Ρουθήνιο

Το χημικό στοιχείο ρουθήνιο (ruthenium) είναι μέταλλο με ατομικό αριθμό 44 και σχετική ατομική μάζα 101,07. Το χημικό του σύμβολο είναι «Ru» και ανήκει στην ομάδα 8 του περιοδικού πίνακα, στην περίοδο 5 και στο d-block, της 2ης κύριας σειράς των στοιχείων μετάπτωσης. Έχει θερμοκρασία τήξης 2334 °C και θερμοκρασία βρασμού 4150 °C.
Από άποψη χημικής συμπεριφοράς, ανήκει στην «ομάδα του λευκόχρυσου», Platinum Group Metals (PGM). Θεωρείται ευγενές μέταλλο μαζί με το ιρίδιο, το ρόδιο, το παλλάδιο, τον άργυρο, το όσμιο, το λευκόχρυσο και το χρυσό.

Είναι εξαιρετικά σπάνιο μέταλλο και βρίσκεται σε κοιτάσματα μαζί με τα άλλα PGM με τα οποία και εξάγεται ως δευτερεύον προϊόν. 

Είναι το μέταλλο των PGM που ανακαλύφθηκε τελευταίο, το 1844 από το Ρώσο επιστήμονα Καρλ Κλάους (Karl Claus) και πήρε το όνομά του προς τιμή της γενέτειράς του, τη Ρουθηνία (Ruthenia), τη μεσαιωνική λατινική λέξη για τη Ρωσία. Κατ΄ άλλους ο Κλάους επιβεβαίωσε την ύπαρξη του στοιχείου υιοθετώντας το όνομα που είχε δώσει ο συμπατριώτης του Γκότφρηντ Όζαν που είχε προτείνει από το 1828 πλην όμως η ύπαρξή του δεν είχε τότε αποδειχθεί

Το ρουθήνιο χρησιμοποιείται περισσότερο στην ηλεκτρονική και ηλεκτρολογία για κατασκευή, ανθεκτικών στη φθορά, ηλεκτρικών επαφών και ηλεκτρικών αντιστάσεων. Μικρή ποσότητά του χρησιμοποιείται και σε ορισμένα κράματα πλατίνας.Το ρουθήνιο έχει επτά σταθερά ισότοπα : 96Ru, 98Ru, 99Ru, 100Ru, 101Ru, 102Ru και 104Ru.

Ιστορία 
Τα μέταλλα της ομάδας του λευκόχρυσου χρησιμοποιήθηκαν χωρίς να διαχωριστούν για πολλά χρόνια από τους ιθαγενείς κατοίκους της περιοχής της Κολομβίας και ήταν γνωστά και στους Ευρωπαίους χημικούς από τα μέσα του 16ου αιώνα.

Στα μέσα του 18ου αιώνα ο λευκόχρυσος αναγνωρίστηκε ως καινούργιο χημικό στοιχείο αλλά η διαπίστωση ότι οι φυσικές του εμφανίσεις περιέχουν επίσης παλλάδιο, ρόδιο, όσμιο και ιρίδιο δεν έγινε πριν την πρώτη δεκαετία του 19ου αιώνα. Από το 1828, η πλατίνα που βρέθηκε στις αμμώδεις προσχώσεις των ποταμών της Ρωσίας χρησιμοποιήθηκε ως πρώτη ύλη για την κατασκευή πιάτων και μεταλλίων και για την κοπή κερμάτων. Έτσι, η μεταλλουργική έρευνα στα υπολείμματα της κοπής έγινε κατά μεγάλο μέρος στην Ανατολική Ευρώπη.

Είναι πιθανό ότι ο Πολωνός χημικός Γιεντρζέι Σνιάντετσκι, το 1807, απομόνωσε το μέταλλο και του απέδωσε τον ατομικό αριθμό 44. Ονόμασε το νέο στοιχείο «Vesta» από το όνομα ενός μεγάλου αστεροειδούς και έγραψε αρκετές εργασίες για την ανακάλυψή του. Η Γαλλική επιστημονική κοινότητα όμως της εποχής, αγνόησε τον άσημο Πολωνό επιστήμονα, το έργο του οποίου δεν μπόρεσε να επιβεβαιώσει. Ο ίδιος ο Σνιάντετσκι, εξαιτίας αυτής της διαμάχης, απέσυρε την απαίτησή για την ανακάλυψή του την οποία τελικά και απέρριψε.

Ο Σουηδός χημικός Γιενς Γιάκομπ Μπερτσέλιους (Jöns Jakob Berzelius), ένας από τους πιο διακεκριμένους επιστήμονες στον τομέα των νέων χημικών στοιχείων και ο Γερμανός Γκότφρεντ Βίλελμ Όσαν (Gottfried Wilhelm Osann) παρ' ολίγο να ανακαλύψουν το ρουθήνιο το 1827. Εξέτασαν τα κατάλοιπα από τη διάλυση μεταλλευμάτων λευκόχρυσου από τα Ουράλια όρη στο βασιλικό νερό. Ο Μπερτσέλιους δε διαπίστωσε ασυνήθιστα μέταλλα, αλλά ο Όσαν σκέφθηκε ότι βρήκε τρία νέα μέταλλα, το πλουράνιο (pluranium), το ρουθήνιο (ruthenium) και το πολίνιο (polinium). Αυτή η διένεξη μεταξύ τους, οδήγησε σε μια μακροχρόνια διαμάχη σχετικά με τη σύνθεση των καταλοίπων της επεξεργασίας του λευκόχρυσου.

