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Rutênio

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Rutênio
44 Ru
Fe

Ru

Os
tecnéciorutênioródio
Aparência
metálico branco prateado
Propriedades gerais
Nome, símbolo, número ruténio, Ru, 44
Pronúncia / r u θ Eu n Eu ə m /
roo- THEE -nee-əm
Categoria elemento de metal de transição
Grupo, período, bloco 8, 5, d
Peso atômico padrão 101,07
Configuração eletrônica [ Kr ] 4d 7 5s 1
2, 8, 18, 15, 1
Conchas de electrões de ruténio (2, 8, 18, 15, 1)
História
Descoberta Jędrzej Śniadecki (1807)
Primeiro isolamento Jędrzej Śniadecki (1807)
Reconhecido como um distinto elemento por Karl Ernst Claus (1844)
Propriedades físicas
Densidade (perto RT) 12,45 g · cm -3
Líquido densidade no pf 10,65 g · cm -3
Ponto de fusão 2607 K , 2334 ° C, 4233 ° F
Ponto de ebulição 4423 K, 4150 ° C, 7502 ° F
Calor de fusão 38.59 kJ mol -1 ·
Calor de vaporização 591,6 kJ mol -1 ·
Capacidade calorífica molar 24,06 J · · mol -1 K -1
Pressão de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
em T (K) 2588 2811 3087 3424 3845 4388
Propriedades atômicas
Estados de oxidação 8, 7, 6, 4, 3, 2, 1, -2
(Moderadamente ácida óxido)
Eletronegatividade 2,2 (escala de Pauling)
Energias de ionização 1º: 710,2 kJ · mol -1
2: 1620 kJ · mol -1
3: 2747 kJ · mol -1
Raio atômico 134 pm
O raio de covalência 146 ± 19:00
Miscelânea
A estrutura de cristal hexagonal repleto de perto
Rutênio tem um fim embalado estrutura cristalina hexagonal
Ordenamento magnético paramagnético
Resistividade elétrica (0 ° C) 71 Nco · m
Condutividade térmica 117 W · m -1 · K -1
Expansão térmica (25 ° C) de 6,4 uM · · K -1 m -1
Velocidade do som (haste fina) (20 ° C) 5970 m · s -1
O módulo de Young 447 GPa
Módulo de cisalhamento 173 GPa
Massa de módulo 220 GPa
Rácio de Poisson 0,30
Dureza de Mohs 6.5
Dureza Brinell 2.160 MPa
Número de registo CAS 7440-18-8
A maioria dos isótopos estáveis
Ver artigo principal: Isótopos de rutênio
iso N / D meia-vida DM DE ( MeV) DP
96 Ru 5,52% > 6,7 × 10 16 y β + β + 2,7188 96 Mo
97 Ru syn 2.9 d ε - 97 Tc
γ 0,215, 0,324 -
98 Ru 1,88% 98 Ru é estável com 54 nêutrons
99 Ru 12,7% 99 Ru é estável com 55 nêutrons
100 Ru 12,6% 100 Ru é estável com 56 nêutrons
101 Ru 17,0% 101 Ru é estável com 57 nêutrons
102 Ru 31,6% 102 Ru é estável com 58 nêutrons
103 Ru syn 39,26 d β - 0,226 103 Rh
γ 0,497 -
104 Ru 18,7% 104 Ru é estável com 60 nêutrons
106 Ru syn 373,59 d β - 3.54 106 Rh

Ruténio é um elemento químico com o símbolo Ru e número atômico 44. É um raro metal de transição pertencente ao grupo da platina da tabela periódica . Tal como os outros metais do grupo da platina, ruténio é inerte para a maioria dos produtos químicos. O Cientista alemão Báltico Karl Ernst Claus descobriu o elemento em 1844 e nomeou-o depois Ruthenia, a palavra latina para Rus '. Rutênio geralmente ocorre como um componente menor de platina minérios e sua produção anual é de apenas cerca de 20 toneladas. Mais ruténio é usado para contactos eléctricos resistentes ao desgaste e a produção de resistências de película grossa. A aplicação menor de rutênio é seu uso em alguns de platina ligas.

