Ruth??nium

Ruth??nium
44 Ru
Fe ↑ Ru ↓ Os Tableau p??riodique techn??tium ← → ruth??nium rhodium
Apparence
m??tallique blanc argent??
Propri??t??s g??n??rales
Nom, symbole, nombre	ruth??nium, Ru, 44
Prononciation	/ r U θ Je n Je ə m / roo- THEE -neE-əm
??l??ment Cat??gorie	m??tal de transition
Groupe, p??riode, bloc	8, 5, r??
Poids atomique standard	101,07
Configuration ??lectronique	[ Kr ] 4d 7 5s 1 2, 8, 18, 15, 1
Histoire
D??couverte	Jędrzej Śniadecki (1807)
Premier isolement	Jędrzej Śniadecki (1807)
Reconnu comme un distincte ??l??ment par	Karl Klaus (1844)
Propri??t??s physiques
Densit?? (?? proximit?? rt)	12,45 g ?? cm -3
Liquid densit?? au mp	10,65 g ?? cm -3
Point de fusion	2607 K , 2334 ?? C, 4233 ?? F
Point d'??bullition	4423 K, 4150 ?? C, 7502 ?? F
La chaleur de fusion	38,59 kJ ?? mol -1
Chaleur de vaporisation	591,6 kJ ?? mol -1
Capacit?? thermique molaire	24,06 J ?? mol -1 .K -1
La pression de vapeur
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ?? T (K) 2588 2811 3087 3424 3845 4388
Propri??t??s atomiques
??tats d'oxydation	8, 7, 6, 4, 3, 2, 1, -2 (L??g??rement acide oxyde)
??lectron??gativit??	2,2 (??chelle de Pauling)
??nergies d'ionisation	1e: 710,2 kJ ?? mol -1
	2??me: 1620 kJ ?? mol -1
	3??me: 2747 kJ ?? mol -1
Rayon atomique	134 h
Rayon covalente	146 ?? 19 heures
Miscellan??es
Crystal structure	hexagonale compacte
Ordre magn??tique	paramagn??tique
R??sistivit?? ??lectrique	(0 ?? C) de 71 nΩ ?? m
Conductivit?? thermique	117 W ?? m -1 ?? K -1
Dilatation thermique	(25 ?? C) de 6,4 um ?? m -1 ?? K -1
Vitesse du son (tige mince)	(20 ?? C) 5,970 m ?? s -1
Le module d'Young	447 GPa
Module de cisaillement	173 GPa
Module Bulk	220 GPa
Coefficient de Poisson	0,30
Duret?? Mohs	6.5
Duret?? Brinell	2160 MPa
Num??ro de registre CAS	7440-18-8
La plupart des isotopes stables
Article d??taill??: Isotopes du ruth??nium
iso N / A demi-vie 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 est stable avec 54 neutrons 99 Ru 12,7% 99 Ru est stable avec 55 neutrons 100 Ru 12,6% 100 Ru est stable avec 56 neutrons 101 Ru 17,0% 101 Ru est stable avec 57 neutrons 102 Ru 31,6% 102 Ru est stable avec 58 neutrons 103 Ru syn 39.26 d β - 0,226 103 Rh γ 0,497 - 104 Ru 18,7% 104 Ru est stable avec 60 neutrons 106 Ru syn 373,59 d β - 3,54 106 Rh

Le ruth??nium est un ??l??ment chimique avec le symbole Ru et de num??ro atomique 44. Il est rare m??tal de transition appartenant ?? la groupe du platine du tableau p??riodique . Comme les autres m??taux du groupe du platine, du ruth??nium est inerte ?? la plupart des produits chimiques. Le Scientifique allemand Baltique Karl Klaus a d??couvert l'??l??ment en 1844 et l'a nomm?? apr??s Ruth??nie, le mot pour latine Rus '. Ruth??nium se produit g??n??ralement une composante mineure de platine de minerais et sa production annuelle ne est que de 20 tonnes. La plupart ruth??nium est utilis?? pour les contacts ??lectriques r??sistant ?? l'usure et la production de r??sistances ?? couche ??paisse. Une application mineure de ruth??nium est son utilisation dans certains platine alliages.

Caract??ristiques

Propri??t??s physiques

La moiti?? d'un pur, faisceau d'??lectrons de la barre de ruth??nium refondu

Un disque m??tal blanc polyvalent, ruth??nium est un membre de la groupe du platine et est en groupe 8 de la classification p??riodique:

Cependant, il a une configuration atypique dans ses couches ??lectroniques ultrap??riph??riques: alors que tout autre groupe 8 ??l??ments ont deux ??lectrons de la couche la plus externe, en ruth??nium, un de ceux est transf??r??e ?? une coque inf??rieure. Cet effet peut ??tre observ?? dans les m??taux voisins niobium (41), le rhodium (45), et du palladium (46).

