Il rutenio è il più leggero e il meno "nobile" di tutti i metalli del gruppo del platino. È forse l'elemento più "multivalente" (sono noti nove stati di valenza). Nonostante oltre mezzo secolo di storia della ricerca, pone ancora oggi molte domande e problemi ai chimici moderni. Allora, cos'è il rutenio come elemento chimico? Per cominciare, una breve digressione nella storia.
Misterioso e ricco
Il nome e la storia della scoperta del rutenio sono indissolubilmente legati alla Russia. All'inizio del 20° secolo, la comunità mondiale era eccitata e preoccupata dalla notizia che i più ricchi giacimenti di platino erano stati scoperti nell'impero russo. Si diceva che negli Urali l'estrazione di questo metallo prezioso potesse essere effettuata con una normale pala. Il fatto della scoperta di ricchi giacimenti fu presto confermato dal fatto che il ministro delle finanze russo, EF Kankrin, inviò il più alto decreto sul conio di monete dal platino alla zecca di San Pietroburgo. Negli anni successivi furono messi in circolazione circa un milione e mezzo di monete (3, 6 e 12 rubli), per la cui produzione furono spese 20 tonnellate di metallo prezioso.
"Scoperta" Ozanne
Il Professore dell'Università Derpt-Yuryevsky (ora Tartu) Gottfried Ozann iniziò a studiare la composizione del prezioso minerale degli Urali. È giunto alla conclusione che il platino è accompagnato da tre metalli sconosciuti - polinomio, polinomio e rutenio - i cui nomi sono stati dati dallo stesso Ozann. A proposito, ha chiamato il terzo dopo la Russia (dal latino Ruthenia).
I colleghi di Ozanne in tutta Europa, guidati dal più autorevole chimico svedese Jens Berzelius, sono stati molto critici nei confronti della relazione del professore. Nel tentativo di giustificarsi, lo scienziato ha ripetuto una serie di esperimenti, ma non è riuscito a ottenere gli stessi risultati.
Due decenni dopo, il professore di chimica Karlovich Klauss (Università di Kazan) si interessò al lavoro di Ozanne. Si è assicurato il permesso del Segretario del Tesoro di prelevare diverse libbre di monete rimanenti dal laboratorio della Zecca per il nuovo test.
Rutenio elemento chimico di Kazan
L'accademico russo A. E. Arbuzov ha notato nei suoi scritti che per scoprire un nuovo elemento in quei giorni, un chimico aveva bisogno di estrema diligenza e perseveranza, osservazione e intuizione e, soprattutto, un sottile talento sperimentale. Tutte le qualità di cui sopra erano inerenti al giovane Karl Clauss al massimo grado.
La ricerca dello scienziato aveva anche un significato pratico: un'ulteriore estrazione di platino puro dai residui di minerale. Dopo aver sviluppato il proprio piano per l'esperimento, Klauss ha fuso il materiale minerale con salnitro ed ha estratto elementi solubili: osmio, iridio,palladio. La parte insolubile è stata esposta ad una miscela di acidi concentrati ("aqua regia") e distillazione. Nel precipitato di idrossido di ferro scoprì la presenza di un metallo sconosciuto e lo isolò prima sotto forma di solfuro, e poi in forma pura (circa 6 grammi). Il professore mantenne il nome proposto da Ozann per l'elemento: rutenio.
Apri e prova
Ma come si è scoperto, la storia della scoperta dell'elemento chimico rutenio era appena iniziata. Dopo la pubblicazione dei risultati dello studio nel 1844, una grandinata di critiche cadde su Clauss. Le conclusioni dello sconosciuto scienziato di Kazan furono accolte con scetticismo dai più grandi chimici del mondo. Anche l'invio di un campione del nuovo elemento a Berzelius non ha salvato la situazione. Secondo il maestro svedese, il rutenio di Clauss era solo "un campione di iridio impuro".
Solo le eccezionali qualità di Karl Karlovich come chimico analitico e sperimentatore e una serie di studi aggiuntivi hanno permesso allo scienziato di dimostrare il suo caso. Nel 1846 la scoperta ricevette il riconoscimento ufficiale e la conferma. Per il suo lavoro, Klauss ha ricevuto il Premio Demidov dell'Accademia delle scienze russa per un importo di 10 mila rubli. Grazie al talento e alla perseveranza del professore di Kazan, il rutenio, il primo elemento scoperto in Russia, è stato aggiunto ai ranghi dei platinoidi.
Ulteriori ricerche
Il problema principale nello studio delle proprietà chimiche e fisiche del rutenio è il contenuto estremamente limitatoquesto metallo nella crosta terrestre. Ad esempio, negli scarti della produzione di platino (il materiale di lavoro di Clauss), il suo contenuto è di circa l'1%. La maggior parte degli scienziati chimici riconosce il rutenio come una sostanza estremamente sfavorevole per lo studio. L'abbondanza di impasse spesso induce i ricercatori a ridurre o sospendere il loro lavoro.
Lo scienziato sovietico SM Starostin ha dedicato tutta la sua vita allo studio delle proprietà di un metallo "scomodo" e dei suoi composti. Il risultato principale dell'attività del chimico sono le conclusioni sulle proprietà dei complessi di rutenio nitroso e sulle difficoltà ad essi associate nel separare il metallo puro dall'uranio e dal plutonio che li accompagnano. Cos'è il rutenio come elemento chimico?
Proprietà fisiche
Il rutenio è un metallo il cui colore, a seconda del metodo di ottenimento, varia dal grigio-bluastro al bianco-argento. Alcune caratteristiche fisiche dell'elemento chimico rutenio ci permettono di considerarlo una sostanza unica. Insieme all'elevata fragilità (i cristalli sono anche facilmente macinati in polvere a mano), il rutenio ha un'estrema durezza - 6,5 su una scala di durezza mineralogica a dieci punti (scala di Mohs). Forse il più leggero dei metalli del gruppo del platino. La densità è 12,45 g/cm3. È molto refrattario: la temperatura di transizione allo stato liquido è di 2334 ° C. Durante la fusione in un arco elettrico, si osserva l'evaporazione simultanea del metallo. Durante la calcinazione ad alta temperatura all'aria aperta, l'elemento "volatilizza" nella formatetrassidi.
Il rutenio è classificato come superconduttore. Il metallo mostra una resistenza nulla quando viene raffreddato a 0,47 K. Questa proprietà è di grande importanza da un punto di vista scientifico e pratico. In quanto platinoide, il rutenio è un metallo prezioso molto interessante.
Elemento Ru
Le proprietà del metallo "Kazan" sono per molti aspetti tipiche dei rappresentanti del gruppo VΙΙΙ (platino). Il rutenio è un elemento chimico della tavola periodica con numero atomico 44, caratterizzato da un'elevata inerzia. Ha 7 isotopi naturali stabili e 20 artificiali con numeri di massa da 92 a 113.
A temperatura normale, non è soggetto ad ossidazione e corrosione, acidi e alcali. Quando riscaldato sopra i 400 ° C, reagisce con il cloro, a 930 ° C - con l'ossigeno. Con alcuni metalli, l'elemento chimico rutenio forma leghe stabili chiamate composti intermetallici.
In numerosi composti, mostra una valenza da zero a otto. I più importanti includono biossido di rutenio e tetraossido, solfuro RuS2 e fluoruro RuF5.
Nella sua forma metallica pura, ha le proprietà di un catalizzatore ad alta selettività, che gli permette di essere utilizzato per la sintesi di un'ampia varietà di sostanze organiche e inorganiche. Serve come il miglior assorbente per l'idrogeno.
Diffusione nella natura
L'elemento chimico rutenio è caratterizzato da elementi estremiraro e sparso in natura. Nel suo ambiente naturale forma l'unico minerale conosciuto, la laurite. È un solido a forma di piccolo ottaedro nero-ferro. Il giacimento più ricco e famoso si trova sui placer di platino dell'isola del Borneo (Kalimantan). In Russia, sono in corso sviluppi negli Urali centrali e meridionali, nella penisola di Kola, nei territori di Krasnoyarsk e Khabarovsk.
In tutti gli altri composti naturali, la quantità di rutenio non supera lo 0,1%. Tracce di metallo sono state trovate in alcuni minerali di rame-nichel e rocce ignee acide. Alcune piante hanno la capacità di concentrare e accumulare rutenio, tra cui spiccano i rappresentanti della famiglia delle leguminose.
