, кој се наоѓа во околу 100 делови на трилиони.Greenwood and Earnshaw, p. 1071 Овој елемент најчесто се наоѓа во руди со другите метали на платина во Уралските Планини и во Северна и Јужна Америка. Мали, но комерцијално важни количини, исто така, се наоѓаат во пентандитите извлечени од Садбери, Онтарио, Канада и во депозитите на пироксини во Јужна Африка. Родната форма на рутенија е многу редок минерал (Ир го заменува дел од Ru во неговата структура).
Производство Околу 12 тони рутениум се минираат секоја година со светски резерви проценети на 5.000 тони. Составот на мешаните платински метални метални (PGM) минерали варира во зависност од геохемиската формација. На пример, PGMs mined во Јужна Африка содржат во просек 11% рутениум, додека PGMs mined во поранешниот СССР содржат само 2% (1992). Рутениумот, осмиумот и иридиумот се сметаат за мали метали на платина.
Рутениумот, како и другите метали на платина, се добива комерцијално како нус-производ од обработка на никел, бакар и платина. Во текот на електроразличувањето на бакар и никел, благородни метали, како што се среброто, златото и металите на платинската група, преципитираат како анодна кал, суровина за екстракција. Металите се претвораат во јонизирани раствори со некој од неколкуте методи, во зависност од составот на суровината. Една претставителна метода е соединување со натриум пероксид проследена со растворање во царска вода раствор во мешавина на хлор со хлороводородна киселина. Осимиум, рутениум, родиум и иридиум се нерастворливи во царска вода и лесно се таложат, оставајќи ги другите метали во раствор. Родиумот е одделен од остатокот со третман со стопен натриум бисулфат. Нерастворливите остатоци, кои содржат Ru, Os и Ir, се третираат со натриум оксид, во кој Ir е нерастворлив, создавајќи растворени Ru и Os соли. По оксидација на испарливи оксиди, RuO4 е одделен од OsO4 со таложење на (NH4) 3RuCl6 со амониум хлорид или со дестилација или екстракција со органски растворувачи на испарливиот осмиум тетроксид. Водородот се користи за намалување на амониум рутениум хлоридот кој дава прашок. Производот се редуцира со користење на водород, давајќи го метал како прашок или сунѓер метал кој може да се третира со техники на прашкаста металургија или аргон-лачно заварување.
Хемиски соединенија
Оксидационите состојби на рутениумот се движат од 0 до +8 и -2. Одликите на соединенијата од рутениум и осмиум често се слични. На 2, 3 и 4 држави се најчести. Најраспространет претходник е рутениум трихлорид, црвена цврста супстанца која е слабо дефинирана хемиски, но разновидна синтетички.
Оксиди и халкогениди Рутениумот може да се оксидира до рутениум (IV) оксид (RuO2, оксидациона состојба +4), кој пак може да се оксидира со натриум метапериодот на испарливиот жолт тетраэдричен рутениум тетроксид, RuO4, агресивен силен оксидирачки агенс со структура и својства аналогни на осмиум тетроксид. Како осмиум тетроксид, рутениум тетроксидот е моќен фиксатор и дамка за електронска микроскопија на органски материи и најчесто се користи за откривање на структурата на полимерните примероци. Исто така се познати дикалиум рутенат (K2RuO4, +6) и калиум перрутенат (KRuO4, +7). За разлика од осмиум тетроксид, рутениум тетроксидот е помалку стабилен и е доволно силен како оксидирачко средство за оксидирање на разредена хлороводородна киселина и органски растворувачи како етанол на собна температура и лесно се сведува на рутенат (RuO2-4) во водени алкални раствори; се разложува за да се формира диоксид над 100 °C. За разлика од железото, но како осмиум, рутениумот не формира оксиди во своите пониски +2 и +3 оксидациски состојби. Рутениумот образува дихалкогениди само кога се реагира директно со халкогените, кои се дијамагнитни полупроводници кристализираат во пиритската структура и со тоа мора да содржат рутениум (II). Како железо, рутениумот лесно не формира оксоаниони и претпочита да постигне висок координатен број со јони на хидроксид . Рутениевиот тетроксид се намалува со ладен разреден калиумхидроксид за да се формира црн калиум перрутенат, KRuO4, со рутениум во оксидациската состојба +7. Калиум перрутенатот исто така може да се произведува со оксидирачки калиум рутенат, К2РуО4, со гас од хлор. Перрутеничниот јон е нестабилен и се намалува со вода за да се формира портокалова рутенатот. Калиум рутенат може да се синтетизира со реакција на рутениум метал со калиум хидроксид и калиум нитрат.Некои мешани оксиди се исто така познати, како што се MIIRuIVO3, Na3RuVO4, Na2RuV2O7 и MII2LnIIIRuVO6.
Халиди и оксихариди Најпознатиот рутениум халид е хексафлуорид, темнокафеава цврста материја која се топи на 54 °C. Тој насилно се хидролизира при контакт со вода и лесно се диспропорционира за да формира мешавина од пониски рутениум флуориди, ослободувајќи го флуорниот гас. Рутениум пентафлуорид е тетрамерна темнозелена цврста материја која исто така е лесно хидролизирана, топејќи на 86,5 °C. Жолтиот рутениум тетрафлуорид веројатно е полимерна и може да се формира со намалување на пентафлуоридот со јод. Меѓу бинарните соединенија на рутениумот, овие високи оксидациски состојби се познати само во оксидите и флуоридите.Рутениум трихлорид е добро познато соединение, кое постои во црна α-форма и темнокафеава β-форма: трихидрат е црвен. Од познатите трихалиди, трифлуоридот е темнокафеав и се распаѓа над 650 °C, тетрабромидот е темно-кафеав и се разградува над 400 °C, а тријодидот е црно. Од дихалидите, дифлуоридот не е познат, дихлоридот е кафеав, дибромид е црно, а дијодидот е сино. Единствениот познат оксихалид е бледо зелениот рутениум (VI) оксифлуорид, RuOF4.
Координација и органометални комплекси Главна статија: Органоуретанска хемија
Рутениум формира различни координатни комплекси. Примери се многуте деривати на пентамин [Ru (NH3) 5L] n + кои често постојат и за Ru (II) и за Ru (III). Деривати на бипиридин и терпиридин се бројни, најдобро познати како luminescenttris (бипиридин) рутениум (II) хлорид. Рутениумот образува широк спектар на соединенија со јаглерод-рутениумски врски. Грубс-катализаторот се користи за алканска метатеза. Рутеноцен е аналогно на фероцен структурно, но покажува ексклузивни својства на редокс. Безбоен течен рутений пентакарбонил се претвора во отсуство на притисок на СО до темноцрвениот цврст трирутений додекакарбонил. Рутениум трихлорид реагира со јаглерод моноксид за да даде многу деривати, вклучувајќи RuHCl (CO) (PPh3) 3 и Ru (CO) 2 (PPh3) 3 (комплекс на Ропер). Растворот за греење на рутениум трихлорид во алкохоли со трифенилфосфин дава трис (трифенилфосфин) рутениум дихлорид (RuCl2 (PPh3) 3), кој се претвора во хидридниот комплекс хлорохидридрис (трифенилфосфин) рутений (II) (RuHCl (PPh3) 3).
Историја