Els empèdocles moderns – Karl Ernst Claus (1844) i l’element 44 (Ru) – ruteni (nilquadiquadi, Nqt)

En els darrers quatre lliurament, incloent aquests, els protagonistes es diuen Carles: Hatchett, Scheele, Perrier i Claus. Charles, Carl, Carlo o Karl, encara que els quatre hagin estat anomenats també per alguns dels altres noms de font o pel cognom en els diferents contexts, familiars i socials, en els quals visqueren. Charles, Carl, Carlo o Karl són diferents formes fonològiques i ortogràfiques d’un mateix nom. En darrer terme, aquest antropònim prové del mot germànic “karlaz”, el qual al seu torn provindria de l’arrel indogermànica “ĝer-”. L’arrel “ĝer-” implica l’acció de desgast, i aplicada als humans indica vellesa, com testimonia el mot grec “γεραιός”. La vellesa és desgast, és grisor, però també indica l’adquisició d’experiència, de saviesa, de lideratge. I d’allà que “ĝer-” hagi donat lloc a “karlaz”, que té sobretot un sentit d’“home emancipat”, d’“home lliure”, en contraposició a la dona, a l’infant i al jove, a l’esclau. La forma més comuna serà la de Karl, entre els francs, i la de Cearl, entre els saxons. Així ja trobem, en l’any 620, al rei Cearl de Mèrcia, o l’epígon per excel•lència, Karl Martell (686-741), dux Francorum i fundador de la dinastia carolíngia, primer com a majordoms de palau dels reis merovingis i després com a renovats emperadors. Carles el Gran, Carlemany, nét de Carles Martell, seria el model, canonitzat religiosament i civil, de tots els Carles, Carl, Charles, Karol, Carlos, etc. Si l’atzar de la història deixa una petjada profunda en les tries d’antropònims personals, de noms de font, no ens pensem pas que succeeix altrament en els antropònims col•lectius, en els etnònims i demònims, amb conseqüències més fondes en aquest cas car solen deixar petjada en els corònims que fragmenten i ordenen les superfícies continentals en els mapes polítics. Rus, Rutènia, Rússia, per exemple, comparteixen una arrel comuna, i un procés ulterior de diferenciació, en la qual les lluites del passat i la geopolítica del present i del futur han fet, fan i faran batalla. Hom ha volgut fer retrocedir l’origen del mot Rus a l’arrel nòrdica “roðskarlar”, que podríem traduir com “els varons (carles) rodants”, en el sentir de fer rodar els rems per solcar mars, llacs, rius. D’alguna manera l’arrel nòrdica “roðs” hauria estat emprada pels pobles uràlics (fínnics, pèrmics) per designar aquesta raça de navegadors, de llengua nord-germànica. Encara en els nostres dies, els finesos denominen als suecs pel nom de “ruotsi”, mentre els vepsians els diuen “ročin”. Pensem que el mot “víking”, que en llengua nòrdica vol dir “expedició d’ultramar”, es va fer servir per designar als pobles nòrdics que floriren entre els segles VIII i XI. Un tercer nom, “væringi”, que fa referència als companys jurats d’una expedició, fou aplicat també per designar aquests pobles. Encara que originàriament tots ells eren exònims, en alguns casos els pobles se’ls feren seus, especialment quan els expedicionaris s’establiren com a elits en algunes de les terres conquerides. Els Annals de Sant Betran expliquen que una delegació de “Rhos” arribà a la cort imperial d’Ingelheim en el 839, i que s’admetien com a part del poble suec. No cal dir que és matèria de gran discussió saber si aquests “Rus” servaven encara la llengua nord-germànica o si ja havien adoptat la llengua eslava oriental. A final del segle IX ja havien consolidat un reialme al voltant de Kiiv. Després d’un període de creixement i de divisió, en el segle XV, els Grans Ducats de Moscou rescatarien el nom de Rus per convertir-lo en Rússia. Identificat amb tots els pobles eslaus orientals, el nom “rus” ha anat associant-se específicament als “grans russos” moscovites, de manera que les altres branques han fet ús d’altres derivacions (“rutens”, “rusyn”, “belarus”) o directament han emprat altres arrels (“ucraïnians”, literalment habitants de la frontera). Nosaltres, en tot cas, arribem al nombre 44 de la nostra sèrie.

