روتنیم

روتنیوم (به انگلیسی: Ruthenium) یک عنصر شیمیایی با نماد Ru و عدد اتمی ۴۴ است. این عنصر یک فلز واسطه نادر است که متعلق به گروه پلاتین جدول تناوبی است. مانند سایر فلزات گروه پلاتین، روتنیم نسبت به سایر مواد شیمیایی بی اثر است. کارل ارنست کلاوس، دانشمند روسی‌تبار از نژاد بالتیک-آلمانی این عنصر را در سال ۱۸۴۴ در دانشگاه دولتی کازان کشف کرد و به افتخار روسیه روتنیم نامید. روتنیوم معمولاً به عنوان یک عنصر جزئی در سنگ معدن‌های پلاتین یافت می‌شود. تولید جهانی سالانه از حدود ۱۹ تن در سال ۲۰۰۹[4] به حدود ۳۵٫۵ تن در سال ۲۰۱۷ رسیده‌است.[5] بیشتر روتنیوم تولید شده در کنتاکت‌های الکتریکی مقاوم در برابر سایش و مقاومت‌های لایه-ضخیم استفاده می‌شود. یک کاربرد جزئی برای روتنیم در آلیاژهای پلاتین و به عنوان یک کاتالیزور شیمیایی است. یک کاربرد جدید روتنیوم استفاده از آن به عنوان لایه درپوش برای فوتوماسک‌های فرابنفش شدید است. روتنیوم به‌طور کلی در سنگ معدن‌های دیگر فلزات گروه پلاتین در کوه‌های اورال و در آمریکای شمالی و جنوبی یافت می‌شود.[6]

روتنیم، ₄₄Ru

روتنیم
تلفظ	‎/ruːˈθiːniəm/‎ ​(roo-THEE-nee-əm)
ظاهر	silvery white metallic
جرم اتمی استاندارد (Ar، استاندارد)	۱۰۱٫۰۷(۲)[1]
روتنیم در جدول تناوبی
Fe ↑ Ru ↓ Os تکنسیم ← روتنیم → رودیم
عدد اتمی (Z)	44
گروه	گروه ۱۲
دوره	دوره 5
بلوک	بلوک-d
دسته	Transition metal
آرایش الکترونی	[Kr] 4d^7 5s^1
لایه الکترونی	2, 8, 18, 15, 1
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STP	جامد
نقطه ذوب	2607 K ​(2334 °C, ​4233 °F)
نقطه جوش	4423 K ​(4150 °C, ​7502 °F)
چگالی (near r.t.)	12.45 g/cm^3
در حالت مایع (at m.p.)	10.65 g/cm^3
حرارت همجوشی	38.59 kJ/mol
آنتالپی تبخیر	591.6 kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی	24.06 J/(mol·K)
فشار بخار فشار (Pa) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱ K ۱۰ K ۱۰۰ K در دمای (K) 2588 2811 3087 3424 3845 4388
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش	−4, −2, 0, +1,[2] +2, +3, +4, +5, +6, +7, +8 (یک اکسید اسیدی ملایم)
الکترونگاتیوی	مقیاس پائولینگ: 2.3
انرژی یونش	1st: 710.2 kJ/mol 2nd: 1620 kJ/mol 3rd: 2747 kJ/mol
شعاع اتمی	empirical: 134 pm
شعاع کووالانسی	pm 146±7
Color lines in a spectral range خط طیف نوری روتنیم
دیگر ویژگی ها
ساختار بلوری	​دستگاه بلوری شش‌گوشه
سرعت صوت thin rod	5970 m/s (at 20 °C)
انبساط حرارتی	6.4 µm/(m·K) (at 25 °C)
رسانندگی گرمایی	117 W/(m·K)
رسانش الکتریکی	71 n Ω·m (at 0 °C)
رسانش مغناطیسی	پارامغناطیس[3]
مدول یانگ	447 GPa
مدول برشی	173 GPa
مدول حجمی	220 GPa
نسبت پواسون	0.30
سختی موس	6.5
سختی برینل	2160 MPa
شماره ثبت سی‌ای‌اس	7440-18-8
ایزوتوپ‌های روتنیم
ایزوتوپ فراوانی نیمه‌عمر (t۱/۲) حالت فروپاشی محصول ^96Ru 5.52% ^96Ru ایزوتوپ پایدار است که 52 نوترون دارد ^97Ru syn 2.9 d ε - ^97Tc γ 0.215, 0.324 - ^98Ru 1.88% ^98Ru ایزوتوپ پایدار است که 54 نوترون دارد ^99Ru 12.7% ^99Ru ایزوتوپ پایدار است که 55 نوترون دارد ^100Ru 12.6% ^100Ru ایزوتوپ پایدار است که 56 نوترون دارد ^101Ru 17.0% ^101Ru ایزوتوپ پایدار است که 57 نوترون دارد ^102Ru 31.6% ^102Ru ایزوتوپ پایدار است که 58 نوترون دارد ^103Ru syn 39.26 d β^− 0.226 ^103Rh γ 0.497 - ^104Ru 18.7% ^104Ru ایزوتوپ پایدار است که 60 نوترون دارد ^106Ru syn 373.59 d β^− 3.54 ^106Rh

