Научноизследователска работа: Химичен елемент - рутений.

рутений

РУТЕНИЙ[те], -я; м.Химичен елемент (Ru), твърд сиво-бял метал (включен в много сплави, използван за изработка на бижута, лабораторни стъклени съдове и др.).

◁ Рутений, th, th.

(лат. Ruthenium), химичен елемент от VIII група на периодичната система, принадлежи към платиновите метали. Наречен от късната латинска Рутения - Русия (открита от К. К. Клаус). Плътност 12,45 g / cm 3, т pl 2334°C, тт.к. 4077°С. Включен в сплави с висока твърдост и устойчивост на абразия; катализатор за много химични реакции.

Рутений (на латински рутений, от латинското име на Русия Рутения), Ru (чете се „рутений“), химичен елемент с атомен номер 44, атомна маса 101.07. Естественият рутений се състои от седем стабилни изотопа: 96 Ru (5,7% по маса), 98 Ru (2,2%), 99 Ru (12,8%), 100 Ru (12,7%), 102 Ru (31,3%) и 104 Ru ( 18,3%). Конфигурация на два външни електронни слоя 4 с 2 стр 6 д 7 5s 1 . +3, +4, +6 и +8 степени на окисление (валентности III, IV, VI и VIII).
Намира се в VIIIB група, в 5-ти период на периодичната система. Част от триадата рутений-родий (см.РОДИЙ)- паладий (см.ПАЛАДИЙ (химичен елемент))и е химичен аналог на платината (см.ПЛАТИНА).
Атомен радиус 0,134 nm, йонен радиус: Ru 3+ - 0,082 nm (координационен номер 6), Ru 4+ - 0,076 nm (6), Ru 5+ - 0,071 nm (6), Ru 7+ - 0,052 nm (4), Ru 8+ - 0,050 nm (4). Енергии на последователна йонизация 7,366, 16,76, 28,47 eV. Електроотрицателност според Полинг (см.ПОЛИНГ Линус) 1,42.
История на откритията
През 1844 г. в Казанския университет К. К. Клаус изолира 6 г неизвестен досега метал от родната уралска платина. Той определи атомната му маса, изследва химичните му свойства и даде името му.
Да бъдеш сред природата
Рутеният е рядък микроелемент. Съдържанието в земната кора е по-малко от 5·10 -7%. Свързани с платинени метали. Образува два свои изключително редки минерала - лаурит RuS 2 и рутенарсенид RuAs. Като добавка присъства в някои полиметални руди, като халкопирит (см.халкопирит).
Касова бележка
Източникът на рутений са остатъците, образувани след пречистването на платината или утайката, получена от електрохимичното рафиниране на Cu (см.МЕД)и Ni (см.НИКЕЛ). Тези материали първо се подлагат на окислително сливане с помощта на бариеви пероксиди Ba 2 O 2 или натриев Na 2 O 2 . Получената сплав се разтваря във вода и разтворът се обработва със силен окислител - газообразен хлор.
Полученият летлив рутениев оксид RuO 4 се отдестилира от разтвора при нагряване. Дестилираният тетроксид се разтваря в солна киселина и се утаява от получения разтвор на амониев хлорутенат (NH 4) 2 . Утайката се калцинира. Образуваният след калциниране RuO 2 се редуцира до свободен метал с водород (см.ВОДОРОД).
Физични и химични свойства
Рутеният е лъскав, сребрист метал.
Има шестоъгълна кристална решетка, параметри на решетката а= 0,27054 nm, С= 0,42825 nm. Плътност 12,45 kg/dm 3 . Точка на топене на рутения 2250°C, точка на кипене прибл. 4900°С.
Химически това е типичен платинен метал. Стандартният електроден потенциал на двойката Ru 2+ /Ru 0 е +0,45 V. Компактният рутений не се окислява от атмосферния кислород при нагряване до 930 ° C и не реагира с разтвори на силни минерални киселини и основи. Прахообразният рутений, когато се нагрява, реагира с кислород, за да образува рутениев диоксид RuO 2 . Рутеният образува сплави с много метали и интерметални съединения с някои метали.
Известни са няколко оксиди на рутения. Когато K 2 RuO 4 реагира с калиев хидроксид KOH и газообразен хлор, както и когато K 2 RuO 4 се третира с калиев перманганат KMnO 4 или други силни окислители, се образува силно летлив RuO 4 тетроксид. Точката на топене на златисто жълтите кристали на този оксид е +25,5°C, точката на кипене е +27°C. При нагряване над 100°C се разлага с елиминирането на кислорода.
Чрез калциниране на рутениева сол като (NH 4) 2 или рутениев хидроксид Ru(OH) 4 на въздух, се получава тъмносин прах от рутениев диоксид RuO 2. Неразтворим е във вода, киселини и основи. Когато се слее с основни оксиди като SrO, BaO, PbO и други, се образуват рутенати SrRuO 3 , BaRuO 3 и PbRuO 3.
Рутеният в различни степени на окисление се характеризира с образуването на комплексни съединения. При продължително нагряване на разтвори на тривалентни рутениеви съединения в амонячна среда се образува „червена рутиева сол“ със състав Cl 6 4H 2 O. Взаимодействието на RuO 4 с разтвор на калиев хлорид в солна киселина дава „кафява сол“ на състав K 4 H 2 O - междинно вещество при извличане на рутений от естествени материали. Някои рутениеви комплекси правят възможно химическото свързване дори на такова химически инертно вещество като атмосферния азот. През 1962 г. е получено комплексно съединение на рутений с молекулен азот, неговият състав: [(NO)(NH 3) 4 RuN 2 Ru(NH 3) 4 (NO)]Cl 6 . По-късно са синтезирани по-прости комплекси на рутений с молекулен азот, например Cl 2 При обработката на облъчено ядрено гориво рутенийът обикновено се извлича под формата на сложно съединение от състава ·H 2 O.
Приложение
Рутеният е част от сплавите с платина и иридий, използвани за производството на фибростъкло и вискоза. Сплав от рутений с иридий, осмий и волфрам се използва при производството на накрайници за висококачествени писалки. За осъществяване на контакти в измервателните уреди се използват устойчиви на корозия сплави от рутений, платина и Pd. Много сплави на рутения - с лантан, церий, Скандинавия, итрий - имат свръхпроводимост.
Металният рутений и неговите сплави с паладий се използват като катализатори за реакции на хидрогениране и дехидрогениране. Рутениевата сол (Cl 6 ·4H 2 O) се използва при хистологични изследвания в медицината и като багрило за порцелан.
Физиологично действие
Летливите и разтворими съединения на рутения причиняват алергии, дразнят лигавиците, причиняват разязвяването им. ПДК за съдържание на аерозол RuO 2 във въздуха на работните помещения е 1 mg/m 3 .

