רותניום היא הקלה והפחות "אצילה" מכל המתכות מקבוצת הפלטינה. זה אולי היסוד הכי "רב-ערכי" (ידועים תשעה מצבי ערכיות). למרות יותר מחצי מאה של היסטוריה מחקרית, הוא עדיין מציב שאלות ובעיות רבות בפני הכימאים המודרניים כיום. אז מהו רותניום כיסוד כימי? מלכתחילה, סטייה קצרה אל ההיסטוריה.
מסתורי ועשיר
השם וההיסטוריה של גילוי הרותניום קשורים קשר בל יינתק עם רוסיה. ממש בתחילת המאה ה-20, הקהילה העולמית הייתה נרגשת ומודאגת מהחדשות כי מרבצי הפלטינה העשירים ביותר התגלו באימפריה הרוסית. היו שמועות שבאוראל ניתן לבצע מיצוי המתכת היקרה הזו עם חפירה רגילה. העובדה של גילוי מרבצים עשירים אושרה עד מהרה על ידי העובדה ששר האוצר של רוסיה, E. F. Kankrin, שלח את הצו הגבוה ביותר על טביעת מטבעות מפלטינה למטבעת סנט פטרבורג. בשנים שלאחר מכן הוכנסו למחזור כמיליון וחצי מטבעות (3, 6 ו-12 רובל), שלצורך ייצורם הוצאו 20 טונות של מתכת יקרה.
"Discovery" Ozanne
פרופסור מאוניברסיטת דרפט-יוריבסקי (כיום טרטו) גוטפריד אוזן החל ללמוד את הרכב העפרה היקרה באוראל. הוא הגיע למסקנה שהפלטינה מלווה בשלוש מתכות לא ידועות - פולינום, פולינום ורותניום - שאת שמותיהם נתן אוזן עצמו. אגב, לשלישי הוא קרא על שם רוסיה (מהלטינית Ruthenia).
עמיתיו של אוזן ברחבי אירופה, ובראשם הכימאי השוודי הסמכותי ביותר Jens Berzelius, מתחו ביקורת רבה על הדו ח של הפרופסור. בניסיון להצדיק את עצמו, המדען חזר על סדרת ניסויים שלו, אך לא הצליח להשיג את אותן תוצאות.
שני עשורים מאוחר יותר, הפרופסור לכימיה קרל קרלוביץ' קלאוס (אוניברסיטת קאזאן) החל להתעניין בעבודתו של אוזן. הוא השיג את רשותו של שר האוצר לקחת כמה לירות של שאריות מטבעות מהמעבדה של המנטה לבדיקה חוזרת.
היסוד הכימי של קאזאן רוטניום
האקדמאי הרוסי A. E. Arbuzov ציין בכתביו שכדי לגלות יסוד חדש באותם ימים, כימאי נזקק לחריצות והתמדה יתרה, להתבוננות ולתובנה, ובעיקר, לחוש ניסיוני עדין. כל התכונות הנ ל היו טבועות בקארל קלאוס הצעיר ברמה הגבוהה ביותר.
למחקר של המדען הייתה גם משמעות מעשית - מיצוי נוסף של פלטינה טהורה משאריות עפרות. לאחר שפיתח תוכנית משלו לניסוי, קלאוס איחד את חומר העפר עם מלפטטר והוציא יסודות מסיסים: אוסמיום, אירידיום,פלדיום. החלק הבלתי מסיס נחשף לתערובת של חומצות מרוכזות ("אקווה רג'יה") וזיקוק. במשקע של ברזל הידרוקסיד, הוא גילה נוכחות של מתכת לא ידועה ובודד אותה תחילה בצורה של גופרית, ולאחר מכן בצורה טהורה (כ-6 גרם). הפרופסור שמר על השם שהציע אוזן ליסוד - רותניום.
פתח והוכח
אבל כפי שהתברר, סיפור גילוי היסוד הכימי רותניום רק התחיל. לאחר פרסום תוצאות המחקר ב-1844, נפל על קלאוס מטר של ביקורת. המסקנות של המדען קאזאן האלמוני התקבלו בספקנות על ידי הכימאים הגדולים בעולם. אפילו שליחת דגימה מהאלמנט החדש לברזליוס לא הצילה את המצב. לדברי המאסטר השוודי, הרותניום של קלאוס היה רק "דגימה של אירידיום לא טהור".