Grups ètnics d’Europa (1896). En verd apareixen els pobles eslaus. Entre els pobles eslaus orientals, s’hi distingeix entre els “Great Russians”, els “White Russians”, els “Little Russians” i els “Ruthenes”. En l’actualitat els dos darrers són combinats en la categoria d’“ucraïnesos”, i els segons són denominats “bielorussos”, mentre que els primers s’han quedat amb el nom “rus” en exclusiva

Karl Ernst Claus i la descoberta del ruteni

Karl Ernst Claus va nàixer l’11 de gener del 1796 (calendari julià) al si d’una família alemanya de Dorpat, ciutat del Governorat de Livònia que en la llengua estoniana autòctona es diu Tartu, i en rus Юрьев, per bé que llavors el nom oficial era Дерпт. De vegades veiem el seu nom escrit com a Carl. La forma russa del seu nom era Карл Ка́рлович Кла́ус, car el seu pare també es deia Karl. Els Claus eren una família d’artistes, i el pare era pintor. Claus fou orfe de pare (1798) i de mare (1800). Va fer estudis primaris, però no va acabar la secundària. A 14 anys passà a Dorpat a Sankt Petersburg, on començà a fer d’ajudant de farmàcia. Allà va aprendre l’ofici, adquirint alhora coneixements botànics, mineralògics i químics. Amb aquesta preparació es presentà a 21 anys a l’exam de farmàcia de l’Acadèmia Medico-Quirúrgica de Sant Petersburg, i el superà reeixidament, cosa que el convertia en el farmacèutic titulat més jove de tot Rússia.

En el 1821 es casà amb la que havia estat la seva promesa des de la primera joventut, Ernestine Bate. El matrimoni s’establiria més tard a Kazan on, en el 1826, Claus obrí la seva primera farmàcia com a titular. A Kazan naixerien les dues primeres filles del matrimoni. En el 1827 col•laborà com a professor adjunt d’Eduard Friedrich Eversmann (1794-1860) en un estudi sobre la flora de les estepes del Governorat de Kazan.

En el 1828, Claus dugué la família a Dorpat, on naixeria el tercer fill, un noi. Començà a estudiar a la Universitat de Dorpat. Des del 1831, col•laborà com a ajudant en el laboratori de química de la universitat. En qualitat de botànic, en el 1834, participà en una expedició a les estepes del Volga, on coincidí amb el professor de química Traugot Friedemann Goebel (1794-1851). En literatura botànica, el nom “Claus” es refereix específicament a ell.

En el 1835 es va graduar a la universitat, i defensà reeixidament la tesina de mestratge en el 1837, que duia per títol “Grundzüge der Analytischen Phytochemie”. Després de passar l’habilitació a l’Acadèmia Mèdic-Quirúrgica de Sant Petersburg, amb una tesi sobre la separació de la fracció mineral d’aigües minerals, esdevingué professor associat de química a la Universitat de Kazan (1839) i passà a dirigir-ne el laboratori químic.

A partir del 1840, Claus començà a treballar en la química dels minerals de platí. Algunes zones dels Urals n’eren especialment riques, i se’n podien obtindre bones quantitats en les sorres al•luvials dels rius procedents d’aquestes contrades. Des del 1828, hom encunyava rubles de platí. Claus treballà amb mostres de minerals nadius i de residus procedents de la Ceca de Sant Petersburg.

Des de mitjan del segle XVIII hom havia reconegut el platí com un metall elemental. Des de començament del segle XIX, hom començà a diferenciar en el platí d’altres metalls minoritaris. En el 1803, William Hyde Wollaston (1766-1828) havia descrit el pal•ladi, així denominat en honor de Pal•les, el petit planeta que l’any anterior havia descobert Heinrich Olbers. Pocs mesos després, Smithson Tennant (1761-1815) va descriure dos metalls addicionals, l’osmi (en referència a l’olor característic del seu òxid) i l’iridi (per la varietat de colors de les seves sals). En el 1804, Wollaston descrivia encara un cinquè metall del grup, anomenat rodi.

