Rutenio

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Rutenio
Aspetto
Aspetto dell'elemento
metallico, bianco-argenteo
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico rutenio, Ru, 44
Serie metalli di transizione
Gruppo, periodo, blocco 8, 5, d
Densità 12370 kg/m3
Durezza 6,5
Configurazione elettronica
Configurazione elettronica
Proprietà atomiche
Peso atomico 101,07 amu
Raggio atomico (calc.) 130 (178) pm
Raggio covalente 126 pm
Configurazione elettronica [Kr]4d75s1
e per livello energetico 2, 8, 18, 15, 1
Stati di ossidazione 2, 3, 4, 6, 8 (debolmente acido)
Struttura cristallina esagonale
Proprietà fisiche
Stato della materia solido
Punto di fusione 2607 K (2334 °C)
Punto di ebollizione 4423 K (4149 °C)
Volume molare 8,17 × 10-6 m3/mol
Entalpia di vaporizzazione 595 kJ/mol
Calore di fusione 24 kJ/mol
Tensione di vapore 1,4 Pa a 2523 K
Velocità del suono 5970 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS 7440-18-8
Elettronegatività 2,2 (scala di Pauling)
Calore specifico 238 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica 13,7 × 106 /(m·ohm)
Conducibilità termica 117 W/(m*K)
Energia di prima ionizzazione 710,2 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione 1620 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione 2747 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP
96Ru 5,52% Ru è stabile con 52 neutroni
98Ru 1,88% Ru è stabile con 54 neutroni
99Ru 12,7% Ru è stabile con 55 neutroni
100Ru 12,6% Ru è stabile con 56 neutroni
101Ru 17,0% Ru è stabile con 57 neutroni
102Ru 31,6% Ru è stabile con 58 neutroni
104Ru 18,7% Ru è stabile con 60 neutroni
106Ru sintetico 373,59 giorni β- 0,039 106Rh
iso: isotopo
NA: abbondanza in natura
TD: tempo di dimezzamento
DM: modalità di decadimento
DE: energia di decadimento in MeV
DP: prodotto del decadimento

Il rutenio è l'elemento chimico di numero atomico 44. Il suo simbolo è Ru. È un raro metallo di transizione del gruppo del ferro; si trova nei minerali del platino ed in lega con esso viene usato come catalizzatore.

Caratteristiche[modifica | modifica sorgente]

Il rutenio è un metallo bianco e duro; si presenta in quattro forme cristalline diverse e non si opacizza a temperature ordinarie. Si ossida però con reazione esplosiva. Il rutenio si scioglie negli alcali fusi; non viene attaccato dagli acidi, ma subisce l'aggressione degli alogeni e – ad alte temperature – degli idrossidi alcalini. Piccole quantità di rutenio possono aumentare la durezza del platino e del palladio, nonché rendere il titanio più resistente alla corrosione. Sia per elettrodeposizione che per decomposizione termica, il rutenio può essere impiegato come rivestimento. Una lega di rutenio-molibdeno è superconduttrice a temperature inferiori a 10,6 K.

Gli stati di ossidazione del rutenio variano da +1 a +8 ed anche composti con numero di ossidazione -2 sono noti. I più comuni nei suoi composti sono +2, +3 e +4.

Applicazioni[modifica | modifica sorgente]

Per via del suo effetto indurente su platino e palladio, il rutenio viene usato in lega con essi per produrre contatti elettrici molto resistenti all'usura.

L'aggiunta dello 0,1% di rutenio al titanio ne aumenta la resistenza alla corrosione fino a 100 volte.

Il rutenio è anche un versatile catalizzatore: ad esempio, l'acido solfidrico può essere decomposto dalla luce usando una sospensione acquosa di particelle di solfuro di cadmio (CdS) e diossido di rutenio. Il rutenio viene inoltre utilizzato come catalizzatore per reazioni di idrogenazione (per le quali assicura un'efficienza catalitica maggiore del rodio). Inoltre, complessato con il BINAP, costituisce il catalizzatore di Noyori per la idrogenazione asimmetrica di aldeidi, chetoni e immine e garantisce un alto grado di stereoselezione.

I complessi organometallici tra rutenio e carbene e tra rutenio e allenilidene si sono rivelati catalizzatori molto efficienti per la metatesi delle olefine (ossia per il riarrangiamento dei gruppi alchilici attorno agli atomi coinvolti nel doppio legame carbonio-carbonio) con importanti ricadute nella sintesi di composti organici e molecole di interesse farmaceutico.

Complessi organo-metallici del rutenio hanno evidenziato delle proprietà anti-tumorali portando allo sviluppo di medicinali sperimentali.

Altri complessi del rutenio, per via della loro capacità di assorbire la luce di tutto lo spettro visibile sono oggetto di ricerca nello sviluppo di tecnologie solari.

Alcune leghe di rutenio-iridio sono utilizzate da aziende produttrici di accessori di lusso (quali Mont Blanc e Rolex).

Storia[modifica | modifica sorgente]

Il rutenio (dal latino Ruthenia, Russia) fu isolato da Karl Ernst Claus nel 1844. Klaus dimostrò che l'ossido di rutenio conteneva un nuovo elemento ed ottenne 6 grammi di rutenio metallico dalla parte di platino grezzo insolubile nell'acqua regia.

È possibile che già il chimico polacco Jędrzej Śniadecki avesse isolato l'elemento 44 da minerali del platino nel 1807, chiamandolo vestio, tuttavia il suo lavoro non fu mai confermato e successivamente egli ritirò la propria dichiarazione.

Disponibilità[modifica | modifica sorgente]

Questo elemento molto raro si trova di solito in minerali di metalli del gruppo del platino nei Monti Urali e nelle Americhe. Quantità molto piccole, ma commercialmente importanti, si trovano nella pentlandite estratta a Sudbury (Ontario) e nei depositi di pirossenite in Sudafrica.

Questo metallo viene isolato attraverso un complicato procedimento chimico in cui si usa idrogeno per ridurre il rutenio ammonio cloruro e ottenere piccole quantità di polvere di rutenio, che viene poi consolidata con tecniche metallurgiche o fusa in forni ad arco elettrico in atmosfera inerte di argon.

È inoltre possibile ottenere rutenio dal combustibile nucleare esaurito che contiene una piccola percentuale di isotopi di rutenio: il rutenio prodotto in questo modo contiene però un isotopo radioattivo (106Ru) con una emivita di 373,59 giorni, perciò deve essere lasciato in deposito in strutture sicure per almeno 30 anni, affinché possa smaltirlo completamente, prima di poter mettere in commercio il metallo ottenuto.

A causa delle difficoltà legate al suo ottenimento e a causa delle sue particolari caratteristiche chimico-fisiche il rutenio è presente in commercio in quantità estremamente ridotte e questo ne giustifica il prezzo particolarmente elevato.

Composti[modifica | modifica sorgente]

I composti del rutenio sono spesso molto simili per proprietà a quelli del cadmio, ed esibiscono almeno otto stati di ossidazione diversi; i più diffusi però sono +2, +3 e +4.

Isotopi[modifica | modifica sorgente]

Il rutenio in natura è una miscela di sette isotopi. I radioisotopi più stabili sono 106Ru con emivita di 373,59 giorni, 103Ru con emivita 39,26 giorni e 97Ru con emivita 2,9 giorni. Esistono altri 15 radioisotopi con pesi atomici che vanno da 89,93 amu (90Ru) a 114,928 (115Ru). La maggior parte di questi ha emivite di meno di 5 minuti, tranne 95Ru (1,643 ore) e 105Ru (4,44 ore).

Il modo di decadimento più frequente prima dell'isotopo più abbondante (102Ru) è la cattura elettronica, che dà origine ad un atomo di tecnezio; quello più frequente dopo il 102Ru è invece il decadimento beta, che trasforma l'isotopo in un atomo di rodio.

Precauzioni[modifica | modifica sorgente]

Il tetrossido di rutenio (RuO4), simile al tetrossido di osmio, è molto tossico e può esplodere. Il rutenio non ha nessun ruolo biologico ma macchia facilmente la pelle umana, può essere cancerogeno ed è soggetto a bioaccumulo nelle ossa.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Altri progetti[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]

chimica Portale Chimica: il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia