Рутеният е най-лекият и най-малко "благородният" от всички метали от платинената група. Това е може би най-"многовалентният" елемент (известни са девет валентни състояния). Въпреки повече от половин век история на изследванията, тя все още поставя много въпроси и проблеми пред съвременните химици днес. И така, какво е рутений като химичен елемент? Като начало, кратко отклонение в историята.
Мистериозен и богат
Името и историята на откриването на рутения са неразривно свързани с Русия. В самото начало на 20-ти век световната общественост беше развълнувана и притеснена от новината, че в Руската империя са открити най-богатите залежи на платина. Имаше слухове, че в Урал добивът на този благороден метал може да се извърши с обикновена лопата. Фактът за откриването на богати находища скоро беше потвърден от факта, че министърът на финансите на Русия Е. Ф. Канкрин изпрати най-високия указ за сеченето на монети от платина до монетния двор в Санкт Петербург. През следващите години бяха пуснати в обращение около един и половина милион монети (3, 6 и 12 рубли), за производството на които бяха изразходвани 20 тона благороден метал.
"Discovery" Ozanne
Професор от университета Дерпт-Юриевски (сега Тарту) Готфрид Озан започва да изучава състава на ценната руда на Урал. Той стига до извода, че платината е придружена от три неизвестни метала – полином, полином и рутений – имената на които са дадени от самия Озан. Между другото, той нарече третия на името на Русия (от латинското Ruthenia).
Колегите на Озан в цяла Европа, водени от най-авторитетния шведски химик Йенс Берцелиус, бяха много критични към доклада на професора. В опит да се оправдае, ученият повтори поредица от експериментите си, но не успя да постигне същите резултати.
Две десетилетия по-късно професорът по химия Карл Карлович Клаус (Казански университет) се интересува от работата на Озан. Той осигури разрешението на министъра на финансите да вземе няколко паунда остатъчни монети от лабораторията на монетния двор за повторно тестване.
Казански химичен елемент рутений
Руският академик А. Е. Арбузов отбелязва в своите писания, че за да открие нов елемент в онези дни, химикът се нуждае от изключително усърдие и постоянство, наблюдение и проницателност и най-важното - тънък опитен усет. Всички изброени по-горе качества бяха присъщи на младия Карл Клаус в най-висока степен.
Изследванията на учения имаха и практическо значение - допълнително извличане на чиста платина от рудни остатъци. След като разработи свой собствен план за експеримента, Клаус сплави рудния материал със селитра и извлече разтворими елементи: осмий, иридий,паладий. Неразтворимата част се излага на смес от концентрирани киселини ("царска вода") и дестилация. В утайката от железен хидроксид той открива наличието на неизвестен метал и го изолира първо под формата на сулфид, а след това в чиста форма (около 6 грама). Професорът запази името, предложено от Озан за елемента - рутений.
Отворете и докажете
Но както се оказа, историята за откриването на химическия елемент рутений тепърва започваше. След публикуването на резултатите от изследването през 1844 г. Клаус падна градушка от критики. Заключенията на неизвестния казански учен бяха приети скептично от най-големите химици в света. Дори изпращането на проба от новия елемент до Берцелиус не спаси ситуацията. Според шведския майстор рутенийът на Клаус е бил само „проба от нечист иридий“.
Само изключителните качества на Карл Карлович като аналитичен химик и експериментатор и поредица от допълнителни изследвания позволиха на учения да докаже своя случай. През 1846 г. откритието получава официално признание и потвърждение. За работата си Клаус е удостоен с Демидовската награда на Руската академия на науките в размер на 10 хиляди рубли. Благодарение на таланта и упоритостта на казанския професор, рутеният, първият елемент, открит в Русия, беше добавен към редиците на платиноидите.
Допълнително проучване
Основният проблем при изучаването на химичните и физичните свойства на рутения е изключително ограниченото съдържаниетози метал в земната кора. Например, в отпадъците от производството на платина (работният материал на Clauss) съдържанието му е около 1%. Повечето учени-химици признават рутения като изключително неблагоприятно вещество за изследване. Изобилието от безизходица често кара изследователите да ограничават или спират работата си.
Съветският учен С. М. Старостин посвети целия си живот на изучаването на свойствата на "неудобния" метал и неговите съединения. Основният резултат от дейността на химика са изводите за свойствата на рутениевите нитрозо комплекси и свързаните с тях трудности при отделянето на чист метал от придружаващите го уран и плутоний. Какво е рутений като химичен елемент?
Физически свойства
Рутеният е метал, чийто цвят, в зависимост от начина на получаване, варира от сиво-синкав до сребристо-бял. Някои физически характеристики на химичния елемент рутений ни позволяват да го считаме за уникално вещество. Заедно с високата крехкост (кристалите дори лесно се смилат на прах на ръка), рутеният има изключителна твърдост - 6,5 по десетобалната скала за минералогична твърдост (скала на Моос). Може би най-лекият от металите от платинената група. Плътността е 12,45 g/cm3. Той е много огнеупорен - температурата на преход в течно състояние е 2334 ° C. При топене в електрическа дъга се наблюдава едновременно изпаряване на метала. По време на високотемпературно калциниране на открито, елементът се "изпарява" във формататетроксиди.
