钌

化学元素

钌（Ruthenium），元素周期表第五周期第8族过渡金属，属铂系元素。元素符号Ru，原子序数44，相对原子质量101.07。是有光泽的银白色金属，比较脆。六方晶系。相对密度为12.45g/cm3（20℃），熔点2334℃，沸点4150℃。电阻率7.6x10-8Ω·m（20℃）。具有化学惰性。在空气、卤素、水和酸中稳定，可和熔融碱作用。主要氧化态有+2，+3，+4，在氧化物中达到+8。自然界中常以单质存在，常由精炼镍的废料中提取。

研究简史

1828年，俄罗斯人在乌拉尔发现了铂的矿藏，塔尔图大学化学教授奥桑首先研究了铂，认为其中除了铂外，还有三个新元素。奥桑把他分离出的新元素样品寄给了贝齐里乌斯，贝齐里乌斯认为其中只有pluranium一个是新金属元素，其余的分别是硅石和钛、锆以及铱的氧化物的混合物。

1844年，喀山大学化学教授克劳斯重新研究了奥桑的分析工作，肯定了铂矿在残渣中确实有一种新金属存在，就用奥桑为纪念他的祖国俄罗斯而命名它为ruthenium，元素符号定为Ru。中文译成钌。克劳斯取得新金属钌后，也将样品寄给贝齐里乌斯，请求指教。贝齐里乌斯认为它是不纯的铱。可是克劳斯和奥桑不同，没有理睬贝齐里乌斯的意见，敢于向权威挑战，继续进行自己的研究，并且将每次制得的样品连同详细的说明逐一寄给贝齐里乌斯。最后事实迫使贝齐里乌斯在1845年发表文章，承认钌是一个新元素。在俄罗斯，由科学院的几位院士们组成一个专门委员会，审查克劳斯得到的结果，确认了他的发现。

1968年，日本科学家Ryoji Noyori发现手性钌催化剂可以立体选择性地催化氢化一类不饱和羧酸，并因此获得2001年诺贝尔化学奖。

1992年，美国科学家Robert H. Grubbs发现一类钌金属催化剂可以催化烯烃复分解反应，并因此获得了2005年诺贝尔化学奖。

理化性质

物理性质

钌为银白色金属，密度12.45g/cm3，熔点为2334℃，沸点4150℃。钌质脆坚硬，不易机械加工，耐磨性强。钌是硬度很大的金属，它有4种晶型。

化学性质

钌的外围电子构型为4d75s1，钌有-2、0、+1、+2、+3、+4、+5、+6、+7、+8共10种价态，这是钌的突出特点。高价钌没有高价锇稳定。Ru(Ⅷ)仅有一个化合物四氧化钌RuO4，而Os(Ⅷ)的化合物较多。3价是钌的常见价态，Ru(III)与Rh(III)，Ir(III)性质的相似程度超过Ru(III)与Os(III)的相似性。钌不与无机酸作用。钌与过氧化钠共熔，生成钌酸钠Na2RuO4。如果在Na2RuO4水溶液中通入氯气，同时加热，则有四氧化钌RuO4挥发出来。

空气基本不会氧化钌，在氧气中加热钌，会生成二氧化钌（RuO2）。

第二和第三过渡系相应元素的化学性质一般会比较接近。但在这一列元素中，在周期表中紧靠在钌下面的锇会在空气中燃烧，并生成四氧化锇（OsO4）。

钌可以与过量的氟气发生反应，生成六氟化钌。

在氯气和一氧化碳中，把金属钌加热到330℃时，会生成深棕色的氯化钌（Ⅲ）（RuCl3）。在氯气中继续加热，会得到黑色的氯化钌（Ⅲ）。

制备方法

钌的工业生产途径很复杂，这是因为钌的矿物中还会含有其他金属，如铑、钯、银、铂和金。分离铱、铑、铂和钯等贵金属有时是一些特殊行业的主要活动，有时它们则是一些其他行业的副产品。存在于矿物中的其他金属使分离过程变得十分复杂。分离钌的唯一目的是，钌是一种有着很多用途的特种材料，是制造很多工业催化剂的基础。

制备钌首先需要对矿石或生产贱金属后的副产品进行预处理，以除去银、金、钯和铂，然后把残渣与重硫酸盐（NaHSO4）共熔，再用水浸泡所得到的混合物。这样就得到了含有硫酸铑Rh2(SO4)3的溶液，而钌则留在沉淀中。把沉淀与Na2O2共熔，再用水浸泡，这样就得到了含有钌和锇的盐溶液（含有RuO42-和OsO4(OH)22-），沉淀中含有二氧化铱（IrO2）。把含有钌和锇的盐的溶液与氯气反应，可以得到挥发性的RuO4和OsO4。钌的氧化物可溶于盐酸，并生成H3RuCl6。用NH4Cl处理所得的溶液，钌就会以(NH4)3RuCl6的形式沉淀下来。最后，蒸干并在氢气中燃烧沉淀，就可以得到纯净的金属钌。

