Ruthenium: de Russische metaal die de naam van Rus draagt

In de periodieke tabel van D. I. Mendeleev is er een element met atoomnummer 44, dat een rijke naam draagt — ruthenium. Dit is niet zomaar een metaal uit de platina-groep, maar de enige chemische element die naar Rusland is genoemd (Ruthenia — het Latijnse naam voor Rusland). Het werd in 1844 ontdekt door professor Karel Karlovitsj Klaus van de Universiteit van Kazan en sindsdien is het een vast onderdeel van de geschiedenis van wetenschap en technologie. Vandaag de dag is ruthenium een van de meest smeltende, harde en corrosiebestendige materialen, onmisbaar in elektronica, katalyse en zelfs in de ruimtevaartindustrie.

Waarom kreeg het element de naam 'rutonium'?

De naam van het element komt van het Latijnse woord Ruthenia, wat 'Rusland' of 'Rus' betekent. Karel Klaus, de ontdekker van ruthenium, benadrukte dat hij de naam gaf in het teken van zijn vaderland. Dit was een daad van een patriot van Duitse afkomst, die zijn leven verbonden had met Rusland en zijn naam in de periodieke tabel wilde vereeuwigen.

Waarom heeft het element zo'n volgnummer?

De volgnummer van het element in de tabel van Mendeleev (44) wordt bepaald door het aantal protonen in het kern van zijn atoom. Dit nummer identificeert ruthenium unaniem als een chemisch element. In de periodieke tabel bevindt het zich in de VIIIB-groep, in de 5e periode, en maakt deel uit van de zogenaamde ruthenium-rhodium-palladium-triade — een groep metalen die vergelijkbare chemische eigenschappen hebben. Mendeleev voorzag het bestaan van dit element, door voor het element een lege cel te laten, maar het fysieke ontdekking gebeurde eerder dan de grote chemicus zijn wet formuleerde.

De geschiedenis van de ontdekking: een apotheker uit Kazan

Karl Karlovitsj Klaus werd in 1796 geboren in Tartu (thans Tallinn) in een familie van schilder. Al op 14-jarige leeftijd begon hij te werken in een apotheek en wist, zonder gymnasiumonderwijs, de examen voor apotheker te halen. Later stichtte hij zijn eigen apotheek in Kazan, maar zijn ware passie was altijd wetenschap. Hij nam deel aan een botanische expeditie door de Wolgo-Ouralse steppe en begon op 40-jarige leeftijd een carrière aan de Universiteit van Kazan, waar hij snel de chemische laboratorium leidde.

In 1841 begon Klaus, op verzoek van het Ministerie van Financiën, met het bestuderen van de resten van de Uralse platinaerts in het Petrus en Paulus-plein in Sint-Petersburg. Zijn taak was om effectievere manieren te vinden om edelmetaal te winnen. Tijdens zijn kromme en gevaarlijke experimenten (verbindingen van ruthenium zijn zeer giftig) ontdekte Klaus de aanwezigheid van een tot dan toe onbekend element.

Tijdens een van de experimenten kreeg Karl Klaus, die de gewoonte had om de verkregen stoffen te proeven, een zware brandwond aan zijn mondholte van een verbinding van ruthenium. Gelukkig belemmerde dit hem niet om zijn onderzoek af te ronden.

In 1844 wist hij 6 gram puur ruthenium te isoleren, zijn chemische eigenschappen in detail te bestuderen en de atoommassa te bepalen. Het wetenschappelijke gemeenschap, vooral de invloedrijke Zweedse chemicus Jöns Jakob Berzelius, ontving het ontdekking met scepsis. Pas nadat Berzelius zelf de resultaten van Klaus had gecontroleerd en bevestigd, werd ruthenium officieel erkend als een nieuw element.

Unieke eigenschappen van ruthenium: kenmerken en eigenschappen

Ruthenium is een schitterend zilvergrijs metaal met een zeer hoge hardheid en brosheid. Het is uiterst smeltend: zijn smelttemperatuur bedraagt 2250°C en zijn kooktemperatuur is ongeveer 4900°C. Dit is een van de meest dichte elementen (12,45 г/см³).

Chemische inertie. Het compacte ruthenium oxideert niet op lucht, zelfs niet bij verhitting tot 930°C, en reageert niet met sterke zuren en basen. Dit maakt het een echte aristocraat onder de metalen.

Agressieve oxide. De hoofdkenmerken van ruthenium zijn zijn hoogste oxide RuO₄. Dit geelgouden vloeibare stof smelt al bij +25,5°C en kookt bij +27°C. Het heeft zo sterke oxiderende eigenschappen dat het organische stoffen kan ontbranden, zoals alcohol.

Katalytische activiteit. Ruthenium is een uitstekende katalysator voor hydrogeneringsreacties en dehydrogeneringsreacties van organische verbindingen.

Toepassing in industrie en moderne wetenschap

De unieke eigenschappen van ruthenium hebben het onmisbaar gemaakt in de meest geavanceerde sectoren.

Elektrotechniek en apparatuurbouw. Een legering van ruthenium met platina en palladium wordt gebruikt voor het maken van slijtvaste elektrische contacten in meetinstrumenten. De toevoeging van ruthenium verhoogt de corrosiebestendigheid van titanium aanzienlijk, wat in de chemische machinebouw in vraag komt.

Katalysatoren. Ruthenium is een cruciaal onderdeel van katalysatoren in de chemische industrie. Speciale aandacht heeft het in de laatste jaren gekregen als een van de meest effectieve katalysatoren voor de hydrogeneringsreactie — een proces dat belangrijk is voor de productie van "groene" waterstof en de verwerking van biomassa.

De hoge thermische weerstand en corrosiebestendigheid van ruthenium maken het in de ruimtevaartsector in vraag komen. Bijvoorbeeld, legeringen met ruthenium worden gebruikt in het waterzuiveringssysteem op orbitale stations.