Ruth??nium a quatre modifications cristallines et ne ternit pas ?? des temp??ratures normales. Ruth??nium dissout dans les alcalis en fusion, ne est pas attaqu?? par les acides mais est attaqu?? par des halog??nes ?? haute temp??rature. De petites quantit??s de ruth??nium peuvent augmenter la duret?? du platine et du palladium . La corrosion r??sistance de titane est nettement augment?? par l'addition d'une petite quantit?? de ruth??nium.

Ce m??tal peut ??tre plaqu?? soit par galvanisation ou par des proc??d??s de d??composition thermique. Un ruth??nium molybd??ne alliage est connu pour ??tre supraconducteur ?? des temp??ratures inf??rieures ?? 10,6 K .

Isotopes

Naturellement ruth??nium survenant est compos?? de sept stables isotopes . En outre, les 34 isotopes radioactifs ont ??t?? d??couverts. De ceux-ci radio-isotopes, les plus stables sont ¹⁰⁶ Ru avec une demi-vie de 373,59 jours, ¹⁰³ Ru avec une demi-vie de 39,26 jours et ⁹⁷ Ru avec une demi-vie de 2,9 jours.

Quinze autres radio-isotopes ont ??t?? caract??ris??s avec poids atomiques allant de 89,93 u ⁽⁹⁰ Ru) ?? 114,928 u ⁽¹¹⁵ Ru). La plupart d'entre eux ont des demi-vies qui sont moins de cinq minutes ?? l'exception de ⁹⁵ Ru (demi-vie: 1,643 heures) et ¹⁰⁵ Ru (demi-vie: 4,44 heures).

Le primaire mode de d??sint??gration avant l'isotope le plus abondant, ¹⁰² Ru, est capture d'??lectrons et le mode primaire apr??s est- ??missions beta. Le primaire produit de d??sint??gration avant ¹⁰² Ru est le techn??tium et le mode primaire apr??s est rhodium .

Occurrence

Le ruth??nium est extr??mement rare, seulement le 74e la plupart des m??taux abondant sur Terre. Cet ??l??ment est g??n??ralement trouv?? dans les minerais avec les autres m??taux du groupe du platine dans le Oural et en Am??rique du Nord et du Sud. Petits mais commercialement importantes quantit??s sont ??galement pr??sents dans extrait de pentlandite Sudbury, Ontario, Canada , et d??p??ts de pyrox??nite en Afrique du Sud . La forme native de ruth??nium est un min??ral tr??s rare (Ir remplace une partie de Ru dans sa structure).

Production

Exploitation mini??re

Environ 12 tonnes de ruth??nium est extrait chaque ann??e avec des r??serves mondiales, estim??es en 5000 tonnes. La composition des m??langes extrait m??tal du groupe du platine (PGM) varie dans une large gamme en fonction de la formation g??ochimique. Par exemple, les platino??des min??es en Afrique du Sud contiennent en moyenne 11% de ruth??nium alors que les platino??des extraits dans l'ex-URSS ne contiennent que 2% sur la base de recherche datant de 1992.

