Le ruthénium est le plus léger et le moins "noble" de tous les métaux du groupe du platine. C'est peut-être l'élément le plus "multivalent" (neuf états de valence sont connus). Malgré plus d'un demi-siècle d'histoire de la recherche, elle pose encore aujourd'hui de nombreuses questions et problèmes aux chimistes modernes. Alors, qu'est-ce que le ruthénium en tant qu'élément chimique ? Pour commencer, une courte digression dans l'histoire.
Mystérieux et riche
Le nom et l'histoire de la découverte du ruthénium sont inextricablement liés à la Russie. Au tout début du XXe siècle, la communauté mondiale était enthousiasmée et inquiète par la nouvelle que les gisements de platine les plus riches avaient été découverts dans l'Empire russe. Il y avait des rumeurs selon lesquelles dans l'Oural, l'extraction de ce métal précieux pourrait être effectuée avec une pelle ordinaire. Le fait de la découverte de riches gisements a été rapidement confirmé par le fait que le ministre des Finances de Russie, E. F. Kankrin, a envoyé le plus haut décret sur la frappe de pièces de monnaie en platine à la Monnaie de Saint-Pétersbourg. Au cours des années suivantes, environ un million et demi de pièces (3, 6 et 12 roubles) ont été mises en circulation, pour la production desquelles 20 tonnes de métaux précieux ont été dépensées.
"Découverte" Ozanne
Professeur de l'Université Derpt-Yuryevsky (maintenant Tartu) Gottfried Ozann a commencé à étudier la composition du précieux minerai de l'Oural. Il est arrivé à la conclusion que le platine est accompagné de trois métaux inconnus - polynôme, polynôme et ruthénium - dont les noms ont été donnés par Ozann lui-même. Au fait, il a nommé le troisième d'après la Russie (du latin Ruthénie).
Les collègues d'Ozanne dans toute l'Europe, dirigés par le chimiste suédois le plus réputé Jens Berzelius, ont été très critiques à l'égard du rapport du professeur. Dans une tentative de se justifier, le scientifique a répété une série de ses expériences, mais n'a pas réussi à obtenir les mêmes résultats.
Deux décennies plus tard, le professeur de chimie Karl Karlovich Klauss (Université de Kazan) s'est intéressé aux travaux d'Ozanne. Il a obtenu l'autorisation du secrétaire au Trésor de prendre plusieurs livres de pièces de monnaie restantes du laboratoire de la Monnaie pour les retester.
Kazan élément chimique ruthénium
L'académicien russe A. E. Arbuzov a noté dans ses écrits que pour découvrir un nouvel élément à cette époque, un chimiste avait besoin d'une diligence et d'une persévérance extrêmes, d'observation et de perspicacité, et surtout, d'un flair expérimental subtil. Toutes les qualités ci-dessus étaient inhérentes au jeune Karl Clauss au plus haut degré.
Les recherches du scientifique avaient également une signification pratique - extraction supplémentaire de platine pur à partir de résidus de minerai. Après avoir développé son propre plan d'expérience, Klauss a fusionné le minerai avec du salpêtre et extrait des éléments solubles: osmium, iridium,palladium. La partie insoluble a été exposée à un mélange d'acides concentrés (« eau régale ») et de distillation. Dans le précipité d'hydroxyde de fer, il découvre la présence d'un métal inconnu et l'isole d'abord sous forme de sulfure, puis sous forme pure (environ 6 grammes). Le professeur a retenu le nom proposé par Ozann pour l'élément - le ruthénium.
Ouvrir et prouver
Mais il s'est avéré que l'histoire de la découverte de l'élément chimique ruthénium ne faisait que commencer. Après la publication des résultats de l'étude en 1844, une grêle de critiques s'abattit sur Clauss. Les conclusions du scientifique inconnu de Kazan ont été accueillies avec scepticisme par les plus grands chimistes du monde. Même l'envoi d'un échantillon du nouvel élément à Berzelius n'a pas sauvé la situation. Selon le maître suédois, le ruthénium de Clauss n'était qu'"un échantillon d'iridium impur".