Το 1844, ο Ρώσος επιστήμονας Καρλ Ερνστ (ή Κάρλοβιτς) Κλάους (Karl Ernst Claus ή Karl Karlovich Klaus) (1796-1864) ανακάλυψε το ρουθήνιο και ταυτόχρονα απέδειξε ότι οι ενώσεις που είχαν παρασκευαστεί από τον Όσαν περιείχαν μικρές ποσότητες ρουθηνίου. Ο Κλάους απομόνωσε 6 γραμμάρια ρουθηνίου από τα αδιάλυτα (στο βασιλικό νερό) κατάλοιπα της επεξεργασίας της πλατίνας κατά την παραγωγή κερμάτων ρουβλίων, ενώ εργαζόταν στο Πανεπιστήμιο του Καζάν. Ο Κλάους δεν κατάφερε μόνο να απομονώσει το ρουθήνιο, αλλά καθόρισε και το ατομικό του βάρος και τις χημικές του ιδιότητες. Εντόπισε ακόμη την ομοιότητα των χημικών ιδιοτήτων του ρουθηνίου με το ρόδιο, το παλλάδιο και την πλατίνα με σχολαστικά τεκμηριωμένα πειράματα. Για αυτή του την ανακάλυψη, τιμήθηκε με το Βραβείο Ντέμιντοφ των 5000 ρουβλίων. Ο Κλάους έστειλε δείγματα του νέου στοιχείου για ανάλυση στον Μπερτσέλιους, και έτσι η ανακάλυψη του νέου χημικού στοιχείου γνωστοποιήθηκε στους Ευρωπαίους επιστήμονες.

Το όνομα «ρουθήνιο» προέρχεται από τη Ρουθηνία (Ruthenia), τη λατινική λέξη για τη Ρως (Rus), μια ιστορική περιοχή η οποία περιλαμβάνει τη σημερινή δυτική Ρωσία, την Ουκρανία, τη Λευκορωσία, και τμήματα της Σλοβακίας και της Πολωνίας. Το όνομα αυτό το είχε προτείνει και ο Osann το 1828.

Αναφέρει ο Claus: I named the new body, in honour of my Motherland, ruthenium. I had every right to call it by this name because Mr. Osann relinquished his ruthenium and the word does not yet exist in chemistry.

(Ονόμασα το νέο σώμα, προς τιμήν της Πατρίδας μου, ρουθήνιο. Είχα κάθε δικαίωμα να το ονομάσω έτσι επειδή ο κ. Όσαν παραιτήθηκε (αποποιήθηκε) από το δικό του ρουθήνιο και η λέξη δεν υπάρχει ακόμη στη χημεία)

Εμφανίσεις - Εξόρυξη - Απομόνωση του μετάλλου 
Το ρουθήνιο είναι εξαιρετικά σπάνιο μέταλλο και είναι το 74o χημικό στοιχείο, σε σειρά περιεκτικότητας στη Γη. Κάθε χρόνο εξορύσσονται περίπου 12 τόνοι ρουθηνίου, ενώ τα παγκόσμια αποθέματα εκτιμώνται σε 5000 τόνους.

Εμφανίσεις 

Το ρουθήνιο βρίσκεται ως κράμα με τα άλλα PGM σε κοιτάσματα σιδήρου, νικελίου, χρωμίου και χαλκού στη Νότια Αφρική, στη Ρωσία, στη Βόρεια Αμερική και στη Νότια Αμερική. Επίσης εμφανίζεται στη φύση στο ορυκτό λορίτης, RuS2 που είναι ομόλογο του σιδηροπυρίτη FeS2.

Η περιεκτικότητα των κοιτασμάτων PGM σε ρουθήνιο κυμαίνεται, ανάλογα με την περιοχή : Αυτά που εξορύσσονται στη Νότια Αφρική περιέχουν κατά μέσο όρο 11 % Ru, ενώ αυτά που εξορύσσονται στη Ρωσία περιέχουν κατά μέσο όρο 2 % Ru.

Το αυτοφυές ρουθήνιο είναι πάρα πολύ σπάνιο γιατί το συγγενικό ιρίδιο αντικαθιστά ένα μέρος του στην κρυσταλλική του κατασκευή.

Εξόρυξη - Προκατεργασία 
Η εξόρυξη των PGM αποτελεί σημαντική πλουτοπαραγωγική πηγή για τις χώρες στις οποίες αυτά παράγονται. Το κατώτερο όριο εκμετάλλευσης, στα πρωτογενή κοιτάσματα, είναι 3 g λευκόχρυσου/tn. Στα δευτερογενή κοιτάσματα (αλλούβια), το όριο εκμετάλλευσης είναι 0,2 g Pt/tn.