Jędrzej Śniadecki, retratat per Aleksander Sleńdziński en el 1843

Des de llavors, hi havia algun report de l’existència d’algun metall addicional en el grup del platí. En el 1807, Jędrzej Śniadecki (1768-1838) reportà en minerals de platí l’existència d’un sisè metall, per al qual proposà el nom de vesti (en honor de Vesta, petit planeta descobert pocs mesos abans per Olbers). En el 1810 una nota de l’Académie de France comunicava que el report de Śniadecki no havia pogut ser reproduït, i el científic polonès optà per retirar la seva proposta.

Gottfried William Osann

En el 1827, Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) i Gottfried Wilhelm Osann (1796-1866) feren un estudi sobre mineral de platí procedent dels Urals. Osann, nascut a Weimar, havia passat per les universitats d’Erlangen (1819-1821), Jena (1821-1832) i Dorpat (1823-1828). Les mostres de minerals les dissolien en aqua règia, i en recollien el residu. Osann hi descrigué tres metalls nous, als que denominà plurani (pluranium, combinació de platina i d’Ural), ruteni (ruthenium, en honor del nom llatí de Rússia) i polini (polinium, del grec πολιά, que vol dir gris o cabell gris, en referència al color d’aquesta fracció del residu). Berzelius discrepà i considerà que no hi havia proves suficients per acceptar aquesta proposta. L’opinió de Berzelius, reforçada per les mínimes quantitats extretes per Osann, va prevaldre.

Claus, des del 1840, s’havia familiaritzat amb les tècniques de separació dels metalls del grup del platí. Treballà particularment en la descripció de la reactivitat i compostos del rodi, de l’iridi i de l’osmi. Aquests tres metalls, juntament amb el pal•ladi i el platí, amb els quals també treballà, constituïen l’anomenat “grup del platí” i, en major o menor mesura, eren presents en els minerals de platí. Tots cinc eren metalls nobles, en el sentit de la seva resistència a la corrosió i a l’oxidació en condicions atmosfèriques.

En el 1843 començà a sospitar l’existència d’un nou metall en la fracció insoluble en aqua règia i, el 1844, n’havia aïllat una mostra suficient, uns sis grams. De manera independent, proposà el nom de “ruteni”, “en honor de la nostra Pàtria”. En correspondència amb Osann, però, li sol•licità mostres dels compostos que havia aïllat setze anys abans. Claus determinà que en aquests compostos hi havia presència del “seu” ruteni, però no pas dels altres dos metalls reclamats (plurani i polini).

Claus trameté les seves mostres a Berzelius, que confirmà el ruteni com a metall elemental. Alhora, Claus estudià el pes atòmic i d’altres característiques del ruteni. Això li va permetre fer una proposta d’ordenació dels sis metalls coneguts del grup del platí. D’una banda hi hauria el ruteni, el rodi i el pal•ladi, com a element de pes atòmic inferior, i de l’altra l’osmi, l’iridi i el platí, com a element de pes atòmic superior. Alhora, hi hauria afinitats químiques entre el ruteni i l’osmi, entre el rodi i l’iridi, i entre el pal•ladi i el platí. Això enfortí el concepte de “Platinmetalle” per referir-se col•lectivament a aquests sis elements.

La investigació sobre els compostos d’aquests metalls no era pas exempta de perill. Claus patí una greu cremada a la boca en tastar un compost de ruteni. L’abril del 1845, Claus va emmalaltir com a conseqüència de l’exposició a vapors d’òxid d’osmi.

En el 1852, Claus deixà Kazan per tornà a la Universitat de Dorpat, on fou nomenat professor de farmàcia. Es va morir el 12 de març del 1864 (calendari julià) a Dorpat, a 68 anys.

En el 1866, fou descoberta a Kalimantan la laurita, forma mineral del sulfur de ruteni (RuS2).

En el 1865, John Newlands havia formulat una classificació dels elements d’acord amb la llei de periodicitat dels octaus. Al rodi (Ro) i al ruteni (Ru) els assigna el mateix nombre, el 35, la qual cosa els deixa en el grup de l’oxigen, el sofre, el ferro i el seleni, ocupant el cinquè lloc (el tel•luri n’ocuparia el sisè, l’or el setè i el tori el vuitè).

