الروثينيوم هو الأخف وزنا والأقل "نبلا" بين جميع معادن مجموعة البلاتين. ربما يكون العنصر الأكثر "متعدد التكافؤ" (تسعة حالات تكافؤ معروفة). على الرغم من أكثر من نصف قرن من تاريخ البحث ، فإنه لا يزال يطرح العديد من الأسئلة والمشاكل للكيميائيين المعاصرين اليوم. إذن ما هو الروثينيوم كعنصر كيميائي؟ بادئ ذي بدء ، استكشاف قصير في التاريخ.
غامض و ثري
اسم وتاريخ اكتشاف الروثينيوم مرتبطان ارتباطًا وثيقًا بروسيا. في بداية القرن العشرين ، كان المجتمع العالمي متحمسًا وقلقًا من أنباء اكتشاف أغنى رواسب البلاتين في الإمبراطورية الروسية. كانت هناك شائعات بأنه يمكن استخراج هذا المعدن الثمين في جبال الأورال باستخدام مجرفة عادية. سرعان ما تم تأكيد حقيقة اكتشاف الودائع الغنية من خلال حقيقة أن وزير المالية الروسي ، إي إف كانكرين ، أرسل أعلى مرسوم بشأن سك العملات المعدنية من البلاتين إلى دار سك النقود في سانت بطرسبرغ. في السنوات اللاحقة ، تم تداول حوالي مليون ونصف قطعة نقدية (3 و 6 و 12 روبل) ، حيث تم إنفاق 20 طنًا من المعادن الثمينة.
"اكتشاف" Ozanne
بدأ الأستاذ في جامعة ديربت يوريفسكي (الآن تارتو) جوتفريد أوزان بدراسة تكوين خام الأورال الثمين. توصل إلى استنتاج مفاده أن البلاتين مصحوب بثلاثة معادن غير معروفة - متعدد الحدود ، متعدد الحدود والروثينيوم - أطلق عليها أوزان نفسه. بالمناسبة ، سمى الثالث بعد روسيا (من اللاتينية روثينيا).
زملاء Ozanne في جميع أنحاء أوروبا ، بقيادة الكيميائي السويدي الأكثر موثوقية Jens Berzelius ، انتقدوا بشدة تقرير الأستاذ. في محاولة لتبرير نفسه ، كرر العالم سلسلة من تجاربه لكنه فشل في تحقيق نفس النتائج.
بعد عقدين من الزمان ، أصبح أستاذ الكيمياء كارل كارلوفيتش كلاوس (جامعة كازان) مهتمًا بعمل أوزان. حصل على إذن وزير الخزانة لأخذ عدة جنيهات من العملات المتبقية من مختبر دار سك العملة لإعادة الاختبار.
عنصر قازان الكيميائي الروثينيوم
أشار الأكاديمي الروسي إيه.إي أربوزوف في كتاباته إلى أنه من أجل اكتشاف عنصر جديد في تلك الأيام ، يحتاج الكيميائي إلى الاجتهاد والمثابرة الشديدة ، والمراقبة والبصيرة ، والأهم من ذلك ، ذوق تجريبي خفي. كل الصفات المذكورة أعلاه كانت متأصلة في الشاب كارل كلاوس إلى أعلى درجة.
كان لأبحاث العالم أيضًا أهمية عملية - استخراج إضافي من البلاتين النقي من بقايا الخام. بعد أن طور خطته الخاصة للتجربة ، صهر كلاوس مادة الخام مع الملح الصخري واستخلص العناصر القابلة للذوبان: الأوزميوم والإيريديوم ،البلاديوم. تعرض الجزء غير القابل للذوبان لمزيج من الأحماض المركزة ("أكوا ريجيا") والتقطير. في راسب هيدروكسيد الحديد ، اكتشف وجود معدن غير معروف وعزله أولاً على شكل كبريتيد ، ثم في شكل نقي (حوالي 6 جرام). احتفظ الأستاذ بالاسم الذي اقترحه أوزان للعنصر - الروثينيوم.
افتح وأثبت
لكن كما اتضح ، كانت قصة اكتشاف عنصر الروثينيوم الكيميائي في البداية. بعد نشر نتائج الدراسة في عام 1844 ، وقع وابل من النقد على كلاوس. استقبل أكبر الكيميائيين في العالم استنتاجات عالم قازان المجهول. حتى إرسال عينة من العنصر الجديد إلى Berzelius لم يحفظ الموقف. وفقًا للسيد السويدي ، لم يكن الروثينيوم الخاص بكلوس سوى "عينة من الإيريديوم النجس".
فقط الصفات البارزة لكارل كارلوفيتش ككيميائي تحليلي ومُجرب وسلسلة من الدراسات الإضافية سمحت للعالم بإثبات حالته. في عام 1846 ، حصل الاكتشاف على اعتراف رسمي وتأكيد. لعمله ، حصل كلاوس على جائزة ديميدوف من الأكاديمية الروسية للعلوم بمبلغ 10 آلاف روبل. بفضل موهبة ومثابرة أستاذ كازان ، تمت إضافة عنصر الروثينيوم ، وهو أول عنصر تم اكتشافه في روسيا ، إلى صفوف البلاتينيين.
