Rutenium

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
TeknetiumRuteniumRodium
Fe

Ru

Os  
 
 
Ru-TableImage.png
Yleistä
Nimi Rutenium
Tunnus Ru
Järjestysluku 44
Luokka Siirtymämetalli
Lohko d
Ryhmä 8, siirtymäalkuaine
Jakso 5
Tiheys 12,37[1]×103 kg/m3
Kovuus 6,5[2] (Mohsin asteikko)
Väri Hopeisen vaalea
Löytövuosi, löytäjä 1844, Karl Klaus
Atomiominaisuudet
Atomipaino 101,07[3] amu
Atomisäde, mitattu (laskennallinen) 178[2] pm
Kovalenttisäde 126[2] pm
Orbitaalirakenne [Kr] 4d7 5s1
Elektroneja elektronikuorilla 2, 8, 18, 15, 1
Hapetusluvut +III, +IV, +V, +VII
Kiderakenne Heksagonaalinen
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuoto kiinteä
Sulamispiste 2607 K (2334[2] °C)
Kiehumispiste 4423 K (4150[2] °C)
Moolitilavuus 8,22[1]×10−6 m3/mol
Höyrystymislämpö 567,8[1] kJ/mol
Sulamislämpö 24[1] kJ/mol
Höyrynpaine 1,4 Pa 2523 K:ssa
Äänen nopeus 5 970 m/s K:ssa
Muuta
Elektronegatiivisuus 2,2[1] (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti 0,238 kJ/kg K
Lämmönjohtavuus 117[1] W/(m×K)
CAS-numero 7440-18-8
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa

Rutenium (joskus myös ruteeni[4]) on harvinainen siirtymämetalleihin kuuluva alkuaine. Sen kemiallinen merkki on Ru (lat. ruthenium) ja järjestysluku 44. Se kuuluu myös platinaryhmään. Rutenium on normaaleissa olosuhteissa hyvin stabiili eikä reagoi happojen kanssa. Rutenium kuitenkin hapettuu helposti. Sen löysi venäläinen Karl Klaus, ja se sai nimensä muinaisen Venäjän alueen latinankielisestä nimestä Ruthenia.

Ominaisuuksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Fysikaaliset ominaisuudet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Rutenium on kiiltävä, hopeanharmaa metalli. Puhdas rutenium ei ole kovin hyvin työstettävää verrattuna esimerkiksi rautaan. Ruteniumin kiderakenne on heksagonaalinen (hcp).[5] Ruteniumin sulamispiste on 2 334 °C ja kiehumispiste noin 4 150 °C. Sen sähkönjohtavuus on huonompi kuin kahdella muulla jakson metallilla[6].

Isotoopit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ruteniumilla on useita pysyviä isotooppeja. Moolimassan määrityksen tarkkuutta on rajannut se, että tarkkoja mittauksia isotooppien suhteellisista osuuksista luonnossa ei ole pystytty tekemään.

Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi
Osuus1
90Ru 11 s EC, β+
91Ru 9 s EC, β+
91mRu 7,6 s EC, β+
92Ru 3,65 min EC, β+
93Ru 59,7 s EC, β+
93mRu 10,8 s EC, β+, IT
94Ru 51,8 min EC, β+
95Ru 1,643 h EC, β+
96Ru stabiili 5,526 %
97Ru 2,9 d EC
98Ru stabiili 1,886 %
99Ru stabiili 12,71 %
100Ru stabiili 12,61 %
101Ru stabiili 17,01 %
102Ru stabiili 31,62 %
103Ru 39,26 d β-
 
Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi
Osuus1
103mRu 1,69 ms IT
104Ru stabiili 18,72 %
105Ru 4,44 h β-
106Ru 373.59 d β-
107Ru 3,75 min β-
108Ru 4,55 min β-
109Ru 34,5 s β-
110Ru 14,6 s β-
111Ru 2,12 s β-
112Ru 1,75 s β-
113Ru 0,80 s β-
114Ru 0,53 s β-
115Ru 0,40 s β-

1 = Osuus kaikesta luonnossa esiintyvästä ksenonista.
Ilmoitetaan stabiileille ja erittäin pitkäikäisille isotoopeille.
Lähde:[7]

Kemialliset ominaisuudet ja yhdisteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ruteniumia

Rutenium on hyvin kestävä metalli, eikä se reagoi ilman kanssa. Se ei reagoi ei-hapettavien happojen kanssa eikä esimerkiksi kuningasveden kanssa. Rutenium voidaan kuitenkin liuottaa suliin emäksiin ilman läsnäollessa. Rutenium reagoi epämetallien kanssa vasta korkeissa lämpötiloissa: poikkeuksena on hapettavat aineet kuten Cl2 ja F2.[8] Ruteniumilla on useita hapetusasteita. Sen korkein hapetusaste on +VIII ja alhaisin -II. Yleisimmät hapetusasteet ovat +III ja +IV. Rutenium muodostaa kompleksiyhdisteitä koordinaatioluvuilla 4-10.[9]

