روتنیم چیست؟

روتنیم و کاردهای آن

 روتنیم چهل و چهارمین عنصر از جدول تناوبی بوده که در گروه VIIIB است با نماد شیمیایی Ru، با عدد اتمی ۴۴  که در گروه VIIIB و دوره پنجم جدول تناوبی قرار دارد. در واقع عنصر روتنیوم یک فلز واسطه نادر (Transition Metals) سخت و شکننده به رنگ سفید- نقره ای است. این فلز با عناصر آهن (Fe)، اوسمیوم (Os) و هاسیم (Hs)، در گروه هشت واسطه جدول تناوبی قرار گرفته است.

نخستین بار در سال ۱۸۰۸ میلادی، شیمیدان لهستانی به نام اسنیادکی (Jedrzej Sniadecki) در حال بررسی بر روی سنگ معدن پلاتین در آمریکای جنوبی بود. او توانست یک فلز جدید را کشف کند. وی این عنصر جدید را وستیوم نامگذاری کرده بود. زمانیکه شیمیدانان فرانسوی تلاش کردند تا کار اسنیادکی را تکرار کنند، نتوانستند دوباره آن فلز را در سنگ معدن پلاتین پیدا کنند. هنگامیکه اسنیادکی این موضوع را فهمید، معتقد شد که احتمالا اشتباه کرده است. پس ادعای خود را پس گرفت. سپس در سال ۱۸۴۴ میلادی، شیمیدان مشهور روسی یعنی کارل ارنست کلاوس (Karl Ernst Claus) شروع به مطالعه بر روی باقیمانده محلول بعد از تصفیه پلاتین خام نمود. در واقع وی در هنگام این بررسی، عنصر روتنیوم را از قسمتی از پلاتین خام که در محلول آبی تیزاب سلطانی (مخلوط اسید هیدروکریک و اسید نیتریک) غیر قابل حل بود، بدست آورد. کلاوس نام این عنصر از کلمه لاتین روتنیا (Ruthenia) به معنی روسیه که امروزه بخشی از اوکراین است، گرفته است. توجه داشته باشید که نمونه خالص عنصر روتنیم در سال ۱۸۴۴ میلادی توسط شیمیدان آلمانی، آیل هات میچرلیش به دست آمد.

این عنصر فلزی شکننده و کمیاب است. خصوصیات قابل توجه روتنیم از ساختار اتمی آن ([۳۶Kr] ۴d۷۵s۱) ناشی می‌ شود. همانطور که مشخص است، اوربیتال d لایه ما قبل آخر در این عنصر در حال پر شدن است. این عنصر به واسطه آرایش الکترونی که دارد، در گروه فلزات واسطه قرار می گیرد. فلزات واسطه در میان فلزات قلیایی خاکی (گروه دوم) و عناصر گروه بور در جدول تناوبی قرار گرفته ‌اند. به عناصر واسطه، عناصر گروه B نیز گفته می شود. توجه داشته باشید که روتنیوم تنها عنصر گروه هشت است که دو الکترون در لایه بیرونی خود ندارد. با توجه به آرایش الکترونی آن مشخص است که تنها یک الکترون در دورترین لایه‌ الکترونی روتنیم وجود دارد. 

کاربرد های روتنیم

عنصر روتنیم یکی از کمیاب ترین عناصر شیمیایی است که کاربرد های ویژه ای در صنعت الکترونیک و هم در صنایع شیمیایی دارد. به عنوان مثال از این عنصر برای تقویت بقیه آلياژ ها استفاده می‌ کنند. در این صورت، سختی و مقاومت حرارتی آنها را افزایش می ‌دهد. این آلیاژ ها اغلب شامل دیگر فلزات نجیب می باشند. مثلا از مقادیر کم روتنیم برای سخت کردن آلیاژ های دو عنصر پلاتین و پالادیوم استفاده می شود. به بیان دیگر، روتنیم یکی از بهترین مکمل ها برای این دو عنصر است. با تشکیل آلیاژ، تماس های الکتریکی با مقاومت زیاد سایش ایجاد می شود. مقاومت در برابر خوردگی و فرسایش عنصر تیتانیم نیز تنها با افزایش ۰/۱ درصدی عنصر روتنیم، تا صد برابر افزایش می دهد. از طرفی دیگر، آلیاژ روتنیم- مولیبدن در دمای ۱۰ کلوین یک فوق رسانا است. بیشترین مقدار روتنیوم تولید شده، در کنتاکت ‌های الکتریکی مقاوم در برابر سایش و همچنین مقاومت ‌های لایه-ضخیم بکار می رود. عنصر روتینیم خاصیت کاتالیزوری نیز دارد. مثلا به عنوان کاتالیزگر سخت‌ کننده برای پلاتین و پالادیوم در کاربرد های جواهر ‌سازی و ساخت ابزاری با نوک یه لبه تیز استفاده می شود. یا به عنوان کاتالیزور عامل تثبیت نیتروژن، در تهیه تعدادی از آلیاژ ‌های ویژه ضد خوردگی بکار می رود. از ترکیبات آن به شکل پودر رنگ در شیشه و لعاب های شیشه‌ای بهره می برند. علاوه بر آن، در ساخت اتصالات الکتریکی و نوک خودنویس نیز از این فلز استفاده می کنند.

کاربرد های ترکیبات روتنیم می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• جهت آبکاری ‌های الکتریکی
• در تولید کلر به روش برقکافت
• مقاوم سازی تراشه ‌ها
• در ساخت وسایل پزشکی
• در ساخت سلول‌ های خورشیدی
• برای ایجاد مقاومت
• در توربین ‌های موتور های جت
• در روش حفاظت کاتدی از سازه ‌های زیرزمینی
• به عنوان جز اصلی در آلیاژ های اتصال برقی
• به منظور سلول ‌های الکترولیتی جهت پروسه‌ هایی مثل تولید کلر از آب شور
• به منظور رنگ ‌آمیزی مولکول ‌های پلیینونی همچون پکتین و اسید های نوکلئیک برای میکروسکوپ های نوری و میکروسکوپ های الکترونی
• استفاده از روتنیوم به عنوان لایه درپوش برای فوتوماسک‌ های فرابنفش