енциклопедичен речник. 2009 .

Вижте какво е "рутений" в други речници:

Метал, открит в платинената руда. Речник на чужди думи, включени в руския език. Чудинов А.Н., 1910 г. Рутений Новолатинск. Малко проучен метал, който придружава платината. Обяснение на 25 000 чужди думи, включени в ... ... Речник на чужди думи на руския език

- (Рутений), Ru, химичен елемент от група VIII на периодичната система, атомен номер 44, атомна маса 101,07; се отнася до платинени метали. Открит от руския химик К.К. Клаус през 1884 г. Съвременна енциклопедия

- (лат. Ruthenium) Ru, химичен елемент от група VIII на периодичната система на Менделеев, атомен номер 44, атомна маса 101,07, принадлежи към платинените метали. Името е от късно. Рутения Русия (открита от К. К. Клаус). Плътност 12,37… … Голям енциклопедичен речник

Рутеният (Ruthenium, Ru) е химичен елемент под номер 44 в периодичната таблица.

Историята на откриването на този елемент започва в Русия, когато през 20-те години на 19 век в Урал са открити находища на платина. Новината за това откритие бързо се разпространи по света и предизвика много тревоги и вълнения на международния пазар. Сред чуждестранните спекуланти се носеха слухове за чудовищни ​​самородни късове, за платинен пясък, който платинените миньори загребват директно с лопати. Депозитите на платина наистина се оказаха богати и граф Канкрин, който по това време беше министър на финансите на Русия, нареди сеченето на платинени монети. Монети започнаха да се секат в номинали от 3,6 и 12 рубли. Издадени са 1 400 000 платинени монети, за които са използвани повече от 20 тона самородна платина.

В годината на заповедта на Канкрин за сечене на монети, Озан, професор в Юриевския университет, изследвайки образци от уралска платина, стига до заключението, че платината е придружена от три нови метала. Озан нарече единия от тях полуранен, вторият - полином, а третият - в чест на латинското име. Русия - Рутений даде името - рутений., химиците на "откритието" на Озан посрещнаха с недоверие. Особено протестира шведският химик Берцелиус, чийто авторитет по това време е наистина световен. Спорът, който възникна между Озан и Берцелиус, се ангажира да разреши професорът по химия в Казанския университет К. К. Клаус. Получавайки на свое разположение малко количество остатъци от сеченето на платинена монета, Клаус открива нов метал в тях, зад който запазва името рутений, предложено от Озан. На 13 септември 1844 г. Клаус прави доклад в Академията на науките за нов елемент и неговите свойства. През 1845 г. докладът на Клаус, озаглавен „Химически изследвания на останките от уралска платинена руда и рутений метал“ е публикуван като отделна книга. „... Малкото количество изследван материал – не повече от шест грама напълно чист метал – не ми позволи да продължа изследванията си“, пише Клаус в книгата си. Въпреки това, получените данни за свойствата на новия метал позволиха на Клаус твърдо да обяви откриването на нов химичен елемент.