Seules les qualités exceptionnelles de Karl Karlovich en tant que chimiste analytique et expérimentateur et une série d'études supplémentaires ont permis au scientifique de prouver son cas. En 1846, la découverte reçut une reconnaissance et une confirmation officielles. Pour son travail, Klauss a reçu le prix Demidov de l'Académie russe des sciences d'un montant de 10 000 roubles. Grâce au talent et à la persévérance du professeur de Kazan, le ruthénium, le premier élément découvert en Russie, est venu s'ajouter aux rangs des platinoïdes.
Recherches complémentaires
Le principal problème dans l'étude des propriétés chimiques et physiques du ruthénium est sa teneur extrêmement limitéece métal dans la croûte terrestre. Par exemple, dans les déchets de production de platine (le matériau de travail de Clauss), sa teneur est d'environ 1 %. La plupart des scientifiques chimistes reconnaissent le ruthénium comme une substance extrêmement défavorable à l'étude. L'abondance d'impasses amène souvent les chercheurs à écourter ou suspendre leurs travaux.
Le scientifique soviétique SM Starostin a consacré toute sa vie à l'étude des propriétés d'un métal "inconfortable" et de ses composés. Le principal résultat de l'activité du chimiste est les conclusions sur les propriétés des complexes de ruthénium nitroso et les difficultés qui leur sont associées pour séparer le métal pur de l'uranium et du plutonium qui l'accompagnent. Qu'est-ce que le ruthénium en tant qu'élément chimique ?
Propriétés physiques
Le ruthénium est un métal dont la couleur, selon la méthode d'obtention, varie du gris-bleuâtre au blanc argenté. Certaines caractéristiques physiques de l'élément chimique ruthénium nous permettent de le considérer comme une substance unique. En plus d'une fragilité élevée (les cristaux sont même facilement broyés à la main), le ruthénium a une dureté extrême - 6,5 sur une échelle de dureté minéralogique à dix points (échelle de Mohs). Peut-être le plus léger des métaux du groupe du platine. La densité est de 12,45 g/cm3. Il est très réfractaire - la température de transition à l'état liquide est de 2334 ° C. Lors de la fusion dans un arc électrique, on observe une évaporation simultanée du métal. Lors d'une calcination à haute température à l'air libre, l'élément se « volatilise » sous la formetétroxydes.
Le ruthénium est classé comme supraconducteur. Le métal présente une résistance nulle lorsqu'il est refroidi à 0,47 K. Cette propriété est d'une grande importance d'un point de vue scientifique et pratique. En tant que platinoïde, le ruthénium est un métal précieux très intéressant.
Élément Ru
Les propriétés du métal "Kazan" sont à bien des égards typiques des représentants du groupe VΙΙΙ (platine). Le ruthénium est un élément chimique du tableau périodique de numéro atomique 44, caractérisé par une grande inertie. Il possède 7 isotopes naturels stables et 20 isotopes artificiels avec des nombres de masse de 92 à 113.
À température normale, il n'est pas sujet à l'oxydation et à la corrosion, aux acides et aux alcalis. Lorsqu'il est chauffé au-dessus de 400 ° C, il réagit avec le chlore, à 930 ° C - avec l'oxygène. Avec certains métaux, l'élément chimique ruthénium forme des alliages stables appelés composés intermétalliques.
Dans de nombreux composés, il présente une valence de zéro à huit. Les plus importants sont le dioxyde de ruthénium et le tétroxyde, le sulfure RuS2 et le fluorure RuF5.
Sous sa forme métallique pure, il possède les propriétés d'un catalyseur à haute sélectivité, ce qui lui permet d'être utilisé pour la synthèse d'une grande variété de substances organiques et inorganiques. Sert de meilleur sorbant pour l'hydrogène.
Propagation dans la nature
L'élément chimique ruthénium se caractérise par une extrêmerares et dispersés dans la nature. Dans son milieu naturel, il forme le seul minéral connu, la laurite. C'est un solide sous forme de petits octaèdres noir de fer. Le gisement le plus riche et le plus célèbre est situé sur les placers de platine de l'île de Bornéo (Kalimantan). En Russie, des développements sont en cours dans l'Oural moyen et méridional, sur la péninsule de Kola, dans les territoires de Krasnoïarsk et de Khabarovsk.
