钌（硬质的白色金属）

钌

硬质的白色金属

钌（Ruthenium）是一种硬而脆呈浅灰色的多价稀有金属元素，元素符号是Ru，是铂族金属中的一员，在地壳中含量仅为十亿分之一，是最稀有的金属之一，性质很稳定，耐腐蚀性很强，常温即能耐盐酸、硫酸、硝酸以及王水的腐蚀。钌是铂族金属中最便宜的一种金属，尽管铂、钯等其他金属都比钌丰富一些。

发现过程

钌的发现过程 ：钌是铂系元素中在地壳中含量最少的一个，也是铂系元素中最后 被发现的一个。它在铂被发现100多年后，比其余铂系元素晚40年才被发现。不过，它的名字早在1828年就被提出来了。当时俄国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它，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的ruthenium命名它，元素符号定为Ru。我们译成钌 。

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。

由上可见，钌的用途多种多样，当然作为稀有金属之一，它也是工业用必不可少的金属元素之一，钌是一种硬而脆呈浅灰色的多价稀有金属元素，是铂族金属中的一员。所以钌是工业用的贵重金属元素，也是不可或缺的金属元素之一。

分布

由于特殊物理化学性质和相对低廉的价格，关于钌的研究将会非常活跃，应用前景十分光明。全球95%的铂族金属伴生在铜镍硫化矿中，矿藏地和冶炼地集中在南非、俄罗斯

美国和加拿大，根据资料2012 年世界铂族金属总储量约为66000 t。进行商业采掘的铂族金属矿主要有南非的布什维尔德杂岩中麦伦斯基矿(Merensky Reef)和UG2 铬铁矿层、俄罗斯的诺里尔斯克矿(Norilsk)、美国的斯蒂尔沃特矿(Stillwater)、加拿大的萨德伯里矿(Sudbury)和津巴布韦的大岩墙矿(Great Dyke)。主要铂族金属矿中，钌的含量

比铂低很多，南非的Platreef 矿中，铂:钌为10:1；南非的Merensky Reef 矿和UG2 铬铁矿中，铂:钌为7:1；美国的Stillwater 矿中，铂:钌为4.7:1。南非的布什维尔德杂岩体矿中铂族金属品位为3.1~17.1 g/t，俄罗斯的诺里尔斯克矿中铂族金属平均品位为8.91 g/t，美国的斯蒂尔沃特杂岩矿体中铂族金属平均品位为25 g/t。

物理性质

硬质的白色金属，密度12.30克/厘米3。熔点2310℃，沸点3900℃。化合价2、3、4和8。第一电离能7.37电子伏特。

元素名称：钌

元素符号：Ru

元素英文名称：ruthenium

元素类型：金属元素

原子体积:(立方厘米/摩尔)8.3

元素在太阳中的含量:(ppm)

0.005

地壳中含量：（ppm）

0.001

相对原子质量：101.1

原子序数：44

质子数：44

中子数：

同位素:

摩尔质量：101

原子半径：

所属周期：5

所属族数：VIII

电子层排布： 2-8-18-15-1

核电荷数：44

电子层：K-L-M-N-O

外围电子层排布：4d7 5s1

氧化态：

MainRu+3

OtherRu-2, Ru0, Ru+1, Ru+2, Ru+4, Ru+5, Ru+6, Ru+7, Ru+8

晶体结构：晶胞为六方晶胞。

晶胞参数：

a = 270.59 pm

b = 270.59 pm

c = 428.15 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 120°莫氏硬度：6.5

电离能 (kJ /mol)

M - M+ 711

M+ - M2+ 1617

M2+ - M3+ 2747

M3+ - M4+ 4500

M4+ - M5+ 6100

M5+ - M6+ 7800

M6+ - M7+ 9600

M7+ - M8+ 11500

M8+ - M9+ 18700

M9+ - M10+ 20900

声音在其中的传播速率：（m/S）

5970

常见化合价：+2,+3,+4,+8

单质：

单质化学符号：Ru

颜色和状态：

密度：12.2 g/cm^3

熔点： 2523K

沸点： 4423K

发现人：克劳斯 发现年代：1844年

化学特性

名称，符号， 序号： 钌、Ru、44

系列：过渡金属

族, 周期， 元素分区 8族, 5, d

密度、硬度 12370 kg/m3、6.5

颜色和外表 银白色金属

地壳含量 无数据

原子属性：

原子量 101.07 原子量单位

原子半径（计算值） 130（178）pm

共价半径 126 pm范德华半径 无数据

价电子排布 [氪]4d75s1

电子在每能级的排布 2，8，18，15，1

氧化价（氧化物） 2，3，4，6，8（弱酸性）

晶体结构 六角形

物理属性：

物质状态 固态，磁性

熔点 2607 K（2334 °C）

沸点 4423 K（4150 °C）

摩尔体积 8.17×10-6m3/mol

汽化热 595 kJ/mol

熔化热 24 kJ/mol

蒸气压 1.4 帕（2523K）

声速 5970 m/s（293.15K）

其他性质：

电负性 2.2（鲍林标度）

比热 238 J/(kg?K)

电导率 13.7×106/(米欧姆)

热导率 117 W/(m?K)

