รูทีเนียมเป็นองค์ประกอบทางเคมี: คำอธิบาย ประวัติ และองค์ประกอบ

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 05:43

รูทีเนียมเป็นโลหะที่เบาที่สุดและ "สูงส่ง" น้อยที่สุดในบรรดาโลหะกลุ่มแพลตตินัมทั้งหมด อาจเป็นองค์ประกอบที่ "หลากหลาย" ที่สุด (รู้จักสถานะความจุเก้าสถานะ) แม้จะมีประวัติศาสตร์การวิจัยมากกว่าครึ่งศตวรรษ แต่ก็ยังมีคำถามและปัญหามากมายสำหรับนักเคมีสมัยใหม่ในปัจจุบัน รูทีเนียมเป็นองค์ประกอบทางเคมีคืออะไร? เริ่มต้นด้วยการพูดนอกเรื่องสั้น ๆ ในประวัติศาสตร์

ลึกลับและรวย

ชื่อและประวัติการค้นพบรูทีเนียมเชื่อมโยงกับรัสเซียอย่างแยกไม่ออก ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 ประชาคมโลกรู้สึกตื่นเต้นและเป็นกังวลกับข่าวที่ว่ามีการพบแหล่งแร่แพลตตินั่มที่ร่ำรวยที่สุดในจักรวรรดิรัสเซีย มีข่าวลือว่าในเทือกเขาอูราลการสกัดโลหะล้ำค่านี้สามารถทำได้ด้วยพลั่วธรรมดา ข้อเท็จจริงของการค้นพบเงินฝากที่ร่ำรวยได้รับการยืนยันในไม่ช้าโดยข้อเท็จจริงที่ว่า E. F. Kankrin รัฐมนตรีว่าการกระทรวงการคลังของรัสเซียได้ส่งพระราชกฤษฎีกาสูงสุดเกี่ยวกับเหรียญกษาปณ์จากแพลตตินั่มไปยังโรงกษาปณ์เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก ในปีถัดมา มีการหมุนเวียนเหรียญประมาณหนึ่งล้านครึ่ง (3, 6 และ 12 รูเบิล) สำหรับการผลิตซึ่งใช้โลหะมีค่า 20 ตัน

"ดิสคัฟเวอรี่" โอซานเน่

ศาสตราจารย์แห่ง Derpt-Yuryevsky (ปัจจุบันคือ Tartu) มหาวิทยาลัย Gottfried Ozann เริ่มศึกษาองค์ประกอบของแร่มีค่า Ural เขาได้ข้อสรุปว่าแพลตตินัมมาพร้อมกับโลหะที่ไม่รู้จักสามชนิด ได้แก่ พหุนาม พหุนาม และรูทีเนียม ซึ่งเป็นชื่อที่โอซานน์ตั้งเอง อีกอย่าง เขาตั้งชื่ออันที่สามตามรัสเซีย (มาจากภาษาละติน Ruthenia)

เพื่อนร่วมงานของ Ozanne ทั่วยุโรป นำโดย Jens Berzelius นักเคมีชาวสวีเดนที่มีอำนาจมากที่สุด วิจารณ์รายงานของศาสตราจารย์เป็นอย่างมาก ในความพยายามที่จะหาเหตุผลให้ตัวเอง นักวิทยาศาสตร์ได้ทดลองซ้ำหลายครั้งแต่ล้มเหลวเพื่อให้ได้ผลลัพธ์แบบเดียวกัน

สองทศวรรษต่อมา ศาสตราจารย์วิชาเคมี Karl Karlovich Klauss (มหาวิทยาลัย Kazan) เริ่มให้ความสนใจงานของ Ozanne เขาได้รับอนุญาตจากรัฐมนตรีกระทรวงการคลังให้นำเหรียญกษาปณ์ที่เหลือจำนวนหลายปอนด์จากห้องทดลองของโรงกษาปณ์ไปทดสอบซ้ำ

