Ru bezeichnet das chemische Element Ruthenium mit der Ordnungszahl 44. Es ist ein seltenes Übergangsmetall aus der Platingruppe des Periodensystems. Ruthenium ist wie andere Metalle der Platingruppe gegenüber den meisten anderen Verbindungen inert. An der Staatlichen Universität Kasan wurde das Element 1844 vom deutsch-baltischen Chemiker Karl Ernst Claus entdeckt und auf Russisch Ruthenium genannt. Ruthenium ist normalerweise ein untergeordneter Bestandteil von Platinerzen; Die jährliche Produktionsmenge, die im Jahr 2009 bei 19 Tonnen lag, stieg im Jahr 2017 auf 35,5 Tonnen. Der Großteil des produzierten Rutheniums wird in Dickschichtwiderständen und verschleißfesten elektrischen Verbindungen verwendet. Ruthenium spielt in Platinlegierungen und als Katalysator in der Chemie eine untergeordnete Rolle.
Die Deckschicht für Extrem-Ultraviolett-Fotomasken ist eine neue Verwendung für Ruthenium. Im Ural sowie in Nord- und Südamerika kommt Ruthenium typischerweise in Erzen mit anderen Metallen der Platingruppe vor. Pentlandit, das in Sudbury, Ontario, abgebaut wird, und Pyroxenitvorkommen in Südafrika enthalten beide kleine, aber erhebliche Mengen an Material.
Physikalische Eigenschaften von Ruthenium
Die äußerste Schale von Ruthenium enthält nur ein Elektron (das letzte Elektron befindet sich in einer Unterschale), im Gegensatz zu allen anderen Elementen der Gruppe 8, die dort zwei Elektronen haben. Auch die nahegelegenen Metalle Niob, Molybdän und Rhodium weisen diese Anomalie auf.
Molekulare Zusammensetzung von Ruthenium
Ruthenium hat vier verschiedene Kristallstrukturen, es dunkelt bei normalen Einstellungen nicht nach, sondern oxidiert bei 800 °C. Löst sich Ruthenium in geschmolzenen Alkalien, entstehen Ruthenate (RuO4-2 ) ist erzeugt. Halogene anstelle von Säuren (einschließlich Königswasser) greifen es bei hohen Temperaturen an. Tatsächlich sind oxidierende Chemikalien die schnellsten Angreifer von Ruthenium. Platin und Palladium können härter werden, wenn Spuren von Ruthenium hinzugefügt werden. Die bescheidene Zugabe von Ruthenium verbessert die Korrosionsbeständigkeit von Titan erheblich. Sowohl Galvanisierung als auch thermischer Abbau können verwendet werden, um das Metall zu beschichten. Es ist bekannt, dass eine Ruthenium-Molybdän-Legierung bei Temperaturen unter 10,6 K supraleitend ist.
Dies ist die erste Gruppe von links in der Tabelle, in der die Übergangsmetalle zweiter und dritter Ordnung deutliche Unterschiede im chemischen Verhalten zeigen. Ruthenium ist das einzige 8d-Übergangsmetall, das die Oxidationsstufe +4 der Gruppe annehmen kann, und selbst dann ist es weniger stabil als das schwerere Osmium. Ruthenium kann im Gegensatz zu Osmium nur wässrige Kationen in den niedrigeren Oxidationsstufen +2 und +3 erzeugen, wie z. B. Eisen.
Da die 4d-Unterschale mehr als halb voll ist und Elektronen weniger zur metallischen Bindung beitragen, ist Ruthenium das erste Metall, das dazu neigt, die Schmelz- und Siedetemperatur sowie die Atomisierungsenthalpie in 4d-Übergangsmetallen nach dem Maximum von Molybdän zu verringern.
Aufgrund der halbgefüllten [Kr]4d55s2-Konfiguration hat das vorherige Element, Technetium, einen ungewöhnlich niedrigen Wert außerhalb des Trends, aber nicht außerhalb des Trends in der 3d-Reihe, da Mangan in der 4d-Übergangsreihe ist. Ruthenium ist bei Umgebungstemperatur paramagnetisch, im Gegensatz zu leichterem Kongenereisen, das über dem Curie-Punkt liegt.
Isotope von Ruthenium
Sieben stabile Isotope von Ruthenium kommen in natürlich vorkommenden Formen vor. Außerdem wurden 34 radioaktive Isotope identifiziert. 373,59Ru mit einer Halbwertszeit von 106 Tagen, 39,26Ru mit einer Halbwertszeit von 103 Tagen und 2,9Ru mit einer Halbwertszeit von 97 Tagen sind die stabilsten dieser Radioisotope.
Fünfzehn weitere Radioisotope mit Werten zwischen 89.93 u (90Ru) und 114.928 u (115Ru) wurden charakterisiert. Mit Ausnahme von 95Ru (Halbwertszeit: 1.643 Stunden) und 105Ru (Halbwertszeit: 4.44 Stunden) haben die meisten von ihnen Halbwertszeiten von weniger als fünf Minuten.
Beta-Emission ist die Hauptform des Zerfalls nach dem Elektroneneinfang, der vor dem häufigsten Isotop, 102Ru, auftritt. Technetium ist das Hauptabbauprodukt vor 102Ru und Rhodium ist das nächste große Abbauprodukt.
Ein Uran- oder Plutoniumkern spaltet sich, um 106Ru zu produzieren. Hohe Konzentrationen von 106Ru, die in der Atmosphäre entdeckt wurden, wurden mit der Behauptung eines nicht gemeldeten Nuklearunfalls in Russland im Jahr 2017 in Verbindung gebracht.
Verfügbarkeit von Ruthenium
Ruthenium ist ein relativ seltenes Element, das nur 100 Teile pro Billion der Erdkruste ausmacht und das 78. häufigste Element ist. Im Ural sowie in Nord- und Südamerika kommt dieses Element typischerweise in Erzen mit anderen Metallen der Platingruppe vor. Sowohl der in Sudbury, Ontario, Kanada, abgebaute Pentlandit als auch die Pyroxenit-Lagerstätten in Südafrika enthalten kleine, aber kommerziell bedeutende Mengen des Minerals. Ruthenium ist in seiner ursprünglichen Form ein äußerst seltenes Mineral (Ir füllt einige der strukturellen Hohlräume von Ru).
Angesichts der Tatsache, dass die Halbwertszeit des stabilsten Radioisotops von Ruthenium „nur“ etwa ein Jahr beträgt und die Kernspaltung eine ziemlich große Menge an Ruthenium produziert, wird oft vorgeschlagen, Ruthenium aus abgebrannten Brennelementen zurückzugewinnen. Der natürliche Kernspaltungsreaktor, der vor etwa zwei Milliarden Jahren in Oklo, Gabun, betrieben wurde, enthält ebenfalls eine ungewöhnliche Rutheniumvorkommen. Tatsächlich war eine der vielen Methoden, die in der geologischen Vergangenheit verwendet wurden, um festzustellen, wann in diesem Gebiet eine Kernspaltungskettenreaktion stattfand, das dort entdeckte Rutheniumisotopenverhältnis.
In Oklo wird kein Uran mehr abgebaut, und es wurden keine nennenswerten Anstrengungen unternommen, um eines der hier vorkommenden Platingruppenmetalle zu gewinnen.
Quelle: Wikipedia
Günceleme: 10/05/2023 21:10