La proposta de Dmitri Mendeleev del 1869 deixava en caselles veïnes els sis elements del grup del platí. El ruteni (Ru) és consignat amb un pes atòmic de 104,4 (el mateix que el del rodi, Rh), i col•locat en el grup del ferro, com a element del cinquè període (l’iridi seria en el sisè).

En el 1871, Mendeleev proposa una taula més compacta. Els metalls del grup del platí, juntament amb l’or, l’argent, el ferro, el cobalt, el níquel i el coure, van a petar tots al grup VIII. De fet, el ruteni compateix casella amb el rodi, el pal•ladi i l’argent, dins del sisè període.

Dissenys posteriors de la taula periòdica, tornaran més aviat al disseny del 1869. El ruteni passarà finalment al grup del ferro, com l’element del cinquè període, mentre que l’osmi també és assignat al mateix grup dins del sisè període.

En el 1992, Robert H. Grubbs (*Posum Trot, Kentucky) sintetitzà el benzilidè-bis(triciclohexilfosfin)-diclororuteni, substància capaç de catalitzar la metàtesi d’alquens. Gràcies a aquesta catàlisi millorava l’eficiència i la selectivitat d’aquest procés, d’aplicació en síntesi orgànica. A aquesta mena de catalitzadors, complexos de carbè amb ruteni, se’ls anomena catalitzadors de Grubbs. A la primera generació li seguí una segona, en el 1999, i encara una tercera en el 2002. L’aplicació d’aquesta catalitzadors anà en creixement, cosa que es reconegué amb el Premi Nobel de Química del 2005, que Grubbs compartí amb Richard R. Schrock i Yves Chauvin.

[1,3-bis(2,4,6-trimetilfenil)-2-imidazoliniliden]dicloro(fenilmetilen)(triciclohexilfosfin)ruteni, exemple de catalitzador de Grubbs de segons generació