روتنیوم

خواص

رتنیووم عنصری است فلزی با عدد اتمی ۴۴٬درگروه VIII و دوره پنجم جدول تناوبی جای دارد. جرم اتمی ۱۰۱٫۰۷ ٬ظرفیتها ۳٬۴٬۵٬۶٬۸ است دارای هفت ایزتوپ پایدار است.

مشخصات

جامد سفید نقره‌ای از گروه پلاتین. جرم حجمی ۱۲٫۴۱ ٬نقطه ذوب ۲۳۱۰٬نقطه جوش ۳۰۰۰، سختی برینل ۲۲۰. با اسیدها واکنش نمی‌دهد٬اما اکسیدکننده‌ها بر آن موثرند

تولید

سالانه تقریباً ۳۰ تن روتنیم استخراج می‌شود[7] و ذخایر جهانی آن ۵۰۰۰ تن تخمین زده می‌شود.[8] ترکیب مخلوط فلزات استخراج شده از گروه پلاتین (PGM) بسته به تشکیل ژئوشیمیایی بسیار متفاوت است. به عنوان مثال، PGMهای استخراج شده در آفریقای جنوبی به‌طور متوسط ۱۱٪ روتنیم دارند در حالی که PGMهای استخراج شده در اتحاد جماهیر شوروی سابق تنها حاوی ۲٪ (۱۹۹۲) روتنیم است.[9] روتنیم، اوزیم و ایریدیم از فلزات جزئی گروه پلاتین محسوب می‌شوند.[10]

روتنیم، مانند سایر فلزات گروه پلاتین، به عنوان محصول جانبی فرآوری تجاری سنگ معدن نیکل، مس و فلزات پلاتین بدست می‌آید. در طی تصفیه الکتریکی مس و نیکل، فلزات نجیب مانند نقره، طلا و فلزات گروه پلاتین به عنوان گِل آند رسوب می‌کنند.[11][12]

کاربرد

تقریباً ۳۰٫۹ تن روتنیم در سال ۲۰۱۶ مصرف شده‌است که ۱۳٫۸ تن از آن در کاربردهای الکتریکی، ۷٫۷ تن در کاتالیست‌ها و ۴٫۶ تن در الکتروشیمی مصرف شده‌است.[13]

از آنجا که روتنیم آلیاژهای پلاتین و پالادیوم را سخت می‌کند، روتنیوم در کنتاکت‌های الکتریکی استفاده می‌شود، که در آن یک فیلم نازک برای دستیابی به دوام مطلوب کافی است. با خصوصیات مشابه و هزینه کمتر نسبت به رودیم، عمده‌ترین کاربرد روتنیم کنتاکت‌های الکتریکی است.[14][15] لایه روتنیوم با آبکاری[16] یا پاشش[17] به فلز پایه الکترود و کنتاکت الکتریکی اعمال می‌شود.

