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No confundir con rubidio .

Rutenio,  44 Ru
Rutenio a media barra.jpg
Rutenio
Pronunciación/ R U θ i n i ə m / ( Roo- THEE -nee-əm )
Aparienciametalizado blanco plateado
Peso atómico estándar A r, estándar (Ru) 101.07 (2) [1]
Rutenio en la tabla periódica
HidrógenoHelio
LitioBerilioBoroCarbónNitrógenoOxígenoFlúorNeón
SodioMagnesioAluminioSilicioFósforoAzufreCloroArgón
PotasioCalcioEscandioTitanioVanadioCromoManganesoHierroCobaltoNíquelCobreZincGalioGermanioArsénicoSelenioBromoCriptón
RubidioEstroncioItrioCirconioNiobioMolibdenoTecnecioRutenioRodioPaladioPlataCadmioIndioEstañoAntimonioTelurioYodoXenón
CesioBarioLantanoCerioPraseodimioNeodimioPrometeoSamarioEuropioGadolinioTerbioDisprosioHolmioErbioTulioIterbioLutecioHafnioTantalioTungstenoRenioOsmioIridioPlatinoOroMercurio (elemento)TalioDirigirBismutoPolonioAstatineRadón
FrancioRadioActinioTorioProtactinioUranioNeptunioPlutonioAmericioCurioBerkelioCalifornioEinstenioFermioMendelevioNobelioLawrencioRutherfordioDubniumSeaborgioBohriumHassiumMeitnerioDarmstadtiumRoentgenioCopérnicoNihoniumFlerovioMoscoviumLivermoriumTennessineOganesson
Fe
↑
Ru
↓
Os
tecnecio ← rutenio → rodio
Número atómico ( Z )44
Grupogrupo 8
Períodoperíodo 5
Cuadra  bloque d
Configuración electronica[ Kr ] 4d 7 5s 1
Electrones por capa2, 8, 18, 15, 1
Propiedades físicas
Fase en  STPsólido
Punto de fusion2607  K (2334 ° C, 4233 ° F)
Punto de ebullición4423 K (4150 ° C, 7502 ° F)
Densidad (cerca de  rt )12,45 g / cm 3
cuando es líquido (a  mp )10,65 g / cm 3
Calor de fusión38,59  kJ / mol
Calor de vaporización619 kJ / mol
Capacidad calorífica molar24,06 J / (mol · K)
Presión de vapor
P  (Pa)1101001 k10 k100 k
en  T  (K)258828113087342438454388
Propiedades atómicas
Estados de oxidación−4, −2, 0, +1, [2] +2, +3 , +4 , +5, +6, +7, +8 (un óxido ligeramente ácido )
ElectronegatividadEscala de Pauling: 2,2
Energías de ionización
  • 1 °: 710,2 kJ / mol
  • 2do: 1620 kJ / mol
  • 3ro: 2747 kJ / mol
Radio atómicoempírico: 134  pm
Radio covalente146 ± 7 pm
Líneas espectrales de rutenio
Otras propiedades
Ocurrencia naturalprimordial
Estructura cristalinahexagonal compacta (hcp)
Velocidad de sonido varilla fina5970 m / s (a 20 ° C)
Expansión térmica6,4 µm / (m⋅K) (a 25 ° C)
Conductividad térmica117 W / (m⋅K)
Resistividad electrica71 nΩ⋅m (a 0 ° C)
Orden magnéticoparamagnético [3]
Susceptibilidad magnética molar+39 × 10 −6  cm 3 / mol (298 K) [3]
El módulo de Young447 GPa
Módulo de corte173 GPa
Módulo de volumen220 GPa
Relación de Poisson0,30
Dureza de Mohs6.5
Dureza Brinell2160 MPa
Número CAS7440-18-8
Historia
Nombrardespués de Rutenia , el nombre latino del siglo XIX para Rusia [a]
Descubrimiento y primer aislamientoKarl Ernst Claus (1844)
Principales isótopos de rutenio
IsótopoAbundanciaVida media ( t 1/2 )Modo de decaimientoProducto
96 Ru5,54%estable
97 Rusyn2,9 díasε97 Tc
γ-
98 Ru1,87%estable
99 Ru12,76%estable
100 Ru12,60%estable
101 Ru17,06%estable
102 Ru31,55%estable
103 Rusyn39,26 díasβ -103 Rh
γ-
104 Ru18,62%estable
106 Rusyn373,59 dβ -106 Rh
Categoría Categoría: Rutenio
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El rutenio es un elemento químico con el símbolo Ru y número atómico 44. Es un raro metal de transición que pertenece al grupo del platino de la tabla periódica . Como los otros metales del grupo del platino, el rutenio es inerte a la mayoría de las demás sustancias químicas. El científico nacido en Rusia de ascendencia báltica-alemana Karl Ernst Claus descubrió el elemento en 1844 en la Universidad Estatal de Kazán y lo nombró rutenio en honor a Rusia . [a] El rutenio se encuentra generalmente como un componente menor de los minerales de platino ; la producción anual ha aumentado de aproximadamente 19de toneladas en 2009 [6] a unas 35,5 toneladas en 2017. [7] La mayor parte del rutenio producido se utiliza en contactos eléctricos resistentes al desgaste y resistencias de película gruesa. Una aplicación menor del rutenio es en aleaciones de platino y como catalizador químico . Una nueva aplicación de rutenio es como capa de cobertura para fotomáscaras ultravioleta extrema. El rutenio se encuentra generalmente en minerales con otros metales del grupo del platino en los Montes Urales y en América del Norte y del Sur . También se encuentran cantidades pequeñas pero comercialmente importantes en la pentlandita extraída de Sudbury, Ontario y en la piroxenita.depósitos en Sudáfrica . [8]

