Viquipèdia

Ruteni

element químic amb nombre atòmic 44
Aquest article tracta sobre l'element químic. Si cerqueu la llengua eslava, vegeu «Rutè».
Aquest article tracta sobre l'element químic. Si cerqueu el mineral natiu, vegeu «Ruteni natiu».

El ruteni és un element químic de nombre atòmic 44 que pertany al grup 8 de la taula periòdica dels elements. És un metall de la segona sèrie de transició, dins del grup del platí. És l'element menys abundant del seu grup, i es troba a la natura formant part dels aliatges natius del platí.[3] El seu nom deriva de Rutènia, una antiga denominació de Rússia,[4] i el seu símbol és Ru. El seu descobriment s'acostuma a atribuir a Karl Ernst Claus el 1844.[3]

Ruteni
44Ru
tecneci ← ruteni → rodi
Fe
↑
Ru
↓
Os
Aspecte
Blanc platejat metàl·lic



Línies espectrals del ruteni
Propietats generals
Nom, símbol, nombre Ruteni, Ru, 44
Categoria d'elements Metalls de transició
Grup, període, bloc 8, 5, d
Pes atòmic estàndard 101,07
Configuració electrònica [Kr] 4d7 5s1
2, 8, 18, 15, 1
Configuració electrònica de Ruteni
Propietats físiques
Densitat
(prop de la t. a.) 		12,45 g·cm−3
Densitat del
líquid en el p. f. 		10,65 g·cm−3
Punt de fusió 2.607 K, 2.334 °C
Punt d'ebullició 4.423 K, 4.150 °C
Entalpia de fusió 38,59 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització 591,6 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar 24,06 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
a T (K) 2.588 2.811 3.087 3.424 3.845 4.388
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació 8, 7, 6, 4, 3, 2, 1,[1] -2
(àcid òxid feble)
Electronegativitat 2,2 (escala de Pauling)
Energies d'ionització 1a: 710,2 kJ·mol−1
2a: 1.620 kJ·mol−1
3a: 2.747 kJ·mol−1
Radi atòmic 134 pm
Radi covalent 146±7 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina Hexagonal
Ruteni té una estructura cristal·lina hexagonal
Ordenació magnètica Paramagnètic[2]
Resistivitat elèctrica (0 °C) 71 nΩ·m
Conductivitat tèrmica 117 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica (25 °C) 6,4 µm·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima) (20 °C) 5.970 m·s−1
Mòdul d'elasticitat 447 GPa
Mòdul de cisallament 173 GPa
Mòdul de compressibilitat 220 GPa
Coeficient de Poisson 0,30
Duresa de Mohs 6,5
Duresa de Brinell 2.160 MPa
Nombre CAS 7440-18-8
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del ruteni
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD
96Ru 5,52% 96Ru és estable amb 52 neutrons
97Ru sin 2,9 d ε - 97Tc
γ 0,215
0,324 		-
98Ru 1,88% 98Ru és estable amb 54 neutrons
99Ru 12,7% 99Ru és estable amb 55 neutrons
100Ru 12,6% 100Ru és estable amb 56 neutrons
101Ru 17,0% 101Ru és estable amb 57 neutrons
102Ru 31,6% 102Ru és estable amb 58 neutrons
103Ru sin 39,26 d β− 0,226 103Rh
γ 0,497 -
104Ru 18,7% 104Ru és estable amb 60 neutrons
106Ru sin 373,59 d β− 3,54 106Rh

Història Modifica

 
Karl Ernst Claus (1796-1864).

El químic polonès Jedrzej Sniadecki (1768-1838), professor de la Universitat de Vílnius, aleshores Rússia i actualment Lituània, investigant els minerals de platí d'Amèrica del Sud, el maig de 1808 descobrí un nou metall que anomenà vestium.[5] Tanmateix, quan els destacats químics francesos Claude L. Berthollet, Louis B. Guyton de Morveau, Antoine F. Fourcroy i Louis N. Vauquelin intentaren repetir el seu treball, no pogueren aïllar-lo en el mineral de platí que tenien. Quan Sniadecki s'assabentà d'això pensà que s'havia equivocat i retirà la seva reclamació.[6]

Anys després, el 1825, el químic alemany Gottfried W. Osann (1796-1866) de la Universitat de Dorpat (ara Tartu), aleshores Rússia ara Letònia, investigà una mica de platí de les muntanyes Urals i comunicà que havia trobat tres nous elements que anomenà pluranium, polinium i rutenium.[6][7]

 
Territori de Rússia en l'actualitat.

