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Rutenio

Proprietà e composti del rutenio

Il rutenio (così chiamato dal nome latino della Russia) fu identificato con sicurezza nel 1844 in Russia da K. Claus nei residui della lavorazione dei minerali del platino.

È un elemento raro, costituendo circa il 10-7 % della crosta terrestre: si trova prevalentemente allo stato elementare in piccole quantità in tutti i minerali contenenti platino.

Il rutenio è un metallo di colore grigio acciaio, a elevato punto di fusione, duro e molto fragile.

Quando si presenta in forma compatta, non è attaccato dagli acidi minerali neppure a caldo, né dall'acqua regia, mentre si discioglie in presenza di soluzioni acquose di agenti ossidanti alcalini (ipoclorito di sodio, perossido di sodio ecc.) o negli idrossidi, cianuri e perossidi alcalini fusi, con formazione generalmente di rutenati.

Con l'ossigeno reagisce solo al di sopra di circa 1000°C formando il diossido, mentre viene disciolto lentamente anche a freddo dagli alogeni in soluzione acquosa; reagisce inoltre direttamente con gli alogeni gassosi (a temperatura superiori a circa 300°C) e, a elevate temperature, con zolfo, selenio, boro, silicio, fosforo e arsenico.

Composti del rutenio

La chimica di questo elemento è assai complessa, poiché esso può presentare nei suoi composti tutti i valori interi degli stati di ossidazione da -2 a +8 (compreso lo 0 ed escluso il -1). Lo stato di ossidazione più comune è il +3.

Tra gli alogenuri sono noti il trifluoruro RuF3, il tetrafluoruro RuF4, il pentafluoruro a molecola tetramera (RuF5)4, e l’esafluoruro RuF6. Tra i cloruri il più importante è il tricloruro di rutenio RuCl3.

Esistono almeno due ossidi del rutenio ben caratterizzati: il diossido RuO2, solido blu scuro, e il tetraossido RuO4.

Quest'ultimo, che è il più importante, può essere preparato per ossidazione a caldo con cloro o permanganato di potassio di soluzioni acide contenenti rutenio, e successiva distillazione.

È un energico ossidante anche per i composti organici (è tra i pochi ossidanti in grado di demolire l'anello aromatico).

Poiché è un ossido acido, con le soluzioni alcaline a bassa temperatura forma, svolgendo ossigeno, i perrutenati (per esempio perrutenato di potassio KRuO4), corrispondenti allo stato di ossidazione +7.

I perrutenati, a loro volta, per riscaldamento svolgono ossigeno formando i rutenati (per esempio rutenato di dipotassio K2RuO4), corrispondenti allo stato di ossidazione +6.

Rutenati e perrutenati si formano anche nell'attacco del rutenio metallico con potassa fusa in presenza di ossigeno o perossidi.

In tutti i suoi stati di ossidazione, ma in particolare negli stati 0, +2, +3 e +4, il rutenio forma complessi di coordinazione con leganti sia carichi sia neutri, frequentemente esacoordinati; alcuni di essi risultano particolarmente stabili come per esempio il catione pentaamminoaquorutenio (II) [Ru(NH3)5(H2O)]2+.

Utilizzo del rutenio

Dato il costo elevato e alcune difficoltà che insorgono nella sua lavorazione, allo stato puro il rutenio ha solo limitate applicazioni.

rutenio

Rutenio

Il suo impiego principale si ha come induritore per leghe con il platino e il palladio utilizzate in gioielleria. 

In  polvere  finemente  suddivisa (eventualmente in lega con rodio, palladio e platino), supportata su carbone o allumina, è usato come catalizzatore eterogeneo di reazioni di idrogenazione e deidrogenazione (per esempio la riduzione di aldeidi e chetoni, o l'idrogenazione del monossido di carbonio a metano).

Ossidi di rutenio vengono usati in microelettronica e per il rivestimento degli anodi di titanio utilizzati nel processo di produzione di cloro e soda caustica, mentre altri suoi composti (generalmente complessi di coordinazione) hanno applicazioni come catalizzatori omogenei in alcuni processi chimici, quale l'idroformilazione delle olefine per la preparazione di aldeidi.

Metodo di produzione del rutenio

Il rutenio viene generalmente ottenuto, insieme con gli altri metalli del gruppo del platino, a partire da concentrati di minerali contenenti metalli preziosi, o da fanghi anodici della raffinazione elettrolitica del rame e del nichel dove di norma tali metalli si concentrano.

Da questi concentrati, dopo diversi passaggi, si ottiene un prodotto arricchito (contenente oro, argento e i metalli del gruppo del platino) che viene trattato con acqua regia per disciogliere oro, platino e palladio; rimane così un residuo che contiene iridio, rutenio, argento, osmio, rodio e che viene a sua volta fuso con una miscela di carbonato di piombo, carbonato di sodio, borace e carbone.

Si formano una scoria e una lega di piombo contenente circa il 20% di metalli preziosi; quest'ultima viene separata e trattata con acido nitrico per allontanare il piombo e l'argento.

Il residuo, che contiene rutenio, iridio, osmio e rodio, può essere trattato in diversi modi per separare questi metalli: un procedimento si basa sulla fusione con perossidi della massa, seguita da acidificazione e distillazione della soluzione ottenuta.

In tal modo, mentre iridio e rodio rimangono in soluzione, rutenio e osmio distillano sotto forma di ossidi volatili e vengono raccolti in soluzioni alcaline.

Da queste soluzioni, in  presenza di nitrati, è  possibile  distillare e  separare l'osmio come  tetraossido volatile, mentre il  rutenio, che forma  nitro-complessi molto stabili e che quindi non distilla, può venire precipitato dalla soluzione come esaclororutenato (IV) di diammonio di fromula chimica (NH4)2[RuCl6] che per calcinazione in presenza di idrogeno dà il rutenio metallico in forma di spugna.

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