Ruthenium ist das leichteste und am wenigsten "edle" aller Metalle der Platingruppe. Es ist vielleicht das "mehrwertigste" Element (neun Wertigkeiten sind bekannt). Trotz mehr als einem halben Jahrhundert Forschungsgeschichte stellt sie den modernen Chemiker auch heute noch vor viele Fragen und Probleme. Was ist also Ruthenium als chemisches Element? Zunächst ein kleiner Exkurs in die Geschichte.
Mysteriös und reich
Der Name und die Geschichte der Entdeckung von Ruthenium sind untrennbar mit Russland verbunden. Ganz am Anfang des 20. Jahrhunderts war die Weltgemeinschaft aufgeregt und besorgt über die Nachricht, dass die reichsten Platinvorkommen im Russischen Reich entdeckt worden waren. Es gab Gerüchte, dass die Gewinnung dieses Edelmetalls im Ural mit einer gewöhnlichen Schaufel durchgeführt werden könnte. Die Tatsache der Entdeckung reicher Vorkommen wurde bald durch die Tatsache bestätigt, dass der Finanzminister Russlands, E. F. Kankrin, das höchste Dekret über die Prägung von Münzen aus Platin an die St. Petersburger Münze sandte. In den Folgejahren wurden etwa eineinhalb Millionen Münzen (3, 6 und 12 Rubel) in Umlauf gebracht, für deren Herstellung 20 Tonnen Edelmetall ausgegeben wurden.
"Entdeckung" Ozanne
Professor der Derpt-Yuryevsky-Universität (jetzt Tartu) Gottfried Ozann begann mit der Untersuchung der Zusammensetzung des wertvollen Uralerzes. Er kam zu dem Schluss, dass Platin von drei unbekannten Metallen begleitet wird – Polynom, Polynom und Ruthenium – deren Namen von Ozann selbst gegeben wurden. Den dritten hat er übrigens nach Russland (vom lateinischen Ruthenien) benannt.
Ozannes Kollegen in ganz Europa, angeführt von dem angesehensten schwedischen Chemiker Jens Berzelius, standen dem Bericht des Professors sehr kritisch gegenüber. In einem Versuch, sich zu rechtfertigen, wiederholte der Wissenschaftler eine Reihe seiner Experimente, erzielte jedoch nicht die gleichen Ergebnisse.
Zwei Jahrzehnte später interessierte sich der Chemieprofessor Karl Karlovich Klauss (Universität Kasan) für Ozannes Arbeit. Er sicherte sich die Erlaubnis des Finanzministers, mehrere Pfund übrig gebliebene Münzen aus dem Labor der Münze zu nehmen, um sie erneut zu testen.
Kazan chemisches Element Ruthenium
Der russische Akademiker A. E. Arbuzov stellte in seinen Schriften fest, dass ein Chemiker in jenen Tagen, um ein neues Element zu entdecken, äußersten Fleiß und Ausdauer, Beobachtungsgabe und Einsicht und vor allem ein subtiles experimentelles Flair benötigte. All diese Eigenschaften waren dem jungen Karl Clauss in höchstem Maße innewohnend.
Die Forschung des Wissenschaftlers hatte auch praktische Bedeutung - zusätzliche Gewinnung von reinem Platin aus Erzrückständen. Klauss entwickelte einen eigenen Plan für das Experiment, verschmolz das Erzmaterial mit Salpeter und extrahierte lösliche Elemente: Osmium, Iridium,Palladium. Der unlösliche Teil wurde einer Mischung aus konzentrierten Säuren ("Königswasser") und Destillation ausgesetzt. Im Niederschlag von Eisenhydroxid entdeckte er das Vorhandensein eines unbekannten Metalls und isolierte es zuerst in Form von Sulfid und dann in reiner Form (etwa 6 Gramm). Der Professor behielt den von Ozann vorgeschlagenen Namen für das Element Ruthenium bei.
Öffnen und beweisen
Aber wie sich herausstellte, begann die Geschichte der Entdeckung des chemischen Elements Ruthenium gerade erst. Nach der Veröffentlichung der Ergebnisse der Studie im Jahr 1844 hagelte es Kritik an Clauss. Die Schlussfolgerungen des unbekannten Kasaner Wissenschaftlers wurden von den größten Chemikern der Welt skeptisch aufgenommen. Auch die Zusendung einer Probe des neuen Elements an Berzelius rettete die Situation nicht. Laut dem schwedischen Meister war das Ruthenium von Clauss nur „eine Probe von unreinem Iridium“.
Nur die herausragenden Qualitäten von Karl Karlovich als analytischer Chemiker und Experimentator und eine Reihe zusätzlicher Studien ermöglichten es dem Wissenschaftler, seinen Fall zu beweisen. 1846 wurde die Entdeckung offiziell anerkannt und bestätigt. Für seine Arbeit wurde Klauss mit dem Demidov-Preis der Russischen Akademie der Wissenschaften in Höhe von 10.000 Rubel ausgezeichnet. Dank des Talents und der Ausdauer des Kasaner Professors wurde Ruthenium, das erste in Russland entdeckte Element, in die Reihen der Platinoide aufgenommen.
