Rutēnijs ir vieglākais un vismazāk "cēlākais" no visiem platīna grupas metāliem. Tas, iespējams, ir "daudzvērtīgākais" elements (ir zināmi deviņi valences stāvokļi). Neskatoties uz vairāk nekā pusgadsimtu ilgušo pētījumu vēsturi, mūsdienu ķīmiķiem tas joprojām rada daudz jautājumu un problēmu. Tātad, kas ir rutēnijs kā ķīmiskais elements? Sākumā īsa atkāpe vēsturē.
Noslēpumains un bagāts
Rutēnija atklāšanas nosaukums un vēsture ir nesaraujami saistīta ar Krieviju. 20. gadsimta pašā sākumā pasaules sabiedrību sajūsmināja un satrauca ziņa, ka Krievijas impērijā ir atklātas visbagātākās platīna atradnes. Klīda baumas, ka Urālos šī dārgmetāla ieguvi varētu veikt ar parastu lāpstu. Bagātīgo atradņu atklāšanas faktu drīz vien apstiprināja fakts, ka Krievijas finanšu ministrs E. F. Kankrins Sanktpēterburgas naudas k altuvei nosūtīja augstāko dekrētu par monētu kalšanu no platīna. Turpmākajos gados apgrozībā tika laists aptuveni pusotrs miljons monētu (3, 6 un 12 rubļu), kuru izgatavošanai tika iztērētas 20 tonnas dārgmetāla.
"Atklājums" Ozanna
Derpta-Jurjevska (tagad Tartu) universitātes profesors Gotfrīds Ozanns sāka pētīt Urālu dārgās rūdas sastāvu. Viņš nonāca pie secinājuma, ka platīnam līdzās ir trīs nezināmi metāli – polinoms, polinoms un rutēnijs – kuriem nosaukumus devis pats Ozans. Starp citu, trešo viņš nosauca Krievijas vārdā (no latīņu rutēnija).
Ozannas kolēģi visā Eiropā ar autoritatīvāko zviedru ķīmiķi Jensu Berzēliusu priekšgalā bija ļoti kritiski pret profesora ziņojumu. Mēģinot sevi attaisnot, zinātnieks atkārtoja vairākus savus eksperimentus, taču neizdevās sasniegt tādus pašus rezultātus.
Divas desmitgades vēlāk ķīmijas profesors Karls Karlovičs Klauss (Kazaņas Universitāte) sāka interesēties par Ozannas darbu. Viņš ieguva Valsts kases sekretāra atļauju paņemt vairāku mārciņu monētu pārpalikumu no naudas k altuves laboratorijas atkārtotai pārbaudei.
Kazaņas ķīmiskais elements rutēnijs
Krievu akadēmiķis A. E. Arbuzovs savos rakstos atzīmēja, ka, lai tajās dienās atklātu jaunu elementu, ķīmiķim bija nepieciešama ārkārtēja uzcītība un neatlaidība, novērojums un ieskats, un, pats galvenais, smalka eksperimenta nojauta. Visas iepriekš minētās īpašības visaugstākajā mērā bija raksturīgas jaunajam Kārlim Klausam.
Zinātnieka pētījumam bija arī praktiska nozīme - tīra platīna papildu ieguve no rūdas atliekām. Izstrādājis savu eksperimenta plānu, Klauss kausēja rūdas materiālu ar salpetru un ekstrahēja šķīstošos elementus: osmiju, irīdiju,palādijs. Nešķīstošā daļa tika pakļauta koncentrētu skābju maisījumam ("aqua regia") un destilācijai. Dzelzs hidroksīda nogulsnēs viņš atklāja nezināma metāla klātbūtni un izolēja to vispirms sulfīda veidā un pēc tam tīrā veidā (apmēram 6 grami). Profesors saglabāja Ozanna piedāvāto nosaukumu elementam - rutēnijs.
Atveriet un pierādiet
Bet, kā izrādījās, stāsts par ķīmiskā elementa rutēnija atklāšanu tikai sākās. Pēc pētījuma rezultātu publicēšanas 1844. gadā Klausu pārņēma kritikas krusa. Nezināmā Kazaņas zinātnieka secinājumus skeptiski uztvēra lielākie ķīmiķi pasaulē. Pat jaunā elementa parauga nosūtīšana Berzēliusam situāciju neglāba. Pēc zviedru meistara domām, Klausa rutēnijs bija tikai "netīra irīdija paraugs".
