روتنیوم سبکترین و کم "نجیب"ترین فلز در میان تمام فلزات گروه پلاتین است. شاید این عنصر «چند ظرفیتی» باشد (نه حالت ظرفیت شناخته شده است). با وجود بیش از نیم قرن سابقه تحقیقاتی، هنوز سوالات و مشکلات بسیاری را برای شیمیدانان مدرن امروزی ایجاد می کند. بنابراین روتنیوم به عنوان یک عنصر شیمیایی چیست؟ برای شروع، یک انحراف کوتاه در تاریخ.
مرموز و ثروتمند
نام و تاریخچه کشف روتنیوم به طور جدایی ناپذیری با روسیه مرتبط است. در همان آغاز قرن بیستم، جامعه جهانی از این خبر که غنی ترین ذخایر پلاتین در امپراتوری روسیه کشف شده است، هیجان زده و نگران بود. شایعاتی وجود داشت که در اورال می توان استخراج این فلز گرانبها را با یک بیل معمولی انجام داد. حقیقت کشف ذخایر غنی به زودی با این واقعیت تأیید شد که وزیر دارایی روسیه، E. F. Kankrin، بالاترین فرمان ضرب سکه از پلاتین را به ضرابخانه سن پترزبورگ ارسال کرد. در سالهای بعد، حدود یک و نیم میلیون سکه (3، 6 و 12 روبل) به گردش درآمد که برای تولید آن 20 تن فلز گرانبها هزینه شد.
"کشف" اوزان
استاد دانشگاه درپت-یوریفسکی (اکنون تارتوی) گوتفرید اوزان مطالعه ترکیب سنگ معدن گرانبهای اورال را آغاز کرد. او به این نتیجه رسید که پلاتین با سه فلز ناشناخته - چند جمله ای، چند جمله ای و روتنیم - همراه است که نام آنها توسط خود اوزان ذکر شده است. به هر حال، او سومی را به نام روسیه (از لاتین روتنیا) نامگذاری کرد.
همکاران اوزان در سراسر اروپا، به رهبری معتبرترین شیمیدان سوئدی، ینس برزلیوس، به شدت از گزارش پروفسور انتقاد کردند. در تلاش برای توجیه خود، دانشمند مجموعه ای از آزمایشات خود را تکرار کرد، اما نتوانست به همان نتایج دست یابد.
دو دهه بعد، پروفسور شیمی کارل کارلوویچ کلاوس (دانشگاه کازان) به کار اوزان علاقه مند شد. او از وزیر خزانه داری اجازه گرفت تا چندین پوند سکه باقی مانده را از آزمایشگاه ضرابخانه برای آزمایش مجدد بردارد.
عنصر شیمیایی کازان روتنیم
آکادمیسین روسی A. E. Arbuzov در نوشته های خود خاطرنشان کرد که برای کشف عنصر جدیدی در آن روزها، یک شیمیدان به سخت کوشی و پشتکار بسیار، مشاهده و بینش و از همه مهمتر به استعداد تجربی ظریف نیاز داشت. تمام ویژگیهای فوق به بالاترین درجه در کارل کلاوس جوان ذاتی بود.
تحقیق این دانشمند همچنین اهمیت عملی داشت - استخراج اضافی پلاتین خالص از بقایای سنگ معدن. کلاوس پس از توسعه طرح خود برای آزمایش، مواد سنگ معدن را با نمک نمک ذوب کرد و عناصر محلول را استخراج کرد: اسمیم، ایریدیوم،پالادیوم قسمت نامحلول در معرض مخلوطی از اسیدهای غلیظ ("آکوا رژیا") و تقطیر قرار گرفت. در رسوب هیدروکسید آهن، او وجود یک فلز ناشناخته را کشف کرد و آن را ابتدا به شکل سولفید و سپس به صورت خالص (حدود 6 گرم) جدا کرد. پروفسور نام پیشنهادی اوزان را برای عنصر روتنیم حفظ کرد.
باز کردن و اثبات
اما همانطور که مشخص شد، داستان کشف عنصر شیمیایی روتنیم تازه شروع شده بود. پس از انتشار نتایج این مطالعه در سال 1844، تگرگ انتقاد بر کلاوس فرود آمد. نتیجه گیری های دانشمند ناشناخته کازان با شک و تردید توسط بزرگترین شیمیدانان جهان دریافت شد. حتی ارسال نمونه ای از عنصر جدید برای برزلیوس نیز وضعیت را نجات نداد. به گفته استاد سوئدی، روتنیوم کلاوس فقط "نمونه ای از ایریدیوم ناخالص" بود.
تنها ویژگیهای برجسته کارل کارلوویچ به عنوان یک شیمیدان تحلیلی و آزمایشگر و یک سری مطالعات اضافی به دانشمند اجازه داد تا ادعای خود را ثابت کند. در سال 1846، این کشف به رسمیت شناخته شد و تایید شد. برای کار خود ، کلاوس جایزه دمیدوف آکادمی علوم روسیه را به مبلغ 10 هزار روبل دریافت کرد. به لطف استعداد و پشتکار پروفسور کازان، روتنیوم، اولین عنصر کشف شده در روسیه، به صفوف پلاتینوئیدها اضافه شد.
تحقیق بیشتر
مشکل اصلی در مطالعه خواص شیمیایی و فیزیکی روتنیم محتوای بسیار محدود آن است.این فلز در پوسته زمین به عنوان مثال، در ضایعات تولید پلاتین (ماده کاری Clauss) محتوای آن حدود 1٪ است. اکثر دانشمندان شیمی روتنیم را به عنوان یک ماده بسیار نامطلوب برای مطالعه می شناسند. انبوه بن بست ها اغلب باعث می شود که محققان کار خود را محدود یا متوقف کنند.
دانشمند شوروی، اس ام استاروستین، تمام زندگی خود را وقف مطالعه خواص یک فلز "ناراحت کننده" و ترکیبات آن کرد. نتیجه اصلی فعالیت شیمیدان نتیجه گیری در مورد خواص کمپلکس های روتنیم نیتروزو و مشکلات مرتبط با آنها در جداسازی فلز خالص از اورانیوم و پلوتونیوم همراه است. روتنیم به عنوان یک عنصر شیمیایی چیست؟
خواص فیزیکی
روتنیوم فلزی است که رنگ آن بسته به روش به دست آوردن از خاکستری مایل به آبی تا نقره ای-سفید متغیر است. برخی از ویژگی های فیزیکی عنصر شیمیایی روتنیوم به ما این امکان را می دهد که آن را یک ماده منحصر به فرد در نظر بگیریم. روتنیوم همراه با شکنندگی بالا (کریستال ها حتی به راحتی با دست به پودر تبدیل می شوند)، سختی بسیار بالایی دارد - 6.5 در مقیاس سختی کانی شناسی ده درجه ای (مقیاس Mohs). شاید سبک ترین فلز از گروه پلاتین باشد. چگالی 12.45 گرم در سانتی متر است3. بسیار نسوز است - دمای انتقال به حالت مایع 2334 درجه سانتیگراد است. در حین ذوب در قوس الکتریکی، تبخیر همزمان فلز مشاهده می شود. در طول کلسینه کردن با دمای بالا در هوای آزاد، عنصر به شکل "فرار" می شودتتروکسیدها.
روتنیوم به عنوان یک ابررسانا طبقه بندی می شود. این فلز هنگامی که تا 0.47 کلوین خنک شود مقاومت صفر از خود نشان می دهد. این ویژگی از نظر علمی و عملی اهمیت زیادی دارد. به عنوان یک پلاتینوئید، روتنیم یک فلز گرانبها بسیار جالب است.
Element Ru
خواص فلز "کازان" از بسیاری جهات برای نمایندگان گروه VΙΙΙ (پلاتین) معمول است. روتنیوم یک عنصر شیمیایی جدول تناوبی با عدد اتمی 44 است که با بی اثری بالا مشخص می شود. دارای 7 ایزوتوپ طبیعی پایدار و 20 ایزوتوپ مصنوعی با اعداد جرمی از 92 تا 113.
در دمای معمولی، در معرض اکسیداسیون و خوردگی، اسیدها و قلیاها نیست. هنگامی که بالاتر از 400 درجه سانتیگراد گرم می شود، با کلر، در 930 درجه سانتیگراد - با اکسیژن واکنش می دهد. با برخی از فلزات، عنصر شیمیایی روتنیم آلیاژهای پایداری به نام ترکیبات بین فلزی تشکیل می‌دهد.
در ترکیبات متعدد، ظرفیتی از صفر تا هشت را نشان می دهد. مهمترین آنها شامل دی اکسید روتنیم و تتروکسید، سولفید RuS2 و فلوراید RuF5.
در شکل خالص فلزی خود، دارای خواص یک کاتالیزور با گزینش پذیری بالا است که به آن امکان می دهد برای سنتز طیف گسترده ای از مواد آلی و معدنی استفاده شود. به عنوان بهترین جاذب برای هیدروژن عمل می کند.
گسترش در طبیعت
عنصر شیمیایی روتنیوم با شدت مشخص مشخص می شودکمیاب و پراکنده در طبیعت. در محیط طبیعی خود، تنها ماده معدنی شناخته شده، لوریت را تشکیل می دهد. این یک جامد به شکل هشت وجهی کوچک آهنی سیاه است. غنی ترین و معروف ترین ذخایر در پلاتین پلاتین جزیره بورنئو (کالیمانتان) قرار دارد. در روسیه، تحولات در اورال میانه و جنوبی، در شبه جزیره کولا، در سرزمین های کراسنویارسک و خاباروفسک در جریان است.
در سایر ترکیبات طبیعی، مقدار روتنیوم از 0.1٪ تجاوز نمی کند. ردپایی از فلز در برخی سنگ‌های معدنی مس نیکل و سنگ‌های آذرین اسیدی یافت شده است. برخی از گیاهان توانایی تمرکز و تجمع روتنیوم را دارند که در میان آنها نمایندگان خانواده حبوبات برجسته هستند.
