Він сріблясто-сірий. Якщо примружитись, він дуже схожий на платину. Він твердіший. Він тендітніший. Це рутеній.
Можливо, ви не знаєте цього імені. Мабуть, ви ніколи не тримали його в руках. Але цей маловідомий елемент тихо зміцнює метали, що визначають високотехнологічну промисловість. Без нього платина та паладій були б надто м’якими для багатьох критично важливих застосувань. Це легуючий агент, необхідний за потребою.
Історія його відкриття заплутана. Метал міститься у земній корі у неймовірно низьких концентраціях. Йдеться про 0,001 частини на мільйон. Цього майже немає. Однак він зустрічається в самородних сплавах з іридієм та осмієм. Його зміст може сягати 14,1 відсотка в іридосміні. Або 18,3 відсотка у сізерскіті. Він ховається й у сульфідних рудах. Згадайте пентландит у Судбері, Онтаріо. Цей нікелевий регіон видобуває його у кількостях, достатньо малих, щоб викликати роздратування, але досить великих для комерційного вилучення.
Хто ж фактично заявив про відкриття? Це було нечисто. Готфрід Вільгельм Осан спробував ідентифікувати його ще в 1828 році. Він зазнав невдачі. Його висновки залишились невизначеними. Через десятиліття, в 1844 році, російський хімік Карл Карлович Клаус вступив у гру. Він остаточно встановив існування цього рідкісного яскравого металу. Він також зберіг ім’я, запропоноване Осаном. Чому? Традиція? Завзятість? Може, просто тому, що ім’я прижилося.
Це метал платинової групи. Він відноситься до груп 8–10 та періодів 5 та 6 періодичної таблиці. Він знаходиться у переповненому районі. Дефіцитність рутенію робить його складним у обробці. Його крихкість обмежує можливості його формування. Але його здатність зміцнювати інші метали робить його незамінним.
Ми витягаємо його з нікелевих копалень. Ми отримуємо його з іридію руд. Ми його рафінуємо. Потім ми додаємо його до платини. В результаті виходить матеріал, що витримує тиск. Ось чому він важливий. Не тому, що він гарний. А тому що він працює.
Ланцюжок поставок напружений. Зміст у природі низький. Попит специфічний. І Клаус дав йому ім’я, яке ми використовуємо сьогодні.
Що станеться, коли нікелеві родовища вичерпаються? Чи коли попит на каталітичні конвертери різко зросте? Математика стає твердою. рутінь і так дефіцитний. Знайти його стає лише складніше.
Практичні обмеження чистого рутенію
Ви не можете просто розплавити рутенію і залити його у форму. Його температура плавлення занадто висока, а крихкість зберігається навіть при розжаренні до жару. Спробуйте прокатати його в листи або витягнути в дріт – він тріскається. Метал просто відмовляється поводитися як пластична мідь чи ковке золото. Через це промислове застосування чистого металевого рутенію практично відсутнє.
Єдине реальне застосування масивного металу – як легуючий агент для платини та інших платинових металів. Він перебирає основну роботу зі зміцнення. Іридій робить те саме для платини, але рутеній поєднує зусилля з родієм для зміцнення паладію. В результаті виходить чудовий матеріал. Ці зміцнені сплави набагато краще пручаються зносу, ніж чисті метали. Вони домінують у виробництві ювелірних виробів, які мають витримувати щоденні навантаження. Вони також використовуються в електричних контактах, які повинні протистояти тертю від постійного підключення та відключення.
Ядерна тінь
Рутеній ховається у відходах ядерних реакторів. Він з’являється серед продуктів поділу урану та плутонію. Зокрема, радіоактивний рутеній-106 є одним із основних компонентів. Його період напіврозпаду складає близько одного року. Він розпадається на родій-106, який є короткоживучим, але високоактивним. Разом вони становлять значну частину залишкової радіації у реакторному паливі через рік після використання.
Це створює логістичний жах для переробки. Ви хочете витягти невикористаний матеріал, що ділиться з відпрацьованого палива. Але радіаційна небезпека є серйозною. Гірше того, хімічна поведінка рутенію імітує поведінку плутонію. Розділити їх важко. Подібність унеможливлює чисте вилучення корисного палива без боротьби із забрудненням рутенням.
Ізотопи та хімічна стійкість
Природний рутеній – це не одна речовина. Це суміш із семи стабільних ізотопів. Рутеній-102 є найпоширенішим (31,6%). За ним слідує рутеній-104 (18,6%). Інші становлять менші частки: рутен-101 (17,1%), рутен-99 (12,7%), рутен-100 (12,6%), рутен-96 (5,54%) і рутен-98 (1,86%). Метал існує у чотирьох алотропних формах.
Хімічно він майже невразливий для атак. Разом з осмієм рутеній є найблагороднішим із платинових металів. Він не тьмяніє на повітрі. Сильні кислоти що неспроможні його розчинити. Навіть царська горілка не діє. Щоб зруйнувати його, потрібно сплавити його із лужним окисним флюсом, таким як пероксид натрію. Для правильності додайте хлорат натрію. В результаті виходить зелений розплав, що містить перуонат-іон. Розчиніть його у воді і ви отримаєте помаранчевий розчин стабільного руонат-іона.
Ступені окислення та летючі небезпеки
Хімія рутенію охоплює діапазони від -2 до +8. Найбільш важливими ступенями окиснення є +2, +3, +4, +6 та +8. Він утворює карбонільні та органометалеві сполуки в низьких ступенях окислення. Але він також процвітає у високих ступенях окиснення. Залізо, його легший родич, важко досягає ступенів окислення +6 або +8. Рутен досягає їх легко.
Це призводить до утворення тетраоксиду рутенію, RuO₄. Він є високолетучим. Хіміки використовують його для поділу рутенію від інших важких металів. Він містить елемент у своєму найвищому відомому ступені окислення +8. Цікаво, що, хоча він поділяє стабільність і леткість з осмію тетраоксидом, він не може бути отриманий безпосередньо з елементів. Хімія рутенію та осмію протікає за схожими напрямками. Вони утворюють великі серії тетраоксидів, оксогалогенідів та оксоаніонів.
У воді прості акваіони практично немає. Майже будь-який водний розчин містить комплекси. Координаційна хімія багата. Існує навіть унікальна серія нітрозильних комплексів.
Властивості елемента
атомний номер: 44
атомна вага: 101,07
температура плавлення: 2 250 °C (4 082 °F)
температура кипіння: 3 900 °C (7 052 °F)
питома вага: 12,30 (20 °C)
валентність: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
електронна конфігурація: 2-8-18-15-1 або (Kr)4d⁷5s¹
