Рутеній

Рутеній (Ru, від лат. Ruthenia — Русь) — хімічний елемент з атомним номером 44, проста речовина сріблясто-сірого кольору, дуже крихкий метал.

Рутеній (Ru)
Атомний номер	44
Зовнішній вигляд простої речовини	сріблясто-сірий дуже крихкий метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)	101,07 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома	134 пм
Енергія іонізації (перший електрон)	710,3(7,36) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація	[Kr] 4d7 5s1
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	125 пм
Радіус іона	(+4e)67 пм
Електронегативність (за Полінгом)	2,2
Електродний потенціал	0
Ступені окиснення	8, 6, 4, 3, 2, 0, -2
Термодинамічні властивості
Густина	12,41 г/см³
Молярна теплоємність	0,238 Дж/(К·моль)
Теплопровідність	117,0 Вт/(м·К)
Температура плавлення	2583 К
Теплота плавлення	(25,5) кДж/моль
Температура кипіння	4173 К
Теплота випаровування	n/a кДж/моль
Молярний об'єм	8,3 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки	гексагональна
Період ґратки	2,700 Å
Відношення с/а	1,584
Температура Дебая	600[1] К
Інші властивості
Критична точка	н/д
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Рутеній у Вікісховищі

Загальний опис

Належить до платинових металів. У природі існує 7 стабільних ізотопів з масовими числами 96, 98-102, 104. Відкритий К. К. Клаусом у 1844 році. Густина при 20 °C 12370 кг/м³. Парамагнітний. Хімічно пасивний, не реагує навіть з «царською водою». Рутеній — рідкісний і дуже розсіяний елемент, середній вміст рутенію в земній корі 5•10⁻⁷% (мас). Існує один мінерал, утворений в основному рутенієм — лаурит (RuS₂). Крім того, міститься у мінералах: рутенистому сисертськіті (містить до 19 % Ru), рутенистому нев'янськіті (до 14 % Ru), ауросміриді (різновид нев'янськіту, Ir, Os, Au), осрутині (Ru, Os), як ізоморфна домішка присутній у самородній платині і мінералах сульфідних мідно-нікелевих руд. У мінералах платини Рутеній утворює невпорядковані тверді розчини, його атоми статистично розподілені в структурі платини. Добувають Рутеній пеерважно з платинових руд.

Історія відкриття елемента

У 1827 році професор Тартуського університету (нині — в м. Тарту, Естонія) Готфрід Вільгельм Озанн (ru; en) (1797—1866) опублікував роботу, в якій заявив про відкриття ним трьох елементів (плуранію, рутенію та полінію), розчиняючи неочищену платину з гір Уралу в царській воді^[2][3]. Таким чином, уперше в хімічну науку було введено термін «рутеній». Йонс Якоб Берцеліус того ж року проводив подібні експерименти з розчиненням платини у царській воді, однак не побачив там нічого нового. Озанн був, однак, переконаний у своїй правоті та відіслав Берцеліусу зразки отриманої речовини. Провівши дослідження, Берцеліус підтвердив знаходження нового елементу в отриманому від Озанна зразку.

Цей елемент був «заново» відкритий пізніше російським ученим, німцем за походженням вихідцем з міста Тарту, випускником Дерптського університету, де зробив свої відкриття Г. Озанн — Карлом-Ернстом Клаусом^[4]. К. Е. Клаус дуже делікатно підійшов до праць свого попередника з вивчення платинових металів Г. Озанна. К. Е. Клаус вирішив зберегти назву металу, дану Г. Озанном. Так він пише у своїй першій статті:

«Цей метал я хочу назвати рутенієм тому, що він у невеликій кількості знаходиться у тілі білого кольору, про яке згадує Озанн… Озанн, який це тіло прийняв за особливий оксид металу, назвав його оксидом рутенію… Оскільки цей метал в оксиді рутенію Озанна зустрічається у невеликій кількості, я пропоную назвати його рутенієм»[4].

Знаходження у природі

Існує лише один мінерал, утворений переважно рутенієм, — лаурит, що має приблизний склад ${\displaystyle ~\mathrm {RuS_{2}} }$ (іноді його формулу позначають ${\displaystyle ~\mathrm {(RuOs)S_{2}} }$).

Цей вельми рідкісний мінерал був знайдений на Уралі (Сен-Клер-Девіль), о-ві Борнео, в Орегоні (США), Колумбії і Трансваалі^[5][6][7][8]. Лаурит виявлений у Якутії (родовища Інаглі і Кондер) у тісному зрощенні з куперитом, брагітом, осмистим іридієм, хром-шпінелідами і поліксеном^[9].

