Rutenio - Ruthenium

Rutenio,  44 Ru
Rutenio a media barra.jpg
Rutenio
Pronunciación / R U θ i n i ə m / ( Roo- THEE -nee-əm )
Apariencia blanco plateado metalizado
Peso atómico estándar A r, estándar (Ru) 101.07 (2)
Rutenio en la tabla periódica
Hidrógeno Helio
Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón
Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón
Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Planchar Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón
Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón
Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón
Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencium Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Fe

Ru

Os
tecnecioruteniorodio
Número atómico ( Z ) 44
Grupo grupo 8
Período período 5
Cuadra   bloque d
Configuración electronica [ Kr ] 4d 7 5s 1
Electrones por capa 2, 8, 18, 15, 1
Propiedades físicas
Fase en  STP sólido
Punto de fusion 2607  K (2334 ° C, 4233 ° F)
Punto de ebullición 4423 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 fusión 38,59  kJ / mol
Calor de vaporización 619 kJ / mol
Capacidad calorífica molar 24,06 J / (mol · K)
Presión de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
en  T  (K) 2588 2811 3087 3424 3845 4388
Propiedades atómicas
Estados de oxidación −4, −2, 0, +1, +2, +3 , +4 , +5, +6, +7, +8 (un óxido ligeramente ácido )
Electronegatividad Escala de Pauling: 2,2
Energías de ionización
Radio atómico empírico: 134  pm
Radio covalente 146 ± 7 pm
Líneas de color en un rango espectral
Líneas espectrales de rutenio
Otras propiedades
Ocurrencia natural primordial
Estructura cristalina hexagonal compacta (hcp)
Estructura cristalina hexagonal compacta para rutenio
Velocidad de sonido varilla fina 5970 m / s (a 20 ° C)
Expansión térmica 6,4 µm / (m⋅K) (a 25 ° C)
Conductividad térmica 117 W / (m⋅K)
Resistividad electrica 71 nΩ⋅m (a 0 ° C)
Orden magnético paramagnético
Susceptibilidad magnética molar +39 × 10 −6  cm 3 / mol (298 K)
El módulo de Young 447 GPa
Módulo de corte 173 GPa
Módulo de volumen 220 GPa
Relación de Poisson 0,30
Dureza de Mohs 6.5
Dureza Brinell 2160 MPa
Número CAS 7440-18-8
Historia
Nombrar después de Rutenia , el nombre latino del siglo XIX para Rusia
Descubrimiento y primer aislamiento Karl Ernst Claus (1844)
Principales isótopos de rutenio
Isótopo Abundancia Vida media ( t 1/2 ) Modo de decaimiento Producto
96 Ru 5,54% estable
97 Ru syn 2,9 días ε 97 Tc
γ -
98 Ru 1,87% estable
99 Ru 12,76% estable
100 Ru 12,60% estable
101 Ru 17,06% estable
102 Ru 31,55% estable
103 Ru syn 39,26 días β - 103 Rh
γ -
104 Ru 18,62% estable
106 Ru syn 373,59 d β - 106 Rh
Categoría Categoría: Rutenio
| referencias

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 . El rutenio se encuentra generalmente como un componente menor de los minerales de platino ; la producción anual ha aumentado de unas 19 toneladas en 2009 a unas 35,5 toneladas en 2017. 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 depósitos de piroxenita en Sudáfrica .

Caracteristicas

Propiedades físicas

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:

Z Elemento No. de electrones / capa
26 planchar 2, 8, 14, 2
44 rutenio 2, 8, 18, 15, 1
76 osmio 2, 8, 18, 32, 14, 2
108 hassium 2, 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).

Propiedades químicas

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. De hecho, el rutenio es atacado más fácilmente por agentes oxidantes. 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. El metal se puede recubrir por galvanoplastia y por descomposición térmica. A rutenio molibdeno aleación es conocido por ser superconductor a temperaturas inferiores a 10,6 K . 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 la segunda y tercera fila de transición los metales 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.

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.) 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 .

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

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

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.

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).

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 .

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

Ocurrencia

Como el 78º elemento más abundante en la corteza terrestre , el rutenio es relativamente raro, se encuentra en aproximadamente 100  partes por billón . 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).

Producción

Cada año se extraen aproximadamente 30 toneladas de rutenio con reservas mundiales estimadas en 5.000 toneladas. 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). El rutenio, el osmio y el iridio se consideran los metales menores del grupo del platino.

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. 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 disolución en una mezcla de cloro con ácido clorhídrico . El 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
4
está separado de OsO
4
por precipitación de (NH 4 ) 3 RuCl 6 con cloruro de amonio o por destilación o extracción con disolventes orgánicos del tetróxido de osmio volátil. El hidrógeno se usa para reducir el cloruro de amonio y rutenio produciendo un polvo. 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 .

Compuestos químicos

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.

Óxidos y calcogenuros

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.

También se conocen rutenato de dipotasio (K 2 RuO 4 , +6) y perrutenato de potasio (KRuO 4 , +7). 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. El rutenio forma di calcogenuros , que son semiconductores diamagnéticos que cristalizan en la estructura de la pirita . El sulfuro de rutenio (RuS 2 ) se encuentra naturalmente como mineral laurita .

