Рутений

Химический элемент с атомным номером 44 (Ru)
Рутений,  44 Ru
Рутений
Произношение/ r uː ˈ θ iː n i ə m / ​( roo- THEE -nee-əm )
Появлениесеребристо-белый металлик
Стандартный атомный вес A r °(Ru)
Рутений в периодической таблице
ВодородГелий
ЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеоновый
НатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлораргон
КалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтникельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптон
РубидийСтронцийИттрийЦирконийниобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурЙодКсенон
ЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимнеодимовыйПрометийСамарийевропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоМеркурий (элемент)ТаллийВестиВисмутПолонийАстатинрадон
ФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийкалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтиумРентгенийКопернициумНихонийФлеровийМосковиумЛиверморийТеннессинОганесон
Fe
↑
Ru
↓
Os
технеций ← рутений → родий
Атомный номер ( Z )44
Группагруппа 8
Периодпериод 5
Блокировать  d-блок
Электронная конфигурация[ Кр ] 4д 7 5с 1
Электронов на оболочку2, 8, 18, 15, 1
Физические свойства
Фаза в  STPтвердый
Температура плавления2607  К (2334 °С, 4233 °F)
Точка кипения4423 К (4150 °С, 7502 °F)
Плотность (при 20°С)12,364 г/см 3 [3]
когда жидкость (при  т.пл. )10,65 г/см 3
Теплота плавления38,59  кДж/моль
Теплота парообразования619 кДж/моль
Молярная теплоемкость24,06 Дж/(моль·К)
Давление пара
Р  (Па)1101001 к10 тыс.100 тыс.
в  Т  (К)258828113087342438454388
Атомные свойства
Степени окисленияобщие: +3, +4
−2, [4] +1, [4] +2, [4] +5, [4] +6, [4] +7, [4] +8 [4]
ЭлектроотрицательностьШкала Полинга: 2,2
Энергии ионизации
  • 1-й: 710,2 кДж/моль
  • 2-й: 1620 кДж/моль
  • 3-й: 2747 кДж/моль
Атомный радиусэмпирический: 134  вечера
Радиус ковалентной связи146±7 вечера
Цветные линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии рутения
Другие свойства
Естественное явлениеизначальный
Кристаллическая структурагексагональная плотноупакованная (ГПУ) ( ГП2 )
Константы решетки
Гексагональная плотноупакованная кристаллическая структура рутения
a  = 270,58 пм
c  = 428,16 пм (при 20 °C) [3]
Тепловое расширение6,78 × 10−6 /К ( при 20 °C) [3] [а]
Теплопроводность117

αа 5,77 αс 8,80

αavr 6,78 Вт/(м⋅К)
Удельное электрическое сопротивление71 нОм⋅м (при 0 °C)
Магнитное упорядочениепарамагнитный [5]
Молярная магнитная восприимчивость+39 × 10 -6  см 3 /моль (298 К) [5]
модуль Юнга447 ГПа
Модуль сдвига173 ГПа
Модуль объемной упругости220 ГПа
Скорость звука тонкий стержень5970 м/с (при 20 °C)
Коэффициент Пуассона0.30
Твёрдость по шкале Мооса6.5
Твёрдость по Бринеллю2160 МПа
Номер CAS7440-18-8
История
Неймингот латинского Ruthenia для России [6] [7]
Открытие и первая изоляцияКарл Эрнст Клаус (1844)
Изотопы рутения
Основные изотопы [8]Разлагаться
избытокпериод полураспада ( t 1/2 )режимпродукт
96 Ру5,54%стабильный
97 Русинт2,9 дн.ε97 Тс
γ–
98 Ру1,87%стабильный
99 Ру12.8%стабильный
100 руб.12,6%стабильный
101 Ру17.1%стабильный
102 Ру31,6%стабильный
103 Русинт39,26 дн.β −103 Рс
γ–
104 Ру18,6%стабильный
106 Русинт373,59 дн.β −106 Рс
 Категория: Рутений
| ссылки

Рутений — химический элемент ; он имеет символ Ru и атомный номер  44. Это редкий переходный металл, принадлежащий к платиновой группе периодической таблицы . Как и другие металлы платиновой группы, рутений не реагирует с большинством химикатов. Карл Эрнст Клаус , русский ученый балтийско-немецкого происхождения, открыл элемент в 1844 году в Казанском государственном университете и назвал его в честь России , используя латинское название Ruthenia . Рутений обычно встречается как второстепенный компонент платиновых руд; годовое производство возросло с примерно 19  тонн в 2009 году [9] до примерно 35,5 тонн в 2017 году. [10] Большая часть производимого рутения используется в износостойких электрических контактах и ​​толстопленочных резисторах. Незначительное применение рутения — в платиновых сплавах и в качестве химического катализатора . Новое применение рутения — в качестве защитного слоя для фотошаблонов экстремального ультрафиолета . Рутений обычно встречается в рудах с другими металлами платиновой группы в Уральских горах , а также в Северной и Южной Америке . Небольшие, но коммерчески важные количества также встречаются в пентландите, добываемом в Садбери, Онтарио , и в месторождениях пироксенита в Южной Африке . [11]

Характеристики

Физические свойства

Кристаллы металлического рутения, выращенные в газовой фазе

Рутений — поливалентный твёрдый белый металл, входит в состав платиновой группы и находится в 8-й группе периодической системы элементов:

ЗЭлементЧисло электронов/оболочка
26железо2, 8, 14, 2
44рутений2, 8, 18, 15, 1
76осмий2, 8, 18, 32, 14, 2
108хассий2, 8, 18, 32, 32, 14, 2

В то время как все другие элементы 8-й группы имеют два электрона на внешней оболочке, у рутения на внешней оболочке находится только один электрон (последний электрон находится на нижней оболочке). Эта аномалия наблюдается также у соседних металлов ниобия  (41), молибдена  (42) и родия  (45).

