რუთენიუმი

რუთენიუმი (; ქიმიური სიმბოლო — ) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეხუთე პერიოდის, მერვე ჯგუფის (მოძველებული კლასიფიკაციით — მერვე ჯგუფის თანაური ქვეჯგუფის, ბ) ქიმიური ელემენტი. მისი ატომური ნომერია 44, ატომური მასა — 101.07, დნ — 2334 °, დუღ — 4150 °, სიმკვრივე — 12.45 გ/სმ3. მორუხო-თეთრი ფერის ლითონი. შედის გარდამავალი ლითონების ჯგუფში. მიეკუთვნება პლატინის ჯგუფის ლითონებს. აღმოაჩინა კ. კლაუსმა 1840 წელს. ბუნებრივი რუთენიუმი შედგება შვიდი (^{96}, ^{98}, ^{99}, ^{100}, ^{101}, ^{102} და ^{104}) სტაბილური იზოტოპისაგან.

ისტორია
რუთენიუმი აღმოაჩინა ყაზანის უნივერსიტეტის პროფესორმა კარლ კლაუსმა 1844 წელს. კლაუსმა ის გამოყო სუფთა სახით ურალის პლატინის მადნებისაგან და მიანიშნა ტრიადების რუთენიუმი — როდიუმი — პალადიუმი და ოსმიუმი — ირიდიუმი — პლატინა მსგავსებაზე.

სახელწოდების წარმომავლობა
ელემენტის პირველაღმომჩენმა კარლ კლაუსმა ამ ელემენტს რუსეთის პატივსაცემად დაარქვა რუთენიუმი ( — არის რუსეთის ლათინური სახელწოდება).

მიღება
ყოველ წელიწადს რუთენიუმი მოიპოვება დაახლოებით 12 ტონა, მაშინ როცა მისი მსოფლიო მარაგი შეადგენს 5000 ტონას. პლატინის ჯგუფის მეტალების ნარევის შემცველი საბადოების შედგენილობა დამოკიდებულია გეოქიმიურ პროცესებზე. მაგალითად, -ის საბადო სამხრეთ აფრიკაში შეიცავს 11%, ხოლო -ს საბადო ყოფილ სსრკ-ში შეიცავს მხოლოდ 2% რუთენიუმს (1992 წლის მონაცემებით).

რუთენიუმს იღებენ პლატინისა და პლატინის ჯგუფის ლითონების «ნარჩენებისაგან» მათი აფინაჟის დროს.

რუთენიუმის მიღების მნიშვნელოვან წყაროს წარმოადგენს მისი გამოყოფა ბირთვული მასალების (პლუტონი, ურანი, თორიუმი) დაშლის ფრაგმენტებისაგან სადაც სითბოგამომყოფი ელემენტის გამომუშავების შემდეგ რუთენიუმის შემცველობა შეადგენს 250 გრამს 1 ტონა «დამწვარ» ბირთვულ საწვავზე.

ასევე შემუშავებულია ტექნეციუმ-99-ის ნეიტრონული დასხივების შედეგად რუთენიუმის მიღების ტექნოლოგია..

რუთენიუმი პლატინის ჯგუფის სხვა მეტალების მსგავსად, კომერციულად მიიღება, როგორც ათამდე პროდუქტი სპილენძისა და ნიკელის კატალიზატორების დამუშავების დროს.
სპილენძისა და ნიკელის ელექტრორაფინირების დროს, კეთილშობილი ლითონები - ვერცხლი, ოქრო და პლატინის ჯგუფის ლითონები, აგრეთვე სელენი და ტელური ილექებიან ჭურჭლის ფსკერზე ანოდის ჭუჭყის სახით. მათგან შეიძლება გამოვიყენოთ ორი მეთოდი - ეს არის შელღობა ნატრიუმის ზეჟანგთან და შემდგომ სამეფო წყალში გახსნა და ნარევის გახსნა ქლორში ქლორწყალბადის თანაობისას.

ოსმიუმი, რუთენიუმი, როდიუმი და ირიდიუმი პლატინის, ოქროსა და ფუძე ლითონებისაგან შეიძლება გამოვყოთ მათი სამეფო წყალში გახსნით, რომლებიც გადადიან მყარ ნალექში (არ იხსნებიან სამეფო წყალში). როდიუმი ნალექიდან შეიძლება გამოვყოთ ნატრიუმის ბისულფატით დამუშავებით. უხსნად ნალექს, რომელიც შეიცავს , და ამუშავებენ ნატრიუმის ოქსიდით, რომელშიც ირიდიუმი არ იხსნება. მიიღება წყალში ხსნადი -ისა და -ის მარილები. მათი აქროლად ოქსიდებად დაჟანგვის შემდეგ 4 გამოიყოფა 4-ისაგან, ამონიუმის ქლორიდის მოქმედებით, გამოილექება (4)36-ია სახით, ან მათ აცილებენ აქროლადი ოსმიუმის ტეტრაქლორიდის ორგანული გამხსნელებით ექსტრაქციით, ან მისი გამოხდით.ამონიუმის ქლორიდს აღადგენენ წყალბადით და ამ დროს მიიღება - ფხვნილის სახით.