รูทีเนียมธาตุเคมีคาซาน

นักวิชาการชาวรัสเซีย A. E. Arbuzov ตั้งข้อสังเกตในงานเขียนของเขาว่าเพื่อที่จะค้นพบองค์ประกอบใหม่ในสมัยนั้น นักเคมีต้องการความพากเพียรและความเพียรอย่างยิ่งยวด การสังเกตและหยั่งรู้ และที่สำคัญที่สุดคือ การทดลองที่ละเอียดอ่อน คุณสมบัติทั้งหมดข้างต้นมีอยู่ใน Karl Clauss รุ่นเยาว์จนถึงระดับสูงสุด

การวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ก็มีความสำคัญในทางปฏิบัติเช่นกัน - การสกัดทองคำขาวบริสุทธิ์เพิ่มเติมจากเศษแร่ หลังจากพัฒนาแผนการทดลองของตัวเองแล้ว Klauss ได้หลอมรวมวัสดุแร่กับดินประสิวและสกัดองค์ประกอบที่ละลายได้: ออสเมียม, อิริเดียม,แพลเลเดียม. ส่วนที่ไม่ละลายน้ำได้สัมผัสกับส่วนผสมของกรดเข้มข้น ("aqua regia") และการกลั่น ในการตกตะกอนของเหล็กไฮดรอกไซด์ เขาค้นพบการมีอยู่ของโลหะที่ไม่รู้จักและแยกโลหะนั้นออกก่อนในรูปของซัลไฟด์ก่อน จากนั้นจึงอยู่ในรูปบริสุทธิ์ (ประมาณ 6 กรัม) ศาสตราจารย์ยังคงชื่อที่เสนอโดย Ozann สำหรับองค์ประกอบ - รูทีเนียม

เปิดพิสูจน์

แต่เมื่อมันปรากฏออกมา เรื่องราวของการค้นพบรูทีเนียมองค์ประกอบทางเคมีเพิ่งเริ่มต้น หลังจากการตีพิมพ์ผลการศึกษาในปี พ.ศ. 2387 มีการวิจารณ์มากมายเกี่ยวกับ Clauss ข้อสรุปของนักวิทยาศาสตร์คาซานที่ไม่รู้จักได้รับการตอบรับอย่างไม่มั่นใจจากนักเคมีที่ใหญ่ที่สุดในโลก แม้แต่การส่งตัวอย่างขององค์ประกอบใหม่ไปยัง Berzelius ก็ไม่ได้ช่วยสถานการณ์ ตามที่อาจารย์ชาวสวีเดนกล่าว รูทีเนียมของคลอสเป็นเพียง "ตัวอย่างอิริเดียมที่ไม่บริสุทธิ์"

เฉพาะคุณสมบัติที่โดดเด่นของ Karl Karlovich ในฐานะนักเคมีและนักทดลองเชิงวิเคราะห์ และการศึกษาเพิ่มเติมอีกชุดหนึ่งทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถพิสูจน์กรณีของเขาได้ ในปี พ.ศ. 2389 การค้นพบนี้ได้รับการยอมรับและยืนยันอย่างเป็นทางการ สำหรับงานของเขา Klauss ได้รับรางวัล Demidov Prize ของ Russian Academy of Sciences ในจำนวน 10,000 rubles ขอบคุณความสามารถและความอุตสาหะของศาสตราจารย์คาซาน รูทีเนียม ธาตุแรกที่ค้นพบในรัสเซีย ถูกเพิ่มเข้าไปในกลุ่มแพลทินอยด์

การวิจัยเพิ่มเติม

ปัญหาหลักในการศึกษาคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพของรูทีเนียมคือเนื้อหาที่จำกัดสุดๆโลหะนี้ในเปลือกโลก ตัวอย่างเช่น ในการสูญเสียการผลิตแพลตตินัม (วัสดุที่ใช้ในการทำงานของ Clauss) เนื้อหาจะอยู่ที่ประมาณ 1% นักวิทยาศาสตร์เคมีส่วนใหญ่ยอมรับว่ารูทีเนียมเป็นสารที่ไม่เอื้ออำนวยอย่างยิ่งต่อการศึกษา ทางตันมากมายมักทำให้นักวิจัยระงับหรือระงับการทำงาน