Características [ editar ]

Propiedades físicas [ editar ]

Cristales crecidos en fase gaseosa de rutenio metálico.

El rutenio, un metal blanco duro polivalente , es miembro del grupo del platino y está en el grupo 8 de la tabla periódica:

ZElementoNo. de electrones / capa
26planchar2, 8, 14, 2
44rutenio2, 8, 18, 15, 1
76osmio2, 8, 18, 32, 14, 2
108hassium2, 8, 18, 32, 32, 14, 2

Mientras que todos los demás elementos del grupo 8 tienen dos electrones en la capa más externa, en el rutenio, la capa más externa tiene solo un electrón (el electrón final está en una capa inferior). Esta anomalía se observa en los metales vecinos niobio (41), molibdeno (42) y rodio (45).

El rutenio tiene cuatro modificaciones cristalinas y no se empaña en condiciones ambientales; se oxida al calentarla a 800 ° C (1.070 K). El rutenio se disuelve en álcalis fundidos para dar rutenatos ( RuO2−
4), no es atacado por ácidos (incluso agua regia ) pero es atacado por halógenos a altas temperaturas. [8] De hecho, el rutenio es atacado más fácilmente por agentes oxidantes. [9] Pequeñas cantidades de rutenio pueden aumentar la dureza del platino y el paladio . La resistencia a la corrosión del titanio aumenta notablemente mediante la adición de una pequeña cantidad de rutenio. [8] El metal se puede recubrir por galvanoplastia y por descomposición térmica. Se sabe que una aleación de rutenio- molibdeno es superconductora a temperaturas inferiores a 10,6 K. [8] El rutenio es el único metal de transición 4d que puede asumir el estado de oxidación de grupo +8, e incluso entonces es menos estable allí que el osmio congénere más pesado: este es el primer grupo de la izquierda de la tabla donde el segundo y el tercero Los metales de transición de filamentos muestran notables diferencias en el comportamiento químico. Como el hierro pero a diferencia del osmio, el rutenio puede formar cationes acuosos en sus estados de oxidación más bajos de +2 y +3. [10]

El rutenio es el primero en una tendencia a la baja en los puntos de fusión y ebullición y la entalpía de atomización en los metales de transición 4d después del máximo visto en el molibdeno , porque la subcapa 4d está más de la mitad de su capacidad y los electrones contribuyen menos a la unión metálica. (El tecnecio , el elemento anterior, tiene un valor excepcionalmente bajo que está fuera de la tendencia debido a su configuración [Kr] 4d 5 5s 2 medio llena , aunque no está tan lejos de la tendencia en la serie 4d ​​como el manganeso en la 3d serie de transición.) [11] A diferencia del hierro congénere más ligero, el rutenio es paramagnético a temperatura ambiente, ya que el hierro también está por encima de su punto de Curie .[12]

