ルテニウム / 炭素

外観

灰色～銀灰色, 粉末

反応

ルテニウムは、二酸化ルテニウム (RuO₂) に酸化することができ、さらにメタ過ヨウ素酸ナトリウムによって、強力な酸化剤である四酸化ルテニウム (RuO₄) に酸化することができます。四酸化ルテニウムは、主に鉱石や放射性廃棄物からのルテニウムの精製における中間体として使用されます。

溶解性

酸素が存在しなければすべての酸および王水に不溶。酸素を含む塩酸には室温でゆっくり、125℃ではかなり早く溶ける。酸にほとんど溶けない。

解説

ルテニウム，るてにうむ，周期表第8族に属し、白金族元素の一つ。1828年にロシアの化学者オサンG. W. Osannはウラル山系産の白金鉱中に新元素を発見したとし、小ロシアの古い国名Rutheniaにちなんでルテニウムと命名した。この物質は新元素を含んではいたが、非常に不純な酸化物であった。のち1844年にロシアのクラウスKarl Karlovich Kláus（1796―1864）によって、イリドスミン（イリジウムとオスミウムの天然合金。白金鉱中に存在）から金属単体として単離された。白金族中もっとも希産で、地球上の存在量は少ない。通常イリドスミンなどの中に他の白金族元素と共存している。粗ニッケルや粗鋼を電解精錬する際の陽極泥を熱王水その他で化学処理し、水和酸化物RuO2·nH2Oとして他の白金族元素から分離する。さらに揮発性の四酸化物RuO4を経てヘキサクロロルテニウム(Ⅲ)酸アンモニウム(NH4)3［RuCl6］に変える。水素気流中で熱還元すると粉末状の金属ルテニウムが得られる。

用途

有機合成用触媒。

用途

オスミウムとの合金が、万年筆などのペン先（ニブポイント）に使われる。有機化学分野においては不飽和結合を水素化する際の触媒として多用される。また、アンモニア合成の際の三重促進鉄触媒に代わる触媒として利用されている。
DSA電極にRuO2の形でコーティングされ電解の効率化に役立っている。これは塩素過電圧、酸素過電圧が他と比べ低い事、耐食性が優れている性質を利用している。
HDDの容量増大の目的でも用いられている。

用途

合金材料、他の白金属金属の硬化剤。

用途

用途はほとんど白金族元素との合金の成分に限られる。たとえば、白金の硬さを増すためにイリジウムと同様に用いられる。これらの合金はもとの純金属より精細な宝石装飾の製作に適している。このほか、粉末状あるいは海綿状の純金属は酸化還元触媒として優れた性能を示す。

製法

ルテニウムは、他の白金族金属と同様に、ニッケルや銅、および白金金属鉱石を処理する際のの副産物として商業的に得られます。銅やニッケルの電解精錬中に、銀、金、および白金族金属などの貴金属が陽極泥として沈殿し、これを抽出することでルテニウムを得ることが出来ます。ルテニウムは、使用済みの核燃料の中に、直接核分裂生成物や中性子吸収生成物としても含まれています。

性質

灰白色のもろくて硬い金属。物理的および化学的性質は周期表で直下にあるオスミウムに似ている。この元素の化学的特徴の一つは酸素に対し比較的弱いことである。空気中で熱すると表面に黒色の二酸化ルテニウムRuO2を生ずる。粉末状のものを酸素気流中で熱すれば完全に二酸化ルテニウムに変わる。酸に対しては安定であるが、王水、または空気を含む塩酸には徐々に溶ける。また酸素あるいは酸化剤が共存すればアルカリによって激しく侵される。たとえば、水酸化カリウムと硝酸カリウムの混合物で融解すれば、緑色のルテニウム(Ⅵ)酸カリウムK2RuO4を与える。塩素と熱すると反応して塩化ルテニウムRuCl3を生ずるが、硫黄(いおう)とは直接反応しない。パラジウムと同様に多量の気体、たとえば水素、窒素などを吸蔵する性質がある。

