Rutênio - Ruthenium
Rutênio | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Pronúncia |
/ R u θ i n i ə m / ( roo- TE -nee-əm ) |
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Aparência | metálico branco prateado | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Peso atômico padrão A r, std (Ru) | 101,07 (2) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rutênio na tabela periódica | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Número atômico ( Z ) | 44 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupo | grupo 8 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Período | período 5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Bloquear | bloco d | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuração de elétron | [ Kr ] 4d 7 5s 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elétrons por camada | 2, 8, 18, 15, 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propriedades físicas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fase em STP | sólido | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ponto de fusão | 2607 K (2334 ° C, 4233 ° F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ponto de ebulição | 4423 K (4150 ° C, 7502 ° F) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Densidade (próximo à rt ) | 12,45 g / cm 3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
quando líquido (em mp ) | 10,65 g / cm 3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Calor de fusão | 38,59 kJ / mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Calor da vaporização | 619 kJ / mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Capacidade de calor molar | 24,06 J / (mol · K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pressão de vapor
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Propriedades atômicas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estados de oxidação | −4, −2, 0, +1, +2, +3 , +4 , +5, +6, +7, +8 (um óxido levemente ácido ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Eletro-negatividade | Escala de Pauling: 2,2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energias de ionização | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raio atômico | empírico: 134 pm | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raio covalente | 146 ± 19h | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Linhas espectrais de rutênio | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Outras propriedades | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ocorrência natural | primordial | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estrutura de cristal | hexagonal compacta-fim (HCP) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Velocidade do som haste fina | 5970 m / s (a 20 ° C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Expansão térmica | 6,4 µm / (m⋅K) (a 25 ° C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Condutividade térmica | 117 W / (m⋅K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Resistividade elétrica | 71 nΩ⋅m (a 0 ° C) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ordenação magnética | paramagnético | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Suscetibilidade magnética molar | +39 × 10 −6 cm 3 / mol (298 K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Módulo de Young | 447 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Módulo de cisalhamento | 173 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Módulo de massa | 220 GPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Coeficiente de Poisson | 0,30 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dureza de Mohs | 6,5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dureza Brinell | 2160 MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Número CAS | 7440-18-8 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
História | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nomeação | após Rutênia , o nome latino do século 19 para a Rússia | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Descoberta e primeiro isolamento | Karl Ernst Claus (1844) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Principais isótopos de rutênio | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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O rutênio é um elemento químico com o símbolo Ru e número atômico 44. É um metal de transição raro pertencente ao grupo da platina da tabela periódica . Como os outros metais do grupo da platina, o rutênio é inerte à maioria dos outros produtos químicos. O cientista russo de ascendência alemão-báltico, Karl Ernst Claus, descobriu o elemento em 1844 na Universidade Estadual de Kazan e deu o nome de rutênio em homenagem à Rússia . O rutênio é geralmente encontrado como um componente secundário dos minérios de platina ; a produção anual aumentou de cerca de 19 toneladas em 2009 para cerca de 35,5 toneladas em 2017. A maior parte do rutênio produzido é usado em contatos elétricos resistentes ao desgaste e resistores de filme espesso. Uma pequena aplicação do rutênio é em ligas de platina e como catalisador químico . Uma nova aplicação do rutênio é como camada de cobertura para fotomáscaras ultravioletas extremas. Rutênio é geralmente encontrado em minérios com os outros metais do grupo da platina nos Montes Urais e no Norte e América do Sul . Quantidades pequenas, mas comercialmente importantes, também são encontradas na pentlandita extraída de Sudbury, Ontário, e em depósitos de piroxenita na África do Sul .
Características
Propriedades físicas
O rutênio, um metal duro branco polivalente , é membro do grupo da platina e está no grupo 8 da tabela periódica:
Z | Elemento | Nº de elétrons / camada |
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26 | ferro | 2, 8, 14, 2 |
44 | rutênio | 2, 8, 18, 15, 1 |
76 | ósmio | 2, 8, 18, 32, 14, 2 |
108 | hassium | 2, 8, 18, 32, 32, 14, 2 |
Enquanto todos os outros elementos do grupo 8 têm dois elétrons na camada mais externa, no rutênio, a camada mais externa tem apenas um elétron (o elétron final está em uma camada inferior). Esta anomalia é observada nos metais vizinhos nióbio (41), molibdênio (42) e ródio (45).
Propriedades quimicas
O rutênio tem quatro modificações de cristal e não perde o brilho nas condições ambientais; oxida ao ser aquecido a 800 ° C (1.070 K). O rutênio se dissolve em álcalis fundidos para dar rutenatos ( RuO2−
4), não é atacado por ácidos (mesmo água régia ), mas é atacado por halogênios em altas temperaturas. Na verdade, o rutênio é mais facilmente atacado por agentes oxidantes. Pequenas quantidades de rutênio podem aumentar a dureza da platina e do paládio . A resistência à corrosão do titânio é acentuadamente aumentada pela adição de uma pequena quantidade de rutênio. O metal pode ser revestido por galvanoplastia e por decomposição térmica. Um ruthenium- molibdénio liga é conhecido por ser supercondutor a temperaturas inferiores a 10,6 K . O rutênio é o único metal de transição 4d que pode assumir o estado de oxidação de grupo +8, e mesmo assim é menos estável aí do que o ósmio congênere mais pesado: este é o primeiro grupo da esquerda da tabela onde ocorre a transição da segunda e terceira linhas os metais apresentam diferenças notáveis no comportamento químico. Como o ferro, mas ao contrário do ósmio, o rutênio pode formar cátions aquosos em seus estados de oxidação mais baixos de +2 e +3.
O rutênio é o primeiro em uma tendência descendente nos pontos de fusão e ebulição e entalpia de atomização nos metais de transição 4d após o máximo visto no molibdênio , porque a subcamada 4d está mais da metade cheia e os elétrons estão contribuindo menos para a ligação metálica. ( Tecnécio , o elemento anterior, tem um valor excepcionalmente baixo que está fora da tendência devido à sua configuração [Kr] 4d 5 5s 2 preenchida pela metade , embora não esteja tão longe da tendência na série 4d quanto o manganês no 3d série de transição.) Ao contrário do ferro congênere mais leve, o rutênio é paramagnético à temperatura ambiente, pois o ferro também está acima de seu ponto de Curie .
Os potenciais de redução em solução aquosa ácida para alguns íons de rutênio comuns são mostrados abaixo:
0,455 V | Ru 2+ + 2e - | ↔ Ru |
0,249 V | Ru 3+ + e - | ↔ Ru 2+ |
1.120 V | RuO 2 + 4H + + 2e - | ↔ Ru 2+ + 2H 2 O |
1,563 V |
RuO2− 4+ 8H + + 4e - |
↔ Ru 2+ + 4H 2 O |
1,368 V |
RuO- 4+ 8H + + 5e - |
↔ Ru 2+ + 4H 2 O |
1,387 V | RuO 4 + 4H + + 4e - | ↔ RuO 2 + 2H 2 O |
Isótopos
O rutênio de ocorrência natural é composto por sete isótopos estáveis . Além disso, 34 isótopos radioativos foram descobertos. Destes radioisótopos , os mais estáveis são 106 Ru com meia-vida de 373,59 dias, 103 Ru com meia-vida de 39,26 dias e 97 Ru com meia-vida de 2,9 dias.
Quinze outros radioisótopos foram caracterizados com pesos atômicos variando de 89,93 u ( 90 Ru) a 114,928 u ( 115 Ru). A maioria deles tem meia-vida inferior a cinco minutos, exceto 95 Ru (meia-vida: 1,643 horas) e 105 Ru (meia-vida: 4,44 horas).
O modo de decaimento primário antes do isótopo mais abundante, 102 Ru, é a captura de elétrons e o modo primário depois é a emissão beta . O principal produto de decomposição antes do 102 Ru é o tecnécio e o principal produto de decomposição depois é o ródio .
106 Ru é um produto da fissão de um núcleo de urânio ou plutônio . Altas concentrações de 106 Ru atmosféricos detectados foram associadas a um alegado acidente nuclear não declarado na Rússia em 2017.