Le ruth??nium, comme les autres m??taux du groupe du platine, est obtenu dans le commerce en tant que sous-produit ?? partir de nickel et de cuivre extraction et de traitement, ainsi que par le traitement du groupe du platine de minerais m??talliques. Pendant ??lectroraffinage du cuivre et du nickel, des m??taux nobles tels que l'argent, l'or et les m??taux du groupe du platine se d??posent au fond de la cellule sous forme de boue d'anode, qui forme le point de d??part de leur extraction. Pour s??parer les m??taux, ils doivent d'abord ??tre mis en solution. Plusieurs m??thodes sont disponibles selon le proc??d?? de s??paration et la composition du m??lange; deux proc??d??s repr??sentatifs sont fusion avec le peroxyde de sodium, puis par dissolution dans l'eau r??gale, et la dissolution dans un m??lange de chlore avec de l'acide chlorhydrique . L'osmium, le ruth??nium, le rhodium et l'iridium peuvent ??tre s??par??s du platine et de l'or et les m??taux de base par leur insolubilit?? dans l'eau r??gale, laissant un r??sidu solide. Le rhodium peut ??tre s??par?? du r??sidu par traitement avec du bisulfate de sodium fondu. Le r??sidu insoluble, contenant Ru, Os et Ir est trait?? avec de l'oxyde de sodium, dans lequel est insoluble Ir, Ru et Os produire des sels solubles dans l'eau. Apr??s oxydation des oxydes volatils, RuO ₄ est s??par??e de OsO ₄ par pr??cipitation de (NH _{4) 3} RuCl ₆ avec du chlorure d'ammonium ou par distillation ou par extraction avec des solvants organiques du t??troxyde d'osmium volatil. L'hydrog??ne est utilis?? pour diminuer chlorure d'ammonium de ruth??nium donne une poudre. La premi??re m??thode pour pr??cipiter le ruth??nium avec du chlorure d'ammonium est similaire ?? la proc??dure que Smithson Tennant et William Hyde Wollaston utilis?? pour leur s??paration. Plusieurs m??thodes sont adapt??s ?? la production industrielle ?? grande ??chelle. Dans les deux cas, le produit est r??duit avec de l'hydrog??ne, ce qui donne la forme d'une poudre m??tallique ou une ??ponge qui peut ??tre trait?? en utilisant techniques de m??tallurgie des poudres ou par l'argon - soudage ?? l'arc.

?? partir de combustibles nucl??aires utilis??s

Les produits de fission de uranium-235 contient des quantit??s significatives de ruth??nium et les m??taux du groupe du platine, et donc plus l??gers combustible nucl??aire irradi?? pourrait ??tre une source possible de ruth??nium. L'extraction est co??teux et compliqu?? les isotopes radioactifs de ruth??nium qui sont pr??sents ferait un stockage de plusieurs demi-vie des isotopes n??cessaires en d??composition. Cela rend cette source de ruth??nium peu attrayant et ne extraction ?? grande ??chelle a ??t?? commenc??.

Les compos??s chimiques

Les ??tats d'oxydation du ruth??nium plage de 0-8, et -2. Les propri??t??s de ruth??nium et d'osmium compos??s sont souvent similaires. Les 2, 3 et 4 Etats sont les plus communs. Le pr??curseur le plus r??pandu est trichlorure de ruth??nium, un solide rouge qui est mal d??fini chimiquement mais polyvalent synth??tique.

Oxydes

Ruth??nium peut ??tre ?? oxyder ruth??nium (IV) oxyde (RuO _2, l'??tat d'oxydation +4), qui peut ?? son tour ??tre oxyd?? par le m??taperiodate de sodium ?? t??troxyde de ruth??nium, RuO _4, un agent oxydant puissant avec la structure et les propri??t??s analogues ?? t??troxyde d'osmium. Comme t??troxyde d'osmium, le ruth??nium t??troxyde est un fixateur puissant et tache pour la microscopie ??lectronique de mati??res organiques, et est principalement utilis?? pour r??v??ler la structure des ??chantillons de polym??res. Dipotassique ruth??nate (K ₂ RuO _4, 6), et perruth??nate de potassium (Kruo _4, 7) sont ??galement connus.

complexes de coordination et organom??talliques

Tris (bipyridine) ruth??nium (II).

Le ruth??nium forme une vari??t?? de complexes de coordination. Des exemples sont les d??riv??s de nombreux pentammine [Ru (NH _{3) 5} L] ^{n +} qui existe souvent dans les deux Ru (II) et Ru (III). D??riv??s de bipyridine et terpyridine sont nombreux, plus connu ??tant le luminescent tris (bipyridine) ruth??nium (II).

Ruth??nium former une large gamme de compos??s avec des liaisons carbone-ruth??nium. Ruth??noc??ne est analogue ?? ferroc??ne structurellement, mais pr??sente des propri??t??s distinctives redox. Un grand nombre de complexes de monoxyde de carbone sont connus, le parent ??tant triruth??nium dod??cacarbonyle. L'analogue de pentacarbonyle de fer, le ruth??nium pentacarbonyle est instable dans les conditions ambiantes. Le trichlorure de ruth??nium (carbonylates r??agit avec le monoxyde de carbone) pour donner les mono- et diruth??nium (II) ?? partir de laquelle les carbonyles de nombreux d??riv??s ont ??t?? pr??par??s comme RuHCl (CO) (PPh _{3) 3} et Ru (CO) ₂ (PPh _{3) 3} ( Le complexe de Roper). Solutions de chauffage de trichlorure de ruth??nium en alcools avec triph??nylphosphine donne tris (triph??nylphosphine) ruth??nium (RuCl ₂ (PPh _{3 3)),} qui convertit le complexe ruth??nium chlorohydridotris hydrure (triph??nylphosphine) (II) (RuHCl _{(PPh3) 3).}

Dans le domaine de la synth??se de la chimie fine, Catalyseur de Grubbs est utilis?? pour la m??tath??se alc??ne.

