Ruthenium là kim loại nhẹ nhất và ít "cao quý" nhất trong tất cả các kim loại nhóm bạch kim. Nó có lẽ là nguyên tố "đa hóa trị" nhất (chín trạng thái hóa trị đã được biết đến). Dù hơn nửa thế kỷ lịch sử nghiên cứu nhưng nó vẫn đặt ra nhiều câu hỏi và vấn đề cho các nhà hóa học hiện đại ngày nay. Vậy ruthenium là một nguyên tố hóa học nào? Để bắt đầu, hãy đi sâu vào lịch sử.
Bí ẩn và giàu có
Tên và lịch sử phát hiện ra ruthenium có mối liên hệ chặt chẽ với Nga. Vào đầu thế kỷ 20, cộng đồng thế giới vô cùng phấn khích và lo lắng trước thông tin mỏ bạch kim giàu có nhất đã được phát hiện ở Đế quốc Nga. Có tin đồn rằng ở Urals, việc khai thác kim loại quý này có thể được thực hiện bằng một cái xẻng thông thường. Sự thật về việc phát hiện ra các khoản tiền gửi dồi dào đã sớm được xác nhận bởi Bộ trưởng Bộ Tài chính Nga, E. F. Kankrin, đã gửi sắc lệnh cao nhất về việc đúc tiền từ bạch kim cho Xưởng đúc tiền St. Petersburg. Trong những năm tiếp theo, khoảng một triệu rưỡi đồng xu (3, 6 và 12 rúp) đã được đưa vào lưu thông để sản xuất trong đó 20 tấn kim loại quý đã được sử dụng.
"Khám phá" Ozanne
Giáo sư của Đại học Derpt-Yuryevsky (nay là Tartu) Gottfried Ozann bắt đầu nghiên cứu thành phần của quặng quý Ural. Ông đi đến kết luận rằng bạch kim đi cùng với ba kim loại chưa biết - đa thức, đa thức và rutheni - tên của chúng do chính Ozann đặt. Nhân tiện, anh ấy đặt tên nước thứ ba sau Nga (từ Ruthenia Latinh).
Các đồng nghiệp của Ozanne trên khắp châu Âu, dẫn đầu là nhà hóa học Thụy Điển có thẩm quyền nhất Jens Berzelius, đã rất chỉ trích báo cáo của giáo sư. Trong nỗ lực biện minh cho bản thân, nhà khoa học đã lặp lại một loạt thí nghiệm của mình, nhưng không đạt được kết quả tương tự.
Hai thập kỷ sau, Giáo sư Hóa học Karl Karlovich Klauss (Đại học Kazan) bắt đầu quan tâm đến công trình của Ozanne. Anh ta bảo đảm sự cho phép của Bộ trưởng Tài chính để lấy vài pound tiền đúc còn sót lại từ phòng thí nghiệm của Mint để kiểm tra lại.
Nguyên tố hóa học Kazan ruthenium
Viện sĩ Nga A. E. Arbuzov đã lưu ý trong các bài viết của mình rằng để phát hiện ra một nguyên tố mới vào thời đó, một nhà hóa học cần sự siêng năng và kiên trì, quan sát và hiểu biết sâu sắc, và quan trọng nhất là sự tinh tế trong thực nghiệm. Tất cả những phẩm chất trên đều vốn có ở chàng trai trẻ Karl Clauss ở mức độ cao nhất.
Nghiên cứu của nhà khoa học cũng có ý nghĩa thực tế - chiết xuất bổ sung bạch kim nguyên chất từ bã quặng. Sau khi phát triển kế hoạch của riêng mình cho thí nghiệm, Klauss đã hợp nhất vật liệu quặng với chất khử muối và chiết xuất các nguyên tố hòa tan: osmi, iridi,palađi. Phần không hòa tan được cho tiếp xúc với hỗn hợp axit đậm đặc ("nước cường toan") và chưng cất. Trong kết tủa của hiđroxit sắt, ông phát hiện ra sự có mặt của một kim loại chưa biết và cô lập nó đầu tiên ở dạng sunfua, sau đó ở dạng tinh khiết (khoảng 6 gam). Giáo sư đã giữ lại tên do Ozann đề xuất cho nguyên tố - ruthenium.
Mở và chứng minh
Nhưng hóa ra, câu chuyện về việc phát hiện ra nguyên tố hóa học ruthenium mới chỉ bắt đầu. Sau khi công bố kết quả của cuộc nghiên cứu vào năm 1844, Clauss đã có một loạt lời chỉ trích. Kết luận của nhà khoa học vô danh Kazan đã được các nhà hóa học lớn nhất trên thế giới đón nhận một cách hoài nghi. Ngay cả việc gửi một mẫu nguyên tố mới cho Berzelius cũng không cứu vãn được tình hình. Theo bậc thầy người Thụy Điển, ruthenium của Clauss chỉ là "một mẫu iridi không tinh khiết".
