Rutenyum

Rutenyum, ₄₄Ru

Rutenyum
Telaffuz	/ruːˈθiːniəm/ ​(roo-THEE-nee-əm)
Görünüm	simli beyaz metalik
Standart atom ağırlığı Ar, std(Ru)	7002101070000000000♠101.07(2)
Periyodik tablodaki Rutenyum
Fe ↑ Ru ↓ Os teknesyum ← rutenyum → rodyum
Atom numarası (Z)	44
Grup	8. grup
Period	periyot 5
Blok	d-blok
Element kategorisi	Geçiş metali
Elektron konfigürasyonu	[Kr] 4d7 5s1
Kabuk başına elektron	2, 8, 18, 15, 1
Fiziksel özellikler
STP de Faz	katı
Erime noktası	2607 K ​(2334 °C, ​4233 °F)
Kaynama noktası	4423 K ​(4150 °C, ​7502 °F)
Yoğunluk (r.t. yakın)	12.45 g/cm3
sıvı olduğunda ( m.p.)	10.65 g/cm3
Isı entalpisi	38.59 kJ/mol
Buharlaştırma ısı	619 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	24.06 J/(mol·K)
Buhar basıncı P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 2588 2811 3087 3424 3845 4388
Atom özellikleri
Oksidasyon durumları	−4, −2, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7, +8 (bir hafif asidik oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 2.2
İyonlaşma enerjisi	1.: 710.2 kJ/mol 2.: 1620 kJ/mol 3.: 2747 kJ/mol
Atom yarıçapı	deneysel: 134 pm
Kovalent yarıçapı	146±7 pm
rutenyum spektral çizgileri
Diğer özellikler
Kristal yapı	​yakın altıgen paketleme (hcp)
Sesin hızı kalay çubuk	5970 m/s (20 °C)
Termal Genleşme	6.4 µm/(m·K) (25 °C)
Termal iletkenlik	117 W/(m·K)
Elektriksel direnç	71 nΩ·m (at 0 °C)
Manyetik sıralama	paramanyetik
Manyetik alınganlık	+39·10−6 cm3/mol (298 K)
Young modülü	447 GPa
Kayma modülü	173 GPa
Bulk modülü	220 GPa
Poisson oranı	0.30
Mohs sertliği	6.5
Brinell sertliği	2160 MPa
CAS Numarası	7440-18-8
Tarihçe
Adlandırma	after Ruthenia (Latince: Ortaçağa ait Kyivska Rus' bölgesi)
Keşfeden ve ilk izolasyon	Karl Ernst Claus (1844)
rutenyum ana izotopları
İzo­top Bol­luk Half-life (t1/2) Bozunma modu Boz­unma 96Ru 5.54% kararlı 97Ru syn 2.9 d ε 97Tc γ – 98Ru 1.87% kararlı 99Ru 12.76% kararlı 100Ru 12.60% kararlı 101Ru 17.06% kararlı 102Ru 31.55% kararlı 103Ru syn 39.26 d β− 103Rh γ – 104Ru 18.62% kararlı 106Ru syn 373.59 d β− 106Rh

Rutenyum sembolü Ru ve atom numarası 44 olan kimyasal bir elementtir. Periyodik tablonun platin grubuna ait nadir bir geçiş metali. Platin grubunun diğer metalleri gibi rutenyum da diğer kimyasallara karşı inerttir. Rus doğumlu Baltık-Alman soyundan bilim adamı Karl Ernst Claus, öğeyi 1844'te Kazan Devlet Üniversitesi'nde keşfetti ve Rusya'nın onuruna rutenyum adını verdi (Ruthenia, Rus'un Latince adıdır). Rutenyum genellikle platin cevherlerinin küçük bir bileşeni olarak bulunur; yıllık üretim 2009'da 19 tondan 2017'de 35,5 tona yükselmiştir. Üretilen çoğu rutenyum, aşınmaya dayanıklı elektrik kontaklarında ve kalın film dirençlerinde kullanılır. Rutenyum için küçük bir uygulama, platin alaşımlarında ve bir kimya katalizörüdür. Rutenyumun yeni bir uygulaması, aşırı ultraviyole foto maskeleri için kapatma katmanıdır. Rutenyum genellikle Ural Dağları'ndaki ve Kuzey ve Güney Amerika'daki diğer platin grubu metal cevherlerinde bulunur. Küçük ama ticari olarak önemli miktarlar Sudbury, Ontario'dan ekstrakte edilen pentlanditte ve Güney Afrika'daki piroksenit yataklarında da bulunur.

Tarihçe

Her ne kadar altı platin grubu metalin tümünü içeren doğal olarak oluşan platin alaşımları uzun bir süre Kolomb öncesi Amerikalılar tarafından kullanılmış ve 16. yüzyılın ortalarından Avrupalı kimyagerlere malzeme olarak bilinen, 18. yüzyılın ortalarına kadar platin saf elementi. Doğal platin palladyum, rodyum, osmiyum ve iridyum içerdiğinden 19. yüzyılın ilk on yılında keşfedildi. Rus nehirlerinin alüvyonlu kumlarındaki platin, 1828'den başlayarak plakalarda ve madalyalarda ve ruble paraların kazınması için hammaddeye erişim sağladı. Bozuk para için platin üretiminden kalıntılar Rus İmparatorluğu'nda mevcuttu ve bu nedenle bunlarla ilgili araştırmaların çoğu Doğu Avrupa'da yapıldı.

Polonyalı kimyager Jędrzej Śniadecki izole element 44'ün (asteroid Vesta'nın kısa bir süre önce keşfettiği "vestium" olarak adlandırdığı) 1807'de Güney Amerika platin cevherlerinden elde edilmesi mümkündür. 1808'de keşfiyle ilgili bir duyuru yayınladı. Ancak çalışmaları asla doğrulanmadı ve daha sonra keşif iddiasını geri çekti.

Jöns Berzelius ve Gottfried Osann 1827'de neredeyse rutenyum keşfettiler. Aqua regia'daki Ural Dağları'ndan ham platin çözüldükten sonra kalan kalıntıları incelediler. Berzelius olağandışı metaller bulamadı, ancak Osann, pluranyum, rutenyum ve polinium olarak adlandırdığı üç yeni metal bulduğunu düşündü. Bu tutarsızlık, Berzelius ve Osann arasında kalıntıların bileşimi hakkında uzun süredir devam eden bir tartışmaya yol açtı. Osann rutenyum izolasyonunu tekrarlayamadığından, sonunda iddialarından vazgeçti. Analiz edilen numuneler Rusya'daki Ural Dağları'ndan kaynaklandığından, "rutenyum" adı Osann tarafından seçilmiştir. Adın kendisi, günümüz Ukrayna, Belarus, batı Rusya ve Slovakya ve Polonya'nın bazı bölümlerini içeren tarihi bir yer olan Rus 'Latince sözcüğü Ruthenia'dan geliyor.

1844'te Baltık Alman kökenli bir Rus bilim adamı olan Karl Ernst Claus, Gottfried Osann tarafından hazırlanan bileşiklerin, Claus'un aynı yıl keşfettiği az miktarda rutenyum içerdiğini gösterdi. Claus, Kazan Üniversitesi, Kazan'da çalışırken ruble üretiminin platin kalıntılarından rutenyum izole etti, aynı şekilde daha ağır kongener osmiyum da kırk yıl önce keşfedildi. Claus, rutenyum oksidin yeni bir metal içerdiğini ve aqua regia'da çözünmeyen ham platin kısmından 6 gram rutenyum aldığını gösterdi. Yeni elementin ismini seçen Claus şunları söyledi: "Yeni cisimi Anavatanım onuruna rutenyum olarak adlandırdım. Bu isim ile adlandırma hakkım vardı, çünkü Bay Osann rutenyumundan vazgeçti ve kelime kimyada henüz mevcut değil."

Karakteristikleri

Fiziki ozellikleri

Polivalent sert beyaz bir metal olan rutenyum, platin grubunun bir üyesidir ve periyodik tablonun 8. grubundadır.