El ruteni: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndards del ruteni és de 101,07, que deriva de la mitjana ponderada de set isòtops estables (102Ru, 104Ru, 101Ru, 99Ru, 100Ru, 96Ru i 98Ru). El llistat complet d’isòtops coneguts fa:
– ruteni-87 (87Ru; 86,94918 uma). Nucli format per 44 protons i 43 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,05 s. Decau a tecneci-87, amb emissió d’un positró.
– ruteni-88 (88Ru; 87,94026 uma). Nucli format per 44 protons i 44 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,3 s. Decau a tecneci-88, amb emissió d’un positró.
– ruteni-89 (89Ru; 88,93611 uma). Nucli format per 44 protons i 45 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,38 s. Decau a tecneci-89, amb emissió d’un positró.
– ruteni-90 (90Ru; 89,92989 uma). Nucli format per 44 protons i 46 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 11,7 s. Decau a tecneci-90, amb emissió d’un positró.
– ruteni-91 (91Ru; 90,92629 uma). Nucli format per 44 protons i 47 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 7,9 s. Decau a tecneci-91, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (91mRu) a 80 keV, que té una semivida de 7,6 s, i que decau bé a l’estat basal (<0,1%) o directament a tecneci-91 (>99,9%) o a molibdè-90 (<0,1%; amb emissió d’un protó i d’un positró).
– ruteni-92 (92Ru; 91,92012 uma). Nucli format per 44 protons i 48 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 219 s (4 minuts). Decau a tecneci-92, amb emissió d’un positró.
– ruteni-93 (93Ru; 92,91705 uma). Nucli format per 44 protons i 49 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 59,7 s. Decau a tecneci-93, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastable, un a 734,40 keV (93m1Ru; que té una semivida de 10,8 s; i que decau bé a l’estat basal (22%) o directament a tecneci-93 (78%) o a molibdè-82 (0,027%; amb emissió d’un protó i d’un positró)) i un altre a 2082,6 keV (93m2Ru; que té una semivida de 2,20•10-6 s).
– ruteni-94 (94Ru; 93,911360 uma). Nucli format per 44 protons i 50 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3110 s (52 minuts). Decau a tecneci-94, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (94mRu) a 2644,55 keV, que té una semivida de 7,1•10-5 s.
– ruteni-95 (95Ru; 94,910413 uma). Nucli format per 44 protons i 51 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 5914 s (2 hores). Decau a tecneci-95, amb emissió d’un positró.
– ruteni-96 (96Ru; 95,907598 uma). Nucli format per 44 protons i 52 neutrons. Teòricament decau a molibdè-96, amb emissió de dos positrons. Ho fa, però, amb una semivida tan llarga (2,1•1024 s; sis ordres de magnitud superior a l’edat actual de l’univers), que a efectes observacionals és un isòtop estable. La seva freqüència és de 5,54%.
– ruteni-97 (97Ru; 96,907555 uma). Nucli format per 44 protons i 53 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,411•105 s (3 dies). Decau a 97mTc, amb emissió d’un positró.
– ruteni-98 (98Ru; 97,905287 uma). Nucli format per 44 protons i 54 neutrons. És un isòtop observacionalment estable, per bé que teòricament capaç de fissió espontània. La seva freqüència és de 1,87%.
– ruteni-99 (99Ru; 98,9059393 uma). Nucli format per 44 protons i 55 neutrons. És un isòtop observacionalment estable, per bé que teòricament capaç de fissió espontània. La seva freqüència és de 12,76%.
– ruteni-100 (100Ru; 99,9042195 uma). Nucli format per 44 protons i 56 neutrons. És un isòtop observacionalment estable, per bé que teòricament capaç de fissió espontània. La seva freqüència és de 12,60%.
– ruteni-101 (101Ru; 100,9055821 uma). Nucli format per 44 protons i 57 neutrons. És un isòtop observacionalment estable, per bé que teòricament capaç de fissió espontània. La seva freqüència és de 17,06%. Procedeix en part de la fissió d’isòtops radioactius més pesants. Posseeix un estat metastable a 527,56 keV (101mRu), que té una semivida de 1,75•10-5 s.
– ruteni-102 (102Ru; 101,9043493 uma). Nucli format per 44 protons i 58 neutrons. És un isòtop observacionalment estable, per bé que teòricament capaç de fissió espontània. La seva freqüència és de 31,55%. Procedeix en part de la fissió d’isòtops radioactius més pesants.
– ruteni-103 (103Ru; 102,9063238 uma). Nucli format per 44 protons i 59 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,392•106 s (39 dies). Decau a rodi-103, amb emissió d’un electró. És producte de fissió d’isòtops radioactius pesants. Posseeix un estat metastable (103mRu) a 238,2 keV, que té una semivida de 0,00169 s, i que decau a l’estat basal.
– ruteni-104 (104Ru; 103,905433 uma). Nucli format per 44 protons i 60 neutrons. Teòricament decau a pal•ladi-104, amb emissió de dos electrons. Ho fa, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és estable. La seva freqüència és de 18,62%. En part, procedeix de la fissió d’isòtops radioactius pesants.
– ruteni-105 (105Ru; 104,907753 uma). Nucli format per 44 protons i 61 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,60•104 s (4 hores). Decau a rodi-105, amb emissió d’un electró. És producte de la fissió d’isòtops radioactius pesants.
– ruteni-106 (106Ru; 105,907329 uma). Nucli format per 44 protons i 62 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,2278•107 s (374 dies). Decau a rodi-106, amb emissió d’un electró. És producte de la fissió d’isòtops radioactius pesants. És emprat en radioteràpida de tumors oculars com el melanoma maligne de l’úvea.
– ruteni-107 (107Ru; 106,90991 uma). Nucli format per 44 protons i 63 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 225 s (4 minuts). Decau a rodi-107, amb emissió d’un electró.
– ruteni-108 (108Ru; 107,91017 uma). Nucli format per 44 protons i 64 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 273 s (5 minuts). Decau a rodi-108, amb emissió d’un electró.
– ruteni-109 (109Ru; 108,91414 uma). Nucli format per 44 protons i 65 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 34,5 s. Decau a rodi-109, amb emissió d’un electró.
– ruteni-110 (110Ru; 109,91414 uma). Nucli format per 44 protons i 66 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 11,6 s. Decau a rodi-110, amb emissió d’un electró.
– ruteni-111 (111Ru; 110,91770 uma). Nucli format per 44 protons i 67 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,12 s. Decau a rodi-111, amb emissió d’un electró.
– ruteni-112 (112Ru; 111,91897 uma). Nucli format per 44 protons i 68 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,75 s. Decau a rodi-112, amb emissió d’un electró.
– ruteni-113 (113Ru; 112,92249 uma). Nucli format per 44 protons i 69 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,80 s. Decau a rodi-113, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (113mRu) a 130 keV, que té una semivida de 0,51 s.
– ruteni-114 (114Ru; 113,92428 uma). Nucli format per 44 protons i 70 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,53 s. Decau normalment (>99,9%) a rodi-114 (amb emissió d’un electró) o, alternativament, a rodi-113 (<0,1%; amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– ruteni-115 (115Ru; 114,92869 uma). Nucli format per 44 protons i 71 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,74 s. Decau normalment (>99,9%) a rodi-115 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (<0,1%), a rodi-114 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– ruteni-116 (116Ru; 115,93081 uma). Nucli format per 44 protons i 72 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,4 s. Decau a rodi-116, amb emissió d’un electró.
– ruteni-117 (117Ru; 116,93558 uma). Nucli format per 44 protons i 73 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,3 s. Decau a rodi-117, amb emissió d’un electró.
– ruteni-118 (118Ru; 117,93782 uma). Nucli format per 44 protons i 74 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,2 s. Decau a rodi-118, amb emissió d’un electró.
– ruteni-119 (119Ru; 118,94284 uma). Nucli format per 44 protons i 75 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,17 s.
– ruteni-120 (120Ru; 119,94531 uma). Nucli format per 44 protons i 76 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,08 s.