Al igual que el hierro, el rutenio no forma oxoaniones con facilidad y prefiere lograr 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 .

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

Haluros y oxihaluros

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.

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. De los trihaluros conocidos, el trifluoruro es de color marrón oscuro y se descompone por encima de 650 ° C, el tribromuro es de color marrón oscuro y se descompone por encima de 400 ° C, y el triyoduro es negro. De los dihaluros, no se conoce el difluoruro, el dicloruro es marrón, el dibromuro es negro y el diyoduro es azul. El único oxihaluro conocido es el oxifluoruro de rutenio (VI) de color verde pálido, RuOF 4 .

Coordinación y complejos organometálicos

Cloruro de tris (bipiridina) rutenio (II).
Fórmula esquelética del catalizador de Grubbs.
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. Ejemplos son los muchos derivados de 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. 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 ).

Historia

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 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. Platino en arenas aluviales de los 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. Los residuos de la producción de platino para la acuñación de monedas estaban disponibles en el Imperio Ruso, y por lo tanto la mayor parte de la investigación sobre ellos se hicieron 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 minerales de platino de América del Sur en 1807. Publicó un anuncio de su descubrimiento en 1808. Su trabajo nunca fue confirmado , sin embargo, y más tarde retiró su afirmación de descubrimiento.

Jöns Berzelius y Gottfried Osann casi descubrieron el rutenio en 1827. 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. Esta discrepancia condujo a una controversia de larga data entre Berzelius y Osann sobre la composición de los residuos. Como Osann no pudo repetir su aislamiento de rutenio, finalmente renunció a sus afirmaciones. El nombre "rutenio" fue elegido por Osann porque las muestras analizadas procedían de los Montes Urales en Rusia. El nombre en sí se deriva de la palabra latina Rutenia ; esta palabra se usó en ese momento como el nombre latino de Rusia.

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. Claus aislados de rutenio a partir de los residuos de la producción de platino de rublos mientras trabajaba en la Universidad de Kazan , Kazan , de la misma manera su congénere más pesado de osmio se había descubierto cuatro décadas antes. Claus mostró 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 . 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." Al hacerlo, Claus inició una tendencia que continúa hasta el día de hoy: nombrar un elemento con el nombre de un país.

Aplicaciones

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.

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, los contactos eléctricos son un uso importante del rutenio. La placa de rutenio se aplica al contacto eléctrico y al metal base del electrodo mediante galvanoplastia o pulverización catódica .

El dióxido de rutenio con rutenatos de plomo y bismuto se utiliza en resistencias de chip de película gruesa. Estas dos aplicaciones electrónicas suponen el 50% del consumo de rutenio.

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. 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 basadas en níquel, tales como EPM-102 (con 3% de Ru), TMS-162 (con 6% de Ru), TMS-138 y TMS-174, las dos últimas contienen 6% de renio . Las puntas de las plumas estilográficas 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 .

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. La fluorescencia de algunos complejos de rutenio se apaga con oxígeno, encontrando uso en sensores de optodo para oxígeno. El rojo de rutenio , [(NH 3 ) 5 Ru-O-Ru (NH 3 ) 4 -O-Ru (NH 3 ) 5 ] 6+ , es una tinción biológica que se utiliza para teñir moléculas polianiónicas como la pectina y los ácidos nucleicos para microscopía óptica y microscopía electrónica . El isótopo 106 de rutenio en descomposición beta se utiliza en radioterapia de tumores oculares, principalmente melanomas malignos de la úvea . Se están investigando los complejos centrados en rutenio en busca de posibles propiedades anticancerígenas. 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.

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.

Nanotubos de haloisita intercalados con nanopartículas catalíticas de rutenio.

Catálisis

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 nanoláminas enrolladas (nanotubos), que pueden soportar tanto la síntesis de nanocluster de Ru como sus productos para su posterior uso en catálisis industrial.

Catálisis homogénea

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. Los complejos de rutenio carbeno y alquilideno bien definidos muestran una reactividad comparable y proporcionan conocimientos mecánicos sobre los procesos industriales. 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 muy 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 . Por ejemplo, (cimeno) Ru (S, S-Ts DPEN ) cataliza la hidrogenación de bencilo en ( R, R ) hidro benzoína . En esta reacción, formiato y agua / alcohol servir como la fuente de H 2 :

[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. 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.

Catálisis heterogénea

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

Aplicaciones emergentes

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 coste .

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

Aplicaciones de películas delgadas de rutenio en microelectrónica

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 ). Mediante la oxidación del rutenio (por ejemplo, con un plasma de oxígeno) en óxidos volátiles, el rutenio puede modelarse fácilmente. 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). 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 , la memoria ferroeléctrica de acceso aleatorio (FRAM). El platino se ha utilizado como electrodos en RAM en entornos de laboratorio, pero es difícil de modelar. 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). Al reemplazar puertas de siliciuro con 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. El cobre se puede galvanizar directamente sobre rutenio, a diferencia del 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 duendes", que permitiría cuadriplicar la densidad de datos de los medios de disco duro actuales.

Efectos en la salud

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

Ver también

Notas

Referencias

Bibliografía

enlaces externos