Ruteenium on plaatinarühma kuuluvatest metallidest kõige kergem ja kõige vähem "üllas". See on võib-olla kõige "multivalentne" element (teada on üheksa valentsolekut). Hoolimata enam kui poole sajandi pikkusest uurimisajaloost, tekitab see tänapäeva keemikutele palju küsimusi ja probleeme. Mis on ruteenium keemilise elemendina? Alustuseks lühike põik ajalukku.
Saladuslik ja rikas
Ruteeniumi avastamise nimi ja ajalugu on Venemaaga lahutamatult seotud. Päris 20. sajandi alguses oli maailma üldsus elevil ja mures uudise pärast, et Venemaa impeeriumis on avastatud kõige rikkalikumad plaatinavarud. Käisid kuulujutud, et Uuralites saab seda väärismetalli kaevandada tavalise labidaga. Rikkalike maardlate avastamist kinnitas peagi ka tõsiasi, et Venemaa rahandusminister E. F. Kankrin saatis Peterburi rahapajale kõrgeima määruse plaatinast müntide vermimise kohta. Järgnevatel aastatel lasti ringlusse umbes poolteist miljonit münti (3, 6 ja 12 rubla), mille tootmiseks kulutati 20 tonni väärismetalli.
"Avastus" Ozanne
Derpt-Jurjevski (praegu Tartu) ülikooli professor Gottfried Ozann asus uurima Uurali väärismaagi koostist. Ta jõudis järeldusele, et plaatinaga kaasnevad kolm tundmatut metalli – polünoom, polünoom ja ruteenium –, mille nimed andis Ozann ise. Muide, kolmanda nimetas ta Venemaa järgi (ladina keelest Ruteenia).
Ozanne'i kolleegid üle Euroopa, eesotsas kõige autoriteetsema Rootsi keemiku Jens Berzeliusega, olid professori ettekande suhtes väga kriitilised. Püüdes end õigustada, kordas teadlane mitmeid oma katseid, kuid ei saavutanud samu tulemusi.
Kaks aastakümmet hiljem hakkas keemiaprofessor Karl Karlovich Klauss (Kaasani ülikool) Ozanne'i loomingu vastu huvi tundma. Ta hankis rahandusministrilt loa võtta rahapaja laborist mitu naela järelejäänud münte uuesti testimiseks.
Kaasani keemiline element ruteenium
Vene akadeemik A. E. Arbuzov märkis oma kirjutistes, et neil päevil uue elemendi avastamiseks vajas keemik äärmist hoolsust ja visadust, tähelepanelikkust ja taiplikkust ning mis kõige tähtsam, peent eksperimenteerimismeelt. Kõik ül altoodud omadused olid noorele Karl Claussile omased.
Teadlase uurimistööl oli ka praktiline tähendus – puhta plaatina täiendav ekstraheerimine maagijääkidest. Olles välja töötanud oma katseplaani, sulatas Klauss maagi materjali soolapeetriga ja ekstraheeris lahustuvad elemendid: osmium, iriidium,pallaadium. Lahustumatu osa puutus kokku kontsentreeritud hapete ("aqua regia") ja destilleerimisega. Raudhüdroksiidi sades avastas ta tundmatu metalli olemasolu ja eraldas selle esm alt sulfiidina ja seejärel puhtal kujul (umbes 6 grammi). Professor jättis elemendile Ozanni pakutud nimetuse – ruteenium.
Avage ja tõestage
Kuid nagu selgus, oli keemilise elemendi ruteeniumi avastamise lugu alles alanud. Pärast uuringu tulemuste avaldamist 1844. aastal langes Claussi peale kriitikarahe. Tundmatu Kaasani teadlase järeldused võtsid maailma suurimad keemikud skeptiliselt vastu. Isegi uue elemendi näidise Berzeliusele saatmine ei päästnud olukorda. Rootsi meistri sõnul oli Claussi ruteenium vaid "ebapuhta iriidiumi proov".
Ainult Karl Karlovichi kui analüütilise keemiku ja eksperimenteerija silmapaistvad omadused ning rida täiendavaid uuringuid võimaldasid teadlasel oma väidet tõestada. 1846. aastal sai avastus ametliku tunnustuse ja kinnituse. Oma töö eest pälvis Klauss Venemaa Teaduste Akadeemia Demidovi auhinna summas 10 tuhat rubla. Tänu Kaasani professori andekusele ja visadusele lisandus plaatinoidide hulka ruteenium, esimene Venemaal avastatud element.
Täiendavad uuringud
Ruteeniumi keemiliste ja füüsikaliste omaduste uurimise peamine probleem on äärmiselt piiratud sisaldussee metall maapõues. Näiteks plaatina tootmise jäätmetes (Claussi töömaterjal) on selle sisaldus umbes 1%. Enamik keemiateadlasi tunnistab ruteeniumi uurimiseks äärmiselt ebasoodsaks aineks. Ummikseisude rohkus sunnib teadlasi sageli oma tööd piirama või peatama.
Nõukogude teadlane SM Starostin pühendas kogu oma elu "ebamugava" metalli ja selle ühendite omaduste uurimisele. Keemiku tegevuse peamiseks tulemuseks on järeldused ruteeniumi nitrosokomplekside omaduste ja nendega kaasnevate raskuste kohta puhta metalli eraldamisel kaasnevast uraanist ja plutooniumist. Mis on ruteenium keemilise elemendina?
Füüsikalised omadused
Ruteenium on metall, mille värvus varieerub olenev alt saamise meetodist hallikassinakast kuni hõbevalgeni. Mõned keemilise elemendi ruteeniumi füüsikalised omadused võimaldavad pidada seda ainulaadseks aineks. Koos suure rabedusega (kristalle jahvatatakse käsitsi isegi kergesti pulbriks) on ruteeniumil äärmuslik kõvadus – 6,5 kümnepunktilisel mineraloogilise kõvaduse skaalal (Mohsi skaala). Võib-olla kõige kergem plaatinarühma metallidest. Tihedus on 12,45 g/cm3. See on väga tulekindel - vedelasse olekusse ülemineku temperatuur on 2334 ° C. Elektrikaares sulamise ajal täheldatakse metalli samaaegset aurustumist. Kõrge temperatuuriga k altsineerimisel vabas õhus element "lendub" vormistetroksiidid.
Ruteenium on klassifitseeritud ülijuhtideks. Metallil on nulltakistus, kui see jahutatakse temperatuurini 0,47 K. Sellel omadusel on teaduslikust ja praktilisest seisukohast suur tähtsus. Platinoidina on ruteenium väga huvitav väärismetall.
Element Ru
Kaasani metalli omadused on paljudes aspektides tüüpilised VΙΙΙ (plaatina) rühma esindajatele. Ruteenium on perioodilisuse tabeli keemiline element aatomnumbriga 44, mida iseloomustab kõrge inertsus. Sellel on 7 stabiilset looduslikku ja 20 tehisisotoopi massinumbritega 92–113.
Norma altemperatuuril ei allu see oksüdeerumisele ja korrosioonile, hapetele ega leelistele. Kuumutamisel üle 400 ° C reageerib see klooriga, temperatuuril 930 ° C - hapnikuga. Mõnede metallide puhul moodustab keemiline element ruteenium stabiilseid sulameid, mida nimetatakse intermetallilisteks ühenditeks.
Paljudes ühendites on selle valents nullist kaheksani. Kõige olulisemate hulka kuuluvad ruteendioksiid ja tetroksiid, sulfiid RuS2 ja fluoriid RuF5.
Puhtal metallilisel kujul on sellel kõrge selektiivsusega katalüsaatori omadused, mis võimaldab seda kasutada mitmesuguste orgaaniliste ja anorgaaniliste ainete sünteesiks. Toimib parima vesiniku sorbendina.
Levike looduses
Keemilist elementi ruteeniumi iseloomustab äärmusliklooduses haruldane ja hajutatud. Looduslikus keskkonnas moodustab ta ainsa teadaoleva mineraali, lauriiti. See on tahke aine väikeste raudmustade oktaeedrite kujul. Rikkaim ja kuulsaim maardla asub Borneo saare (Kalimantan) plaatinaplatsidel. Venemaal on arendused käimas Kesk- ja Lõuna-Uuralis, Koola poolsaarel, Krasnojarski ja Habarovski territooriumil.
Kõigis teistes looduslikes ühendites ei ületa ruteeniumi sisaldus 0,1%. Mõnest vase-nikli maagist ja happelistest tardkivimitest on leitud metalli jälgi. Mõnel taimel on võime ruteeniumi kontsentreerida ja akumuleerida, mille hulgast paistavad silma kaunviljaliste perekonna esindajad.
