الروثينيوم عنصر كيميائي له الرمز Ru والعدد الذري 44، وهو فلز انتقالي نادر ينتمي إلى مجموعة البلاتين في الجدول الدوري. كمعظم عناصر مجموعة البلاتين فإن الروثينيوم خامل كيميائياً تجاه معظم المواد، وقد اكتشف هذا العنصر العالم الروسي كارل إرنست كلاوس سنة 1844. يتوافر الروثينيوم عادة في الطبيعة كمكون بسيط من خامات البلاتين، وإنتاجه السنوي لا يتجاوز الاثني عشر طنا في جميع أنحاء العالم. يستخدم معظم الروثينيوم الوصلات الكهربائية المقاومة للاهتراء، وفي إنتاج المقاومات ذات الغشاء السميك، كما تضاف كميات قليلة منه لتستخدم في بعض السبائك البلاتينية وفي تحضير الحفازات.
التاريخ وأصل التسمية
يعتقد أن استخدام البلاتين وعناصر مجموعة البلاتين، قد استخدم لمدة طويلة من قبل سكان أمريكا الأصليين قبل وصول كولومبوس. كما استخدمه الكيميائيون الأوروبيون في منتصف القرن السادس عشر، إلا أن تعريف البلاتين كعنصر نقي استغرق حتى منتصف القرن الثامن عشر. أما باقي عناصر مجموعة البلاتين فقد استغرق اكتشافها حتى العقود الأولى من القرن التاسع عشر.[3] إن وجود البلاتين في رمال الأنهار الروسية أدى إلى الحصول عليها كمواد خام واستخدامها في لوحات وميداليات وسك عملات معدنية من الروبل بدءا من عام 1828.[4] وكانت مخلفات إنتاج البلاتين في سك النقود متوفرة في الإمبراطورية الروسية، ولذلك تمت دراسة عناصر مجموعة البلاتين في دول أوروبا الشرقية.
من المحتمل أن يكون الكيميائي البولندي يندري شنياديسكي قد عزل العنصر 44 (والذي أراد تسميته بـ "vestium" نسبة إلى الكويكب فيستا حديث الاكتشاف في تلك الآونة) من خامات البلاتين في عام1807. وقد نشر اكتشافه في اللغة البولندية في 1808، لكنه لم يؤكد وسحب ادعاءه للاكتشاف في وقت لاحق.[5] قارب كل من يونس ياكوب بيرتسيليوس وغوتفريد أوسان على اكتشاف الروثينيوم في أبحاثهما سنة 1827.[6] فقد قاما بفحص الآثار المتبقية من حل البلاتين الخام من جبال الأورال في الماء الملكي، وجرت بينهما نقاشات مطولة حول إمكانية وجود عناصر جديدة مكتشفة في هذه البقايا.[7]
قام العالم الروسي كارل إرنست كلاوس منذ عام 1841 بإعادة تجارب أوسان من أجل اكتشاف العنصر الجديد، وفي عام 1844 بيّن كلاوس أن المركبات التي أعدها أوسان كانت حاوية على كميات صغيرة من الروثينيوم، العنصر الذي اكتشفه كلاوس في نفس العام.[3] وقد عزل كلاوس الروثينيوم من بقايا روبل بلاتيني عندما كان يعمل في جامعة كازان.[6] وقد وضّح كلاوس بأن أكسيد الروثينيوم الناتج يحوي على معدن جديد وحصل على 6 غرام من الروثينيوم نتيجة عدم ذوبان البلاتين الخام في الماء الملكي.[8]
واشتق اسم الروثينيوم من الاسم اللاتيني لروسيا (روثينيا) وهي المنطقة التاريخية التي تشمل اليوم روسيا وأوكرانيا وبيلاروسيا وجزء من سلوفاكيا وبولندا، وقد اقترح هذا الاسم من قبل أوسان سنة 1828، وذلك تكريمًا لمسقط رأسه، حيث أنه ولد في تارتو في إستونيا، والتي كانت في ذلك الوقت جزءاً من الإمبراطورية الروسية.[3][9]
في إحدى المحاولات لترجمة اسم العنصر إلى العربية أعطي الروثينيوم تسمية الفَدْرَن،[10] والرمز الكيميائي العربي فد،[10] وذلك من الفَادِرَة وهي الصَّخْرَةُ الصَّمَّاءُ العظيمةُ في رأس الجبل،[11] ومن الفُدُرّ أي الفضة،[11] ذلك أنه فلزّ صلب فضي اللون.