Τα PGM εξορύσσονται συνήθως από υπόγεια ορυχεία και σπάνια από επιφανειακές εμφανίσεις. Ο αρχικός τεμαχισμός των βράχων γίνεται από τους εργάτες των ορυχείων με κομπρεσέρ ή με εκρηκτικά. Μετά τη μεταφορά στην επιφάνεια με ιμάντες ή βαγονάκια των μεγάλων κομματιών από το υπόγειο ορυχείο, αυτά τεμαχίζονται σε πολύ μικρά κομμάτια, απομακρύνονται οι προσμίξεις, για να αποκαλυφθούν τα ορυκτά που περιέχουν τα επιθυμητά μέταλλα και τέλος αλέθονται μέχρι να γίνουν σκόνη. Σ' αυτή τη φάση, ένας τόννος μεταλλεύματος συνήθως περιέχει 4 έως 7 γραμμάρια μετάλλων. Στη συνέχεια, με μια διαδικασία που ονομάζεται «επίπλευση αφρού», το μετάλλευμα αναμιγνύεται με νερό και χημικές ουσίες οπότε εμπλουτίζεται σε PGM, προσκολλάται στις φυσαλίδες που δημιουργούνται από τη διαδικασία, επιπλέει στην επιφάνεια και απομακρύνεται. Το εμπλουτισμένο μετάλλευμα περιέχει τώρα από 100 έως 1000 γραμμάρια μετάλλων ανά τόνο. Το υπόλοιπο υλικό περνάει από τη διαδικασία άλεσης και επίπλευσης για δεύτερη φορά. Τα τελικά κατάλοιπα-απόβλητα είτε επιστρέφονται στο ορυχείο για να κλείσουν τα ανοικτά σημεία εξόρυξης, είτε απορρίπτονται σε απομακρυσμένα σημεία στην επιφάνεια του εδάφους, είτε υποβάλλονται σε πρόσθετη επεξεργασία για την ανάκτηση των άλλων μετάλλων που υπάρχουν, όπως νικέλιο ή χαλκός. Εν τω μεταξύ, το μετάλλευμα το οποίο μετά το νέο εμπλουτισμό περιέχει 1400 γραμμάρια μετάλλων ανά τόνο, μεταφέρεται στο κοντινό εργοστάσιο για περαιτέρω επεξεργασία. Εκεί ξηραίνεται σε θερμοκρασίες που μπορεί να είναι πάνω από 1500 °C και διαχωρίζεται από ανεπιθύμητα ορυκτά όπως του σιδήρου και του θείου, τα οποία απομακρύνονται με διοχέτευση ρευμάτων αέρα. Η τελική περιεκτικότητα σε πολύτιμα μέταλλα αντιπροσωπεύει ένα πολύ μικρό ποσοστό της αρχικής μάζας του μεταλλεύματος. Για παράδειγμα, στο ορυχείο Στίλγουοτερ των Η.Π.Α. από 850.000 τόννους πρωτογενούς μεταλλεύματος, θα παραχθούν τελικά σε ετήσια βάση μόνο 15,5 τόννοι εξευγενισμένων PGM

Στο χυτήριο, το οποίο μπορεί να έχει μια ικανότητα επεξεργασίας έως και 100 τόνους/ημέρα, το μετάλλευμα κατεργάζεται σε ηλεκτρική κάμινο σε θερμοκρασίες κοντά στους 1600 °C για να απομακρυνθούν διάφορα άχρηστα υλικά και τελικά, μετά από διπλή επεξεργασία, προκύπτει μια «σκουριά» (matte) από PGM και άλλα μέταλλα. Το matte υφίσταται περαιτέρω επεξεργασία κατά την οποία τα βασικά μέταλλα, όπως ο χαλκός, το νικέλιο και το κοβάλτιο, απομακρύνονται οπότε απομένει ένα μίγμα λεπτόκοκκων PGM.

Διαχωρισμός - Απομόνωση του ρουθηνίου 
Το ρουθήνιο, όπως και τα άλλα μέταλλα της ομάδας του λευκόχρυσου, λαμβάνεται εμπορικά ως υποπροϊόν της παραγωγής νικελίου και χαλκού αλλά και με άμεση επεξεργασία των μεταλλευμάτων λευκόχρυσου.

Κατά τη διάρκεια του ηλεκτρολυτικού εξευγενισμού του χαλκού και του νικελίου, τα ευγενή μέταλλα συμπεριλαμβανομένων του σεληνίου και τελλουρίου συγκεντρώνονται στο κάτω μέρος της ανόδου, με μορφή λάσπης, από την οποία και εξάγονται. Για το διαχωρισμό τους το μείγμα των μετάλλων πρώτα διαλύεται σε κατάλληλο διαλύτη και μετά διαχωρίζονται τα συστατικά του με διάφορες μεθόδους ανάλογα με τη σύνθεση του μείγματος.

Η κλασσική διαδικασία απομόνωσης του Ru είναι η ακόλουθη : Αν συνυπάρχουν χρυσός (Au) ή/και άργυρος (Ag) πρέπει να απομακρυνθούν. Το μίγμα μετάλλων πρώτα κατεργάζεται με βασιλικό νερό στο οποίο διαλύονται ο λευκόχρυσος (Pt), το παλλάδιο (Pd) και ο Au. Τα άλλα μέταλλα δηλ. ρουθήνιο (Ru), όσμιο (Os), ρόδιο (Rh), ιρίδιο (Ir) και Ag μένουν ως αδιάλυτα χλωριούχα σύμπλοκα. Στη συνέχεια αυτά τα αδιάλυτα διαλύονται σε τήγμα μολύβδου (Pb) και νιτρικό οξύ (HNO3) οπότε απομακρύνεται ο Ag και ο Pb με μορφή νιτρικού αργύρου (AgNO3) και μολύβδου (Pb(NO3)2). Τα αδιάλυτα που απομένουν είναι τα μέταλλα Ru, Os, Rh, Ir. Ακολουθεί σύντηξη με όξινο θειικό νάτριο (ΝaHSO4) και διάλυση στο νερό, οπότε απομονώνεται το διαλυτό θειικό ρόδιο(ΙΙΙ), Rh2(SO)3, ενώ τα άλλα μέταλλα (Ru, Os, Ir) μένουν αδιάλυτα, συντήκονται με υπεροξείδιο του νατρίου (Na2O2) και πλένονται με νερό οπότε απομένει ένα υπόλειμμα που περιέχει IrO2 από το οποίο θα απομονωθεί το ιρίδιο ενώ τα μέταλλα Ru και Os με μορφή ιόντων RuO42- και OsO42- απομακρύνονται με την πλύση. Ακολουθεί αντίδραση με αέριο χλώριο οπότε σχηματίζονται τα πτητικά οξείδια RuO4 και OsO4. Το οξείδιο του ρουθηνίου(VIII), RuO4, διαλύεται με υδροχλωρικό οξύ, HCl, οπότε σχηματίζεται χλωρορουθηνικό οξύ, H3RuCl6 και το Ru απομακρύνεται με επίδραση NH4Cl ως καθαρό χλωρορουθηνικό αμμώνιο, (NH4)3RuCl6 από το οποίο προκύπτει τελικά το σκόνη καθαρού Ru μετά από εξάτμιση μέχρι ξηρού και αντίδραση με αέριο υδρογόνο στους 100 °C : 2(NH4)3RuCl6 + 3H2 → 2Ru + 6NH4Cl + 6HCl.