L’àtom neutre de ruteni conté 44 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d75s1. Això el situa com l’element del cinquè període del grup 8 (el grup del ferro), dins del bloc d (metalls de transició). És comptat, com hem vist, com un metall del grup del platí (platinoids) i dins d’aquests agrupació en el subgrup de l’iridi (al costat de l’osmi i de l’iridi). Comparteix amb el niobi, el rodi i el pal•ladi, la configuració electrònica en 5s1. Els estats d’oxidació més habituals són +4 i +3. També el podem trobar amb estats de +8, +7, +6, +2, +1 (p.ex. RuF), 0 i -2. El radi atòmics és de 1,34•10-10 m.

Barra esmitjada de ruteni metàl•lic (99,99%)

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, el ruteni es presenta com un sòlid metàl•lic de color gris argentí, de força duresa (6,5 en l’escala de Mohs) i d’una densitat de 12450 kg•m-3. L’estructura cristal•lina més habitual és l’hexagonal estretament empacada.

En condicions estàndards de pressió, el ruteni fon a 2607 K. La densitat del ruteni líquid en el punt de fusió és de 10650 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, el ruteni bull a 4423 K.

El ruteni és un metall noble i resisteix així la corrosió amb àcids i a l’oxidació a temperatures moderades. És soluble, però, en àlcalis fosos i per halògens a altes temperatures.

El recobriment amb ruteni pot fer-se per galvanoplàstia o per descomposició tèrmica.

L’aliatge amb petites quantitats de ruteni és suficient per augmentar la duresa del platí o del pal•ladi. També a poca quantitat augmenta la resistència a la corrosió del titani.

L’aliatge ruteni-molibdè presenta propietats superconductores a temperatures inferiors a 10,6 K.

Entre els compostos de ruteni podem citar:
– òxids: El ruteni metàl•lic, oxidat, dóna lloc a l’òxid de ruteni (IV), RuO2. El RuO2 pot ser oxidat per diferents agents, com el NaIO4, a RuO4. El RuO4 és un potent oxidant.
– rutenats (RuO42-) i perrutenats (RuO4). Alguns rutenats han estat investigats per les seves propietats exòtiques. Maeno et al. (2001) es referiren a la superconductivitat peculiar del Sr2RuO4. Perry et al. (2004) examinaren el comportament quàntic del perrutenat d’estronci (Sr3Ru2O7) ultrapur. Shlyk et al. (2008) descrigueren la combinació de ferromagnetisme i semiconductivitat a temperatura ambient del (Ba,Sr)Fe2+xRu4-xO11.
– RuCl3. En condicions estàndards, es presenta com un sòlid de color vermell. És la base més habitual per a la síntesi de compostos de ruteni.
– compostos organrutènics. Es podem esmentar els complexos de coordinació de pentamines ([Ru(NH3)5L]n+). També hi ha compostos basats en l’enllaç C-Ru, com el rutenocè o el dodecacarbonil de triruteni. El complex de Roper, dicarboniltris(trifenilfosin)ruteni(0), que es presenta com un sòlid groc pàl•lid, és emprat com a catalitzador en algunes reaccions de síntesi química.
– ruteniürs. L’anió ruteniür (Ru2-) forma compostos amb alguns metalls. El ruteniür de ceri (CeRu2) és emprat en alguns dispositius superconductors.

