Рутений

Расположен в VIIIB группе, в 5 периоде периодической системы. Входит в триаду рутений—родий—палладий и является химическим аналогом платины.

Радиус атома 0, 134 нм, радиус ионов: Ru³⁺ — 0, 082 нм (координационное число 6), Ru⁴⁺ — 0, 076 нм (6), Ru⁵⁺ — 0, 071 нм (6), Ru ⁷⁺ — 0, 052 нм (4), Ru ⁸⁺— 0, 050 нм (4). Энергии последовательной ионизации 7, 366, 16, 76, 28, 47 эВ. Электроотрицательность по Полингу 1, 42.

В 1844 в Казанском университете К. К. Клаус выделил из уральской самородной платины 6 г неизвестного ранее металла. Он определил его атомную массу, исследовал химические свойства и дал название.

Рутений — редкий рассеянный элемент. Содержание в земной коре менее 5·10^-7%. Сопутствует платиновым металлам. Образует два собственных чрезвычайно редких минерала — лаурит RuS₂и рутенарсенид RuAs. Как примесь присутствует в некоторых полиметаллических рудах, например, в халькопирите.

Источник рутения — остатки, образующиеся после очистки платины или шлам, возникающий при электрохимическом рафинировании Cu и Ni. Эти материалы подвергают сначала окислительному сплавлению с использованием пероксидов бария Ва₂О₂ или натрия Na₂O₂. Полученный сплав растворяют в воде и обрабатывают раствор сильным окислителем — газообразным хлором.

Образовавшийся при этом летучий оксид рутения RuO₄ отгоняют из раствора при нагревании. Отогнанный тетраоксид поглощают соляной кислотой и осаждают из полученного раствора хлоррутенат аммония (NH₄)₂[RuCl₆]. Осадок прокаливают. Образовавшийся после прокаливания RuO₂восстанавливают до свободного металла водородом.

Рутений — блестящий серебристый металл.

Обладает гексагональной кристаллической решеткой, параметры решетки а = 0, 27054 нм, с = 0, 42825 нм. Плотность 12, 45 кг/дм³. Температура плавления рутения 2250°C, температура кипения ок. 4900°C.

По химическим свойствам — типичный платиновый металл. Стандартный электродный потенциал пары Ru²⁺/Ru⁰ +0, 45 В. Компактный рутений не окисляется кислородом воздуха при нагревании до 930°C, не реагирует с растворами сильных минеральных кислот и щелочей. Порошкообразный рутений при нагревании реагирует с кислородом с образованием диоксида рутения RuO₂. Со многими металлами рутений образует сплавы, с некоторыми металлами — интерметаллиды.

Известно несколько оксидов рутения. При взаимодействии K₂RuO₄ c гидроксидом калия КОН и газообразным хлором, а также при действии на K₂RuO₄ перманганата калия KMnO₄ или других сильных окислителей возникает легколетучий тетраоксид RuO₄. Температура плавления золотисто-желтых кристаллов этого оксида +25, 5°C, температура кипения +27°C. При нагревании выше 100°C он разлагается с отщеплением кислорода.

Прокаливанием на воздухе такой соли рутения, как (NH₄)₂[RuCl₆], или гидроксида рутения Ru(OH)₄ получается темно-синий порошок диоксида рутения RuО₂. Он нерастворим в воде, кислотах и щелочах. При его сплавлении с основными оксидами типа SrO, BaO, PbO и другими образуются рутенаты SrRuO₃, BaRuO₃ и PbRuO₃.

Для рутения в разных степенях окисления характерно образование комплексных соединений. При длительном нагревании растворов соединений трехвалентного рутения в аммиачной среде образуется «красная рутениевая соль» состава [Ru₃O₂(NH₃)₁₄]Cl₆·4H₂O. Взаимодействием RuO₄ c раствором хлорида калия в среде соляной кислоты получают «бурую соль» состава K₄[Ru₂OCl₁₀]·H₂O — промежуточное вещество при извлечении рутения из природных материалов. Некоторые комплексы рутения позволяют химически связать даже такое химически инертное вещество, как атмосферный азот. В 1962 было получено комплексное соединение рутения с молекулярным азотом его состав: [(NO)(NH₃)₄RuN₂Ru(NH₃)₄(NO)]Cl₆. Позднее были синтезированы более простые комплексы рутения с молекулярным азотом, например, [Ru(NH₃)₅N₂]Cl₂При переработке облученного ядерного горючего рутений обычно извлекают в виде комплексного соединения состава [Ru(NO)(NO₃)₃]·H₂O.

Рутений входит в состав сплавов с платиной и иридием, используемых для изготовления фильер при получении стекловолокна и вискозы. Сплав рутения с иридием, осмием и вольфрамом применяется при изготовлении перьев высококачественных авторучек. Коррозионно-стойкие сплавы рутения, платины и Pd служат для изготовления контактов в измерительных приборах. Многие сплавы рутения — с лантаном, церием, скандинавием, иттрием — обладают сверпроводимостью.

Металлический рутений и его сплавы с палладием используются как катализаторы реакций гидрирования и дегидрирования. Рутениевая соль ([Ru₃O₂(NH₃)₁₄]Cl₆·4H₂O) находит применение при гистологических исследованиях в медицине и как вещество для окраски фарфора.

Летучие и растворимые соединения рутения вызывают аллергию, раздражают слизистые оболочки, вызывают их изъязвление. ПДК для содержания аэрозоля RuO₂ в воздухе рабочих помещений 1 мг/м³.

Авторы: С.С. Бердоносов, П.С. Бердоносов