化学的特性

Ruthenium, a transition element, belongs to group VIII (iron) of the periodic classification and to the light platinum metals triad. It is a hard and brittle metal that resembles platinum. It crystallizes in hexagonal form and occurs in the form of seven stable isotopes: 96 (5.46%), 98 (1.87%), 99 (12.63%), 100 (12.53%), 101 (17.02%), 102 (31.6%), and 104 (18.87%). There are also several radioactive isotopes—93, 94, 95, 97, 103, 105, 106, 107, and 108—of which the 106 isotope characterized by strong β radiation and has a half-life of 368 days; since it is produced in large quantities in the nuclear reactors, it deserves special attention. Ruthenium is the rarest of the platinum group elements (abundance in the Earth’s crust ～0.0004 ppm). In chemical compounds, it occurs at oxidation states from +2 to +8; the most frequent is +3 in ruthenium compounds. Rutheniumis resistant to acids and aqua regia, it is not oxidized in the air at room temperature, and in the form of powder it reacts with oxygen at elevated temperatures. It is dissolved in molten strong alkalis and reacts with alkaline metal peroxides and perchlorides. Ruthenium powder reacts with chlorine above 200°C and with bromine at 300– 700°C.
Ruthenium compounds are usually dark brown (ranging from yellow to black). Ruthenium forms alloys with platinum, palladium, cobalt, nickel, and tungsten.

物理的性質

Ruthenium is a rare, hard, silvery-white metallic element located in group 8, just aboveosmium and below iron, with which it shares some chemical and physical properties.Both ruthenium and osmium are heavier and harder than pure iron, making them morebrittle and difficult to refine. Both ruthenium and osmium are less tractable and malleable than iron. Although there are some similar characteristics between ruthenium and iron,ruthenium’s properties are more like those of osmium. Even so, ruthenium is less stablethan osmium. They are both rare and difficult to separate from minerals and ores that containother elements. These factors make it more difficult to determine ruthenium’s accurateatomic weight.
The oxidation state of +8 for ruthenium and its “mate” osmium is the highest oxidationstate of all elements in the transition series. Ruthenium’s melting point is 2,310°C, its boilingpoint is 3,900°C, and its density is 12.45 g/cm³.

同位体

There are 37 isotopes for ruthenium, ranging in atomic mass numbers from87 to 120. Seven of these are stable isotopes. The atomic masses and percentage ofcontribution to the natural occurrence of the element on Earth are as follows: Ru-96 =5.54%, Ru-98 = 1.87%, Ru-99 = 12.76%, Ru-100 = 12.60%, Ru-101 = 17.06%, Ru-102 = 31.55%, and Ru-104 = 18.62%.

名前の由来

“Ruthenium” is derived from the Latin word Ruthenia meaning “Russia,” where it is found in the Ural Mountains.

天然物の起源

Ruthenium is a rare element that makes up about 0.01 ppm in the Earth’s crust. Even so, itis considered the 74th most abundant element found on Earth. It is usually found in amountsup to 2% in platinum ores and is recovered when the ore is refined. It is difficult to separatefrom the leftover residue of refined platinum ore.
Ruthenium is found in South America and the Ural Mountains of Russia. There are someminor platinum and ruthenium ores found in the western United States and Canada. All ofthe radioactive isotopes of ruthenium are produced in nuclear reactors.

特性

Ruthenium also belongs to the platinum group, which includes six elements with similarchemical characteristics. They are located in the middle of the second and third series of thetransition elements. The platinum group consists of ruthenium, rhodium,palladium, osmium, iridium, and platinum.
Ruthenium is a hard brittle metal that resists corrosion from all acids but is vulnerable tostrong alkalis (bases). Small amounts, when alloyed with other metals, will prevent corrosionof that metal.

使用

Since ruthenium is rare and difficult to isolate in pure form, there are few uses for it. Itsmain uses are as an alloy to produce noncorrosive steel and as an additive to jewelry metalssuch as platinum, palladium, and gold, making them more durable.
It is also used as an alloy to make electrical contacts harder and wear longer, for medicalinstruments, and more recently, as an experimental metal for direct conversion of solar cellmaterial to electrical energy.
Ruthenium is used as a catalyst to affect the speed of chemical reactions, but is not alteredby the chemical process. It is also used as a drug to treat eye diseases.

