Рутению предшествует лишь несколько элементов, таких как рений, осмий, молибден и иридий.пл= При температуре 2334 °C рутению предшествует лишь несколько элементов, таких как рений, осмий, молибден, иридий, вольфрам, тантал и ниобий.
Все о рутении
Элементы таблицы Менделеева известны всем, но со временем ученые открывают новые элементы и подробно анализируют свойства уже известных элементов. Одним из замечательных и интересных открытий является рутений, который обладает уникальными магнитными свойствами и поэтому очень важен для науки и современных технологий.
Что это такое?
Рутений считается самым легким из металлов платиновой группы, а также наименее благородным. Этот элемент был открыт профессором Озанном, который был заинтересован в изучении ценных руд на Урале. Исследователь обнаружил, что в рудах помимо платины содержатся также рутений, полурутений и полиний. Эти элементы были названы Озанном, причем рутений получил свое название от России. Профессор очень критически отнесся к его работе, поэтому химик проводил свои эксперименты несколько раз.
Через несколько десятилетий работа Озанна заинтересовала К.К. Клауса, профессора химии Казанского университета. Он разработал собственные эксперименты по извлечению платины из ценных руд.
Советский ученый С.М. Старостин почти всю свою жизнь посвятил исследованию этого универсального металла. В ходе своей работы он сделал множество выводов о характерных особенностях рутения, а также о серьезности его отделения от урана и плутония.
Рутений классифицируется как драгоценный металл, а его свойства частично схожи со свойствами железа и осмия. Элемент имеет номер 44 в матрице Менделеева и относится к группе 8 периода 5. Рутений имеет относительную атомную массу 101,07 а.е.м.. Его электронная формула включает 44 положительно заряженных ядра с 44 протонами, 57 нейтронами и 44 электронами, движущимися по 5 орбитам.
История
Он был открыт в 1844 году профессором Казанского университета Карлом Клаусом, который в том же году опубликовал длинную статью о новом элементе в своей работе «Химические исследования платиновой руды Урала и металлических остатков рутения» в «Ученых записках Казанского университета». Об открытии, способе получения и свойствах нового элемента Клаус сообщил в письме на немецком языке Г. И. Гессу, который зачитал его на заседании Петербургской академии наук 13 сентября 1844 года; текст был опубликован в «Вестнике Академии» и в русском переводе в «Горном журнале». Клаус выделил рутений из чистой формы руды белого золота с Урала и указал на сходство триад рутений-родий-палладий и осмий-иридий-платина.
Происхождение названия
Первооткрыватель элемента, К. К. Клаус, назвал рутений в честь России (Ruthenia — латинское название России). Название «рутений» было предложено в 1828 году Г. В. Озанном для элемента, который был исключен из списка новых элементов, и Клаус, который фактически открыл новый элемент в 1844 году, дал ему это имя.
Получение
Рутений получают как «отходы» при аффинаже платины и металлов платиновой группы.
Важным источником для извлечения рутения является разделение осколков ядерного деления (плутоний, уран, торий), содержание которых в отработанном топливе составляет до 250 г на тонну ОЯТ.
Также разработана технология получения рутения из технеция-99 путем нейтронного облучения молибдена.