Características

Propriedades físicas

Um bar irregular de metal prateado brilhante. Uma extremidade é áspera, como se quebrada, enquanto a outra, extremidade em forma de charuto é relativamente suave.
Metade de um puro, por feixe de elétrons bar rutênio refundido

Um metal branco polivalente duro, rutênio é um membro da grupo da platina e é em grupo 8 da tabela periódica:

Z Elemento Número de elétrons / shell
26 ferro 2, 8, 14, 2
44 rutênio 2, 8, 18, 15, 1
76 ósmio 2, 8, 18, 32, 14, 2
108 hassium 2, 8, 18, 32, 32, 14, 2

No entanto, ele tem uma configuração atípica nas suas camadas eletrônicas ultraperiféricas: enquanto todos os outros elementos do grupo 8 tem 2 elétrons na camada mais externa, em rutênio, um daqueles é transferido para um reservatório inferior. Este efeito pode ser observado na metais vizinhos nióbio (41), ródio (45), e paládio (46).

Rutênio tem quatro modificações cristalinas e não manchar a temperaturas normais. Ruténio dissolve em álcalis fundidos, não é atacado por ácidos, mas é atacado por halogênios em altas temperaturas. Pequenas quantidades de ruténio pode aumentar a dureza de platina e de paládio . A corrosão resistência de titânio é aumentada significativamente pela adição de uma pequena quantidade de ruténio.

Este metal pode ser revestida ou por galvanização ou por meio de métodos de decomposição térmica. Um ruthenium- molibdénio liga é conhecido por ser supercondutoras a temperaturas inferiores a 10,6 K .

Isótopos

Naturalmente que ocorre rutênio é composto por sete estáveis isótopos . Além disso, 34 isótopos radioactivos foram descobertos. Destes radioisótopos, os mais estáveis são Ru 106 com uma meia-vida de 373,59 dias, 103 Ru com uma meia-vida de 39,26 dias 97 e Ru, com uma meia-vida de 2,9 dias.

Quinze outros radioisótopos foram caracterizados pesos atômicos que variam de 89,93 u (90 Ru) para 114,928 u (115 Ru). A maioria destes com meias-vidas que são menos de cinco minutos, exceto 95 Ru (meia-vida: 1,643 hora) e Ru 105 (meia-vida: 4,44 horas).

O primário modo de decaimento antes do isótopo mais abundante, 102 Ru, é captura eletrônica eo primeiro modo após é a emissão beta. O primário produto de decaimento antes 102 Ru é tecnécio eo primeiro modo após é ródio .

Ocorrência

Rutênio é extremamente rara, somente a 74 metal mais abundante na Terra. Este elemento é geralmente encontrada em minérios com os outros metais do grupo da platina no Montes Urais e no Norte e Sul América. Pequeno, mas comercialmente importantes quantidades também são encontrados em pentlandite a partir extraída Sudbury, Ontário, Canadá , e em depósitos pyroxenite na ?frica do Sul . A forma nativa de rutênio é um mineral muito raro (Ir substitui parte do Ru em sua estrutura).

Produção

Mineração

Cerca de 12 toneladas de rutênio é extraído a cada ano com reservas mundiais estimadas 5.000 toneladas. A composição das misturas extraído do metal do grupo da platina (PGM) varia numa larga gama, dependendo da formação geoquímico. Por exemplo, os PGMs minados na ?frica do Sul contêm, em média, 11% de rutênio enquanto os PGMs minados na ex-URSS conter somente 2% com base em pesquisas que data de 1992.