Химические свойства

Рутений имеет четыре кристаллические модификации и не тускнеет при комнатной температуре; окисляется при нагревании до 800 °C (1070 K). Рутений растворяется в расплавленных щелочах, образуя рутенаты ( RuO2−
4). Он не подвергается воздействию кислот (даже царской водки ), но подвергается воздействию гипохлорита натрия при комнатной температуре и галогенов при высоких температурах. [11] Рутений легче всего подвергается воздействию окислителей. [12] Небольшие количества рутения могут повысить твердость платины и палладия . Коррозионная стойкость титана заметно увеличивается при добавлении небольшого количества рутения. [11] Металл может быть покрыт гальваническим способом и путем термического разложения. Известно , что сплав рутения с молибденом является сверхпроводящим при температурах ниже 10,6  К. [11] Рутений является единственным 4d-переходным металлом, который может принимать групповую степень окисления +8, и даже тогда он менее стабилен там, чем более тяжелый конгенер осмий: это первая группа слева в таблице, где переходные металлы второго и третьего ряда демонстрируют заметные различия в химическом поведении. Подобно железу, но в отличие от осмия, рутений может образовывать водные катионы в своих более низких степенях окисления +2 и +3. [13]

Рутений является первым в тенденции к снижению температур плавления и кипения, а также энтальпии атомизации в 4d-переходных металлах после максимума, наблюдаемого у молибдена , поскольку 4d-подоболочка заполнена более чем наполовину, и электроны вносят меньший вклад в металлическую связь. ( Технеций , предыдущий элемент, имеет исключительно низкое значение, которое выходит за рамки тенденции из-за его полузаполненной конфигурации [Kr]4d 5 5s 2 , хотя он не так далек от тенденции в 4d-ряде, как марганец в 3d-переходном ряду.) [14] В отличие от более легкого конгенера железа, рутений парамагнитен при комнатной температуре, поскольку железо также находится выше своей точки Кюри . [15]

Потенциалы восстановления в кислых водных растворах для некоторых распространенных видов рутения показаны ниже: [16]

ПотенциалРеакция
0,455 ВРу 2+ + 2е −↔ Ру
0,249 ВРу 3+ + е −↔ Ру 2+
1.120 ВRuO2 + 4H + + 2e −↔ Ru2 + + 2H2O
1,563 ВРуО2−
4+ 8Н + + 4е −		↔ Ru2 + + 4H2O
1,368 ВРуО−
4+ 8Н + + 5е −		↔ Ru2 + + 4H2O
1,387 ВRuO4 + 4H + + 4e −↔ RuO2 + 2H2O​

Изотопы

Природный рутений состоит из семи стабильных изотопов . Кроме того, было обнаружено 34 радиоактивных изотопа . Из этих радиоизотопов наиболее стабильными являются 106 Ru с периодом полураспада 373,59 дня, 103 Ru с периодом полураспада 39,26 дня и 97 Ru с периодом полураспада 2,9 дня. [17] [18]

Пятнадцать других радиоизотопов были охарактеризованы с атомными массами в диапазоне от89,93  Да ( 90 Ru) до 114,928 Да ( 115 Ru). Большинство из них имеют период полураспада менее пяти минут; исключения составляют 95 Ru (период полураспада 1,643 часа) и 105 Ru (период полураспада 4,44 часа). [17] [18]

Первичный режим распада до самого распространенного изотопа 102 Ru — это захват электронов , а первичный режим после — это бета-испускание . Первичный продукт распада до 102 Ru — это технеций , а первичный продукт распада после — это родий . [17] [18]

106 Ru является продуктом деления ядра урана или плутония . Высокие концентрации обнаруженного в атмосфере 106 Ru были связаны с предполагаемой необъявленной ядерной аварией в России в 2017 году. [19]

Происшествие

Рутений содержится  в земной коре в концентрации около 100 частей на триллион , что делает его 78-м наиболее распространенным элементом . [20] Он обычно встречается в рудах с другими металлами платиновой группы в Уральских горах и в Северной и Южной Америке. Небольшие, но коммерчески важные количества также встречаются в пентландите, добываемом в Садбери , Онтарио , Канада, и в пироксенитовых месторождениях в Южной Африке . Самородная форма рутения является очень редким минералом (Ir заменяет часть Ru в его структуре). [21] [22] Рутений имеет относительно высокий выход продуктов деления при ядерном делении; и учитывая, что его самый долгоживущий радиоизотоп имеет период полураспада «всего» около года, часто появляются предложения по извлечению рутения в новом виде ядерной переработки из отработанного топлива . Необычное месторождение рутения также можно найти в естественном ядерном реакторе деления , который был активен в Окло , Габон, около двух миллиардов лет назад. Действительно, изотопное соотношение рутения, обнаруженное там, было одним из нескольких способов, используемых для подтверждения того, что цепная реакция деления ядер действительно произошла в этом месте в геологическом прошлом. Уран больше не добывают в Окло, и никогда не было серьезных попыток извлечь какой-либо из металлов платиновой группы, присутствующих там.

Производство

Ежегодно добывается около 30 тонн рутения, [23] а мировые запасы оцениваются в 5000 тонн. [24] Состав добываемых смесей металлов платиновой группы (МПГ) сильно различается в зависимости от геохимической формации. Например, добываемые в Южной Африке МПГ содержат в среднем 11% рутения, тогда как добываемые в бывшем СССР МПГ содержат только 2% (1992). [25] [26] Рутений, осмий и иридий считаются второстепенными металлами платиновой группы. [15]

Рутений, как и другие металлы платиновой группы, добывается в коммерческих целях как побочный продукт переработки никелевой , медной и платиновой руды. Во время электрорафинирования меди и никеля благородные металлы, такие как серебро, золото и металлы платиновой группы, осаждаются в виде анодного шлама , исходного сырья для извлечения. [21] [22] Металлы преобразуются в ионизированные растворенные вещества любым из нескольких методов в зависимости от состава исходного сырья. Одним из типичных методов является сплавление с перекисью натрия с последующим растворением в царской водке и растворением в смеси хлора с соляной кислотой . [27] [28] Осмий (Os), рутений (Ru), родий (Rh) и иридий (Ir) нерастворимы в царской водке и легко осаждаются, оставляя другие металлы в растворе. Родий отделяется от остатка обработкой расплавленным бисульфатом натрия. Нерастворимый остаток, содержащий Ru, Os и Ir, обрабатывают оксидом натрия, в котором Ir нерастворим, получая растворенные соли Ru и Os. После окисления до летучих оксидов RuO
4отделен от OsO
4осаждением (NH 4 ) 3 RuCl 6 хлоридом аммония или перегонкой или экстракцией органическими растворителями летучего тетроксида осмия. [29] Водород используется для восстановления аммоний- рутениевого хлорида, получая порошок. [11] [30] Продукт восстанавливается с использованием водорода, получая металл в виде порошка или губчатого металла , который можно обрабатывать методами порошковой металлургии или аргонодуговой сварки . [11] [31]

Рутений содержится в отработанном ядерном топливе как в виде прямого продукта деления , так и в виде продукта поглощения нейтронов долгоживущими продуктами деления. 99
Tc . После распада нестабильных изотопов рутения химическая экстракция может дать рутений для использования во всех областях применения рутения. [32] [33]

Рутений также может быть получен путем преднамеренной ядерной трансмутации из99
Tc . Учитывая его относительно длительный период полураспада, высокий выход продуктов деления и высокую химическую подвижность в окружающей среде,99
Tc является одним из наиболее часто предлагаемых неактинидов для ядерной трансмутации в коммерческих масштабах.99
Tc имеет относительно большое нейтронное сечение , и поскольку технеций не имеет стабильных изотопов, не будет проблем с нейтронной активацией стабильных изотопов. Значительные количества99
Tc производятся в процессе ядерного деления. Они также производятся как побочный продукт использования99м
Tc в ядерной медицине , поскольку этот изомер распадается на99
Tc . Разоблачение99
При воздействии на мишень Tc достаточно сильного нейтронного излучения в конечном итоге будет получено значительное количество рутения, который можно химически отделить при потреблении99
Тс . [34] [35]

Химические соединения

Степени окисления рутения варьируются от 0 до +8 и −2. Свойства соединений рутения и осмия часто схожи. Состояния +2, +3 и +4 являются наиболее распространенными. Наиболее распространенным прекурсором является трихлорид рутения , красное твердое вещество, которое плохо определено химически, но универсально в синтезе. [30]

Оксиды и халькогениды

Рутений может быть окислен до оксида рутения (IV) (RuO 2 , степень окисления +4), который, в свою очередь, может быть окислен метапериодатом натрия до летучего желтого тетраэдрического тетроксида рутения , RuO 4 , агрессивного, сильного окислителя со структурой и свойствами, аналогичными тетроксиду осмия . RuO 4 в основном используется в качестве промежуточного продукта при очистке рутения из руд и радиоактивных отходов. [36]

Известны также дикалийрутенат (K 2 RuO 4 , +6) и перрутенат калия (KRuO 4 , +7). [37] В отличие от тетроксида осмия, тетроксид рутения менее стабилен, достаточно силен как окислитель, чтобы окислять разбавленную соляную кислоту и органические растворители, такие как этанол , при комнатной температуре, и легко восстанавливается до рутената ( RuO2−
4) в водных щелочных растворах; он разлагается с образованием диоксида выше 100 °C. В отличие от железа, но подобно осмию, рутений не образует оксидов в своих более низких степенях окисления +2 и +3. [38] Рутений образует дихалькогениды , которые являются диамагнитными полупроводниками, кристаллизующимися в структуре пирита . [38] Сульфид рутения (RuS 2 ) встречается в природе в виде минерала лаурита .

Как и железо, рутений нелегко образует оксоанионы и предпочитает достигать высоких координационных чисел с гидроксид-ионами. Тетроксид рутения восстанавливается холодным разбавленным гидроксидом калия с образованием черного перрутената калия, KRuO 4 , с рутением в степени окисления +7. Перрутенат калия также может быть получен путем окисления рутената калия, K 2 RuO 4 , газообразным хлором. Ион перрутената нестабилен и восстанавливается водой с образованием оранжевого рутената. Рутенат калия может быть синтезирован путем реакции металлического рутения с расплавленным гидроксидом калия и нитратом калия . [39]

Известны также некоторые смешанные оксиды, такие как M II Ru IV O 3 , Na 3 Ru V O 4 , Na
2РуВ
2О
7, и МII
2ЛнIII
РуВ
О
6. [39]

Галогениды и оксигалогениды

Самый высокий известный галогенид рутения — гексафторид , темно-коричневое твердое вещество, плавящееся при 54 °C. Он бурно гидролизуется при контакте с водой и легко диспропорционирует, образуя смесь низших фторидов рутения, выделяя газообразный фтор. Пентафторид рутения — тетрамерное темно-зеленое твердое вещество, которое также легко гидролизуется, плавясь при 86,5 °C. Желтый тетрафторид рутения, вероятно, также является полимерным и может быть образован путем восстановления пентафторида йодом . Среди бинарных соединений рутения эти высокие степени окисления известны только для оксидов и фторидов. [40]

Трихлорид рутения — хорошо известное соединение, существующее в черной α-форме и темно-коричневой β-форме: тригидрат красный. [41] Из известных тригалогенидов трифторид темно-коричневый и разлагается выше 650 °C, трибромид темно-коричневый и разлагается выше 400 °C, а трииодид черный. [40] Из дигалогенидов дифторид неизвестен, дихлорид коричневый, дибромид черный, а дииодид синий. [40] Единственный известный оксигалогенид — бледно-зеленый оксифторид рутения(VI), RuOF4 . [ 41]

Координационные и металлоорганические комплексы

Трис(бипиридин)рутений(II) хлорид
Скелетная формула катализатора Граббса.
Катализатор Граббса , изобретатель которого получил Нобелевскую премию, используется в реакциях метатезиса алкенов .

Рутений образует множество координационных комплексов. Примерами являются многочисленные производные пентааммина [Ru(NH 3 ) 5 L] n+ , которые часто существуют как для Ru(II), так и для Ru(III). Производные бипиридина и терпиридина многочисленны, наиболее известным из которых является люминесцентный хлорид трис(бипиридин)рутения(II) .

Рутений образует широкий спектр соединений со связями углерод-рутений. Катализатор Граббса используется для метатезиса алкенов. [42] Рутеноцен структурно аналогичен ферроцену , но проявляет отличительные окислительно-восстановительные свойства. Бесцветная жидкость пентакарбонил рутения превращается при отсутствии давления CO в темно-красный твердый додекакарбонил трирутения . Трихлорид рутения реагирует с оксидом углерода, давая множество производных, включая RuHCl(CO)(PPh 3 ) 3 и Ru(CO) 2 (PPh 3 ) 3 ( комплекс Ропера ). Нагревание растворов трихлорида рутения в спиртах с трифенилфосфином дает дихлорид трис(трифенилфосфин)рутения (RuCl 2 (PPh 3 ) 3 ), который превращается в гидридный комплекс хлоргидридотрис(трифенилфосфин)рутения(II) (RuHCl(PPh 3 ) 3 ). [30]

История

Хотя природные платиновые сплавы, содержащие все шесть металлов платиновой группы, использовались в течение длительного времени доколумбовыми американцами и были известны как материал европейским химикам с середины XVI века, только в середине XVIII века платина была идентифицирована как чистый элемент. То, что природная платина содержала палладий, родий, осмий и иридий, было обнаружено в первом десятилетии XIX века. [43] Платина в аллювиальных песках русских рек дала доступ к сырью для использования в пластинах и медалях, а также для чеканки рублевых монет , начиная с 1828 года. [44] Остатки от производства платины для чеканки монет были доступны в Российской империи, и поэтому большая часть исследований по ним проводилась в Восточной Европе.

Вполне возможно, что польский химик Енджей Снядецкий выделил элемент 44 (который он назвал «вестиум» в честь астероида Веста , открытого незадолго до этого) из южноамериканских платиновых руд в 1807 году. Он опубликовал объявление о своем открытии в 1808 году. [45] Однако его работа так и не была подтверждена, и позже он отозвал свое заявление об открытии. [24]

Йенс Берцелиус и Готфрид Осанн почти открыли рутений в 1827 году. [46] Они исследовали остатки, которые остались после растворения сырой платины из Уральских гор в царской водке . Берцелиус не нашел никаких необычных металлов, но Осанн думал, что нашел три новых металла, которые он назвал плюранием, рутением и полинием. [11] Это несоответствие привело к давним спорам между Берцелиусом и Осанн о составе остатков. [47] [48] Поскольку Осанн не смог повторить свое выделение рутения, он в конечном итоге отказался от своих претензий. [47] [49] Название «рутений» было выбрано Осанн, потому что проанализированные образцы происходили из Уральских гор в России. [50]

В 1844 году Карл Эрнст Клаус , русский ученый балтийского немца по происхождению, показал, что соединения, приготовленные Готфридом Осанн, содержат небольшие количества рутения, который Клаус открыл в том же году. [11] [43] Клаус выделил рутений из платиновых остатков производства рубля, работая в Казанском университете , Казань , [47] таким же образом, как его более тяжелый родственник осмий был открыт четырьмя десятилетиями ранее. [20] Клаус показал, что оксид рутения содержит новый металл, и получил 6 граммов рутения из части сырой платины, которая нерастворима в царской водке . [47] Выбирая название для нового элемента, Клаус заявил: «Я назвал новое тело, в честь моей Родины, рутением. Я имел полное право называть его этим именем, потому что г-н Осанн отказался от своего рутения, а этого слова еще не существует в химии». [47] [48] Само название происходит от латинского слова Ruthenia . [6] [7] Тем самым Клаус положил начало тенденции, которая продолжается и по сей день — называть элемент в честь страны. [51]

Приложения

В 2016 году было потреблено около 30,9 тонн рутения, из них 13,8 тонн в электротехнике, 7,7 тонн в катализе и 4,6 тонн в электрохимии. [23]

Поскольку он упрочняет сплавы платины и палладия, рутений используется в электрических контактах , где тонкой пленки достаточно для достижения желаемой прочности. Благодаря своим свойствам, аналогичным свойствам родия, и более низкой стоимости, [31] электрические контакты являются основным применением рутения. [21] [52] Пластина рутения наносится на электрический контакт и электродный базовый металл методом гальванопокрытия [53] или распыления . [54]

Диоксид рутения с рутенатами свинца и висмута используются в толстопленочных чип-резисторах. [55] [56] [57] На эти два электронных приложения приходится 50% потребления рутения. [24]

Рутений редко сплавляют с металлами за пределами платиновой группы, где небольшие количества улучшают некоторые свойства. Дополнительная коррозионная стойкость в титановых сплавах привела к разработке специального сплава с 0,1% рутения. [58] Рутений также используется в некоторых современных высокотемпературных монокристаллических суперсплавах , с приложениями, которые включают турбины в реактивных двигателях . Описано несколько составов суперсплавов на основе никеля, таких как EPM-102 (с 3% Ru), TMS-162 (с 6% Ru), TMS-138, [59] и TMS-174, [60] [61] последние два содержат 6% рения . [62] Перья перьевых ручек часто покрываются рутениевым сплавом. Начиная с 1944 года перьевая ручка Parker 51 оснащалась пером «RU» — пером из 14-каратного золота с наконечником из 96,2% рутения и 3,8% иридия . [63]

Рутений является компонентом анодов из смешанных оксидов металлов (MMO), используемых для катодной защиты подземных и подводных сооружений, а также для электролитических ячеек для таких процессов, как получение хлора из соленой воды. [64] Флуоресценция некоторых комплексов рутения гасится кислородом, что находит применение в оптодных датчиках кислорода. [65] Рутениевый красный , [(NH 3 ) 5 Ru-O-Ru(NH 3 ) 4 -O-Ru(NH 3 ) 5 ] 6+ , является биологическим красителем , используемым для окрашивания полианионных молекул, таких как пектин и нуклеиновые кислоты, для световой и электронной микроскопии . [66] Бета-распадный изотоп 106 рутения используется в радиотерапии опухолей глаза, в основном злокачественных меланом сосудистой оболочки глаза . [67] Комплексы на основе рутения исследуются на предмет возможных противораковых свойств. [68] По сравнению с комплексами платины комплексы рутения демонстрируют большую устойчивость к гидролизу и более избирательное действие на опухоли. [ необходима цитата ]

Тетроксид рутения выявляет скрытые отпечатки пальцев, реагируя при контакте с жирными маслами или жирами с сальными загрязнителями и производя коричневый/черный пигмент диоксида рутения. [69]

Электроника

Электроника является крупнейшим применением рутения. [23] Металл Ru является особенно нелетучим, что выгодно в микроэлектронных устройствах. Ru и его основной оксид RuO 2 имеют сопоставимые электрические сопротивления. [70] Медь может быть непосредственно нанесена гальваническим способом на рутений, [71] конкретные применения включают барьерные слои , затворы транзисторов и межсоединения. [72] Пленки Ru могут быть нанесены методом химического осаждения из паровой фазы с использованием летучих комплексов, таких как тетроксид рутения и органорутениевое соединение ( циклогексадиен )Ru(CO) 3 . [73]

Катализ

Многие рутенийсодержащие соединения проявляют полезные каталитические свойства. Растворы, содержащие трихлорид рутения, очень активны для метатезиса олефинов . Такие катализаторы используются в коммерческих целях, например, для производства полинорборнена. [74] Хорошо определенные рутениево -карбеновые и алкилиденовые комплексы показывают схожую реакционную способность, но используются только в малых масштабах. [75] Например, катализаторы Граббса использовались при изготовлении лекарств и современных материалов.

Реакция метатезисной полимеризации с раскрытием кольца, катализируемая RuCl 3 , дающая полинорборнен

Некоторые комплексы рутения являются высокоактивными катализаторами для реакций переноса водорода (иногда называемых реакциями «заимствования водорода»). Хиральные комплексы рутения, введенные Рёдзи Ноёри , используются для энантиоселективного гидрирования кетонов , альдегидов и иминов . [76] Типичным катализатором является (цимен)Ru(S,S-Ts DPEN ) : [77] [78] Нобелевская премия по химии была присуждена в 2001 году Рёдзи Ноёри за вклад в область асимметрического гидрирования .

[RuCl( S , S -TsDPEN)(цимен)]-катализируемый синтез ( R , R )-гидробензоина (выход 100%, ee >99%)

Катализаторы кобальта, промотированные рутением, используются в синтезе Фишера-Тропша . [79]

Новые приложения

Соединения на основе рутения являются компонентами сенсибилизированных красителем солнечных элементов , которые предлагаются в качестве недорогих систем солнечных элементов. [80]

Влияние на здоровье

Мало что известно о влиянии рутения на здоровье [81] , и люди сравнительно редко сталкиваются с соединениями рутения. [82] Металлический рутений инертен (не вступает в химическую реакцию ). [81] Некоторые соединения, такие как оксид рутения (RuO 4 ), являются высокотоксичными и летучими. [82]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Тепловое расширение анизотропно : параметры (при 20 °C) для каждой оси кристалла равны α a  = 5,77 × 10−6 /К,  α  c =8,80 × 10−6 / К, а α среднее = α V = 6,78 × 10−6 /К. [ 3]

Ссылки

  1. ^ "Стандартные атомные веса: рутений". CIAAW . 1983.
  2. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (4 мая 2022 г.). "Стандартные атомные веса элементов 2021 г. (Технический отчет ИЮПАК)". Чистая и прикладная химия . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
  3. ^ abcd Арбластер, Джон У. (2018). Избранные значения кристаллографических свойств элементов . Materials Park, Огайо: ASM International. ISBN 978-1-62708-155-9.
  4. ^ abcdefg Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . стр. 28. ISBN 978-0-08-037941-8.
  5. ^ ab Haynes, стр. 4.130
  6. ^ ab Льюис, Дэвид Э. (2 сентября 2019 г.). «Незначительная примесь в отработанных рудах «сибирского металла»: рутению исполняется 175 лет». Химия – Европейский журнал . 25 (49): 11394– 11401. doi : 10.1002/chem.201901922. ISSN  0947-6539.
  7. ^ ab Pitchkov, VN (1 октября 1996 г.). «Открытие рутения: «Я назвал новое тело в честь моей родины»». Platinum Metals Review . 40 (4): 181– 188. doi :10.1595/003214096X404181188. ISSN  0032-1400.
  8. ^ Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  9. ^ "Рутений (резюме)". Обзор рынка. platinum.matthey.com . 2009. стр. 9.
  10. ^ "Отчет о рынке металлов платиновой группы (МПГ)". Исследование рынка. platinum.matthey.com . Май 2018. С. 30.
  11. ^ abcdefgh Хейнс (2016), стр. 4.31.
  12. ↑ Гринвуд и Эрншоу (1997), стр. 1076.
  13. ↑ Гринвуд и Эрншоу (1997), стр. 1078.
  14. ↑ Гринвуд и Эрншоу (1997), стр. 1075.
  15. ^ ab Гринвуд и Эрншоу (1997), стр. 1074.
  16. ^ Гринвуд и Эрншоу (1997), стр. 1077.
  17. ^ abc Lide, DR, ред. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.Раздел 11, Таблица изотопов
  18. ^ abc Audi, Жорж; Берсильон, Оливье; Блашо, Жан; Вапстра, Аалдерт Хендрик (2003), «Оценка NUBASE свойств ядра и распада», Nuclear Physics A , 729 : 3–128 , Bibcode : 2003NuPhA.729....3A, doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11. 001
  19. ^ Masson, O.; Steinhauser, G.; Zok, D.; Saunier, O.; Angelov, H.; Babić, D.; et al. (2019). «Концентрации в воздухе и химические аспекты радиоактивного рутения от необъявленного крупного ядерного выброса в 2017 году». Труды Национальной академии наук . 116 (34): 16750– 16759. Bibcode : 2019PNAS..11616750M. doi : 10.1073/pnas.1907571116 . PMC 6708381. PMID  31350352 . 
  20. ^ ab Гринвуд и Эрншоу (1997), стр. 1071.
  21. ^ abc George, Micheal W. "2006 Minerals Yearbook: Platinum-Group Metals" (PDF) . Геологическая служба США USGS . Получено 16 сентября 2008 г. .
  22. ^ ab "Commodity Report: Platinum-Group Metals" (PDF) . Геологическая служба США USGS . Получено 16 сентября 2008 г. .
  23. ^ abc Лоферски, Патрисия Дж.; Галаини, Закари Т. и Сингерлинг, Шерил А. (2018) Металлы платиновой группы. Ежегодник по минералам 2016 года . Геологическая служба США. С. 57.3.
  24. ^ abc Emsley, J. (2003). "Рутений". Строительные блоки природы: путеводитель по элементам от А до Я. Оксфорд, Великобритания: Oxford University Press. стр. 368–370. ISBN 978-0-19-850340-8– через archive.org.
  25. ^ Хартман, HL; Бриттон, SG, ред. (1992). Справочник по горному делу для малых и средних предприятий. Литтлтон, Колорадо: Общество горного дела, металлургии и разведки. стр. 69. ISBN 978-0-87335-100-3– через Google.
  26. ^ Харрис, Дональд К.; Кабри, Луис Дж. (август 1973 г.). «Номенклатура природных сплавов осмия, иридия и рутения на основе новых данных о составе сплавов из месторождений по всему миру». Канадский минералог . 12 (2): 104–112 . NAID  20000798606.
  27. ^ Реннер, Герман; Шламп, Гюнтер; Кляйнвехтер, Инго; Дрост, Эрнст; Люшоу, Ганс Мартин; Тьюс, Питер; и др. (2001). «Металлы и соединения платиновой группы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a21_075. ISBN 978-3-527-30673-2.
  28. ^ Seymour, RJ; O'Farrelly, JI (2001). "Металлы платиновой группы". Энциклопедия химической технологии Кирка Отмера . Wiley. doi :10.1002/0471238961.1612012019052513.a01.pub2. ISBN 978-0471238966.
  29. ^ Гилкрист, Рэли (1943). «Платиновые металлы». Chemical Reviews . 32 (3): 277– 372. doi :10.1021/cr60103a002. S2CID  96640406.
  30. ^ abc Коттон, Саймон (1997). Химия драгоценных металлов. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer-Verlag. С.  1– 20. ISBN 978-0-7514-0413-5.
  31. ^ ab Hunt, LB; Lever, FM (1969). "Platinum metals: A survey of productivity resources to industrial uses" (PDF) . Platinum Metals Review . 13 (4): 126– 138. doi :10.1595/003214069X134126138. S2CID  267561907. Архивировано из оригинала (PDF) 29 октября 2008 г. . Получено 2 июня 2009 г. .
  32. ^ Свейн, Правати; Маллика, К.; Шринивасан, Р.; Мудали, У. Камачи; Натараджан, Р. (ноябрь 2013 г.). «Разделение и восстановление рутения: обзор». Журнал радиоаналитической и ядерной химии . 298 (2): 781– 796. Bibcode : 2013JRNC..298..781S. doi : 10.1007/s10967-013-2536-5. S2CID  95804621.
  33. ^ Джохал, Сухраадж Каур; Боксолл, Колин; Грегсон, Колин; Стил, Карл (24 июля 2015 г.). «Улетучивание рутения из переработанного отработанного ядерного топлива — изучение базовой термодинамики Ru(III)» (PDF) . ECS Transactions . 66 (21): 31– 42. Bibcode :2015ECSTr..66u..31J. doi :10.1149/06621.0031ecst.
