روتنیم

از عنصرهای جدول تناوبی عنصرها
(تغییرمسیر از روتنیوم)

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[۵] به حدود ۳۵٫۵ تن در سال ۲۰۱۷ رسیده‌است.[۶] 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.[۷]

روتنیم، 44Ru
Ruthenium crystals.jpg
روتنیم
تلفظ‎/rˈθniəm/‎ (roo-THEE-nee-əm)
ظاهرsilvery white metallic
جرم اتمی استاندارد (Ar، استاندارد)۱۰۱٫۰۷(۲)[۱]
روتنیم در جدول تناوبی
Element 1: هیدروژن (H), Other non-metal
Element 2: هلیوم (He), Noble gas
Element 3: لیتیم (Li), Alkali metal
Element 4: برلیم (Be), Alkaline earth metal
Element 5: بور (B), Metalloid
Element 6: کربن (C), Other non-metal
Element 7: نیتروژن (N), Halogen
Element 8: اکسیژن (O), Halogen
Element 9: فلوئور (F), Halogen
Element 10: نئون (Ne), Noble gas
Element 11: سدیم (Na), Alkali metal
Element 12: منیزیم (Mg), Alkaline earth metal
Element 13: آلومینیم (Al), Other metal
Element 14: سیلسیم (Si), Metalloid
Element 15: فسفر (P), Other non-metal
Element 16: گوگرد (S), Other non-metal
Element 17: کلر (Cl), Halogen
Element 18: آرگون (Ar), Noble gas
Element 19: پتاسیم (K), Alkali metal
Element 20: کلسیم (Ca), Alkaline earth metal
Element 21: اسکاندیم (Sc), Transition metal
Element 22: تیتانیم (Ti), Transition metal
Element 23: وانادیم (V), Transition metal
Element 24: کروم (Cr), Transition metal
Element 25: منگنز (Mn), Transition metal
Element 26: آهن (Fe), Transition metal
Element 27: کبالت (Co), Transition metal
Element 28: نیکل (Ni), Transition metal
Element 29: مس (Cu), Transition metal
Element 30: روی (Zn), Other metal
Element 31: گالیم (Ga), Other metal
Element 32: ژرمانیم (Ge), Metalloid
Element 33: آرسنیک (As), Metalloid
Element 34: سلنیم (Se), Other non-metal
Element 35: برم (Br), Halogen
Element 36: کریپتون (Kr), Noble gas
Element 37: روبیدیم (Rb), Alkali metal
Element 38: استرانسیم (Sr), Alkaline earth metal
Element 39: ایتریم (Y), Transition metal
Element 40: زیرکونیم (Zr), Transition metal
Element 41: نیوبیم (Nb), Transition metal
Element 42: مولیبدن (Mo), Transition metal
Element 43: تکنسیم (Tc), Transition metal
Element 44: روتنیم (Ru), Transition metal
Element 45: رودیم (Rh), Transition metal
Element 46: پالادیم (Pd), Transition metal
Element 47: نقره (Ag), Transition metal
Element 48: کادمیم (Cd), Other metal
Element 49: ایندیم (In), Other metal
Element 50: قلع (Sn), Other metal
Element 51: آنتیموان (Sb), Metalloid
Element 52: تلوریم (Te), Metalloid
Element 53: ید (I), Halogen
Element 54: زنون (Xe), Noble gas
Element 55: سزیم (Cs), Alkali metal
Element 56: باریم (Ba), Alkaline earth metal
Element 57: لانتان (La), Lanthanoid
Element 58: سریم (Ce), Lanthanoid
Element 59: پرازئودیمیم (Pr), Lanthanoid
Element 60: نئودیمیم (Nd), Lanthanoid
Element 61: پرومتیم (Pm), Lanthanoid
Element 62: ساماریم (Sm), Lanthanoid
Element 63: اروپیم (Eu), Lanthanoid
Element 64: گادولینیم (Gd), Lanthanoid
Element 65: تربیم (Tb), Lanthanoid
Element 66: دیسپروزیم (Dy), Lanthanoid
Element 67: هولمیم (Ho), Lanthanoid
Element 68: اربیم (Er), Lanthanoid
Element 69: تولیم (Tm), Lanthanoid
Element 70: ایتربیم (Yb), Lanthanoid
Element 71: لوتتیم (Lu), Lanthanoid
Element 72: هافنیم (Hf), Transition metal
Element 73: تانتال (Ta), Transition metal
Element 74: تنگستن (W), Transition metal
Element 75: رنیم (Re), Transition metal
Element 76: اوسمیم (Os), Transition metal
Element 77: ایریدیم (Ir), Transition metal
Element 78: پلاتین (Pt), Transition metal
Element 79: طلا (Au), Transition metal
Element 80: جیوه (Hg), Other metal
Element 81: تالیم (Tl), Other metal
Element 82: سرب (Pb), Other metal
Element 83: بیسموت (Bi), Other metal
Element 84: پولونیم (Po), Other metal
Element 85: آستاتین (At), Metalloid
Element 86: رادون (Rn), Noble gas
Element 87: فرانسیم (Fr), Alkali metal
Element 88: رادیم (Ra), Alkaline earth metal
Element 89: آکتینیم (Ac), Actinoid
Element 90: توریم (Th), Actinoid
Element 91: پروتاکتینیم (Pa), Actinoid
Element 92: اورانیم (U), Actinoid
Element 93: نپتونیم (Np), Actinoid
Element 94: پلوتونیم (Pu), Actinoid
Element 95: امریسیم (Am), Actinoid
Element 96: کوریم (Cm), Actinoid
Element 97: برکلیم (Bk), Actinoid
Element 98: کالیفرنیم (Cf), Actinoid
Element 99: اینشتینیم (Es), Actinoid
Element 100: فرمیم (Fm), Actinoid
Element 101: مندلیفیم (Md), Actinoid
Element 102: نوبلیم (No), Actinoid
Element 103: لارنسیم (Lr), Actinoid
Element 104: رادرفوردیم (Rf), Transition metal
Element 105: دوبنیم (Db), Transition metal
Element 106: سیبورگیم (Sg), Transition metal
Element 107: بوهریم (Bh), Transition metal
Element 108: هاسیم (Hs), Transition metal
Element 109: مایتنریم (Mt)
Element 110: دارمشتادیم (Ds)
Element 111: رونتگنیم (Rg)
Element 112: کوپرنیسیم (Cn), Other metal
Element 113: نیهونیم (Nh)
Element 114: فلروویم (Fl)
Element 115: مسکوویم (Mc)
Element 116: لیورموریم (Lv)
Element 117: تنسین (Ts)
Element 118: اوگانسون (Og)
Fe