Clorur de tris(bipiridin)ruteni (II)

L’abundància del ruteni depèn de les reaccions de nucleosíntesi estel•lars (en grans estels i en supernoves), de l’estabilitat dels seus isòtops, i de les rutes de desintegració d’isòtops radioactius més pesants. Com passa amb elements de Z parell, el nombre relativament elevat d’isòtops observacionalment estables, facilita una certa abundor. El ruteni supera en abundància els dos elements que el flanquegen en la taula periòdica, el tecneci i el rodi. Dels elements de Z inferior, també supera el beril•li i el niobi. Pels que fa als de nombre Z<(i> superior el superen l’estany, el tel•luri, el xenó, el bari i el plom.

En el planeta Terra, el ruteni assoleix una concentració atòmica de 0,33 ppm (1,3 ppm en termes de massa). Element sideròfil, bona part del ruteni es troba en el nucli. De fet en l’escorça terrestre, la concentració en termes de massa (0,001 ppm), és mil vegades inferior que la mitjana planetària. Això situa el ruteni en el lloc 74è de tots els elements de l’escorça terrestre, i per tant el deixa en la categoria dels “metalls més rars”. Com tots els altres metalls del grup del platí, és considerat no tan sols un metall noble, sinó també un metall preciós.

El ruteni assoleix tan sols una certa abundància en grapat de minerals de platí (cooperita, braggita, sperrylita), explotats històricament als Urals i a les Amèriques. La laurita (RuS2) es troba en dipòsits magmàtics ultramàfics i en dipòsits sedimentaris derivats. També trobem ruteni comercialment explotable en la pentlandita (sulfur de ferro i níquel) de Sudbury (Ontario) o en la piroxenita d’algunes localitats sud-africanes. El contingut de ruteni en els minerals de platinoids pot variar amb percentatges sobre metall que poden anar del 2% (p.ex. en mines eurasiàtiques) a l’11% (p.ex. en mines sud-africanes).

La presència de ruteni en la hidrosfera, en qualsevol cas escassa, varia quantitativament segons el context geològic. En l’oceà la concentració és de 0,7 μg•m-3.

En l’atmosfera el ruteni pot trobar-s’hi de manera transitòria en forma de traces.

El ruteni no és comptat entre els bioelements. La seva presència en la biosfera és deguda a l’entrada passiva. La concentració en el cos humà és normalment negligible.

Aplicacions del ruteni

El ruteni és certament un metall noble i un metall preciós. El fet que les seves aplicacions siguin quantitativament limitades li redueix potser el valor estratègic que se li atribuïa a “Arctic Drift” (2008), de Clive & Dirk Cussler, novel•la en la qual els agents de la National Underwater and Marine Agency (NUMA) van a la percaça d’un dipòsit de ruteni en aigües de l’àrtic canadenc. La novel•la feia referència a l’ús del ruteni en la confecció d’un catalitzador de nous processos industrials. Ja hem vist com Grubbs va rebre el Premi Nobel de Química en el 2005, i no podem descartar que un dia realment el ruteni tingui una rellevància estratègica com la imaginada pels Cussler.

La producció mundial anual és d’unes 12 tones. Les reserves mundials accessibles s’avaluen en unes 5000 tones. La major part del ruteni mineral resulta com a subproducte de la mineria de níquel i coure i, en menor mesura, del processament de minerals de platinoids.

