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原子序数为44的化学元素

拼音liǎo注音ㄌㄧㄠˇ粤拼liu5)是一种化学元素化學符號Ru原子序44,是在元素週期表鉑族的稀有過渡金屬。釕與鉑族的其他金屬一樣,對大多數其他化學物質都是惰性的。1844年,俄籍的波羅的海德意志科學家卡爾·恩斯特·克勞斯英语Karl Ernst Claus(Karl Ernst Claus)在喀山國立大學發現了該元素,隨後以他的家鄉拉圖尼亞英语Ruthenia(Ruthenia)做為此元素的拉丁名稱。一般而言,釕是在礦石的次要成分中被發現,年產量從2009年的約19噸[3]上升到2017年的約35.5噸[4]。生產出的釕大部分用於製造耐磨電接頭和厚膜電阻,其次是用於鉑合金和當成化學反應催化劑,另有一項新用途則是當作極紫外光光罩的覆蓋層。釕通常和其他鉑族金屬同時蘊藏在烏拉爾山脈北美洲南美洲的礦石中。加拿大安大略省大薩德伯里鎳黃鐵礦以及南非輝石岩礦床中,也發現了稀少但有商業重要性的存量[5]

钌   44Ru
氫(非金屬)
氦(惰性氣體)
鋰(鹼金屬)
鈹(鹼土金屬)
硼(類金屬)
碳(非金屬)
氮(非金屬)
氧(非金屬)
氟(鹵素)
氖(惰性氣體)
鈉(鹼金屬)
鎂(鹼土金屬)
鋁(貧金屬)
矽(類金屬)
磷(非金屬)
硫(非金屬)
氯(鹵素)
氬(惰性氣體)
鉀(鹼金屬)
鈣(鹼土金屬)
鈧(過渡金屬)
鈦(過渡金屬)
釩(過渡金屬)
鉻(過渡金屬)
錳(過渡金屬)
鐵(過渡金屬)
鈷(過渡金屬)
鎳(過渡金屬)
銅(過渡金屬)
鋅(過渡金屬)
鎵(貧金屬)
鍺(類金屬)
砷(類金屬)
硒(非金屬)
溴(鹵素)
氪(惰性氣體)
銣(鹼金屬)
鍶(鹼土金屬)
釔(過渡金屬)
鋯(過渡金屬)
鈮(過渡金屬)
鉬(過渡金屬)
鎝(過渡金屬)
釕(過渡金屬)
銠(過渡金屬)
鈀(過渡金屬)
銀(過渡金屬)
鎘(過渡金屬)
銦(貧金屬)
錫(貧金屬)
銻(類金屬)
碲(類金屬)
碘(鹵素)
氙(惰性氣體)
銫(鹼金屬)
鋇(鹼土金屬)
鑭(鑭系元素)
鈰(鑭系元素)
鐠(鑭系元素)
釹(鑭系元素)
鉕(鑭系元素)
釤(鑭系元素)
銪(鑭系元素)
釓(鑭系元素)
鋱(鑭系元素)
鏑(鑭系元素)
鈥(鑭系元素)
鉺(鑭系元素)
銩(鑭系元素)
鐿(鑭系元素)
鎦(鑭系元素)
鉿(過渡金屬)
鉭(過渡金屬)
鎢(過渡金屬)
錸(過渡金屬)
鋨(過渡金屬)
銥(過渡金屬)
鉑(過渡金屬)
金(過渡金屬)
汞(過渡金屬)
鉈(貧金屬)
鉛(貧金屬)
鉍(貧金屬)
釙(貧金屬)
砈(類金屬)
氡(惰性氣體)
鍅(鹼金屬)
鐳(鹼土金屬)
錒(錒系元素)
釷(錒系元素)
鏷(錒系元素)
鈾(錒系元素)
錼(錒系元素)
鈽(錒系元素)
鋂(錒系元素)
鋦(錒系元素)
鉳(錒系元素)
鉲(錒系元素)
鑀(錒系元素)
鐨(錒系元素)
鍆(錒系元素)
鍩(錒系元素)
鐒(錒系元素)
鑪(過渡金屬)
𨧀(過渡金屬)
𨭎(過渡金屬)
𨨏(過渡金屬)
𨭆(過渡金屬)
䥑(預測為過渡金屬)
鐽(預測為過渡金屬)
錀(預測為過渡金屬)
鎶(過渡金屬)
鉨(預測為貧金屬)
鈇(貧金屬)
鏌(預測為貧金屬)
鉝(預測為貧金屬)
鿬(預測為鹵素)
鿫(預測為惰性氣體)




外觀
金屬:銀白色
概況
名稱·符號·序數 钌(Ruthenium)·Ru·44
元素類別 過渡金屬
·週期· 8 ·5·d
標準原子質量 101.07
電子排布

[] 4d7 5s1
2, 8, 18, 15, 1

钌的电子層(2, 8, 18, 15, 1)
歷史
發現 Karl Ernst Claus(1844年)
分離 Karl Ernst Claus
物理性質
密度 (接近室温
12.45 g·cm−3
熔點時液體密度 10.65 g·cm−3
熔點 2607 K,2334 °C,4233 °F
沸點 4423 K,4150 °C,7502 °F
熔化熱 38.59 kJ·mol−1
汽化熱 591.6 kJ·mol−1
比熱容 24.06 J·mol−1·K−1

蒸氣壓

壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 2588 2811 3087 3424 3845 4388
原子性質
氧化態 8, 7, 6, 4, 3, 2, 1,[1], -2
(弱酸性)
電負性 2.3(鲍林标度)
電離能

第一:710.2 kJ·mol−1
第二:1620 kJ·mol−1

第三:2747 kJ·mol−1
原子半徑 134 pm
共價半徑 146±7 pm
雜項
晶體結構 六方密排晶格
磁序 順磁性[2]
電阻率 (0 °C)7.1×10-8 Ω·m
熱導率 117 W·m−1·K−1
膨脹係數 (25 °C)6.4 µm·m−1·K−1
聲速(細棒) (20 °C)5970 m·s−1
楊氏模量 447 GPa
剪切模量 173 GPa
體積模量 220 GPa
泊松比 0.30
莫氏硬度 6.5
布氏硬度 2160 MPa
CAS號7440-18-8
最穩定同位素

主条目:钌的同位素

同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量MeV 產物
96Ru 5.52% >6.7×1016 y β+β+ 2.7188 96Mo
97Ru syn 2.9 d ε - 97Tc
γ 0.215, 0.324 -
98Ru 1.88% 穩定,帶54個中子
99Ru 12.7% 穩定,帶55個中子
100Ru 12.6% 穩定,帶56個中子
101Ru 17.0% 穩定,帶57個中子
102Ru 31.6% 穩定,帶58個中子
103Ru syn 39.26 d β 0.226 103Rh
γ 0.497 -
104Ru 18.7% 穩定,帶60個中子
106Ru syn 373.59 d β 0.039 106Rh

基本性質编辑

物理性质编辑

冷的时候,钌的延性较小,即使纯粹单晶也很容易弯曲。金属钌可用电弧电子束熔化。钌通常加热至1500℃时才能加工成细丝或薄板。[6]

化学性质编辑

钌是一种极好的催化剂,通常用在氢化异构化氧化重整反应中。 钌在温度达100℃时,对普通的酸包括王水有抗御力,对氢氟酸和磷酸也有抗御力,当温度到达300℃时,对硫酸有抗御力。在室温时氯水、溴水和醇中的碘能轻微的腐蚀钌。熔融的过氧化钠能较快地腐蚀而次氯酸能很快地腐蚀钌。用熔融的碱性氢化物、碳酸盐和氰化物也可能腐蚀钌[6]

同位素编辑

自然界中存在着7种钌的同位素。此外,目前共发现了34种钌的放射性同位素。在这些放射性同位素当中,较稳定的有106Ru(半衰期373.59天)、103Ru(半衰期39.26天)和97Ru(半衰期2.9天)。[7][8]

分布與含量编辑

钌在地壳含量非常罕见,约100 ppt(0.1%),居元素分布序列中的第74位。[9][10]

生產製造编辑

化合物编辑

氧化物與硫化物编辑

RuO4是少数熔点较低的离子型氧化物。

鹵化物编辑

配位錯合物與有機金屬编辑

發展史编辑

雖然,含有所有六種鉑族金屬的天然鉑合金,被前哥倫布時期美國人長期使用,從16世紀中葉起,被歐洲化學家稱為材料,但直到18世紀中葉,鉑才被確認為一個純元素。天然鉑金屬在19世紀的第一個十年被發現,裡面含有鈀、銠、鋨、銥[11]。俄羅斯河流沖積沙中的鉑,從1828年開始使用於盤子和獎牌以及鑄造盧布硬幣的原物料[12]。在鍊製用於鑄幣的鉑金屬過程中,所得到的殘留物,在俄羅斯帝國是可以取得的,因此鉑的大部分研究是在東歐進行的。

在1807年,從南美的鉑金屬礦中,波蘭化學家約德澤伊•什尼亞代基有可能分離出元素44. (他稱之為"vestium",是依據在不久前發現的小行星"Vesta"命名 )。他於1808年出版了一份他的發現公告[13]。然而,他的工作從未獲得證實,他後來撤回了他的發現聲明[9]

約恩斯•貝澤柳斯和戈特弗裡德•奧桑在1827年幾乎發現了釕[14] 。他們試驗了以王水溶解烏拉山脈含鉑的原礦石後留下的殘留物。貝澤柳斯沒有發現任何不尋常的金屬元素,但奧桑認為他發現了三種新金屬元素,稱之為pluranium、 ruthenium和polinium。這種差異導致貝爾澤柳斯和奧桑之間關於殘留物成分的長期爭論。由於Osann無法重複他離析釕的實驗,最終放棄了他的主張[15]。Osann之所以選擇"釕",是因為分析的樣本來自俄羅斯的烏拉山脈[16] 。 這個名字本身來源於魯塞尼亞,拉丁語"Rus",一個歷史區域,包括今天的烏克蘭,白俄羅斯,俄羅斯西部,以及斯洛伐克和波蘭的部分地區。

1844年,波羅的-德意志裔俄羅斯科學家卡爾•恩斯特•克勞斯 (Karl Ernst Claus) 發現,戈特弗裡德•奧桑備製的化合物中也含有少量的釕,克勞斯於同年曾發現的釕。克勞斯在喀山大學工作時,從盧布硬幣製程的鉑金屬殘留物中,分離出釕。就像40年前,在喀山發現釕的更重的同族元素鋨一樣。克勞斯表明,氧化釕含有一種新的金屬元素,並從不溶于王水的粗鉑中獲得6克的釕。替新元素選擇名稱,克勞斯說:"我為新元素命名,以紀念我的祖國,Ruthenium。我有權使用這個名字,因為Osann先生放棄了他的釕,所以這個字還不存於化學[15][17]

应用编辑

纯金属钌用途很少。钌是铂和钯的有效硬化剂,使用它不会降低铂和钯的抗腐蚀性。含有较大百分数(30%-70%)的钌的合金,包含有其它贵重金属或碱金属,可用在电气触点上和需要抗磨和抗腐蚀的地方,如钢笔尖和工具枢轴上。二氧化钌导电,在有机介质中以粉末状与玻璃料相混合,可用作非金属衬底制成电阻元件。[6]

催化劑编辑

勻相催化劑编辑

非勻相催化劑编辑

新興應用编辑

Intel 在自家半導體10nm製程上,在後端製程BEOL中首次使用金屬釕材料[18]

参考文献编辑

  1. ^ Ruthenium: ruthenium(I) fluoride compound data. OpenMOPAC.net. [2007-12-10]. (原始内容存档于2011-07-21). 
  2. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds 互联网档案馆存檔,存档日期2011-03-03., in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  3. ^ Summary. Ruthenium. platinum.matthey.com, p. 9 (2009)
  4. ^ PGM Market Report. platinum.matthey.com, p. 30 (May 2018)
  5. ^ Platinum–Group Metals (PDF). U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries. January 2007 [2008-09-09]. 
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 Henry J. Albert. Encyclopedia of Science&Technology (in 15 Volumes). Mc GRAW-Hill Book Co.,1977,4th
  7. ^ Lide, D. R. (编), CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th, Boca Raton (FL): CRC Press, 2005, ISBN 0-8493-0486-5  Section 11, Table of the Isotopes
  8. ^ Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik, The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties, Nuclear Physics A, 2003, 729: 3–128, Bibcode:2003NuPhA.729....3A, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 
  9. ^ 9.0 9.1 Emsley, J. Ruthenium. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. 2003: 368–370. ISBN 978-0-19-850340-8. 
  10. ^ Greenwood and Earnshaw, p. 1071
  11. ^ Weeks, Mary Elvira. The discovery of the elements. VIII. The platinum metals. Journal of Chemical Education. 1932, 9 (6): 1017. Bibcode:1932JChEd...9.1017W. doi:10.1021/ed009p1017. 
  12. ^ Raub, Christoph J. The Minting of Platinum Roubles. Part I: History and Current Investigations 48 (2): 66–69. 2004.  Archive
  13. ^ Jędrzej Śniadecki. Rosprawa o nowym metallu w surowey platynie odkrytym. Wilno: Nakł. i Drukiem J. Zawadzkiego. 1808 (波兰语).  (Dissertation about the new metal discovered in raw platinum.)
  14. ^ New Metals in the Uralian Platina. The Philosophical Magazine. 1827, 2 (11): 391–392. doi:10.1080/14786442708674516. 
  15. ^ 15.0 15.1 Pitchkov, V. N. The Discovery of Ruthenium. Platinum Metals Review. 1996, 40 (4): 181–188. 
  16. ^ Osann, Gottfried. Fortsetzung der Untersuchung des Platins vom Ural. Poggendorffs Annalen der Physik und Chemie. 1828, 14 (6): 283–297. Bibcode:1828AnP....89..283O. doi:10.1002/andp.18280890609.  The original sentence on p. 339 reads: "Da dieses Metall, welches ich nach den so eben beschriebenen Eigenschaften als ein neues glaube annehmen zu müssen, sich in größerer Menge als das früher erwähnte in dem uralschen Platin befindet, und auch durch seinen schönen, dem Golde ähnlichen metallischen Glanz sich mehr empfiehlt, so glaube ich, daß der Vorschlag, das zuerst aufgefundene neue Metall Ruthenium zu nennen, besser auf dieses angewendet werden könne."
  17. ^ Claus, Karl. О способе добывания чистой платины из руд. Горный журнал (Mining Journal). 1845, 7 (3): 157–163 (俄语). 
  18. ^ techinsights.com. Intel 10 nm Logic Process. www.techinsights.com. [2018-06-22]. 

外部連結编辑