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钌   44Ru
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外观
金属:银白色
概况
名称·符号·序数钌(Ruthenium)·Ru·44
元素类别过渡金属
·周期·8 ·5·d
标准原子质量101.07
电子排布[] 4d7 5s1
2, 8, 18, 15, 1
钌的电子层(2, 8, 18, 15, 1)
历史
发现Karl Ernst Claus(1844年)
分离Karl Ernst Claus
物理性质
密度(接近室温
12.45 g·cm−3
熔点时液体密度10.65 g·cm−3
熔点2607 K,2334 °C,4233 °F
沸点4423 K,4150 °C,7502 °F
熔化热38.59 kJ·mol−1
汽化热591.6 kJ·mol−1
比热容24.06 J·mol−1·K−1
蒸气压
压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温/K 2588 2811 3087 3424 3845 4388
原子性质
氧化态8, 7, 6, 4, 3, 2, 1,, -2
(弱酸性)
电负性2.3(鲍林标度)
电离能第一:710.2 kJ·mol−1

第二:1620 kJ·mol−1

第三:2747 kJ·mol−1
原子半径134 pm
共价半径146±7 pm
杂项
晶体结构六方密排晶格
磁序顺磁性
电阻率(0 °C)7.1×10-8 Ω·m
热导率117 W·m−1·K−1
膨胀系数(25 °C)6.4 µm·m−1·K−1
声速(细棒)(20 °C)5970 m·s−1
杨氏模量447 GPa
剪切模量173 GPa
体积模量220 GPa
泊松比0.30
莫氏硬度6.5
布氏硬度2160 MPa
CAS号7440-18-8
最稳定同位素
主条目:钌的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰变
方式 能量MeV 产物
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% 稳定,带54个中子
99Ru 12.7% 稳定,带55个中子
100Ru 12.6% 稳定,带56个中子
101Ru 17.0% 稳定,带57个中子
102Ru 31.6% 稳定,带58个中子
103Ru syn 39.26 d β 0.226 103Rh
γ 0.497 -
104Ru 18.7% 稳定,带60个中子
106Ru syn 373.59 d β 0.039 106Rh

拼音liǎo注音ㄌㄧㄠˇ粤拼liu5;英语:Ruthenium),是一种化学元素,其化学符号Ru原子序数为44,原子量101.07 u,是在元素周期表铂族的稀有过渡金属。钌与铂族的其他金属一样,对大多数其他化学物质都是惰性的。1844年,俄籍的波罗的海德意志科学家卡尔·恩斯特·克劳斯英语Karl Ernst Claus(Karl Ernst Claus)在喀山国立大学发现了该元素,随后以鲁塞尼亚(Ruthenia)做为此元素的拉丁名称,以此纪念这个被发现于俄罗斯的元素。一般而言,钌是在矿石的次要成分中被发现,年产量从2009年的约19吨上升到2017年的约35.5吨。生产出的钌大部分用于制造耐磨电接头和厚膜电阻,其次是用于铂合金和当成化学反应催化剂,另有一项新用途则是当作极紫外光光罩的覆盖层。钌通常和其他铂族金属同时蕴藏在乌拉尔山脉北美洲南美洲的矿石中。加拿大安大略省大萨德伯里镍黄铁矿以及南非辉石岩矿床中,也发现了稀少但有商业重要性的存量。

基本性质

物理性质

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。

化学性质

钌是一种极好的催化剂,通常用在氢化异构化氧化和重整反应中。 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

同位素

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)。

分布与含量

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。

生产制造

化合物

氧化物与硫化物

RuO4是少数熔点较低的离子型氧化物。

卤化物

配位错合物与有机金属

发展史

虽然,含有所有六种铂族金属的天然铂合金,被前哥伦布时期美洲人长期使用,从16世纪中叶起,被欧洲化学家称为材料,但直到18世纪中叶,铂才被确认为一个纯元素。天然铂金属在19世纪的第一个十年被发现,里面含有钯、铑、锇、铱。俄罗斯河流冲积沙中的铂,从1828年开始使用于盘子和奖牌以及铸造卢布硬币的原物料。在炼制用于铸币的铂金属过程中,所得到的残留物,在俄罗斯帝国是可以取得的,因此铂的大部分研究是在东欧进行的。

在1807年,从南美的铂金属矿中,波兰化学家约德泽伊•什尼亚代基有可能分离出元素44. (他称之为"vestium",是依据在不久前发现的小行星"Vesta"命名 )。他于1808年出版了一份他的发现公告。然而,他的工作从未获得证实,他后来撤回了他的发现声明。

约恩斯•贝泽柳斯和戈特弗里德•奥桑在1827年几乎发现了钌 。他们试验了以王水溶解乌拉山脉含铂的原矿石后留下的残留物。贝泽柳斯没有发现任何不寻常的金属元素,但奥桑认为他发现了三种新金属元素,称之为pluranium、 ruthenium和polinium。这种差异导致贝尔泽柳斯和奥桑之间关于残留物成分的长期争论。由于Osann无法重复他离析钌的实验,最终放弃了他的主张。Osann之所以选择"钌",是因为分析的样本来自俄罗斯的乌拉山脉 。 这个名字本身来源于鲁塞尼亚,拉丁语"Rus",一个历史区域,包括今天的乌克兰,白俄罗斯,俄罗斯西部,以及斯洛伐克和波兰的部分地区。

1844年,波罗的-德意志裔俄罗斯科学家卡尔•恩斯特•克劳斯 (Karl Ernst Claus) 发现,戈特弗里德•奥桑备制的化合物中也含有少量的钌,克劳斯于同年曾发现的钌。克劳斯在喀山大学工作时,从卢布硬币制程的铂金属残留物中,分离出钌。就像40年前,在喀山发现钌的更重的同族元素锇一样。克劳斯表明,氧化钌含有一种新的金属元素,并从不溶于王水的粗铂中获得6克的钌。替新元素选择名称,克劳斯说:"我为新元素命名,以纪念我的祖国,Ruthenium。我有权使用这个名字,因为Osann先生放弃了他的钌,所以这个字还不存于化学 。

应用

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。

催化剂

匀相催化剂

非匀相催化剂

新兴应用

Intel 在自家半导体10nm制程上,在后端制程BEOL中首次使用金属钌材料。

外部链接


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