Weitere Forschung
Das Hauptproblem bei der Untersuchung der chemischen und physikalischen Eigenschaften von Ruthenium ist der extrem begrenzte Geh altdieses Metall in der Erdkruste. Im Abfall der Platinherstellung (dem Arbeitsmaterial von Clauss) beträgt sein Geh alt beispielsweise etwa 1%. Die meisten Chemiker erkennen Ruthenium als äußerst ungünstige Substanz für Studien an. Die Fülle an Sackgassen führt oft dazu, dass Forscher ihre Arbeit einschränken oder einstellen.
Der sowjetische Wissenschaftler SM Starostin widmete sein ganzes Leben der Erforschung der Eigenschaften eines „unangenehmen“Metalls und seiner Verbindungen. Das Hauptergebnis der Tätigkeit des Chemikers sind die Schlussfolgerungen über die Eigenschaften von Ruthenium-Nitroso-Komplexen und die damit verbundenen Schwierigkeiten bei der Trennung von reinem Metall von begleitendem Uran und Plutonium. Was ist Ruthenium als chemisches Element?
Physikalische Eigenschaften
Ruthenium ist ein Metall, dessen Farbe je nach Gewinnungsmethode von grau-bläulich bis silberweiß reicht. Einige physikalische Eigenschaften des chemischen Elements Ruthenium erlauben es uns, es als einzigartige Substanz zu betrachten. Neben hoher Sprödigkeit (Kristalle lassen sich sogar leicht von Hand zu Pulver mahlen) hat Ruthenium eine extreme Härte – 6,5 auf einer zehnstufigen mineralogischen Härteskala (Mohs-Skala). Vielleicht das leichteste Metall der Platingruppe. Die Dichte beträgt 12,45 g/cm3. Es ist sehr feuerfest - die Übergangstemperatur in den flüssigen Zustand beträgt 2334 ° C. Beim Schmelzen im Lichtbogen wird gleichzeitig ein Verdampfen des Metalls beobachtet. Während der Hochtemperaturkalzinierung im Freien "verflüchtigt" sich das Element in FormTetraoxide.
Ruthenium wird als Supraleiter eingestuft. Beim Abkühlen auf 0,47 K zeigt das Metall keinen Widerstand. Diese Eigenschaft ist aus wissenschaftlicher und praktischer Sicht von großer Bedeutung. Als Platinoid ist Ruthenium ein sehr interessantes Edelmetall.
Element Ru
Die Eigenschaften des "Kazan"-Metalls sind in vielerlei Hinsicht typisch für Vertreter der VΙΙΙ-Gruppe (Platin). Ruthenium ist ein chemisches Element des Periodensystems mit der Ordnungszahl 44, das sich durch hohe Trägheit auszeichnet. Es hat 7 stabile natürliche und 20 künstliche Isotope mit Massenzahlen von 92 bis 113.
Bei normaler Temperatur unterliegt es keiner Oxidation und Korrosion, Säuren und Laugen. Beim Erhitzen über 400 ° C reagiert es mit Chlor, bei 930 ° C mit Sauerstoff. Mit einigen Metallen bildet das chemische Element Ruthenium stabile Legierungen, sogenannte intermetallische Verbindungen.
In zahlreichen Verbindungen weist es eine Wertigkeit von null bis acht auf. Zu den wichtigsten gehören Rutheniumdioxid und -tetroxid, Sulfid RuS2 und Fluorid RuF5.
In seiner rein metallischen Form besitzt es die Eigenschaften eines Katalysators mit hoher Selektivität, wodurch es für die Synthese verschiedenster organischer und anorganischer Substanzen eingesetzt werden kann. Dient als bestes Sorptionsmittel für Wasserstoff.
Ausbreitung in der Natur
Das chemische Element Ruthenium zeichnet sich durch Extreme ausselten und in der Natur verstreut. In seiner natürlichen Umgebung bildet es das einzige bekannte Mineral, Laurit. Es ist ein Feststoff in Form kleiner eisenschwarzer Oktaeder. Das reichste und berühmteste Vorkommen befindet sich auf den Platinseifen der Insel Borneo (Kalimantan). In Russland sind Entwicklungen im mittleren und südlichen Ural, auf der Kola-Halbinsel, in den Gebieten Krasnojarsk und Chabarowsk im Gange.
In allen anderen Naturstoffen übersteigt der Rutheniumgeh alt 0,1 % nicht. In einigen Kupfer-Nickel-Erzen und sauren Eruptivgesteinen wurden Metallspuren gefunden. Einige Pflanzen haben die Fähigkeit, Ruthenium zu konzentrieren und zu akkumulieren, unter denen Vertreter der Familie der Hülsenfrüchte hervorstechen.