Diğer tüm grup 8 elementleri en dış kabukta iki elektrona sahipken, rutenyumda en dış kabukta sadece bir elektron vardır (son elektron alt kabuktadır). Bu anomali komşu metaller niyobyum (41), molibden (42) ve rodyumda (45) görülür.

Rutenyum dört kristal modifikasyona sahiptir ve ortam koşullarında kararmaz; 800 °C'ye (1,070 K) ısıtıldığında oksitlenir. Rutenyum, erimiş alkaliler (RuO2−
4) vermek üzere erimiş alkaliler içinde çözülür, asitler (hatta aqua regia) tarafından saldırıya uğramaz, ancak yüksek sıcaklıklarda halojenler tarafından saldırıya uğrar. Gerçekten de, rutenyum oksitleyici maddeler tarafından en kolay saldırıya uğrar. Küçük miktarlarda rutenyum platin ve paladyumun sertliğini artırabilir. Titanyumun korozyon direnci, az miktarda rutenyum ilavesiyle belirgin şekilde arttırılır. Metal, elektrokaplama ve termal ayrışma ile kaplanabilir. Bir rutenyum-molibden alaşımının 10.6 K altındaki sıcaklıklarda süperiletken olduğu bilinmektedir. Rutenyum, grup oksidasyon durumu +8'i kabul edebilen 4d geçiş metallerinin sonuncusudur ve o zaman bile orada daha ağır kongener osmiyumdan daha az stabildir: Bu, tablonun solundan ikinci ve üçüncü sıra geçiş metalleri kimyasal davranışta dikkate değer farklılıklar gösterir. Demir gibi ancak osmiyumdan farklı olarak, rutenyum +2 ve +3 düşük oksidasyon durumlarında sulu katyonlar oluşturabilir.

Rutenyum, molibdende görülen maksimum değerden sonra 4d geçiş metallerinde erime ve kaynama noktalarında ve atomizasyon entalpisinde aşağı doğru bir trendin ilkidir, çünkü 4d alt kabuğu yarıdan fazla doludur ve elektronlar metalik bağlamaya daha az katkıda bulunur. (Önceki element olan Teknesyum‎, yarı dolu [[Kr]4d⁵5s² konfigürasyonu nedeniyle trend dışı olan son derece düşük bir değere sahiptir, ancak 4d serisindeki 3d geçiş serisindeki manganez kadar trendden uzak değildir. ) Daha hafif olan konjener demirin aksine, rutenyum oda sıcaklığında paramanyetiktir, çünkü demir de Curie noktasının üzerindedir.

Bazı yaygın rutenyum iyonları için asidik sulu çözeltideki indirgeme potansiyelleri aşağıda gösterilmiştir:

0.455 V	Ru2+ + 2e−	↔ Ru
0.249 V	Ru3+ + e−	↔ Ru2+
1.120 V	RuO2 + 4H+ + 2e−	↔ Ru2+ + 2H2O
1.563 V	RuO2− 4 + 8H+ + 4e−	↔ Ru2+ + 4H2O
1.368 V	RuO− 4 + 8H+ + 5e−	↔ Ru2+ + 4H2O
1.387 V	RuO4 + 4H+ + 4e−	↔ RuO2 + 2H2O

İzotopları

Doğal olarak oluşan rutenyum yedi kararlı izotoptan oluşur. Ek olarak 34 radyoaktif izotop keşfedilmiştir. Bu radyoizotoplardan en kararlı olanı 373.59 günlük yarılanma ömrüne sahip ¹⁰⁶Ru, 39.26 günlük yarılanma ömrüne sahip ¹⁰³Ru ve 2.9 günlük yarılanma ömrüne sahip ⁹⁷Ru'dur.

Diğer onbeş radyoizotop, 89.93 u (⁹⁰Ru) ila 114.928 u (¹¹⁵Ru) arasında değişen atomik ağırlıklarla karakterize edilmiştir. Bunların çoğunun ⁹⁵Ru (yarı ömür: 1.643 saat) ve ¹⁰⁵Ru (yarı ömür: 4.44 saat) hariç beş dakikadan az yarılanma ömürleri vardır.

En bol izotop olan ¹⁰²Ru'dan önce birincil bozunma modu, elektron yakalamadır ve sonrasındaki birincil mod beta emisyonudur. ¹⁰²Ru öncesi birincil bozunma ürünü teknesyum‎ ve sonraki bozunma ürünü rodyumdur.

¹⁰⁶Ru, uranyum veya plütonyum çekirdeğinin fisyon ürünüdür. Yüksek konsantrasyonlarda tespit edilen atmosferik ¹⁰⁶Ru, 2017 yılında Rusya'da bildirilmemiş bir nükleer kaza olduğu iddia edildi.

Oluşum

Dünya'nın kabuğunda 74. en bol element olan rutenyum nispeten nadirdir ve trilyon başına yaklaşık 100 kısımda bulunur. Bu element genellikle Ural Dağları'ndaki ve Kuzey ve Güney Amerika'daki diğer platin grubu metal cevherlerinde bulunur. Küçük fakat ticari olarak önemli miktarlar, Sudbury, Ontario, Kanada'dan çıkarılan pentlanditte ve Güney Afrika'daki piroksenit yataklarında da bulunur. Rutenyumun doğal formu çok nadir bir mineraldir (Ir, yapısında Ru'nın bir kısmını değiştirir).

Üretim

Her yıl yaklaşık 30 ton rutenyum çıkarılır ve dünya rezervleri 5.000 ton olarak tahmin edilir. Maden platin grubu metal (PGM) karışımlarının bileşimi, jeokimyasal formasyona bağlı olarak büyük ölçüde değişir. Örneğin, Güney Afrika'da çıkarılan PGM'ler ortalama %11 rutenyum içerirken, eski SSCB'de (1992) çıkarılan PGM'ler sadece %2 içerir. Rutenyum, osmiyum ve iridyum küçük platin grubu metaller olarak kabul edilir.

Rutenyum, diğer platin grubu metalleri gibi, ticari olarak nikel ve bakırdan ve platin metalleri cevheri işlemesinden bir yan ürün olarak elde edilir. Bakır ve nikelin elektro-rafine edilmesi sırasında, gümüş, altın ve platin grubu metalleri gibi asil metaller, ekstraksiyon için hammadde olan anot çamuru olarak çökelir. Metaller, besleme stoğunun bileşimine bağlı olarak çeşitli yöntemlerden herhangi biri ile iyonize çözünenlere dönüştürülür. Temsili bir yöntem, sodyum peroksit ile füzyonu takiben aqua regia'da çözündürme ve klorin hidroklorik asit ile bir karışımında çözeltidir. Osmiyum, rutenyum, rodyum ve iridyum aqua regiada çözünmez ve kolayca çökelir ve diğer metalleri çözelti içinde bırakır. Rodyum, erimiş sodyum bisülfat ile işlenerek kalıntıdan ayrılır. Ru, Os ve Ir içeren çözünmeyen kalıntı, içinde çözünmeyen Ru ve Os tuzları üreten, Ir'nın çözünmediği sodyum oksit ile muamele edilir. Uçucu oksitlere oksidasyondan sonra, RuO
4, (NH₄)₃RuCl₆'nın amonyum klorür ile çökeltilmesi veya uçucu osmiyum tetroksitin organik çözücülerinin damıtılması veya ekstraksiyonu ile OsO
4'ten ayrılır. Hidrojen, bir toz veren amonyum rutenyum klorürü azaltmak için kullanılır. Ürün, hidrojen kullanılarak indirgenir, metal, toz metalurjisi teknikleri veya argon-ark kaynağı ile işlenebilen bir toz veya sünger metal olarak elde edilir.

Kimyasal bileşikler

Rutenyumun oksidasyon durumları 0 ila +8 ve −2 arasında değişir. Rutenyum ve osmiyum bileşiklerinin özellikleri genellikle benzerdir. +2, +3 ve +4 durumları en yaygın olanlarıdır. En yaygın öncü rutenyum triklorür, kimyasal olarak zayıf fakat sentetik olarak çok yönlü olan kırmızı bir katıdır.