นักวิทยาศาสตร์โซเวียต SM Starostin อุทิศทั้งชีวิตเพื่อศึกษาคุณสมบัติของโลหะที่ "อึดอัด" และสารประกอบของมัน ผลลัพธ์หลักของกิจกรรมของนักเคมีคือข้อสรุปเกี่ยวกับคุณสมบัติของสารเชิงซ้อนรูทีเนียมไนโตรโซและปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการแยกโลหะบริสุทธิ์ออกจากยูเรเนียมและพลูโทเนียม รูทีเนียมเป็นองค์ประกอบทางเคมีคืออะไร

สมบัติทางกายภาพ

รูทีเนียมเป็นโลหะที่มีสีขึ้นอยู่กับวิธีการได้รับ มีตั้งแต่สีเทา-น้ำเงินไปจนถึงสีเงิน-ขาว ลักษณะทางกายภาพบางประการของรูทีเนียมองค์ประกอบทางเคมีทำให้เราพิจารณาว่าเป็นสารพิเศษ นอกเหนือจากความเปราะบางสูง (คริสตัลยังสามารถบดเป็นผงด้วยมือได้ง่าย) รูทีเนียมมีความแข็งมาก - 6.5 ในระดับความแข็งแร่สิบจุด (ระดับ Mohs) บางทีอาจเป็นโลหะที่เบาที่สุดในกลุ่มแพลตตินั่ม ความหนาแน่น 12.45g/cm³ ทนไฟได้มาก - อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวคือ 2334 ° C ในระหว่างการหลอมในอาร์คไฟฟ้า จะสังเกตการระเหยของโลหะพร้อมกัน ในระหว่างการเผาที่อุณหภูมิสูงในที่โล่ง องค์ประกอบ "ระเหย" ในรูปแบบเตตรอกไซด์

รูทีเนียมจัดเป็นตัวนำยิ่งยวด โลหะมีความต้านทานเป็นศูนย์เมื่อถูกทำให้เย็นลงถึง 0.47 K คุณสมบัตินี้มีความสำคัญอย่างยิ่งจากมุมมองทางวิทยาศาสตร์และในทางปฏิบัติ รูทีเนียมเป็นโลหะมีค่าที่น่าสนใจมากในฐานะแพลทินอยด์

องค์ประกอบ Ru

คุณสมบัติของโลหะ "คาซาน" เป็นแบบอย่างสำหรับตัวแทนของกลุ่ม VΙΙΙ (แพลตตินั่ม) หลายประการ รูทีเนียมเป็นองค์ประกอบทางเคมีของตารางธาตุที่มีเลขอะตอม 44 มีลักษณะเฉื่อยสูง มีไอโซโทปธรรมชาติที่เสถียร 7 ตัวและไอโซโทปประดิษฐ์ 20 ตัวที่มีตัวเลขมวลตั้งแต่ 92 ถึง 113

ภายใต้อุณหภูมิปกติ จะไม่อยู่ภายใต้ออกซิเดชันและการกัดกร่อน กรดและด่าง เมื่อถูกความร้อนสูงกว่า 400 ° C จะทำปฏิกิริยากับคลอรีนที่ 930 ° C - กับออกซิเจน สำหรับโลหะบางชนิด รูทีเนียมองค์ประกอบทางเคมีจะสร้างโลหะผสมที่มีความเสถียรซึ่งเรียกว่าสารประกอบระหว่างโลหะ

ในสารประกอบหลายชนิด จะมีความจุตั้งแต่ศูนย์ถึงแปด ที่สำคัญที่สุด ได้แก่ รูทีเนียมไดออกไซด์และเตตรอกไซด์ ซัลไฟด์ RuS₂ และฟลูออไรด์ RuF₅.