Питома вага лауриту становить 6—7, твердість за шкалою Мооса — 7—8, колір чорний з металевим блиском. Кристалічна структура — куб-октаедр, параметри: α = 5,57 + 0,01 Å.

Лаурит вивчений досить мало. Через велику рідкість його зразки ніколи не піддавали повному хімічному аналізу.

Крім того, розрізняють рутеній самородний — у вигляді мікроскопічних включень у самородній платині і рутенірідосміні.

Ізотопи

Природний рутеній складається з семи різних ізотопів. Усі вони стабільні.

Масове число	Частка у природному рутенії	Період напіврозпаду
96	5,54 %	∞
98	1,87 %	∞
99	12,76 %	∞
100	12,60 %	∞
101	17,06 %	∞
102	31,55 %	∞
104	18,62 %	∞

Загалом відомо 42 ізотопи рутенію з масовими числами від 87 до 124; 4 з них — метастабільні. З нестабільних ізотопів найбільші періоди напіврозпаду мають Ru¹⁰⁶ (371,8 дня) і Ru¹⁰³ (39,2 дня)^[10].

Отримання

Добувають рутеній переважно з платинових руд. Після відділення від супутніх платинових елементів рутеній переводять у комплексну амонієву сіль хлориду рутенію та відновлюють в тоці водню до металу. Отриманий метал переплавляють у захисній атмосфері інертного газу.

Хімічні властивості

За своїми хімічними властивостями, що проявляються у природних сполуках, рутеній близький до заліза. Так, він дає міцний сульфід ${\displaystyle ~\mathrm {RuS_{2}} }$, який має кристалічну решітку піриту (${\displaystyle ~\mathrm {FeS_{2}} }$). Найбільш стійким оксидом рутенію є ${\displaystyle ~\mathrm {RuO_{2}} }$. Вищий леткий оксид ${\displaystyle ~\mathrm {RuO_{4}} }$ отримують тільки синтетично, а в природних умовах він навряд чи може існувати. Дисоціація ${\displaystyle ~\mathrm {RuO_{2}} }$ відбувається при значно вищій температурі, ніж дисоціація оксидів платини і паладію.

З платиною, іридієм і осмієм рутеній дає тверді розчини в значних концентраціях. З осмієм рутеній ізоморфний.

Біологічний вплив

• Рутеній є єдиним платиновим металом, який виявляється в складі живих організмів (за деякими даними — ще й платина). Концентрується в основному в м'язовій тканині. Вищий оксид рутенію вкрай отруйний.
• Рутеній-106 — бета-радіоактивний ізотоп рутенію, металу платинової групи. Утворюється при ядерних вибухах і роботі ядерноенергетичних установок. Використовується як радіоактивні індикатори, застосовується в медицині у складі аплікаторів при променевій терапії. Період напіврозпаду становить 373,59 дня. Допустима середньорічна об'ємна активність — 4,4 Бк/куб. м.

Застосування

Застосовують як каталізатор для виготовлення твердих сплавів, для нанесення захисних покривів на електричні контакти, титанові електроди, для декоративних покривів на ювелірні вироби, а також як компонент сплавів з Pt i Rh.

• У вигляді діоксиду застосовують для створення нерозчинних анодів — ОРТА.
• Невелика домішка рутенію (0,1 %) посилює корозійну стійкість титанових сплавів.

Відкриття, зроблене експериментальним шляхом дослідниками з університету Міннесоти у 2018 році, демонструє те, що хімічний елемент рутеній є четвертим хімічним елементом, що володіє унікальними магнітними властивостями при кімнатній температурі. До останнього часу людям були відомі лише три стабільних магнітних елементи, зокрема залізо (Fe), кобальт Co), нікель (Ni), і частково гадоліній (Gd), який втрачає магнітні властивості при температурі вище 8 градусів Цельсія. Виявлення нового магнітного матеріалу може призвести до розробки нових типів датчиків, пристроїв зберігання, обробки інформації та маси інших електронних і електромеханічних пристроїв. Крім традиційних технологій, у яких використовуються магнітні властивості матеріалів, поява нового магнітного матеріалу може зіграти важливу роль для подальшого розвитку ряду нових напрямків, як-от спінтроніка. Цьому сприятиме те, що технології вирощування тонких плівок і створення наноструктур уже досягли того рівня, який дає змогу виробляти матеріали з унікальними властивостями, котрих не мають ці ж матеріали природного походження^[11].

Рутеній входить до переліку корисних копалин, що включені до підписаної у квітні 2025 року угоди між урядами США та України про створення спільного інвестиційного фонду з відбудови України^[12].