A partir de 1828, el platí de les terres al·luvials de rius de Rússia donà accés a materials que s'usaren en medalles i en l'encunyació de monedes com el ruble.[8]

Tot i que els descobriments de Sniadecki i Osann mai no es confirmaren, el tercer fou acceptat i el 1840 el químic alemany Karl Ernst Claus (1798-1864) de la Universitat de Kazan, Rússia, aconseguí extreure, purificar sis grams de ruteni de la part de platí que és insoluble en aigua règia i confirmà que era un metall nou. A l'hora d'anomenar-lo mantingué el nom d'Osann de ruteni, del llatí medieval Ruthenia, que significa “Rússia”.[6]

Estat natural i obtenció Modifica

 
Laurita  .

El ruteni és un element poc abundant a l'escorça terrestre (10–7 %)[9] i només se'l troba en catorze minerals i no són comercials. Els que el contenen amb més d'un 20 % són: laurita   (61,18 %), ruarsita   (48,58 %), rutenarsenita   (45,83 %) l'anduoïta   (27,75 % i hexamolibdè   (23,32 %).[10]

Aquest element generalment es troba juntament amb altres elements del grup del platí, als Urals i a Amèrica, formant aliatges. En els dipòsits de metalls del grup del platí de Merensky Reef,[11] al complex igni de Bushveld de Sud-àfrica,[12] s'estima que hi ha un 8 % de ruteni, respecte al total de metalls del grup del platí, en els dipòsits de la Conca de Sudbury, al Canadà un 3 % i als de Norilsk,[13] a Rússia, un 2 %.[14]

Els elements del grup del platí, que normalment estan junts, se separen entre si mitjançant una sèrie de processos químics, diferents segons com es troben, aprofitant les diferències químiques existents entre cada element.[15]

Propietats Modifica

 
Mitja barra de ruteni molt pur (99,99%)

Propietats físiques Modifica

El ruteni és un metall blanc dur i fràgil. Té un punt de fusió de 2 334 °C, un punt d'ebullició de 4 150 °C i una densitat 12,1 g/cm³ a 20 °C.[15][16] Presenta quatre formes cristal·lines diferents.

Propietats químiques Modifica

Els estats d'oxidació més comuns del ruteni són +2, +3 i +4. Hi ha compostos en els quals presenta un estat d'oxidació des de 0 a +8, i també -2.[15] Hi ha algunes semblances amb els compostos de l'osmi, del mateix grup, però la química d'ambdós difereix bastant de la del ferro, també en el mateix grup.

El ruteni és en gran part immune als atacs atmosfèrics i no reacciona amb l'aigua en condicions normals. En escalfar-se amb oxigen, el ruteni metall dóna òxid de ruteni(IV) segons la reacció:[17]

 
 
Clorur de ruteni(III).

El ruteni reacciona amb l'excés de fluor per formar fluorur de ruteni(VI) de color marró fosc segons la reacció:[17]

 

Escalfar ruteni metall a 330 °C amb clor, en presència de monòxid de carboni produeix clorur de ruteni(III) de color marró fosc  . Un escalfament addicional d'aquest clorur sota atmosfera de clor dona una forma negra de clorur de ruteni(III).[17]

Es dissol en bases foses, i no és atacat per àcids a temperatura ambient. El tetraòxid de ruteni   (estat d'oxidació +8), és molt oxidant, més que l'anàleg d'osmi, i es descompon violentament a altes temperatures.[15]

Isòtops Modifica

Article principal: Isòtops del ruteni

En la naturalesa hi ha set isòtops estables de ruteni, de nombres màssics 96 (5,5 %), 98 (1,9 %), 99 (12,7 %), 100 (12,6 %), 101 (17,1 %), 102 (31,5 %) i 104 (18,6 %).[18]