Желаейки да запознае чуждестранни учени с откритието на нов елемент, Клаус изпрати проба от метала на Берцелиус. Отговорът на Берцелиус беше меко казано странен. С нов елемент в ръка с подробно описание на имотите, той не се съгласи с мнението на Клаус. Берцелиус заявява, че металът, получен от Клаус, е "проба от нечист иридий", отдавна познат елемент. По-късно Берцелиус беше принуден да признае грешката си.

Откритият елемент беше допълнително внимателно проучен. Изследването на химичните свойства на рутения показа редица интересни характеристики на неговите химични съединения. Въпреки това, липсата на каквито и да било значителни запаси от този метал в земната кора (намерен в лаурит, рядък минерал, в Борнео), трудността при добива и отделянето на платина от други спътници все още пречат на използването на рутений. Веднага щом геолозите открият значителни находища на този елемент в някои малко проучени райони или в дълбоките слоеве на земната кора, елементът рутений ще заеме достойното си място в човешката практическа дейност. Много малко се говори за рутения във всички книги: той е изключително рядък и следователно не е намерил достатъчно приложение. В чиста форма рутенийът се използва при производството на термодвойки, както и като катализатор при синтеза на амоняк. В сплавите рутенийът се използва в бижута, някои соли се използват в лабораторните технологии при производството на микроскопични препарати.

На външен вид рутенийът е метал, подобен на желязото, твърд, огнеупорен, трудно разтворим в царска вода и има силни каталитични свойства.

Руски метъл. Името на рутения не случайно е съзвучно с името на страната. 44-ият елемент от периодичната таблица е открит за първи път в Уралските планини. През 20-те години на 19 век те откриват там.

Озаин, професор в Юриевския университет, се зае с изследването на пробите. Именно той открива нов метал в платинени блокове, давайки му латинско име.

Рутения означава Русия на древния език. Академията на науките обяви откритието през 1844 г. Оттогава са минали почти 2 века. Това беше достатъчно за задълбочено проучване рутений.

Химични и физични свойства на рутения

Да бъдеш платинен елемент рутенийсмятан за благороден. Благородният метал е красив и твърд. Ако златото и среброто се дават 4 точки, тогава рутений - 6,5. Тоест твърдостта на елемента е близка до кварца, чиито представители са камъните аметист, скален кристал, раухтопаз.

Твърдостта на рутения се комбинира с крехкостта. металът лесно се разбива в хаванче, като се разпада на прах. Инертните материали също ще се счупят при удар, падайки от височина. Ускорението на такова падане няма да е голямо, заради всички платиноиди рутения е най-лекият. Плътността на метала е по-малка от 13 грама на кубичен сантиметър.

Слабо устойчив на удар, рутеният издържа много добре на топлина. Металът се топи при температура от 2334 градуса по Целзий. Течността не е единственият резултат от нагряването.

Ако действате с електрическа дъга или загреете елемента във въздух, той ще премине в газообразно състояние. Предшества се от рутениев тетроксид. Златните игли се топят бързо, освобождавайки миризмата на озон.

Ако тетроксидът се превърне в течност, а не в газ, всеки контакт с органичното вещество ще доведе до експлозия. Индустриалите често го провокират, защото естеството на връзката ви позволява да подчертаете абсолютно чист рутений.

Рутениев оксидобразуван при температура не по-ниска от 930 градуса. Това доказва благородството на метала. Не оцветява и не е корозивен. Елементът обикновено се счита за инертен.

Той влиза в реакцията само при нестандартни условия. При нормални условия платиноидът е неразтворим дори в царска вода. Материалът не се поема не само от отделни киселини и основи, но и от техните смеси.

44-ият елемент взаимодейства с други метали, когато се нагрее до поне 400 градуса по Целзий. При същите условия започва реакция с хлор, нитрати и основи.

Рутеният е химичен елементможе да бъде катализатор. Тоест металът ускорява или забавя реакциите между други вещества. Вярно е, че поради инертността, каталитичните свойства на елемента са селективни. Способността да станеш свръхпроводник е константа качество на рутений. Нулевата устойчивост на ток е резултат от нагряване на материала.

Парата често е обект на изследване за химиците. рутений-осмий. Също така е интересно да се сравни с родий и желязо. 44-ият елемент е подобен по свойства на тези метали. Но една способност на рутения го прави уникален.