Рутеният е класифициран като свръхпроводник. Металът демонстрира нулева устойчивост при охлаждане до 0,47 K. Това свойство е от голямо значение от научна и практическа гледна точка. Като платиноид, рутеният е много интересен благороден метал.
Element Ru
Свойствата на метала "Казан" в много отношения са характерни за представителите на VΙΙΙ (платинената) група. Рутеният е химичен елемент от периодичната таблица с атомен номер 44, характеризиращ се с висока инертност. Той има 7 стабилни естествени и 20 изкуствени изотопа с масови числа от 92 до 113.
При нормална температура не подлежи на окисляване и корозия, киселини и основи. Когато се нагрява над 400 ° C, той реагира с хлор, при 930 ° C - с кислород. С някои метали химическият елемент рутений образува стабилни сплави, наречени интерметални съединения.
В много съединения той проявява валентност от нула до осем. Най-важните включват рутениев диоксид и тетроксид, сулфид RuS2 и флуорид RuF5.
В своята чиста метална форма, той има свойствата на катализатор с висока селективност, което му позволява да се използва за синтеза на голямо разнообразие от органични и неорганични вещества. Служи като най-добрият сорбент за водород.
Разпространение сред природата
Химическият елемент рутений се характеризира с екстремниредки и разпръснати в природата. В естествената си среда той образува единствения известен минерал, лаурит. Това е твърдо тяло под формата на малки желязо-черни октаедри. Най-богатото и известно находище се намира на платинените разсипи на остров Борнео (Калимантан). В Русия разработките се развиват в Средния и Южен Урал, на Колския полуостров, в Красноярската и Хабаровска територия.
Във всички други природни съединения количеството рутений не надвишава 0,1%. Следи от метал са открити в някои медно-никелови руди и киселинни магмени скали. Някои растения имат способността да концентрират и натрупват рутений, сред които се открояват представители на семейство бобови.
Общото съдържание на елемента в земната кора според експертите не надвишава 5000 тона.
Индустриално производство
Елементът рутений се счита за благороден, а основният източник на метала е отпадъчната скала от производството на платина. Безспорен лидер в добива на рутений (както и на платина) е Република Южна Африка. Разработването и производството на този метал също се извършва от Русия, Канада и Зимбабве. Между другото, последната страна е на второ място в света по проучени запаси от платиноиди.
Количеството рутений, доставяно на пазара, варира от 17 до 20 тона годишно. Производственият цикъл за получаване на елемент продължава около 6 седмици и представлява непрекъсната верига от термохимични реакции, следващи една след друга.
Технология за получаванерутений чрез неутронно облъчване на изотопи на радиоактивен технеций. Но трябва да се отбележи, че изолирането на чист и стабилен метал, поради неговите химични свойства, непредсказуемост и недостатъчни познания, все още остава невероятна мечта.
Приложения
Въпреки че всички свойства на благородния метал в рутения присъстват напълно, елементът не е получил широко разпространение в бижутерската индустрия. Използва се само за укрепване на сплави и за по-голяма издръжливост на скъпите бижута.
По отношение на количеството консумиран рутений индустриалните сектори са в следния ред:
- Електронно.
- Електрохимически.
- Химически.
Каталитичните свойства на елемента са много търсени. Използва се при синтеза на циановодородна и азотна киселини, при производството на наситени въглеводороди, глицерин и полимеризацията на етилен. В металургичната индустрия рутениевите добавки се използват за повишаване на антикорозионните свойства, за придаване на здравина на сплавите, химическа и механична устойчивост. Радиоактивните изотопи на рутения често помагат на учените в техните изследвания.
Много съединения на елемента също са използвани като добри окислители и багрила. По-специално, хлоридите се използват за подобряване на луминесценцията.
Биологично значение
Рутеният има способността да се натрупва в клетките на живите тъкани, предимно мускулни (единственият метал от групата на платината). Може да провокираразвитие на алергични реакции, оказват негативно влияние върху лигавицата на очите и горните дихателни пътища.
В медицината благородният метал се използва като средство за разпознаване на засегнатите тъкани. Лекарствата, базирани на него, се използват за лечение на туберкулоза и различни инфекции, които засягат човешката кожа. Поради тази причина изглежда много обещаващо да се използва способността на рутения да образува стабилни нитрозо комплекси в борбата срещу заболявания, свързани с прекомерна концентрация на нитрати в човешкото тяло (хипертония, артрит, септичен шок и епилепсия).
Кой е виновен?
Наскоро учени от Западна Европа сериозно обезпокоиха обществеността с съобщение, че съдържанието на радиоактивния изотоп на рутения Ru106 нараства над континента. Специалистите напълно изключват самовъзпитанието му в атмосферата. Както и случайно изпускане от атомна електроцентрала, оттогава във въздуха задължително ще присъстват радионуклиди цезий и йод, което не се потвърждава от експериментални данни. Въздействието на този изотоп върху човешкото тяло, както всеки радиоактивен елемент, води до облъчване на тъкани и органи, развитие на рак. Възможни източници на замърсяване, според западни медии, се намират на територията на Русия, Украйна или Казахстан.
В отговор представител на отдела за комуникации на Росатом каза, че всички предприятия на държавната корпорация са работили и работят както обикновено. Международната агенция за атомна енергия (МААЕ), по своето мнение, въз основа на собствените си данни от мониторинг,нарече всички обвинения срещу Руската федерация безпочвени.