Esquema de l’extracció dels metalls del grup del platí a partir de minerals de coure-níquel (Cliqueu per ampliar). El ruteni, com els altres metalls nobles, queda, després de l’electrorefineria del mineral, en el fang anòdic. La separació dels diferents components del fang anòdic s’aconsegueix mitjançant diferents agents dissolvents (àqua règia, àcid clorhídric, etc.) i agents precipitadors (Na2O, NH4Cl)

Una font alternativa de ruteni la constituirien els residus nuclears. Com hem vist, el ruteni és producte de la fissió d’isòtops pesants, com ara 235U (rendiment del 6,344%). No obstant, el cost de l’extracció i la difícil gestió de la matèria primera radioactiva, fa que no s’hagi practicat. De fet, cada tona de residu nuclear donaria un màxim de 1,9 kg de ruteni que, degut a la presència de 103Ru i de 106Ru, tindria una considerable radioactivitat inicial.

Tampoc no és rellevant la síntesi deliberada de ruteni en acceleradors de partícules. En aquest cas la idea seria obtindre ruteni a partir de molibdè. El preu del ruteni és vora 100 vegades superior al del molibdè, la qual cosa faria aquesta transmutació econòmicament atractiva. Per fer-ho, caldria transmutar el molibdè-100 (que és el 9,6% del molibdè natural) en molibdè-101 per irradiació neutrònica lenta; el molibdè-101 decau a tecneci-101, i aquest a ruteni-101, isòtop estable, en qüestió d’hores).

El ruteni és emprat en aliatges de platí i de pal•ladi, als quals confereix, com hem vist, una major duresa. Així aquests aliatges s’empren com a revestiments en contactes elèctriques que han de suportar desgast. La capa pot aplicar-se per galvanoplàstia o per polvorització catòida. Quantitativament, aquesta és una de les principals aplicacions del ruteni.

La ploma estilogràfica Parker 51, introduïda en el 1941, incorporà el bec “RU”, consistent en or de 14 quirats amb una punta feta de 96,2% de ruteni i 3,8% d’iridi

Les aplicacions electròniques de compostos del ruteni suposen gairebé la meitat del consum anual. El diòxid de ruteni i els rutenats de plom i bismut s’empren en el revestiments de resistors. La deposició de capes fines de ruteni pur són investigades activament en el desenvolupament de microxips i de dispositius magnetoresistius.

La resta d’aplicacions són encara més minoritàries:
– el ruteni és emprat en altres aliatges. L’addició d’un 0,1% de ruteni atorga una major resistència a la corrosió d’aliatges de titani. També és present en superaliatges de níquel com l’EPM-102 (3%) o el TMS-162 (6%).
– el ruteni apareix en alguns ànodes d’òxid de metall mixt (MMO), emprats en la protecció catòdica d’estructures subterrànies o submergides.
– alguns complexos de ruteni són emprats com a sensors fluorescents d’oxigen, per exemple en aplicacions oceanogràfiques.
-el RuO4 és utilitzat en microscòpia electrònica com a agent fixador i contrastador, especialment per evidenciar l’estructura de polímers.
– el vermell de ruteni [(NH3)5Ru-O-Ru(NH3)4-O-Ru(NH3)5]6+ és emprat en tincions tant de microscòpia òptica com electrònica, amb afinitat per a polímers aniònics (àcids nucleics, pectines).
– complexos de ruteni com NAMI-A o KP1019 són investigats com a possibles fàrmacs antitumorals.
Mashiko & Miyamoto (1998) proposaren l’ús de vapors de RuO4 per evidenciar empremtes digitals latents. La tècnica es basa en el fet que el RuO4 reacciona amb compostos lipídics presents en aquestes empremtes, passant llavors a RuO2 que, com hem dit, és d’un color bru fosc o negre.
– ja hem parlat dels aplicacions com a catalitzadors. A banda dels compostos organorutènics, podem esmentar que una suspensió aquosa de partícules de CdS carregades amb RuO2 ha estat proposada com a catalitzador de la descomposició de H2S, de particular interès en refineries de petroli.
– hom investiga l’ús de complexos de ruteni en les cèl•lules solars sensibilitzades per tint (cèl•lules de Grätzel).

En aquestes tres imatges microscòpiques, Martins (2012) examina els col•lèters del calze de “Odontadenia lutea” (una planta de la família del baladre) amb tres tècniques histoquímiques. La 29 correspon al vermell de ruteni, que evidencia la secreció de mucílag acídic per part d’aquesta estructura

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: