روتنیوم (Ru): حقایق شگفت‌انگیز، کاربردها و خواص فلز نجیب

روتنیوم با نماد شیمیایی Ru، یک فلز واسطه سخت، شکننده و به رنگ سفید نقره‌ای است. این عنصر ارزشمند در گروه فلزات نجیب و فلزات پلاتینیوم در جدول تناوبی قرار دارد. روتنیوم در شرایط عادی به سادگی کدر نمی‌شود، اما در صورت خالص بودن، می‌تواند اکسیدهای واکنش‌پذیری تشکیل دهد که خاصیت انفجاری دارند. در ادامه به بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی روتنیوم و نکات جالب دیگر درباره این عنصر می‌پردازیم.

اطلاعات پایه روتنیوم

• نام عنصر: روتنیوم
• نماد شیمیایی: Ru
• عدد اتمی: 44
• وزن اتمی: 101.07

روتنیوم به دلیل خواص منحصر به فردش، در صنایع مختلف کاربردهای فراوانی دارد. این عنصر در ساخت آلیاژهای مقاوم به سایش، پوشش‌دهی فلزات و به عنوان کاتالیزور مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه به بررسی دقیق‌تر کاربردهای این فلز ارزشمند خواهیم پرداخت.

کاربردهای روتنیوم: فلزی با خواص بی‌نظیر

روتنیوم به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردی که دارد، در صنایع مختلف کاربردهای فراوانی پیدا کرده است. از افزایش استحکام فلزات گران‌بها گرفته تا استفاده در کاتالیزورها، روتنیوم نقش مهمی در پیشرفت فناوری ایفا می‌کند. در اینجا به برخی از مهم‌ترین کاربردهای روتنیوم اشاره می‌کنیم:

• سخت‌کننده فلزات پلاتینیوم و پالادیوم: روتنیوم یکی از بهترین سخت‌کننده‌ها برای پالادیوم و پلاتین است. آلیاژ روتنیوم با این فلزات، کنتاکت‌های الکتریکی بسیار مقاوم در برابر سایش تولید می‌کند.
• پوشش‌دهی فلزات: روتنیوم برای پوشش‌دهی سایر فلزات به کار می‌رود. معمولاً از روش‌های تجزیه حرارتی یا رسوب‌دهی الکتریکی برای ایجاد پوشش‌های روتنیومی استفاده می‌شود.
• ابررسانایی: آلیاژ روتنیوم-مولیبدن در دمای 10.6 کلوین خاصیت ابررسانایی از خود نشان می‌دهد.
• افزایش مقاومت به خوردگی تیتانیوم: افزودن 0.1 درصد روتنیوم به تیتانیوم، مقاومت به خوردگی آن را تا صد برابر افزایش می‌دهد.
• کاتالیزور: اکسیدهای روتنیوم کاتالیزورهای بسیار کارآمدی هستند و در واکنش‌های شیمیایی مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• نوک قلم: روتنیوم در ساخت نوک برخی از قلم‌ها نیز کاربرد دارد.

با توجه به این کاربردها، می‌توان دریافت که روتنیوم عنصری کلیدی در بسیاری از صنایع پیشرفته است و نقش مهمی در بهبود کیفیت و کارایی محصولات مختلف ایفا می‌کند. خواص منحصر به فرد روتنیوم، آن را به یک انتخاب ایده‌آل برای کاربردهای گوناگون تبدیل کرده است.

حقایق جالب درباره روتنیوم: عنصری اسرارآمیز

روتنیوم، فلزی با ویژگی‌های منحصربه‌فرد، داستان‌های جالبی را در دل خود جای داده است. در اینجا به برخی از این حقایق جذاب اشاره می‌کنیم:

• آخرین کشف از گروه پلاتین: روتنیوم آخرین فلز از گروه فلزات پلاتین بود که کشف شد و به جمع این عناصر ارزشمند پیوست.
• ریشه نام در روسیه: نام این عنصر از واژه لاتین "Ruthenia" گرفته شده است که به معنی روسیه است. این نام‌گذاری به کوه‌های اورال در روسیه اشاره دارد، که منبع اصلی سنگ معدن‌های گروه فلزات پلاتین هستند.
• سمی و خطرناک: ترکیبات روتنیوم مشابه ترکیبات کادمیوم هستند و مانند کادمیوم، برای انسان سمی‌اند. گمان می‌رود که روتنیوم سرطان‌زا باشد. به ویژه، تتروکسید روتنیوم (RuO4) بسیار خطرناک تلقی می‌شود.
• رنگ‌زا برای پوست: ترکیبات روتنیوم می‌توانند پوست را لکه‌دار یا تغییر رنگ دهند، پس هنگام کار با این مواد احتیاط کنید.
• تک الکترون در لایه بیرونی: روتنیوم تنها عنصر گروه 8 است که در لایه بیرونی خود 2 الکترون ندارد و از این نظر با سایر اعضای گروه خود متمایز است.
• مقاوم در برابر اسید و آب: عنصر خالص روتنیوم در برابر هالوژن‌ها و هیدروکسیدها آسیب‌پذیر است، اما در برابر اسیدها، آب یا هوا تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد.
• اولین جداسازی توسط کارل کلاوس: کارل کلاوس اولین کسی بود که روتنیوم را به صورت یک عنصر خالص جدا کرد. او ابتدا نمک کلروروتنات آمونیوم (NH4)2RuCl6 را تهیه کرد و سپس فلز را از آن جدا کرد تا خواص آن را تعیین کند.
• حالات اکسیداسیون متنوع: روتنیوم طیف گسترده‌ای از حالات اکسیداسیون (7 یا 8) را نشان می‌دهد، اگرچه معمولاً در حالات II، III و IV یافت می‌شود.
• قیمت روتنیوم: قیمت روتنیوم خالص حدود 1400 دلار برای هر 100 گرم فلز است.
• فراوانی کم در پوسته زمین: تخمین زده می‌شود که فراوانی روتنیوم در پوسته زمین حدود 1 قسمت در میلیارد وزن باشد. تصور می‌شود که فراوانی آن در منظومه شمسی حدود 5 قسمت در میلیارد وزن باشد.

این حقایق نشان می‌دهند که روتنیوم عنصری پیچیده و جذاب است که هم کاربردهای فراوانی دارد و هم ویژگی‌های منحصربه‌فردی را به نمایش می‌گذارد.

منابع و مشخصات روتنیوم: از معادن تا ویژگی‌های اتمی

روتنیوم معمولاً به همراه دیگر فلزات گروه پلاتین در مناطق مختلفی از جهان یافت می‌شود. در اینجا به منابع روتنیوم و همچنین مشخصات کلیدی این عنصر اشاره می‌کنیم:

منابع طبیعی روتنیوم

روتنیوم را می‌توان در مناطق زیر یافت:

• کوه‌های اورال (همراه با سایر فلزات گروه پلاتین)
• آمریکای شمالی و جنوبی
• منطقه استخراج نیکل سادبری، انتاریو
• رسوبات پیروکسنیت در آفریقای جنوبی
• استخراج از پسماندهای رادیواکتیو (به عنوان یک منبع ثانویه)

فرآیند استخراج روتنیوم

استخراج روتنیوم فرآیندی پیچیده است که در مرحله نهایی، شامل کاهش کلرید روتنیوم آمونیوم با هیدروژن می‌شود. این فرآیند منجر به تولید پودری می‌شود که با متالورژی پودر یا جوشکاری آرگون-قوس، یکنواخت می‌شود.

مشخصات کلیدی روتنیوم

• دسته‌بندی عنصر: فلز واسطه
• کشف: کارل کلاوس در سال 1844 (روسیه) - البته، یونس برزلیوس و گوتفرید اوسان در سال 1827 یا 1828 روتنیوم ناخالص را کشف کردند.
• چگالی: 12.41 گرم بر سانتی‌متر مکعب
• نقطه ذوب: 2583 کلوین
• نقطه جوش: 4173 کلوین
• شکل ظاهری: فلز خاکستری نقره‌ای، بسیار شکننده
• شعاع اتمی: 134 پیکومتر
• حجم اتمی: 8.3 سانتی‌متر مکعب بر مول
• شعاع کووالانسی: 125 پیکومتر
• شعاع یونی: 67 (+4e) پیکومتر
• ظرفیت گرمایی ویژه (در 20 درجه سانتیگراد): 0.238 ژول بر گرم بر مول
• گرمای همجوشی: (25.5) کیلوژول بر مول
• عدد الکترونگاتیوی پائولینگ: 2.2
• اولین انرژی یونیزاسیون: 710.3 کیلوژول بر مول
• حالات اکسیداسیون: 8، 6، 4، 3، 2، 0، -2
• آرایش الکترونی: [Kr] 4d7 5s1
• ساختار شبکه بلوری: هگزاگونال (شش‌وجهی)
• ثابت شبکه: 2.700 آنگستروم
• نسبت C/A شبکه: 1.584

این مشخصات نشان‌دهنده ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی منحصربه‌فرد روتنیوم است که آن را برای کاربردهای متنوع صنعتی و علمی مناسب می‌سازد.