Ruthenium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Ru und Atomnummer 44. Es ist ein seltenes Übergang-Metall, das der Platin-Gruppe des Periodensystems gehört. Wie die anderen Metalle der Platin-Gruppe ist Ruthenium zu den meisten Chemikalien träge. Der russische Wissenschaftler Karl Ernst Claus hat das Element 1844 entdeckt und hat es nach Ruthenia, dem lateinischen Wort für Rus genannt. Ruthenium kommt gewöhnlich als ein geringer Bestandteil von Platin-Erzen vor, und seine jährliche Produktion ist nur ungefähr 20 Tonnen. Der grösste Teil des Rutheniums wird für strapazierfähige elektrische Kontakte und die Produktion von Widerständen des dicken Films verwendet. Eine geringe Anwendung des Rutheniums ist sein Gebrauch in einer Platin-Legierung.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Ein mehrwertiges hartes Weißmetall, Ruthenium ist ein Mitglied der Platin-Gruppe und ist in der Gruppe 8 des Periodensystems:

Jedoch hat es eine atypische Konfiguration in seinen äußersten Elektronschalen: Wohingegen ganze andere Gruppe 8 Elemente haben 2 Elektronen in der äußersten Schale, im Ruthenium, einem von denjenigen, einer niedrigeren Schale übertragen wird. Diese Wirkung kann im benachbarten Metallniobium (41), Rhodium (45), und Palladium (46) beobachtet werden.

Ruthenium hat vier Kristallmodifizierungen und wird bei normalen Temperaturen nicht trübe. Ruthenium löst sich in verschmolzenen Alkalien auf, wird durch Säuren nicht angegriffen, aber wird durch Halogene bei hohen Temperaturen angegriffen. Kleine Beträge des Rutheniums können die Härte von Platin und Palladium vergrößern. Der Korrosionswiderstand des Titans wird deutlich durch die Hinzufügung eines kleinen Betrags des Rutheniums vergrößert.

Dieser Blechkanister, entweder durch die Galvanik oder durch Thermalzerlegungserfahren gepanzert werden. Wie man bekannt, ist eine Legierung des Ruthenium-Molybdäns bei Temperaturen unter 10.6 K superleitend.

Isotope

Natürlich vorkommendes Ruthenium wird aus sieben stabilen Isotopen zusammengesetzt. Zusätzlich sind 34 radioaktive Isotope entdeckt worden. Dieser Radioisotope sind die stabilsten Ru mit einer Halbwertzeit von 373.59 Tagen, Ru mit einer Halbwertzeit von 39.26 Tagen und Ru mit einer Halbwertzeit von 2.9 Tagen.

Fünfzehn andere Radioisotope sind mit Atomgewichten im Intervall von 89.93 u (Ru) zu 114.928 u (Ru) charakterisiert worden. Die meisten von diesen haben Halbwertzeiten, die weniger als fünf Minuten außer Ru sind (Halbwertzeit: 1.643 Stunden) und Ru (Halbwertzeit: 4.44 Stunden).

Die primäre Zerfall-Weise vor dem reichlichsten Isotop, Ru, ist Elektronfestnahme und die primäre Weise, nachdem Beta-Emission ist. Das primäre Zerfall-Produkt vor Ru ist Technetium und die primäre Weise, nachdem Rhodium ist.

Ereignis

Ruthenium, ist nur das 74. reichlichste Metall auf der Erde außerordentlich selten. Dieses Element wird allgemein in Erzen mit den anderen Platin-Gruppenmetallen in den Bergen von Ural und in Nordamerika und Südamerika gefunden. Kleine, aber gewerblich wichtige Mengen werden auch in pentlandite gefunden, der aus Sudbury, Ontario, Kanada, und in Pyroxenite-Ablagerungen in Südafrika herausgezogen ist. Die heimische Form des Rutheniums ist ein sehr seltenes Mineral (Ir ersetzt einen Teil von Ru in seiner Struktur).

Produktion

Bergwerk

Ungefähr 12 Tonnen von Ru werden jedes Jahr mit als 5,000 Tonnen geschätzten Weltreserven abgebaut. Die Zusammensetzung von abgebauten Mischungen des Platin-Gruppenmetalls (PGM) ändert sich in einer breiten Reihe abhängig von der geochemical Bildung. Zum Beispiel enthalten die in Südafrika abgebauten PGMs auf dem durchschnittlichen 11-%-Ruthenium, während die in der ehemaligen UDSSR abgebauten PGMs nur 2 % enthalten, die auf der Forschung gestützt sind, die von 1992 datiert.

Ruthenium, wie die anderen Platin-Gruppenmetalle, wird gewerblich als ein Nebenprodukt von Nickel und Kupferbergwerk und Verarbeitung sowie durch die Verarbeitung von Platin-Gruppenmetallerzen erhalten. Während electrorefining von Kupfer und Nickel lassen sich edle Metalle wie Silber, Gold und die Platin-Gruppenmetalle zum Boden der Zelle als Anode-Schlamm nieder, der den Startpunkt für ihre Förderung bildet. Um die Metalle zu trennen, müssen sie zuerst in die Lösung gebracht werden. Mehrere Methoden sind abhängig vom Trennungsprozess und der Zusammensetzung der Mischung verfügbar; zwei vertretende Methoden sind Fusion mit Natriumsperoxyd, das von der Auflösung in Wasser regia und Auflösung in einer Mischung des Chlors mit Salzsäure gefolgt ist. Osmium, Ruthenium, Rhodium und Iridium können von Platin und Gold- und Grundmetallen durch ihre Unlösbarkeit in Wasser regia getrennt werden, einen festen Rückstand verlassend. Rhodium kann vom Rückstand durch die Behandlung mit geschmolzenem Natrium bisulfate getrennt werden. Der unlösliche Rückstand, Ru, Os und Ir enthaltend, wird mit Natriumsoxyd behandelt, in dem Ir unlöslich ist, wasserlösliche Salze von Ru und Os erzeugend. Nach der Oxydation zu den flüchtigen Oxyden, wird von durch den Niederschlag von (NH) RuCl mit dem Ammoniumchlorid oder durch die Destillation oder Förderung mit organischen Lösungsmitteln des flüchtigen Osmiums tetroxide getrennt. Wasserstoff wird verwendet, um Ammonium-Ruthenium-Chlorid zu reduzieren, das ein Puder nachgibt. Die erste Methode, das Ruthenium mit dem Ammoniumchlorid hinabzustürzen, ist dem Verfahren ähnlich, das Smithson Tennant und William Hyde Wollaston für ihre Trennung verwendet haben. Mehrere Methoden sind für die Industrieskala-Produktion passend. In jedem Fall wird das Produkt mit Wasserstoff reduziert, das Metall als ein Puder oder Schwamm nachgebend, der mit Puder-Metallurgie-Techniken oder durch die elektrische Schweißung des Argons behandelt werden kann.

Von verwendetem Kernbrennstoff

Spaltungsprodukte von Uran 235 enthalten bedeutende Beträge des Rutheniums und der leichteren Platin-Gruppenmetalle {clarify|date = April 2012}, und deshalb könnte verwendeter Kernbrennstoff eine mögliche Quelle des Rutheniums sein. Die komplizierte Förderung ist teuer und die radioaktiven Isotope des Rutheniums, die da sind, würde Lagerung für mehrere Halbwertzeiten der verfallenden Isotope notwendig machen. Das macht diese Quelle des Rutheniums unattraktiv, und keine groß angelegte Förderung ist angefangen worden.

Chemische Zusammensetzungen

Die Oxydationsstaaten des Rutheniums erstrecken sich von 0 bis +8, und 2. Die Eigenschaften des Rutheniums und der Osmium-Zusammensetzungen sind häufig ähnlich. Die +2, +3, und +4 Staaten sind am üblichsten. Der am meisten überwiegende Vorgänger ist Ruthenium trichloride, ein roter Festkörper, der chemisch schlecht definiert, aber synthetisch vielseitig wird.

Oxyde

Ru kann oxidiert zum Ruthenium (IV) Oxyd (RuO, Oxydation setzen +4 fest), der der Reihe nach durch Natrium metaperiodate zum Ruthenium tetroxide, RuO, einem starken Oxidieren-Agenten mit der Struktur und den Eigenschaften oxidiert werden kann, die dem Osmium tetroxide analog sind. Wie Osmium tetroxide ist Ruthenium tetroxide ein starker Fixier- und Fleck für die Elektronmikroskopie von organischen Materialien, und wird größtenteils verwendet, um die Struktur von Polymer-Proben zu offenbaren. Dipotassium ruthenate (KRuO, +6), und Kalium perruthenate (KRuO, +7) sind auch bekannt.

Koordination und organometallic Komplexe

Ruthenium bildet eine Vielfalt von Koordinationskomplexen. Beispiele sind die vielen pentammine Ableitungen [Ru (NH) L], die häufig sowohl in Ru (II) als auch in Ru (III) bestehen. Ableitungen von bipyridine und terpyridine sind zahlreich, am besten bekannt, der luminiscent tris (bipyridine) Ruthenium (II) Chlorid seiend.

Ruthenium-Form eine breite Reihe vergleicht sich mit Obligationen des Kohlenstoff-Rutheniums. Ruthenocene ist ferrocene strukturell analog, aber stellt kennzeichnende redox Eigenschaften aus. Eine Vielzahl von Komplexen des Kohlenmonoxids, ist der Elternteil bekannt, der triruthenium dodecacarbonyl ist. Die Entsprechung von Eisen pentacarbonyl, Ruthenium pentacarbonyl ist an umgebenden Bedingungen nicht stabil. Ruthenium trichloride carbonylates (reagiert mit dem Kohlenmonoxid), mono - und diruthenium (II) carbonyls zu geben, von dem viele Ableitungen wie RuHCl (CO) (PPh) und Ru (Colorado) (PPh) (der Komplex von Roper) bereit gewesen sind. Die Heizung von Lösungen des Rutheniums trichloride in alcohols mit triphenylphosphine gibt tris (triphenylphosphine) Ruthenium dichloride (RuCl (PPh)), der sich zum hydride Komplex chlorohydridotris (triphenylphosphine) Ruthenium (II) (RuHCl (PPh)) umwandelt.

Im Gebiet der feinen chemischen Synthese wird der Katalysator von Grubbs für alkene metathesis verwendet.

Ruthenides

Metallene Ruthenides (Ru) sind sehr selten, aber werden in Supraleiter-Anwendungen, besonders hinsichtlich lanthanide Metalle z.B Cerium ruthenide (CeRu) allgemein gefunden.

Geschichte

Obwohl natürlich vorkommend wurde Platin-Legierung, die alle sechs Platin-Gruppenmetalle enthält, seit langem von vorkolumbianischen Amerikanern verwendet und als ein Material europäischen Chemikern von der Mitte des 16. Jahrhunderts bekannt, es hat bis zur Mitte des 18. Jahrhunderts für als ein reines Element zu identifizierendes Platin genommen. Die Entdeckung, dass natürliches Platin Palladium, Rhodium, Osmium und Iridium enthalten hat, ist im ersten Jahrzehnt des 19. Jahrhunderts vorgekommen. Das Platin in alluvialen Sanden von russischen Flüssen hat Zugang zum Rohstoff für den Gebrauch in Tellern und Medaillen und für das Münzen von Rubel-Münzen gegeben, 1828 anfangend. Rückstände der Platin-Produktion für das Münzen waren im russischen Reich verfügbar, und deshalb wurde der grösste Teil der Forschung über sie in Osteuropa getan.

Es ist möglich, dass der polnische Chemiker Jędrzej Śniadecki hat Element 44 isoliert (den er "vestium" genannt hat), von Platin-Erzen 1807. Er hat seine Entdeckung auf der polnischen Sprache im Artikel "Rosprawa o nowym metallu w surowey platynie odkrytym" 1808 veröffentlicht. Seine Arbeit wurde jedoch nie bestätigt, und er hat später seinen Anspruch der Entdeckung zurückgezogen. Jöns Berzelius und Gottfried Osann haben fast Ruthenium 1827 entdeckt. Sie haben Rückstände untersucht, die nach dem Auflösen groben Platins von den Bergen von Ural in Wasser regia verlassen wurden. Berzelius hat keine ungewöhnlichen Metalle gefunden, aber Osann hat gedacht, dass er drei neue Metalle, pluranium, Ruthenium und polinium gefunden hat. Diese Diskrepanz hat zu einer langjährigen Meinungsverschiedenheit zwischen Berzelius und Osann über die Zusammensetzung der Rückstände geführt.

1844 hat der russische Wissenschaftler Karl Klaus gezeigt, dass die von Gottfried Osann bereiten Zusammensetzungen kleine Beträge des Rutheniums enthalten haben, das Klaus dasselbe Jahr entdeckt hatte. Klaus hat Ruthenium von den Platin-Rückständen der Rubelproduktion isoliert, während er in der Universität von Kazan, Kazan arbeitete. Klaus hat gezeigt, dass Ruthenium-Oxyd ein neues Metall enthalten hat und 6 Gramme des Rutheniums vom Teil von grobem Platin erhalten hat, das in Wasser regia unlöslich ist.

Der Name ist auf Ruthenia, das lateinische Wort für Rus, ein historisches Gebiet zurückzuführen, das das heutige westliche Russland, die Ukraine, Weißrussland und Teile der Slowakei und Polens einschließt. Karl Klaus hat den Namen verwendet, der von Gottfried Osann 1828 vorgeschlagen ist. Er hat den Namen des Elements zu Ehren von seinem birthland gewählt, als er in Tartu, Estland geboren gewesen ist, das zurzeit ein Teil des russischen Reiches war.

Anwendungen

Wegen seiner Fähigkeit, Platin und Palladium zu härten, wird Ruthenium in der Platin- und Palladium-Legierung verwendet, um strapazierfähige elektrische Kontakte herzustellen. In dieser Anwendung werden nur dünne gepanzerte Filme verwendet, um die notwendige Verschleißfestigkeit zu erreichen. Wegen seines tiefer Kosten und ähnliche Eigenschaften im Vergleich zum Rhodium ist der Gebrauch als Überzug des Materials für elektrische Kontakte eine der Hauptanwendungen. Die dünnen Überzüge werden entweder durch die Galvanik oder das Spritzen angewandt.

Ruthenium-Dioxyd und Leitung und Wismut ruthenates werden in dicken Filmspan-Widerständen verwendet. Diese zwei elektronischen Anwendungen sind für 50 % des Ruthenium-Verbrauchs verantwortlich.

Nur einige Ruthenium-Legierung wird anders verwendet als diejenigen mit anderen Platin-Gruppenmetallen. Ruthenium wird häufig in kleinen Mengen in jener Legierung verwendet, um sich sicher in ihren Eigenschaften zu verbessern. Die vorteilhafte Wirkung auf den Korrosionswiderstand der Titan-Legierung hat zur Entwicklung einer speziellen Legierung geführt, die 0.1-%-Ruthenium enthält. Ruthenium wird auch in einer fortgeschrittenen Hoch-Temperatureinkristallsuperlegierung mit Anwendungen einschließlich der Turbinenklingen in Düsenantrieben verwendet. Mehrerer Nickel basierte Superlegierungszusammensetzungen wird in der Literatur beschrieben. Unter ihnen sind EPM-102 (mit 3 % Ru) und TMS-162 (mit 6 % Ru), sowie TMS-138 und TMS-174. beider, 6-%-Rhenium enthaltend. Füllfederhalter-Federn werden oft mit der Legierung geneigt, die Ruthenium enthält. Von 1944 vorwärts wurde der berühmte Parker 51 Füllfederhalter mit der "RU" Feder, eine 14K Goldfeder ausgerüstet, die mit 96.2-%-Ruthenium und 3.8-%-Iridium geneigt ist.