Удивительные свойства
Свойства рутения во многом парадоксальны. Некоторые химики считают, что свойства металла зависят от метода, используемого для получения платины. Проблема в том, что до сих пор не существует эффективного способа избавить рутений от примесей. Ученым и исследователям интересно узнать о свойствах (теоретически) диковинного металла платины. Но до сих пор не удалось получить химически чистый рутений.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Рутений / Ruthenium (Ru), 44 |
| Атомная масса (молекулярная масса) | 101,07(2)1 а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | Kr 4d7 5s1 |
| Радиус атома | 134 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 125 пм |
| Радиус иона | (+4e) 67 пм |
| Гравитация электрона | 2,2 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | |
| Степени окисления | +3, +4, +6, +8, 0 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 710,3 (7,36) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (в н.с.) | 12,41 г/см³ |
| Температура плавления | 2334 °C2 (2607 K, 4233 °F) |
| Температура кипения | 4077 °C2 (4350 K, 7371 °F) |
| Удельная теплота плавления | (25,5) кДж/моль |
| Молекулярная теплоемкость | 24,02 Дж/(K·моль) |
| Молекулярный объем | 8,3 см³/моль |
| Кристаллическая решетка одного вещества | |
| Структура кристаллической решетки | гексагональная |
| Параметры решетки | a=2,706 c=4,282 Å |
| Отношение c/a | 1,582 |
| Температура Дебая | 600 K |
| Другие свойства | |
| Теплопроводность | (300 K) 117,0 Вт/(м·К) |
| CAS-число | 7440-18-8 |
Способность металла поглощать газы поразительна. Один объем металла может поглотить более 1500 объемов водорода; с несколько меньшим аппетитом он «поедает» азот и не отказывается от некоторых неметаллов.
Поучительно: самым дорогим взрывчатым веществом в мире является, по-видимому, оксид рутения (RuO4), который ни в чем не уступает своему «родственнику», мелкозернистому родию. Однако маловероятно, чтобы террористы заинтересовались этим веществом в своих незаконных целях…..
Немного химии
Это не урок, и мы не будем ставить оценки (если вам понравилась статья — поставьте ей оценку и поделитесь с друзьями, мы будем вам благодарны).
Давайте вспомним картину Менделеева. В ней собраны все химические элементы, которые существуют на Земле. Буквально все, что вас окружает и (простите) вы сами, состоит из этих элементов, аккуратно расположенных в таблице Менделеева.
Кстати, история о том, что именно Менделеев определил оптимальное содержание водки при температуре 40° для употребления, не соответствует действительности. Он ее не определял и водку не пил — предпочитал вино.
Таблица используется не только для классификации данных, но и позволяет сгруппировать их по сходным признакам. Рутений относится к VIII группе таблицы и хорошо вписывается в семейство из шести металлов. Все они занимают клетки своего положения в таблице Менделеева и каждый имеет порядковый номер.
Ау, рутений, где ты?
Встречаемость этого металла на Земле, к сожалению, невелика. Среднее содержание рутения в земной коре составляет 0,0000005 % от массы Земли. Содержание металла несколько выше в ультраосновных магматических породах. Металл встречается в медно-никелевых сульфидных рудах.
Рутений обычно продается в виде порошка, поскольку именно в таком виде он получается после разделения. Кроме того, порошок легче взвесить для продажи и он быстрее вступает в реакцию.
Известны два минерала, содержащих рутений. Один из них — лаурит, который представляет собой сульфид рутения. Его химическая формула — RuS2, а также арсенид рутения (RuAs). Они редко встречаются в природе и не представляют промышленного интереса.
Платиновый металл обычно добывают из коренных или россыпных платиновых руд и из полиметаллических руд.
По оценкам, содержание этого металла в земной коре не превышает 5 000 тонн.
Страны, где добывают рутений (в порядке убывания количества добытого металла):
Разделим платиноиды
Рутений добывают из отходов производства платины. Рутений добывают на рутениевых рудниках.
Побочным эффектом использования ядерной энергии стало… Добыча рутения.
Источником энергии на атомных электростанциях являются твэлы и твэлы (тепловыделяющие элементы, собранные в длинные «трубы» — тепловыделяющие сборки).
Отработанное топливо — это не только проблема хранения и утилизации. Продукты деления, «наполняющие» отработавшие тепловыделяющие элементы, содержат рутений, причем в значительных количествах — более 200 граммов на тонну отработанного топлива.
Однако это не стабильные, а радиоактивные изотопы металла.
Рекомендуем.
Загадочно, но повышенные концентрации рутения-106 были обнаружены в атмосфере в нескольких европейских странах в 2017 году. Самая высокая концентрация была обнаружена в Румынии, а Австрия, Франция и Германия остались далеко позади. В России повышенные концентрации изотопа были обнаружены на Южном Урале, в районе печально известного комбината «Маяк». Источник такого уровня изотопа не найден.