S'han caracteritzat trenta-tres radioisòtops de nombres màssics des de 85 fins a 124. La majoria d'aquests tenen períodes de semidesintegració de menys de cinc minuts. El principal mode de desintegració abans de l'isòtop més abundant és la desintegració β+ i després és la desintegració β–. Els radioisòtops més estables de ruteni són el ruteni 106, amb un període de semidesintegració t½ = 373,59 dies i que es desintegra en rodi 106 per emissió d'una partícula β–; el ruteni 103 que es desintegra també per emissió d'una partícula β– amb un t½ = 39,26 dies; i el ruteni 97 amb t½ = 2,9 dies i que es desintegra en tecneci 97 per emissió d'una partícula β+. Les reaccions són:[19]

 
 
 

Aplicacions Modifica

L'any 2016 es van consumir aproximadament 30,9 tones de ruteni, 13,8 d’elles en aplicacions elèctriques, 7,7 en catàlisi i 4,6 en electroquímica.[20]

Indústria metal·lúrgica Modifica

A causa de la seva gran efectivitat per endurir el pal·ladi i al platí, s'empra en els aliatges d'aquests metalls que s'usen en contactes elèctrics amb una alta resistència al desgast. Es pot augmentar la duresa del pal·ladi i el platí amb petites quantitats de ruteni. Igualment, l'addició de petites quantitats augmenta la resistència a la corrosió del titani de forma important. S'ha trobat un aliatge de ruteni i molibdè superconductor a 10,6 K.[21]

Catàlisi Modifica

 
Reacció d'oxidació d'un aldehid a àcid carboxílic catalitzada per un catalitzador de ruteni.

Igual que altres elements del grup del platí, composts de ruteni es fan servir com a catalitzadors en diferents processos. Per exemple, el sulfur d'hidrogen   es pot descompondre per la llum emprant òxid de ruteni en una suspensió aquosa de partícules de sulfur de cadmi. Això pot ser útil en l'eliminació de   de les refineries de petroli i d'altres processos industrials.

Medicina Modifica

Des de la introducció inicial del complex polipiridil de ruteni, s'han dut a terme diversos intents d'evolució estructural per millorar l'eficàcia. Entre ells, els complexos mig sandvitx de Ru-arè han estat els més destacats com a plataforma anticancerígena. Aquests complexos han demostrat clarament perfils anticancerígens superiors, com ara una major selectivitat cap a les cèl·lules canceroses i la millora de la toxicitat contra les cèl·lules normals en comparació amb els anticancerígens basats en platí existents. Actualment, diversos complexos de ruteni estan en fase d'assaigs clínics humans. Per millorar la selectivitat i la toxicitat associades a la quimioteràpia, també s'han investigat complexos de ruteni com a teràpia fotodinàmica (PDT) i quimioteràpia fotoactivada (PACT), que poden activar selectivament fragments de profàrmacs en una regió específica. Amb tots aquests estudis sobre aquestes entitats interessants, es preveuen nous fàrmacs metal·lo-cancerosos per substituir almenys parcialment els anticancerígens basats en platí.[22]

Precaucions Modifica

El tetraòxid de ruteni, RuO₄, similar al tetraòxid d'osmi, és altament tòxic i pot explotar.[23] El ruteni no exerceix cap paper biològic, però pot ser carcinogen i es pot acumular en els ossos.[24]

