Το ρουθήνιο είναι το ελαφρύτερο και λιγότερο "ευγενές" από όλα τα μέταλλα της ομάδας της πλατίνας. Είναι ίσως το πιο «πολυσθενές» στοιχείο (εννέα καταστάσεις σθένους είναι γνωστές). Παρά τον περισσότερο από μισό αιώνα ερευνητικής ιστορίας, εξακολουθεί να θέτει πολλά ερωτήματα και προβλήματα στους σύγχρονους χημικούς σήμερα. Τι είναι λοιπόν το ρουθήνιο ως χημικό στοιχείο; Αρχικά, μια σύντομη παρέκβαση στην ιστορία.
Μυστηριώδες και πλούσιο
Το όνομα και η ιστορία της ανακάλυψης του ρουθηνίου είναι άρρηκτα συνδεδεμένα με τη Ρωσία. Στις αρχές κιόλας του 20ου αιώνα, η παγκόσμια κοινότητα ήταν ενθουσιασμένη και ανήσυχη από την είδηση ότι τα πλουσιότερα κοιτάσματα πλατίνας είχαν ανακαλυφθεί στη Ρωσική Αυτοκρατορία. Υπήρχαν φήμες ότι στα Ουράλια η εξόρυξη αυτού του πολύτιμου μετάλλου μπορούσε να πραγματοποιηθεί με ένα συνηθισμένο φτυάρι. Το γεγονός της ανακάλυψης πλούσιων κοιτασμάτων επιβεβαιώθηκε σύντομα από το γεγονός ότι ο υπουργός Οικονομικών της Ρωσίας, E. F. Kankrin, έστειλε το ανώτατο διάταγμα για την κοπή νομισμάτων από πλατίνα στο νομισματοκοπείο της Αγίας Πετρούπολης. Τα επόμενα χρόνια, κυκλοφόρησαν περίπου ενάμισι εκατομμύριο νομίσματα (3, 6 και 12 ρούβλια), για την παραγωγή των οποίων δαπανήθηκαν 20 τόνοι πολύτιμων μετάλλων.
"Discovery" Ozanne
Ο καθηγητής του Πανεπιστημίου Derpt-Yuryevsky (τώρα Tartu) Gottfried Ozann άρχισε να μελετά τη σύνθεση του πολύτιμου μεταλλεύματος των Ουραλίων. Κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η πλατίνα συνοδεύεται από τρία άγνωστα μέταλλα - το πολυώνυμο, το πολυώνυμο και το ρουθήνιο - τα ονόματα των οποίων δόθηκε από τον ίδιο τον Ozann. Παρεμπιπτόντως, ονόμασε το τρίτο μετά τη Ρωσία (από το λατινικό Ruthenia).
Οι συνάδελφοι του Ozanne σε όλη την Ευρώπη, με επικεφαλής τον πιο έγκυρο Σουηδό χημικό Jens Berzelius, ήταν πολύ επικριτικοί για την έκθεση του καθηγητή. Σε μια προσπάθεια να δικαιολογηθεί, ο επιστήμονας επανέλαβε μια σειρά από πειράματά του, αλλά δεν κατάφερε να επιτύχει τα ίδια αποτελέσματα.
Δύο δεκαετίες αργότερα, ο καθηγητής Χημείας Karl Karlovich Klauss (Πανεπιστήμιο του Καζάν) άρχισε να ενδιαφέρεται για το έργο του Ozanne. Εξασφάλισε την άδεια του Υπουργού Οικονομικών να πάρει αρκετές λίβρες νομισμάτων που είχαν απομείνει από το εργαστήριο του Νομισματοκοπείου για επανεξέταση.
Χημικό στοιχείο Καζάν ρουθήνιο
Ο Ρώσος ακαδημαϊκός A. E. Arbuzov σημείωσε στα κείμενά του ότι για να ανακαλύψει ένα νέο στοιχείο εκείνη την εποχή, ένας χημικός χρειαζόταν εξαιρετική επιμέλεια και επιμονή, παρατηρητικότητα και διορατικότητα, και το πιο σημαντικό, μια λεπτή πειραματική αίσθηση. Όλες οι παραπάνω ιδιότητες ήταν εγγενείς στον νεαρό Karl Clauss στον υψηλότερο βαθμό.