Платиноидът може да бъде веднага в 8 валентности, като постоянно ги променя. Валентността е способността на атома да образува определен брой връзки с други атоми. Оказва се, рутений може да се прикрепиот 1-ви до 8-ми.

Приложение на рутений

Металът има ярък и приятен синкаво-сив тон. Елементът е благороден и не се окислява. Привлича. Няма обаче продукти, направени от чист рутений. Първо, елементът е оскъден, освен Русия е открит само на остров Борнео.

Второ, платиноидът е крехък, затова се използва само като ценен. Те стават по-твърди и по-издръжливи. Добавката присъства, като правило, само в платинени сплави и само в продукти на добре познати марки.

Причината е високата цена на рутения и трудността при работа с него поради специалната му огнеупорност. От друга страна, само 0,1% от 44-ия елемент повишава устойчивостта на корозия на титаниеви бижута, добавя 1 точка здравина или платина.

Рутеният е добавка, която може да придаде черен цвят. Неправилно оцветената сплав е яростта. Те потъмняват златото и родия, но оттенъкът не е толкова наситен, както при рутениевата лигатура. Любителите на скъп шик са готови да плащат за необичайни бижута.

Рутениеви багрила, по-точно неговите съединения, също се използват в стъкларската индустрия. Към някои елитни емайли се добавят и композиции с 44-ти метал. Има дори флуоресцентни покрития. Те дължат своя блясък само на съединенията на 44-ия елемент.

Една от багрилата е възприета от медицината. Рутениевото червено е в състояние да подчертае тъканите, когато се изследват, например, под микроскоп. Най-новото развитие е туморното оцветяване. Това позволява на хирурзите да видят всяка засегната клетка.

Лекарите използват рутения не само като средство за идентифициране на засегнатите тъкани, но и като лекарство. Препаратите на базата на 44-тия елемент са предназначени за борба с туберкулозата и много инфекции, които засягат кожата.

Без рутенийкосмическата индустрия не е пощадена. Горивните клетки на земните спътници са буквално ценни. Те се състоят от сплав от 44-ти метал с платина.

Само такъв състав по отношение на рефрактерността е в състояние да издържи натоварвания в орбита. Устойчивостта на рутения към топлина го прави и суровина за термодвойки. Използват се за измерване на високи температури.

Електрониката използва чисто рутений формула. Металът се нанася на тънък слой като антикорозионно покритие, например върху. Разпръскването също ги прави химически неуязвими и намалява механичното износване.

Добив на рутений

Световните метални запаси се оценяват на едва 5000 тона. В същото време рутенийът е отпадък. Това означава, че елементът не се добива отделно, а изолиран от остатъците от производството на платина.

Разпределете 44-то място металнии от фрагменти на делене на ядрени материали. Сред тях - плутоний, торий, уран. В останките от изгорено ядрено гориво можете да намерите 250 грама рутений за всеки тон.

На снимката е показана гривна от сплав, която включва рутений

Ако прибягвате до неутронно облъчване, 44-ият елемент може да бъде получен от технеций-99. Той е един от ядрените изомери на метала. Като суровина за извличане на рутений, той рядко се използва, тъй като самият той е полезен за човечеството. 99-ият технеций се нарича медицински радиоизотоп. Той е в основата на много диагностични процедури.

Цена на рутений

През януари 2016 г. за грам рутенийиска около 115 рубли. Това са данни от борси за цветни метали, по-специално Лондонската фондова борса. Оказва се, че 44-ият елемент е по-скъп, но по-евтин от другите благородни метали. Така че за грам злато трябва да платите повече от 2700 рубли. Осмият струва 1000. 300 рубли повече.

Цените на рутения достигнаха своя пик през 2008 г. Тогава за 1 грам поискаха повече от 800 рубли. Тоест за предходните 4 години заявките на продавачите са се увеличили 25 пъти. Извадката е взета през последните 20 години на търговия. Цената достигна почти 300 рубли през 2010 г.

През останалото време цената на ценните суровини варираше около 100-200 рубли. Независимо от това, материалът е включен в топ 10 на най-скъпите метали, заемайки или 8-ма, или 9-та позиция в него. Ако вземем предвид, че елементът се купува главно от индустриалци, обемът на техните поръчки се изчислява далеч от грамове и далеч от стотици рубли.

Сергеева Екатерина

Историята на откриването на рутения и неговите свойства.

Изтегли:

Визуализация:

"Казански химичен елемент (рутений)"

Сергеева Екатерина Юриевна

Държавно автономно учебно заведение "Чистополски политехнически колеж"

Ръководител Йоничева A.L.

