Ռութենիումը քիմիական տարր է՝ նկարագրություն, պատմություն և բաղադրություն

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 05:30

Ռութենիումը պլատինի խմբի բոլոր մետաղներից ամենաթեթև և ամենաքիչ «ազնիվն է»: Դա, թերեւս, ամենա«բազմարժեք» տարրն է (հայտնի է ինը վալենտային վիճակ): Չնայած ավելի քան կեսդարյա հետազոտությունների պատմությանը, այն այսօր էլ շատ հարցեր ու խնդիրներ է դնում ժամանակակից քիմիկոսների համար: Այսպիսով, ի՞նչ է ռութենիումը որպես քիմիական տարր: Սկզբից կարճ շեղում պատմության մեջ։

Խորհրդավոր և հարուստ

Ռութենիումի հայտնաբերման անվանումն ու պատմությունը անքակտելիորեն կապված են Ռուսաստանի հետ։ 20-րդ դարի հենց սկզբին համաշխարհային հանրությունը ոգևորված ու անհանգստացած էր այն լուրով, որ պլատինի ամենահարուստ հանքավայրերը հայտնաբերվել են Ռուսական կայսրությունում։ Խոսակցություններ կային, որ Ուրալում այդ թանկարժեք մետաղի արդյունահանումը կարելի է իրականացնել սովորական բահով։ Հարուստ հանքավայրերի հայտնաբերման փաստը շուտով հաստատվեց այն փաստով, որ Ռուսաստանի ֆինանսների նախարար Ե. Ֆ. Կանկրինը Սանկտ Պետերբուրգի դրամահատարան ուղարկեց պլատինից մետաղադրամներ հատելու ամենաբարձր հրամանագիրը։ Հետագա տարիներին շրջանառության մեջ է դրվել մոտ մեկուկես միլիոն մետաղադրամ (3, 6 և 12 ռուբլի), որոնց արտադրության համար ծախսվել է 20 տոննա թանկարժեք մետաղ։

։

«Բացահայտում» Օզաննա

Դերպտ-Յուրևսկու (այժմ Տարտու) համալսարանի պրոֆեսոր Գոթֆրիդ Օզանն սկսեց ուսումնասիրել Ուրալի թանկարժեք հանքաքարի բաղադրությունը։ Նա եկել է այն եզրակացության, որ պլատինին ուղեկցում են երեք անհայտ մետաղներ՝ բազմանդամ, բազմանդամ և ռութենիում, որոնց անունները տվել է ինքը՝ Օզանը։ Ի դեպ, երրորդն անվանել է Ռուսաստանի անունով (լատիներեն Ռութենիա):

Օզաննայի գործընկերները ողջ Եվրոպայում՝ շվեդ ամենահեղինակավոր քիմիկոս Յենս Բերցելիուսի գլխավորությամբ, խիստ քննադատությամբ էին վերաբերվում պրոֆեսորի զեկույցին: Փորձելով արդարանալ՝ գիտնականը կրկնել է իր մի շարք փորձերը, սակայն չի հաջողվել նույն արդյունքներին հասնել։

Երկու տասնամյակ անց քիմիայի պրոֆեսոր Կառլ Կարլովիչ Կլաուսը (Կազանի համալսարան) հետաքրքրվեց Օզաննայի աշխատանքով։ Նա ապահովեց գանձապետարանի քարտուղարի թույլտվությունը դրամահատարանի լաբորատորիայից մի քանի ֆունտ մետաղադրամների մնացորդը վերստուգելու համար վերցնելու համար:

Կազանի քիմիական տարր ռութենիում

Ռուս ակադեմիկոս Ա. Է. Արբուզովն իր գրվածքներում նշել է, որ այդ ժամանակներում նոր տարր հայտնաբերելու համար քիմիկոսին անհրաժեշտ էր ծայրահեղ աշխատասիրություն և հաստատակամություն, դիտողություն և խորաթափանցություն, և ամենակարևորը՝ նուրբ փորձարարական հմայքը: Վերոհիշյալ բոլոր հատկությունները երիտասարդ Կարլ Կլաուսին բնորոշ էին ամենաբարձր աստիճանի:

Գիտնականի հետազոտությունը նաև գործնական նշանակություն է ունեցել՝ հանքաքարի մնացորդներից մաքուր պլատինի լրացուցիչ արդյունահանում։ Փորձի համար սեփական պլանը մշակելով՝ Կլաուսը միաձուլեց հանքանյութը սելիտրայի հետ և արդյունահանեց լուծվող տարրեր՝ օսմիում, իրիդիում,պալադիում. Անլուծելի մասը ենթարկվել է խտացված թթուների («aqua regia») և թորման խառնուրդի: Երկաթի հիդրօքսիդի նստվածքում նա հայտնաբերել է անհայտ մետաղի առկայությունը և մեկուսացրել այն սկզբում սուլֆիդի տեսքով, իսկ հետո՝ մաքուր ձևով (մոտ 6 գրամ)։ Պրոֆեսորը պահպանել է Օզանի առաջարկած անունը՝ ռութենիում տարրի համար:

Բացեք և ապացուցեք

Բայց, ինչպես պարզվեց, ռութենիում քիմիական տարրի հայտնաբերման պատմությունը նոր էր սկսվում: 1844 թվականին ուսումնասիրության արդյունքների հրապարակումից հետո Կլաուսի վրա քննադատության կարկուտ է տեղացել։ Կազանի անհայտ գիտնականի եզրակացությունները թերահավատորեն են ընդունել աշխարհի խոշորագույն քիմիկոսները։ Նույնիսկ Բերցելիուսին նոր տարրի նմուշ ուղարկելը չփրկեց իրավիճակը։ Ըստ շվեդ վարպետի՝ Կլաուսի ռութենիումը եղել է միայն «անմաքուր իրիդիումի նմուշ»։

Միայն Կառլ Կարլովիչի՝ որպես անալիտիկ քիմիկոսի և փորձարարի ակնառու հատկությունները և մի շարք լրացուցիչ հետազոտություններ թույլ տվեցին գիտնականին ապացուցել իր փաստը: 1846 թվականին հայտնագործությունը ստացել է պաշտոնական ճանաչում և հաստատում։ Իր աշխատանքի համար Կլաուսը արժանացել է Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի Դեմիդովի անվան մրցանակին 10 հազար ռուբլու չափով։ Կազանի պրոֆեսորի տաղանդի և հաստատակամության շնորհիվ պլատինոիդների շարքը համալրվեց Ռուսաստանում հայտնաբերված առաջին տարրը՝ ռութենիումը։

Լրացուցիչ հետազոտություն

Ռութենիումի քիմիական և ֆիզիկական հատկությունների ուսումնասիրության հիմնական խնդիրը չափազանց սահմանափակ պարունակությունն էայս մետաղը երկրի ընդերքում: Օրինակ, պլատինի արտադրության թափոններում (Clauss-ի աշխատանքային նյութը) դրա պարունակությունը կազմում է մոտ 1%: Քիմիկոս գիտնականների մեծ մասը ռութենիումը ճանաչում է որպես ուսումնասիրության համար չափազանց անբարենպաստ նյութ: Փակուղիների առատությունը հաճախ ստիպում է հետազոտողներին կրճատել կամ դադարեցնել իրենց աշխատանքը:

Խորհրդային գիտնական Ս. Մ. Ստարոստինն իր ողջ կյանքը նվիրել է «անհարմար» մետաղի և դրա միացությունների հատկությունների ուսումնասիրությանը։ Քիմիկոսի գործունեության հիմնական արդյունքը ռութենիումի նիտրոզո համալիրների հատկությունների և դրանց հետ կապված դժվարությունների մասին եզրակացություններն են՝ մաքուր մետաղը ուղեկցող ուրանից և պլուտոնիումից զատելու հարցում։ Ի՞նչ է ռութենիումը որպես քիմիական տարր:

Ֆիզիկական հատկություններ

Ռութենիումը մետաղ է, որի գույնը, կախված ստացման եղանակից, տատանվում է գորշ-կապտույտից մինչև արծաթ-սպիտակ: Ռութենիում քիմիական տարրի որոշ ֆիզիկական բնութագրեր թույլ են տալիս այն համարել եզակի նյութ։ Բարձր փխրունության հետ մեկտեղ (բյուրեղները նույնիսկ հեշտությամբ ձեռքով փոշու են վերածվում), ռութենիումը ունի ծայրահեղ կարծրություն՝ 6,5 տասը բալանոց հանքաբանական կարծրության սանդղակով (Mohs սանդղակ)։ Թերևս պլատինե խմբի մետաղներից ամենաթեթևը: Խտությունը՝ 12,45 գ/սմ³: Այն շատ հրակայուն է - հեղուկ վիճակի անցման ջերմաստիճանը 2334 ° C է: Էլեկտրական աղեղում հալվելու ժամանակ նկատվում է մետաղի միաժամանակյա գոլորշիացում։ Բաց օդում բարձր ջերմաստիճանի կալցինացիայի ժամանակ տարրը «ցնդում» է ձևովտետրօքսիդներ.