الخصائص الفيزيائية
الروثينيوم هو فلز أبيض قاسي متعدد التكافؤ ينتمي إلى مجموعة البلاتين والمجموعة الثامنة من الجدول الدوري. للروثينيوم كثافة تبلغ 12.45 غ/سم3، وهو بعد البلاتين ثاني أخف فلز في مجموعة البلاتين. ينصهر الروثينيوم عند درجة حرارة تبلغ 2606 كلفن ويغلي عند 4592 كلفن، وهو بذلك يأتي بعد الإريديوم والأوزميوم في مجموعة البلاتين، واللذان لهما نقطتي انصهار وغليان أعلى.[26] عند درجات حرارة تقارب الصفر المطلق 0.49 كلفن، فإن الروثينيوم يظهر خواصاً موصليةً فائقة.
إن البنية البلورية للروثينيوم تتبع النظام البلوري السداسي بتعبئة متراصة لها المجموعة الفراغية 6/mmm، في حين أن ثوابت الشبكة البلورية هي a == 270.6 و c == 428.1 بيكومتر، بالإضافة إلى وجود وحدتي صيغة لكل وحدة خلية.[27]
الخصائص الكيميائية
على الرغم من تميز جميع عناصر المجموعة الثامنة بوجود إلكترونين في الطبقة الإلكترونية الخارجية، إلا أن الروثينيوم يشذ عن باقي المجموعة بحيث يوجد إلكترون وحيد في الطبقة الخارجية. تلاحظ هذه الظاهرة أيضاً مع كل من الفلزات التالية: النيوبيوم (41) والروديوم (45) والبالاديوم (46).
يعد الروثينيوم من الفلزات النبيلة، ولا يفقد بريقه في درجات الحرارة العادية. يتفاعل الروثينيوم مع الأكسجين فقط عند درجات حرارة تتجاوز 700°س حيث يشكل أكسيد الروثينيوم الثماني، وبذلك يختلف بسلوكه عن الأوزميوم الذي يتفاعل مع الأكسجين بشكل مباشر عند درجة حرارة الغرفة ليشكل أكسيد الأوزميوم الثماني. يذوب الروثينيوم في مصهور القلويات، مثل مصهور فوق أكسيد الصوديوم وهيدروكسيد الصوديوم حيث يتأكسد بسرعة.[28] لكنه في المقابل لا يتآكل بالحموض ولا حتى في الماء الملكي، إلا أنه في حالة التفاعل مع الهالوجينات يتآكل عند درجات حرارة مرتفعة. إن إضافة كمية قليلة من الروثينيوم تزيد من قساوة البلاتين والبلاديوم، كما تزداد مقاومة التآكل للتيتانيوم بشكل ملحوظ عند إضافة كمية قليلة من الروثينيوم إليه.[29]
يمكن أن يطلى الروثينيوم إما عن طريق الطلي الكهربائي أو بواسطة أساليب التفكك الحراري. ومن المعروف أن خليطة الروثينيوم والموليبدنوم تكون فائقة التوصيل عند درجات حرارة أقل من 10.6 كلفن.[29]
التاريخ وأصل التسمية
يعتقد أن استخدام البلاتين وعناصر مجموعة البلاتين، قد استخدم لمدة طويلة من قبل سكان أمريكا الأصليين قبل وصول كولومبوس. كما استخدمه الكيميائيون الأوروبيون في منتصف القرن السادس عشر، إلا أن تعريف البلاتين كعنصر نقي استغرق حتى منتصف القرن الثامن عشر. أما باقي عناصر مجموعة البلاتين فقد استغرق اكتشافها حتى العقود الأولى من القرن التاسع عشر.[3] إن وجود البلاتين في رمال الأنهار الروسية أدى إلى الحصول عليها كمواد خام واستخدامها في لوحات وميداليات وسك عملات معدنية من الروبل بدءا من عام 1828.[4] وكانت مخلفات إنتاج البلاتين في سك النقود متوفرة في الإمبراطورية الروسية، ولذلك تمت دراسة عناصر مجموعة البلاتين في دول أوروبا الشرقية.