应用领域

工业用途

钌的工业应用主要是电子工业、化学工业、电化学行业和其他高科技领域，凡是制造或使用钌产品的部门都会产生钌的二次资源。世界著名贵金属公司德国的贺利氏与巴斯夫、英国的庄信万丰、比利时的优美科、日本的田中贵金属株式会社与古屋金属公司、中国的贵研铂业股份有限公司与台湾光洋应用材料科技股份公司、俄罗斯的克拉斯诺亚尔斯克市有色金属加工厂主要承载世界上钌基产品的研发与制造，也承载着钌的精炼提纯与二次资源回收利用。

钌主要用于生产计算机硬盘。上游溅射靶材的生产商产生的钌废料主要为钌边角废料、废靶、残靶和防护罩，废料集中度高、易收集、钌含量高、数量巨大，是钌的二次资源主要来源。随着处理此类废料的工艺改进，钌精炼生产线的建立及产能提升，大大缩短了钌精炼周期，导致该行业减少了钌的日常库存，削减了对矿产钌的需求，影响全球钌的供需关系，大大降低了钌的价格。氯碱工业、化学工业、电子工业的钌基厚膜领域和其他高科技领域能回收部分钌，化学工业失效钌均相催化剂回收困难。

钌铑合金，钌铑合金用高频感应加热炉氩气保护熔炼，常用做催化剂。

氧化钌，用于化工催化剂，是制作电阻和电容器的重要材料。

水合三氯化钌，主要用作催化剂，如氯碱工业电解槽的金属阳极活性涂层等，也用作制备十二羰基三钌等许多钌化合物的原料。

医疗用途

近年来，非铂类金属抗癌药物的研究得到了很大的发展，大多数报告认为钌的配合物低毒性、易吸收并可很快排泄，更重要的是钌配合物易于被肿瘤组织吸收。国际上也普遍认为，钌配合物将成为最有前途的抗癌药物之一。

计算化学数据

数据：

1.疏水参数计算参考值（XlogP）:无

2.氢键供体数量:0

3.氢键受体数量:0

4.可旋转化学键数量:0

5.互变异构体数量:无

6.拓扑分子极性表面积0

7.重原子数量:1

8.表面电荷:0

9.复杂度:0

10.同位素原子数量:0

11.确定原子立构中心数量:0

12.不确定原子立构中心数量:0

13.确定化学键立构中心数量:0

14.不确定化学键立构中心数量:0

15.共价键单元数量:1

分布情况

钌矿十分稀少，主要分布在北美洲、南美洲和南非。钌有时还会与镍伴生并形成矿藏，可从与镍伴生的矿物中进行钌的工业化生产。

钌在地壳中的含量为1x10-7%，是铂系中最稀有的金属。在自然界中分布极为分散，常与铂系其它元素共存于矿石中，例如原铂矿、镍黄铁矿、硫化镍铜矿等。亮锇铱矿中钌的含量较多，也存在于锇和铱的自然合金中。

钌在地壳中的平均含量为0.001g/t，没有单独的矿床，在铂族金属提取富集过程中副产回收。全世界年产量约10吨多，主要由南非（约占78%）和俄罗斯（约20%）提供。

安全措施

环境危害

主要危险是钌细粉或粉尘的爆炸性。当金属在室温下暴露于氧化剂类型的化学物质（如氯化钾）时，金属会迅速氧化（爆炸）。它的少数几种化合物中大多数都具有毒性，应避免烟雾。

危害防治

如果不小心吸入钌金属粉末，请立即将患者转移至新鲜空气处；若皮肤接触到钌金属，请立即脱去污染的衣着，并用肥皂水和清水彻底清洗，若接触部分仍有不适感，请立即前往医院就医；若眼睛中不小心进入了钌金属，请立即分开眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗，冲洗结束后立即前往医院就医；若不小心误食钌金属，请立即漱口并禁止催吐，漱口结束后立即前往医院就医。

当由钌金属引发的火灾时，可以使用水雾、干粉、泡沫或二氧化碳灭火剂灭火，但避免使用直流水灭火，直流水可能导致可燃性液体的飞溅，使火势扩散。

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