مزيد من البحث
المشكلة الرئيسية في دراسة الخصائص الكيميائية والفيزيائية للروثينيوم هي المحتوى المحدود للغايةهذا المعدن في قشرة الأرض. على سبيل المثال ، في نفايات إنتاج البلاتين (مادة عمل Clauss) ، يبلغ محتواها حوالي 1٪. يتعرف معظم علماء الكيمياء على الروثينيوم باعتباره مادة غير مواتية للغاية للدراسة. كثرة المآزق غالبا ما تدفع الباحثين إلى تقليص أو تعليق عملهم.
كرس العالم السوفيتي SM Starostin حياته كلها لدراسة خصائص معدن "غير مريح" ومركباته. كانت النتيجة الرئيسية لنشاط الكيميائي هي الاستنتاجات المتعلقة بخصائص معقدات نيتروسو الروثينيوم والصعوبات المرتبطة بها في فصل المعدن النقي عن اليورانيوم والبلوتونيوم المصاحب لهما. ما هو الروثينيوم كعنصر كيميائي؟
الخصائص الفيزيائية
الروثينيوم معدن يتراوح لونه ، اعتمادًا على طريقة الحصول عليه ، من الرمادي المزرق إلى الأبيض الفضي. تسمح لنا بعض الخصائص الفيزيائية لعنصر الروثينيوم الكيميائي اعتباره مادة فريدة. إلى جانب الهشاشة العالية (يمكن طحن البلورات بسهولة إلى مسحوق يدويًا) ، يتمتع الروثينيوم بصلابة شديدة - 6.5 على مقياس صلابة معدني من عشر نقاط (مقياس موس). ربما يكون الأخف وزنا من معادن مجموعة البلاتين. الكثافة 12.45 جم / سم3. إنه شديد المقاومة للحرارة - درجة حرارة الانتقال إلى الحالة السائلة هي 2334 درجة مئوية. أثناء الذوبان في قوس كهربائي ، لوحظ تبخر متزامن للمعدن. أثناء التكليس بدرجة حرارة عالية في الهواء الطلق ، "يتطاير" العنصر في الشكلرباعي أكسيد.
يصنف الروثينيوم على أنه موصل فائق. يظهر المعدن مقاومة صفرية عند تبريده إلى 0.47 كلفن لهذه الخاصية أهمية كبيرة من وجهة نظر علمية وعملية. باعتباره بلاتينيوم ، يعتبر الروثينيوم معدنًا ثمينًا مثيرًا للاهتمام.
العنصر Ru
تعتبر خصائص معدن "Kazan" في كثير من النواحي نموذجية لممثلي مجموعة VΙΙΙ (البلاتينية). الروثينيوم عنصر كيميائي في الجدول الدوري برقم ذري 44 ، ويتميز بخمول عالي. يحتوي على 7 نظائر طبيعية مستقرة و 20 نظيرًا صناعيًا بأعداد كتلية من 92 إلى 113.
تحت درجة الحرارة العادية لا تخضع للأكسدة والتآكل والأحماض والقلويات. عند تسخينه فوق 400 درجة مئوية ، يتفاعل مع الكلور عند 930 درجة مئوية - مع الأكسجين. مع بعض المعادن ، يشكل عنصر الروثينيوم الكيميائي سبائك مستقرة تسمى المركبات بين الفلزات.
في العديد من المركبات ، يُظهر التكافؤ من صفر إلى ثمانية. أهمها ثاني أكسيد الروثينيوم ورابع أكسيد ، كبريتيد RuS2وفلوريد RuF5.
في شكله المعدني النقي ، يتميز بخصائص عامل حفاز مع انتقائية عالية ، مما يسمح باستخدامه في تصنيع مجموعة متنوعة من المواد العضوية وغير العضوية. يعمل كأفضل مادة ماصة للهيدروجين.
منتشر في الطبيعة
يتميز عنصر الروثينيوم الكيميائي بأنه شديد للغايةنادرة ومنتشرة في الطبيعة. في بيئته الطبيعية ، فإنه يشكل المعدن الوحيد المعروف ، وهو اللوريت. وهو مادة صلبة على شكل ثماني وجوه صغيرة من الحديد الأسود. يقع أغنى وأشهر الرواسب في البلاتين البلاتيني لجزيرة بورنيو (كاليمانتان). في روسيا ، التطورات جارية في جبال الأورال الوسطى والجنوبية ، في شبه جزيرة كولا ، في إقليمي كراسنويارسك وخاباروفسك.
في جميع المركبات الطبيعية الأخرى لا تزيد كمية الروثينيوم عن 0.1٪. تم العثور على آثار من المعدن في بعض خامات النحاس والنيكل والصخور البركانية الحمضية. بعض النباتات لديها القدرة على التركيز وتراكم الروثينيوم ، ومن بينها ممثلو عائلة البقوليات.
