רותניום

רותניום (Ruthenium) הוא יסוד כימי מסדרת מתכות המעבר שסמלו הכימי Ru ומספרו האטומי 44.

תכונות

רותניום הוא מתכת חזקה לבנה, ששייכת ל"קבוצת הפלטינה" (שכוללת את המתכות: רותניום, רודיום, פלדיום, אוסמיום, אירידיום ופלטינה) ויש לו ארבע צורות גבישיות. רותניום מתמוסס במתכות אלקליות נוזליות, מגיב עם הלוגנים בטמפרטורות גבוהות ולא מושפע מחומצות. כמויות קטנות של רותניום מקשיחות פלטינה ופלדיום. העמידות בפני קורוזיה של טיטניום עולה כאשר מוסיפים לו כמות קטנה של רותניום.

דרגת החמצון של רותניום נעה מ־1+ ל־8+. הדרגות 2+, 3+ ו־4+ הן הנפוצות ביותר.

שימושים

שימושי רותניום:
 הוספת רותניום לסגסוגות פלטינה ופלדיום מקשיחה אותן.
 0.1% רותניום מגביר את העמידות בפני קורוזיה של טיטניום.
 קומפלקסי רותניום משמשים בכימיה כקטליזטורים בתהליכים רבים. לדוגמה, קומפלקסים של רותניום בעלי ליגנדות של שרשרת פפטואיד מותמר בביפירידין יכול לשמש כקטליזטור לפירוק מספר חומרים, וביניהם מים. הסיבה לשימוש הרב בו היא הקלות בעירור אלקטרון ברמה החיצונית של הרותניום לאורביטל הריק של הקבוצה הביפירידינית. לאחרונה, מצאו כי שינוי בעמדת הקישור של הפפטואיד לטבעת הביפירידין מעמדה שש לעמדה ארבע גורמת ללומיניסנציה אשר לא זוהתה במקרה של קומפלקסים קודמים. לומינסנציה היא מדד ליעילות קומפלקס מסוים כקטליזטור לפירוק.
 רותניום הוא זרז רב תכליתי. לדוגמה, ניתן לפרק H2S בעזרת אור בלבד כאשר משרים אותו במים עם חלקיקי קדמיום גופרתי (CdS) ותחמוצת רותניום. תהליך זה יעיל מאוד כשמסירים H2S מתוצרים תעשייתיים של בתי זיקוק.
 קומפלקסים של רותניום אורגני התגלו כזרזים יעילים במיוחד בסינתזות אלקנים.
 זרז המבוסס על רותניום משמש בתגובות סטריאוסלקטיביות.
 תרופות שמבוססות על קומפלקסים של רותניום אורגני נמצאות בשלבים ניסיוניים בתור תרופות אנטי-סרטניות.
 כמה קומפלקסים אורגניים של רותניום נחקרים בתור חומרים פוטנציאליים לאנרגיה סולרית, במיוחד באלקטרו-פוטו-קטליזה ובתאי DSSC.
 הרותניום משמש ליצירת תכשיטים שונים, משקפי ראייה, משקפי שמש, שעונים ואף מטבעות.
 מאז שנות ה-2000 נערכו מספר מחקרים שבחנו שימוש ברותניום, בסגסוגותיה ובתחמוצת רותניום בתור אלקטרודת שער של טרנזיסטורי MOSFET מטכנולוגיות מתקדמות (high-k/metal gate), אולם נראה כי מחקרים אלה לא הבשילו לכדי יישום טכנולוגי.

היסטוריה

הרותניום (בלטינית Ruthenia שפירושה "רוסיה") זוהה ובודד על ידי קרל ארנסט קלאוס (Karl Klaus) ב-1844. קלאוס הראה שתחמוצת רותניום מכילה מתכת חדשה והפיק 6 גרם שלה מפלטינה גולמית. כמה שנים קודם, יונס יאקוב ברצליוס (Jöns Jacob Berzelius) וגוטפריד אוסאן (Gottfried Osann) כמעט גילו את הרותניום ב-1827, כשבחנו משקע שנשאר לאחר שהשרו פלטינה גולמית במי מלך (תערובת חומצות שיכולה להמיס פלטינה וזהב).
ברצליוס לא מצא מתכת חדשה, אבל אוסאן חשב שמצא שלוש מתכות חדשות וקרא לאחת מהן "רותניום".

ייתכן שכימאי פולני בודד את יסוד 44 (וקרא לו וסטיום) ממחצב פלטינה ב-1807, אך נושא זה שנוי במחלוקת.

הכימאית מרי לו גוד תרמה להבנת פעולת רותניום כזרז.

צורה בטבע

רותניום נמצא בדרך כלל במכרות עם מתכות אחרות מקבוצת הפלטינה בהרי אורל ובצפון ודרום אמריקה.

רותניום מופק מסחרית בתהליך כימי מורכב שבו משתמשים במימן בשביל לבודד רותניום מתרכובת אמוניום וכלור ((NH4)2RuCl6). כמו כן ניתן למצות רותניום מדלק גרעיני שיצא משימוש, שבדרך כלל מכיל כמה אחוזי רותניום.

תרכובות

לתרכובות רותניום תכונות כימיות דומות לאלו של אוסמיום שלהן שמונה דרגות חמצון, שמהן 2+, 3+ ו-4+ הן הנפוצות ביותר.

תרכובת נפוצה היא תחמוצת של רותניום 4+, או RuO2, והיא בעלת שימושים בקטליזה ובתהליכי אלקטרוכימיה. תחמוצת זו היא גם מוליכה חשמלית.

אמצעי זהירות

התרכובת RuO4, שדומה מאוד לאוסמיום טטרוקסיד מאוד רעילה ויכולה להתלקח. לרותניום אין תפקיד ביולוגי והוא יכול להכתים את העור. רותניום יכול להיות חומר מסרטן שמצטבר בעצמות.

קישורים חיצוניים

 רותניום ב־Webelements (אנגלית)

הערות שוליים

יסודות כימיים
מתכות יקרות
מתכות מעבר