Ruthenides

ruthenides m??talliques (Ru ^2-) sont tr??s rares, mais on trouve couramment dans les applications de supraconducteurs, en particulier en ce qui concerne par exemple les m??taux lanthanides c??rium ruthenide (Ceru _2).

Histoire

Bien que les alliages de platine contenant tous les six naturelle des m??taux du groupe du platine ont ??t?? utilis??s depuis longtemps par pr??colombienne Am??ricains et connu comme un mat??riau pour les chimistes europ??ens du milieu du 16??me si??cle, il a fallu attendre le milieu du 18e si??cle pour le platine d'??tre identifi?? comme un ??l??ment pur. La d??couverte que le platine naturelle contenue palladium, le rhodium, l'osmium et l'iridium se est produite dans la premi??re d??cennie du 19??me si??cle. Platinum dans sables alluvionnaires des fleuves russes ont donn?? l'acc??s ?? la mati??re premi??re pour une utilisation dans des plaques et m??dailles et pour la frappe de rouble pi??ces , ?? partir de 1828. Les r??sidus de la production de platine pour la frappe ??taient disponibles dans l'Empire russe, et donc la plupart des recherches sur eux a ??t?? fait en Europe de l'Est.

Il est possible que le polonais chimiste Jędrzej Śniadecki ??l??ment isol?? 44 (qu'il a appel?? "vestium") ?? partir de minerais de platine en 1807. Il a publi?? sa d??couverte en langue polonaise dans l'article "Rosprawa o nowym usi w surowey platynie odkrytym" en 1808. Son travail n'a jamais ??t?? confirm??e, cependant, et il a ensuite retir?? sa demande de d??couverte. J??ns Berzelius et Gottfried Osann pr??s d??couvert le ruth??nium en 1827. Ils ont examin?? les r??sidus qui ??taient rest??s apr??s la dissolution de platine brut de la Oural en l'eau r??gale. Berzelius n'a pas trouv?? de m??taux inhabituels, mais Osann pensait il a trouv?? trois nouveaux m??taux, pluranium, le ruth??nium et polinium. Cet ??cart a conduit ?? une longue controverse entre Berzelius et Osann sur la composition des r??sidus.

En 1844, le Scientifique allemand Baltique Karl Klaus a montr?? que les compos??s pr??par??s par Gottfried Osann contenue petites quantit??s de ruth??nium, qui avait Claus d??couvert la m??me ann??e. Claus ruth??nium isol?? ?? partir des r??sidus de platine de la production du rouble alors qu'il travaillait dans Universit?? de Kazan, Kazan. Claus a montr?? que l'oxyde de ruth??nium contenait un nouveau m??tal et obtient 6 g de ruth??nium ?? partir de la partie de platine brut qui est insoluble dans l'eau r??gale.

Le nom d??rive de Ruth??nie, le mot pour latine Rus ', un quartier historique qui comprend aujourd'hui l'ouest la Russie , l'Ukraine , le B??larus , et certaines parties de la Slovaquie et de la Pologne . Claus a utilis?? le nom propos?? par Gottfried Osann en 1828. Il a choisi le nom de l'??l??ment en l'honneur de son birthland, comme il est n?? en Tartu, Estonie , qui ??tait ?? l'??poque une partie de l' Empire russe .

Applications

En raison de sa capacit?? ?? durcir le platine et le palladium, le ruth??nium est utilis?? dans les alliages de platine et de palladium pour rendre r??sistant ?? l'usure des contacts ??lectriques. Dans cette application, les films m??tallis??s seulement mince sont utilis??s pour obtenir la r??sistance ?? l'usure n??cessaire. En raison de son faible co??t et des propri??t??s semblables par rapport au rhodium, l'utilisation en tant que mat??riau de rev??tement pour contacts ??lectriques est l'une des principales applications. Les couches minces sont soit appliqu??s par ??lectrod??position ou pulv??risation cathodique.

dioxyde de ruth??nium et de plomb et de bismuth ruth??nates sont utilis??s dans r??sistances ?? puce en couche ??paisse. Ces deux applications ??lectroniques repr??sentent 50% de la consommation de ruth??nium.