Ocorrência
Como o 78º elemento mais abundante na crosta terrestre , o rutênio é relativamente raro, encontrado em cerca de 100 partes por trilhão . Este elemento é geralmente encontrado em minérios com os outros metais do grupo da platina nos Montes Urais e nas Américas do Sul e do Norte. Quantidades pequenas, mas comercialmente importantes, também são encontradas em pentlandita extraída de Sudbury , Ontário , Canadá , e em depósitos de piroxenita na África do Sul . A forma nativa de rutênio é um mineral muito raro (Ir substitui parte de Ru em sua estrutura).
Produção
Aproximadamente 30 toneladas de rutênio são extraídas a cada ano, com reservas mundiais estimadas em 5.000 toneladas. A composição das misturas de metais do grupo da platina minerada (PGM) varia amplamente, dependendo da formação geoquímica. Por exemplo, os PGMs extraídos na África do Sul contêm em média 11% de rutênio, enquanto os PGMs extraídos na ex-URSS contêm apenas 2% (1992). Rutênio, ósmio e irídio são considerados os metais menores do grupo da platina.
O rutênio, como os outros metais do grupo da platina, é obtido comercialmente como subproduto do processamento de minério de níquel e cobre e platina. Durante a eletrorrefinação de cobre e níquel, metais nobres como prata, ouro e os metais do grupo da platina precipitam como lama anódica , a matéria - prima para a extração. Os metais são convertidos em solutos ionizados por qualquer um dos vários métodos, dependendo da composição da matéria-prima. Um método representativo é a fusão com peróxido de sódio seguida por dissolução em água régia e solução em uma mistura de cloro com ácido clorídrico . Ósmio , rutênio, ródio e irídio são insolúveis em água régia e precipitam rapidamente, deixando os outros metais em solução. O ródio é separado do resíduo por tratamento com bissulfato de sódio fundido. O resíduo insolúvel, contendo Ru, Os e Ir é tratado com óxido de sódio, no qual o Ir é insolúvel, produzindo sais de Ru e Os dissolvidos. Após a oxidação em óxidos voláteis, RuO
4é separado de OsO
4por precipitação de (NH 4 ) 3 RuCl 6 com cloreto de amônio ou por destilação ou extração com solventes orgânicos do tetróxido de ósmio volátil. O hidrogênio é usado para reduzir o cloreto de rutênio de amônio , produzindo um pó. O produto é reduzido utilizando hidrogénio, obtendo-se o metal na forma de pó ou de metal esponja que pode ser tratada com metal em pó técnicas ou árgon - soldadura por arco .
Compostos químicos
Os estados de oxidação do rutênio variam de 0 a +8 e -2. As propriedades dos compostos de rutênio e ósmio costumam ser semelhantes. Os estados +2, +3 e +4 são os mais comuns. O precursor mais prevalente é o tricloreto de rutênio , um sólido vermelho que é mal definido quimicamente, mas versátil sinteticamente.
Óxidos e calcogenetos
O rutênio pode ser oxidado a óxido de rutênio (IV) (RuO 2 , estado de oxidação +4) que pode, por sua vez, ser oxidado por metaperiodato de sódio ao tetróxido de rutênio tetraédrico amarelo volátil , RuO 4 , um agente oxidante forte agressivo com estrutura e propriedades análogas em tetróxido de ósmio . RuO 4 é usado principalmente como intermediário na purificação de rutênio de minérios e resíduos radicais.
Rutenato dipotássico (K 2 RuO 4 , +6) e perrutenato de potássio (KRuO 4 , +7) também são conhecidos. Ao contrário do tetróxido de ósmio, o tetróxido de rutênio é menos estável e forte o suficiente como um agente oxidante para oxidar ácido clorídrico diluído e solventes orgânicos como etanol em temperatura ambiente, e é facilmente reduzido a rutenato ( RuO2−
4) em soluções alcalinas aquosas; ele se decompõe para formar o dióxido acima de 100 ° C. Ao contrário do ferro, mas como o ósmio, o rutênio não forma óxidos em seus estados de oxidação +2 e +3 inferiores. O rutênio forma di calcogenetos , que são semicondutores diamagnéticos que se cristalizam na estrutura da pirita . O sulfeto de rutênio (RuS 2 ) ocorre naturalmente como o mineral laurita .