Ruteniumin yleisimmät oksidit ovat rutenium(VIII)oksidi eli ruteniumtetraoksidi RuO4 ja rutenium(IV)oksidi eli ruteniumdioksidi RuO2. RuO2 on kiinteää ja väriltään joko sinistä tai mustaa, ja se syntyy tuhannen asteen lämpötilassa. RuO4 on taas hyvin haihtuvaa ja keltaista. RuO4 ei ole stabiili ja kuumennettaessa se räjähdysmäisesti pelkistyy ruteniumdioksidiksi. RuO4 voidaan valmistaa hapettamalla joko KIO4, KMnO4 tai Cl2 avulla. Rutenium muodostaa sulfidin, telluridin ja selenidin vain hapetusasteella +IV. Halideja rutenium muodostaa hapetusasteilla +II-+VI, korkeimmilla hapetuasteilla vain fluorin kanssa. Ruteniumilla tunnetaan muutamia organometalliyhdisteitä.[10] Ruteniumin klooriyhdisteitä ovat esimerkiksi rutenium(III)kloridi eli ruteniumtrikloridi (RuCl3) ja rutenium(IV)kloridi eli ruteniumtetrakloridi (RuCl4).

Ruteniumille on tehty korkeimmilla hapetusasteilla vain muutamia komplekseja, joista monet ovat epästabiileja. Suurin osa ruteniumin tunnetuista komplekseista on hapetusluvulla +IV tai +III. Hapetusasteella +IV se muodostaa [RuX6]2- komplekseja (X = F, Cl tai Br), jotka ovat oktaedrisiä, mutta helposti pelkistyvät Ru(+III)-komplekseiksi. Ru(+IV)-komplekseilla on kaksi paritonta elektronia, joten niillä on magneettisia ominaisuuksia. Myös Ru3--kompleksit ovat oktaedrisiä. Tällä hapetusasteella rutenium muodostaa useita halidi- ja syanokomplekseja. Pienemmillä hapetuasteilla rutenium muodostaa joitakin komplekseja, mutta nämä on helposti hapetettavissa korkeamman hapetusasteen komplekseiksi. On kuitenkin huomiotavaa, että tällä hapetusasteella rutenium voi muodostaa pysyviä komplekseja, jotka pystyvät absorboimaan näkyvää valoa.[11]

Ruteniumilla ei ole biologista merkitystä, mutta saattaa olla karsinogeeninen, tahraa ihoa ja kertyy luihin. ReO4 on hyvin myrkyllistä.[1]

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Puolalainen kemisti Jędrzej Śniadecki väitti löytäneensä 44. alkuaineen vuonna 1808 eteläamerikkalaisesta platinamalmista. Hän nimesi löytämänsä alkuaineen vestiumiksi asteroidi Vestan mukaan. Hän julkaisi tulokset, mutta muut kemistit eivät pystyneet toistamaan Śniadeckin tuloksia, jolloin hän ilmoitti vetävänsä pois alkuaineen löytämisensä. Hän ei tutkinut vestiumia enempää.[12]

1820-luvulla Uralilta löytyi platinamalmi esiitymä, jota tutkiva Jöns Jacob Berzelius löysi siitä vain platinaa. Tarton yliopiston professori Gottfried Wilhelm Osann väitti löytäneensä esiintymästä kolme uutta alkuainetta, jotka hän nimesi poluraniumiksi, ruteniumiksi ja poliniumiksi. Kazanin yliopiston kemian ja farmasian professori Karl Klaus löysi sakasta, joka jää kun platinamineraalia liuottaa kuningasveteen, rodiumia, palladiumia, osmiumia ja iridiumia. Klaus löysi ruteniumin vasta rahapajan jäännöksistä. Näin hän oli osoittanut Osannin löytämät poluraniumin ja poliniumin virheelliksi. Klaus osoitti, että Osannin löytämä rutenium sisälsi vain pienen määrän puhdasta ruteniumia. Hän julkaisi tutkimustuloksensa 1844. Klaus antoi valmistamalleen puhtaalle metallille nimen ruthenium. Alkuaineen nimi juontaa latinan kielen sanasta Ruthenia, joka tarkoittaa Venäjää. Ruthenium oli viimeinen platinaryhmän metalli, joka löydettiin.[13]

Esiintyminen ja valmistus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Rutenium esiintyy tyypillisesti muiden platinametallien kanssa samassa malmissa. Merkittävimmät esiintymisalueet ovat Etelä-Afrikka, Ontarion provinssi Kanadassa ja Uraljoki Venäjällä. Ontariosta löydetty rutenium on pentlandiitissa ja Etelä-Afrikassa löydetty pyroxeniitissa. Ruteniumin pitoisuus maankuoressa on arvioiden mukaan 0,0001 ppm.[14][1]

