Ruthénium

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Ruthénium
TechnétiumRuthéniumRhodium
Fe
   
 
44
Ru
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Ru
Os
Tableau completTableau étendu
Informations générales
Nom, symbole, numéro Ruthénium, Ru, 44
Série chimique métaux de transition
Groupe, période, bloc 8, 5, d
Masse volumique 12,1 g·cm-3 (20 °C)[1]
Dureté 6,5
Couleur Blanc argenté métallique
No CAS 7440-18-8 [2]
No EINECS 231-127-1
Propriétés atomiques
Masse atomique 101,07 ± 0,02 u[1]
Rayon atomique (calc) 130 pm (178 pm)
Rayon de covalence 146 ± 7 pm [3]
Configuration électronique [Kr] 4d7 5s1
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 15, 1
État(s) d’oxydation 2, 3, 4, 6, 8
Oxyde Acide faible
Structure cristalline Hexagonal compact
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Point de fusion 2 334 °C [1]
Point d’ébullition 4 150 °C [1]
Énergie de fusion 24 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 595 kJ·mol-1
Volume molaire 8,17×10-3 m3·mol-1
Pression de vapeur 1,4 Pa à 2 249,85 °C
Vitesse du son 5 970 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 2,2
Chaleur massique 238 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 13,7×106 S·m-1
Conductivité thermique 117 W·m-1·K-1
Énergies d’ionisation[4]
1re : 7,36050 eV 2e : 16,76 eV
3e : 28,47 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
96Ru 5,52 % stable avec 52 neutrons
98Ru 1,88 % stable avec 54 neutrons
99Ru 12,7 % stable avec 55 neutrons
100Ru 12,6 % stable avec 56 neutrons
101Ru 17,0 % stable avec 57 neutrons
102Ru 31,6 % stable avec 58 neutrons
104Ru 18,7 % stable avec 60 neutrons
106Ru {syn.} 373,59 j β- 0,039 106Rh
Précautions
Directive 67/548/EEC[5],[6]
État pulvérulent :
Facilement inflammable
F



SGH[6]
État pulvérulent :
SGH02 : Inflammable
Danger
H228, P210,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le ruthénium est un élément chimique, de symbole Ru et de numéro atomique 44, qui fait partie des métaux du groupe du platine (dits métaux de transition).

Histoire[modifier | modifier le code]

Le ruthénium a été identifié et isolé en 1844 par Karl Karlovitch Klaus. Il a montré que l'oxyde de ruthénium contenait un nouveau métal et en a extrait 6 grammes de la partie insoluble dans l'eau régale du platine brut.

Jöns Jacob Berzelius et Gottfried Osann l'avaient presque découvert en 1828, quand ils ont examiné les résidus de la dissolution du platine brut des montagnes de l'Oural dans l'eau régale. Berzélius n'a pas trouvé de nouveau métal, mais Osann pensait en avoir trouvé trois et a nommé l'un d'entre eux ruthénium.

En 1844, il a été obtenu pour la première fois par Karl Karlovitch Klaus à l'état pur.

Il est possible également que le chimiste polonais Jedrzej Sniadecki l'ait isolé en 1807 (il l'avait nommé vestium) à partir de minerai de platine, mais ses travaux ne furent jamais confirmés et il renonça aux droits sur sa découverte.

« Ruthénium » vient du latin Ruthenia qui signifie « Russie ».

Production, propriétés[modifier | modifier le code]

Une fin de barre de ruthénium très pur (99,99 %)

Avec le rhodium, le palladium, l'osmium, l'iridium, et le platine il fait partie du « groupe du platine ».

On le rencontre la plupart du temps à l'état natif (sous forme de métal) ou en alliage avec du platine. Le minéral le plus important est la laurite (RuS2). On rencontre également des traces de ruthénium dans une série de minerais de nickel et de cuivre.

La production mondiale s'élève à environ 12 tonnes par an ; c'est souvent un sous-produit de l'extraction des métaux précieux de la « mine du platine » : iridium, rhodium, platine et palladium.

Il est inaltérable à l'air et pratiquement inattaquable par les acides, y compris par l'eau régale, à moins d'ajouter du chlorate de potassium.

Toxicité, écotoxicité[modifier | modifier le code]

Ce métalloïde est en augmentation dans l'environnement. Il n'a pas de rôle connu d'oligoélément.
Il attaque la peau humaine. Il est suspecté d'être cancérigène[7]. Sa teneur dans l'environnement, y compris dans les sédiments (par exemple d'un lac étudié près de Boston) semble en augmentation récente (depuis l'introduction des catalyseurs platinoïde, notamment à grande échelle dans les pots catalytiques destinés à diminuer certains paramètres de la pollution automobile).