Το ρουθήνιο σε προϊόντα σχάσης 

 
Κάθε κιλό των προϊόντων σχάσης του 235U περιέχει 63,44 γραμμάρια ραδιοϊσοτόπων του Ru με ημιζωές μεγαλύτερες από μία ημέρα. Επειδή τα χρησιμοποιημένα πυρηνικά καύσιμα περιέχουν περίπου 3 % προϊόντα σχάσης, 1 τόννος τέτοιων καυσίμων θα περιέχει περίπου 1,9 Kg Ru. Τα ισότοπα 103Ru (με ημιζωή 39 ημέρες) και 106Ru (με ημιζωή 373 ημέρες) καθιστούν το σχάσιμο ρουθήνιο εξαιρετικά ραδιενεργό.
Έτσι, το ρουθήνιο αυτό θα πρέπει να αποθηκευτεί και να ψυχθεί τουλάχιστον για 10 χρόνια για να γίνει το ανενεργό. Επειδή το Ru έχει χαμηλή τιμή και λίγες χρήσεις, η ανάκτησή του από πυρηνικά κατάλοιπα είναι προς το παρόν οικονομικά ασύμφορη και δεν έχει αρχίσει ακόμη η εφαρμογή της.

Οικονομικά στοιχεία 
Η τιμή του ρουθηνίου στις 8:00 το πρωί (ώρα Λονδίνου) της 26ης Φεβρουαρίου 2012 ήταν 127 δολάρια/ουγγιά. 

Το ρουθήνιο δεν είναι ακριβό μέταλλο, η τιμή του όμως υπόκειται σε μεγάλες διακυμάνσεις. Η μέση τιμή ρουθηνίου καθαρότητας 99,9 % κατά τα έτη 1992 έως και το 2005 ήταν περίπου 56 δολάρια/ουγκιά. Από το 2006 όμως άρχισε ν' ανεβαίνει εντυπωσιακά η τιμή του από τα 180 δολάρια/ουγκιά και μέχρι το τέλος του 2008 η μέση τιμή ήταν περίπου 365 δολάρια/ουγκιά. Από το Νοέμβριο του 2009 άρχισε η τιμή να ανεβαίνει ξανά ενώ στις 7 Απριλίου 2011 έφτασε τα 180 δολάρια/ουγκιά σχεδόν όση ήταν και το 2006.

Αυτές οι μεταβολές στην τιμή του Ru (και των άλλων εξωτικών PGM όπως τα Ir, Os, Rh) οφείλονται στο ότι το Ru είναι παραπροϊόν της εξόρυξης του λευκόχρυσου και του νικελίου και κάθε μέρα πωλούνται και αγοράζονται πολύ μικρές ποσότητες που δεν ανταποκρίνονται στις μεταβολές της ζήτησης. Αν η διαθέσιμη ποσότητα ενός συγκεκριμένου μετάλλου είναι μικρή, η τιμή του θα αυξηθεί δραματικά και θα πέσει εξίσου απότομα όταν χαλαρώσει η ζήτηση.

Ιδιότητες

Φυσικές 

Το ρουθήνιο είναι πολύ σκληρό ασημόγκριζο αδρανές μέταλλο με τέσσερις κρυσταλλικές διαμορφώσεις. Έχει υψηλότερο σημείο τήξης από το λευκόχρυσο, σχεδόν την ίδια θερμοκρασία βρασμού αλλά πολύ μικρότερη πυκνότητα.

Το ρουθήνιο κρυσταλλώνεται στο εξαγωνικό σύστημα και γίνεται υπεραγώγιμο στους -272,66 °C ενώ ένα κράμα ρουθηνίου-μολυβδαινίου γίνεται υπεραγώγιμο στους -262 °C. 

Είναι παραμαγνητικό μέταλλο διότι έχει μονήρη ηλεκτρόνια τα οποία συμπεριφέρονται ως στοιχειώδεις μαγνήτες και έλκονται από μαγνητικά πεδία.

Η τάση των ατμών του είναι αμελητέα και μετρήσιμη μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες : στους 2315 °C είναι μόνο 10−5 Atm και φθάνει στην 1 Atm στους 4115 °C.

Μηχανικές ιδιότητες

Το ρουθήνιο είναι το τέταρτο σκληρότερο όλων των χημικών στοιχείων, μετά από το όσμιο (Os), το ιρίδιο (Ir) και το ρήνιο (Re).

Θερμικές ιδιότητες

Έχει πολύ μεγάλη ειδική θερμότητα, τη μεγαλύτερη μεταξύ των PGM.

Οπτικές ιδιότητες

Το Ru δεν είναι ιδιαίτερα λαμπρό μέταλλο. Έχει ανισότροπες οπτικές ιδιότητες, όπως και το όσμιο, και ανακλά το ορατό φως σχεδόν κατά 65%.

Ηλεκτρικές ιδιότητες

Το ρουθήνιο είναι άριστος αγωγός του ηλεκτρικού ρεύματος. Έχει την 18η μεγαλύτερη ηλεκτρική αγωγιμότητα από όλα τα χημικά στοιχεία και την 3η μεγαλύτερη μεταξύ των PGM (μετά από το ρόδιο και το ιρίδιο).

Χημικές 
Το ρουθήνιο ανήκει στη β' σειρά των μεταβατικών μετάλλων (ή στοιχείων) ή στοιχείων μετάπτωσης. Στα μέταλλα μετάπτωσης ανήκουν τα χημικά στοιχεία που έχουν ασυμπλήρωτη την ομάδα των d ατομικών τροχιακών της προτελευταίας ηλεκτρονιακής στιβάδας. 

Το φάσμα εκπομπής του Rh είναι περίπλοκο επειδή διαθέτει πολλά τροχιακά παραπλήσιας ενέργειας και τα ηλεκτρόνια έχουν πολλές επιλογές όταν μεταβαίνουν από το ένα τροχιακό στο άλλο. Η μεταβάσεις αυτές προϋποθέτουν απορρόφηση ενέργειας και στη συνέχεια επανεκπομπή της. Έτσι παρουσιάζεται το διάχυτο φάσμα εκπομπής και γι' αυτό το ρουθήνιο ανήκει στο d-block (το d στα αγγλικά αντιπροσωπεύει τη λέξη diffuse που σημαίνει διάχυτος).

Οι ενέργειες ιονισμού (σε KJ/mol) των σταδιακών μετατροπών του ρουθηνίου σε ιόντα από Ru+ έως Ru9+ καθώς και τα δυναμικά ημιαντιδράσεων αναγωγής διαφόρων χλωριούχων και οξυγονούχων ενώσεων και ιόντων του Ru, βρίσκονται στους πίνακες που ακολουθούν :

</div>

Όπως φαίνεται σ' αυτούς τους πίνακες, το κανονικό δυναμικό αναγωγής της αντίδρασης : Ru2+ + 2e- ⇆ Ru είναι θετικό (+ 0,45 V) πράγμα που σημαίνει ότι το μέταλλο βρίσκεται μετά το υδρογόνο στην ηλεκτροχημική σειρά των μετάλλων, δεν αντικαθιστά το Η στις ενώσεις του (π.χ οξέα) και χημικώς θεωρείται ευγενές μέταλλο.

Το ρουθήνιο είναι αδρανές μέταλλο, δεν αντιδρά με το νερό σε φυσιολογικές συνθήκες και δε μαυρίζει εξωτερικά σε κανονικές θερμοκρασίες. Οξειδώνεται όμως περίπου στους 800 °C επικαλυπτόμενο από το πτητικό οξείδιο του Ru(VIII), RuO4. Έχει υψηλή ικανότητα μεταφοράς ηλεκτρονίων, μεγάλη οξύτητα κατά Λιούις και χαμηλά δυναμικά οξειδοαναγωγής.

Μικρές ποσότητες Ru μπορούν να αυξήσουν τη σκληρότητα του λευκόχρυσου και του παλλαδίου ενώ η αντίσταση στη διάβρωση κραμάτων τιτανίου από υδροχλωρικό οξύ αυξάνεται πολλές φορές με την προσθήκη ρουθηνίου σε ποσοστό 0,15 % - 0.25 % w/w.

Επίδραση οξέων

Το ρουθήνιο είναι εντελώς απρόσβλητο από όλα τα οξέα, πυκνά ή αραιά, οργανικά ή ανόργανα ακόμη και από το βασιλικό νερό. Με προσθήκη χλωρικού καλίου (KClO3) σε θερμό βασιλικό νερό που περιέχει και σκόνη ρουθηνίου, παρατηρείται οξείδωση του μετάλλου συνοδευόμενη από έκρηξη.

Επίδραση βάσεων

Το Ru διαβρώνεται μόνο από λιωμένο NaOH στους 350 °C : Παρατηρείται, επιφανειακή απώλεια 7,20 mg Ru/cm2 την ημέρα που είναι και η μεγαλύτερη μεταξύ των PGM.

Επίδραση αλάτων

Κατά την επίδραση διαλύματος υποχλωριώδους νατρίου (NaOCl), παρατηρείται πλήρης διάβρωση όταν η θερμοκρασία φθάσει τους 100 °C.

Τήγμα υπεροξειδίου του νατρίου (Na2O2) προκαλεί επιφανειακή απώλεια 336 mg Ru/cm2 την ημέρα στους 350 °C που είναι και η μεγαλύτερη μεταξύ των PGM.

Από την επίδραση λιωμένου κυανιούχου καλίου (ΚCN) στους 700 °C παρατηρείται, επιφανειακή απώλεια 16,80 mg Ru/cm2 την ημέρα, ενώ από την επίδραση λιωμένου ανθρακικού νατρίου (Na2CO3) στους 920 °C παρατηρείται επίστρωση μάζας 8,90 mg/cm2 την ημέρα.

Τήγμα όξινου θειικού καλίου (KHSO4) προκαλεί επιφανειακή απώλεια 5,05 mg Ru/cm2 την ημέρα στους 440 °C.

Αντιδράσεις του ρουθηνίου με το οξυγόνο

Η θέρμανση του Ru με Ο2 δίνει γκρίζο-μαύρο στερεό οξείδιο του ρουθηνίου(IV), RuO2 :
 Ru + O2 → RuO2

Αντιδράσεις του ρουθηνίου με τα αλογόνα

Το ρουθήνιο σχηματίζει όλη τη σειρά των τριαλογονιδίων αλλά μόνο φθορίδια στους μεγάλους αριθμούς οξείδωσης. Από τα αλογονίδια αυτά, λίγα σχηματίζονται με απευθείας αντίδραση Ru με αλογόνο :
Το καφε-μαύρο βρωμιούχο ρουθήνιο(ΙΙΙ), RuBr3, σχηματίζεται με αντίδραση του Ru με Br2 στους 450 °C και στις 20 Atm: 
 2Ru + 3Br2 → 2RuBr3
Το πράσινο φθοριούχο ρουθήνιο(V), RuF5, παράγεται με αντίδραση στο κενό του F2 και του Ru στους 297 °C: 
 2Ru + 5F2 → 2RuF5
Το ένυδρο χλωριούχο ρουθήνιο(ΙΙΙ), RuCl3.xH2O, το μαύρο ιωδιούχο ρουθήνιο(ΙΙΙ), RuI3, το φθοριούχο ρουθήνιο (IV) και (VI), RuF4 και RuF6 αντίστοιχα καθώς και το χλωριούχο ρουθήνιο(IV), RuCl4, παράγονται από άλλες ενώσεις του Ru.

Ισότοπα 

Η φυσικές εμφανίσεις του ρουθηνίου αποτελούνται από 7 σταθερά ισότοπα ενώ έχουν ανακαλυφθεί και 34 ακόμη ραδιοϊσότοπα από τα οποία αυτά με το μεγαλύτερο χρόνο ημιζωής (δηλ. το χρόνος που απαιτείται για να απομείνουν οι μισοί από τους αρχικούς πυρήνες) είναι το 106Ru, το 103Ru και το 97Ru. Έχουν περιγραφεί άλλα 17 ραδιοϊσότοπα τα περισσότερα από τα οποία έχουν ημιζωές μικρότερες από 5 λεπτά, εκτός από το 95Ru και το 105Ru.
Ο κύριος τρόπος διάσπασης που οδηγεί στο πλέον άφθονο ισότοπο, 102Ru, είναι η β–-διάσπαση του 102Τc και η β+-διάσπαση του 102Rh.

Περιβαλλοντικοί κίνδυνοι - Βιολογικός ρόλος - Προφυλάξεις 
Το ρουθήνιο δεν διαδραματίζει βιολογικό ρόλο, δημιουργεί όμως έντονα στίγματα στο ανθρώπινο δέρμα, πιθανόν να είναι καρκινογόνο και βιο-συσσωρεύεται στα οστά. Δεν υπάρχει κανένα στοιχείο όσον αφορά στην τοξικότητα του ρουθηνίου στα τρόφιμα, δεδομένου ότι οι συγκεντρώσεις του είναι εξαιρετικά χαμηλές

Οι ενώσεις του ρουθηνίου συναντώνται σχετικά σπάνια από τους περισσότερους ανθρώπους, επειδή δε γίνεται μεγάλη χρήση τους. Το οξείδιο του ρουθηνίου (VIII), RuO4, είναι πτητική ένωση, πολύ τοξική και μπορεί να προκαλέσει εκρήξεις, αν έρθει σε επαφή με εύφλεκτα υλικά.

Ενώσεις του ρουθηνίου 
Το ρουθήνιο και το όσμιο έχουν το μεγαλύτερο εύρος αριθμών οξείδωσης από όλα τα χημικά στοιχεία : από -2 έως και +8. Οι συνηθέστερες βαθμίδες οξείδωσής του Ru είναι +2, +3, +4. Οι χημικές του ενώσεις έχουν παραπλήσιες ιδιότητες με τις αντίστοιχες του οσμίου.

Οι περισσότερες ενώσεις του ρουθηνίου (αλλά και γενικά των στοιχείων μετάπτωσης) είναι έγχρωμες γιατί ο αριθμός των διαθέσιμων τροχιακών στα οποία μπορεί να μεταπηδήσει ένα ηλεκτρόνιο όταν διεγερθεί είναι μεγάλος, οπότε η ενέργεια που χρειάζεται για να αλλάξει τροχιακό είναι πολύ μικρή και η ενέργεια της ορατής περιοχής του φάσματος είναι επαρκής. Έτσι, απορροφούνται ορισμένα μήκη κύματος του ορατού φωτός και οι ενώσεις φαίνονται έγχρωμες.

Οι γνωστότερες δυαδικές ενώσεις του Ru+3 και του Ru+4 με αμέταλλα στοιχεία καθώς και τρισδιάστατες απεικονίσεις ορισμένων σημαντικών ενώσεων του ρουθηνίου, βρίσκονται στους πίνακες που ακολουθούν:

Μερικές από τις ενδιαφέρουσες δυαδικές ενώσεις του Ru είναι:
 Χλωριούχο ρουθήνιο(ΙΙΙ), RuCl3. Απαντά σε δύο φάσεις, την α- (καφέ στερεό) και τη β- (μαύροι κρύσταλλοι). Το εμπορικό προϊόν «ένυδρο χλωριούχο ρουθήνιο(ΙΙΙ)», RuCl3.xH2Ο (όπου συνήθως x=3) αποτελεί πολύ σημαντική ένωση του ρουθηνίου γιατί είναι η πρώτη ύλη για την παρασκευή όλων των συμπλόκων-καταλυτών με Ru(ΙΙΙ) και Ru(II).
 Οξείδια του ρουθηνίου. Γνωστότερο είναι το οξείδιο του Ru(VIII), RuO4. Το κίτρινο αυτό οξείδιο περιέχει το ρουθήνιο στο μέγιστο αριθμό οξείδωσης (+8) και επειδή είναι ευαίσθητο στο φως και θερμοδυναμικά ασταθές, μπορεί εύκολα να εκραγεί. Είναι πολύ τοξικό και αποτελεί ισχυρότατο οξειδωτικό μέσο, αντιδρά δε βίαια με οργανικές ενώσεις. Το οξείδιο του Ru(III), Ru2O3, δεν υπάρχει.

Σύμπλοκα του ρουθηνίου 
Το ρουθήνιο είναι μέταλλο πολλαπλών χρήσεων και μπορεί να δημιουργήσει εύκολα δεσμούς C-Ru. Οι ενώσεις αυτές αντιδρούν ταχύτερα από τις ανάλογες ενώσεις του οσμίου. Τα σύμπλοκα του Ru είναι έγχρωμα, όπως άλλωστε όλα σχεδόν τα σύμπλοκα των μεταβατικών στοιχείων και πολλές φορές περιέχουν άτομα Ru με διαφορετικούς αριθμούς οξείδωσης. Η καταλυτική τους δράση έγινε ευρέως γνωστή τις δεκαετίες του 1960 και 1970. Μέχρι τότε, ιδιαίτερα στις αντιδράσεις ολεφινικής μετάθεσης, χρησιμοποιούνταν σύμπλοκα του τιτανίου, του βολφραμίου και του μολυβδαινίου. Τα σύμπλοκα του Ru αποδείχθηκε ότι είναι δραστικότεροι καταλύτες από τις ενώσεις των προηγουμένων μετάλλων.

Ορισμένα ενδιαφέροντα σύμπλοκα του ρουθηνίου είναι:
 Μπλε ρουθήνιο (Ruthenium blues). Είναι διάλυμα μπλε χρώματος που το περιέγραψε πρώτος ο Claus το 1846. Περιέχει κυρίως το σύμπλοκο τύπου cluster (Cl3Ru(μ-Cl)3Ru(μ-Cl)3RuCl3)4- όπου το Ru έχει αριθμό οξείδωσης μεταξύ 2 και 2,5. Το μπλε ρουθήνιο καταλύει την ισομερείωση και υδρογόνωση των αλκενίων και χρησιμοποιείται πάρα πολύ στη Συνθετική Οργανική Χημεία.
 Κόκκινο ρουθήνιο (Ruthenium red), [Ru3O2(NH3)14]Cl6.4Η2Ο. Είναι καφέ διαμαγνητικό σύμπλοκο, που περιέχει δύο Ru3+ και ένα Ru+4. Με οξείδωση μετατρέπεται στο καφέ ρουθήνιο, [Ru3O2(NH3)14]7+. Τα δύο αυτά σύμπλοκα περιέχουν υπεροξειδική γέφυρα, –Ο–Ο–.

 Μεταλλοκαρβονύλια του ρουθηνίου. Έχουν μελετηθεί, το πεντακαρβονυλο-ρουθήνιο, Ru(CO)5, το εννεακαρβονυλο-ρουθήνιο, Ru2(CO)9 και το δωδεκακαρβονυλο-ρουθήνιο Ru3(CO)12 που χρησιμοποιείται για την παρασκευή καταλυτικών νανοσωματιδίων και είναι πρόδρομη ένωση συμπλόκων του Ru που περιέχουν πορφυρίνη.
 Ρουθηνοκέννιο, (C5H5)2Ru. Είναι σύμπλοκο sandwich και χρησιμοποιείται ως φωτοεκκινητής σε αντιδράσεις πολυμερισμού. Παρασκευάστηκε για πρώτη φορά το 1952 από τον Ουίλκινσον.
 Σύμπλοκο κατιόν Creutz-Taube, [(NH3)5Ru(pyrazine)Ru(NH3)5]n+ με n=5. Ανήκει σε μια ομάδα κατιόντων μαζί με αυτά που έχουν n = 4 (οπότε και τα δύο άτομα Ru είναι ισότιμα με αριθμό οξείδωσης = +2) και n = 6 (οπότε και τα δύο άτομα Ru είναι ισότιμα με αριθμό οξείδωσης = +3). Το κατιόν Creutz-Taube, περιέχει το Ru με αριθμούς οξείδωσης +2 και +3. Τα δύο Ru αποδείχθηκε ότι είναι χημικώς ισοδύναμα.

 Οι καταλύτες Γκραμπς (Grubbs) 1ης και 2ης γενιάς είναι πολύ σπουδαίοι οργανομεταλλικοί καταλύτες και χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην ολεφινική μετάθεση. Στις αρχές της δεκαετίας του 1990 ο Μπομπ Γκραμπς (Bob Grubbs), ανέπτυξε μια σειρά από καταλύτες Ru που διαφέρουν από τις προηγούμενες γενιές, με πολλούς διαφορετικούς τρόπους. Πρώτον, το μέταλλο δεν είναι στην υψηλότερη οξειδωτική κατάσταση και υποστηρίζεται από ligands φωσφίνης (με γενική δομή PR3 όπου R = αλκύλιο, αρύλιο, Η, αλογόνο). Δεύτερον, οι καταλύτες έχουν τόσο ανεκτική λειτουργικότητα ώστε ορισμένοι από αυτούς μπορούν και λειτουργούν στο νερό. Η έρευνα πάνω στους καταλύτες αυτούς βρίσκεται σε εξέλιξη και οι προοπτικές είναι πολύ ευοίωνες.
 Νιτροζυλοσύμπλοκα. Περιέχουν το ΝΟ ως ligand. Το Ru πιθανόν να σχηματίζει τα περισσότερα νιτροζυλοσύμπλοκα από όλα τα μέταλλα. Έχουν τη δομή Ru(NO)L5 (όπου το L5 μπορεί να είναι μια μεγάλη ποικιλία συνδυασμών ουδέτερων μορίων και ιόντων) και αρκετά από αυτά είναι οκταεδρικά. 
 Χλωριούχο πεντααμμωνο (διαζωτο) ρουθήνιο (ΙΙ), [Ru(N2)(NH3)5]Cl2. Είναι το πρώτο σταθερό σύμπλοκο που παρασκευάστηκε το 1965 με ligand μόριο αζώτου, Ν2. Τα σύμπλοκα με Ν2 αντικαθιστούν εύκολα και ποσοτικά ένα μόριο Ν2 με Cl2 ή αμμωνία, ΝΗ3. Η μελέτη των συμπλόκων αυτών ίσως αποτελέσει το κλειδί για την επίλυση του προβλήματος της δέσμευσης του ατμοσφαιρικού Ν2 από τα φυτά και της μετατροπής του σε ΝΗ3. Γνωστά είναι επίσης και διπυρηνικά σύμπλοκα του Ru όπου το Ν2 αποτελεί γέφυρα όπως π.χ το [Ru(NH3)5-Ν=Ν-Ru(NH3)5]4+.