Ruténio, como os outros metais do grupo da platina, é obtido comercialmente como um subproduto de níquel e de cobre de mineração e de processamento, bem como pelo processamento de minérios de metais do grupo da platina. Durante electrolítica de cobre e níquel, metais nobres tais como a prata, ouro e os metais do grupo da platina se depositam no fundo da célula como lama ânodo, que constitui o ponto de partida para a sua extracção. Para separar os metais, devem primeiro ser posto em solução. Vários métodos estão disponíveis, dependendo do processo de separação e a composição da mistura; dois métodos representativos são fusão com peróxido de sódio, seguido por dissolução em água régia e dissolução numa mistura de cloro com ácido clorídrico . Ósmio, ruténio, ródio e irídio podem ser separados a partir de platina e ouro e metais de base pela sua insolubilidade em água régia, deixando um resíduo sólido. O ródio pode ser separado a partir do resíduo por meio de tratamento com bissulfato de sódio fundido. O resíduo insolúvel, contendo Ru, Os e Ir é tratada com óxido de sódio, em que Ir é insolúvel, produzindo Ru e ósmio sais solúveis em água. Após oxidação para os óxidos voláteis, RuO 4 é separada da OsO4 por precipitação de (NH4) RuCl 3 6 com cloreto de amónio, quer por destilação ou extracção com solventes orgânicos do tetróxido de ósmio volátil. O hidrogénio é usado para reduzir cloreto de ruténio de amónio produzindo um pó. O primeiro método para precipitar o ruténio com cloreto de amónio é semelhante ao processo de que Smithson Tennant e William Hyde Wollaston utilizado para a sua separação. Vários métodos são adequados para produção em escala industrial. Em ambos os casos, o produto é reduzido utilizando hidrogénio, obtendo-se o metal como um pó ou uma esponja que pode ser tratada usando técnicas de metalurgia do pó ou de argônio - soldagem a arco.

A partir de combustíveis nucleares usados

Produtos de fissão de urânio-235 contêm quantidades significativas de ruténio e os metais do grupo da platina e, portanto, mais leves combustível nuclear usado pode ser uma possível fonte de rutênio. A extracção complicado é caro e os isótopos radioactivos de ruténio que estão presentes faria armazenamento para vários semividas dos isótopos decomposição necessárias. Isso faz com que esta fonte de ruténio desinteressante e sem extracção em larga escala tem sido iniciado.

Os compostos químicos

Os estados de oxidação de ruténio gama 0-8, e -2. As propriedades de ruténio e ósmio compostos são muitas vezes semelhantes. Os 2, 3, e 4 estados são as mais comuns. O precursor é mais prevalente tricloreto de rutênio, um sólido vermelho que está mal, mas quimicamente versáteis sinteticamente definido.

Óxidos

Rutênio pode ser oxidado para ruténio (IV) (RuO2, estado de oxidação +4), que por sua vez pode ser oxidado através de metaperiodato de sódio de tetróxido de ruténio, RuO 4, um agente oxidante forte, com estrutura e propriedades análogas às tetróxido de ósmio. Tal como tetróxido de ósmio, tetróxido de ruténio é um fixador potente e mancha para microscopia electrónica de materiais orgânicos, e é usado principalmente para revelar a estrutura de amostras de polímero. Rutenato dipotássico (K 2 RuO 4, 6), e perrutenato de potássio (Kruo 4, 7) são também conhecidos.

Complexos de coordenação e organometálicos

Tris (bipiridina) ruténio (II), cloreto.

Ruténio forma uma variedade de complexos de coordenação. Exemplos são os muitos derivados pentammine [Ru (NH3) 5 G] n + o qual muitas vezes existe em ambos Ru (II) e Ru (III). Os derivados de bipiridina e terpyridine são numerosas, mais conhecido sendo o luminescente tris (bipiridina) ruténio (II), cloreto.