רק התכונות הבולטות של קרל קרלוביץ' ככימאי אנליטי וכנסיין וסדרה של מחקרים נוספים אפשרו למדען להוכיח את המקרה שלו. בשנת 1846 קיבלה התגלית הכרה ואישור רשמיים. על עבודתו הוענק לקלאוס פרס דמידוב של האקדמיה הרוסית למדעים בסכום של 10 אלף רובל. הודות לכשרונו והתמדה של הפרופסור מקזאן, רותניום, היסוד הראשון שהתגלה ברוסיה, התווסף לשורות הפלטינואידים
מחקר נוסף
הבעיה העיקרית בחקר התכונות הכימיות והפיזיקליות של רותניום היא התכולה המוגבלת ביותרהמתכת הזו בקרום כדור הארץ. לדוגמה, בפסולת של ייצור פלטינה (חומר העבודה של קלאוס), תכולתו היא כ-1%. רוב המדענים הכימיים מכירים ברוטניום כחומר שלילי ביותר למחקר. שפע המבוי הסתום גורם לעתים קרובות לחוקרים לצמצם או להשעות את עבודתם.
המדען הסובייטי SM Starostin הקדיש את כל חייו לחקר התכונות של מתכת "לא נוחה" והתרכובות שלה. התוצאה העיקרית של פעילותו של הכימאי היא המסקנות לגבי תכונותיהם של מתחמי רותניום ניטרוסו והקשיים הקשורים בהם בהפרדת מתכת טהורה מהאורניום והפלוטוניום הנלווים. מהו רותניום כיסוד כימי?
נכסים פיזיים
רוטניום היא מתכת שצבעה, בהתאם לשיטת ההשגה, נע בין אפור-כחלחל לכסף-לבן. כמה מאפיינים פיזיקליים של היסוד הכימי רותניום מאפשרים לנו לראות בו חומר ייחודי. לצד שבירות גבוהה (גבישים אפילו נטחנים בקלות לאבקה ביד), לרותניום קשיות קיצונית - 6.5 בסולם קשיות מינרלוגית של עשר נקודות (סולם Mohs). אולי הקלה ביותר מבין מתכות קבוצת הפלטינה. הצפיפות היא 12.45g/cm3. זה מאוד עקשן - טמפרטורת המעבר למצב נוזלי היא 2334 מעלות צלזיוס. במהלך ההיתוך בקשת חשמלית, נצפה אידוי סימולטני של המתכת. במהלך הסתיידות בטמפרטורה גבוהה באוויר הפתוח, היסוד "מתנדף" בצורהtetroxides.
רותניום מסווג כמוליך-על. המתכת מפגינה התנגדות אפסית בקירור ל-0.47 K. לתכונה זו יש חשיבות רבה מבחינה מדעית ומעשית. בתור פלטינואיד, רותניום היא מתכת יקרה מאוד מעניינת.
Element Ru
המאפיינים של המתכת "קאזאן" אופייניים במובנים רבים לנציגי קבוצת VΙΙΙ (פלטינה). רותניום הוא יסוד כימי בטבלה המחזורית עם מספר אטומי 44, המאופיין באינרטיות גבוהה. יש לו 7 איזוטופים טבעיים יציבים ו-20 מלאכותיים עם מספרי מסה מ-92 עד 113.
תחת טמפרטורה רגילה, הוא אינו נתון לחמצון וקורוזיה, חומצות ואלקליות. כאשר הוא מחומם מעל 400 מעלות צלזיוס, הוא מגיב עם כלור, ב-930 מעלות צלזיוס - עם חמצן. עם מתכות מסוימות, היסוד הכימי רוטניום יוצר סגסוגות יציבות הנקראות תרכובות בין-מתכתיות.
בתרכובות רבות, הוא מציג ערכיות מאפס עד שמונה. החשובים ביותר כוללים רותניום דו חמצני וטטרוקסיד, סולפיד RuS2 ופלואוריד RuF5.
בצורתו המתכתית הטהורה, יש לו תכונות של זרז בעל סלקטיביות גבוהה, המאפשרת להשתמש בו לסינתזה של מגוון רחב של חומרים אורגניים ואי-אורגניים. משמש כחומר הספיגה הטוב ביותר למימן.
פזר בטבע
היסוד הכימי רותניום מאופיין בקיצוניותנדיר ומפוזר בטבע. בסביבתו הטבעית, הוא יוצר את המינרל הידוע היחיד, לאוריט. זהו מוצק בצורת אוקטהדרה קטנה מברזל-שחור. הפיקדון העשיר והמפורסם ביותר ממוקם על משטחי הפלטינה של האי בורנאו (קלימנטן). ברוסיה מתרחשות התפתחויות באזור אוראל התיכון ובדרום, בחצי האי קולה, בטריטוריות קרסנויארסק וחברובסק.
בכל התרכובות הטבעיות האחרות, כמות הרותניום אינה עולה על 0.1%. עקבות של מתכת נמצאו בכמה עפרות נחושת-ניקל ובסלעים חומציים. לצמחים מסוימים יש יכולת ריכוז וצבירת רותניום, ביניהם בולטים נציגי משפחת הקטניות.