Отработанное топливо (ОТВ) хранится в специальных хранилищах. Там радиоактивный рутений начинает выделяться. С ним борются, но процесс сложный, и победителем часто оказывается побег. В этом случае изотоп попадает в атмосферу и оседает в почве.
Вниманию огородников: радиоактивные изотопы рутения «любят» бобовые и накапливаются в их корнях.
Физико-химические характеристики
Рутений обладает теми же свойствами, что и другие платиноиды: повышенной твердостью (6,5 по Моосу), устойчивостью к химическим веществам, в том числе агрессивным.
| Свойства атома | |
| Название, символ, номер | Рутений / Ruthenium (Ru), 44 |
| Атомная масса (молекулярная масса) | 101,07(2) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | Kr 4d7 5s1 |
| Радиус атома | 134 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 125 пм |
| Радиус иона | (+4e) 67 пм |
| Гравитация электрона | 2,2 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | 0 |
| Степени окисления | +3, +4, +6, +8, 0 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 710,3 (7,36) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (в н.с.) | 12,41 г/см³ |
| Температура плавления | 2334 °C (2607 K, 4233 °F) |
| Температура кипения | 4077 °C (4350 K, 7371 °F) |
| Удельная теплота плавления | (25,5) кДж/моль |
| Молекулярная теплоемкость | 24,0 Дж/(K·моль) |
| Молекулярный объем | 8,3 см³/моль |
| Кристаллическая решетка одного вещества | |
| Структура кристаллической решетки | гексагональная |
| Параметры решетки | a=2,706 c=4,282 Å |
| Отношение c/a | 1,582 |
| Температура Дебая | 600 K |
| Другие свойства | |
| Теплопроводность | (300 K) 117,0 Вт/(м·К) |
| CAS-число | 7440-18-8 |
Есть и особые свойства:
Читайте также: Что будет с золотом, когда рухнет доллар: наиболее вероятный сценарий.
- Эффективный сорбент водорода: рутениевый кубик с ребром в 1 см способен впитать 1500 см3 водорода. Это почти вдвое больше, чем у палладия (940 см3), признанного эталоном по данной характеристике.
- Интересны свойства четырехвалентной окиси рутения. Внешне это желтые с золотистостью иголки. Даже при комнатной температуре (25°С) истаивают до жидкости, источая запах озона. Без этого компонента невозможно отделение рутения от других металлов и максимальная очистка.
Металл хрупкий и легко измельчается в порошок.
Лечение и вывод из организма
Лечение сопутствующих заболеваний и выведение радиоактивного вещества из организма может занять годы или даже десятилетия. В случаях тяжелого и длительного облучения смерть наступает очень быстро. Воздействие относительно небольших количеств вещества сильнее влияет на сердце и кровеносные сосуды, повышается риск развития рака.
При подозрении на радиационное отравление, в том числе рутением-106, человека следует госпитализировать. Врачи проведут процедуру дезактивации и другие мероприятия по удалению внешнего и внутреннего загрязнения, соблюдая при этом меры безопасности. Дальнейшее лечение при радиационном облучении зависит от типа возникших симптомов. Важную роль в борьбе с радиацией играет правильное питание. Оно должно содержать следующие компоненты:
- Продукты, содержащие пектин: рябина, смородина, свекла, яблоки, клубника, арбузы, ананасы, цитрусовые и другие фрукты и ягоды. Это вещество в процессе переваривания превращается в полигалактуроновую кислоту, обладающую возможностью связываться с радиоактивными изотопами, образуя нерастворимые соли, которые затем выводятся через ЖКТ.
- Клетчатка, которая стимулирует обмен веществ, в том числе ускоряя вывод вредных компонентов. Ею богаты отруби, цельнозерновые продукты, многие овощи и фрукты.
- Липополисахариды, содержащиеся в листьях винограда и чая.