Rutênio formar uma ampla gama de compostos com títulos de rutênio carbono. Ruthenocene é estruturalmente análogo ao ferroceno, mas exibe propriedades redox distintivas. Um grande número de complexos de monóxido de carbono são conhecidos, sendo o pai dodecacarbonyl tri-ruténio. O análogo pentacarbonilo de ferro, ruténio pentacarbonilo é instável em condições ambientais. Tricloreto de ruténio carbonylates (reage com monóxido de carbono) para dar mono- e diruthenium (II) a partir de carbonilos que muitos derivados foram preparados tal como RuHCl (CO) (PPh3) 3 e Ru (CO) 2 (PPh3) 3 ( Complexo de Roper). Soluções de aquecimento de tricloreto de ruténio em álcoois com trifenilfosfina dá tris (trifenilfosfina) ruténio (RuCl 2 (PPh 3 3)), que se converte no ruténio chlorohydridotris complexo de hidreto (trifenilfosfina) (II) (RuHCl (PPh 3) 3).

No domínio da síntese de química fina, Catalisador de Grubbs de metátese é utilizado para alceno.

Ruthenides

Ruthenides metal (Ru 2-) são muito raros, mas são comumente encontrados em aplicações de supercondutores, especialmente no que diz respeito a metais lantanídeos por exemplo cério ruthenide (CERU 2).

História

Embora de ocorrência natural ligas de platina contendo todos os seis metais do grupo da platina foram usadas durante muito tempo pela pré-colombiana americanos e conhecido como um material para os químicos europeus a partir de meados do século 16, foi preciso esperar até meados do século 18 para a platina para ser identificado como um elemento puro. A descoberta de que a platina naturais contidos paládio, ródio, ósmio e irídio ocorreu na primeira década do século 19. Platinum em areias aluviais dos rios russos deram acesso a matéria-prima para uso em placas e medalhas e para a cunhagem de rublo moedas , a partir de 1828. Resíduos da produção de platina para a cunhagem estavam disponíveis no Império Russo, e, portanto, a maioria das pesquisas sobre eles foi feito na Europa Oriental.

É possível que o polonês químico Jędrzej Śniadecki elemento isolado 44 (que ele chamou de "vestium") a partir de minérios de platina em 1807. Ele publicou sua descoberta em língua polaca no artigo "Rosprawa o nowym indús w surowey platynie odkrytym" em 1808. Seu trabalho nunca foi confirmada, no entanto, e mais tarde ele retirou o seu pedido de descoberta. Jöns Berzelius e Gottfried Osann quase descobriu o ruténio em 1827. Eles examinaram os resíduos que foram deixados após a dissolução platina bruto do Montes Urais, na água régia. Berzelius não encontrou quaisquer metais incomuns, mas Osann pensou que ele encontrou três novos metais, pluranium, ruténio e polinium. Esta discrepância levou a uma controvérsia de longa data entre Berzelius e Osann sobre a composição dos resíduos.

Em 1844, o Cientista alemão Báltico Karl Ernst Noel mostraram que os compostos preparados por Gottfried Osann continha pequenas quantidades de ruténio, que tinha Noel descobriu o mesmo ano. Noel rutênio isolado a partir dos resíduos de platina da produção rublo enquanto ele estava trabalhando em Universidade de Kazan, Kazan. Noel mostrou que continha óxido de ruténio um novo metal e obteve 6 gramas de ruténio a partir da parte de platina em bruto que é insolúvel em água régia.

O nome deriva Ruthenia, a palavra latina para Rus ', uma área histórica que inclui atual ocidental da Rússia , Ucrânia , Bielorrússia , e em partes da Eslováquia e Polónia . Noel usou o nome proposto por Gottfried Osann em 1828. Ele escolheu o nome do elemento em homenagem a sua terra natal, como ele nasceu em Tartu, Estónia , que era na época uma parte do Império Russo .

Aplicações

Devido à sua capacidade para endurecer ligas de platina e paládio, ruténio é usado em ligas de platina e paládio para tornar resistente ao desgaste contatos elétricos. Nesta aplicação, as películas finas única chapeados são usados para conseguir a necessária resistência ao desgaste. Devido ao seu baixo custo e propriedades semelhantes em comparação com o ródio, o uso como material de chapeamento para contactos eléctricos é uma das principais aplicações. Os revestimentos finos ou são aplicados por galvanoplastia ou pulverização catódica.