התוכן הכולל של היסוד בקרום כדור הארץ, לפי מומחים, אינו עולה על 5,000 טון.
ייצור תעשייתי
היסוד רוטניום נחשב לאציל, והמקור העיקרי למתכת הוא פסולת סלע מייצור פלטינה. המובילה הבלתי מעורערת בהפקת רותניום (כמו גם פלטינה) היא הרפובליקה של דרום אפריקה. הפיתוח והייצור של מתכת זו מתבצעים גם על ידי רוסיה, קנדה וזימבבואה. אגב, המדינה האחרונה מדורגת במקום השני בעולם במונחים של עתודות חקר של פלטינואידים.
כמות הרותניום המסופקת לשוק נעה בין 17 ל-20 טון בשנה. מחזור הייצור להשגת יסוד נמשך כ-6 שבועות והוא שרשרת מתמשכת של תגובות תרמוכימיות העוקבות בזו אחר זו.
טכנולוגיה להשגהרותניום על ידי קרינת נויטרונים של איזוטופים של טכניום רדיואקטיבי. אך יש לציין כי בידוד של מתכת טהורה ויציבה, בשל תכונותיה הכימיות, חוסר הניבוי והידע הבלתי מספק שלה, נותר עדיין בגדר חלום.
Applications
למרות שכל תכונות המתכת האצילות ברוטניום קיימות במלואן, היסוד לא זכה לתפוצה רחבה בתעשיית התכשיטים. הוא משמש רק לחיזוק סגסוגות ולהפוך תכשיטים יקרים לעמידות יותר.
מבחינת כמות הרותניום הנצרכת, המגזרים התעשייתיים נמצאים בסדר הבא:
- Electronic.
- אלקטרוכימי.
- Chemical.
לתכונות הקטליטיות של האלמנט יש ביקוש רב. הוא משמש בסינתזה של חומצות הידרוציאניות וחנקתיות, בייצור פחמימנים רוויים, גליצרין ופימור אתילן. בתעשיית המתכות משתמשים בתוספים של רותניום להגברת תכונות אנטי קורוזיה, להקניית חוזק לסגסוגות, עמידות כימית ומכאנית. איזוטופים רדיואקטיביים של רותניום עוזרים לעתים קרובות למדענים במחקר שלהם.
תרכובות רבות של היסוד שימשו גם כמחמצנים וצבעים טובים. בפרט, כלורידים משמשים להגברת הזוהר.
משמעות ביולוגית
לרותניום יש יכולת להצטבר בתאי רקמות חיות, בעיקר שרירים (המתכת היחידה מקבוצת הפלטינה). עשוי לעוררהתפתחות של תגובות אלרגיות, יש השפעה שלילית על הקרום הרירי של העיניים ודרכי הנשימה העליונות.
ברפואה, המתכת האצילה משמשת כאמצעי לזיהוי רקמות נגועות. תרופות המבוססות עליו משמשות לטיפול בשחפת ובזיהומים שונים הפוגעים בעור האדם. מסיבה זו, נראה מבטיח מאוד להשתמש ביכולתו של רותניום ליצור קומפלקסים של ניטרוסו יציבים במאבק במחלות הקשורות לריכוז יתר של חנקות בגוף האדם (יתר לחץ דם, דלקת פרקים, הלם ספטי ואפילפסיה).
מי אשם?
לאחרונה, מדענים ממערב אירופה הטרידו ברצינות את הציבור עם מסר שתוכן האיזוטופ הרדיואקטיבי של רותניום Ru106 גדל ברחבי היבשת. מומחים שוללים לחלוטין את החינוך העצמי שלו באווירה. כמו גם שחרור מקרי מתחנת כוח גרעינית, מאז רדיונוקלידים של צסיום ויוד יהיו בהכרח נוכחים באוויר, מה שלא אושר על ידי נתונים ניסיוניים. ההשפעה של איזוטופ זה על גוף האדם, כמו כל יסוד רדיואקטיבי, מובילה להקרנה של רקמות ואיברים, להתפתחות סרטן. מקורות אפשריים לזיהום, לפי כלי תקשורת מערביים, נמצאים בשטח של רוסיה, אוקראינה או קזחסטן.
בתגובה, נציג ממחלקת התקשורת של Rosatom אמר שכל המפעלים של התאגיד הממלכתי עבדו ועובדים כרגיל. הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה אטומית (סבא א), לדעתה, בהתבסס על נתוני הניטור שלה,קראו לכל ההאשמות נגד הפדרציה הרוסית חסרות בסיס.
