È grigio-argento. Assomiglia molto al platino se strizzi gli occhi. È più difficile. È più fragile. È rutenio.
Potresti non conoscere il nome. Probabilmente non l’hai tenuto. Ma questo elemento oscuro sta silenziosamente rafforzando le leghe che definiscono l’industria di fascia alta. Senza di esso, il platino e il palladio sarebbero troppo morbidi per molte applicazioni critiche. È un agente legante di necessità.
La storia di come l’abbiamo trovata è confusa. Il metallo esiste in concentrazioni incredibilmente basse nella crosta terrestre. Stiamo parlando di 0,001 parti per milione. Questo è a malapena lì. Eppure si presenta nelle leghe native con iridio e osmio. Puoi trovarne fino al 14,1% nell’iridosmina. O il 18,3% a Siserskite. Si nasconde anche nei minerali solforati. Pensa alla pentlandite a Sudbury, in Ontario. Quella regione di estrazione del nichel lo produce in quantità abbastanza piccole da essere fastidiose, ma abbastanza grandi da poter essere estratte a fini commerciali.
Chi ha effettivamente rivendicato la scoperta? Non era pulito. Gottfried Wilhelm Osann tentò di identificarlo già nel 1828, ma non ci riuscì. Le sue scoperte sono rimaste inconcludenti. Decenni dopo, nel 1844, intervenne il chimico russo Karl Karlovich Klaus. Stabilì con certezza l’esistenza di questo metallo raro e brillante. Ha mantenuto anche il nome suggerito da Osann. Perché? Tradizione? Persistenza? Forse solo perché il nome è rimasto.
Questo è un metallo del gruppo del platino. Appartiene ai gruppi 8-10 e ai periodi 5 e 6 della tavola periodica. Si trova in un quartiere affollato. La scarsità del rutenio rende difficile lavorarci. La sua fragilità limita il modo in cui puoi modellarlo. Ma la sua capacità di indurire altri metalli lo rende indispensabile.
Lo estraiamo dalle miniere di nichel. Lo estraiamo dai minerali di iridio. Lo perfezioniamo. Quindi lo aggiungiamo al platino. Il risultato è un materiale che resiste sotto pressione. Ecco perché è importante. Non perché sia carino. Ma perché funziona.
La catena di approvvigionamento è stretta. L’abbondanza è bassa. La richiesta è specifica. E Klaus gli ha dato il nome che usiamo oggi.
Cosa succede quando i depositi di nichel si esauriscono? O quando la domanda di convertitori catalitici aumenta? I conti si fanno serrati. Il rutenio è già scarso. Diventa solo più difficile da trovare.
I limiti pratici del rutenio puro
Non puoi semplicemente sciogliere il rutenio e versarlo in uno stampo. Il suo punto di fusione è troppo alto e la sua fragilità rimane ostinata anche quando è incandescente. Prova ad arrotolarlo in fogli o a trafilarlo in filo metallico e si rompe. Il metallo semplicemente rifiuta di comportarsi come il rame duttile o l’oro malleabile. Per questo motivo, le applicazioni industriali del rutenio metallico puro sono praticamente inesistenti.
L’unico vero utilizzo del metallo sfuso è come agente legante per il platino e altri metalli del gruppo del platino. Fa il lavoro pesante dell’indurimento. L’iridio fa più o meno lo stesso per il platino, ma il rutenio unisce le forze con il rodio per indurire il palladio. Il risultato è un materiale superiore. Queste leghe indurite si usurano molto meglio dei metalli puri. Dominano la produzione di alta gioielleria che deve sopravvivere agli abusi quotidiani. Alimentano anche i contatti elettrici che devono resistere all’attrito di connessione e disconnessione costante.
L’ombra nucleare
Il rutenio si nasconde tra i detriti dei reattori nucleari. Emerge tra i prodotti di fissione dell’uranio e del plutonio. Nello specifico, il rutenio-106 radioattivo è un attore importante. Ha un’emivita di circa un anno. Decade in rodio-106, che è di breve durata ma altamente attivo. Insieme, rappresentano una parte significativa della radiazione residua nel combustibile del reattore un anno dopo l’uso.
Ciò crea un incubo logistico per il riciclaggio. Vuoi recuperare il materiale fissile inutilizzato dal combustibile esaurito. Ma il rischio di radiazioni è grave. Peggio ancora, il comportamento chimico del rutenio imita quello del plutonio. Separare i due è difficile. La somiglianza rende quasi impossibile estrarre in modo pulito il combustibile utile senza affrontare la contaminazione da rutenio.
Isotopi e resilienza chimica
Il rutenio naturale non è solo una cosa. È una miscela di sette isotopi stabili. Il rutenio-102 è il più abbondante con il 31,6%. Segue il rutenio-104 con il 18,6%. Il resto sono fette più piccole: rutenio-101 (17,1%), rutenio-99 (12,7%), rutenio-100 (12,6%), rutenio-96 (5,54%) e rutenio-98 (1,86%). Il metallo esiste in quattro forme allotropiche.
Chimicamente è quasi immune agli attacchi. Insieme all’osmio, il rutenio è il più nobile dei metalli del platino. Non si ossida all’aria. Gli acidi forti non possono toccarlo. Nemmeno l’acqua regia funziona. Per scomporlo è necessario fonderlo con un flusso ossidante alcalino come il perossido di sodio. Aggiungi clorato di sodio per buona misura. Il risultato è una fusione verde contenente lo ione perrutenato. Scioglilo in acqua e ottieni una soluzione arancione dello ione rutenato stabile.
Stati di ossidazione e pericoli volatili
La chimica del rutenio varia da -2 a +8. Gli stati più importanti sono +2, +3, +4, +6 e +8. Forma composti carbonilici e organometallici negli stati bassi. Ma prospera anche negli stati alti. Il ferro, il suo cugino più leggero, fatica a raggiungere +6 o +8. Il rutenio li colpisce facilmente.
Ciò porta alla formazione del tetrossido di rutenio, RuO4. È altamente volatile. I chimici lo usano per separare il rutenio dagli altri metalli pesanti. Contiene l’elemento nel suo stato di ossidazione più alto conosciuto di +8. È interessante notare che, sebbene condivida stabilità e volatilità con il tetrossido di osmio, non può essere formato direttamente dagli elementi. La chimica del rutenio e dell’osmio segue binari simili. Formano una vasta serie di tetrossidi, ossoalogenuri e ossoanioni.
Nell’acqua, gli ioni aquo semplici esistono a malapena. Praticamente ogni soluzione acquosa contiene complessi. La chimica di coordinazione è ricca. Esiste anche una serie unica di complessi nitrosilici.
Proprietà dell’elemento
numero atomico: 44
peso atomico: 101,07
punto di fusione: 2.250° C (4.082° F)
punto di ebollizione: 3.900° C (7.052° F)
peso specifico: 12.30 (20° C)
valenza: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
config.elettroni: 2-8-18-15-1 o (Kr)4d75s1