Der Gesamtgeh alt des Elements in der Erdkruste beträgt laut Experten nicht mehr als 5.000 Tonnen.
Industrielle Produktion
Das Element Ruthenium gilt als edel, und die Hauptquelle des Metalls ist Abfallgestein aus der Platinproduktion. Unangefochtener Marktführer bei der Gewinnung von Ruthenium (wie auch Platin) ist die Republik Südafrika. Die Entwicklung und Produktion dieses Metalls wird auch von Russland, Kanada und Simbabwe durchgeführt. Übrigens steht das letztgenannte Land weltweit an zweiter Stelle in Bezug auf die erkundeten Reserven von Platinoiden.
Die Menge an Ruthenium, die dem Markt zugeführt wird, reicht von 17 bis 20 Tonnen pro Jahr. Der Produktionszyklus zur Gewinnung eines Elements dauert etwa 6 Wochen und ist eine kontinuierliche Kette von thermochemischen Reaktionen, die aufeinander folgen.
Technologie zum Erh altenRuthenium durch Neutronenbestrahlung von Isotopen von radioaktivem Technetium. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Isolierung eines reinen und stabilen Metalls aufgrund seiner chemischen Eigenschaften, Unvorhersehbarkeit und unzureichenden Kenntnisse immer noch ein Wunschtraum bleibt.
Bewerbungen
Obwohl alle Eigenschaften des Edelmetalls in Ruthenium vollständig vorhanden sind, hat das Element in der Schmuckindustrie keine weite Verbreitung gefunden. Es wird nur verwendet, um Legierungen zu verstärken und teuren Schmuck h altbarer zu machen.
In Bezug auf die verbrauchte Rutheniummenge sind die Industriezweige in folgender Reihenfolge:
- Elektronisch.
- Elektrochemisch.
- Chemie.
Die katalytischen Eigenschaften des Elements sind sehr gefragt. Es wird bei der Synthese von Blausäure und Salpetersäure, bei der Herstellung von gesättigten Kohlenwasserstoffen, Glycerin und der Polymerisation von Ethylen verwendet. In der metallurgischen Industrie werden Ruthenium-Additive verwendet, um die Korrosionsschutzeigenschaften zu erhöhen, Legierungen Festigkeit sowie chemische und mechanische Beständigkeit zu verleihen. Radioaktive Rutheniumisotope helfen Wissenschaftlern oft bei ihrer Forschung.
Viele Verbindungen des Elements wurden auch als gute Oxidationsmittel und Farbstoffe verwendet. Chloride werden insbesondere zur Verstärkung der Lumineszenz verwendet.
Biologische Bedeutung
Ruthenium hat die Fähigkeit, sich in den Zellen von lebendem Gewebe anzureichern, hauptsächlich Muskel (das einzige Metall der Platingruppe). Darf provozierenallergische Reaktionen hervorrufen, die Schleimhäute der Augen und der oberen Atemwege negativ beeinflussen.
In der Medizin wird das Edelmetall als Mittel zur Erkennung von befallenem Gewebe eingesetzt. Darauf basierende Arzneimittel werden zur Behandlung von Tuberkulose und verschiedenen Infektionen eingesetzt, die die menschliche Haut betreffen. Aus diesem Grund erscheint es sehr vielversprechend, die Fähigkeit von Ruthenium zur Bildung stabiler Nitrosokomplexe im Kampf gegen Krankheiten zu nutzen, die mit einer zu hohen Konzentration von Nitraten im menschlichen Körper verbunden sind (Bluthochdruck, Arthritis, septischer Schock und Epilepsie).
Wer ist schuld?
Vor kurzem haben westeuropäische Wissenschaftler die Öffentlichkeit ernsthaft mit einer Nachricht beunruhigt, dass der Geh alt des radioaktiven Isotops von Ruthenium Ru106 über den Kontinent zunimmt. Experten schließen seine Selbsterziehung in der Atmosphäre komplett aus. Neben einer unfallbedingten Freisetzung aus einem Kernkraftwerk würden seitdem zwangsläufig Radionuklide von Cäsium und Jod in der Luft vorhanden sein, was durch experimentelle Daten nicht bestätigt wird. Die Wirkung dieses Isotops auf den menschlichen Körper führt wie jedes radioaktive Element zur Bestrahlung von Geweben und Organen, zur Entstehung von Krebs. Mögliche Verschmutzungsquellen befinden sich laut westlichen Medien auf dem Territorium Russlands, der Ukraine oder Kasachstans.
Als Antwort sagte ein Vertreter der Kommunikationsabteilung von Rosatom, dass alle Unternehmen der staatlichen Körperschaft wie gewohnt arbeiteten und arbeiten. Die Internationale Atomenergie-Organisation (IAEO) ist ihrer Meinung nach auf der Grundlage ihrer eigenen Überwachungsdatennannte alle Anschuldigungen gegen die Russische Föderation h altlos.