  34. ^ Konings, RJM; Conrad, R. (сентябрь 1999). «Трансмутация технеция – результаты эксперимента EFTTRA-T2». Journal of Nuclear Materials . 274 (3): 336– 340. Bibcode : 1999JNuM..274..336K. doi : 10.1016/S0022-3115(99)00107-5.
  35. ^ Перетроухин, Владимир; Радченко Вячеслав; Козарь Андрей; Тарасов Валерий; Топоров Юрий; Ротманов Константин; и др. (декабрь 2004 г.). «Трансмутация технеция и получение искусственного стабильного рутения». Comptes Rendus Chimie . 7 (12): 1215–1218 . doi :10.1016/j.crci.2004.05.002.
  36. ^ Свейн, П.; Маллика, К.; Шринивасан, Р.; Мудали, Великобритания; Натараджан, Р. (2013). «Разделение и восстановление рутения: обзор». J. Radioanal. Nucl. Chem . 298 (2): 781– 796. Bibcode : 2013JRNC..298..781S. doi : 10.1007/s10967-013-2536-5. S2CID  95804621.
  37. ^ Гринвуд и Эрншоу (1997), стр.  [ нужна страница ] .
  38. ^ ab Гринвуд и Эрншоу (1997), стр. 1080–1081.
  39. ^ ab Гринвуд и Эрншоу (1997), стр. 1082.
  40. ^ abc Гринвуд и Эрншоу (1997), стр. 1083.
  41. ^ ab Гринвуд и Эрншоу (1997), стр. 1084.
  42. ^ Хартвиг, Дж. Ф. (2010) Органопереходная металлическая химия, от связывания до катализа , University Science Books: Нью-Йорк. ISBN 1-891389-53-X 
  43. ^ ab Weeks, Mary Elvira (1932). "Открытие элементов. VIII. Платиновые металлы". Journal of Chemical Education . 9 (6): 1017. Bibcode : 1932JChEd...9.1017W. doi : 10.1021/ed009p1017.
  44. ^ Рауб, Кристоф Дж. (2004). «Чеканка платиновых рублей. Часть I: История и текущие исследования». Platinum Metals Review . 48 (2): 66– 69. doi : 10.1595/003214004X4826669 .
  45. ^ Снядецкий, Енджей (1808). Rosprawa o nowym metallu w surowey platynie odkrytym [ Дело об обнаружении нового металла в сырой платине ] (на польском языке). Набираемся и сотрудничаем с Юзефой Завадским. OCLC  739088520.
  46. ^ «Новые металлы в уральской платине». The Philosophical Magazine . 2 (11): 391– 392. 1 ноября 1827. doi :10.1080/14786442708674516.
  47. ^ abcde Pitchkov, VN (1996). «Открытие рутения». Platinum Metals Review . 40 (4): 181– 188. doi :10.1595/003214096X404181188.
  48. ^ аб Клаус, Карл (1845). «О способе добычи чистой платины из руд». Горный журнал (Горный журнал) . 7 (3): 157–163 .
  49. ^ Осанн, Готфрид (1829). «Berichtigung, meine Untersuchung des uralschen Platins betreffend». Поггендорф «Анналы физики и химии» . 15 : 158. дои : 10.1002/andp.18290910119.
  50. ^ Осанн, Г. (1828). «Fortsetzung der Untersuruchung des Platins vom Ural» [Продолжение изучения платины Урала]. Аннален дер Физик (на немецком языке). 89 (6): 283–297 . Бибкод : 1828АнП....89..283О. дои : 10.1002/andp.18280890609.
  51. ^ Мейя, Юрис (сентябрь 2021 г.). «Политика в периодической таблице». Nature Chemistry . 13 (9): 814– 816. Bibcode : 2021NatCh..13..814M. doi : 10.1038/s41557-021-00780-5. PMID  34480093. S2CID  237405162.
  52. ^ Рао, К.; Триведи, Д. (2005). «Химические и электрохимические осаждения металлов платиновой группы и их применение». Coordination Chemistry Reviews . 249 ( 5–6 ): 613. doi :10.1016/j.ccr.2004.08.015.
  53. ^ Вайсберг, А. (1999). "Рутениевое покрытие". Отделка металлов . 97 : 297. doi :10.1016/S0026-0576(00)83089-5.
  54. ^ Merrill L. Minges; et al. (ASM International Handbook Committee) (1989). Справочник по электронным материалам. Materials Park, OH: ASM International. стр. 184. ISBN 978-0-87170-285-2.
  55. ^ Busana, MG; Prudenziati, M.; Hormadaly, J. (2006). «Развитие микроструктуры и электрические свойства толстопленочных резисторов без свинца на основе RuO 2 ». Журнал материаловедения: Материалы в электронике . 17 (11): 951. doi :10.1007/s10854-006-0036-x. hdl :11380/303403. S2CID  135485712.
  56. ^ Rane, Sunit; Prudenziati, Maria; Morten, Bruno (2007). "Экологически чистые толстопленочные резисторы на основе перовскита и рутената". Materials Letters . 61 (2): 595. Bibcode : 2007MatL...61..595R. doi : 10.1016/j.matlet.2006.05.015. hdl : 11380/307664.
  57. ^ Слейд, Пол Г., ред. (1999). Электрические контакты: принципы и применение. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Dekker. стр. 184, 345. ISBN 978-0-8247-1934-0.
  58. ^ Schutz, RW (апрель 1996 г.). «Титановые сплавы, усиленные рутением». Platinum Metals Review . 40 (2): 54– 61. CiteSeerX 10.1.1.630.7411 . doi :10.1595/003214096X4025461. S2CID  267551174. 
  59. ^ "Четвертое поколение монокристаллического суперсплава на основе никеля. TMS-138 / 138A" (PDF) . Центр высокотемпературных материалов, Национальный институт материаловедения, Япония . Июль 2006 г. Архивировано из оригинала (PDF) 18 апреля 2013 г.
  60. ^ Коидзуми, Ютака и др. «Разработка суперсплава на основе никеля нового поколения» (PDF) . Труды Международного конгресса по газовым турбинам, Токио, 2–7 ноября 2003 г. Архивировано из оригинала (PDF) 10 января 2014 г.
  61. ^ Уолстон, С.; Сетел, А.; Маккей, Р.; О'Хара, К.; Дуль, Д.; Дрешфилд, Р. (декабрь 2004 г.). «Совместная разработка монокристаллического суперсплава четвертого поколения» (PDF) . NASA .