Los potenciales de reducción en solución acuosa ácida para algunos iones de rutenio comunes se muestran a continuación: [13]

0,455 VRu 2+ + 2e -↔ Ru
0,249 VRu 3+ + e -↔ Ru 2+
1.120 VRuO 2 + 4H + + 2e -↔ Ru 2+ + 2H 2 O
1,563 VRuO2−
4+ 8H + + 4e -		↔ Ru 2+ + 4H 2 O
1,368 VRuO-
4+ 8H + + 5e -		↔ Ru 2+ + 4H 2 O
1,387 VRuO 4 + 4H + + 4e -↔ RuO 2 + 2H 2 O

Isótopos [ editar ]

Artículo principal: Isótopos de rutenio

El rutenio natural está compuesto por siete isótopos estables . Además, se han descubierto 34 isótopos radiactivos . De estos radioisótopos , los más estables son 106 Ru con una vida media de 373,59 días, 103 Ru con una vida media de 39,26 días y 97 Ru con una vida media de 2,9 días. [14] [15]

Se han caracterizado otros quince radioisótopos con pesos atómicos que oscilan entre 89,93 u ( 90 Ru) y 114,928 u ( 115 Ru). La mayoría de estos tienen semividas inferiores a cinco minutos, excepto 95 Ru (semivida: 1,643 horas) y 105 Ru (semivida: 4,44 horas). [14] [15]

El modo de desintegración primario antes del isótopo más abundante, 102 Ru, es la captura de electrones y el modo primario después es la emisión beta . El producto de desintegración primario antes de 102 Ru es el tecnecio y el producto de desintegración primario después es el rodio . [14] [15]

106 Ru es un producto de la fisión de un núcleo de uranio o plutonio . Las altas concentraciones de 106 Ru atmosférico detectado se asociaron con un presunto accidente nuclear no declarado en Rusia en 2017. [16]

Ocurrencia [ editar ]

Ver también: Categoría: Minerales de rutenio

Como el 74º elemento más abundante en la corteza terrestre , el rutenio es relativamente raro, [17] se encuentra en alrededor de 100  partes por billón . [18] Este elemento se encuentra generalmente en minerales con otros metales del grupo del platino en los Montes Urales y en América del Norte y del Sur. También se encuentran cantidades pequeñas pero comercialmente importantes en pentlandita extraída de Sudbury , Ontario , Canadá , y en depósitos de piroxenita en Sudáfrica . La forma nativa del rutenio es un mineral muy raro (Ir reemplaza parte de Ru en su estructura). [19] [20]

Producción [ editar ]

Cada año se extraen aproximadamente 30 toneladas de rutenio [21] con reservas mundiales estimadas en 5.000 toneladas. [17] La composición de las mezclas de metales del grupo del platino (PGM) extraídas varía ampliamente, dependiendo de la formación geoquímica. Por ejemplo, los PGM extraídos en Sudáfrica contienen un promedio de 11% de rutenio, mientras que los PGM extraídos en la ex URSS contienen sólo el 2% (1992). [22] [23] El rutenio, el osmio y el iridio se consideran los metales menores del grupo del platino. [12]