Tikai izcilās Kārļa Karloviča kā analītiskā ķīmiķa un eksperimentētāja īpašības un virkne papildu pētījumu ļāva zinātniekam pierādīt savu viedokli. 1846. gadā atklājums saņēma oficiālu atzinību un apstiprinājumu. Par savu darbu Klausam tika piešķirta Krievijas Zinātņu akadēmijas Demidova balva 10 tūkstošu rubļu apmērā. Pateicoties Kazaņas profesora talantam un neatlaidībai, rutēnijs, pirmais Krievijā atklātais elements, tika pievienots platinoīdu pulkam.
Turpmāka izpēte
Galvenā problēma rutēnija ķīmisko un fizikālo īpašību izpētē ir ārkārtīgi ierobežotais satursšis metāls zemes garozā. Piemēram, platīna ražošanas atkritumos (Clauss darba materiāls) tā saturs ir aptuveni 1%. Lielākā daļa ķīmijas zinātnieku atzīst rutēniju kā ārkārtīgi nelabvēlīgu vielu pētījumiem. Strupceļu pārpilnība bieži liek pētniekiem ierobežot vai apturēt savu darbu.
Padomju zinātnieks SM Starostins visu savu dzīvi veltīja "neērtā" metāla un tā savienojumu īpašību izpētei. Ķīmiķa darbības galvenais rezultāts ir secinājumi par rutēnija nitrozo kompleksu īpašībām un ar tiem saistītajām grūtībām, atdalot tīru metālu no pavadošā urāna un plutonija. Kas ir rutēnijs kā ķīmiskais elements?
Fizikālās īpašības
Rutēnijs ir metāls, kura krāsa atkarībā no iegūšanas metodes ir no pelēcīgi zilganas līdz sudrabaini b altai. Dažas ķīmiskā elementa rutēnija fizikālās īpašības ļauj to uzskatīt par unikālu vielu. Līdzās augstajam trauslumam (kristāli pat viegli ar rokām tiek sam alti pulverī), rutēnijam ir ārkārtēja cietība – 6,5 pēc mineraloģiskās cietības desmit ballu skalas (Mosa skala). Varbūt vieglākais no platīna grupas metāliem. Blīvums ir 12,45 g/cm3. Tas ir ļoti ugunsizturīgs - pārejas temperatūra šķidrā stāvoklī ir 2334 ° C. Kausēšanas laikā elektriskā loka laikā tiek novērota vienlaicīga metāla iztvaikošana. Augstas temperatūras kalcinēšanas laikā brīvā dabā elements "izgaist" formātetroksīdi.
Rutēnijs ir klasificēts kā supravadītājs. Metāls demonstrē nulles pretestību, kad tas ir atdzesēts līdz 0,47 K. Šai īpašībai ir liela nozīme no zinātniskā un praktiskā viedokļa. Kā platinoīds rutēnijs ir ļoti interesants dārgmetāls.
Elements Ru
"Kazaņas" metāla īpašības daudzējādā ziņā ir raksturīgas VΙΙΙ (platīna) grupas pārstāvjiem. Rutēnijs ir periodiskās tabulas ķīmiskais elements ar atomskaitli 44, kam raksturīga augsta inerce. Tam ir 7 stabili dabiskie un 20 mākslīgie izotopi ar masas skaitļiem no 92 līdz 113.
Normālā temperatūrā tas nav pakļauts oksidācijai un korozijai, skābēm un sārmiem. Sildot virs 400 ° C, tas reaģē ar hloru, 930 ° C temperatūrā - ar skābekli. Ar dažiem metāliem ķīmiskais elements rutēnijs veido stabilus sakausējumus, ko sauc par intermetāliskiem savienojumiem.
Daudzos savienojumos tā valence ir no nulles līdz astoņām. Svarīgākie ir rutēnija dioksīds un tetroksīds, sulfīds RuS2 un fluorīds RuF5.
Tīrā metāliskā formā tam piemīt katalizatora īpašības ar augstu selektivitāti, kas ļauj to izmantot visdažādāko organisko un neorganisko vielu sintēzei. Kalpo kā labākais ūdeņraža sorbents.
Izplatieties dabā
Ķīmisko elementu rutēnijs raksturo ārkārtējsdabā reta un izkaisīta. Dabiskajā vidē tas veido vienīgo zināmo minerālu laurītu. Tā ir cieta viela mazu dzelzs-melnu oktaedru formā. Bagātākā un slavenākā atradne atrodas Borneo (Kalimantānas) salas platīna vietās. Krievijā attīstība notiek Vidējos un Dienvidurālos, Kolas pussalā, Krasnojarskas un Habarovskas apgabalos.
Visos citos dabiskajos savienojumos rutēnija daudzums nepārsniedz 0,1%. Dažās vara-niķeļa rūdās un skābajos magmatiskos iežos ir atrastas metāla pēdas. Dažiem augiem piemīt spēja koncentrēties un uzkrāties rutēnijs, starp kuriem īpaši izceļas pākšaugu dzimtas pārstāvji.