Oksitler ve kalkogenitler

Rutenyum, sodyum metaperiodat ile uçucu sarı tetrahedral rutenyum tetroksite oksitlenebilen rutenyum (IV) okside (RuO₂, oksidasyon durumu +4) oksitlenebilir, RuO₄, osmiyum tetroksite benzer yapı ve özelliklere sahip agresif, güçlü bir oksitleyici ajandır. RuO₄ çoğunlukla cevherlerden ve radyo atıklarından rutenyumun saflaştırılmasında bir ara madde olarak kullanılır.

Dipotasyum rutenat (K₂RuO₄, +6) ve potasyum perrutenat (KRuO₄, +7) de bilinmektedir. Osmiyum tetroksitten farklı olarak, rutenyum tetroksit, daha az stabildir ve seyreltilmiş hidroklorik asit ve etanol gibi organik çözücüleri oda sıcaklığında oksitlemek için bir oksitleyici ajan olarak yeterince güçlüdür ve sulu alkalin çözeltilerinde kolayca rutenatlanmaya (RuO2−
4) indirgenir; 100 °C'nin üzerinde dioksit oluşturmak için ayrışır. Demirin aksine, osmiyum gibi rutenyum, düşük +2 ve +3 oksidasyon durumlarında oksit oluşturmaz. Rutenyum, pirit yapısında kristalleşen diamagnetik yarı iletkenler olan dikhalkogenidleri oluşturur. Rutenyum sülfür (RuS₂) doğal olarak mineral laurit olarak bulunur.

Demir gibi rutenyum kolayca oksoanyonlar oluşturmaz ve bunun yerine hidroksit iyonları ile yüksek koordinasyon sayıları elde etmeyi tercih eder. Rutenyum tetroksit, soğuk seyreltilmiş potasyum hidroksit ile indirgenir ve siyah potasyum perruthenat, KRuO₄, rutenyum +7 oksidasyon durumunda olur. Potasyum perrutenat, potasyum rutenat, K₂RuO₄'ün klor gazı ile oksitlenmesi yoluyla da üretilebilir. Perrutenat iyonu kararsızdır ve turuncu rutenat oluşturmak için su ile indirgenir. Potasyum rutenat, rutenyum metalinin erimiş potasyum hidroksit ve potasyum nitrat ile reaksiyona sokulmasıyla sentezlenebilir.

M^IIRu^IVO₃, Na₃Ru^VO₄, Na
2RuV
2O
7, ve MII
2LnIII
RuV
O
6 gibi bazı karışık oksitler de bilinmektedir.

Halojenürler ve okshalidler

Bilinen en yüksek rutenyum halid, 54 °C'de eriyen koyu kahverengi bir katı olan heksafluorürdür. Su ile temas ettiğinde şiddetli bir şekilde hidrolize olur ve florin gazını serbest bırakarak düşük rutenyum florürlerin bir karışımını oluşturmak için kolayca orantısızlaşır. Rutenyum pentaflorür, 86.5 °C'de eritilerek kolayca hidrolize edilen tetramerik koyu yeşil bir katıdır. Sarı rutenyum tetraflorür muhtemelen polimeriktir ve pentaflorürün iyotla azaltılmasıyla oluşturulabilir. Rutenyumun ikili bileşikleri arasında, bu yüksek oksidasyon durumları sadece oksitlerde ve florürlerde bilinmektedir.

Rutenyum triklorür, siyah bir a-formunda ve koyu kahverengi bir P-formunda bulunan iyi bilinen bir bileşiktir: trihidrat kırmızıdır. Bilinen trihalidlerden triflorür koyu kahverengidir ve 650 °C'nin üzerinde ayrışır, tetrabromid koyu kahverengidir ve 400 °C'nin üzerinde ayrışır ve triiyodür siyahtır. Dihalidlerden diflorür bilinmemektedir, diklorür kahverengi, dibromid siyahtır ve diiyodür mavidir. Bilinen tek okshalid, soluk yeşil rutenyum (VI) oksiflorür, RuOF₄'tür.