Dióxido de ruténio e do chumbo e bismuto ruthenates são usados em espessura de película resistências de chips. Estas duas aplicações eletrônicas representam 50% do consumo de rutênio.

Apenas algumas ligas de rutênio são usadas diferentes daqueles com outros metais do grupo da platina. Ruténio é frequentemente usado em pequenas quantidades nos ligas para melhorar algumas das suas propriedades. O efeito benéfico sobre a resistência à corrosão de titânio ligas levou ao desenvolvimento de uma liga especial contendo 0,1% de ruténio. Ruténio é também utilizado em alguns avançados de alta temperatura de um único cristal superligas, com aplicações, incluindo as pás da turbina em motores a jato . Composições de superligas à base de níquel Vários são descritos na literatura. Entre eles estão EPM-102 (com 3% de Ru) e TMS-162 (com 6% de Ru), bem como TMS-138 e TMS-174. ambos contendo 6% de rénio . Pena de fonte nibs são frequentemente derrubado com ligas contendo rutênio. De 1944 em diante, o famoso Caneta Parker 51 chafariz foi equipado com o bico "RU", um bico de ouro 14K derrubado com 96,2% de rutênio e 3,8% de irídio .

Ruténio é um componente de óxido misto de metais (MMO) ânodos usados para proteção catódica de estruturas subterrâneas e submersas, e para células eletrolíticas para processos químicos, tais como geração de cloro da água salgada. O fluorescência de alguns complexos de ruténio é extinta por oxigénio, o que levou ao seu uso como optode sensores de oxigênio. Vermelho de ruténio, [(NH 3) 5 Ru-O-Ru (NH3) 4 -O-Ru (NH3) 5] 6 +, é um mancha biológico utilizado para corar moléculas polianiónicos como o e pectina Os ácidos nucleicos para A microscopia de luz e microscopia eletrônica. O isótopo beta-decadente 106 de rutênio é usado na radioterapia de tumores oculares, principalmente melanomas malignos do úvea. Complexos de rutênio-centrado estão sendo pesquisadas para possíveis propriedades anticancerígenas. Em comparação com complexos de platina, os de ruténio apresentam melhor resistência à hidrólise e uma acção mais selectiva em tumores. NAMI-A e KP1019 são dois medicamentos sujeitos a avaliação clínica contra tumores metastáticos e cancros do cólon.

Catálise

Rutênio é um catalisador versátil. O sulfureto de hidrogénio pode ser dividida por luz, utilizando uma suspensão aquosa de CdS partículas carregado com dióxido de ruténio. Isto pode ser útil para a remoção de H 2 S no refinarias petrolíferas e outras instalações de processamento industrial. Rutênio Organometallic carbene e complexos alquilideno foram encontrados para ser catalisadores altamente eficazes para o metátese de olefina, um processo com aplicações importantes em química orgânica e farmacêutica.

Conversão de energia solar

Alguns complexos de rutênio absorvem a luz em todo o espectro visível e estão sendo ativamente pesquisado em vários potenciais, de energia solar tecnologias. Por exemplo, compostos à base de ruténio têm sido utilizados para a absorção de luz em células solares sensibilizadas corante, uma nova e promissora low-cost sistema de célula solar.

Armazenamento de dados

Deposição química de vapor de ruténio é usado como um método para a produção de películas finas de ruténio puro em substratos. Estes filmes mostram propriedades promissoras para o uso em microchips e para o gigante elemento de leitura magnetoresistive para unidades de disco rígido. Rutênio também foi sugerida como um material para microeletrônica porque seu uso é compatível com técnicas de processamento de semicondutores.

Materiais exóticos

Muitos óxidos à base de rutênio mostram propriedades muito incomuns, como uma comportamento quântico crítico ponto, exótico supercondutividade , e alta temperatura ferromagnetismo.

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