El rutenio, al igual que los otros metales del grupo del platino, se obtiene comercialmente como un subproducto del procesamiento de minerales de metales de níquel , cobre y platino. Durante el electrorrefinado de cobre y níquel, los metales nobles como la plata, el oro y los metales del grupo del platino precipitan como lodo anódico , la materia prima para la extracción. [19] [20] Los metales se convierten en solutos ionizados mediante cualquiera de varios métodos, dependiendo de la composición de la materia prima. Un método representativo es la fusión con peróxido de sodio seguida de disolución en agua regia y solución en una mezcla de cloro conácido clorhídrico . [24] [25] Osmio , rutenio, rodio e iridio son insolubles en agua regia y precipitan fácilmente, dejando los otros metales en solución. El rodio se separa del residuo mediante tratamiento con bisulfato de sodio fundido. El residuo insoluble, que contiene Ru, Os e Ir, se trata con óxido de sodio, en el que Ir es insoluble, produciendo sales de Ru y Os disueltas. Después de la oxidación a óxidos volátiles, RuO
4está separado de OsO
4por precipitación de (NH 4 ) 3 RuCl 6 con cloruro de amonio o por destilación o extracción con disolventes orgánicos del tetróxido de osmio volátil. [26] El hidrógeno se usa para reducir el cloruro de amonio y rutenio produciendo un polvo. [8] [27] El producto se reduce con hidrógeno, dando el metal como un polvo o de metal esponja que puede ser tratada con la metalurgia de polvo técnicas o argón - soldadura por arco . [8] [28]

Compuestos químicos [ editar ]

Ver también: Categoría: Compuestos de rutenio

Los estados de oxidación del rutenio varían de 0 a +8 y -2. Las propiedades de los compuestos de rutenio y osmio suelen ser similares. Los estados +2, +3 y +4 son los más comunes. El precursor más frecuente es el tricloruro de rutenio , un sólido rojo que está mal definido químicamente pero que es sintéticamente versátil. [27]

Óxidos y calcogenuros [ editar ]

El rutenio se puede oxidar a óxido de rutenio (IV) (RuO 2 , estado de oxidación +4) que a su vez se puede oxidar mediante metaperiodato de sodio al tetróxido de rutenio tetraédrico amarillo volátil , RuO 4 , un agente oxidante fuerte y agresivo con estructura y propiedades análogas al tetróxido de osmio . El RuO 4 se utiliza principalmente como intermedio en la purificación de rutenio de minerales y residuos radiactivos. [29]

También se conocen rutenato de dipotasio (K 2 RuO 4 , +6) y perrutenato de potasio (KRuO 4 , +7). [30] A diferencia del tetróxido de osmio, el tetróxido de rutenio es menos estable y es lo suficientemente fuerte como agente oxidante para oxidar el ácido clorhídrico diluido y disolventes orgánicos como el etanol a temperatura ambiente, y se reduce fácilmente a rutenato ( RuO2−
4) en soluciones acuosas alcalinas; se descompone para formar el dióxido por encima de los 100 ° C. A diferencia del hierro, pero al igual que el osmio, el rutenio no forma óxidos en sus estados de oxidación inferiores +2 y +3. [31] El rutenio forma di calcogenuros , que son semiconductores diamagnéticos que cristalizan en la estructura de la pirita . [31] El sulfuro de rutenio (RuS 2 ) se produce de forma natural como mineral laurita .

Al igual que el hierro, el rutenio no forma oxoaniones con facilidad y prefiere alcanzar un alto número de coordinación con los iones de hidróxido. El tetróxido de rutenio se reduce mediante hidróxido de potasio diluido en frío para formar perrutenato de potasio negro, KRuO 4 , con rutenio en el estado de oxidación +7. El perrutenato de potasio también se puede producir oxidando rutenato de potasio, K 2 RuO 4 , con cloro gaseoso. El ion perrutenato es inestable y se reduce con agua para formar el rutenato naranja. El rutenato de potasio se puede sintetizar haciendo reaccionar rutenio metálico con hidróxido de potasio fundido y nitrato de potasio . [32]

También se conocen algunos óxidos mixtos, como M II Ru IV O 3 , Na 3 Ru V O 4 , Na
2RuV
2O
7, y MII
2LnIII
RuV
O
6. [32]

Haluros y oxihaluros [ editar ]

El haluro de rutenio más alto conocido es el hexafluoruro , un sólido marrón oscuro que se funde a 54 ° C. Se hidroliza violentamente al entrar en contacto con el agua y se desproporciona fácilmente para formar una mezcla de fluoruros de rutenio inferior, liberando flúor gaseoso. El pentafluoruro de rutenio es un sólido tetramérico de color verde oscuro que también se hidroliza fácilmente y se funde a 86,5 ° C. El tetrafluoruro de rutenio amarillo probablemente también sea polimérico y se puede formar reduciendo el pentafluoruro con yodo . Entre los compuestos binarios del rutenio, estos altos estados de oxidación se conocen solo en los óxidos y fluoruros. [33]