Koordinasyon ve organometalik kompleksler

Rutenyum çeşitli koordinasyon kompleksleri oluşturur. Örnekler, hem Ru (II) hem de Ru (III) için sıklıkla mevcut olan birçok pentaammin türevidir [Ru(NH₃)₅L]ⁿ⁺. Bipiridin ve terpiridin türevleri çoktur, en iyi bilinenleri lüminesan tris (bipiridin) rutenyum (II) klorürdür.

uthenium, karbon-rutenyum bağları olan çok çeşitli bileşikler oluşturur. Grub'ların katalizörü alken metatezinde kullanılır. Rutenosen yapısal olarak ferrosene benzer, ancak belirgin redoks özellikleri gösterir. Renksiz sıvı rutenyum pentakarbonil, CO basıncı olmadan koyu kırmızı katı trirutenyum dodesekarbonile dönüşür. Rutenyum triklorür, karbon monoksit ile reaksiyona girerek RuHCl(CO)(PPh₃)₃ ve Ru(CO)₂(PPh₃)₃ (Roper kompleksi) dahil birçok türev verir. Rutenilfosfınli alkollerde rutenyum triklorürün ısıtma çözeltileri, tris (trifenilfosfin) rutenyum diklorür (RuCl₂(PPh₃)₃), hidrit kompleks klorohidridotris (trifenilfosfin) rutenyum (II) (RuHCl(PPh₃)₃) 'e dönüşür.

Uygulamalar

2016 yılında yaklaşık 30.9 ton rutenyum tüketilmiştir, bunların 13.8'i elektriksel uygulamalarda, 7.7'si katalizde ve 4.6'sı elektrokimyada tüketilmiştir.

Platin ve paladyum alaşımlarını sertleştirdiği için, rutenyum elektrik kontaklarda kullanılır, burada ince bir film istenen dayanıklılığı elde etmek için yeterlidir. Benzer özelliklere ve rodyumdan daha düşük maliyete sahip olan elektrik kontakları, rutenyumun ana kullanımıdır. Rutenyum plakası, elektrik teması ve elektrot bazlı metale elektrokaplama veya püskürtme yoluyla uygulanır.

Kalın film çip dirençlerinde kurşun ve bizmut rutenatlı rutenyum dioksit kullanılır. Bu iki elektronik uygulama rutenyum tüketiminin %50'sini oluşturmaktadır.

Rutenyum nadiren platin grubunun dışındaki metallerle alaşımlıdır, burada küçük miktarlar bazı özellikleri iyileştirir. Titanyum alaşımlarındaki ilave korozyon direnci, %0.1 rutenyum ile özel bir alaşımın gelişmesine yol açtı. Rutenyum ayrıca, jet motorlarında türbinleri içeren uygulamalarla birlikte, bazı gelişmiş yüksek sıcaklık tek kristal süper alaşımlarında da kullanılır. EPM-102 (%3 Ru ile), TMS-162 (%6 Ru ile), TMS-138, ve TMS-174 gibi birkaç nikel bazlı süper alaşım bileşimi tarif edilir, bunlar ikincisi %6 renyum içerir. Dolma kalem uçları sıklıkla rutenyum alaşımı ile uçlanır. 1944'ten itibaren Parker 51 dolmakalemine, %96.2 rutenyum ve %3.8 iridyum içeren 14K altın uçlu "RU" ucu takıldı.

Rutenyum, yeraltı ve batık yapıların katodik koruması ve tuzlu sudan klor üretimi gibi işlemler için elektrolitik hücreler için kullanılan karışık metal oksit (MMO) anotlarının bir bileşenidir. Bazı rutenyum komplekslerinin flüoresansı, oksijen için optod sensörlerinde kullanım bularak oksijen ile söndürülür. Rutenyum kırmızısı, [(NH₃)₅Ru-O-Ru(NH₃)₄-O-Ru(NH₃)₅]⁶⁺, ışık mikroskopisi ve elektron mikroskopisi için pektin ve nükleik asitler gibi polianyonik molekülleri lekelemek için kullanılan biyolojik bir lekedir. Rutenyumun beta bozunma izotopu 106, göz tümörlerinin radyoterapisinde, özellikle uveanın malign melanomlarında kullanılır. Rutenyum merkezli kompleksler olası antikanser özellikleri açısından araştırılmaktadır. Platin kompleksleri ile karşılaştırıldığında, rutenyum kompleksleri hidrolize karşı daha fazla direnç ve tümörler üzerinde daha seçici etki gösterir.

Kataliz

Rutenyum içeren birçok bileşik yararlı katalitik özellikler sergiler. Katalizörler uygun olarak reaksiyon ortamında çözünür olanlara, homojen katalizörlere ve heterojen katalizörler olarak adlandırılanlara ayrılmaz.

Rutenyum nanopartiküller halloysit içinde oluşturulabilir. Bu bol mineral doğal olarak Ru nanokluster sentezini ve ürünlerini endüstriyel katalizde daha sonra kullanmak için destekleyebilen yuvarlak nanosheets (nanotüpler) yapısına sahiptir.

Homojen kataliz

Rutenyum triklorür içeren çözeltiler, olefin metatezisi için oldukça aktiftir. Bu tür katalizörler ticari olarak örneğin polinorbornen üretimi için kullanılır. İyi tanımlanmış rutenyum karben ve alkiliden kompleksleri karşılaştırılabilir reaktivite gösterir ve endüstriyel işlemlere mekanik bakış açısı sağlar. Grubbs'un katalizörleri, örneğin, ilaçların ve ileri materyallerin hazırlanmasında kullanılmıştır.

RuCl3-katalizli halka açıcı metatez polimerizasyon reaksiyonu veren polinorbornen.

Rutenyum kompleksleri transfer hidrojenasyonları için yüksek oranda aktif katalizörlerdir (bazen "ödünç veren hidrojen" reaksiyonları olarak da adlandırılır). Bu işlem, ketonların, aldehitlerin ve iminlerin enantiyoselektif hidrojenasyonu için kullanılır. Bu reaksiyon, Ryoji Noyori tarafından sunulan kiral rutenyum kompleksleri kullanılarak sömürülür. Örneğin, (smen) Ru(S, S-TsDPEN), benzilin (R, R) -hidrobenzoine hidrojenlenmesini katalize eder. Bu reaksiyonda, format ve su/alkol H2 kaynağı olarak işlev görür:

[RuCl (S, S-TsDPEN) (smen)] - katalize edilmiş (R, R) -hidrobenzoin sentezi (verim %100, ee>% 99)

Asimetrik hidrojenasyon alanına katkılarından dolayı 2001 yılında Ryōji Noyori'ye Nobel Kimya Ödülü verildi.

2012 yılında organik bir rutenyum katalizörü ile çalışan Masaaki Kitano ve ortakları, elektron verici ve geri dönüşümlü hidrojen deposu olarak kararlı bir elektrür kullanarak amonyak sentezi gösterdiler. Yerel tarımsal kullanım için küçük ölçekli, aralıklı amonyak üretimi, izole kırsal kurulumlarda rüzgar türbinleri tarafından üretilen güç için bir evye olarak elektrik şebekesi bağlantısının yerine geçebilir.

Heterojen kataliz

Rutenyum destekli kobalt katalizörleri Fischer-Tropsch sentezinde kullanılır.

Gelişen uygulamalar

Bazı rutenyum kompleksleri görünür spektrum boyunca ışığı emer ve güneş enerjisi teknolojileri için aktif olarak araştırılmaktadır. Örneğin, rutenyum bazlı bileşikler, umut vaat eden yeni düşük maliyetli bir güneş pili sistemi olan boyaya duyarlı güneş pillerinde ışık emilimi için kullanılmıştır.

Rutenyum bazlı birçok oksit, kuantum kritik nokta davranışı, egzotik süperiletkenlik (stronsiyum rutenat formunda) ve yüksek sıcaklıkta ferromanyetizma gibi olağandışı özellikler gösterir.