Seuls quelques alliages de ruth??nium sont utilis??s, autres que ceux avec d'autres m??taux du groupe du platine. Ruth??nium est souvent utilis?? en petites quantit??s dans les alliages pour am??liorer certaines de leurs propri??t??s. L'effet b??n??fique sur la r??sistance ?? la corrosion du titane alliages conduit ?? l'??laboration d'un alliage sp??cial contenant 0,1% de ruth??nium. Ruth??nium est ??galement utilis?? dans certains haute temp??rature monocristallin avanc??e superalliages, avec des applications, notamment des aubes de turbine dans les moteurs ?? r??action . Compositions de superalliage ?? base de nickel Plusieurs sont d??crits dans la litt??rature. Parmi eux se trouvent EPM-102 (avec 3% de Ru) et TMS-162 (avec 6% de Ru), ainsi que TMS-138 et TMS-174. les deux contenant 6% de rh??nium . pointes de stylet de Fontaine sont souvent d??vers??es avec des alliages contenant du ruth??nium. De 1944 en avant, la c??l??bre Stylo Parker 51 de fontaine a ??t?? ??quip?? de la plume "RU", une plume d'or 14K bascul?? avec 96,2% de ruth??nium et de 3,8% d'iridium .

Le ruth??nium est un composant de oxyde de m??tal mixte (MMO) anodes utilis??s pour la protection cathodique de structures souterraines et immerg??es, ainsi que pour les cellules ??lectrolytiques pour des proc??d??s chimiques tels que de produire du chlore ?? partir de l'eau sal??e. Le fluorescence de certains complexes du ruth??nium est tremp?? par l'oxyg??ne, ce qui a conduit ?? leur utilisation comme capteurs de Optode pour l'oxyg??ne. Le rouge de ruth??nium, [(NH _{3) 5-O-Ru} Ru (NH _{3) 4} -O-Ru (NH _{3) 5]} ^6+, est un tache biologique utilis?? pour colorer mol??cules polyanioniques tels que la pectine et acides nucl??iques pour microscopie optique et microscopie ??lectronique. L'isotope b??ta-d??composition 106 de ruth??nium est utilis?? en radioth??rapie des tumeurs oculaires, principalement m??lanomes malins de la uv??e. complexes de ruth??nium-centr??e sont ?? l'??tude pour les propri??t??s anticanc??reuses possibles. Par rapport aux complexes de platine, de ruth??nium ceux montrent une plus grande r??sistance ?? l'hydrolyse et une action plus s??lective sur les tumeurs. NAMI-A et KP1019 sont deux m??dicaments en cours d'??valuation clinique contre les tumeurs m??tastatiques et les cancers du c??lon.

Catalyse

Le ruth??nium est un catalyseur polyvalent. Le sulfure d'hydrog??ne peut ??tre divis??e par la lumi??re en utilisant une suspension aqueuse de CdS particules charg??es avec du dioxyde de ruth??nium. Cela peut ??tre utile dans l'??limination de H ₂ S dans les raffineries de p??trole et les autres installations de traitement industriel. Ruth??nium organom??tallique carb??ne et des complexes alkylid??ne se sont r??v??l??s ??tre des catalyseurs tr??s efficaces pour m??tath??se des ol??fines, un processus avec des applications importantes en chimie organique et pharmaceutique.

Conversion de l'??nergie solaire

Certains complexes de ruth??nium absorber la lumi??re ?? travers le spectre visible et sont l'objet de recherches activement ?? diverses, potentiels, ??nergie solaire technologies. Par exemple, des compos??s ?? base de ruth??nium ont ??t?? utilis??es pour l'absorption de la lumi??re dans ?? colorant les cellules solaires, une nouvelle prometteuse ?? faible co??t d'un syst??me de cellules solaires.

Stockage de donn??es

D??p??t en phase vapeur chimique de ruth??nium est utilis?? comme un proc??d?? pour produire des films minces de ruth??nium pur sur des substrats. Ces films montrent des propri??t??s prometteuses pour l'utilisation de puces et pour le g??ant ??l??ment de lecture ?? magn??tor??sistance pour les lecteurs de disque dur. Le ruth??nium a ??galement ??t?? sugg??r?? comme mat??riau pour la micro??lectronique possible parce que son utilisation est compatible avec les techniques de traitement de semi-conducteur.

Mat??riaux exotiques

De nombreux oxydes ?? base de ruth??nium pr??sentent des propri??t??s tr??s inhabituelles, comme un comportement quantique critique point, exotique la supraconductivit?? , et ?? haute temp??rature ferromagn??tisme.