ในรูปแบบโลหะบริสุทธิ์ มีคุณสมบัติของตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีการเลือกสรรสูง ซึ่งช่วยให้สามารถใช้สำหรับการสังเคราะห์สารอินทรีย์และอนินทรีย์ได้หลากหลาย ทำหน้าที่เป็นตัวดูดซับไฮโดรเจนที่ดีที่สุด

กระจายในธรรมชาติ

รูทีเนียมธาตุเคมีมีลักษณะสุดขั้วหายากและกระจัดกระจายในธรรมชาติ ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ ทำให้เกิดแร่ลอไรต์เพียงชนิดเดียว เป็นของแข็งในรูปของอ็อกทาเฮดราเหล็กสีดำขนาดเล็ก เงินฝากที่ร่ำรวยที่สุดและมีชื่อเสียงที่สุดตั้งอยู่บนแพลตตินั่มของเกาะบอร์เนียว (กาลิมันตัน) ในรัสเซีย การพัฒนากำลังดำเนินการในเทือกเขาอูราลตอนกลางและตอนใต้ บนคาบสมุทรโคลา ในดินแดนครัสโนยาสค์และคาบารอฟสค์

ในสารประกอบธรรมชาติอื่นๆ ปริมาณรูทีเนียมไม่เกิน 0.1% พบร่องรอยของโลหะในแร่ทองแดงนิกเกิลและหินอัคนีที่เป็นกรด พืชบางชนิดมีความสามารถในการจดจ่อและสะสมรูทีเนียม ซึ่งเป็นตัวแทนของตระกูลถั่วที่โดดเด่น

เนื้อหาทั้งหมดขององค์ประกอบในเปลือกโลกตามที่ผู้เชี่ยวชาญไม่เกิน 5,000 ตัน

การผลิตเชิงอุตสาหกรรม

รูทีเนียมเป็นธาตุที่มีเกียรติ และแหล่งที่มาหลักของโลหะคือเศษหินจากการผลิตแพลตตินั่ม ผู้นำที่ไม่มีปัญหาในการสกัดรูทีเนียม (เช่นเดียวกับแพลตตินัม) คือสาธารณรัฐแอฟริกาใต้ การพัฒนาและการผลิตโลหะนี้ยังดำเนินการโดยรัสเซีย แคนาดา และซิมบับเว อย่างไรก็ตาม ประเทศหลังนี้อยู่ในอันดับที่สองของโลกในแง่ของปริมาณสำรองของแพลทินอยด์ที่สำรวจ

ปริมาณของรูทีเนียมที่จำหน่ายในตลาดมีตั้งแต่ 17 ถึง 20 ตันต่อปี วัฏจักรการผลิตเพื่อให้ได้ธาตุนั้นกินเวลาประมาณ 6 สัปดาห์และเป็นห่วงโซ่ของปฏิกิริยาเทอร์โมเคมีที่ต่อเนื่องกัน

เทคโนโลยีในการรับรูทีเนียมโดยการฉายรังสีนิวตรอนของไอโซโทปของเทคนีเชียมกัมมันตภาพรังสี แต่ควรสังเกตว่าการแยกตัวของโลหะบริสุทธิ์และมีเสถียรภาพ เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมี ความคาดเดาไม่ได้ และความรู้ที่ไม่เพียงพอ ยังคงเป็นความฝันของท่อ

แอพพลิเคชั่น

แม้ว่าคุณสมบัติทั้งหมดของโลหะมีตระกูลในรูทีเนียมจะมีอยู่ครบถ้วน แต่ธาตุดังกล่าวยังไม่ได้รับการกระจายอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมเครื่องประดับ ใช้เพื่อเสริมโลหะผสมและทำให้เครื่องประดับราคาแพงมีความทนทานมากขึ้นเท่านั้น

ในแง่ของปริมาณรูทีเนียมที่บริโภค ภาคอุตสาหกรรมอยู่ในลำดับต่อไปนี้:

1. อิเล็กทรอนิกส์
2. ไฟฟ้าเคมี
3. เคมี.

