В Средневековье европейцы Русь называли Рутенией. Для них эти земли были территорией «непокорных племён», «дикарей и язычников», непонятных и непредсказуемых народов.
Наш нынешний герой назван в честь Рутении очень «в точку». Металл до сих пор во многом загадочный, необъясненный и иногда взрывоопасный — как сама Россия. Так что К. Клаус, давший название платиноиду, попал «в яблочко».
Содержание
Карл Карлович Клаус, «папа» рутения
В истории изучения платиноидов выделяются несколько ученых. Среди них К. Клаус — химик, фармацевт, философ.
Совсем малышом он остался сиротой. Жил в нищете, даже гимназию не закончил, но отличался любознательностью и учился сам. Потому сумел сдать экзамен на фармацевта. Переехал в Казань, стал заведовать аптекой. В 32 года, будучи женатым, имея трех детишек, решил продолжить учебу.
У талантливых людей широкий круг интересов. Клаус занялся ботаникой, исследовал растения заволжских степей. А когда учился (семью-то кормить надо было), работал лаборантом.
Закончил Дерптский университет, защитил диссертацию, и снова уехал в Казань. Тут возглавил химическую лабораторию в Казанском университете — и увлекся химией.
Хорошему игроку и карта идет. В 1840 году в университет прислали платиновую руду, и начались исследования.
Клаус писал о своем открытии:
«Более целого года трудился я над этим предметом, но наконец открыл легкий и верный способ добывания его в чистом состоянии. Этот новый металл, который мною был назван рутением в честь нашего Отечества».
Удивительные свойства
Характеристики рутения во многом парадоксальны. Часть химиков считает, что свойства металла зависит от … метода получения платиноида. Проблема в том, что действенного способа очистки рутения от примесей до сих пор нет. Ученые и исследователи облизываются при мысли о свойствах (теоретических) капризного платиноида. Но до сих пор получить химически чистый рутений не получилось.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Рутений / Ruthenium (Ru), 44 |
| Атомная масса (молярная масса) |
101,07(2)[1] а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Kr] 4d7 5s1 |
| Радиус атома | 134 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 125 пм |
| Радиус иона | (+4e) 67 пм |
| Электроотрицательность | 2,2 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | |
| Степени окисления | +3, +4, +6, +8, 0 |
| Энергия ионизации (первый электрон) |
710,3 (7,36) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 12,41 г/см³ |
| Температура плавления | 2334 °C[2] (2607 K, 4233 °F) |
| Температура кипения | 4077 °C[2] (4350 K, 7371 °F) |
| Уд. теплота плавления | (25,5) кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 24,0[2] Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 8,3 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | гексагональная |
| Параметры решётки | a=2,706 c=4,282 Å |
| Отношение c/a | 1,582 |
| Температура Дебая | 600 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 117,0 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-18-8 |
Газопоглощение у металла потрясающее. Один объем металла способен поглотить больше 1500 объемов водорода; с немного меньшим аппетитом он «съедает» азот, не откажется и от некоторых неметаллов.
Немного химии
Это не урок, и оценок ставить не будем (если понравится статья — поставьте оценку вы и поделитесь с друзьями, нам будет приятно).
Вспомним таблицу Менделеева. В ней представлены все химические элементы, существующие на Земле. Буквально все, что вас окружает и (уж простите) вы сами состоит из этих элементов, аккуратно собранных в таблице Менделеева.
Таблица не только расставляет в порядок элементы, она дает возможность обобщать элементы в группы по схожим признакам. Рутений относится к VIII группе таблицы и удобно устроился в семействе из шести металлов. Все они занимают свои места-клеточки в таблице Менделеева, у каждого есть порядковый номер.
Платиноиды (металлы платиновой группы) находятся в клеточках под номерами 44, 45, 46 и 76, 77, 78.
Какой он, рутений
Химические свойства мало отличаются от его платиновых «собратьев».
Рутений — элемент «высокомерный», с кем попало не связывается. Химики скажут, что металл отличается высокой химической стойкостью. Кислоты, щелочи, даже царскую водку рутений игнорирует. Единственный галоген, с которым платиноид реагирует, это фтор.
В соединениях проявляет степени окисления +3, +4, +6, +8, реже +1, + 2, +5, +7.
Рутений металл хрупкий, все попытки провести механическую обработку заканчиваются одинаково — разрушением слитка. Ученые обнадеживают — это потому, что металл недостаточно чистый; удалить из него примеси, и свойства рутения покажут себя в полной красе.
Металл неохотно открывает свои тайны; его температуры плавления (2334°С) и кипения (4077°С) были установлены недавно. А ведь металл открыт в 1844 году.
Кристаллическая решетка гексагональная.
Ау, рутений, где ты?
Распространенность металла в земле прискорбно мала. Среднее содержание рутения в земной коре 0,0000005% от массы Земли. Немного выше содержание металла в ультраосновных изверженных породах. Есть металл в сульфидных медно-никелевых рудах.
Известно два минерала, содержащих рутений. Это лаурит, сульфид рутения. Его химическая формула RuS2, и рутенарсенид (RuAs). В природе редки, промышленного интереса не представляют.
Добыча платиноида производится чаще всего из коренных или россыпных платиновых и из полиметаллических руд.
Страны, добывающие рутений (в порядке по количеству извлекаемого металла):
- ЮАР;
- США;
- Россия;
- Зимбабве;
- Китай.
Разделим платиноиды
Рутений добывают из отходов производства платины. Малоотходное производство, милое дело.
Побочным плюсом использования атомной энергетики стала…добыча рутения.
Источником энергии на АЭС являются ТВЭЛы и ТВС (тепловыделяющие элементы, которые собирают в длинные «карандаши» — тепловыделяющие сборки).
Отработанные ТВС не только создают проблему хранения и утилизации. В продуктах деления «начинки» ТВЭЛов содержится рутений, причем в немалом количестве — более 200 грамм на тонну отработанного топлива.
Хотя, честно говоря, это не стабильные, а радиоактивные изотопы металла.
Отработанные тепловыделяющие сборки (ТВС) помещают в специальные хранилища. Вот оттуда радиоактивный рутений начинает рваться наружу. С этим борются, но процесс этот сложный, победа зачастую за беглецом. В этом случае изотоп попадает в атмосферу, оседает на землю.
Применение: от химической промышленности до криминалистики
Сразу скажем, что в ювелирном деле платиноид бесполезен.
Применение металла в электрохимической и химической промышленности необходимо и оправдано.
- Рутениевые катализаторы используют в системах очистки космических аппаратов.
- Металл применяются в металлургии как легирующая добавка. Такие сплавы необходимы в изготовлении турбин реактивных аппаратов, деталей ракет, работающих в условиях высоких температур.
- Газопоглотительные способности рутения дали возможность изобрести технологии получения графена. Он может использоваться как сверхчувствительный сенсор в обнаружении отдельных молекул веществ. Перспективная область — применение графенов в суперконденсаторах (ионисторах). Фотодетекторы и светодиоды новых типов ждут графенов.
- Поможет рутений криминалистам. Из его соединений получают пудру, способную обнаружить очень слабые следы отпечатков.
- Добавление металла в краску позволит окрашенной поверхности поглощать солнечную энергию — это еще одна отрасль применения металла, солнечная энергетика.
- Покрытие рутением изделий и материалов удлиняет срок их службы.
В общем, на рутений ученые возлагают много надежд.
Купить металл недорого
Самая высокая цена за грамм металла держалась в 2007 году (около 28 $).
Нынешний рост цен спровоцирован спросом на металл в Китае и других азиатских странах.
