רותניום

רותניום
	רודיום - רותניום - טכנציום
; 44	Ru
נתונים בסיסיים
מספר אטומי	44
סמל כימי	Ru
סדרה כימית	מתכות מעבר
מראה
	לבן-כסוף מתכתי
תכונות אטומיות
משקל אטומי	101.07 u
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה	2, 8, 18, 15, 1
קונפיגורציה אלקטרונית	[Kr] 4d⁷ 5s¹
דרגות חמצון	3, 4
תכונות פיזיקליות
צפיפות	12,370 kg/m3
מצב צבירה בטמפ' החדר	מוצק
נקודת רתיחה	4,423K (4,149.85°C)
נקודת התכה	2,607K (2,333.85°C)
לחץ אדים	1.4Pa ב-2,523K
מהירות הקול	5,970 מטר לשנייה ב-293.15K
שונות
אלקטרושליליות	2.2
קיבול חום סגולי	238 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית	13.7 106/m·Ω
מוליכות חום	117 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה	710.2 kJ/mol
היסטוריה
מגלה	קרל ארנסט קלאוס
תאריך גילוי	1844
נקרא על שם	רוהאטין

רותניום (Ruthenium) הוא יסוד כימי מסדרת מתכות המעבר שסמלו הכימי Ru ומספרו האטומי 44.

תכונות

רותניום הוא מתכת חזקה לבנה, ששייכת ל"קבוצת הפלטינה" (שכוללת את המתכות: רותניום, רודיום, פלדיום, אוסמיום, אירידיום ופלטינה) ויש לו ארבע צורות גבישיות. רותניום מתמוסס במתכות אלקליות נוזליות, מגיב עם הלוגנים בטמפרטורות גבוהות ולא מושפע מחומצות. כמויות קטנות של רותניום מקשיחות פלטינה ופלדיום. העמידות בפני קורוזיה של טיטניום עולה כאשר מוסיפים לו כמות קטנה של רותניום.

דרגת החמצון של רותניום נעה מ־1+ ל־8+. הדרגות 2+, 3+ ו־4+ הן הנפוצות ביותר.

שימושים

שימושי רותניום:

הוספת רותניום לסגסוגות פלטינה ופלדיום מקשיחה אותן.
0.1% רותניום מגביר את העמידות בפני קורוזיה של טיטניום.
קומפלקסי רותניום משמשים בכימיה כקטליזטורים בתהליכים רבים. לדוגמה, קומפלקסים של רותניום בעלי ליגנדות של שרשרת פפטואיד מותמר בביפירידין יכול לשמש כקטליזטור לפירוק מספר חומרים, וביניהם מים. הסיבה לשימוש הרב בו היא הקלות בעירור אלקטרון ברמה החיצונית של הרותניום לאורביטל הריק של הקבוצה הביפירידינית.^[1] לאחרונה, מצאו כי שינוי בעמדת הקישור של הפפטואיד לטבעת הביפירידין מעמדה שש לעמדה ארבע גורמת ללומיניסנציה אשר לא זוהתה במקרה של קומפלקסים קודמים.^[2] לומינסנציה היא מדד ליעילות קומפלקס מסוים כקטליזטור לפירוק.
רותניום הוא זרז רב תכליתי. לדוגמה, ניתן לפרק H₂S בעזרת אור בלבד כאשר משרים אותו במים עם חלקיקי קדמיום גופרתי (CdS) ותחמוצת רותניום. תהליך זה יעיל מאוד כשמסירים H₂S מתוצרים תעשייתיים של בתי זיקוק.
קומפלקסים של רותניום אורגני התגלו כזרזים יעילים במיוחד בסינתזות אלקנים.
זרז המבוסס על רותניום משמש בתגובות סטריאוסלקטיביות.
תרופות שמבוססות על קומפלקסים של רותניום אורגני נמצאות בשלבים ניסיוניים בתור תרופות אנטי-סרטניות.
כמה קומפלקסים אורגניים של רותניום נחקרים בתור חומרים פוטנציאליים לאנרגיה סולרית, במיוחד באלקטרו-פוטו-קטליזה ובתאי DSSC.
הרותניום משמש ליצירת תכשיטים שונים, משקפי ראייה, משקפי שמש, שעונים ואף מטבעות.
מאז שנות ה-2000 נערכו מספר מחקרים שבחנו שימוש ברותניום,^[3] בסגסוגותיה^[4] ובתחמוצת רותניום^[5] בתור אלקטרודת שער של טרנזיסטורי MOSFET מטכנולוגיות מתקדמות (high-k/metal gate), אולם נראה כי מחקרים אלה לא הבשילו לכדי יישום טכנולוגי.