El tricloruro de rutenio es un compuesto bien conocido, que existe en una forma α negra y una forma β marrón oscura: el trihidrato es rojo. [34] De los trihaluros conocidos, el trifluoruro es de color marrón oscuro y se descompone por encima de 650 ° C, el tetrabromuro es de color marrón oscuro y se descompone por encima de 400 ° C, y el triyoduro es negro. [33] De los dihaluros, no se conoce el difluoruro, el dicloruro es marrón, el dibromuro es negro y el diyoduro es azul. [33] El único oxihaluro conocido es el oxifluoruro de rutenio (VI) de color verde pálido, RuOF 4 . [34]

Coordinación y complejos organometálicos [ editar ]

Artículo principal: Química del organorutenio
Cloruro de tris (bipiridina) rutenio (II).
El catalizador de Grubbs , que ganó un premio Nobel por su inventor, se utiliza en reacciones de metátesis de alquenos .

El rutenio forma una variedad de complejos de coordinación. Algunos ejemplos son los muchos derivados de la pentaamina [Ru (NH 3 ) 5 L] n + que a menudo existen tanto para Ru (II) como para Ru (III). Los derivados de bipiridina y terpiridina son numerosos, siendo el más conocido el cloruro de tris (bipiridina) rutenio (II) luminiscente .

El rutenio forma una amplia gama de compuestos con enlaces carbono-rutenio. El catalizador de Grubbs se utiliza para la metátesis de alquenos. [35] El rutenoceno es análogo al ferroceno estructuralmente, pero exhibe propiedades redox distintivas. El pentacarbonilo de rutenio líquido incoloro se convierte en ausencia de presión de CO en el dodecacarbonilo de trirutenio sólido rojo oscuro . El tricloruro de rutenio reacciona con el monóxido de carbono para dar muchos derivados, incluidos RuHCl (CO) (PPh 3 ) 3 y Ru (CO) 2 (PPh 3 ) 3 ( complejo de Roper). El calentamiento de soluciones de tricloruro de rutenio en alcoholes con trifenilfosfina da dicloruro de tris (trifenilfosfina) rutenio (RuCl 2 (PPh 3 ) 3 ), que se convierte en el complejo de hidruro clorohidridotris (trifenilfosfina) rutenio (II) (RuHCl (PPh 3 ) 3 ). [27]

Historia [ editar ]

Aunque las aleaciones de platino de origen natural que contienen los seis metales del grupo del platino fueron utilizadas durante mucho tiempo por los estadounidenses precolombinos y conocidas como material por los químicos europeos desde mediados del siglo XVI, no fue sino hasta mediados del siglo XVIII cuando se identificó el platino como un elemento puro. Ese platino natural que contenía paladio, rodio, osmio e iridio se descubrió en la primera década del siglo XIX. [36] Platinum en arenas aluviales de ríos rusos dio acceso a la materia prima para su uso en placas y medallas y para la acuñación de rublos monedas , a partir de 1828. [37] Los residuos de la producción de platino para la acuñación estaban disponibles en el Imperio Ruso y, por lo tanto, la mayor parte de la investigación sobre ellos se realizó en Europa del Este.

Es posible que el químico polaco Jędrzej Śniadecki aislara el elemento 44 (al que llamó "vestium" por el asteroide que Vesta descubrió poco antes) de los minerales de platino de América del Sur en 1807. Publicó un anuncio de su descubrimiento en 1808. [38] Su trabajo Sin embargo, nunca se confirmó y más tarde retiró su afirmación de descubrimiento. [17]

Jöns Berzelius y Gottfried Osann casi descubrieron el rutenio en 1827. [39] Examinaron los residuos que quedaron después de disolver el platino crudo de los Urales en agua regia . Berzelius no encontró ningún metal inusual, pero Osann pensó que había encontrado tres metales nuevos, a los que llamó pluranio, rutenio y polinio. [8] Esta discrepancia condujo a una controversia de larga data entre Berzelius y Osann sobre la composición de los residuos. [5] Como Osann no pudo repetir su aislamiento de rutenio, finalmente renunció a sus afirmaciones. [5] [40]El nombre "rutenio" fue elegido por Osann porque las muestras analizadas procedían de los Montes Urales en Rusia. [41] El nombre en sí se deriva de la palabra latina Rutenia ; esta palabra se usó en ese momento como el nombre latino de Rusia. [5] [a]