- Витамины групп B, C, P и K. Они помогают нормализовать состав крови, улучшают её свёртываемость, препятствуют ослаблению и разрушению стенок кровеносных сосудов, восстанавливают их эластичность.
- Селен, который защищает клетки от радиоактивного воздействия и препятствует развитию новообразований. В достаточных количествах содержится в яйцах, рисе, кукурузе, фисташках, фасоли, чечевице и пшеничных отрубях.
Эксперименты на крысах показали эффективность голодных диет при лечении радиационного облучения, однако их следует проводить только после консультации и под наблюдением врача, чтобы избежать дальнейшего повреждения ослабленного организма. Кроме того, врачи должны назначать пациенту энтеральные и другие препараты в зависимости от имеющихся симптомов.
Тяжелое воздействие высоких доз радиации не поддается лечению и приводит к летальному исходу. Врачи стараются сделать состояние пациента максимально комфортным с помощью обезболивающих средств.
Физические свойства рутения:
| 400 | Физические свойства | |
| 401 | Плотность* | 12,45 г/см3 (при 20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело), 10,65 г/см3 (при температуре плавления 2334 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость) |
| 402 | Температура плавления* | 2334 °C (2607 K, 4233 °F) |
| 403 | Температура кипения* | 4150 °C (4423 K, 7502 °F) |
| 404 | Температура сублимации | |
| 405 | Температура разложения | |
| 406 | Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом | |
| 407 | Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл)* | 38,59 кДж/моль |
| 408 | Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)* | 619 кДж/моль |
| 409 | Удельная теплоемкость при постоянном давлении | 0,238 Дж/г·K (при 0-25 °C) |
| 410 | Молярная теплоёмкость* | 24,06 Дж/(K·моль) |
| 411 | Молярный объём | 8,17057 см³/моль |
| 412 | Теплопроводность | 117 Вт/(м·К) (при стандартных условиях ), 117 Вт/(м·К) (при 300 K) |
| 413 | Коэффициент теплового расширения | 6,4 мкм/(М·К) (при 25 °С) |
| 414 | Коэффициент температуропроводности | |
| 415 | Критическая температура | |
| 416 | Критическое давление | |
| 417 | Критическая плотность | |
| 418 | Тройная точка | |
| 419 | Давление паров (мм.рт.ст.) | |
| 420 | Давление паров (Па) | |
| 421 | Стандартная энтальпия образования ΔH | |
| 422 | Стандартная энергия Гиббса образования ΔG | |
| 423 | Стандартная энтропия вещества S | |
| 424 | Стандартная мольная теплоемкость Cp | |
| 425 | Энтальпия диссоциации ΔHдисс | |
| 426 | Диэлектрическая проницаемость | |
| 427 | Магнитный тип | |
| 428 | Точка Кюри | |
| 429 | Объемная магнитная восприимчивость | |
| 430 | Удельная магнитная восприимчивость | |
| 431 | Молярная магнитная восприимчивость | |
| 432 | Электрический тип | |
| 433 | Электропроводность в твердой фазе | |
| 434 | Удельное электрическое сопротивление | |
| 435 | Сверхпроводимость при температуре | |
| 436 | Критическое магнитное поле разрушения сверхпроводимости | |
| 437 | Запрещенная зона | |
| 438 | Концентрация носителей заряда | |
| 439 | Твёрдость по Моосу | |
| 440 | Твёрдость по Бринеллю | |
| 441 | Твёрдость по Виккерсу | |
| 442 | Скорость звука | |
| 443 | Поверхностное натяжение | |
| 444 | Динамическая вязкость газов и жидкостей | |
| 445 | Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных | |
| 446 | Взрывоопасные концентрации смеси газа с кислородом, % объёмных | |
| 446 | Предел прочности на растяжение | |
| 447 | Предел текучести | |
| 448 | Предел удлинения | |
| 449 | Модуль Юнга | |
| 450 | Модуль сдвига | |
| 451 | Объемный модуль упругости | |
| 452 | Коэффициент Пуассона | |
| 453 | Коэффициент преломления |
Кристаллическая решётка рутения:
| 500 | Кристаллическая решётка | |
| 511 | Кристаллическая решётка #1 | |
| 512 | Структура кристаллической решетки | Гексагональная плотноупакованная |
| 513 | Параметры решетки | a = 2,706 Å, c = 4,282 Å |
| 514 | Отношение c/a | 1,582 |
| 515 | Температура Дебая | 600 K |
| 516 | Название пространственной группы симметрии | P63/mmc |
| 517 | Номер пространственной группы симметрии | 194 |
Рутений добывают в тех же местах, что и платину или оксиды платины:
Основным поставщиком сырья является Южная Африка.