Ռութենիումը դասակարգվում է որպես գերհաղորդիչ: Մետաղը ցույց է տալիս զրոյական դիմադրություն, երբ սառչում է մինչև 0,47 Կ: Այս հատկությունը մեծ նշանակություն ունի գիտական և գործնական տեսանկյունից: Որպես պլատինոիդ՝ ռութենիումը շատ հետաքրքիր թանկարժեք մետաղ է։

Element Ru

«Կազան» մետաղի հատկությունները շատ առումներով բնորոշ են VΙΙΙ (պլատինե) խմբի ներկայացուցիչներին։ Ռութենիումը պարբերական աղյուսակի քիմիական տարր է՝ 44 ատոմային համարով, որը բնութագրվում է բարձր իներտությամբ։ Այն ունի 7 կայուն բնական և 20 արհեստական իզոտոպ՝ 92-ից մինչև 113 զանգվածային թվերով։

Նորմալ ջերմաստիճանում այն ենթակա չէ օքսիդացման և կոռոզիայի, թթուների և ալկալիների: Երբ տաքացվում է 400 ° C-ից բարձր, այն փոխազդում է քլորի հետ, 930 ° C-ում՝ թթվածնի հետ: Որոշ մետաղների հետ քիմիական տարրը ռութենիում ձևավորում է կայուն համաձուլվածքներ, որոնք կոչվում են միջմետաղական միացություններ:

Բազմաթիվ միացություններում այն ցուցադրում է զրոյից մինչև ութ վալենտություն: Ամենակարևորները ներառում են ռութենիումի երկօքսիդ և տետրօքսիդ, սուլֆիդ RuS₂ և ֆտոր RuF₅.

Իր մաքուր մետաղական տեսքով այն ունի բարձր ընտրողականությամբ կատալիզատորի հատկություններ, ինչը թույլ է տալիս այն օգտագործել օրգանական և անօրգանական նյութերի լայն տեսականի սինթեզի համար: Ծառայում է որպես ջրածնի լավագույն սորբենտ։

Տարածվել բնության մեջ

Ռութենիում քիմիական տարրը բնութագրվում է ծայրահեղությամբհազվագյուտ և բնության մեջ ցրված: Իր բնական միջավայրում այն կազմում է միակ հայտնի հանքանյութը՝ լաուրիտը։ Այն պինդ նյութ է՝ փոքր երկաթա-սև ութանիստների տեսքով։ Ամենահարուստ և ամենահայտնի հանքավայրը գտնվում է Բորնեո (Կալիմանտան) կղզու պլատինե սալիկների վրա: Ռուսաստանում զարգացումներ են ընթանում Միջին և Հարավային Ուրալում, Կոլա թերակղզում, Կրասնոյարսկի և Խաբարովսկի երկրամասերում։

Մնացած բոլոր բնական միացություններում ռութենիումի քանակը չի գերազանցում 0,1%-ը։ Որոշ պղնձի-նիկելի հանքաքարերում և թթվային հրային ապարներում հայտնաբերվել են մետաղի հետքեր։ Որոշ բույսեր օժտված են ռութենիում խտացնելու և կուտակելու հատկությամբ, որոնցից առանձնանում են հատիկաընդեղենի ընտանիքի ներկայացուցիչները։

Երկրակեղևում տարրի ընդհանուր պարունակությունը, ըստ մասնագետների, չի գերազանցում 5000 տոննան։

Արդյունաբերական արտադրություն

Ռութենիում տարրը համարվում է ազնիվ, իսկ մետաղի հիմնական աղբյուրը պլատինի արտադրության թափոններն են։ Ռութենիումի (ինչպես նաև պլատինի) արդյունահանման անվիճելի առաջատարը Հարավաֆրիկյան Հանրապետությունն է։ Այս մետաղի մշակմամբ ու արտադրությամբ զբաղվում են նաև Ռուսաստանը, Կանադան և Զիմբաբվեն։ Ի դեպ, վերջինս աշխարհում երկրորդ տեղն է զբաղեցնում պլատինոիդների ուսումնասիրված պաշարներով։

Շուկա մատակարարվող ռութենիումի քանակը տատանվում է տարեկան 17-ից 20 տոննա: Տարր ստանալու համար արտադրական ցիկլը տևում է մոտ 6 շաբաթ և իրենից ներկայացնում է ջերմաքիմիական ռեակցիաների շարունակական շղթա, որոնք հաջորդում են մեկը մյուսի հետևից։

Տեխնոլոգիա ձեռք բերելու համարռութենիում ռադիոակտիվ տեխնիումի իզոտոպների նեյտրոնային ճառագայթման միջոցով: Բայց պետք է նշել, որ մաքուր և կայուն մետաղի մեկուսացումը, իր քիմիական հատկությունների, անկանխատեսելիության և անբավարար գիտելիքների պատճառով, դեռևս մնում է խողովակի երազանք։