היסטוריה

הרותניום (בלטינית Ruthenia שפירושה "רוסיה") זוהה ובודד על ידי קרל ארנסט קלאוס (Karl Klaus) ב-1844. קלאוס הראה שתחמוצת רותניום מכילה מתכת חדשה והפיק 6 גרם שלה מפלטינה גולמית. כמה שנים קודם, יונס יאקוב ברצליוס (Jöns Jacob Berzelius) וגוטפריד אוסאן (Gottfried Osann) כמעט גילו את הרותניום ב-1827, כשבחנו משקע שנשאר לאחר שהשרו פלטינה גולמית במי מלך (תערובת חומצות שיכולה להמיס פלטינה וזהב). ברצליוס לא מצא מתכת חדשה, אבל אוסאן חשב שמצא שלוש מתכות חדשות וקרא לאחת מהן "רותניום".

ייתכן שכימאי פולני בודד את יסוד 44 (וקרא לו וסטיום) ממחצב פלטינה ב-1807, אך נושא זה שנוי במחלוקת.

הכימאית מרי לו גוד תרמה להבנת פעולת רותניום כזרז.

צורה בטבע

רותניום נמצא בדרך כלל במכרות עם מתכות אחרות מקבוצת הפלטינה בהרי אורל ובצפון ודרום אמריקה.

רותניום מופק מסחרית בתהליך כימי מורכב שבו משתמשים במימן בשביל לבודד רותניום מתרכובת אמוניום וכלור ((NH₄)₂RuCl₆). כמו כן ניתן למצות רותניום מדלק גרעיני שיצא משימוש, שבדרך כלל מכיל כמה אחוזי רותניום.

תרכובות

לתרכובות רותניום תכונות כימיות דומות לאלו של אוסמיום שלהן שמונה דרגות חמצון, שמהן 2+, 3+ ו-4+ הן הנפוצות ביותר.

תרכובת נפוצה היא תחמוצת של רותניום 4+, או RuO₂, והיא בעלת שימושים בקטליזה ובתהליכי אלקטרוכימיה. תחמוצת זו היא גם מוליכה חשמלית.

אמצעי זהירות

התרכובת RuO₄, שדומה מאוד לאוסמיום טטרוקסיד מאוד רעילה ויכולה להתלקח. לרותניום אין תפקיד ביולוגי והוא יכול להכתים את העור. רותניום יכול להיות חומר מסרטן שמצטבר בעצמות.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא רותניום בוויקישיתוף

רותניום ב־Webelements (אנגלית)
רותניום, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)

הערות שוליים

^ Jing Sun and Ronald N. Zuckermann, Peptoid Polymers: A Highly Designable Bioinspired Material, Acsnanao
^ Maria Baskin, Larisa Panz & Galia Maayan., Versatile ruthenium complexes based on 2,2' - bipyridine modified peptoids, Chem. Commun
^ J. Kwon and Y.J. Chabal (2010). "Effects of TaN, Ru, and Pt electrodes on thermal stability of hafnium-based gate stacks". Journal of Applied Physics. 107: 123505. doi:10.1063/1.3429238.(הקישור אינו פעיל)
^ Monica Sawkar-Mathur and Jane P. Chang (2008). "Material and electrical properties of Hf_xRu_y and Hf_xRu_yN_z metals as gate electrodes for p-metal oxide semiconductor field effect transistor devices". Journal of Applied Physics. 104: 084101. doi:10.1063/1.2996111.(הקישור אינו פעיל)
^ C. Choi (2011). "Ruthenium based metals using atomic vapor deposition for gate electrode applications". Applied Physics Letters. 98: 083506. doi:10.1063/1.3559929.(הקישור אינו פעיל)

[1] Jing Sun and Ronald N. Zuckermann, Peptoid Polymers: A Highly Designable Bioinspired Material, Acsnanao

[2] Maria Baskin, Larisa Panz & Galia Maayan., Versatile ruthenium complexes based on 2,2' - bipyridine modified peptoids, Chem. Commun

[3] J. Kwon and Y.J. Chabal (2010). "Effects of TaN, Ru, and Pt electrodes on thermal stability of hafnium-based gate stacks". Journal of Applied Physics. 107: 123505. doi:10.1063/1.3429238.(הקישור אינו פעיל)

[4] Monica Sawkar-Mathur and Jane P. Chang (2008). "Material and electrical properties of Hf_xRu_y and Hf_xRu_yN_z metals as gate electrodes for p-metal oxide semiconductor field effect transistor devices". Journal of Applied Physics. 104: 084101. doi:10.1063/1.2996111.(הקישור אינו פעיל)

[5] C. Choi (2011). "Ruthenium based metals using atomic vapor deposition for gate electrode applications". Applied Physics Letters. 98: 083506. doi:10.1063/1.3559929.(הקישור אינו פעיל)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]