Referències Modifica

  1. ↑ «Ruthenium: ruthenium(I) fluoride compound data». OpenMOPAC.net. [Consulta: 10 desembre 2007].
  2. ↑ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  3. ↑ 3,0 3,1 Gran Enciclopèdia Catalana. Volum 20. Reimpressió d'octubre de 1992. Barcelona: Gran Enciclopèdia Catalana, 1992, p. 91. ISBN 84-7739-021-5. 
  4. ↑ Newton, 2010, p. 506.
  5. ↑ Fontani, M.; Costa, M.; Orna, M.V.. The Lost Elements: The Periodic Table's Shadow Side. Oxford University Press, 2015, p. 14. ISBN 978-0-19-938334-4. 
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 Emsley, J. «Ruthenium». A: Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press, 2003, p. 368–370. ISBN 978-0-19-850340-8. 
  7. ↑ Poole, R.K.. Advances in Microbial Physiology. Elsevier Science, 2017, p. 4 (ISSN). ISBN 978-0-12-812384-3. 
  8. ↑ Raub, Christoph J. «The Minting of Platinum Roubles. Part I: History and Current Investigations». Johnson Matthey Technology Review, 48, 2, 2004, pàg. 66–69. Arxivat de l'original el 2015-09-24 [Consulta: 23 juliol 2021]. Archive
  9. ↑ Higgins, Simon «Regarding ruthenium» (en anglès). Nature Chemistry, 2, 12, 2010-12, pàg. 1100–1100. DOI: 10.1038/nchem.917. ISSN: 1755-4330.
  10. ↑ Barthelmy, David. «Mineral Species sorted by the element Ru Ruthenium». Mineralogy Database, 1997-2014. [Consulta: 31 març 2023].
  11. ↑ Buchanan, D.L.. Platinum-Group Element Exploration (en castellà). Elsevier Science, 2012, p. 79 (ISSN). ISBN 978-0-444-59715-1. 
  12. ↑ Bristow, D. Been There, Done That: A South African checklist for the curious and the brave. Penguin Random House South Africa, 2013, p. 12. ISBN 978-1-920545-73-4. 
  13. ↑ Jensen, R.G.; Shabad, T.; Wright, A.W.. Soviet Natural Resources in the World Economy. University of Chicago Press, 1983, p. 3-PA548. ISBN 978-0-226-39831-0. 
  14. ↑ Enghag, 2004, p. 707.
  15. ↑ 15,0 15,1 15,2 15,3 W.M. Haynes. CRC handbook of chemistry and physics: a ready-reference book of chemical and physical data.. 95a edició. Boca Raton, Florida: CRC Press, 2014. ISBN 978-1-4822-0867-2. 
  16. ↑ Barthelmy, Dave. «Ruthenium Mineral Data». Mineralogy Database. [Consulta: 30 maig 2023].
  17. ↑ 17,0 17,1 17,2 Winter, Mark. «Ruthenium. Reactions of elements». WebElements. The University of Sheffield and WebElements Ltd. [Consulta: 31 març 2023].
  18. ↑ «Ruteni». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
  19. ↑ «Z = 44». NuDat 3.0. National Nuclear Data Center (NNDC) at Brookhaven National Laboratory. [Consulta: 31 març 2023].
  20. ↑ Loferski, Patricia J.; Ghalayini, Zachary T. and Singerling, Sheryl A. (2018) Platinum-group metals Arxivat 2021-12-23 a Wayback Machine.. 2016 Minerals Yearbook. USGS. p. 57.3.
  21. ↑ Hamond, C.R. "The elements"
  22. ↑ Lee, Sang Yeul; Kim, Chul Young; Nam, Tae-Gyu «Ruthenium Complexes as Anticancer Agents: A Brief History and Perspectives» (en anglès). Drug Design, Development and Therapy, 14, 03-12-2020, pàg. 5375–5392. DOI: 10.2147/DDDT.S275007. PMC: PMC7721113. PMID: 33299303.
  23. ↑ Holder, A.A.; Lilge, L.; Browne, W.R. [et al.].. Ruthenium Complexes: Photochemical and Biomedical Applications. Wiley, 2017, p. 67. ISBN 978-3-527-69524-9. 
  24. ↑ Mishra, A.K.; Mishra, L. Ruthenium Chemistry (en estonià). Jenny Stanford Publishing, 2018. ISBN 978-1-351-61650-8. 

Bibliografia Modifica

Newton, David E. Chemical Elements (en anglès). Segona edició. Gale, Cengage Learning, 2010. ISBN 13: 978-1-4144-7612-4.  Enghag, Per. Encyclopedia of the Elements (en anglès). Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2004. ISBN 3-527-30666-8. 

Vegeu també Modifica

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Ruteni


En altres projectes de Wikimedia:
 
Commons
 Commons (Galeria)  
 
Commons
 Commons (Categoria)  


Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Ruteni&oldid=32355337»