АНОТАЦИЯ

В тази работа се интересувах от историята на откриването, свойствата и възможните приложения на химичния елемент рутений, който беше открит от Карл Карлович Клаус в химическата лаборатория на Казанския университет и с право може да бъде наречен Казански химичен елемент. 2011 г. беше обявена от ЮНЕСКО за Година на химията, студентите от Казан и Република Татарстан трябва да си спомнят това явно забележително събитие в повече от 1000-годишната история на град Казани единственият човек в Русия, К. К. Клаус, открил естествен химически елемент, особено след като той с право се смята за един от основателите на Казанската химическа школа.

Тази тема ни се стори интересна и актуална и защото

Рутеният е един от представителите на платинените метали, но е последният открит. Откриването на рутений представлявало големи трудности.

За да се открие по времето на Клаус нов елемент от платинената група - рутений, човек трябваше да притежава изключителни способности за наблюдение, проницателност, усърдие, постоянство и фино експериментално изкуство. Всички тези качества са притежавани във висока степен от Клаус, един от първите блестящи представители на химическата наука в младия тогава Казански университет.

Изучавайки проблема, използвахме материалите на интернет ресурса: уебсайтът на Светът на химията, Уикиречник, Популярна библиотека на химическите елементи, Издателство Наука, 2011.

През седмицата на природните науки проведохме (наред с други събития) научно-практическа конференция: „Великите химици и техните открития“, на която бяха представени научни доклади и редица презентации, които се превърнаха в добра помощ в работата на учителите и интереса на студентите към изучаване на химия и други природни дисциплини.

Казански химичен елемент (рутений)

„За да се открие по времето на Клаус нов елемент от платинената група – рутения, човек трябваше да притежава изключителни способности за наблюдение, проницателност, усърдие, постоянство и фино експериментално изкуство. Всички тези качества силно притежава Клаус, един от първите блестящи представители на химическата наука на младия тогава Казански университет.

Академик А.Е. Арбузов

Историята на откриването на рутений

Рутеният е първият химичен елемент, открит от руския химик Карл Карлович Клаус. Последен сред тях е открит рутений, представител на платинените метали.

А. Снядецки, поляк по националност, и руският учен К.К. Клаус. Ученият беше значително подпомогнат от E.F. Канкрин, който по това време е министър на финансите

К.К. Клаус

След това той предостави на Клаус остатъците от сурова платина, от която ученият изолира платина, както и други метали: родий, паладий, иридий и осмий. Освен тези метали той изолира и смес от други, в които според Клаус е трябвало да има ново, все още неизвестно вещество. Химикът повтори експериментите на G.V. Озан, а след това, след като разработи свой собствен план за експеримента, получи нов химичен елемент, рутений. И отново изпрати писмо до И. Берцелиус, но той, както и първия път, не се съгласи с аргументите на Клаус. Но руският химик не се съобрази с аргументите на Берцелиус и доказа, че е открил нов химичен елемент от групата на платината. И през 1845 г. Берцелиус признава откритието на рутений.

Химически елемент е кръстен на Русия (латинското име на Русия е Рутения)

По искане на Министерството на финансите професорът от Казанския университет Карл Карлович Клаус през 1841 г. започва да търси начин за преработка на остатъците от платинени руди, натрупани в монетния двор в Санкт Петербург, с цел по-пълно извличане на платината. Година по-рано, с усилията на ректора Лобачевски, за химическата лаборатория е издигната отделна двуетажна сграда с огромно мазе, оборудвана с най-модерно оборудване.

Клаус установява състава на остатъците от платинена руда и разработва методи за отделяне и получаване на чисти платинени метали. Клаус трябваше да преодолее изключителни експериментални трудности, предвид нивото на знания от онези времена. Освен това работата беше опасна за здравето, тъй като при обработката на руди се образуваха изключително токсични вещества.

Сред изолираните компоненти Клаус открива непознат досега метал. Той изучава свойствата както на самия метал, така и на неговите съединения, определя с голямо внимание атомното му тегло, разработва метод за неговото изолиране и пречистване. През 1844 г. Клаус публикува резултатите си, назовавайки новия химически елемент рутений на името на Русия. Първоначално световната научна общност прие това откритие със съмнение, оттогава много елементи бяха погрешно „открити“.

Едва през 1846 г., когато Клаус публикува нова работа за по-нататъшното изследване на рутения, неговото откритие е всеобщо признато. Скоро казанският професор е удостоен с Демидовската награда от Руската академия на науките за изследвания в областта на платинените метали. Стойността му от 10 000 рубли тогава е много по-голяма от сегашната Нобелова награда.

Химическа лаборатория на Казанския университет, където Клаус работи през 1842 г. Сто години по-късно бъдещият институт Курчатов започва своята работа в тази стая.