محتوای کل عنصر در پوسته زمین، به گفته کارشناسان، از 5000 تن تجاوز نمی کند.
تولید صنعتی
عنصر روتنیم نجیب در نظر گرفته می شود و منبع اصلی این فلز سنگ های زاید حاصل از تولید پلاتین است. رهبر بلامنازع در استخراج روتنیوم (و همچنین پلاتین) جمهوری آفریقای جنوبی است. توسعه و تولید این فلز نیز توسط کشورهای روسیه، کانادا و زیمبابوه انجام می شود. به هر حال، کشور دوم از نظر ذخایر کشف شده پلاتینوئیدها در رتبه دوم جهان قرار دارد.
میزان روتنیوم عرضه شده به بازار از 17 تا 20 تن در سال متغیر است. چرخه تولید برای به دست آوردن یک عنصر حدود 6 هفته طول می کشد و یک زنجیره پیوسته از واکنش های ترموشیمیایی است که یکی پس از دیگری دنبال می شود.
فناوری برای به دست آوردنروتنیوم توسط تابش نوترونی ایزوتوپ های تکنسیم رادیواکتیو. اما باید توجه داشت که جداسازی یک فلز خالص و پایدار به دلیل خواص شیمیایی، غیرقابل پیش بینی بودن و دانش ناکافی آن، همچنان یک رویا باقی مانده است.
برنامه ها
اگرچه تمام خواص فلز نجیب در روتنیم به طور کامل وجود دارد، این عنصر در صنعت جواهرسازی توزیع گسترده ای دریافت نکرده است. فقط برای تقویت آلیاژها و دوام بیشتر جواهرات گران قیمت استفاده می شود.
از نظر مقدار روتنیوم مصرفی، بخش های صنعتی به ترتیب زیر هستند:
- الکترونیک.
- الکتروشیمیایی.
- شیمیایی.
خواص کاتالیزوری عنصر تقاضای بالایی دارد. در سنتز اسیدهای هیدروسیانیک و نیتریک، در تولید هیدروکربن های اشباع، گلیسیرین و پلیمریزاسیون اتیلن استفاده می شود. در صنعت متالورژی، افزودنی های روتنیوم برای افزایش خواص ضد خوردگی، ایجاد استحکام به آلیاژها، مقاومت شیمیایی و مکانیکی استفاده می شود. ایزوتوپ‌های رادیواکتیو روتنیوم اغلب به دانشمندان در تحقیقاتشان کمک می‌کنند.
بسیاری از ترکیبات این عنصر نیز به عنوان اکسید کننده و رنگ خوب استفاده شده است. به طور خاص، کلریدها برای افزایش درخشندگی استفاده می شوند.
اهمیت بیولوژیکی
روتنیوم توانایی انباشته شدن در سلول‌های بافت‌های زنده، عمدتاً ماهیچه‌ها (تنها فلز گروه پلاتین) را دارد. ممکن است تحریک کندایجاد واکنش های آلرژیک، تأثیر منفی بر غشای مخاطی چشم و دستگاه تنفسی فوقانی دارد.
در پزشکی از فلز نجیب به عنوان وسیله ای برای تشخیص بافت های آسیب دیده استفاده می شود. داروهای مبتنی بر آن برای درمان سل و عفونت های مختلف که بر پوست انسان تأثیر می گذارد استفاده می شود. به همین دلیل، استفاده از توانایی روتنیم برای تشکیل کمپلکس های نیتروزوی پایدار در مبارزه با بیماری های مرتبط با غلظت بیش از حد نیترات در بدن انسان (فشار خون، آرتریت، شوک سپتیک و صرع) بسیار امیدوارکننده به نظر می رسد.
مقصر کیست؟
اخیراً، دانشمندان اروپای غربی با پیامی مبنی بر اینکه محتوای ایزوتوپ رادیواکتیو روتنیم Ru106 در سراسر این قاره در حال رشد است، مردم را به طور جدی نگران کرده اند. کارشناسان به طور کامل خودآموزی آن را در جو حذف می کنند. و همچنین انتشار تصادفی از یک نیروگاه هسته ای، از آن زمان رادیونوکلئیدهای سزیم و ید لزوماً در هوا وجود دارند، که توسط داده های تجربی تأیید نشده است. تأثیر این ایزوتوپ بر بدن انسان، مانند هر عنصر رادیواکتیو، منجر به تابش بافت ها و اندام ها، ایجاد سرطان می شود. به گفته رسانه های غربی، منابع احتمالی آلودگی در خاک روسیه، اوکراین یا قزاقستان قرار دارند.
در پاسخ، یکی از نمایندگان وزارت ارتباطات روس اتم گفت که تمام شرکت های شرکت دولتی مانند همیشه کار می کنند و دارند کار می کنند. آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، به نظر خود، بر اساس داده‌های نظارتی خود،تمام اتهامات علیه فدراسیون روسیه را بی اساس خواند.