調製方法

Elemental ruthenium occurs in native alloys of iridium and osmium (irridosmine, siskerite) and in sulfide and other ores (pentlandite, laurite, etc.) in very small quantities that are commercially recovered.
The element is separated from the other platinum metals by a sequence involving treatment with aqua regia (separation of insoluble osmium, rhodium, ruthenium, and iridium), fusion with sodium bisulfate (with which rhodium reacts), and fusion with sodium peroxide (dissolution of osmium and ruthenium). The resulting solution of ruthenate and osmate is treated with ethanol to precipitate ruthenium dioxide. The ruthenium dioxide is purified by treatment with hydrochloric acid and chlorine and reduced with hydrogen gas to pure metal.
Ruthenium is recovered from exhausted catalytic converters or, in a similar manner, from the waste produced during platinum and nickel ore processing.

定義

A transition metal that occurs naturally with platinum. It forms alloys with platinum that are used in electrical contacts. Ruthenium is also used in jewelry alloyed with palladium.Symbol: Ru; m.p. 2310°C; b.p. 3900°C; r.d. 12.37 (20°C); p.n. 44; r.a.m. 101.07.

一般的な説明

This product has been enhanced for energy efficiency.

危険性

The main hazard is the explosiveness of ruthenium fine power or dust. The metal willrapidly oxidize (explode) when exposed to oxidizer-type chemicals such as potassium chlorideat room temperature. Most of its few compounds are toxic and their fumes should beavoided.

使用用途

ルテニウムの主な使用用途は下記の通りです。

1. 金属への添加

ルテニウムは、白金、パラジウム、およびと合金化され、様々な用途に用いられています。

2. 医療材料

ルテニウムのベータ崩壊同位体Ru-106は、眼腫瘍、主にぶどう膜の悪性黒色腫の放射線療法に使用されます。

3. 触媒

ルテニウム含有化合物の多くは、有用な触媒特性を示します。

4. その他

他にもルテニウムは、地下構造物や水中構造物のカソード防食や、塩水から塩素を生成する電解槽に使用される複合金属酸化物陽極の成分にもなっています。

法規情報

ルテニウムは、毒物及び劇物取締法、消防法、化学物質排出把握管理促進法 (PRTR法) など、主要な法規制のいずれにも該当していません。

4. 取扱いおよび保管上の注意

取扱い及び保管上の注意は、下記の通りです。

• 容器を密栓し、乾燥した冷暗所に保管する。
• 屋外や換気の良い区域のみで使用する。
• 強酸化剤との接触は避ける。
• 使用時は保護手袋、保護眼鏡を着用する。
• 取扱い後はよく手を洗浄する。
• 皮膚に付着した場合は、速やかに水で洗い流す。
• 眼に入った場合は、水で数分間注意深く洗う。

参考文献

応用例（製薬）

Ruthenium is the chemical element with the symbol Ru and atomic number 44. It occurs as a minor side product in the mining of platinum. Ruthenium is relatively inert to most chemicals. Its main applications are in the area of specialised electrical parts. The success of cisplatin, together with the occurrence of dose-limiting resistances and severe side effects such as nausea and nephrotoxicity, encouraged the research into other metal-based anticancer agents. Ruthenium is one of those metals under intense research, and first results look very promising, with two candidates – NAMI-A and KP1019 – having entered clinical trials.

安全性プロファイル

Most ruthenium compounds are poisons. Ruthenium is retained in the bones for a long time. Flammable in the form of dust when exposed to heat or flame. Violent reaction with ruthenium oxide. Explosive reaction with aqua rega + potassium chlorate. When heated to decomposition it emits very toxic fumes of RuO, and Ru, which are hghly injurious to the eyes and lung and can produce nasal ulcerations. See also RUTHENIUM COMPOUNDS.