Dans tous les autres composés naturels, la quantité de ruthénium ne dépasse pas 0,1 %. Des traces de métal ont été trouvées dans certains minerais de cuivre-nickel et dans des roches ignées acides. Certaines plantes ont la capacité de concentrer et d'accumuler du ruthénium, parmi lesquelles se distinguent des représentants de la famille des légumineuses.
Le contenu total de l'élément dans la croûte terrestre, selon les experts, ne dépasse pas 5 000 tonnes.
Production industrielle
L'élément ruthénium est considéré comme noble, et la principale source de métal est la roche stérile issue de la production de platine. Le leader incontesté de l'extraction du ruthénium (ainsi que du platine) est la République d'Afrique du Sud. Le développement et la production de ce métal sont également assurés par la Russie, le Canada et le Zimbabwe. Soit dit en passant, ce dernier pays se classe au deuxième rang mondial en termes de réserves explorées de platinoïdes.
La quantité de ruthénium fournie sur le marché varie de 17 à 20 tonnes par an. Le cycle de production pour obtenir un élément dure environ 6 semaines et est une chaîne continue de réactions thermochimiques qui se succèdent.
Technologie pour obtenirruthénium par irradiation neutronique des isotopes du technétium radioactif. Mais il convient de noter que l'isolement d'un métal pur et stable, en raison de ses propriétés chimiques, de son imprévisibilité et de ses connaissances insuffisantes, reste encore une chimère.
Applications
Bien que toutes les propriétés du métal noble du ruthénium soient pleinement présentes, l'élément n'a pas été largement diffusé dans l'industrie de la bijouterie. Il est utilisé uniquement pour renforcer les alliages et rendre les bijoux coûteux plus durables.
En termes de quantité de ruthénium consommé, les secteurs industriels sont dans l'ordre suivant:
- Électronique.
- Électrochimique.
- Chimique.
Les propriétés catalytiques de l'élément sont très demandées. Il est utilisé dans la synthèse des acides cyanhydrique et nitrique, dans la production d'hydrocarbures saturés, de glycérine et dans la polymérisation de l'éthylène. Dans l'industrie métallurgique, les additifs au ruthénium sont utilisés pour augmenter les propriétés anti-corrosion, pour conférer de la résistance aux alliages, une résistance chimique et mécanique. Les isotopes radioactifs du ruthénium aident souvent les scientifiques dans leurs recherches.
De nombreux composés de l'élément ont également été utilisés comme bons oxydants et colorants. En particulier, les chlorures sont utilisés pour améliorer la luminescence.
Importance biologique
Le ruthénium a la capacité de s'accumuler dans les cellules des tissus vivants, principalement les muscles (le seul métal du groupe du platine). Peut provoquerdéveloppement de réactions allergiques, ont un impact négatif sur la membrane muqueuse des yeux et des voies respiratoires supérieures.
En médecine, le métal noble est utilisé comme moyen de reconnaître les tissus affectés. Les médicaments qui en sont issus sont utilisés pour traiter la tuberculose et diverses infections qui affectent la peau humaine. Pour cette raison, il semble très prometteur d'utiliser la capacité du ruthénium à former des complexes nitroso stables dans la lutte contre les maladies associées à une concentration excessive de nitrates dans le corps humain (hypertension, arthrite, choc septique et épilepsie).
Qui est à blâmer ?
Plus récemment, des scientifiques d'Europe occidentale ont sérieusement dérangé le public avec un message selon lequel la teneur en isotope radioactif du ruthénium Ru106 augmente sur le continent. Les experts excluent complètement son auto-éducation dans l'atmosphère. Outre un rejet accidentel d'une centrale nucléaire, des radionucléides de césium et d'iode seraient désormais nécessairement présents dans l'air, ce qui n'est pas confirmé par des données expérimentales. L'impact de cet isotope sur le corps humain, comme tout élément radioactif, entraîne une irradiation des tissus et des organes, le développement d'un cancer. Les sources possibles de pollution, selon les médias occidentaux, se situent sur le territoire de la Russie, de l'Ukraine ou du Kazakhstan.
En réponse, un représentant du Département des communications de Rosatom a déclaré que toutes les entreprises de la société d'État fonctionnaient et fonctionnent comme d'habitude. L'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA), selon elle, sur la base de ses propres données de surveillance,a qualifié toutes les accusations contre la Fédération de Russie de non fondées.