გავრცელება
რუთენიუმი ძალიან იშვიათი ელემენტია, იგი დედამიწაზე გავრცელებით 74-ე ლითონს წარმოადგენს. რუთენიუმი დედამიწის ქერქში გვხვდება მასის მიხედვით 5 × 10−7 %. იგი ძირითადად ნაპოვნია პლატინის ჯგუფის სხვა ლითონებთან ერთად ურალის მთების მდინარეების ქვიშაში და სამხრეთ ამერიკაში. მცირე, მაგრამ კომერციულად მნიშვნელოვანი რაოდენობით იგი აგრეთვე ნაპოვნია პენტლანდიტში (კანადა) და პიროტექნიკში - სამხრეთ აფრიკის რესპუბლიკა. ბუნებრივი რუთენიუმის მინერალები იშვიათია (ირიდიუმი ანაცვლებს რუთენიუმის ნაწილს მის სტრუქტურაში).

ფიზიკური თვისებები
პერიოდული სისტემის მერვე ჯგუფის, რკინის ჯგუფის წევრი რუთენიუმი წარმოადგენს მრავალვალენტიან, მაგარ, თეთრი ფერის, ძნელად ლღობად მეტალს.

ამგვარად, მას გააჩნია არატიპიური ელექტრონული კონფიგურაცია შრეებზე, მაშინ როცა მე-8 ჯგუფის სხვა ელემენტებს გარე შრეზე აქვთ ორი ელექტრონი (ეს ეფექტი ასევე შეინიშნება მის მეზობელ ელემენტებში: ნობელიუმში (41), რუთენიუმი (44), როდიუმში (45) და პალადიუმში (46)).

ძნელადლღვობაში რუთენიუმი (დნ 2334 °) ჩამორჩება მხოლოდ რამდენიმე ელემენტს - რენიუმს, ოსმიუმს, ვოლფრამს და ტანტალს.
რუთენიუმს აქვს კრისტალური მოდიფიკაცია. იგი ნორმალურ ტემპერატურაზე არ იცვლის ფერს (არ შავდება).

ქიმიური თვისებები
რუთენიუმი საკმაოდ ინერტული ლითონია ქიმიურად.
რუთენიუმისათვის ყველაზე გავრცელებულია +2, +3 და +4 ჟანგვითი რიცხვი. ყველაზე გავრცელებული პერკურსორია რუთენიუმის ტრიქლორიდი - წითელი ფერის მყარი ნივთიერება, რომელიც ქიმიურად ძნელად დასადგენია, მაგრამ მისი სინთეზურად მიღების ბევრი მეთოდებია ცნობილი.

არაორგანული ნაერთები
რუთენიუმი არ იხსნება მჟავა და სამეფო წყალში ( და 3-ის ნარევი). ამსთან ერთად 400 °-ზე ზევით რუთენიუმი რეაგირებს ქლორთან (წარმოიქმნება 3) ასევე ტუტისა და ნიტრატის შედნობილ ნარევთან (წარმოიქმნება რუთენატები, მაგალითად 24).

რუთენიუმს შეუძლია სხვადასხვა დაჟანგვის ხარისხის მქონე ნაერთების მოცემა:
8 4; 4 · 3
7 [4]
6 2[4]; 2[8]; 6
5 [6]; 5
4 4; 2; 2[6]
3 3; 3[6]
2 2[4]; 4[6]
1 
0 

რუთენიუმის ნაერთები წარმოდგენილია ასევე ნიტროზონაერთების ფართო სპექტრით - რომლებიც შეიცავენ დაჯგუფებას . მოცემული კომპლექსური ნაერთები, განსაკუთრებით, ნიტროზამინები (მაგალითად, [(2)2(3)2]) და ნიტროზონიტროკომპლექსები (განსაკუთრებით ანიონ [(2)4]2− კომპლექსები) განსხვავდებიან მაღალი მდგრადობით და კინეტიკური ინერტულობით.

ოქსიდები
რუთენიუმი იჟანგება რუთენიუმტეტრაოქსიდად - 4, იგი ძლიერი დამჟანგველი აგენტია, აქვს ოსმოუმის ტეტრაოქსიდის ანალოგიური სტრუქტურა. გარდა ამისა არსებობს რუთენიუმ ოქსიდი (2, ჟანგვითი რიცხვით +4). ცნობილია აგრეთვე დიკალიუმრუთენატი (24, +6) და კალიუმპერსუთენატი (4, +7).

კოორდინაციული კომპლექსები
რუთენიუმი წარმოქმნის მრავალ კოორდინაციულ კომპლექსს, მაგალითად, პენტამინწარმოებულები [(3)5]+, რომელიც შეიცავს როგორც ასევე .

რუთენიუმის ტეტრაოქსიდი (+4) თვისებებით ჰგავს ოსმიუმის ტეტრაოქსიდს.

რუთენიუმის ორგანული ქიმია
რუთენიუმი წარმოქმნის მთელ რიგ მეტალოორგანულ ნაერთებს და წარმოადგენს აქტიურ კატალიზატორს.