Դիմումներ

Չնայած ռութենիումի ազնիվ մետաղի բոլոր հատկությունները լիովին առկա են, տարրը լայն տարածում չի ստացել ոսկերչական արդյունաբերության մեջ: Այն օգտագործվում է միայն համաձուլվածքները ամրացնելու և թանկարժեք զարդերն ավելի դիմացկուն դարձնելու համար։

Սպառված ռութենիումի քանակի առումով արդյունաբերական ոլորտները հետևյալ հաջորդականությամբ են՝

1. Էլեկտրոնային.
2. Էլեկտրաքիմիական.
3. Քիմիական.

Տարրի կատալիտիկ հատկությունները մեծ պահանջարկ ունեն: Օգտագործվում է հիդրոցյանային և ազոտական թթուների սինթեզի, հագեցած ածխաջրածինների, գլիցերինի արտադրության և էթիլենի պոլիմերացման մեջ։ Մետաղագործական արդյունաբերության մեջ ռութենիումի հավելումները օգտագործվում են հակակոռոզիոն հատկությունները բարձրացնելու, համաձուլվածքներին ամրություն հաղորդելու, քիմիական և մեխանիկական դիմադրություն հաղորդելու համար: Ռութենիումի ռադիոակտիվ իզոտոպները հաճախ օգնում են գիտնականներին իրենց հետազոտություններում:

Տարրի շատ միացություններ նույնպես օգտագործվել են որպես լավ օքսիդիչներ և ներկանյութեր: Մասնավորապես, քլորիդներն օգտագործվում են լյումինեսցենտությունը բարձրացնելու համար:

Կենսաբանական նշանակություն

Ռութենիումն ունի կենդանի հյուսվածքների, հիմնականում մկանային (պլատինի խմբի միակ մետաղը) բջիջներում կուտակվելու հատկություն։ Կարող է հրահրելալերգիկ ռեակցիաների զարգացում, բացասաբար են ազդում աչքերի լորձաթաղանթի և վերին շնչուղիների վրա։

Բժշկության մեջ ազնիվ մետաղը օգտագործվում է որպես ախտահարված հյուսվածքները ճանաչելու միջոց։ Դրա վրա հիմնված դեղամիջոցներն օգտագործվում են տուբերկուլյոզի և մարդու մաշկի վրա ազդող տարբեր վարակների բուժման համար։ Այդ իսկ պատճառով, շատ խոստումնալից է թվում ռութենիումի կարողությունը կայուն նիտրոզային համալիրներ ձևավորելու համար մարդու մարմնում նիտրատների ավելցուկ կոնցենտրացիայի հետ կապված հիվանդությունների դեմ պայքարում (հիպերտոնիա, արթրիտ, սեպտիկ շոկ և էպիլեպսիա):

:

Ո՞վ է մեղավոր

Վերջերս արևմտաեվրոպական գիտնականները լրջորեն անհանգստացրել են հանրությանը հաղորդագրությունով, որ ռութենիումի Ru_{106 ռադիոակտիվ իզոտոպի պարունակությունը աճում է մայրցամաքում:} Փորձագետները լիովին բացառում են դրա ինքնակրթությունը մթնոլորտում. Ինչպես նաև ատոմակայանից պատահական արտանետումը, այդ ժամանակից ի վեր ցեզիումի և յոդի ռադիոնուկլիդները անպայմանորեն օդում կլինեն, ինչը չի հաստատվում փորձարարական տվյալներով: Այս իզոտոպի ազդեցությունը մարդու օրգանիզմի վրա, ինչպես ցանկացած ռադիոակտիվ տարր, հանգեցնում է հյուսվածքների և օրգանների ճառագայթման, քաղցկեղի առաջացման։ Աղտոտման հնարավոր աղբյուրները, ըստ արևմտյան լրատվամիջոցների, գտնվում են Ռուսաստանի, Ուկրաինայի կամ Ղազախստանի տարածքում։

Ի պատասխան՝ Ռոսատոմի կապի դեպարտամենտի ներկայացուցիչն ասաց, որ պետական կորպորացիայի բոլոր ձեռնարկություններն աշխատել և աշխատում են սովորական ռեժիմով։ Ատոմային էներգիայի միջազգային գործակալությունը (ՄԱԳԱՏԷ), իր կարծիքով, հիմնվելով իր սեփական մոնիտորինգի տվյալների վրա. Ռուսաստանի Դաշնության դեմ ուղղված բոլոր մեղադրանքները անհիմն են անվանել։