Η έρευνα του επιστήμονα είχε επίσης πρακτική σημασία - επιπλέον εξαγωγή καθαρής πλατίνας από υπολείμματα μεταλλεύματος. Έχοντας αναπτύξει το δικό του σχέδιο για το πείραμα, ο Klauss συντήξε το υλικό του μεταλλεύματος με αλάτι και εξήγαγε διαλυτά στοιχεία: όσμιο, ιρίδιο,παλλάδιο. Το αδιάλυτο μέρος εκτέθηκε σε μίγμα συμπυκνωμένων οξέων ("aqua regia") και απόσταξης. Στο ίζημα του υδροξειδίου του σιδήρου, ανακάλυψε την παρουσία ενός άγνωστου μετάλλου και το απομόνωσε αρχικά σε μορφή θειούχου και στη συνέχεια σε καθαρή μορφή (περίπου 6 γραμμάρια). Ο καθηγητής διατήρησε το όνομα που πρότεινε ο Ozann για το στοιχείο - ρουθήνιο.
Ανοίξτε και αποδείξτε
Όμως, όπως αποδείχθηκε, η ιστορία της ανακάλυψης του χημικού στοιχείου ρουθήνιο μόλις ξεκινούσε. Μετά τη δημοσίευση των αποτελεσμάτων της μελέτης το 1844, ένα χαλάζι κριτικής έπεσε στον Clauss. Τα συμπεράσματα του άγνωστου επιστήμονα του Καζάν έγιναν δεκτά με σκεπτικισμό από τους μεγαλύτερους χημικούς στον κόσμο. Ακόμη και η αποστολή ενός δείγματος του νέου στοιχείου στον Μπερζέλιους δεν έσωσε την κατάσταση. Σύμφωνα με τον Σουηδό δάσκαλο, το ρουθήνιο του Clauss ήταν μόνο "ένα δείγμα ακάθαρτου ιριδίου".
Μόνο οι εξαιρετικές ιδιότητες του Καρλ Κάρλοβιτς ως αναλυτικού χημικού και πειραματιστή και μια σειρά πρόσθετων μελετών επέτρεψαν στον επιστήμονα να αποδείξει την υπόθεσή του. Το 1846, η ανακάλυψη έλαβε επίσημη αναγνώριση και επιβεβαίωση. Για το έργο του, ο Klauss τιμήθηκε με το βραβείο Demidov της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών στο ποσό των 10 χιλιάδων ρούβλια. Χάρη στο ταλέντο και την επιμονή του καθηγητή του Καζάν, το ρουθήνιο, το πρώτο στοιχείο που ανακαλύφθηκε στη Ρωσία, προστέθηκε στις τάξεις των πλατινοειδών.
Περαιτέρω έρευνα
Το κύριο πρόβλημα στη μελέτη των χημικών και φυσικών ιδιοτήτων του ρουθηνίου είναι η εξαιρετικά περιορισμένη περιεκτικότητα τουαυτό το μέταλλο στον φλοιό της γης. Για παράδειγμα, στα απόβλητα της παραγωγής πλατίνας (το υλικό εργασίας της Clauss), η περιεκτικότητά της είναι περίπου 1%. Οι περισσότεροι χημικοί επιστήμονες αναγνωρίζουν το ρουθήνιο ως μια εξαιρετικά δυσμενή ουσία για μελέτη. Η αφθονία των αδιεξόδων συχνά αναγκάζει τους ερευνητές να περιορίσουν ή να αναστείλουν την εργασία τους.