Ru

Os
تکنسیمروتنیمرودیم
عدد اتمی (Z)44
گروهگروه ۱۲
دورهدوره 5
بلوکبلوک-d
دسته Transition metal
آرایش الکترونی[Kr] 4d7 5s1
2, 8, 18, 15, 1
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STPجامد
نقطه ذوب2607 K ​(2334 °C, ​4233 °F)
نقطه جوش4423 K ​(4150 °C, ​7502 °F)
چگالی (near r.t.)12.45 g/cm3
در حالت مایع (at m.p.)10.65 g/cm3
حرارت همجوشی38.59 kJ/mol
آنتالپی تبخیر 591.6 kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی24.06 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,[۲] +2, +3, +4, +5, +6, +7, +8 (یک اکسید اسیدی ملایم)
الکترونگاتیویمقیاس پائولینگ: 2.3
انرژی یونش
  • 1st: 710.2 kJ/mol
  • 2nd: 1620 kJ/mol
  • 3rd: 2747 kJ/mol
شعاع اتمیempirical: 134 pm
شعاع کووالانسی pm 146±7
Color lines in a spectral range
خط طیف نوری روتنیم
دیگر ویژگی ها
ساختار بلوریدستگاه بلوری شش‌گوشه
Hexagonal crystal structure for روتنیم
سرعت صوت thin rod5970 m/s (at 20 °C)
انبساط حرارتی6.4 µm/(m·K) (at 25 °C)
رسانندگی گرمایی117 W/(m·K)
رسانش الکتریکی71 n Ω·m (at 0 °C)
رسانش مغناطیسیپارامغناطیس[۳]
مدول یانگ447 GPa
مدول برشی173 GPa
مدول حجمی220 GPa
نسبت پواسون0.30
سختی موس6.5
سختی برینل2160 MPa
شماره ثبت سی‌ای‌اس7440-18-8
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
| منابع
روتنیوم

خواصویرایش

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.

مشخصاتویرایش

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

تولیدویرایش

سالانه تقریباً ۳۰ تن روتنیم استخراج می‌شود[۸] و ذخایر جهانی آن ۵۰۰۰ تن تخمین زده می‌شود.[۹] 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.[۱۰] روتنیم، اوزیم و ایریدیم از فلزات جزئی گروه پلاتین محسوب می‌شوند.[۱۱]

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.[۱۲][۱۳]

کاربردویرایش

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.[۱۴]

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.[۱۵][۱۶] لایه روتنیوم با آبکاری[۱۷] یا پاشش[۱۸] 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.[۱۹][۲۰][۲۱] این دو کابرد الکترونیکی ۵۰٪ از مصرف روتنیم را تشکیل می‌دهند.[۲۲]

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.[۲۳]

منابعویرایش

  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. "روتنیم: ruthenium(I) fluoride compound data". OpenMOPAC.net. Retrieved 2007-12-10.
  5. Summary. Ruthenium. platinum.matthey.com, p. 9 (2009)
  6. PGM Market Report. platinum.matthey.com, p. 30 (May 2018)
  7. Haynes, p. 4.31
  8. Loferski, Patricia J. ; Ghalayini, Zachary T. and Singerling, Sheryl A. (2018) Platinum-group metals. 2016 Minerals Yearbook. USGS. p. 57.3.
  9. 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.
  10. 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.
  11. Greenwood and Earnshaw, p. 1074
  12. George, Micheal W. "2006 Minerals Yearbook: Platinum-Group Metals" (PDF). United States Geological Survey USGS. Retrieved 2008-09-16.
  13. "Commodity Report: Platinum-Group Metals" (PDF). United States Geological Survey USGS. Retrieved 2008-09-16.
  14. Loferski, Patricia J. ; Ghalayini, Zachary T. and Singerling, Sheryl A. (2018) Platinum-group metals. 2016 Minerals Yearbook. USGS. p. 57.3.
  15. George, Micheal W. "2006 Minerals Yearbook: Platinum-Group Metals" (PDF). United States Geological Survey USGS. Retrieved 2008-09-16.
  16. 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.
  17. Weisberg, A (1999). "Ruthenium plating". Metal Finishing. 97: 297. doi:10.1016/S0026-0576(00)83089-5.
  18. 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.
  19. 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.
  20. 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.
  21. Slade, Paul G., ed. (1999). Electrical contacts: principles and applications. New York, NY: Dekker. pp. 184, 345. ISBN 978-0-8247-1934-0.
  22. 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.
  23. Schutz, R. W. (1996). "Ruthenium Enhanced Titanium Alloys" (PDF). Platinum Metals Review. 40 (2): 54–61.