Como o ferro, o rutênio não forma oxoanions prontamente e prefere atingir altos números de coordenação com íons hidróxido. O tetróxido de rutênio é reduzido pelo hidróxido de potássio diluído a frio para formar perrutenato de potássio preto, KRuO 4 , com rutênio no estado de oxidação +7. O perrutenato de potássio também pode ser produzido pela oxidação do rutenato de potássio, K 2 RuO 4 , com cloro gasoso. O íon perrutenato é instável e é reduzido pela água para formar o rutenato de laranja. O rutenato de potássio pode ser sintetizado pela reação de rutênio metálico com hidróxido de potássio fundido e nitrato de potássio .
Alguns óxidos mistos também são conhecidos, como M II Ru IV O 3 , Na 3 Ru V O 4 , Na
2RuV
2O
7, e MII
2LnIII
RuV
O
6.
Halides e oxyhalides
O maior haleto de rutênio conhecido é o hexafluoreto , um sólido marrom escuro que funde a 54 ° C. Ele se hidrolisa violentamente ao entrar em contato com a água e facilmente se desproporciona para formar uma mistura de fluoretos de rutênio inferior, liberando gás flúor. O pentafluoreto de rutênio é um sólido tetramérico verde escuro que também é prontamente hidrolisado, com ponto de fusão a 86,5 ° C. O tetrafluoreto de rutênio amarelo provavelmente também é polimérico e pode ser formado pela redução do pentafluoreto com iodo . Entre os compostos binários de rutênio, esses altos estados de oxidação são conhecidos apenas nos óxidos e fluoretos.
O tricloreto de rutênio é um composto bem conhecido, existindo na forma α preta e na forma β marrom escura: o tri-hidrato é vermelho. Dos trihaletos conhecidos, o trifluoreto é marrom escuro e se decompõe acima de 650 ° C, o tribrometo é marrom escuro e se decompõe acima de 400 ° C e o triiodeto é preto. Dos dihaletos, o difluoreto não é conhecido, o dicloreto é marrom, o dibrometo é preto e o diiodeto é azul. O único oxihaleto conhecido é o oxifluoreto de rutênio (VI) verde claro, RuOF 4 .
Complexos de coordenação e organometálicos
O rutênio forma uma variedade de complexos de coordenação. Os exemplos são os muitos derivados de pentammina [Ru (NH 3 ) 5 L] n + que freqüentemente existem para Ru (II) e Ru (III). Os derivados de bipiridina e terpiridina são numerosos, sendo mais conhecido o cloreto de tris (bipiridina) rutênio (II) luminescente .
O rutênio forma uma ampla gama de compostos com ligações carbono-rutênio. O catalisador de Grubbs é usado para metátese de alceno. Ruthenocene é análogo ao ferrocene estruturalmente, mas exibe propriedades redox distintas. O rutênio pentacarbonil líquido incolor se converte na ausência de pressão de CO no sólido vermelho escuro trirutênio dodecacarbonil . O tricloreto de rutênio reage com o monóxido de carbono para dar muitos derivados, incluindo RuHCl (CO) (PPh 3 ) 3 e Ru (CO) 2 (PPh 3 ) 3 ( complexo de Roper ). O aquecimento de soluções de tricloreto de rutênio em álcoois com trifenilfosfina dá tris (trifenilfosfina) dicloreto de rutênio (RuCl 2 (PPh 3 ) 3 ), que se converte no complexo de hidreto clorohidridotris (trifenilfosfina) rutênio (II) (RuHCl ( 3 ) PPh 3 ).
História
Embora ligas de platina de ocorrência natural contendo todos os seis metais do grupo da platina tenham sido usadas por muito tempo pelos americanos pré-colombianos e conhecidas como um material pelos químicos europeus a partir de meados do século 16, só em meados do século 18 a platina foi identificada como um elemento puro. Essa platina natural continha paládio, ródio, ósmio e irídio foi descoberta na primeira década do século XIX. Platinum em areias aluviais dos rios russos deram acesso a matéria-prima para uso em placas e medalhas e para a cunhagem de rublos moedas , começando em 1828. Resíduos da produção de platina para cunhagem estavam disponíveis no Império Russo, e, portanto, a maior parte da pesquisa sobre eles foram feitos na Europa Oriental.