Ο Σοβιετικός επιστήμονας SM Starostin αφιέρωσε όλη του τη ζωή στη μελέτη των ιδιοτήτων ενός «άβολου» μετάλλου και των ενώσεων του. Το κύριο αποτέλεσμα της δραστηριότητας του χημικού είναι τα συμπεράσματα σχετικά με τις ιδιότητες των συμπλεγμάτων νιτροζο ρουθηνίου και τις δυσκολίες που συνδέονται με αυτά στον διαχωρισμό του καθαρού μετάλλου από το συνοδευτικό ουράνιο και πλουτώνιο. Τι είναι το ρουθήνιο ως χημικό στοιχείο;
Φυσικές ιδιότητες
Το ρουθήνιο είναι ένα μέταλλο του οποίου το χρώμα, ανάλογα με τη μέθοδο λήψης, κυμαίνεται από γκρι-μπλε έως ασημί-λευκό. Κάποια φυσικά χαρακτηριστικά του χημικού στοιχείου ρουθηνίου μας επιτρέπουν να το θεωρήσουμε μοναδική ουσία. Μαζί με την υψηλή ευθραυστότητα (οι κρύσταλλοι αλέθονται εύκολα σε σκόνη με το χέρι), το ρουθήνιο έχει εξαιρετική σκληρότητα - 6,5 σε μια κλίμακα ορυκτολογικής σκληρότητας δέκα σημείων (κλίμακα Mohs). Ίσως το ελαφρύτερο από τα μέταλλα της ομάδας της πλατίνας. Η πυκνότητα είναι 12,45 g/cm3. Είναι πολύ πυρίμαχο - η θερμοκρασία μετάβασης στην υγρή κατάσταση είναι 2334 ° C. Κατά την τήξη σε ηλεκτρικό τόξο, παρατηρείται ταυτόχρονη εξάτμιση του μετάλλου. Κατά τη διαπύρωση σε υψηλή θερμοκρασία σε ανοιχτό αέρα, το στοιχείο "εξατμίζεται" στη μορφήτετροξείδια.
Το ρουθήνιο ταξινομείται ως υπεραγωγός. Το μέταλλο εμφανίζει μηδενική αντίσταση όταν ψύχεται στους 0,47 K. Αυτή η ιδιότητα έχει μεγάλη σημασία από επιστημονική και πρακτική άποψη. Ως πλατινοειδής, το ρουθήνιο είναι ένα πολύ ενδιαφέρον πολύτιμο μέταλλο.
Στοιχείο Ru
Οι ιδιότητες του μετάλλου "Kazan" είναι από πολλές απόψεις τυπικές για τους εκπροσώπους της ομάδας VΙΙΙ (πλατίνα). Το ρουθήνιο είναι ένα χημικό στοιχείο του περιοδικού πίνακα με ατομικό αριθμό 44, που χαρακτηρίζεται από υψηλή αδράνεια. Έχει 7 σταθερά φυσικά και 20 τεχνητά ισότοπα με μαζικούς αριθμούς από 92 έως 113.
Σε κανονική θερμοκρασία, δεν υπόκειται σε οξείδωση και διάβρωση, οξέα και αλκάλια. Όταν θερμαίνεται πάνω από 400 ° C, αντιδρά με το χλώριο, στους 930 ° C - με το οξυγόνο. Με ορισμένα μέταλλα, το χημικό στοιχείο ρουθήνιο σχηματίζει σταθερά κράματα που ονομάζονται διαμεταλλικές ενώσεις.
Σε πολλές ενώσεις, εμφανίζει σθένος από μηδέν έως οκτώ. Τα πιο σημαντικά περιλαμβάνουν το διοξείδιο του ρουθηνίου και το τετροξείδιο, το σουλφίδιο RuS2 και το φθόριο RuF5.
Στην καθαρή μεταλλική του μορφή, έχει τις ιδιότητες ενός καταλύτη με υψηλή εκλεκτικότητα, που του επιτρέπει να χρησιμοποιείται για τη σύνθεση μιας μεγάλης ποικιλίας οργανικών και ανόργανων ουσιών. Λειτουργεί ως το καλύτερο ροφητικό για το υδρογόνο.