Ruthenium ist ein Bestandteil von Anoden des Mischmetalloxyds (MMO), die für den cathodic Schutz der Untergrundbahn und untergetauchten Strukturen, und für elektrolytische Zellen für chemische Prozesse wie das Erzeugen des Chlors von Salz-Wasser verwendet sind. Die Fluoreszenz von einigen Ruthenium-Komplexen wird durch Sauerstoff gelöscht, der zu ihrem Gebrauch als optode Sensoren für Sauerstoff geführt hat. Ruthenium rot, [(NH) Ru-O-Ru (neuer)-o-ru (NH)], ist ein biologischer Fleck, der verwendet ist, um polyanionic Moleküle wie Pektin und Nukleinsäuren für die leichte Mikroskopie und Elektronmikroskopie zu beschmutzen. Das Beta verfallende Isotop 106 des Rutheniums wird in der Strahlentherapie von Augengeschwülsten, den hauptsächlich bösartigen Melanomen des uvea verwendet. Ruthenium - Komplexe werden für mögliche Antikrebs-Eigenschaften erforscht. Im Vergleich zu Platin-Komplexen zeigen diejenigen des Rutheniums größeren Widerstand gegen die Hydrolyse und auswählendere Handlung auf Geschwülsten. NAMI-A und KP1019 sind zwei Rauschgifte, die klinische Einschätzung gegen metastatic Geschwülste und Doppelpunkt-Krebse erleben.

Katalyse

Ruthenium ist ein vielseitiger Katalysator. Wasserstoffsulfid kann durch das Licht durch das Verwenden einer wässrigen Suspendierung von mit dem Ruthenium-Dioxyd geladenen Partikeln von CdS gespalten werden. Das kann in der Eliminierung von HS in Ölraffinerien und anderen in einer Prozession gehenden Industriemöglichkeiten nützlich sein. Wie man gefunden hat, sind Ruthenium von Organometallic carbene und alkylidene Komplexe hoch effiziente Katalysatoren für olefin metathesis, einen Prozess mit wichtigen Anwendungen in der organischen und pharmazeutischen Chemie gewesen.

Sonnenenergiekonvertierung

Einige Ruthenium-Komplexe absorbieren Licht überall im sichtbaren Spektrum und werden in verschiedenen, potenziellen Sonnenenergietechnologien aktiv erforscht. Zum Beispiel sind Ruthenium-basierte Zusammensetzungen für die leichte Absorption in Färbemittel-sensibilisierten Sonnenzellen, einem viel versprechenden neuen preisgünstigen Sonnenzellsystem verwendet worden.

Datenlagerung

Die chemische Dampf-Absetzung des Rutheniums (CVD) wird als eine Methode verwendet, dünne Filme des reinen Rutheniums auf Substraten zu erzeugen. Diese Filme Show viel versprechende Eigenschaften für den Gebrauch in Mikrochips und für den Riesen magnetoresistive haben Element für Festplatte-Laufwerke gelesen. Ruthenium wurde auch als ein mögliches Material für die Mikroelektronik angedeutet, weil sein Gebrauch mit Halbleiter-Verarbeitungstechniken vereinbar ist.

Exotische Materialien

Viele Ruthenium haben Oxydshow sehr ungewöhnliche Eigenschaften, wie ein Quant Kritisches Punkt-Verhalten, exotische Supraleitfähigkeit und hoher Temperaturferromagnetismus gestützt.

Links

• Die Nano-Schicht des Rutheniums stabilisiert magnetische Sensoren