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Ruthenium

Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Ruthenium, Ru, 44
Serie Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block 8, 5, d
Aussehen silbrig weiß metallisch
CAS-Nummer 7440-18-8
Atomar
Atommasse 101,07 u
Atomradius (berechnet) 130 (178) pm
Kovalenter Radius 126 pm
Elektronenkonfiguration [Kr] 4d75s1
Elektronen pro Energieniveau 2, 8, 18, 15, 1
1. Ionisierungsenergie 710,2 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1620 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 2747 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur hexagonal
Dichte 12,37 g/cm3
Mohshärte 6,5
Schmelzpunkt 2607 K (2334 °C)
Siedepunkt 4423 K (4150 °C)
Molares Volumen 8,17 · 10-6 m3/mol
Verdampfungswärme 595 kJ/mol
Schmelzwärme 24 kJ/mol
Dampfdruck 1,4 Pa bei 2523 K
Schallgeschwindigkeit 5970 m/s bei 293,15 K
Spezifische Wärmekapazität 238 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit 13,7 · 106 S/m
Wärmeleitfähigkeit 117W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände 2, 3, 4, 6, 8
Oxide (Basizität) (leicht sauer)
Normalpotential
Elektronegativität 2,2 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE MeV ZP
94Ru

{syn.}

51,8 min ε 1,593 94Te
95Ru

{syn.}

1,643 h ε 2,572 95Te
96Ru

5,52 %

Stabil
97Ru

{syn.}

2,9 d ε 1,115 97Te
98Ru

1,88 %

Stabil
99Ru

12,7 %

Stabil
100Ru

12,6 %

Stabil
101Ru

17,0 %

Stabil
102Ru

31,6 %

Stabil
103Ru

{syn.}

39,26 d β 0,763 103Rh
104Ru

18,7 %

Stabil
105Ru

{syn.}

4,44 h β 1,917 105Rh
106Ru

{syn.}

373,59 d β 3,54 106Rh
NMR-Eigenschaften
  Spin γ in
rad·T−1·s−1
E fL bei
B = 4,7 T
in MHz
99Ru -3/2 9,068 · 106 0,000195 6,78
101Ru -5/2 1,322 · 107 0,00141 9,88
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung [1]

Pulver

R- und S-Sätze R: 11
S: 16-22-24/25
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Ruthenium (von lat. ruthenia: „Russland“, das Heimatland des Entdeckers) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Ru und der Ordnungszahl 44.

Es handelt sich um ein seltenes Übergangsmetall der Platinmetalle.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Ruthenium (von Ruthenia, lateinisch für Russland) wurde 1844 von Karl Ernst Claus entdeckt und isoliert. Er zeigte, dass der in Königswasser unlösliche Rückstand von Rohplatin eine Verbindung eines neuen Elementes enthielt.

Jöns Jakob Berzelius und Gottfried Osann entdeckten Ruthenium schon 1827. Auch sie lösten Rohplatin in Königswasser und untersuchten den unlöslichen Rückstand. Während Berzelius kein ungewöhnliches Metall fand, war Osann überzeugt, gleich drei neue Metalle gefunden zu haben. Einem gab er den Namen Ruthenium.

Ebenso könnte der polnische Chemiker Jędrzej Śniadecki das Element 44, das er Vestium nannte, 1807 aus Platinerz gewonnen haben. Seine Arbeiten wurden aber nie bestätigt. Später zog er seinen Anspruch auf Entdeckung eines neuen Elementes zurück.

Vorkommen und Herstellung

Das Ruthenium kommt in der Hauptsache in Platinerzen aus dem Ural, Südafrika, Oregon USA, Borneo u.a. aber immer stehts verschwistert mit den anderen Elementen der Platingruppe vor. Kleine, aber kommerziell interessante Vorkommen gibt es auch in Sudbury, Ontario (Pentlandit) und in südafrikanischen Pyroxinitlagerstätten. Ruthenium zählt zu den seltensten Elementen, es steht an der 71. Stelle hinter Iod und noch vor Palladium in der Elementhäufigkeit auf der Erde.

Metallisches Rutheniumpulver wird in einem komplexen Prozess (Abtrennung von den anderen Platinmetallen) durch Reduktion von Ammonium-Ruthenium-Chlorid durch Wasserstoff hergestellt. Die Verdichtung zum kompakten Metall erfolgt durch pulvermetallurgische Verfahren (pressen und sintern), durch Umschmelzen im Lichtbogenofen unter Argon als Schutzgas oder im Elektronenstrahlofen. Einkristalle werden durch das Zonenschmelzverfahren hergestellt. Auch fallen nennenswerte Mengen des Metalles als Nebenprodukt im Anodenschlamm bei der Nickelraffination an. Die Weltproduktion an Ruthenium liegt im Bereich von ca. 150kg pro Jahr [2].

Ruthenium könnte auch aus abgebrannten Brennelementen gewonnen werden, in dem es mit einen Anteil von einigen Prozent enthalten ist. Da das so gewonnene Ruthenium radioaktive Isotope mit Halbwertszeiten von bis zu einem Jahr besitzt, müsste es erst einige Jahre gelagert werden, bevor es den Kontrollbereich verlassen darf.

Eigenschaften

Ruthenium ist ein hartes, sprödes, grauweißes Metall der Gruppe der Platinmetalle, das in vier Kristall-Modifikationen vorkommt.
Bei Raumtemperatur behält es seine metallisch blanke Oberfläche und läuft nicht an. Beim Glühen im Sauerstoffstrom bildet sich flüchtiges, unbeständiges und giftiges Rutheniumtetraoxid, das durch Lichteinwirkung explosiv in Rutheniumdioxid und Sauerstoff zerfallen kann.
Ruthenium ist in allen mineralischen Säuren unterhalb von 100 °C beständig, löst sich aber in Alkalischmelzen, besonders wenn zusätzlich oxidierend wirkende Verunreinigungen wie Natriumperoxid Na2O2 und Natriumchlorat NaClO3 vorhanden sind. Bei höheren Temperaturen wird es auch von Halogenen oxidiert.
Zum Härten von Platin und Palladium wird es in kleinen Mengen zulegiert. In Titanlegierungen erhöht eine Konzentration von 0,1 % Ruthenium die Korrosionsbeständigkeit drastisch.

Plattierungen aus Ruthenium können elektrolytisch wie auch durch thermische Zersetzung hergestellt werden.
Eine Ruthenium-Molybdän-Legierung ist supraleitend. Die Sprungtemperatur beträgt 10,6 K.
Ruthenium kommt in den Oxidationsstufen -2 und +1 bis +8 vor, meist aber nur die Stufen +2, +3 und +4.

1 g hochreine Ruthenium-Schmelzperle

Anwendungen

Vorsichtsmaßnahmen

Rutheniumtetraoxid RuO4 ist wie das Osmiumtetraoxid hochtoxisch und explosiv.
Ruthenium hat keine biologische Funktion. Es erzeugt Hautflecken und reichert sich im Knochen an. Eventuell ist es krebserregend. Metallisches Ruthenium ist fein verteilt als Pulver oder Staub leicht entzündlich, in kompakter Form aber nicht brennbar.

Verbindungen

Die Chemie der Rutheniumverbindungen ist sehr komplex da Ruthenium in zahlreichen Oxidationsstufen aufzutreten vermag die auch noch leicht ineinander übergehen können. Es existieren mindestens acht Oxidationsstufen. Meist liegt es aber in den Stufen +2, +3 und +4 vor. Es hat eine reiche Komplexchemie, wobei der bekannteste Komplex das Ruthenrot [Ru3(O)2(NH3)14]Cl6 · 4 H2O und wohl auch das Ruthenium(II)tris(bipyridin) ist. Das Ruthenrot dient in der Mikroskopie als Färbemittel zur Kontrastverstärkung.

Einzelnachweise

  1. Eintrag zu Ruthenium in der GESTIS-Stoffdatenbank des BGIA, abgerufen am 27.4.2008 (JavaScript erforderlich)
  2. Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, 1999 S. Hirzel Verlag, ISBN 3-7776-0736-3
  3. http://137.193.200.177/ediss/hoster-harry/meta.html

Literatur

 Wiktionary: Ruthenium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen und Grammatik
 Commons: Ruthenium – Bilder, Videos und Audiodateien