Chỉ những phẩm chất nổi bật của Karl Karlovich với tư cách là một nhà hóa học và thí nghiệm phân tích và một loạt các nghiên cứu bổ sung mới cho phép nhà khoa học chứng minh trường hợp của mình. Năm 1846, khám phá đã nhận được sự công nhận và xác nhận chính thức. Đối với công việc của mình, Klauss đã được trao Giải thưởng Demidov của Viện Hàn lâm Khoa học Nga với số tiền 10 nghìn rúp. Nhờ tài năng và sự kiên trì của giáo sư Kazan, ruthenium, nguyên tố đầu tiên được phát hiện ở Nga, đã được thêm vào hàng ngũ platinoit.
Nghiên cứu thêm
Vấn đề chính trong nghiên cứu các tính chất hóa học và vật lý của ruthenium là hàm lượng cực kỳ hạn chếkim loại này trong vỏ trái đất. Ví dụ, trong chất thải của quá trình sản xuất bạch kim (nguyên liệu làm việc của Clauss), hàm lượng của nó là khoảng 1%. Hầu hết các nhà khoa học hóa học đều công nhận ruthenium là một chất cực kỳ bất lợi cho việc nghiên cứu. Lượng mật độ dồi dào thường khiến các nhà nghiên cứu phải cắt bỏ hoặc đình chỉ công việc của họ.
Nhà khoa học Liên Xô SM Starostin đã dành cả cuộc đời của mình để nghiên cứu các tính chất của một kim loại "khó chịu" và các hợp chất của nó. Kết quả chính của hoạt động của nhà hóa học là các kết luận về tính chất của phức chất nitroso ruthenium và những khó khăn liên quan đến chúng trong việc tách kim loại nguyên chất khỏi uranium và plutonium đi kèm. Ruthenium là một nguyên tố hóa học gì?
Tính chất vật lý
Ruthenium là kim loại có màu, tùy thuộc vào phương pháp thu nhận, nằm trong khoảng từ xám xanh đến trắng bạc. Một số đặc điểm vật lý của nguyên tố hóa học ruthenium cho phép chúng ta coi nó là một chất độc nhất. Cùng với độ giòn cao (tinh thể thậm chí có thể dễ dàng nghiền thành bột bằng tay), ruthenium có độ cứng cực cao - 6,5 trên thang độ cứng khoáng học mười điểm (thang Mohs). Có lẽ nhẹ nhất trong số các kim loại nhóm bạch kim. Mật độ là 12,45g / cm3. Nó rất chịu lửa - nhiệt độ chuyển sang trạng thái lỏng là 2334 ° C. Trong quá trình nóng chảy trong hồ quang điện, người ta quan sát thấy sự bay hơi đồng thời của kim loại. Trong quá trình nung ở nhiệt độ cao ngoài không khí, nguyên tố "bay hơi" ở dạngtetroxit.
Ruthenium được phân loại là chất siêu dẫn. Kim loại thể hiện điện trở bằng không khi được làm lạnh đến 0,47 K. Tính chất này có tầm quan trọng lớn theo quan điểm khoa học và thực tiễn. Là một platinoid, ruthenium là một kim loại quý rất thú vị.
Nguyên tố Ru
Các tính chất của kim loại "Kazan" ở nhiều khía cạnh tiêu biểu cho các đại diện của nhóm VΙΙΙ (bạch kim). Ruthenium là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn với số hiệu nguyên tử là 44, được đặc trưng bởi tính trơ cao. Nó có 7 đồng vị tự nhiên ổn định và 20 đồng vị nhân tạo với số khối từ 92 đến 113.
Dưới nhiệt độ bình thường, nó không bị oxy hóa và ăn mòn, axit và kiềm. Khi đun nóng trên 400 ° C, nó phản ứng với clo, ở 930 ° C - với oxy. Với một số kim loại, nguyên tố hóa học ruthenium tạo thành hợp kim bền được gọi là hợp chất liên kim.
Trong nhiều hợp chất, nó thể hiện hóa trị từ 0 đến 8. Quan trọng nhất bao gồm ruthenium dioxide và tetroxide, sulfide RuS2và florua RuF5.
Ở dạng kim loại nguyên chất, nó có các đặc tính của chất xúc tác với độ chọn lọc cao, cho phép nó được sử dụng để tổng hợp nhiều loại chất hữu cơ và vô cơ. Đóng vai trò là chất hấp thụ hydro tốt nhất.
Lan tỏa trong tự nhiên
Nguyên tố hóa học ruthenium được đặc trưng bởihiếm và rải rác trong tự nhiên. Trong môi trường tự nhiên, nó tạo thành khoáng chất duy nhất được biết đến, laurite. Nó là một chất rắn ở dạng khối bát diện nhỏ màu đen bằng sắt. Kho tiền giàu có và nổi tiếng nhất nằm trên cọc bạch kim của đảo Borneo (Kalimantan). Ở Nga, các hoạt động phát triển đang được tiến hành ở Trung và Nam Ural, trên Bán đảo Kola, trong Lãnh thổ Krasnoyarsk và Khabarovsk.
Trong tất cả các hợp chất tự nhiên khác, lượng ruthenium không vượt quá 0,1%. Dấu vết của kim loại đã được tìm thấy trong một số quặng đồng-niken và đá lửa axit. Một số loài thực vật có khả năng tập trung và tích lũy ruthenium, trong đó nổi bật là các đại diện của họ đậu.
Tổng hàm lượng của nguyên tố trong vỏ trái đất, theo các chuyên gia, không vượt quá 5.000 tấn.
Sản xuất công nghiệp
Nguyên tố ruthenium được coi là cao quý, và nguồn chính của kim loại này là đá thải từ quá trình sản xuất bạch kim. Nhà lãnh đạo không thể tranh cãi trong việc khai thác ruthenium (cũng như bạch kim) là Cộng hòa Nam Phi. Việc phát triển và sản xuất kim loại này cũng do Nga, Canada và Zimbabwe thực hiện. Nhân tiện, quốc gia thứ hai đứng thứ hai trên thế giới về trữ lượng platinoit đã được khám phá.
Lượng ruthenium cung cấp ra thị trường từ 17 đến 20 tấn mỗi năm. Chu kỳ sản xuất để thu được một nguyên tố kéo dài khoảng 6 tuần và là một chuỗi phản ứng nhiệt hóa liên tục nối tiếp nhau.
Công nghệ để đạt đượcruthenium bằng cách chiếu xạ neutron của đồng vị phóng xạ tecneti. Nhưng cần lưu ý rằng việc phân lập một kim loại tinh khiết và ổn định, do tính chất hóa học của nó, không thể đoán trước và không đủ kiến thức, vẫn còn là một giấc mơ viển vông.
Ứng dụng
Mặc dù tất cả các đặc tính của kim loại quý trong ruthenium đều có mặt đầy đủ, nhưng nguyên tố này vẫn chưa được phân phối rộng rãi trong ngành trang sức. Nó chỉ được sử dụng để tăng cường hợp kim và làm cho đồ trang sức đắt tiền bền hơn.
Về lượng ruthenium được tiêu thụ, các lĩnh vực công nghiệp theo thứ tự sau:
- Điện tử.
- Điện hóa.
- Hóa chất.
Đặc tính xúc tác của nguyên tố đang được yêu cầu cao. Nó được sử dụng trong tổng hợp axit hydrocyanic và axit nitric, trong sản xuất hydrocacbon no, glycerin và trùng hợp etylen. Trong công nghiệp luyện kim, phụ gia ruthenium được sử dụng để tăng tính chất chống ăn mòn, tạo độ bền cho hợp kim, độ bền hóa học và cơ học. Các đồng vị phóng xạ của ruthenium thường giúp các nhà khoa học trong nghiên cứu của họ.
Nhiều hợp chất của nguyên tố cũng đã được sử dụng làm chất oxy hóa và thuốc nhuộm tốt. Đặc biệt, clorua được sử dụng để tăng cường khả năng phát quang.
Ý nghĩa sinh học
Ruthenium có khả năng tích tụ trong tế bào của các mô sống, chủ yếu là cơ (kim loại duy nhất thuộc nhóm bạch kim). Có thể kích độngphát triển các phản ứng dị ứng, có tác động tiêu cực đến màng nhầy của mắt và đường hô hấp trên.
Trong y học, kim loại quý được sử dụng như một phương tiện để nhận biết các mô bị ảnh hưởng. Các loại thuốc dựa trên nó được sử dụng để điều trị bệnh lao và các bệnh nhiễm trùng khác nhau ảnh hưởng đến da người. Vì lý do này, có vẻ rất hứa hẹn sẽ sử dụng khả năng của ruthenium để tạo thành phức hợp nitroso ổn định trong cuộc chiến chống lại các bệnh liên quan đến nồng độ nitrat quá mức trong cơ thể con người (tăng huyết áp, viêm khớp, sốc nhiễm trùng và động kinh).
Ai là người đáng trách?
Gần đây nhất, các nhà khoa học Tây Âu đã gây náo loạn dư luận nghiêm trọng với một thông báo rằng hàm lượng đồng vị phóng xạ của ruthenium Ru106 đang phát triển trên khắp lục địa.Các chuyên gia hoàn toàn loại trừ khả năng tự giáo dục của nó trong bầu không khí. Cũng như sự phóng thích ngẫu nhiên từ một nhà máy điện hạt nhân, kể từ đó các hạt nhân phóng xạ cesium và iốt nhất thiết phải có trong không khí, điều này chưa được xác nhận bằng dữ liệu thực nghiệm. Tác động của đồng vị này lên cơ thể con người, giống như bất kỳ nguyên tố phóng xạ nào, dẫn đến sự chiếu xạ của các mô và cơ quan, phát triển thành ung thư. Theo truyền thông phương Tây, các nguồn ô nhiễm có thể xảy ra nằm trên lãnh thổ của Nga, Ukraine hoặc Kazakhstan.
Đáp lại, đại diện Sở Truyền thông Rosatom cho biết, tất cả các xí nghiệp thuộc tập đoàn nhà nước đã làm việc và đang hoạt động như bình thường. Theo ý kiến của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), dựa trên dữ liệu giám sát của chính mình,gọi tất cả các cáo buộc chống lại Liên bang Nga là vô căn cứ.