المحتوى الكلي للعنصر في قشرة الأرض حسب الخبراء لا يتجاوز 5000 طن
الإنتاج الصناعي
يعتبر عنصر الروثينيوم نبيلًا ، والمصدر الرئيسي للمعدن هو نفايات الصخور الناتجة عن إنتاج البلاتين. جمهورية جنوب إفريقيا هي الشركة الرائدة بلا منازع في استخراج الروثينيوم (وكذلك البلاتين). يتم تطوير وإنتاج هذا المعدن أيضًا من قبل روسيا وكندا وزيمبابوي. بالمناسبة ، تحتل الدولة الأخيرة المرتبة الثانية في العالم من حيث احتياطيات البلاتينويد المستكشفة.
كمية الروثينيوم التي يتم توريدها للسوق تتراوح من 17 إلى 20 طنًا في السنة. تستغرق دورة الإنتاج للحصول على عنصر ما حوالي 6 أسابيع وهي سلسلة مستمرة من التفاعلات الكيميائية الحرارية التي تتبع واحدة تلو الأخرى.
تقنية الحصول عليهاالروثينيوم بالتشعيع النيوتروني لنظائر التكنيتيوم المشعة. لكن تجدر الإشارة إلى أن عزل معدن نقي ومستقر ، بسبب خصائصه الكيميائية وعدم القدرة على التنبؤ وعدم كفاية المعرفة ، لا يزال حلمًا بعيد المنال.
التطبيقات
على الرغم من أن جميع خصائص المعدن النبيل في الروثينيوم موجودة تمامًا ، إلا أن العنصر لم يتلق توزيعًا واسعًا في صناعة المجوهرات. يتم استخدامه فقط لتقوية السبائك وجعل المجوهرات باهظة الثمن أكثر متانة.
من حيث كمية الروثينيوم المستهلكة ، القطاعات الصناعية بالترتيب التالي:
- إلكتروني.
- الكهروكيميائية.
- كيميائي
الخصائص التحفيزية للعنصر مطلوبة بشدة. يتم استخدامه في تخليق أحماض الهيدروسيانيك والنتريك ، في إنتاج الهيدروكربونات المشبعة والجلسرين وبلمرة الإيثيلين. في صناعة المعادن ، تُستخدم إضافات الروثينيوم لزيادة خصائص مقاومة التآكل ، لإضفاء القوة على السبائك ، والمقاومة الكيميائية والميكانيكية. غالبًا ما تساعد النظائر المشعة للروثينيوم العلماء في أبحاثهم.
تم أيضًا استخدام العديد من مركبات العنصر كمؤكسدات وأصباغ جيدة. على وجه الخصوص ، يتم استخدام الكلوريدات لتعزيز اللمعان.
أهمية بيولوجية
الروثينيوم لديه القدرة على التراكم في خلايا الأنسجة الحية ، وخاصة العضلات (المعدن الوحيد من مجموعة البلاتين). قد يثيرتطور الحساسية ، لها تأثير سلبي على الغشاء المخاطي للعينين والجهاز التنفسي العلوي.
في الطب ، يتم استخدام المعدن النبيل كوسيلة للتعرف على الأنسجة المصابة. تستخدم الأدوية التي تعتمد عليها في علاج مرض السل والالتهابات المختلفة التي تصيب جلد الإنسان. لهذا السبب ، يبدو واعدًا جدًا استخدام قدرة الروثينيوم على تكوين مركبات نيتروز مستقرة في مكافحة الأمراض المرتبطة بالتركيز المفرط للنترات في جسم الإنسان (ارتفاع ضغط الدم والتهاب المفاصل والصدمة الإنتانية والصرع).
على من يقع اللوم
في الآونة الأخيرة ، أزعج علماء أوروبا الغربية الجمهور بشكل خطير برسالة مفادها أن محتوى النظير المشع للروثينيوم رو106 ينمو فوق القارة.الخبراء يستبعدون تماما التعليم الذاتي في الغلاف الجوي. بالإضافة إلى الإطلاق العرضي من محطة للطاقة النووية ، منذ ذلك الحين ستكون النويدات المشعة من السيزيوم واليود موجودة بالضرورة في الهواء ، وهو ما لم تؤكده البيانات التجريبية. تأثير هذا النظير على جسم الإنسان ، مثل أي عنصر مشع ، يؤدي إلى تشعيع الأنسجة والأعضاء ، وتطور السرطان. مصادر التلوث المحتملة ، بحسب وسائل الإعلام الغربية ، تقع على أراضي روسيا أو أوكرانيا أو كازاخستان.
رداً على ذلك ، قال ممثل دائرة الاتصالات في روساتوم إن جميع مؤسسات الشركة الحكومية تعمل وتعمل كالمعتاد. إن الوكالة الدولية للطاقة الذرية ، في رأيها ، بناءً على بيانات الرصد الخاصة بها ،وصفت جميع الاتهامات الموجهة ضد الاتحاد الروسي بأنها لا أساس لها من الصحة.