Rutenyum ince filmlerin mikroelektronikteki uygulamaları

Nispeten yakın zamanda, rutenyumun mikroelektronik bileşenlerde diğer metallerin ve silikatların yerini alabilecek bir malzeme olarak önerilmiştir. Rutenyum tetroksit (RuO₄), rutenyum trioksit (RuO₃) gibi oldukça uçucudur. Rutenyumu (örneğin bir oksijen plazmasıyla) uçucu oksitlere oksitleyerek, rutenyum kolayca şekillendirilebilir. Ortak rutenyum oksitlerin özellikleri rutenyumun mikroelektronik üretmek için gereken yarı iletken işleme teknikleriyle uyumlu bir metal olmasını sağlar.

Mikroelektronikin minyatürleştirilmesine devam etmek için boyutlar değiştikçe yeni malzemeler gerekmektedir. Mikroelektronikte ince rutenyum filmleri için üç ana uygulama vardır. Birincisi, yeni nesil üç boyutlu dinamik rastgele erişim anılarında (DRAM'ler) tantal pentoksitin (Ta₂O₅) veya baryum stronsiyum titanatın ((Ba, Sr)TiO₃ her iki tarafında elektrot olarak ince rutenyum filmleri kullanmaktır. Rutenyum ince film elektrotlar ayrıca başka bir RAM, ferroelektrik rasgele erişim belleğinde (FRAM) kurşun zirkonat titanatın (PZT olarak da bilinen (Pb(Zr_xTi_1−x)O₃ üzerine de yerleştirilebilir. Platin, laboratuvar ortamlarında RAM'lerde elektrot olarak kullanılmıştır, ancak desenlenmesi zordur. Rutenyum kimyasal olarak platin'e benzer, RAM'lerin işlevini korur, ancak Pt modellerinin aksine. İkincisi, p-katkılı metal-oksit-yarı iletken alan etki transistörlerinde (p-MOSFET'ler) metal kapılar olarak ince rutenyum filmleri kullanmaktır. MOSFET'lerde silisit kapılarını metal kapılarla değiştirirken, metalin temel özelliği çalışma işlevidir. Çalışma fonksiyonunun çevredeki malzemelerle eşleşmesi gerekir. P-MOSFET'ler için rutenyum çalışma fonksiyonu, istenen elektriksel özelliklere ulaşmak için HfO₂, HfSiO_x, HfNO_x, ve HfSiNO_x gibi çevre malzemelerle eşleşen en iyi malzeme özelliğidir. Rutenyum filmleri için üçüncü büyük ölçekli uygulama, bakır çift damassen işleminde TaN ve Cu arasında bir kombinasyon yapışma arttırıcı ve elektrokaplama tohumu katmanıdır. Bakır tantal nitrürün aksine doğrudan rutenyum üzerine elektrolize edilebilir. Bakır ayrıca TaN'ye zayıf, ama Ru'ya iyi yapışır. TaN bariyer tabakası üzerine bir rutenyum tabakası bırakılarak, bakır yapışması geliştirilir ve bir bakır tane tabakasının birikmesi gerekli olmaz.

Başka önerilen kullanımlar da vardır. 1990'da IBM bilim adamları, ince bir rutenyum atomu tabakasının, bitişik ferromanyetik tabakalar arasında, diğer manyetik olmayan boşluk katmanı elemanlarından daha güçlü, güçlü bir anti-paralel bağlantı oluşturduğunu keşfetti. Böyle bir rutenyum tabakası, sabit disk sürücüleri için ilk dev manyetik dirençli okuma elemanında kullanılmıştır. 2001 yılında IBM, resmî olarak "pixie tozu" olarak adlandırılan, mevcut sabit disk sürücüsü ortamının veri yoğunluğunun dört katına çıkmasına izin verecek üç atom kalınlığında bir element rutenyum katmanı duyurdu.

Sağlık sorunları

Rutenyum ve bileşikleri çok zehirlidir ve kanserojen olarak kabul edilirler - kemiklerde emilme eğilimindedirler ve cildi lekeleyebilirler. Bu elementle çalışırken koruyucu giysiler giyilmelidir.