Главный источник рутения — крупнейший в мире производитель рутения.
Технологии получения
- Рутений извлекают из платиновой либо никелево-медной руды. Причем делают это, когда сырье «очищено» от других ценных элементов. То есть основной источник металла – отходы, оставшиеся в результате очистки платины или металлов ее группы. Полный цикл (включая обогащение руды и термохимическое воздействие), занимает полтора месяца.
- Второй источник – содержимое отработанных ТВЭЛов, отходы ядерного производства. Материалом служат уран, торий, плутоний. Тонна продукта радиоактивного распада содержит до 250 граммов рутения.
- Третий – изотоп технеция, облученный потоком нейтронов.
Металл в природе
По распространенности рутений, пожалуй, самый редкий из драгоценных металлов: его доля в земной коре составляет 1×2-6%. Метеориты содержат в 200 раз больше этого вещества.
Читайте также: Какая золотая цепь лучше для мужчин и самая прочная для женщин: Виды и разновидности золотых и серебряных оплеток
Общие разведанные запасы рутения оцениваются в 5 000 тонн.
Минерал идентифицируется по следующим показателям:
- Коренные залежи или россыпи платиноносных пород.
- Месторождения медно-никелевых руд.
- Залежи лаурита и рутенарсенида.
Лаурит и арсенид рутения являются фактическими минералами рутения. Первый из них темный, плотный и насыщен рутением. Оба минерала чрезвычайно редки.
Цена и распространенность
По оценкам геологов, в земной коре находится не более пяти тысяч тонн рутения. Такое незначительное количество, широкое распространение и сложность добычи определяют изначально высокую стоимость металла. Однако ограниченный спрос приводит к корректировке цен на драгоценные металлы.
Рутений — самый дешевый из платиновых металлов. Его рыночная стоимость на начало 2016 года всего в 2,7 раза превышает цену серебра! Золото почти в 30 раз дороже рутения — при том, что ежегодное производство рутения редко превышает 20 тонн, тогда как золото достигает на мировом рынке 2500 тонн в год.
Справедливости в ценообразовании не существует! Даже в стране рутения!
Загадочная и богатая
Название и история открытия рутения неразрывно связаны с Россией. В начале XI века мировая общественность была одновременно взволнована и встревожена новостью о том, что в Российской империи обнаружены богатейшие месторождения платины. Ходили слухи, что добывать этот драгоценный металл на Урале можно было обычной лопатой. Открытие богатых месторождений вскоре подтвердил министр финансов России Е. Ф. Канкрин, направив на Санкт-Петербургский монетный двор Высочайший указ о чеканке платиновых монет. В последующие годы было отчеканено около полутора миллионов монет (3,6 и 12 рублей) с использованием 20 тонн драгоценного металла.
Влияние на организм человека
Последствия воздействия рутения тяжелы и долговременны. Оно влияет не только на текущее здоровье населения, флору и фауну в зоне загрязнения, но и на генетический материал, который передается будущим поколениям. По сравнению с цезием-137 и некоторыми другими изотопами, период полураспада рутения-106 невелик, но даже этого времени достаточно, чтобы нанести огромный ущерб на всей территории распыления.
Симптомы отравления проявляются постепенно и с задержкой, поэтому воздействие рутения-106 на организм человека не сразу заметно. Их описание соответствует общему перечню симптомов воздействия бета- и гамма-частиц.