Elemendi kogusisaldus maakoores ei ületa ekspertide sõnul 5000 tonni.
Tööstuslik tootmine
Elementi ruteeniumi peetakse õilsaks ja metalli peamiseks allikaks on plaatina tootmisel tekkiv jääkkivi. Ruteeniumi (nagu ka plaatina) kaevandamisel on vaieldamatu liider Lõuna-Aafrika Vabariik. Selle metalli arendamisega ja tootmisega tegelevad ka Venemaa, Kanada ja Zimbabwe. Muide, viimane riik on platinoidide uuritud varude poolest maailmas teisel kohal.
Turule tarnitava ruteeniumi kogus on 17–20 tonni aastas. Tootmistsükkel elemendi saamiseks kestab umbes 6 nädalat ja kujutab endast pidevat termokeemiliste reaktsioonide ahelt, mis järgnevad üksteise järel.
Tehnoloogia hankimiseksruteenium radioaktiivse tehneetsiumi isotoopide neutronkiirguse teel. Kuid tuleb märkida, et puhta ja stabiilse metalli eraldamine selle keemiliste omaduste, ettearvamatuse ja ebapiisavate teadmiste tõttu jääb endiselt unistuseks.
Rakendused
Kuigi ruteeniumis sisalduva väärismetalli kõik omadused on täielikult olemas, pole elementi juveelitööstuses laialdaselt levinud. Seda kasutatakse ainult sulamite tugevdamiseks ja kallite ehete vastupidavamaks muutmiseks.
Tarbitud ruteeniumi koguse poolest on tööstussektorid järgmises järjekorras:
- Elektrooniline.
- Elektrokeemia.
- Keemia.
Elemendi katalüütiliste omaduste järele on suur nõudlus. Seda kasutatakse tsüaniid- ja lämmastikhapete sünteesil, küllastunud süsivesinike, glütseriini tootmisel ja etüleeni polümerisatsioonil. Metallurgiatööstuses kasutatakse ruteeniumi lisandeid korrosioonivastaste omaduste suurendamiseks, sulamitele tugevuse, keemilise ja mehaanilise vastupidavuse andmiseks. Ruteeniumi radioaktiivsed isotoobid aitavad sageli teadlasi nende uurimistöös.
Paljusid elemendi ühendeid on kasutatud ka heade oksüdeerijate ja värvainetena. Eelkõige kasutatakse luminestsentsi suurendamiseks kloriide.
Bioloogiline tähtsus
Ruteeniumil on võime koguneda eluskudede, peamiselt lihaste rakkudesse (ainuke plaatinarühma metall). Võib provotseeridaallergiliste reaktsioonide teket, avaldavad negatiivset mõju silmade limaskestale ja ülemistele hingamisteedele.
Meditsiinis kasutatakse väärismetalli mõjutatud kudede äratundmise vahendina. Sellel põhinevaid ravimeid kasutatakse tuberkuloosi ja erinevate inimese nahka mõjutavate infektsioonide raviks. Sel põhjusel tundub väga paljutõotav kasutada ruteeniumi võimet moodustada stabiilseid nitrosokomplekse võitluses haiguste vastu, mis on seotud nitraatide liigse kontsentratsiooniga inimkehas (hüpertensioon, artriit, septiline šokk ja epilepsia).
Kes on süüdi?
Viimasel ajal on Lääne-Euroopa teadlased avalikkust tõsiselt häirinud sõnumiga, et ruteeniumi radioaktiivse isotoobi Ru106 sisaldus kasvab üle kontinendi. Eksperdid välistavad täielikult selle eneseharimise atmosfääris. Nagu ka juhuslik eraldumine tuumajaamast, sest siis oleks tseesiumi ja joodi radionukliide tingimata õhus, mida katseandmed ei kinnita. Selle isotoobi mõju inimkehale, nagu iga radioaktiivne element, põhjustab kudede ja elundite kiiritamist, vähi arengut. Võimalikud saasteallikad asuvad Lääne meedia andmetel Venemaa, Ukraina või Kasahstani territooriumil.
Rosatomi kommunikatsiooniosakonna esindaja ütles vastuseks, et kõik riigiettevõtte ettevõtted töötasid ja töötavad tavapäraselt. Rahvusvaheline Aatomienergiaagentuur (IAEA) on oma seireandmete põhjal arvamusel, etnimetas kõiki Venemaa Föderatsiooni vastu esitatud süüdistusi alusetuks.