Il contenuto totale dell'elemento nella crosta terrestre, secondo gli esperti, non supera le 5.000 tonnellate.
Produzione industriale
L'elemento rutenio è considerato nobile e la principale fonte del metallo è la roccia di scarto della produzione di platino. Leader indiscusso nell'estrazione del rutenio (oltre che del platino) è la Repubblica del Sud Africa. Lo sviluppo e la produzione di questo metallo vengono effettuati anche da Russia, Canada e Zimbabwe. A proposito, quest'ultimo paese è al secondo posto al mondo in termini di riserve esplorate di platinoidi.
La quantità di rutenio fornita al mercato varia da 17 a 20 tonnellate all'anno. Il ciclo produttivo per ottenere un elemento dura circa 6 settimane ed è una catena continua di reazioni termochimiche che si susseguono.
Tecnologia da ottenererutenio mediante irraggiamento neutronico di isotopi di tecnezio radioattivo. Ma va notato che l'isolamento di un metallo puro e stabile, a causa delle sue proprietà chimiche, imprevedibilità e conoscenza insufficiente, rimane ancora un sogno irrealizzabile.
Applicazioni
Sebbene tutte le proprietà del metallo nobile del rutenio siano completamente presenti, l'elemento non ha ricevuto ampia distribuzione nell'industria della gioielleria. Viene utilizzato solo per rafforzare le leghe e rendere più durevoli i gioielli costosi.
In termini di quantità di rutenio consumato, i settori industriali sono nel seguente ordine:
- Elettronico.
- Elettrochimico.
- Chimico.
Le proprietà catalitiche dell'elemento sono molto richieste. Trova impiego nella sintesi degli acidi cianidrico e nitrico, nella produzione di idrocarburi saturi, glicerina e nella polimerizzazione dell'etilene. Nell'industria metallurgica, gli additivi al rutenio vengono utilizzati per aumentare le proprietà anticorrosione, per conferire forza alle leghe, resistenza chimica e meccanica. Gli isotopi radioattivi del rutenio spesso aiutano gli scienziati nelle loro ricerche.
Molti composti dell'elemento sono stati usati anche come buoni ossidanti e coloranti. In particolare, i cloruri vengono utilizzati per aumentare la luminescenza.
Significato biologico
Il rutenio ha la capacità di accumularsi nelle cellule dei tessuti viventi, principalmente nei muscoli (l'unico metallo del gruppo del platino). Può provocaresviluppo di reazioni allergiche, hanno un impatto negativo sulla mucosa degli occhi e del tratto respiratorio superiore.
In medicina, il metallo nobile è usato come mezzo per riconoscere i tessuti colpiti. I medicinali a base di esso sono usati per trattare la tubercolosi e varie infezioni che colpiscono la pelle umana. Per questo motivo, sembra molto promettente utilizzare la capacità del rutenio di formare complessi nitroso stabili nella lotta contro le malattie associate all'eccessiva concentrazione di nitrati nel corpo umano (ipertensione, artrite, shock settico ed epilessia).
Di chi è la colpa?
Più recentemente, gli scienziati dell'Europa occidentale hanno seriamente disturbato il pubblico con il messaggio che il contenuto dell'isotopo radioattivo del rutenio Ru106 sta crescendo nel continente. Gli esperti escludono completamente la sua autoeducazione nell'atmosfera. Oltre a un rilascio accidentale da una centrale nucleare, da allora sarebbero necessariamente presenti nell'aria radionuclidi di cesio e iodio, cosa non confermata da dati sperimentali. L'impatto di questo isotopo sul corpo umano, come qualsiasi elemento radioattivo, porta all'irradiazione di tessuti e organi, allo sviluppo del cancro. Possibili fonti di inquinamento, secondo i media occidentali, si trovano sul territorio di Russia, Ucraina o Kazakistan.
In risposta, un rappresentante del Dipartimento delle comunicazioni di Rosatom ha affermato che tutte le imprese della società statale hanno funzionato e stanno lavorando come al solito. L'Agenzia internazionale per l'energia atomica (AIEA), a suo avviso, sulla base dei propri dati di monitoraggio,ha dichiarato infondate tutte le accuse contro la Federazione Russa.