Эти симптомы могут проявиться сразу после воздействия элемента:
- повышенная температура тела — от 37—38 °C и выше;
- пониженный показатель артериального давления;
- диарея и отсутствие аппетита;
- появление покраснений, высыпаний, мелких ранок и прочих признаков раздражения кожного покрова.
Дальнейшее развитие болезни зависит от типа облучения. Очень высокие разовые дозы рутения-106 могут привести к летальному исходу в течение 2-4 дней или даже часов, но в большинстве случаев человек умирает в течение нескольких месяцев из-за разрушения клеток костного мозга, кишечника, желудка, кровеносных сосудов и других органов, что приводит к их дисфункции и другим осложнениям, таким как сепсис, рак крови и развитие злокачественных опухолей. Все нарушения этого процесса проявляются с задержкой, состояние может выглядеть так, как будто человеку становится лучше (так называемый «синдром движущегося трупа»), хотя он получил дозу, которая считается абсолютно смертельной.
При длительном воздействии меньших, но все же опасных доз рутений-106 и продукты его распада постепенно накапливаются в организме и проявляются после длительной задержки (иногда до полугода и более) в виде различных заболеваний. К ним можно отнести:
- нарушения в работе жёлчного пузыря, печени и желчевыводящей системы;
- проблемы с потенцией у мужчин, нерегулярный и болезненный менструальный цикл у женщин;
- стоматит;
- усталость, сонливость, нарушения сна;
- спутанность сознания, резкие перепады настроения, эмоциональные срывы и неврозы;
- выпадения волос и зубов, ломкость ногтей;
- изменение состава крови: анемия, лейкемия, агранулоцитоз, нарушение сворачиваемости, приводящие к возникновению кровотечений из носа и дёсен в лёгких случаях и множественных кровоизлияний в тяжёлых;
- сердечно-сосудистые заболевания различного характера, развивающиеся на фоне тахикардии и стабильно низкого артериального давления;
- повреждение тканей костного мозга;
- развитие различных онкологических заболеваний;
- в случае тяжёлого прогрессирующего течения болезни — множественные некрозы, инфекции, сепсис и общая интоксикация организма, в итоге приводящие к смерти.
Из-за высокой радиационной нагрузки и постепенного появления симптомов диагностика очень затруднена. Если не лечиться у профессионалов, радиация медленно разрушает организм на всех уровнях.
Интересные факты
С металлом серебристого цвета связано много интересных фактов.
- Рутений – это единственный металл, который в России вывели путем извлечения из минерального сырья.
- До настоящего времени ни у кого не получалось добыть 100% устойчивый рутений, так как элемент характеризуется высокой химической активностью.
- Рутений – очень тугоплавкий металл, в этой характеристике ему уступают только рений, осмий, молибден, иридий, вольфрам, тантал, ниобий.
- Уникальность рутения заключается в его многовалентности, он имеет возможность к проявлению в 9 разных валентностях.
- Данный благородный металл невозможно растворить в кислоте и «царской водке».
- Этот элемент считается единственным, который имеет возможность к связыванию воздушного азота в химическое соединение. Такую способность имеют некоторые виды бактерий.
- В природе встречается одно вещество с рутением – лаурит.
- Относительно большое количество рутения находится в России, Канаде и США.
- Рутений – это редкий высоковалентный металл с уникальными свойствами. Его высший оксид считается довольно ядовитым веществом.
Являясь сильным окислителем, рутений способен воспламенять легковоспламеняющиеся вещества.
- https://himya.ru/rutenij.html
- https://jgems.ru/metally/rutenij
- https://vplate.ru/metally-i-splavy/o-rutenii/
- https://chem.ru/rutenij.html
- https://your-online.ru/electronic-formulas/Ru
- https://k-tree.ru/tools/chemistry/periodic.php?element=Ru
- https://FB.ru/article/356482/ruteniy—himicheskiy-element-opisanie-istoriya-i-sostav
- https://TheMineral.ru/metally/rutenij
- https://himsnab-spb.ru/article/ps/ru/