É possível que o químico polonês Jędrzej Śniadecki tenha isolado o elemento 44 (que ele chamou de "vestium" em homenagem ao asteróide Vesta descoberto pouco antes) de minérios de platina sul-americanos em 1807. Ele publicou um anúncio de sua descoberta em 1808. Seu trabalho nunca foi confirmado , no entanto, e mais tarde ele retirou sua alegação de descoberta.
Jöns Berzelius e Gottfried Osann quase descobriram o rutênio em 1827. Eles examinaram os resíduos que foram deixados após a dissolução da platina bruta dos Montes Urais na água régia . Berzelius não encontrou nenhum metal incomum, mas Osann pensou ter encontrado três novos metais, que chamou de plurânio, rutênio e polínio. Essa discrepância levou a uma controvérsia de longa data entre Berzelius e Osann sobre a composição dos resíduos. Como Osann não foi capaz de repetir seu isolamento de rutênio, ele finalmente desistiu de suas reivindicações. O nome "rutênio" foi escolhido por Osann porque as amostras analisadas provinham dos montes Urais, na Rússia. O próprio nome deriva da palavra latina Rutênia ; esta palavra foi usada na época como o nome latino para a Rússia.
Em 1844, Karl Ernst Claus , um cientista russo de ascendência alemã báltica , mostrou que os compostos preparados por Gottfried Osann continham pequenas quantidades de rutênio, que Claus descobriu no mesmo ano. Noel isolado rutênio a partir dos resíduos de platina da produção rublo enquanto ele estava trabalhando na Universidade de Kazan , Kazan , da mesma forma que a sua mais pesada de ósmio congénere tinha sido descoberto quatro décadas antes. Claus mostrou que o óxido de rutênio continha um novo metal e obteve 6 gramas de rutênio da parte da platina bruta que é insolúvel em água régia . Escolhendo o nome para o novo elemento, Claus declarou: "Chamei o novo corpo, em homenagem à minha pátria, de rutênio. Eu tinha todo o direito de chamá-lo por este nome porque o Sr. Osann renunciou ao seu rutênio e a palavra ainda não existe em química. " Ao fazer isso, Claus deu início a uma tendência que continua até hoje - nomear um elemento com o nome de um país.
Formulários
Cerca de 30,9 toneladas de rutênio foram consumidas em 2016, sendo 13,8 delas em aplicações elétricas, 7,7 em catálise e 4,6 em eletroquímica.
Por endurecer ligas de platina e paládio, o rutênio é utilizado em contatos elétricos , onde uma película fina é suficiente para atingir a durabilidade desejada. Com propriedades semelhantes e custo inferior ao do ródio, os contatos elétricos são um dos principais usos do rutênio. A placa de rutênio é aplicada ao contato elétrico e ao metal base do eletrodo por galvanoplastia ou pulverização catódica .
Dióxido de rutênio com rutenatos de chumbo e bismuto são usados em resistores de chip de filme espesso. Essas duas aplicações eletrônicas respondem por 50% do consumo de rutênio.
O rutênio raramente é ligado a metais fora do grupo da platina, onde pequenas quantidades melhoram algumas propriedades. A resistência à corrosão adicionada nas ligas de titânio levou ao desenvolvimento de uma liga especial com 0,1% de rutênio. O rutênio também é usado em algumas superligas avançadas de cristal único de alta temperatura , com aplicações que incluem as turbinas de motores a jato . Várias composições de superligas à base de níquel são descritas, como EPM-102 (com 3% de Ru), TMS-162 (com 6% de Ru), TMS-138 e TMS-174, os dois últimos contendo 6% de rênio . As pontas das canetas-tinteiro são freqüentemente revestidas com liga de rutênio. De 1944 em diante, a caneta-tinteiro Parker 51 foi equipada com a ponta "RU", uma ponta de ouro 14K com 96,2% de rutênio e 3,8% de irídio .
O rutênio é um componente de ânodos de óxido de metal misto (MMO) usado para proteção catódica de estruturas subterrâneas e submersas e para células eletrolíticas para processos como a geração de cloro a partir de água salgada. A fluorescência de alguns complexos de rutênio é extinguida pelo oxigênio, encontrando uso em sensores de optodo para oxigênio. Vermelho de rutênio , [(NH 3 ) 5 Ru-O-Ru (NH 3 ) 4 -O-Ru (NH 3 ) 5 ] 6+ , é um corante biológico usado para corar moléculas polianiônicas , como pectina e ácidos nucléicos para microscopia de luz e microscopia eletrônica . O isótopo de decadência beta 106 do rutênio é usado na radioterapia de tumores oculares, principalmente melanomas malignos da úvea . Complexos centrados em rutênio estão sendo pesquisados por possíveis propriedades anticâncer. Comparados aos complexos de platina, os de rutênio apresentam maior resistência à hidrólise e ação mais seletiva sobre os tumores.
O tetróxido de rutênio expõe impressões digitais latentes ao reagir em contato com óleos graxos ou gorduras com contaminantes sebáceos e produzir pigmento de dióxido de rutênio marrom / preto.
Catálise
Muitos compostos contendo rutênio exibem propriedades catalíticas úteis. Os catalisadores são convenientemente divididos entre aqueles que são solúveis no meio de reação, catalisadores homogêneos e aqueles que não são, que são chamados de catalisadores heterogêneos .
Nanopartículas de rutênio podem ser formadas dentro do halloysite . Este mineral abundante possui naturalmente uma estrutura de nanofolhas enroladas (nanotubos), que podem suportar tanto a síntese de nanoaglomerados de Ru quanto seus produtos para posterior uso em catálise industrial.
Catálise homogênea
Soluções contendo tricloreto de rutênio são altamente ativas para metátese de olefinas . Esses catalisadores são usados comercialmente para a produção de polinorborneno, por exemplo. Complexos bem definidos de carbeno e alquilideno de rutênio mostram reatividade comparável e fornecem percepções mecanicistas sobre os processos industriais. Os catalisadores de Grubbs, por exemplo, têm sido empregados na preparação de medicamentos e materiais avançados.
Os complexos de rutênio são catalisadores altamente ativos para hidrogenações de transferência (às vezes chamadas de reações de "empréstimo de hidrogênio"). Este processo é empregado para a hidrogenação enantiosseletiva de cetonas , aldeídos e iminas . Esta reação explora o uso de complexos quirais de rutênio introduzidos por Ryoji Noyori . Por exemplo, (cimeno) Ru (S, S-Ts DPEN ) catalisa a hidrogenação do benzil em ( R, R ) -hidro benzoína . Nesta reação, formato e água / álcool servem como fonte de H 2 :
Um Prêmio Nobel de Química foi concedido em 2001 a Ryōji Noyori por contribuições ao campo da hidrogenação assimétrica .
Em 2012, Masaaki Kitano e associados, trabalhando com um catalisador de rutênio orgânico, demonstraram a síntese de amônia usando um eletrídeo estável como doador de elétrons e armazenamento reversível de hidrogênio. A produção intermitente e em pequena escala de amônia, para uso agrícola local, pode ser um substituto viável para a conexão da rede elétrica como dissipador da energia gerada por turbinas eólicas em instalações rurais isoladas.
Catálise heterogênea
Catalisadores de cobalto promovidos por rutênio são usados na síntese Fischer-Tropsch .
Aplicativos emergentes
Alguns complexos de rutênio absorvem luz em todo o espectro visível e estão sendo ativamente pesquisados para tecnologias de energia solar . Por exemplo, compostos à base de rutênio têm sido usados para absorção de luz em células solares sensibilizadas por corante , um novo sistema de células solares de baixo custo e promissor .
Muitos óxidos à base de rutênio apresentam propriedades muito incomuns, como comportamento de ponto crítico quântico , supercondutividade exótica (em sua forma de rutenato de estrôncio ) e ferromagnetismo de alta temperatura .
Aplicações de filmes finos de rutênio em microeletrônica
Há relativamente pouco tempo, o rutênio foi sugerido como um material que poderia substituir de forma benéfica outros metais e silicidas em componentes microeletrônicos. O tetróxido de rutênio (RuO 4 ) é altamente volátil, assim como o trióxido de rutênio (RuO 3 ). Oxidando o rutênio (por exemplo, com um plasma de oxigênio) em óxidos voláteis, o rutênio pode ser facilmente padronizado. As propriedades dos óxidos de rutênio comuns tornam o rutênio um metal compatível com as técnicas de processamento de semicondutores necessárias para a fabricação de microeletrônica.
Para continuar a miniaturização da microeletrônica, novos materiais são necessários conforme as dimensões mudam. Existem três aplicações principais para filmes finos de rutênio na microeletrônica. O primeiro é o uso de filmes finos de rutênio como eletrodos em ambos os lados do pentóxido de tântalo (Ta 2 O 5 ) ou titanato de estrôncio de bário ((Ba, Sr) TiO 3 , também conhecido como BST) na próxima geração de tridimensionais dinâmicos aleatórios memórias de acesso (DRAMs). Eletrodos de película fina de rutênio também podem ser depositados sobre titanato de zirconato de chumbo (Pb (Zr x Ti 1 − x ) O 3 , também conhecido como PZT) em outro tipo de RAM , memória ferroelétrica de acesso aleatório (FRAM). A platina tem sido usada como eletrodos em RAMs em ambientes de laboratório, mas é difícil de padronizar. O rutênio é quimicamente semelhante à platina, preservando a função dos RAMs, mas em contraste com os padrões Pt facilmente. A segunda é usar filmes finos de rutênio como portas de metal em transistores de efeito de campo de óxido metálico dopado com p (MOSFETs). Ao substituir portões de siliceto por portões de metal em MOSFETs , uma propriedade chave do metal é sua função de trabalho . A função de trabalho deve corresponder aos materiais circundantes. Para p-MOSFETs, a função de trabalho de rutênio é a melhor combinação de propriedades dos materiais com os materiais circundantes, como HfO 2 , HfSiO x , HfNO x e HfSiNO x , para atingir as propriedades elétricas desejadas. A terceira aplicação em larga escala para filmes de rutênio é como um promotor de adesão de combinação e camada de semente de galvanoplastia entre TaN e Cu no processo de duplo damasceno de cobre. O cobre pode ser eletrodepositado diretamente em rutênio, em contraste com o nitreto de tântalo. O cobre também adere mal ao TaN, mas bem ao Ru. Ao depositar uma camada de rutênio na camada de barreira TaN, a adesão do cobre seria melhorada e a deposição de uma camada de semente de cobre não seria necessária.
Existem também outros usos sugeridos. Em 1990, os cientistas da IBM descobriram que uma fina camada de átomos de rutênio criava um forte acoplamento antiparalelo entre as camadas ferromagnéticas adjacentes , mais forte do que qualquer outro elemento da camada espaçadora não magnética. Essa camada de rutênio foi usada no primeiro elemento gigante de leitura magnetorresistiva para discos rígidos . Em 2001, a IBM anunciou uma camada de três átomos de espessura do elemento rutênio, informalmente conhecido como "pó de pixie", que permitiria quadruplicar a densidade de dados da atual mídia de disco rígido.
Efeitos na saúde
Pouco se sabe sobre os efeitos do rutênio na saúde e é relativamente raro que as pessoas encontrem compostos de rutênio. O rutênio metálico é inerte (não é quimicamente reativo ). Alguns compostos como o óxido de rutênio (RuO 4 ) são altamente tóxicos e voláteis.
Veja também
Notas
Referências
Bibliografia
- Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Química dos Elementos (2ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-08-037941-8.
- Haynes, William M., ed. (2016). CRC Handbook of Chemistry and Physics (97ª ed.). CRC Press . ISBN 9781498754293.
links externos
- Rutênio na Tabela Periódica de Vídeos (Universidade de Nottingham)
- Nano-camada de rutênio estabiliza sensores magnéticos Arquivado em 5 de abril de 2016 na Wayback Machine