من المحتمل أن يكون الكيميائي البولندي يندري شنياديسكي قد عزل العنصر 44 (والذي أراد تسميته بـ "vestium" نسبة إلى الكويكب فيستا حديث الاكتشاف في تلك الآونة) من خامات البلاتين في عام1807. وقد نشر اكتشافه في اللغة البولندية في 1808، لكنه لم يؤكد وسحب ادعاءه للاكتشاف في وقت لاحق.[5] قارب كل من يونس ياكوب بيرتسيليوس وغوتفريد أوسان على اكتشاف الروثينيوم في أبحاثهما سنة 1827.[6] فقد قاما بفحص الآثار المتبقية من حل البلاتين الخام من جبال الأورال في الماء الملكي، وجرت بينهما نقاشات مطولة حول إمكانية وجود عناصر جديدة مكتشفة في هذه البقايا.[7]
قام العالم الروسي كارل إرنست كلاوس منذ عام 1841 بإعادة تجارب أوسان من أجل اكتشاف العنصر الجديد، وفي عام 1844 بيّن كلاوس أن المركبات التي أعدها أوسان كانت حاوية على كميات صغيرة من الروثينيوم، العنصر الذي اكتشفه كلاوس في نفس العام.[3] وقد عزل كلاوس الروثينيوم من بقايا روبل بلاتيني عندما كان يعمل في جامعة كازان.[6] وقد وضّح كلاوس بأن أكسيد الروثينيوم الناتج يحوي على معدن جديد وحصل على 6 غرام من الروثينيوم نتيجة عدم ذوبان البلاتين الخام في الماء الملكي.[8]
واشتق اسم الروثينيوم من الاسم اللاتيني لروسيا (روثينيا) وهي المنطقة التاريخية التي تشمل اليوم روسيا وأوكرانيا وبيلاروسيا وجزء من سلوفاكيا وبولندا، وقد اقترح هذا الاسم من قبل أوسان سنة 1828، وذلك تكريمًا لمسقط رأسه، حيث أنه ولد في تارتو في إستونيا، والتي كانت في ذلك الوقت جزءاً من الإمبراطورية الروسية.[3][9]
في إحدى المحاولات لترجمة اسم العنصر إلى العربية أعطي الروثينيوم تسمية الفَدْرَن،[10] والرمز الكيميائي العربي فد،[10] وذلك من الفَادِرَة وهي الصَّخْرَةُ الصَّمَّاءُ العظيمةُ في رأس الجبل،[11] ومن الفُدُرّ أي الفضة،[11] ذلك أنه فلزّ صلب فضي اللون.
الخصائص الفيزيائية
الروثينيوم هو فلز أبيض قاسي متعدد التكافؤ ينتمي إلى مجموعة البلاتين والمجموعة الثامنة من الجدول الدوري. للروثينيوم كثافة تبلغ 12.45 غ/سم3، وهو بعد البلاتين ثاني أخف فلز في مجموعة البلاتين. ينصهر الروثينيوم عند درجة حرارة تبلغ 2606 كلفن ويغلي عند 4592 كلفن، وهو بذلك يأتي بعد الإريديوم والأوزميوم في مجموعة البلاتين، واللذان لهما نقطتي انصهار وغليان أعلى.[26] عند درجات حرارة تقارب الصفر المطلق 0.49 كلفن، فإن الروثينيوم يظهر خواصاً موصليةً فائقة.
إن البنية البلورية للروثينيوم تتبع النظام البلوري السداسي بتعبئة متراصة لها المجموعة الفراغية 6/mmm، في حين أن ثوابت الشبكة البلورية هي a == 270.6 و c == 428.1 بيكومتر، بالإضافة إلى وجود وحدتي صيغة لكل وحدة خلية.[27]
الخصائص الكيميائية
على الرغم من تميز جميع عناصر المجموعة الثامنة بوجود إلكترونين في الطبقة الإلكترونية الخارجية، إلا أن الروثينيوم يشذ عن باقي المجموعة بحيث يوجد إلكترون وحيد في الطبقة الخارجية. تلاحظ هذه الظاهرة أيضاً مع كل من الفلزات التالية: النيوبيوم (41) والروديوم (45) والبالاديوم (46).
يعد الروثينيوم من الفلزات النبيلة، ولا يفقد بريقه في درجات الحرارة العادية. يتفاعل الروثينيوم مع الأكسجين فقط عند درجات حرارة تتجاوز 700°س حيث يشكل أكسيد الروثينيوم الثماني، وبذلك يختلف بسلوكه عن الأوزميوم الذي يتفاعل مع الأكسجين بشكل مباشر عند درجة حرارة الغرفة ليشكل أكسيد الأوزميوم الثماني. يذوب الروثينيوم في مصهور القلويات، مثل مصهور فوق أكسيد الصوديوم وهيدروكسيد الصوديوم حيث يتأكسد بسرعة.[28] لكنه في المقابل لا يتآكل بالحموض ولا حتى في الماء الملكي، إلا أنه في حالة التفاعل مع الهالوجينات يتآكل عند درجات حرارة مرتفعة. إن إضافة كمية قليلة من الروثينيوم تزيد من قساوة البلاتين والبلاديوم، كما تزداد مقاومة التآكل للتيتانيوم بشكل ملحوظ عند إضافة كمية قليلة من الروثينيوم إليه.[29]
يمكن أن يطلى الروثينيوم إما عن طريق الطلي الكهربائي أو بواسطة أساليب التفكك الحراري. ومن المعروف أن خليطة الروثينيوم والموليبدنوم تكون فائقة التوصيل عند درجات حرارة أقل من 10.6 كلفن.[29]