En 1844, Karl Ernst Claus , un científico ruso de ascendencia báltica alemana , demostró que los compuestos preparados por Gottfried Osann contenían pequeñas cantidades de rutenio, que Claus había descubierto el mismo año. [8] [36] Claus aislados de rutenio a partir de los residuos de platino de producción rublo mientras trabajaba en la Universidad de Kazan , Kazan , [5] de la misma manera su más pesado osmio congénere había sido descubierto cuatro décadas antes. [18] Claus demostró que el óxido de rutenio contenía un nuevo metal y obtuvo 6 gramos de rutenio de la parte del platino crudo que es insoluble en agua regia . [5]Al elegir el nombre para el nuevo elemento, Claus declaró: "Llamé al nuevo cuerpo, en honor a mi Patria, rutenio. Tenía todo el derecho de llamarlo por este nombre porque el Sr. Osann renunció a su rutenio y la palabra aún no existe en Quimica." [5] [42]

Aplicaciones [ editar ]

En 2016 se consumieron aproximadamente 30,9 toneladas de rutenio, 13,8 de ellas en aplicaciones eléctricas, 7,7 en catálisis y 4,6 en electroquímica. [21]

Debido a que endurece las aleaciones de platino y paladio, el rutenio se usa en contactos eléctricos , donde una película delgada es suficiente para lograr la durabilidad deseada. Con propiedades similares y menor costo que el rodio, [28] los contactos eléctricos son un uso importante del rutenio. [19] [43] La placa de rutenio se aplica al contacto eléctrico y al metal base del electrodo mediante galvanoplastia [44] o pulverización catódica . [45]

El dióxido de rutenio con rutenatos de plomo y bismuto se utiliza en resistencias de chip de película gruesa. [46] [47] [48] Estas dos aplicaciones electrónicas representan el 50% del consumo de rutenio. [17]

El rutenio rara vez se alea con metales fuera del grupo del platino, donde pequeñas cantidades mejoran algunas propiedades. La resistencia a la corrosión añadida en las aleaciones de titanio condujo al desarrollo de una aleación especial con 0,1% de rutenio. [49] El rutenio también se utiliza en algunas superaleaciones avanzadas de monocristal de alta temperatura , con aplicaciones que incluyen las turbinas en los motores a reacción . Se describen varias composiciones de superaleaciones a base de níquel, como EPM-102 (con 3% de Ru), TMS-162 (con 6% de Ru), TMS-138, [50] y TMS-174, [51] [52] este último dos que contienen un 6% de renio . [53] Pluma estilográficalas puntas suelen tener una punta de aleación de rutenio. A partir de 1944, la pluma estilográfica Parker 51 se equipó con el plumín "RU", un plumín de oro de 14 quilates con un 96,2% de rutenio y un 3,8% de iridio . [54]

El rutenio es un componente de los ánodos de óxido de metal mixto (MMO) que se utiliza para la protección catódica de estructuras subterráneas y sumergidas, y para celdas electrolíticas para procesos como la generación de cloro a partir de agua salada. [55] La fluorescencia de algunos complejos de rutenio se apaga con oxígeno, encontrando uso en sensores de optodo para oxígeno. [56] Rojo de rutenio , [(NH 3 ) 5 Ru-O-Ru (NH 3 ) 4 -O-Ru (NH 3 ) 5 ] 6+ , es una tinción biológica utilizada para teñir polianiónicosmoléculas como pectina y ácidos nucleicos para microscopía óptica y microscopía electrónica . [57] El isótopo 106 de rutenio en descomposición beta se usa en radioterapia de tumores oculares, principalmente melanomas malignos de la úvea . [58] Se están investigando los complejos centrados en rutenio para detectar posibles propiedades anticancerígenas. [59] En comparación con los complejos de platino, los del rutenio muestran una mayor resistencia a la hidrólisis y una acción más selectiva sobre los tumores. [ cita requerida ]

