Ruthenium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

Zum ganzen Periodensystem

Vorkommen und Gewinnung

Ruthenium gehört zu den seltensten stabilen Elementen der Erdkruste. Es kommt als Begleiter anderer Platinmetalle vor, meist in deren natürlichen Legierungen und in Spuren in Nickel-Kupfer-Sulfiderzen. Wichtige Lagerstätten liegen in Südafrika, außerdem in Russland und Nordamerika. Gewonnen wird es als Nebenprodukt bei der Platingewinnung, nach der Abtrennung von Platin, Palladium, Gold und Silber aus dem Anodenschlamm der Nickel- und Kupferraffination. Jährlich fallen nur einige Dutzend Tonnen an.

Die Entdeckungsgeschichte ist verwickelt. Der Chemiker Gottfried Osann in Dorpat, dem heutigen Tartu, untersuchte Rückstände von russischem Platin und glaubte, darin neue Metalle zu finden. Das Jahr seiner Mitteilung, 1827, gilt in manchen Tabellen als Entdeckungsjahr. Osanns Befunde waren aber nicht sauber, und er musste sie zurücknehmen. Erst 1844 stellte der Chemiker Karl Ernst Claus an der Universität Kasan das Element in reinerer Form dar und bestätigte es. Er behielt den Namen bei, den Osann vorgeschlagen hatte, und erinnerte damit an Russland.

In Kernreaktoren entsteht außerdem das radioaktive Isotop Ruthenium-106 als Spaltprodukt, das nach einem Unfall oder einer Freisetzung messbar sein kann.

Eigenschaften und Reaktionen

Ruthenium steht in Periode 5 und Gruppe 8, unter dem Eisen. Die Elektronenkonfiguration ist [Kr] 4d⁷ 5s¹, die Elektronegativität beträgt 2,2. Das Metall hat eine Dichte von 12,1 g/cm³, schmilzt bei 2334 °C und siedet bei 4150 °C. Es ist hart und spröde und lässt sich schlecht verformen.

Wie die anderen Edelmetalle reagiert Ruthenium nur schwer. Säuren greifen es kaum an, selbst Königswasser löst es nicht nennenswert. Wirksam sind dagegen Schmelzen mit Alkalihydroxiden und Oxidationsmitteln. Auffällig ist die Vielfalt der Oxidationszahlen: Sie reichen von minus zwei bis plus acht, am häufigsten sind plus zwei, plus drei und plus vier. Viele Rutheniumverbindungen sind farbig.

Rutheniumtetroxid RuO₄ ist das höchste Oxid. Es ist ein gelber, flüchtiger Feststoff und ein sehr starkes Oxidationsmittel, das giftig ist und mit organischen Stoffen heftig reagiert. Im Schulunterricht wird es deshalb nicht verwendet. Gut handhabbar ist dagegen das Dioxid RuO₂, ein elektrisch leitender Stoff, der als Beschichtung für Elektroden dient.

Das Metall ist ein ausgezeichneter Katalysator. Seine Oberfläche und seine Verbindungen beschleunigen viele Reaktionen, ohne dabei selbst verbraucht zu werden.

Verwendung in Alltag und Technik

Die größte Menge geht in die Elektronik. Dünne Rutheniumschichten von wenigen Atomlagen trennen in Festplatten zwei magnetische Schichten und koppeln sie so, dass mehr Daten auf gleicher Fläche Platz finden. Außerdem steckt Ruthenium in Widerstandspasten für Chips und in Kontakten. In der Metallkunde dient es als Härter: Schon ein kleiner Zusatz macht Platin und Palladium widerstandsfähiger, etwa für Schmuck, Schreibfederspitzen und elektrische Kontakte.

Die Chemie nutzt Ruthenium vor allem als Katalysator. Die Olefin-Metathese, bei der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen gelöst und neu geknüpft werden, wird mit Rutheniumkatalysatoren besonders mild und vielseitig. Robert Grubbs hat hierfür 2005 gemeinsam mit Yves Chauvin und Richard Schrock den Nobelpreis für Chemie erhalten. Damit stellt man Arzneistoffe, Kunststoffe und Feinchemikalien her. Mit Ruthenium arbeitet auch die asymmetrische Hydrierung von Ryōji Noyori, die 2001 mit dem Nobelpreis geehrt wurde und gezielt nur eine der beiden spiegelbildlichen Molekülformen liefert.

Weitere Anwendungen sind Farbstoffe für Solarzellen, die das Licht einfangen, und Verfahren zur Ammoniaksynthese. In der Forschung untersucht man außerdem Rutheniumverbindungen als mögliche Wirkstoffe gegen Krebs.

Moleküle mit diesem Element

• Rutheniumneodecanoat Ru(C₉H₁₉COO)₄3D ansehen

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