  62. ^ Бондаренко, Ю. А.; Каблов, Е. Н.; Сурова, ВА; Эчин, А. Б. (2006). «Влияние высокоградиентной направленной кристаллизации на структуру и свойства монокристаллического сплава, содержащего рений». Металловедение и термическая обработка . 48 ( 7– 8): 360. Bibcode :2006MSHT...48..360B. doi :10.1007/s11041-006-0099-6. S2CID  136907279.
  63. ^ Mottishaw, J. (1999). «Заметки с завода Nib Works — где иридий?». The PENnant . XIII (2). Архивировано из оригинала 4 июня 2002 г.
  64. ^ Кардарелли, Франсуа (2008). «Размерно-стабильные аноды (DSA) для выделения хлора». Справочник по материалам: краткий настольный справочник . Лондон: Springer. стр.  581–582 . ISBN 978-1-84628-668-1.
  65. ^ Варни, Марк С. (2000). "Кислородный микрооптод". Химические датчики в океанографии . Амстердам: Gordon & Breach. стр. 150. ISBN 978-90-5699-255-2.
  66. ^ Hayat, MA (1993). «Рутениевый красный». Окрашивание и цитохимические методы. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Plenum Press. С. 305–310. ISBN 978-0-306-44294-0.
  67. ^ Вигель, Т. (1997). Лучевая терапия заболеваний глаз, Ausgabe 13020. Базель, Фрайбург: Каргер. ISBN 978-3-8055-6392-5.
  68. ^ Ричардс, Адэр Д.; Роджер, Элисон (2007). «Синтетические металломолекулы как агенты для контроля структуры ДНК» (PDF) . Chem. Soc. Rev. 36 ( 3): 471– 483. doi :10.1039/b609495c. PMID  17325786.
  69. ^ Аннотация NCJRS – Национальная справочная служба уголовного правосудия. Архивировано 20 июня 2022 г. на Wayback Machine . Ncjrs.gov. Получено 28.02.2017.
  70. ^ Квон, О-Кюм; Ким, Джэ-Хун; Пак, Хён-Сан; Кан, Сан-Вон (2004). «Атомно-слоевое осаждение тонких пленок рутения для слоя медного клея». Журнал Электрохимического общества . 151 (2): G109. Bibcode : 2004JElS..151G.109K. doi : 10.1149/1.1640633.
  71. ^ Моффат, TP; Уокер, M.; Чен, PJ; Боневич, JE; Эгельхофф, WF; Рихтер, L.; Витт, C.; Аалтонен, T.; Ритала, M.; Лескеля, M.; Йоселл, D. (2006). "Электроосаждение Cu на барьерных слоях Ru для обработки дамасской стали". Журнал электрохимического общества . 153 (1): C37. Bibcode : 2006JElS..153C..37M. doi : 10.1149/1.2131826.
  72. ^ Бернаскони, Р.; Маганьин, Л. (2019). «Обзор — рутений как диффузионный барьерный слой в электронных межсоединениях: текущая литература с акцентом на методы электрохимического осаждения». Журнал Электрохимического Общества . 166 (1): D3219 – D3225 . Bibcode : 2019JElS..166D3219B. doi : 10.1149/2.0281901jes . S2CID  104430143.
  73. ^ Васильев, В. Ю. (2010). "Низкотемпературное импульсное химическое осаждение из газовой фазы тонких пленок рутения для микро- и наноэлектронных приложений. Часть 1: Оборудование и методология". Российская микроэлектроника . 39 : 26– 33. doi :10.1134/S106373971001004X. S2CID  122854468.
  74. ^ Delaude, Lionel; Noels, Alfred F. (2005). "Метатезис". Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/0471238961.metanoel.a01. ISBN 978-0471238966.
  75. ^ Фюрстнер, Алоис (2000). «Метатезис олефинов и далее». Angewandte Chemie International Edition . 39 (17): 3012– 3043. Bibcode :2000AngCh..39.3012F. doi :10.1002/1521-3773(20000901)39:17<3012::AID-ANIE3012>3.0.CO;2-G. PMID  11028025.
  76. ^ Noyori, R.; Ohkuma, T.; Kitamura, M.; Takaya, H.; Sayo, N.; Kumobayashi, H.; Akutagawa, S. (1987), "Асимметричное гидрирование β-кетокарбоновых эфиров. Практический, чисто химический доступ к β-гидроксиэфирам высокой энантиомерной чистоты", Журнал Американского химического общества , 109 (19): 5856, Bibcode : 1987JAChS.109.5856N, doi : 10.1021/ja00253a051
  77. ^ Икария, Такао; Хасигути, Шохей; Мурата, Кунихико и Ноёри, Рёдзи (2005). «Получение оптически активного (R,R)-гидробензоина из бензоина или бензила». Органические синтезы : 10{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ).
  78. ^ Чен, Фэй (2015). «Синтез оптически активных 1,2,3,4-тетрагидрохинолинов с помощью асимметричного гидрирования с использованием иридий-диаминового катализатора». Org. Synth . 92 : 213–226 . doi : 10.15227/orgsyn.092.0213 .
  79. ^ Шульц, Ганс (1999). «Краткая история и современные тенденции синтеза Фишера–Тропша». Applied Catalysis A: General . 186 ( 1– 2): 3– 12. doi :10.1016/S0926-860X(99)00160-X.
  80. ^ Куанг, Дайбин; Ито, Сейго; Венгер, Бернард; Кляйн, Седрик; Мозер, Жак-Э; Хамфри-Бейкер, Робин; Закееруддин, Шайк М.; Гретцель, Майкл (2006). «Гетеролептические комплексы рутения с высоким молярным коэффициентом экстинкции для тонкопленочных сенсибилизированных красителем солнечных элементов». Журнал Американского химического общества . 128 (12): 4146– 54. Bibcode : 2006JAChS.128.4146K. doi : 10.1021/ja058540p. PMID  16551124. S2CID  39111991.
  81. ^ ab "Рутений". espimetals.com . Получено 26 июля 2020 г. .
  82. ^ ab "Рутений (Ru) - Химические свойства, воздействие на здоровье и окружающую среду". lenntech.com . Получено 26 июля 2020 г. .

Библиография

На Викискладе есть медиафайлы по теме Рутений.
Найдите значение слова «рутений» в Викисловаре, бесплатном словаре.

Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Рутений&oldid=1267009055"