Rutenium eristetään kuparin ja nikkelin rikastuksessa syntyvästä sivutuotteesta tai sulfidimalmien sulatuksen sivutuotteista. Tavallisesti rutenium eristetään tislaamalla se liuotuksen jälkeen. Liuotus tehdään tyypillisesti suolahappoon, johon on lisätty klooria. Tällöin syntyy RuO4, joka tislataan. Tisle johdetaan joko natriumhydroksidin alkoholiliuokseen tai suolahapon vesiliuokseen, jolloin syntyy ammoniumruteniumkloridia (NH4)3RuCl6. Tästä rutenium voidaan pelkistää vetykaasulla. Rutenium vodaan myös eristää ydinjätteestä, jolloin saadaan myös ruteniumin radioaktiivisia isotooppeja.[15][1]

Käyttö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Suurin osa tuotetusta ruteniumista käytetään lejeeringeissä. Ruteniumin lisäys tekee lejeeringeistä kovia ja korroosionkestäviä: jo 0,1 % lisäys titaaniin tekee siitä yli sata kertaa korroosionkestävämpää. Ruteniumia yleensä lisätään joko palladiumiin, platinaan tai titaaniin. Ruteniumin lejeerinkejä käytetään hyvin korkeita tai matalia lämpötiloja mittaavissa instrumenteissa, elektroniikassa ja lääketieteellisissä instrumenteissa.[12]

Ruteniumia voidaan käyttää myös katalyyttinä. Merkittävä kohde on aurinkokennot, sillä osa ruteniumin komplekseista absorboi hyvin näkyvää valoa. Toinen merkittävä kohde on rikkivedyn hajottaminen kadmiumsulfidin ja ruteniumdioksidin seoksen katalysoidessa reaktiota. Ruteniumin organometalliyhdisteitä käytetään alkeenien metateesin katalyyttinä.[12][1] Ruteenia voidaan käyttää vedytys- ja muissa pelkitysreaktioissa joko yksinään tai platinan kanssa. Sen oksidit sen sijaan toimivat alkoholien ja alkeenien hapetuskatalyytteinä.[16][17]

Yksi ruteniumin merkittävistä käyttökohteista on elektroniikka, ja sitä käytetään vastuksissa. Erään rutenium-molybdeeni-seoksen on havaittu olevan suprajohtava 10,6 Kelvinin lämpötilassa.[1][18] Lisäksi ruteniumia voidaan käyttää koruissa.[12]

Rutenium-106 on käytetty lääketieteellisissä sovelluksissa. 106Ru hajotessaan vapauttaa beetasäteilyä, jota voidaan käyttää syöpähoidoissa. 106Ru on käytetty erityisesti silmäsyöpien hoidossa. Ruteniumin organometallikomplekseja on tutkittu syöpälääkkeenä.[12][1]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Rutenium.
  • N. N. Greenwood & A. Earnshaw: Chemistry of the Elements. 2. painos. Oxford: Elsevier Ltd, 1997. ISBN 978-0-7506-3365-9. (englanniksi)
  • S. Engles & A. Nowak (suom. J. Koskikallio): Kemian keksintöjä, s. 208-209. Jyväskylä: Gummerus Kirjapaino Oy, 1993. ISBN 952-903976-X.

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c d e f g h i j k l Ruthenium 3rd1000.com. Viitattu 27.3.2014. (englanniksi)
  2. a b c d e Technical data for the element Ruthenium periodictable.com. Viitattu 27.3.2014. (englanniksi)
  3. Michael T. Wieser & Tyler B. Coplen: Atomic Weights of the Elements 2009 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2011, 83. vsk, nro 2. IUPAC. Artikkelin verkkoversio Viitattu 16.4.2011. (englanniksi)
  4. Johanna Mannila: Rutenium oli ennen ruteeni 26.9.2006. Helsingin Sanomat. Viitattu 27.3.2014.
  5. Greenwood & Earnshaw s. 1074-1075
  6. Greenwood & Earnshaw s. 1074
  7. Isotopes of Ruthenium (Z=44) The Isotopes Project Home Page. Viitattu 21.3.2014. (englanniksi)
  8. Greenwood & Earnshaw s. 1076
  9. Greenwood & Earnshaw s. 1078
  10. Greenwood & Earnshaw s. 1079-1083, 1104
  11. Greenwood & Earnshaw s. 1085-1096
  12. a b c d e Ruthenium, Chemical Element Chemistry Explained. Viitattu 23.3.2014. (englanniksi)
  13. Engel & Novak
  14. Greenwood & Earnshaw s. 1071
  15. Greenwood & Earnshaw s. 1071-72
  16. Richard J. Seymour & Julia I. O'Farrelly :Platinum-Group Metals, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, New York, 2012. Viitattu 27.3.2014
  17. Hermann Renner, Günther Schlamp, Ingo Kleinwächter, Ernst Drost, Hans Martin Lüschow, Peter Tews, Peter Panster, Manfred Diehl, Jutta Lang, Thomas Kreuzer, Alfons Knödler, Karl Anton Starz, Klaus Dermann, Josef Rothaut, Ralf Drieselmann, Catrin Peter & Rainer Schiele: Platinum Group Metals and Compounds, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 2001. Viitattu 27.3.2014
  18. Ruthenium-Based Thick Film Resistors (pdf) Delphi. Viitattu 27.3.2014. (englanniksi)

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]