რუთენიუმი წარმოქმნის ნაერთებს კარბონ-რუთენიუმის ბმით. რუთეროცენი ფეროცენის სტრუქტურულ ანალოგს წარმოადგენს, მაგრამ ამჟღავნებს დამახასიატებელ ჟანგვა-აღდგენით თვისებებს. ნახშირბადის მონოქსიდის კომპლექსები დიდი რაოდენობითაა ცნობილი, რომელთა საწყისია ტრირუთენიუმდოდეკაკარბონილი. რკინის პენტაკარბონილის ანალოგი - რუთენიუმის პენტაკარბონილი არამდგრადია ჩვეულებრივ პირობებში. რუთენიუმტრიქლორიდ კარბონილატი (ურთიერთქმედებს ნახშირბადის მონოქსიდთან) იძლევა მონო და დირუთენიუმკარბონილს, რომლისგანაც მიიღება ბევრი წარმოებული, მაგალითად (3)3 და 2(3)3 (როპერის კომპლექსი).

რუთენიუმის ტრიქლორიდის ალკოჰოლში გაცხელებით ტრიფენილფოსფინის თანაობისას, მიიღება ტრის(ტრიფენილფოსფინ) რუთენიუმ დიქლორიდი (2(3)3), რომელიც გადადის ჰიდრიდკომპლექსში ჰიდრიდ კომპლექსში - ქლორჰიდროტრის(ტრიფენილფოსფინ)რუთენიუმ-ში ((3)3.

იზოტოპები
ბუნებაში გავრცელებული იზოტოპი შედგება შვიდი სტაბილური იზოტოპისაგან. დამატებით აღმოჩენილია 34 რადიოაქტიური იზოტოპი, რომელთაგან ყველაზე სტაბილურია 106 ნახევარდაშლის პერიოდი 373.59 დღე, 103 ნახევარდაშლის პერიოდი - 39.26 დღე და 97 ნახევარდაშლის პერიოდი -2.9 დღე.

თხუთმეტი სხვა რადიოიზოტოპს გააჩნია ატომური წონა 89.93 (90) -დან 114.928 (115)-მდე. მათგან უმეტესობის ნახევარდაშლის პერიოდია ხუთ წუთზე ნაკლები, გამონაკლისია 95 ნახევარდაშლის პერიოდი - 1.643 საათი და 105 ნახევარდაშლის პერიოდი - 4.44 საათი.

102 წარმოადგენს ელექტრონების მშთანთქმელს და შემდგომ იგი ასხივებს ბეტა ნაწილაკებს. 102-ის დაშლის პროდუქტია, მისი წინა ელემენტი - ტექნეციუმი, ხოლო მისი შემდგომი პროდუქტია როდიუმი.

გამოყენება
რუთენიუმის მცირე დამატება (0,1 %) ზრდის ტიტანის კოროზიამედეგობას.
მისი პლატინასთან შენადნობი გამოიყენება განსაკუთრებულად ცვეთამედეგი ელექტრო კონტაქტების დასამზადებლად.
გამოიყენება როგორც კატალიზატორი ბევრი ქიმიური რეაქციისათვის. ძალიან მნიშვნელოვანი ადგილი უჭირავს ორბიტალური სადგურების წყლის გამწმენდ სისტემებში როგორც კატალიაზატორს.
რუთენიუმის უმეტესი ნაწილი გამოიყენება ელექტრული კონტაქტების დასაფარად და რეოსტატის თხელი ფირების მისაღებად.
უნიკალურია ასევე რუთენიუმის თვისება ჰაერის აზოტის კატალიტიკური დაკავშირებისა ოთახის ტემპერატურის პირობებში.

რუთენიუმი და მისი შენადნობები გამოიყენებიან როგორც ცეცხლგამძლე კონსტრუქციული მასალები აეროკოსმოსურ ტექნიკაში, და 1500 °-მდე აქვს უპირატესობა მოლიბდენის და ვოლფრამის საუკეთესო შენადნობებთან შედარებით (ამავე დროს აქვს უპირატესობა მაღალი მდგრადობისა დაჟანგვის მიმართ).

რუთენიუმის ოქსიდი შეისწავლებოდა როგორც მასალა ელექტროენერგიის სუპერკონდენსატორების დასამზადებლად რომელთა კუთრი ელექტროტევადობა 700 ფარადა/გრამზე მეტია.

ფიზიოლოგიური ზემოქმედება
რუთენიუმი წარმოადგენს ერთადერთ პლატინოიდ ლითონს, რომელიც აღმოჩენილია ცოცხალ ორგანიზმებში (ზოგიერთი მონაცემებით — კიდევ პლატინა). ონცენტრირდება ძირითადად კუნთოვან ქსოვილებში. რუთენიუმის უმაღლესი ოქსიდი ძალიან მომწამლელია და, როგორც ძლიერი მჟანგავი, შეუძლია გამოიწვიოს ცეცხლსაშიში ნივთიერებების აალება.