Es ist silbergrau. Wenn man die Augen zusammenkneift, sieht es sehr nach Platin aus. Es ist schwieriger. Es ist spröder. Es ist Ruthenium.
Möglicherweise kennen Sie den Namen nicht. Sie haben es wahrscheinlich nicht gehalten. Aber dieses obskure Element stärkt in aller Stille die Legierungen, die die High-End-Industrie ausmachen. Ohne sie wären Platin und Palladium für viele kritische Anwendungen zu weich. Es ist ein notwendiges Legierungsmittel.
Die Geschichte, wie wir es gefunden haben, ist chaotisch. Das Metall kommt in der Erdkruste in unglaublich geringen Konzentrationen vor. Wir sprechen von 0,001 Teilen pro Million. Das ist kaum vorhanden. Dennoch tritt es in nativen Legierungen mit Iridium und Osmium auf. Bis zu 14,1 Prozent davon sind in Iridosmin enthalten. Oder 18,3 Prozent in Siserskite. Es versteckt sich auch in Sulfiderzen. Denken Sie an Pentlandit in Sudbury, Ontario. Diese Nickelabbauregion liefert es in Mengen, die klein genug sind, um ärgerlich zu sein, aber groß genug, um kommerziell abgebaut zu werden.
Wer hat die Entdeckung eigentlich für sich beansprucht? Es war nicht sauber. Gottfried Wilhelm Osann versuchte bereits 1828, es zu identifizieren. Es gelang ihm nicht. Seine Ergebnisse blieben nicht schlüssig. Jahrzehnte später, im Jahr 1844, trat der russische Chemiker Karl Karlowitsch Klaus ein. Er stellte die Existenz dieses seltenen, glänzenden Metalls mit Sicherheit fest. Er behielt auch den Namen bei, den Osann vorgeschlagen hatte. Warum? Tradition? Beharrlichkeit? Vielleicht nur, weil der Name hängengeblieben ist.
Dies ist ein Metall der Platingruppe. Es gehört zu den Gruppen 8–10 und den Perioden 5 und 6 des Periodensystems. Es liegt in einer überfüllten Nachbarschaft. Die Knappheit von Ruthenium macht die Arbeit damit schwierig. Seine Sprödigkeit schränkt die Formbarkeit ein. Aber seine Fähigkeit, andere Metalle zu härten, macht es unverzichtbar.
Wir graben es in Nickelminen aus. Wir gewinnen es aus Iridiumerzen. Wir verfeinern es. Dann fügen wir es Platin hinzu. Das Ergebnis ist ein Material, das unter Druck standhält. Deshalb ist es wichtig. Nicht weil es hübsch ist. Sondern weil es funktioniert.
Die Lieferkette ist eng. Die Häufigkeit ist gering. Die Nachfrage ist spezifisch. Und Klaus gab ihm den Namen, den wir heute verwenden.
Was passiert, wenn die Nickelablagerungen versiegen? Oder wenn die Nachfrage nach Katalysatoren steigt? Die Rechnung wird knapp. Ruthenium ist bereits knapp. Es wird nur noch schwieriger zu finden.
Die praktischen Grenzen von reinem Ruthenium
Man kann Ruthenium nicht einfach einschmelzen und in eine Form gießen. Sein Schmelzpunkt ist zu hoch und seine Sprödigkeit bleibt auch im weißglühenden Zustand hartnäckig. Versuchen Sie, es zu Blechen zu rollen oder zu Draht zu ziehen, und es bricht. Das Metall weigert sich einfach, sich wie duktiles Kupfer oder formbares Gold zu verhalten. Aus diesem Grund gibt es praktisch keine industriellen Anwendungen für reines metallisches Ruthenium.
Die einzige wirkliche Verwendung für das Massenmetall ist als Legierungsmittel für Platin und andere Metalle der Platingruppe. Es übernimmt die schwere Arbeit des Härtens. Iridium verhält sich ähnlich wie Platin, doch Ruthenium verbindet sich mit Rhodium, um Palladium zu härten. Das Ergebnis ist ein überlegenes Material. Diese gehärteten Legierungen verschleißen weitaus besser als die reinen Metalle. Sie dominieren die Herstellung von edlem Schmuck, der den täglichen Gebrauch überstehen muss. Sie versorgen auch elektrische Kontakte mit Strom, die der Reibung beim ständigen Verbinden und Trennen standhalten müssen.