Απλώστε στη φύση
Το χημικό στοιχείο ρουθήνιο χαρακτηρίζεται από ακραίοσπάνιο και διάσπαρτο στη φύση. Στο φυσικό του περιβάλλον, σχηματίζει το μόνο γνωστό ορυκτό, τον λαυρίτη. Είναι στερεό με τη μορφή μικρού σιδερόμαυρου οκτάεδρου. Το πλουσιότερο και πιο διάσημο κοίτασμα βρίσκεται στις πλατίνες του νησιού Βόρνεο (Καλιμαντάν). Στη Ρωσία, οι εξελίξεις βρίσκονται σε εξέλιξη στα Μέση και Νότια Ουράλια, στη χερσόνησο Κόλα, στα εδάφη Krasnoyarsk και Khabarovsk.
Σε όλες τις άλλες φυσικές ενώσεις, η ποσότητα του ρουθηνίου δεν υπερβαίνει το 0,1%. Ίχνη μετάλλου έχουν βρεθεί σε ορισμένα μεταλλεύματα χαλκού-νικελίου και όξινα πυριγενή πετρώματα. Ορισμένα φυτά έχουν την ικανότητα να συγκεντρώνουν και να συσσωρεύουν ρουθήνιο, μεταξύ των οποίων ξεχωρίζουν εκπρόσωποι της οικογένειας των ψυχανθών.
Η συνολική περιεκτικότητα του στοιχείου στον φλοιό της γης, σύμφωνα με τους ειδικούς, δεν ξεπερνά τους 5.000 τόνους.
Βιομηχανική παραγωγή
Το στοιχείο ρουθήνιο θεωρείται ευγενές και η κύρια πηγή του μετάλλου είναι τα απόβλητα πετρώματα από την παραγωγή πλατίνας. Ο αδιαμφισβήτητος ηγέτης στην εξόρυξη ρουθηνίου (καθώς και πλατίνας) είναι η Δημοκρατία της Νότιας Αφρικής. Η ανάπτυξη και παραγωγή αυτού του μετάλλου πραγματοποιείται επίσης από τη Ρωσία, τον Καναδά και τη Ζιμπάμπουε. Παρεμπιπτόντως, η τελευταία χώρα κατατάσσεται δεύτερη στον κόσμο όσον αφορά τα εξερευνημένα αποθέματα πλατινοειδών.
Η ποσότητα ρουθηνίου που παρέχεται στην αγορά κυμαίνεται από 17 έως 20 τόνους ετησίως. Ο κύκλος παραγωγής για τη λήψη ενός στοιχείου διαρκεί περίπου 6 εβδομάδες και είναι μια συνεχής αλυσίδα θερμοχημικών αντιδράσεων που ακολουθούν η μία μετά την άλλη.
Τεχνολογία για απόκτησηρουθήνιο με ακτινοβολία νετρονίων ισοτόπων ραδιενεργού τεχνητίου. Αλλά πρέπει να σημειωθεί ότι η απομόνωση ενός καθαρού και σταθερού μετάλλου, λόγω των χημικών του ιδιοτήτων, του απρόβλεπτου και της ανεπαρκούς γνώσης, παραμένει ακόμα ένα όνειρο.
Εφαρμογές
Αν και όλες οι ιδιότητες του ευγενούς μετάλλου στο ρουθήνιο είναι πλήρως παρούσες, το στοιχείο δεν έχει λάβει ευρεία διανομή στη βιομηχανία κοσμημάτων. Χρησιμοποιείται μόνο για την ενίσχυση κραμάτων και για να κάνει τα ακριβά κοσμήματα πιο ανθεκτικά.
Όσον αφορά την ποσότητα ρουθηνίου που καταναλώνεται, οι βιομηχανικοί τομείς έχουν την εξής σειρά:
- Ηλεκτρονικό.
- Ηλεκτροχημική.
- Χημικό.