از دی‌اکسید روتنیم همراه با روتنات‌های بیسموت و سرب در مقاومت‌های تراشه ای لایه-ضخیم استفاده می‌شود.[18][19][20] این دو کابرد الکترونیکی ۵۰٪ از مصرف روتنیم را تشکیل می‌دهند.[21]

روتنیوم به ندرت با فلزات خارج از گروه پلاتین، که مقادیر کمی برخی از خواص را بهبود می‌بخشد، آلیاژ می‌شود. مقاومت بیشتر در برابر خوردگی در آلیاژهای تیتانیوم منجر به تولید آلیاژ مخصوصی با روتنیوم ۰٫۱٪ می‌شود.[22]

منابع

1. Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". شیمی محض و کاربردی(نشریه). 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
2. "Ruthenium: ruthenium(I) fluoride compound data". OpenMOPAC.net. Retrieved 2007-12-10.
3. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
4. Summary. Ruthenium. platinum.matthey.com, p. 9 (2009)
5. PGM Market Report. platinum.matthey.com, p. 30 (May 2018)
6. Haynes, p. 4.31
7. Loferski, Patricia J. ; Ghalayini, Zachary T. and Singerling, Sheryl A. (2018) Platinum-group metals. 2016 Minerals Yearbook. USGS. p. 57.3.
8. Emsley, J. (2003). "Ruthenium". Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. pp. 368–370. ISBN 978-0-19-850340-8.
9. Hartman, H. L.; Britton, S. G., eds. (1992). SME mining engineering handbook. Littleton, Colo.: Society for Mining, Metallurgy, and Exploration. p. 69. ISBN 978-0-87335-100-3.
10. Greenwood and Earnshaw, p. 1074
11. George, Micheal W. "2006 Minerals Yearbook: Platinum-Group Metals" (PDF). United States Geological Survey USGS. Retrieved 2008-09-16.
12. "Commodity Report: Platinum-Group Metals" (PDF). United States Geological Survey USGS. Retrieved 2008-09-16.
13. Loferski, Patricia J. ; Ghalayini, Zachary T. and Singerling, Sheryl A. (2018) Platinum-group metals. 2016 Minerals Yearbook. USGS. p. 57.3.
14. George, Micheal W. "2006 Minerals Yearbook: Platinum-Group Metals" (PDF). United States Geological Survey USGS. Retrieved 2008-09-16.
15. Rao, C; Trivedi, D. (2005). "Chemical and electrochemical depositions of platinum group metals and their applications". Coordination Chemistry Reviews. 249 (5–6): 613. doi:10.1016/j.ccr.2004.08.015.
16. Weisberg, A (1999). "Ruthenium plating". Metal Finishing. 97: 297. doi:10.1016/S0026-0576(00)83089-5.
17. Prepared under the direction of the ASM International Handbook Committee; Merrill L. Minges, technical chairman (1989). Electronic materials handbook. Materials Park, OH: ASM International. p. 184. ISBN 978-0-87170-285-2.
18. Busana, M. G.; Prudenziati, M.; Hormadaly, J. (2006). "Microstructure development and electrical properties of RuO₂-based lead-free thick film resistors". Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 17 (11): 951. doi:10.1007/s10854-006-0036-x. hdl:11380/303403. S2CID 135485712.
19. Rane, Sunit; Prudenziati, Maria; Morten, Bruno (2007). "Environment friendly perovskite ruthenate based thick film resistors". Materials Letters. 61 (2): 595. doi:10.1016/j.matlet.2006.05.015. hdl:11380/307664.
20. Slade, Paul G., ed. (1999). Electrical contacts: principles and applications. New York, NY: Dekker. pp. 184, 345. ISBN 978-0-8247-1934-0.
21. Emsley, J. (2003). "Ruthenium". Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. pp. 368–370. ISBN 978-0-19-850340-8.
22. Schutz, R. W. (1996). "Ruthenium Enhanced Titanium Alloys" (PDF). Platinum Metals Review. 40 (2): 54–61.