Der nukleare Schatten
Ruthenium versteckt sich in den Trümmern von Kernreaktoren. Es entsteht zwischen den Spaltprodukten von Uran und Plutonium. Insbesondere radioaktives Ruthenium-106 spielt eine wichtige Rolle. Die Halbwertszeit beträgt etwa ein Jahr. Es zerfällt in Rhodium-106, das kurzlebig, aber hochaktiv ist. Zusammen machen sie einen erheblichen Teil der Reststrahlung im Reaktorbrennstoff ein Jahr nach der Nutzung aus.
Dies stellt einen logistischen Albtraum für das Recycling dar. Sie möchten ungenutztes spaltbares Material aus abgebrannten Brennelementen zurückgewinnen. Die Strahlengefahr ist jedoch schwerwiegend. Schlimmer noch: Das chemische Verhalten von Ruthenium ähnelt dem von Plutonium. Beides zu trennen ist schwierig. Die Ähnlichkeit macht es nahezu unmöglich, den nützlichen Brennstoff sauber zu extrahieren, ohne sich mit der Rutheniumverunreinigung auseinanderzusetzen.
Isotope und chemische Widerstandsfähigkeit
Natürliches Ruthenium ist nicht nur eine Sache. Es ist eine Mischung aus sieben stabilen Isotopen. Ruthenium-102 kommt mit 31,6 Prozent am häufigsten vor. Es folgt Ruthenium-104 mit 18,6 Prozent. Der Rest sind kleinere Scheiben: Ruthenium-101 (17,1 Prozent), Ruthenium-99 (12,7 Prozent), Ruthenium-100 (12,6 Prozent), Ruthenium-96 (5,54 Prozent) und Ruthenium-98 (1,86 Prozent). Das Metall existiert in vier allotropen Formen.
Chemisch gesehen ist es nahezu immun gegen Angriffe. Ruthenium ist neben Osmium das edelste Platinmetall. An der Luft läuft es nicht an. Starke Säuren können ihm nichts anhaben. Nicht einmal Königswasser hilft. Um es aufzuspalten, müssen Sie es mit einem alkalischen oxidierenden Flussmittel wie Natriumperoxid verschmelzen. Fügen Sie zur Sicherheit Natriumchlorat hinzu. Das Ergebnis ist eine grüne Schmelze, die das Perruthenat-Ion enthält. Lösen Sie es in Wasser auf, erhalten Sie eine orangefarbene Lösung des stabilen Ruthenationen.
Oxidationszustände und flüchtige Gefahren
Die Chemie von Ruthenium reicht von -2 bis +8. Die wichtigsten Zustände sind +2, +3, +4, +6 und +8. In den niedrigen Zuständen bildet es Carbonyl- und metallorganische Verbindungen. Aber auch in den Hochstaaten gedeiht sie. Eisen, sein leichterer Cousin, hat Schwierigkeiten, +6 oder +8 zu erreichen. Ruthenium trifft sie leicht.
Dies führt zur Bildung von Rutheniumtetroxid, RuO4. Es ist sehr volatil. Chemiker nutzen es, um Ruthenium von anderen Schwermetallen zu trennen. Es enthält das Element in seiner höchsten bekannten Oxidationsstufe von +8. Interessanterweise teilt es die gleiche Stabilität und Flüchtigkeit wie Osmiumtetroxid, kann aber nicht direkt aus den Elementen gebildet werden. Die Chemie von Ruthenium und Osmium verläuft in ähnlichen Bahnen. Sie bilden umfangreiche Reihen von Tetroxiden, Oxohalogeniden und Oxoanionen.
In Wasser kommen einfache Aquo-Ionen kaum vor. Praktisch jede wässrige Lösung enthält Komplexe. Die Koordinationschemie ist reichhaltig. Es gibt sogar eine einzigartige Reihe von Nitrosylkomplexen.
Elementeigenschaften
Ordnungszahl: 44
Atomgewicht: 101,07
Schmelzpunkt: 2.250° C (4.082° F)
Siedepunkt: 3.900° C (7.052° F)
spezifisches Gewicht: 12,30 (20° C)
Wertigkeit: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
Elektronenkonfiguration: 2-8-18-15-1 oder (Kr)4d75s1