El tetróxido de rutenio expone huellas dactilares latentes al reaccionar al contacto con aceites grasos o grasas con contaminantes sebáceos y producir un pigmento de dióxido de rutenio marrón / negro. [60]

Nanotubos de haloysita intercalados con nanopartículas catalíticas de rutenio. [61]

Catálisis [ editar ]

Muchos compuestos que contienen rutenio exhiben propiedades catalíticas útiles. Los catalizadores se dividen convenientemente en aquellos que son solubles en el medio de reacción, catalizadores homogéneos y aquellos que no lo son, que se denominan catalizadores heterogéneos .

Las nanopartículas de rutenio se pueden formar dentro de la halloysita . Este abundante mineral tiene de forma natural una estructura de nanohojas enrolladas (nanotubos), que pueden soportar tanto la síntesis de nanocluster de Ru como sus productos para su posterior uso en catálisis industrial. [61]

Catálisis homogénea [ editar ]

Las soluciones que contienen tricloruro de rutenio son muy activas para la metátesis de olefinas . Tales catalizadores se utilizan comercialmente para la producción de polinorborneno, por ejemplo. [62] Los complejos de rutenio carbeno y alquilideno bien definidos muestran una reactividad comparable y proporcionan conocimientos mecánicos sobre los procesos industriales. [63] Los catalizadores de Grubb, por ejemplo, se han empleado en la preparación de fármacos y materiales avanzados.

RuCl 3 catalizada por apertura de anillo polimerización por metátesis de reacción dando polinorborneno ..

Los complejos de rutenio son catalizadores altamente activos para las hidrogenaciones de transferencia (a veces denominadas reacciones de "hidrógeno prestado"). Este proceso se emplea para la hidrogenación enantioselectiva de cetonas , aldehídos e iminas . Esta reacción aprovecha el uso de complejos quirales de rutenio introducidos por Ryoji Noyori . [64] Por ejemplo, (cimeno) Ru (S, S-Ts DPEN ) cataliza la hidrogenación de bencilo en ( R, R ) hidro benzoína . En esta reacción, formiatoy agua / alcohol sirven como la fuente de H 2 : [65] [66]

[RuCl ( S , S -TsDPEN) (cimeno)] - síntesis catalizada de ( R , R ) -hidrobenzoína (rendimiento 100%, ee > 99%)

En 2001 se otorgó un Premio Nobel de Química a Ryōji Noyori por sus contribuciones al campo de la hidrogenación asimétrica .

En 2012, Masaaki Kitano y asociados, trabajando con un catalizador de rutenio orgánico, demostraron la síntesis de amoníaco utilizando un electruro estable como donante de electrones y almacenamiento de hidrógeno reversible. [67] La producción intermitente a pequeña escala de amoníaco, para uso agrícola local, puede ser un sustituto viable de la conexión a la red eléctrica como sumidero de energía generada por turbinas eólicas en instalaciones rurales aisladas. [ cita requerida ]

Catálisis heterogénea [ editar ]

Los catalizadores de cobalto promovidos por rutenio se utilizan en la síntesis de Fischer-Tropsch . [68]

Aplicaciones emergentes [ editar ]

Algunos complejos de rutenio absorben la luz en todo el espectro visible y se están investigando activamente para tecnologías de energía solar . Por ejemplo, se han utilizado compuestos a base de rutenio para la absorción de luz en células solares sensibilizadas con colorante , un nuevo y prometedor sistema de células solares de bajo costo . [69]

Muchos óxidos a base de rutenio muestran propiedades muy inusuales, como un comportamiento de punto crítico cuántico , [70] superconductividad exótica (en su forma de rutenato de estroncio ), [71] y ferromagnetismo a alta temperatura . [72]

Aplicaciones de películas delgadas de rutenio en microelectrónica [ editar ]

Hace relativamente poco tiempo, se ha sugerido el rutenio como un material que podría reemplazar beneficiosamente a otros metales y siliciuros en componentes microelectrónicos. El tetróxido de rutenio (RuO 4 ) es muy volátil, al igual que el trióxido de rutenio (RuO 3 ). [73] Al oxidar el rutenio (por ejemplo, con un plasma de oxígeno) en óxidos volátiles, el rutenio puede modelarse fácilmente. [74] [75] [76] [77] Las propiedades de los óxidos de rutenio comunes hacen que el rutenio sea un metal compatible con las técnicas de procesamiento de semiconductores necesarias para fabricar microelectrónica.