Comme celle des autres platinoïdes, son écotoxicité est mal connue, mais on sait qu'il est chez les animaux à sang chaud bioaccumulé dans les os.
Sous forme de tétroxyde de ruthénium (RuO4), il a des propriétés proches de celles du tétroxyde d'osmium (il est alors très toxique, volatil et peut causer des explosions s'il est mis en contact avec des matières combustibles[8]).

La cinétique et la répartition dans divers organismes aquatiques du ruthénium 106 soluble (sous forme de complexes de nitrate de nitrosyle) a été étudiée en 1970 - en laboratoire - après absorption par des animaux exposé à ce produit en solution dans l'eau durant un à dix jours[9] - de manière à mieux comprendre et comparer cette cinétique selon le type d'orbanisme considéré (invertébré racleur ou filtreur, poisson) ; les espèces testées étaient Anadonta anatina (une sorte de moule d'eau douce) et deux escargots d'eau douce Lymnaea stagnalis et Viviparus contectus ainsi qu'un poisson d'eau douce (Alburnus lucidus) et plusieurs organismes marins : Fucus vesiculosus (une algue de la famille des Fucaceae), Mytilus edulis (la moule commune), Littorina littorea et Purpura lapillus (deux gastéropodes marins souvent utilisés comme bioindicateurs)[9]. Il a été suggéré à cette occasion que ces espèces absorbent très différemment cette forme du Ruthénium (l'escargot en fixe bien plus que le poisson), que l'absorption semble fortement dépendante de la température (chez toutes les espèces étudiées) et que certaines espèces le fixent dans des parties non vitales de leur organisme (byssus, coquille).

Utilisation[modifier | modifier le code]

  • Les bougies haut de gamme ont des électrodes recouvertes d'un alliage de platine et de ruthénium.
  • En alliage, le ruthénium permet de rendre résistants le platine et le palladium et d'en faire par exemple des électrodes ou des plumes pour stylo.
  • Il renforce également la résistance du titane à la corrosion.
  • Il sert à la fabrication de disques durs depuis 2001. Il s'agit d'un revêtement de trois atomes d'épaisseur entre deux couches magnétiques. Ce matériau permet actuellement de stocker jusqu'à 25,7 Gb/in² et permettra d'atteindre les 400 Gb/in².
  • Supraconducteur.
  • Il permet de catalyser la décomposition de l'acide formique (HCOOH) en dihydrogène (H2) et dioxyde de carbone (CO2), servant au stockage de dihydrogène pour alimenter une pile à combustible.
  • Catalyse asymétrique en chimie organique (réduction de liaison carbonyle, réaction de métathèse).
  • Dans les Cellule photosensibles Grätzel, permettant de produire de l'électricité sur le modèle de la photosynthèse, il est utilisé dans le photopigment.

Physicochimie[modifier | modifier le code]

Résonance magnétique nucléaire[modifier | modifier le code]

Parmi les isotopes stable du ruthénium, les isotopes 99Ru et 101Ru possèdent tous les deux le spin nuclaire 5/2[10]. Il est donc possible de faire de la RMN du ruthénium. Leurs rapports gyromagnétiques sont 1,234 et 1,383 (en 107rad.T-1.s-1) respectivement. Comme les autres isotopes n'ont pas de spin nucléaire ils sont inutilisables en RMN.

Par ailleurs, les spins (nucléaire ou électronique) voisins sont donc potentiellement couplés avec le ruthénium.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c et d (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc,‎ 2009, 90e éd., Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  3. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions,‎ 2008, p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
  4. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC,‎ 2009, 89e éd., p. 10-203
  5. Entrée de « Ruthenium, Powder » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais) (JavaScript nécessaire)
  6. a et b SIGMA-ALDRICH
  7. Inhalation of radionuclides and carcinogenesis
  8. Tojo, G. and Fernández, M. (2007). "Ruthenium Tetroxide and Other Ruthenium Compounds". Oxidation of Primary Alcohols to Carboxylic Acids. New York: Springer. pp. 61–78. doi:10.1007/0-387-35432-8, ISBN 978-0-387-35431-6.
  9. a et b Van der Borght, O., & Van Puymbroeck, S. (1970). Initial Uptake, Distribution and Loss of Soluble 106Ru in Marine and Freshwater Organisms in Laboratory Conditions. Health physics, 19(6), 801-811 (résumé).
  10. E.A.V. Ebsworth, D.W.H Rankin, S. Cradock (1987). Structural Methods in Inorganic Chemistry. Blackwell, scientific publication. p.33.

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