Рутеній (Ru, від — Русь) — хімічний елемент з атомним номером 44, проста речовина сріблясто-сірого кольору, дуже крихкий метал.
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) (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. 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 КлаусомClaus (1845), Entdeckung eines neuen Metalles (Ruthenium). J. Prakt. Chem., 34: 173—177. doi: 10.1002/prac.18450340114 . 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:
Знаходження у природі Існує лише один мінерал, утворений переважно рутенієм, — лаурит, що має приблизний склад (іноді його формулу позначають ).
Цей вельми рідкісний мінерал був знайдений на Уралі (Сен-Клер-Девіль), острові Борнео, в Орегоні (США), Колумбії і ТрансвааліА. Г. Бетехтин. Платина. М. — Л. видавництво АН СРСР, 1935. П. Вагнер. Месторождения платины и рудники Южной Африки. М., Металлургиздат, 1932. Минералология Урала, т. 2. Статьи А. Г. Бетехтина, А. А. Иванова и С. Г. Заводчикова. М. — Л., видавництво АН СРСР, 1940. А. Г. Бетехтин. Минералы СССР, т. 1. М. — Л. видавництво АН СРСР, 1940. . Лаурит виявлений у Якутії (родовища Інаглі і Кондер) у тісному зрощенні з куперитом, брагітом, осмистим іридієм, хром-шпінелідами і поліксеномИ. С. Рожков, В. И. Кицул, Л. В. Разин, С. С. Баришанская. Платина Алданского щита. М., видавництво АН СРСР, 1962. .
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)Isotopes of the Element Ruthenium .
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 , який має кристалічну решітку піриту (). Найбільш стійким оксидом рутенію є . Вищий леткий оксид отримують тільки синтетично, а в природних умовах він навряд чи може існувати. Дисоціація 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"Scientists discover new magnetic element" Phys.org,25 травня 2018.
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 України57 мінералів і військова допомога від США – деталі угоди про надра.
Див. також Рутеній(ІІІ) хлорид
Примітки
Література та примітки