Получаване на рутений

Разделянето на платинените метали и получаването им в чист вид (рафиниране) е много трудна задача, която изисква много труд, време, скъпи реагенти и високо умение.В момента медно-никелови сулфидни руди са основният източник за получаване на платинени метали. В резултат на сложната им обработка се топят т. нар. „груби” метали – замърсени никел и мед. При електролитното им рафиниране благородните метали се натрупват под формата на анодна утайка, която се изпраща за рафиниране.

Значителен източник на рутений за извличането му е изолирането му от фрагменти на делене на ядрени материали (плутоний, уран, торий), където съдържанието му достига 250 грама на тон "изгоряло" ядрено гориво.

Физични свойства на рутения.

По отношение на рефрактерността (Tmelt 2250 ° C) рутенийът отстъпва само на няколко елемента - рений, осмий, волфрам.

Най-ценните свойства на рутения са огнеупорността, твърдостта, химическата устойчивост и способността да ускорява определени химични реакции. Най-характерни са съединенията с валентност 3+, 4+ и 8+. Той е склонен да образува комплексни съединения. Използва се като катализатор, в сплави с платинени метали, като материал за остри върхове, за контакти, електроди и в бижута.

Химични свойства на рутения.

Рутеният и осмият са крехки и много твърди. Под действието на кислород и силни окислители те образуват оксиди RuO4 и OsO4. Това са нискотопими жълти кристали. Парите на двете съединения имат остра, неприятна миризма и са силно токсични. И двете съединения лесно отделят кислород, като се редуцират до RuO2 и OsO2 или до метали. С алкали RuO4 дава соли (рутенати). Изследванията на рутения поставят три предизвикателства пред химиците днес:

Задача номер 1: Как да се отървем от рутения?

Рутеният има много ценни и интересни свойства. По много механични, електрически и химични характеристики той може да се конкурира с много метали и дори с платина и злато. Въпреки това, за разлика от тези метали, рутенийът е много крехък и следователно все още не е възможно да се правят никакви продукти от него. Задача №1 е поставена пред учените от ядрените технологии.

Радиоактивни изотопи на рутения не съществуват в природата, но те се образуват в резултат на делене на ядра на уран и плутоний в реакторите на атомни електроцентрали, подводници, кораби, по време на експлозии на атомни бомби. От теоретична гледна точка този факт със сигурност е интересен. Той дори има специална „изюст“: мечтата на алхимиците се сбъдна - неблагородният метал се превърна в благороден. И наистина, съоръженията за производство на плутоний днес изхвърлят десетки килограми от благородния метал рутений. Но практическата вреда, причинена от този процес върху ядрените технологии, не би се изплатила дори ако целият рутений, произведен в ядрените реактори, можеше да бъде използван добре.

Защо рутеният е толкова вреден?

Едно от основните предимства на ядреното гориво е неговата възпроизводимост. Както е известно, при "изгаряне" на уранови блокове в ядрени реактори се образува ново ядрено гориво - плутоний. В същото време се образува и "пепел" - фрагменти от деленето на уранови ядра, включително изотопи на рутения. Пепелта, разбира се, трябва да бъде премахната.

Рутеният започва постепенно да мигрира в почвата, създавайки опасност от радиоактивно замърсяване на големи разстояния от резервоара. Същото се случва, когато фрагменти са заровени в мини на голяма дълбочина. Радиоактивният рутений, който (под формата на водоразтворими нитрозосъединения) е изключително подвижен или, по-точно, мигриращ, може да стигне много далеч с подземните води.

Физици, химици, технолози и особено радиохимици в много страни обръщат голямо внимание на борбата с радиоактивния рутений. Няколко доклада бяха посветени на този проблем на I и II международни конференции за мирно използване на атомната енергия в Женева. Въпреки това, все още няма основания да се смята, че борбата срещу рутения е успешно завършена и очевидно химиците ще трябва да работят много повече, за да може този проблем да бъде прехвърлен в категорията на окончателно решен.

Задача номер 2: по-нататъшно изследване на химията на рутения и неговите съединения.

Изключителната неотложност на проблем № 1 кара изследователите да навлизат все по-дълбоко в химията на рутения и неговите съединения.

Рутеният е рядък и много микроелемент. Единственият известен минерал, който образува в естествени условия. Това е laurite Rus 2 - много твърдо, тежко черно вещество, което се среща изключително рядко в природата. В някои други природни съединения рутенийът е просто изоморфен примес, чието количество като правило не надвишава десети от процента. Малки примеси от рутениеви съединения са открити в медно-никелови руди на канадското находище Седбъри, а след това и в други мини.

Едно от най-забележителните химични свойства на рутения са многото му валентни състояния. Лекотата на прехода на рутения от едно валентно състояние в друго и изобилието от тези състояния водят до изключителната сложност и оригиналност на химията на рутения, която все още изобилства от много бели петна.

