Je stříbrno-šedá. Pokud přimhouříte oči, vypadá to hodně jako platina. Je to těžší. Je křehčí. Toto je ruthenium.
Možná toto jméno neznáte. Pravděpodobně jste nikdy žádný nedrželi v ruce. Ale tento málo známý prvek tiše posiluje slitiny, které definují high-tech průmysl. Bez něj by platina a palladium byly příliš měkké pro mnoho kritických aplikací. Je to nezbytně nutné legující činidlo.
Příběh jeho objevení je komplikovaný. Kov se v zemské kůře nachází v neuvěřitelně nízkých koncentracích. Hovoříme o 0,001 části na milion. Téměř nic takového neexistuje. Nachází se však v nativních slitinách s iridiem a osmiem. Jeho obsah může dosáhnout 14,1 procenta v iridosminu. Nebo 18,3 procenta ve sizeskite. Skrývá se také v sulfidových rudách. Vezměme si pentlandit v Sudbury, Ontario. Tato oblast niklu jej produkuje v množstvích dostatečně malých, aby způsobilo podráždění, ale dostatečně velkých pro komerční extrakci.
Kdo vlastně oznámil objev? Bylo to nečisté. Gottfried Wilhelm Hosanne se ji pokusil identifikovat již v roce 1828. Neuspěl. Jeho závěry zůstaly nejisté. O desítky let později, v roce 1844, do hry vstoupil ruský chemik Karl Karlovich Klaus. Nakonec prokázal existenci tohoto vzácného, zářivého kovu. Ponechal si také jméno navržené Hosanne. Proč? Tradice? Vytrvalost? Možná jen proto, že se to jméno zaseklo.
Jedná se o kov skupiny platiny. Patří do skupin 8–10 a period 5 a 6 periodické tabulky. Nachází se v přeplněné oblasti. Nedostatek ruthenia ztěžuje jeho zpracování. Jeho křehkost omezuje jeho tvarovatelnost. Ale jeho schopnost posilovat jiné kovy ho činí nepostradatelným.
Těžíme ho z niklových dolů. Získáváme ho z iridiových rud. Zušlechťujeme to. Poté přidáme k platině. Výsledkem je materiál, který odolá tlaku. Proto je to důležité. Ne proto, že je hezký. Ale protože to funguje.
Dodavatelský řetězec je napjatý. Obsah v přírodě je nízký. Poptávka je specifická. A Klaus mu dal jméno, které používáme dnes.
Co se stane, když usazeniny niklu vyschnou? Nebo až prudce vzroste poptávka po katalyzátorech? Matematika jde do tuhého. Ruthenium je již nedostatek. Najít to je čím dál těžší.
Praktická omezení čistého ruthenia
Ruthenium nemůžete jen tak roztavit a nalít do formy. Jeho bod tání je příliš vysoký a jeho křehkost zůstává i při zahřátí na bílé teplo. Zkuste to rozválet do plátů nebo natáhnout na drát – praskne. Kov se prostě odmítá chovat jako tvárná měď nebo kujné zlato. Z tohoto důvodu prakticky neexistuje průmyslové využití čistého kovového ruthenia.
Jediné skutečné použití volně loženého kovu je jako legovací činidlo pro platinu a další platinové kovy. Na sebe bere hlavní práci posilování. Iridium dělá totéž pro platinu, ale ruthenium se spojují síly s rhodiem, aby ztvrdly palladium. Výsledkem je špičkový materiál. Tyto tvrzené slitiny odolávají opotřebení mnohem lépe než čisté kovy. Dominují výrobě šperků, které musí odolat každodennímu zneužívání. Používají se také v elektrických kontaktech, které musí odolávat tření při neustálém připojování a odpojování.
Jaderný stín
Ruthenium se skrývá v odpadu jaderného reaktoru. Objevuje se mezi štěpnými produkty uranu a plutonia. Zejména radioaktivní ruthenium-106 je jednou z hlavních složek. Jeho poločas rozpadu je přibližně jeden rok. Rozkládá se na rhodium-106, které je krátkodobé, ale vysoce reaktivní. Společně tvoří významnou část zbytkového záření v reaktorovém palivu jeden rok po použití.
To vytváří logistickou noční můru pro recyklaci. Chcete obnovit nevyužitý štěpný materiál z vyhořelého paliva. Ale nebezpečí radiace je vážné. Ještě horší je, že chemické chování ruthenia napodobuje chování plutonia. Je těžké je oddělit. Podobnosti téměř znemožňují čistou extrakci užitečných paliv bez kontroly kontaminace rutheniem.
Izotopy a chemická odolnost
Přírodní ruthenium není jen jedna látka. Jedná se o směs sedmi stabilních izotopů. Ruthenium-102 je nejčastější (31,6 %). Následuje ruthenium-104 (18,6 %). Zbytek tvoří menší podíly: ruthenium-101 (17,1 %), ruthenium-99 (12,7 %), ruthenium-100 (12,6 %), ruthenium-96 (5,54 %) a ruthenium-98 (1,86 %). Kov existuje ve čtyřech alotropních formách.
Chemicky je téměř nezranitelný k útoku. Spolu s osmiem je ruthenium nejušlechtilejší z platinových kovů. Na vzduchu nebledne. Silné kyseliny jej nemohou rozpustit. Ani aqua regia nefunguje. Chcete-li ji zničit, musíte ji roztavit pomocí alkalického oxidačního tavidla, jako je peroxid sodný. Pro jistotu přidejte chlorečnan sodný. Výsledkem je zelená tavenina obsahující perruonátový iont. Rozpusťte jej ve vodě a získáte oranžový roztok stabilního ruonátového iontu.
Oxidační stavy a těkavá nebezpečí
Chemie ruthenia pokrývá rozsahy od -2 do +8. Nejdůležitější oxidační stavy jsou +2, +3, +4, +6 a +8. Tvoří karbonylové a organokovové sloučeniny v nízkých oxidačních stavech. Daří se mu ale i ve vysokých oxidačních stavech. Železo, jeho lehčí příbuzný, má potíže s dosažením oxidačních stavů +6 nebo +8. Ruthenium se k nim snadno dostane.
To má za následek tvorbu oxidu rutheničitého, RuO4. Je vysoce volatilní. Chemici jej používají k oddělení ruthenia od jiných těžkých kovů. Obsahuje prvek v jeho nejvyšším známém oxidačním stavu +8. Je zajímavé, že ačkoli sdílí stabilitu a těkavost s oxidem osmičelým, nelze jej získat přímo z prvků. Chemie ruthenia a osmia postupuje podobným směrem. Tvoří rozsáhlou řadu tetraoxidů, oxohalogenidů a oxoaniontů.
Ve vodě jednoduché vodní ionty prakticky neexistují. Téměř každý vodný roztok obsahuje komplexy. Koordinační chemie je bohatá. Existuje dokonce unikátní řada nitrosylových komplexů.
Vlastnosti prvku
atomové číslo: 44
atomová hmotnost: 101,07
bod tání: 2250 °C (4082 °F)
bod varu: 3900 °C (7052 °F)
měrná hmotnost: 12,30 (20 °C)
valence: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
elektronická konfigurace: 2-8-18-15-1 nebo (Kr)4d⁷5s¹