Kopējais elementa saturs zemes garozā, pēc ekspertu domām, nepārsniedz 5000 tonnas.
Rūpnieciskā ražošana
Elements rutēnijs tiek uzskatīts par cēlu, un galvenais metāla avots ir platīna ražošanas atkritumi. Neapšaubāms līderis rutēnija (kā arī platīna) ieguvē ir Dienvidāfrikas Republika. Šī metāla izstrādi un ražošanu veic arī Krievija, Kanāda un Zimbabve. Starp citu, pēdējā valsts ieņem otro vietu pasaulē izpētīto platinoīdu rezervju ziņā.
Rutēnija daudzums, kas tiek piegādāts tirgum, svārstās no 17 līdz 20 tonnām gadā. Ražošanas cikls elementa iegūšanai ilgst aptuveni 6 nedēļas un ir nepārtraukta termoķīmisko reakciju ķēde, kas seko viena pēc otras.
Tehnoloģijas iegūšanairutēnijs, apstarojot radioaktīvā tehnēcija izotopus ar neitronu. Taču jāatzīmē, ka tīra un stabila metāla izolācija tā ķīmisko īpašību, neprognozējamības un nepietiekamo zināšanu dēļ joprojām ir sapnis.
Lietojumprogrammas
Lai gan visas rutēnijā esošā cēlmetāla īpašības ir pilnībā klātesošas, šis elements nav guvis plašu izplatību juvelierizstrādājumu nozarē. To izmanto tikai, lai stiprinātu sakausējumus un padarītu dārgas rotaslietas izturīgākas.
Runājot par patērētā rutēnija daudzumu, rūpniecības nozares ir šādā secībā:
- Elektroniski.
- Elektroķīmiskā.
- Ķīmiskā.
Elementa katalītiskās īpašības ir ļoti pieprasītas. To izmanto ciānūdeņražskābes un slāpekļskābes sintēzē, piesātināto ogļūdeņražu, glicerīna ražošanā un etilēna polimerizācijā. Metalurģijas rūpniecībā rutēnija piedevas izmanto, lai palielinātu pretkorozijas īpašības, piešķirtu sakausējumiem izturību, ķīmisko un mehānisko izturību. Rutēnija radioaktīvie izotopi bieži vien palīdz zinātniekiem pētījumos.
Daudzi elementa savienojumi ir izmantoti arī kā labi oksidētāji un krāsvielas. Jo īpaši hlorīdus izmanto, lai uzlabotu luminiscenci.
Bioloģiskā nozīme
Rutēnijam piemīt spēja uzkrāties dzīvo audu šūnās, galvenokārt muskuļos (vienīgais platīna grupas metāls). Var provocētalerģisku reakciju attīstība, negatīvi ietekmē acu un augšējo elpceļu gļotādu.
Medicīnā cēlmetālu izmanto kā līdzekli skarto audu atpazīšanai. Uz tā balstītas zāles lieto tuberkulozes un dažādu infekciju, kas ietekmē cilvēka ādu, ārstēšanai. Šī iemesla dēļ šķiet ļoti daudzsološi izmantot rutēnija spēju veidot stabilus nitrozo kompleksus cīņā pret slimībām, kas saistītas ar pārmērīgu nitrātu koncentrāciju cilvēka organismā (hipertensija, artrīts, septiskais šoks un epilepsija).
Kas vainīgs?
Pavisam nesen Rietumeiropas zinātnieki ir nopietni satraukuši sabiedrību ar vēstījumu, ka rutēnija radioaktīvā izotopa Ru106 saturs visā kontinentā pieaug. Speciālisti pilnībā izslēdz tās pašizglītību atmosfērā. Kā arī nejauša izplūde no atomelektrostacijas, jo tad gaisā noteikti būtu cēzija un joda radionuklīdi, ko neapstiprina eksperimentālie dati. Šī izotopa ietekme uz cilvēka ķermeni, tāpat kā jebkurš radioaktīvs elements, izraisa audu un orgānu apstarošanu, vēža attīstību. Iespējamie piesārņojuma avoti, pēc Rietumu mediju ziņām, atrodas Krievijas, Ukrainas vai Kazahstānas teritorijā.
Atbildot uz to, Rosatom Komunikāciju departamenta pārstāvis sacīja, ka visi valsts korporācijas uzņēmumi strādāja un strādā kā parasti. Starptautiskā Atomenerģijas aģentūra (IAEA) uzskata, ka, pamatojoties uz saviem monitoringa datiem,nosauca visas apsūdzības pret Krievijas Federāciju par nepamatotām.