Съветският учен Сергей Михайлович Старостин посвети целия си живот на изучаването на химията на рутения и неговите съединения. Именно той установи, че огромните трудности, които възникват при отделянето на рутений от плутоний и уран, са свързани с образуването и свойствата на рутениевите нитрозо комплекси.

Някои учени предполагат, че ще бъде възможно и изолирането на неорганични полимери на базата на рутениевите нитрозо комплекси.

Преди няколко десетилетия рутениевите комплекси обслужват важна услуга на теорията на химията, превръщайки се в отличен модел, с който Вернер създава своята известна координационна теория. Вероятно полимерните съединения на рутения също ще послужат като модел за създаване на теорията за неорганичните полимери.

Предизвикателство #3: Използване на рутений

Къде се използва рутений и какви са перспективите за неговото използване?

Рутеният, подобно на платината и паладий, има каталитични свойства, но често се различава от тях по по-голяма селективност и селективност. Металният рутений и неговите сплави се използват в хетерогенна катализа. Най-ефективните катализатори се получават чрез отлагане на рутений върху различни подложки със силно развити повърхности. В много случаи се използва заедно с платина, за да се увеличи нейната каталитична активност. Сплав от родий, рутений и платина ускорява окисляването на амоняка при производството на азотна киселина. Рутеният се използва за синтеза на циановодородна киселина от амоняк и метан, за производството на наситени въглеводороди от водород и въглероден оксид. В чужбина е патентован метод за полимеризация на етилен върху рутениев катализатор.

Рутениевите катализатори станаха важни за реакцията на получаване на глицерол и други многовалентни алкохоли от целулозата чрез нейното хидрогениране.

Рутениеви органометални съединения се използват в хомогенна катализа за различни реакции на хидрогениране, като по селективност и каталитична активност не отстъпват на признатите катализатори на базата на родий.

Основното предимство на рутениевия катализатор е неговата висока селективност. Именно тя позволява на химиците да използват рутений за синтеза на голямо разнообразие от органични и неорганични продукти. Рутений-катализатор започва сериозно да се конкурира с платина, иридий и родий.

Възможността за елемент № 44 в металургията е малко по-малка, но се използва и в тази индустрия. Малките добавки на рутений обикновено повишават устойчивостта на корозия, здравината и твърдостта на сплавта. Най-често се въвежда в метали, от които се правят контакти за електротехника и радио оборудване. Сплав от рутений и платина е намерила приложение в горивните клетки на някои американски изкуствени спътници на Земята. Сплави на рутений с лантан, церий, скандий, итрий притежават свръхпроводимост. Термодвойки, изработени от сплав от иридий и рутений, ви позволяват да измервате най-високите температури.

Много може да се очаква и от използването на рутениеви покрития, нанесени под формата на тънък слой (филм) върху различни материали и продукти. Такъв филм значително променя свойствата и качеството на продуктите, повишава тяхната химическа и механична устойчивост, прави ги устойчиви на корозия, драстично подобрява електрическите им свойства и др. Тънките покрития, изработени от благородни метали, включително рутений, стават все по-важни в различни области на електрониката, радиото и електротехниката, химическата промишленост, а също и в бижутерията през последните години.

Интересно свойство на металния рутений - да абсорбира и пропуска водород - може успешно да се използва за извличане на водород от смес от газове и получаване на свръхчист водород.

Много съединения на рутения имат полезни свойства. Някои от тях се използват като добавки в стъклото и емайла като постоянни багрила; рутениевите хлориди, например, повишават луминесценцията на луминола, рутениевите полиамини имат флуоресцентни свойства, солта Na2 2H2O е пиезоелектрик, RuO4 е най-силният окислител. Много съединения на рутения са биологично активни.

"Вечна" писалка

Върховете на писалките постоянно се трият в хартията и следователно се стриват. За да направи писалката наистина "вечна", запояването се извършва на върха. Някои сплави за запояване на "вечни" пера включват рутений. В допълнение към него тези сплави съдържат волфрам, кобалт, бор.

Рутеният се използва и при производството на сплави за носене на игли за компас. Тези сплави трябва да са твърди, здрави и еластични. От естествените минерали, много рядкият осмиев иридий има такива свойства. Изкуствените материали за компасни игли, наред с осмий и иридий, а понякога и други метали, включват елемент No 44 – рутений.

Има контакт!