Χρήσεις - Εφαρμογές

Τεχνολογία 
Η κυριότερη χρήση του ρουθηνίου και των ενώσεών του είναι στην κατάλυση. Σχετικά πρόσφατα διαπιστώθηκε ότι οι οργανομεταλλικές ενώσεις του ρουθηνίου (κυρίως τα σύμπλοκα Grubbs), αποτελούν υψηλής απόδοσης καταλύτες που καταλύουν ολεφινικές μεταθέσεις, οργανικές αντιδράσεις που βρίσκουν σημαντικές εφαρμογές στην Ανόργανη, Οργανική, Φαρμακευτική και Βιομηχανική Χημεία.

Το ρουθήνιο, λόγω του υψηλού σημείου τήξης του δεν μπορεί να υποβληθεί σε χύτευση, αλλά και από το γεγονός ότι είναι πολύ εύθραυστο, ακόμη και σε κατάσταση λευκοπύρωσης, δυσχεραίνεται η διαμόρφωσή του σε παραγωγή ελασμάτων ή συρμάτων. Έτσι η βιομηχανική του χρήση περιορίζεται σε προσμίξεις όπου και αποτελεί ένα ιδιαίτερα αποτελεσματικό σκληρυντικό πρόσθετο σε κράματα με λευκόχρυσο και παλλάδιο, ή με άλλα μέταλλα της οικογένειας αυτών.

Τα κράματα αυτά χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικές επαφές και πρέπει να είναι ανθεκτικά σε σοβαρές φθορές. Επίσης, επειδή είναι κατά πολύ φθηνότερο από το ρόδιο και έχει παραπλήσιες ιδιότητες, το αντικαθιστά σε διάφορες ηλεκτρικές εφαρμογές. Στις ηλεκτρολογικές εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας κατευθύνεται πάνω από το μισό της παγκόσμιας παραγωγής Ru. Όταν προστίθεται 0,1 % ρουθήνιο στο τιτάνιο, η αντοχή του τελευταίου βελτιώνεται στο εκατονταπλάσιο. Τέτοια κράματα Ti-Ru χρησιμοποιούνται σε βιομηχανίες που χρησιμοποιούν χλωριούχα αλκάλια, αλογόνα, καυτά οργανικά και ανόργανα οξέα και γενικά σε εξαιρετικά διαβρωτικά περιβάλλοντα.

Το ρουθήνιο επίσης χρησιμοποιείται στην κατασκευή προηγμένων μονοκρυσταλλικών υπερκραμάτων υψηλής θερμοκρασίας, τα οποία χρησιμοποιούνται μεταξύ άλλων και στα πτερύγια των κινητήρων των αεροσκαφών. Αρκετά τέτοια υπερκράματα περιγράφονται στη βιβλιογραφία όπως το EPM-102 (με 3 % Ru) και το TMS-162 (με 6 % Ru).

Ορισμένα σύμπλοκα του ρουθηνίου απορροφούν το φως σε όλο το ορατό φάσμα και αποτελούν αντικείμενο σύγχρονης μελέτης για τις δυνατότητές τους, στις τεχνολογίες αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας.

Διακόσμηση 
Η χρήση του ρουθηνίου στην κατασκευή κοσμημάτων, περιορίζεται στη σταθεροποίηση και σκλήρυνση του χρυσού, ενώ για αντίσταση στη φθορά, οι άκρες των πενών συχνά κατασκευάζονται από κράμα που περιέχει ρουθήνιο. Για παράδειγμα, από το 1944 και μετά, η διάσημη πένα «Parker 51» ήταν εφοδιασμένη με τη μύτη «RU» που περιείχε χρυσό 14 καρατίων με 96,2 % ρουθήνιο και 3,8 % ιρίδιο.

Ιατρική - Βιολογία 
Τα τελευταία δέκα χρόνια διαπιστώθηκε ότι τα οργανομεταλλικά σύμπλοκα του ρουθηνίου είναι περισσότερο αποτελεσματικά στην καταπολέμηση των όγκων από τα παραδοσιακά σύμπλοκα του λευκόχρυσου και μια νέα ομάδα αντικαρκινικών φαρμάκων, όπως τα NAMI-A και KP1019, βρίσκεται τώρα στο στάδιο των κλινικών δοκιμών. 
Το «κόκκινο ρουθήνιο», χρησιμοποιείται στη βιολογία για τη χρώση και την καλύτερη παρατήρηση πολυανιονικών μορίων, όπως η πηκτίνη και τα νουκλεινικά οξέα, στο κοινό μικροσκόπιο και από το 1961 και στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.

Σημειώσεις

Παραπομπές

Επιλεγμένη βιβλιογραφία
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  (μετάφραση: Σακαρέλλος, Κωνσταντίνος; Πηλίδης, Γεώργιος Α.; Γεροθανάσης, Ιωάννης Π.; κ.ά.).

Δείτε επίσης 
 Λευκόχρυσος
 Ιρίδιο
 Ρόδιο
 Όσμιο
 Παλλάδιο
 Νιόβιο
 Ρήνιο
 Ίνδιο
 Θάλλιο

Εξωτερικοί σύνδεσμοι 

 Elementymology & Elements Multidict : Ruthenium
 Mineral Species containing Ruthenium (Ru )
 The periodic table of videos
 Ruthenium images and pictures 
 Olefin metathesis : Big-deal reaction
 Rob Toreki's Organometallic HyperTextBook : Olefin metathesis
 The Nobel Prize in Chemistry 2005 

Στοιχεία μετάπτωσης
Μέταλλα
Χημικά στοιχεία