第一电离能 710.2 kJ/mol

第二电离能 1620 kJ/mol

第三电离能 2747 kJ/mol

最稳定的同位素

同位素 丰度半衰期衰变模式 衰变能量

MeV 衰变产物

96Ru 5.52 % 稳定

98Ru 1.88 % 稳定

99Ru 12.7 % 稳定

100Ru 12.6 % 稳定

101Ru 17.0 % 稳定

102Ru 31.6 % 稳定

104Ru 18.7 % 稳定

106Ru 人造 373.59天 β衰变 0.039 106Rh

在没有特别注明的情况下使用的是，国际标准基准单位单位和标准气温和气压，钌是一种化学元素，它的化学符号是Ru，它的原子序数是44。它的拼音名称是俄罗斯的意思。钌是银白色的过渡金属。钌可在铂矿中发现，亦在一些铂合金中用作催化剂。

硬质的白色金属，密度12.30克/厘米3。熔点2310℃，沸点3900℃。化合价2、3、4和8。第一电离能7.37电子伏特。化学性质很稳定。在温度达100℃时，对普通的酸包括王水在内均有抗御力，对氢氟酸和磷酸也有抗御力。在室温时，氯水、溴水和醇中的碘能轻微地腐蚀钌。对很多熔融金属包括铅、锂、钾、钠、铜、银和金有抗御力。与熔融的碱性氢氧化物、碳酸盐和氰化物起作用。

化合物

钌的主要化合物及其性质如下：

三氯化钌（水合物）

中文名：三氯化钌（水合物）

分子式：RuCl3·3H2O

分子量：255.60

CAS号：14898-67-0

性状：褐黑色结晶

用途：用作干燥剂、吸附剂、催化剂载体

碘化钌

中文名：碘化钌

分子式：I3Ru

分子量：481.78

CAS号：13896-65-6

性状：黑色粉末

醋酸钌

中文名：醋酸钌

分子式：Ru(OAc)3

CAS号：72196-32-8

二茂钌

中文名：二茂钌

分子式：(C5H5)2Ru

分子量：231.26

CAS号：1287-13-4

性状：浅黄色晶体

氧化钌

中文名：氧化钌

分子式：RuO2.nH2O

分子量：133.07

CAS号：32740-79-7

性状：蓝黑色晶体、密度g/cm3（25℃）

用途：化工催化剂，是制作电阻和电容器的重要原料,也是制备RuO4的原料。

氯钌酸钾

中文名：氯钌酸钾

分子式：K2RuCl5·nH2O

分子量：356.53

CAS号：14404-33-02

性状：棕色结晶粉末

羰基氯化钌

中文名：羰基氯化钌

分子式：C6Cl4O6Ru2

分子量：512.01

CAS号：22941-53-3

性状：浅黄色结晶

三氯化钌

中文名：三氯化钌

分子式：Cl3Ru

分子量：207.43

CAS号：10049-08-8

性状：α型：黑色固体，不溶于水和乙醇。β型：棕色固体，相对密度3.11，高于500℃分解

用途：能与许多试剂反应生成多种络合物，是制备许多钌络合物的起始物，还是许多有机物的聚合、异构化、加氢等反应的催化剂

四羰基二氯化二钌

中文名：四羰基二氯化二钌

分子式：CH2Cl3ORu

分子量：239.29

CAS号：14523-22-9

性状：橘红色结晶。溶于正己烷、苯。固态在空气中稳定，与水接触分解

用途：用作十六羰基六铑和乙酰丙酮二羰基铑的原料

应用种类

钌的用途主要由钌的物理化学性质决定，钌是硬质的白色金属，密度12.30克/厘米3。熔点2310℃，沸点390 0℃。化合价2、3、4和8。第一电离能7.37电子伏特。化学性质很稳定。在温度达100℃时，对各种酸包括王水在内均有抗御力，对氢氟酸和磷酸也有抗御力。 钌在室温时，氯水、溴水和醇中的碘能轻微地腐蚀钌。对很多熔融金属包括铅、锂、钾、钠、铜、银和金有抗御力。与熔融的碱性氢氧化物、碳酸盐和氰化物起作用。 钌的元素来源：由铂金属的自然合金中提取 。

1、铑钌合金：以铑为基含钌的二元合金。钌在铑中的最大溶解度＞20%，RhRu10合金的铸态维氏硬度为1344。铑钌合金用高频感应加热炉氩气保护熔炼，铸锭经热轧和少量的冷加工成材，常用做催化剂。

2、钌系电阻浆料：电导电材料（二氧化钌、钌酸铋、钌酸铅等）玻璃粘结剂、有机载体等组成的使用最广泛的一种电阻浆料，具有阻值范围宽、电阻温度系数低、阻值重现性好、环境稳定的性好等优点，用于制作高性能电阻和高可靠精密电阻网络 。

3、超细水合二氧化钌粉：有于生产厚膜电阻浆料或催化剂用的黑色或蓝黑色超细粉未，其中钌的质量分数为60%～71%。粉未的平均粒度＜1.0um，松装密度为0.5～0.9g/cm，振实密度为1.0～1.4g/cm-3。

4、钌基厚膜电阻浆料：由二氧化钌粉、钌酸盐、无机添加物和有机载体组成的一种满足于印制或涂敷的膏状物，用于厚膜混合集成电路、电阻网络。钌电阻浆料的烧成条件为烧成峰值温度840～860℃，峰值温度保温时间8～10min，烧结周期30～60min。

5、钌是极好的催化剂：用于氢化、异构化、氧化和重整反应中。纯金属钌用途很少。它是铂和钯的有效硬化剂。用它制造电接触合金，以及硬磨硬质合金等。2016年，诺贝尔化学奖获得者、南加利福尼亚大学化学系教授乔治·欧拉率领团队，首次采用基于金属钌的催化剂，将从空气中捕获的二氧化碳直接转化为甲醇燃料，转化率高达79%。

参考资料

1.京都大学开发出具有铑特性的钯钌合金 可延长燃料电池寿命、降低催化剂价格·人民网