Медта се използва за контакти в електротехниката от дълго време. Той е идеален материал за предаване на високи токове. Ами ако след определено време контактите са покрити с меден оксид? Могат да се търкат с шкурка и пак ще блестят, като нови. Друго нещо е в слаботоковите технологии. Тук всеки оксиден филм върху контакта може да наруши работата на цялата система. Следователно контактите за ниски токове са направени от паладий или сребро-паладиева сплав. Но тези материали нямат достатъчна механична якост. Добавянето на малки количества рутений (1 ... 5%) към сплавите придава на контактите твърдост и здравина. Същото важи и за плъзгащите се контакти, които трябва да издържат добре на абразия.

Рутениево червено.

Това е името на неорганично багрило, което е сложен амониев хлорид на рутений. Рутениевото червено се използва в изследванията по анатомия и хистология (науката за живите тъкани). Разтвор на това багрило, когато се разрежда 1:5000, оцветява пектиновите вещества и някои тъкани в розови и червени тонове. Благодарение на това изследователят е в състояние да разграничи тези вещества от другите и да анализира по-добре секцията, гледана под микроскоп.

Приложение на рутений за отглеждане на графен.

Изследователи от Националната лаборатория в Брукхейвън (САЩ) са показали, че по време на епитаксиалния растеж на графен върху повърхността Ru(0001) се образуват макроскопични графенови области. В този случай растежът протича слой по слой и въпреки че първият слой е силно свързан със субстрата, вторият слой практически не взаимодейства с него и запазва всички уникални свойства на графена.
Синтезът се основава на факта, че разтворимостта на въглерода в рутения силно зависи от температурата. При 1150°C рутенийът е наситен с въглерод и когато температурата падне до 825°C, въглеродът излиза на повърхността, което води до образуването на графенови острови, по-големи от 100 µm. Островите растат и се обединяват, след което започва растежа на втория слой.

Визуализация:

За да използвате визуализацията на презентации, създайте акаунт (акаунт) в Google и влезте: https://accounts.google.com

Надписи на слайдове:

Казански химичен елемент - рутений.

Цел на работата: Да се ​​изследва историята на откриването на рутения Да се ​​проучат свойствата и основните области на приложение на елемента

Рутеният е първият химичен елемент, открит от руския химик Карл Карлович Клаус. Последен сред тях е открит рутений, представител на платинените метали. К.К. Клаус

Химическа лаборатория на Казанския университет, където Клаус работи през 1842 г. Сто години по-късно в тази стая започва работата си бъдещият институт Курчатов.

Рутений (лат. Ruthenium), Ru, химичен елемент от група VIII на периодичната система на Менделеев, атомен номер 44, атомна маса 101,07; един от платинените метали. Химически елемент е кръстен на Русия (латинското име на Русия е Рутения)

Рутеният е най-лекият и най-малко "благородният" от всички метали от платиновата 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 XΙX век световната общественост беше развълнувана и притеснена от новината, че в Руската империя са открити най-богатите находища 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.

"Откритие" Озана

Професор Готфрид Озан от университета Дерпт-Юриевски (сега Тарту) се зае с изучаването на състава на скъпоценната 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 в чест на Русия (от латинското Ruthenia).

Колегите на Озан в цяла Европа, водени от най-авторитетния шведски химик Йенс Берцелиус, бяха много критични към посланието на професора. В опит да се оправдае, ученият повтори поредица от експериментите си, но предишните резултати не могат да бъдат постигнати.

Две десетилетия по-късно професорът по химия Карл Карлович Клаус (Казански университет) се интересува от творчеството на Озан. Той получи разрешение от министъра на финансите да получи няколко паунда остатъчни монети от лабораторията на монетния двор за повторна проверка.

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 експериментален усет. Всички изброени по-горе качества бяха присъщи на младия Карл Клаус в най-висока степен.

Изследването на учения имало и практическо значение – допълнително извличане на чиста платина от рудни остатъци. След като разработи свой собствен план за експеримента, Клаус стопил 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.

Открийте 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 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 постоянството на казанския професор, рутений се присъедини към редиците на платиноидите - първият елемент, открит в Русия (и днес, за съжаление, единственият от руската химическа школа).

По-нататъшни изследвания

Области на използване

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-трайни скъпи бижута.

По отношение на консумираното количество рутений индустриалните сектори са подредени в следния ред:

1. Електронна.
2. Електрохимични.
3. 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 намерили приложение 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, главно в мускулната тъкан (единственият метал от групата на платината). Може да провокира развитието на алергични реакции, да има отрицателен ефект 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?

Съвсем наскоро западноевропейски учени обезпокоиха сериозно обществеността с съобщение, че над континента расте съдържанието на радиоактивния изотоп рутений Ru 106. Специалистите напълно изключват самообразуването 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 в нормални режими. Международната агенция за атомна енергия (МААЕ) в заключението си, базирана на собствени мониторингови данни, нарече всички обвинения срещу Руската федерация безпочвени.