Para continuar con la miniaturización de la microelectrónica, se necesitan nuevos materiales a medida que cambian las dimensiones. Hay tres aplicaciones principales para las películas delgadas de rutenio en microelectrónica. El primero es utilizar películas delgadas de rutenio como electrodos en ambos lados de pentóxido de tantalio (Ta 2 O 5 ) o titanato de bario y estroncio ((Ba, Sr) TiO 3 , también conocido como BST) en la próxima generación de dinámica aleatoria tridimensional. memorias de acceso (DRAM). [78] [79] [80] Los electrodos de película delgada de rutenio también podrían depositarse sobre titanato de circonato de plomo (Pb (Zr x Ti 1 − x ) O 3 , también conocido como PZT) en otro tipo de RAM ,memoria ferroeléctrica de acceso aleatorio (FRAM). [81] [82] El platino se ha utilizado como electrodos en RAM en entornos de laboratorio, pero es difícil establecer patrones. El rutenio es químicamente similar al platino, preservando la función de las RAM, pero en contraste con los patrones de Pt fácilmente. El segundo es el uso de películas delgadas de rutenio como puertas metálicas en transistores de efecto de campo semiconductor de óxido metálico dopado con p (p-MOSFET). [83] Al reemplazar puertas de siliciuro por puertas metálicas en MOSFET , una propiedad clave del metal es su función de trabajo.. La función de trabajo debe coincidir con los materiales circundantes. Para los p-MOSFET, la función de trabajo de rutenio es la mejor combinación de propiedades de los materiales con los materiales circundantes, como HfO 2 , HfSiO x , HfNO x y HfSiNO x , para lograr las propiedades eléctricas deseadas. La tercera aplicación a gran escala de las películas de rutenio es como una combinación de promotor de adhesión y capa de siembra de galvanoplastia entre TaN y Cu en el proceso de doble damasquinado de cobre. [84] [85] [86] [87] [88] El cobre se puede galvanizar directamente sobre rutenio, [89]en contraste con el nitruro de tantalio. El cobre también se adhiere mal a TaN, pero bien a Ru. Al depositar una capa de rutenio sobre la capa de barrera de TaN, se mejoraría la adhesión del cobre y no sería necesaria la deposición de una capa de semilla de cobre.

También hay otros usos sugeridos. En 1990, los científicos de IBM descubrieron que una fina capa de átomos de rutenio creaba un fuerte acoplamiento antiparalelo entre capas ferromagnéticas adyacentes , más fuerte que cualquier otro elemento de capa espaciadora no magnética. Esta capa de rutenio se utilizó en el primer elemento de lectura magnetorresistivo gigante para unidades de disco duro . En 2001, IBM anunció una capa de tres átomos de espesor del elemento rutenio, denominado informalmente "polvo de duendecillo", que permitiría cuadriplicar la densidad de datos de los medios de disco duro actuales. [90]

Efectos sobre la salud [ editar ]

Se sabe poco sobre los efectos del rutenio en la salud [91] y es relativamente raro que las personas se encuentren con compuestos de rutenio. [92] El rutenio metálico es inerte (no es químicamente reactivo ). [91] Algunos compuestos como el óxido de rutenio (RuO 4 ) son altamente tóxicos y volátiles. [92]

Ver también [ editar ]

  • Aumento de la radiactividad en el aire en Europa en otoño de 2017

Notas [ editar ]

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    En latín contemporáneo (así como en inglés contemporáneo), Rusia generalmente se conoce como Rusia , y el nombre Rutenia representa una región.en y alrededor de Zakarpatia Oblast en el oeste de Ucrania .

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Bibliografía [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

  • Rutenio en la tabla periódica de videos (Universidad de Nottingham)
  • La nanocapa de rutenio estabiliza los sensores magnéticos