Οι καταλυτικές ιδιότητες του στοιχείου έχουν μεγάλη ζήτηση. Χρησιμοποιείται στη σύνθεση υδροκυανικών και νιτρικών οξέων, στην παραγωγή κορεσμένων υδρογονανθράκων, γλυκερίνης και στον πολυμερισμό του αιθυλενίου. Στη μεταλλουργική βιομηχανία, τα πρόσθετα ρουθηνίου χρησιμοποιούνται για να αυξήσουν τις αντιδιαβρωτικές ιδιότητες, να προσδώσουν αντοχή στα κράματα, χημική και μηχανική αντοχή. Τα ραδιενεργά ισότοπα του ρουθηνίου συχνά βοηθούν τους επιστήμονες στην έρευνά τους.
Πολλές ενώσεις του στοιχείου έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί ως καλά οξειδωτικά και χρωστικές ουσίες. Συγκεκριμένα, τα χλωρίδια χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση της φωταύγειας.
Βιολογική σημασία
Το ρουθήνιο έχει την ικανότητα να συσσωρεύεται στα κύτταρα των ζωντανών ιστών, κυρίως των μυών (το μόνο μέταλλο της ομάδας της πλατίνας). Μπορεί να προκαλέσειανάπτυξη αλλεργικών αντιδράσεων, έχουν αρνητικό αντίκτυπο στη βλεννογόνο μεμβράνη των ματιών και στην ανώτερη αναπνευστική οδό.
Στην ιατρική, το ευγενές μέταλλο χρησιμοποιείται ως μέσο αναγνώρισης των προσβεβλημένων ιστών. Τα φάρμακα που βασίζονται σε αυτό χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία της φυματίωσης και διαφόρων λοιμώξεων που επηρεάζουν το ανθρώπινο δέρμα. Για το λόγο αυτό, φαίνεται πολλά υποσχόμενη η χρήση της ικανότητας του ρουθηνίου να σχηματίζει σταθερά σύμπλοκα νιτροζο στην καταπολέμηση ασθενειών που σχετίζονται με υπερβολική συγκέντρωση νιτρικών αλάτων στο ανθρώπινο σώμα (υπέρταση, αρθρίτιδα, σηπτικό σοκ και επιληψία).
Ποιος φταίει;
Πιο πρόσφατα, δυτικοευρωπαίοι επιστήμονες έχουν αναστατώσει σοβαρά το κοινό με ένα μήνυμα ότι το περιεχόμενο του ραδιενεργού ισοτόπου του ρουθηνίου Ru106 αυξάνεται σε όλη την ήπειρο. Οι ειδικοί αποκλείουν εντελώς την αυτοεκπαίδευσή του στην ατμόσφαιρα. Εκτός από μια τυχαία απελευθέρωση από πυρηνικό εργοστάσιο, έκτοτε θα υπήρχαν απαραίτητα ραδιονουκλεΐδια καισίου και ιωδίου στον αέρα, κάτι που δεν επιβεβαιώνεται από πειραματικά δεδομένα. Η επίδραση αυτού του ισοτόπου στο ανθρώπινο σώμα, όπως κάθε ραδιενεργό στοιχείο, οδηγεί σε ακτινοβολία ιστών και οργάνων, στην ανάπτυξη καρκίνου. Πιθανές πηγές ρύπανσης, σύμφωνα με δυτικά μέσα ενημέρωσης, εντοπίζονται στο έδαφος της Ρωσίας, της Ουκρανίας ή του Καζακστάν.
Σε απάντηση, ένας εκπρόσωπος του Τμήματος Επικοινωνιών της Rosatom είπε ότι όλες οι επιχειρήσεις της κρατικής εταιρείας εργάστηκαν και λειτουργούν ως συνήθως. Ο Διεθνής Οργανισμός Ατομικής Ενέργειας (ΔΟΑΕ), κατά τη γνώμη του, με βάση τα δικά του δεδομένα παρακολούθησης,χαρακτήρισε αβάσιμες όλες τις κατηγορίες κατά της Ρωσικής Ομοσπονδίας.