คุณสมบัติตัวเร่งปฏิกิริยาขององค์ประกอบเป็นที่ต้องการสูง มันถูกใช้ในการสังเคราะห์กรดไฮโดรไซยานิกและไนตริกในการผลิตไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวกลีเซอรีนและพอลิเมอไรเซชันของเอทิลีน ในอุตสาหกรรมโลหะวิทยา สารเติมแต่งรูทีเนียมถูกใช้เพื่อเพิ่มคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อน เพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้กับโลหะผสม ความทนทานต่อสารเคมีและทางกล ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของรูทีเนียมมักช่วยนักวิทยาศาสตร์ในการวิจัย

สารประกอบหลายอย่างของธาตุนี้ยังถูกใช้เป็นสารออกซิไดซ์และสีย้อมที่ดีอีกด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คลอไรด์ถูกใช้เพื่อเพิ่มความเรืองแสง

ความสำคัญทางชีวภาพ

รูทีเนียมมีความสามารถในการสะสมในเซลล์ของเนื้อเยื่อที่มีชีวิต ส่วนใหญ่เป็นกล้ามเนื้อ (โลหะกลุ่มเดียวในกลุ่มแพลตตินั่ม) อาจกระตุ้นการพัฒนาของอาการแพ้ มีผลเสียต่อเยื่อเมือกของตาและทางเดินหายใจส่วนบน

ในทางการแพทย์ โลหะมีตระกูลถูกใช้เพื่อรับรู้เนื้อเยื่อที่ได้รับผลกระทบ ยาที่ใช้รักษาวัณโรคและการติดเชื้อต่างๆ ที่ส่งผลต่อผิวหนังของมนุษย์ ด้วยเหตุผลนี้ จึงดูมีแนวโน้มมากที่จะใช้ความสามารถของรูทีเนียมเพื่อสร้างสารเชิงซ้อนไนโตรโซที่เสถียรในการต่อสู้กับโรคที่เกี่ยวข้องกับความเข้มข้นของไนเตรตที่มากเกินไปในร่างกายมนุษย์ (ความดันโลหิตสูง โรคข้ออักเสบ ภาวะติดเชื้อในกระแสเลือด และโรคลมชัก)

ใครถูกผิด

ล่าสุด นักวิทยาศาสตร์ชาวยุโรปตะวันตกได้รบกวนสาธารณชนอย่างจริงจังด้วยข้อความว่าเนื้อหาของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของรูทีเนียมรู_{106 กำลังเติบโตทั่วทั้งทวีป} ผู้เชี่ยวชาญไม่รวมการศึกษาด้วยตนเองในบรรยากาศ เช่นเดียวกับการปล่อยโดยไม่ได้ตั้งใจจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ตั้งแต่นั้นมา สารกัมมันตภาพรังสีของซีเซียมและไอโอดีนก็จำเป็นต้องมีอยู่ในอากาศ ซึ่งไม่ได้รับการยืนยันจากข้อมูลการทดลอง ผลกระทบของไอโซโทปนี้ต่อร่างกายมนุษย์ เช่นเดียวกับธาตุกัมมันตภาพรังสี นำไปสู่การฉายรังสีของเนื้อเยื่อและอวัยวะ การพัฒนาของมะเร็ง แหล่งมลพิษที่เป็นไปได้ตามสื่อตะวันตกนั้นอยู่ในอาณาเขตของรัสเซีย ยูเครน หรือคาซัคสถาน

ในการตอบกลับ ตัวแทนของ Department of Communications of Rosatom กล่าวว่าองค์กรทั้งหมดของรัฐบรรษัททำงานและทำงานตามปกติ สำนักงานพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (IAEA) ตามความเห็นของหน่วยงานตามข้อมูลการตรวจสอบของตนเองเรียกข้อกล่าวหาทั้งหมดต่อสหพันธรัฐรัสเซียอย่างไร้เหตุผล