4 Экология

Радиоактивные изотопы рутения в природе не существуют, но они образуются в результате деления ядер урана и плутония в реакторах атомных электростанций, подводных лодок, кораблей, при взрывах атомных бомб. Большинство радиоактивных изотопов рутения недолговечны, но два – рутений-103 и рутений-106 – имеют достаточно большие периоды полураспада (39,8 суток и 1,01 года) и накапливаются в реакторах. Знаменательно, что при распаде плутония изотопы рутения составляют до 30 % общей массы всех осколков деления. С теоретической точки зрения этот факт безусловно интересен. В нем даже есть особая «изюминка»: осуществилась мечта алхимиков – неблагородный металл превратился в благородный. Действительно, в наши дни предприятия по производству плутония выбрасывают десятки килограммов благородного металла рутения. Но практический вред, наносимый этим процессом атомной технике, не окупился бы даже в том случае, если бы удалось применить с пользой весь рутений, полученный в ядерных реакторах.

Одно из главных достоинств ядерного горючего – его воспроизводимость. Как известно, при «сжигании» урановых блоков в ядерных реакторах образуется новое ядерное горючее – плутоний. Одновременно образуется и «зола» – осколки деления ядер урана, в том числе и изотопы рутения. Золу, естественно, приходится удалять. Мало того, что ядра осколочных элементов захватывают нейтроны и обрывают цепную реакцию, они еще создают уровни радиации, значительно превышающие допустимые. Основную массу осколков отделить от урана и плутония относительно легко, что и делается на специальных заводах, а вот радиоактивный рутений доставляет много неприятностей.

Плутоний, неизрасходованный уран и осколки разделяют на специальных установках. Первая стадия разделения – растворение урановых блоков в азотной кислоте. Здесь и начинаются неприятности с рутением. При растворении часть его превращается в комплексные нитрозосоединения, в основе которых трехвалентная группировка (RuNO)³⁺. Эта группировка образует в азотной кислоте комплексные соединения всевозможного состава. Они взаимодействуют между собой или с другими ионами, находящимися в растворе, гидролизуются или даже объединяются в неорганические полимерные молекулы. Комплексы совершенно разные, но разделить и идентифицировать их очень трудно. Бесконечное разнообразие свойств нитрозосоединений рутения ставит перед химиками и технологами множество сложнейших вопросов.

Существует несколько методов отделения осколков от плутония и урана. Один из них ионообменный. Раствор, содержащий различные ионы, проходит через систему ионообменных аппаратов. Смысл этой операции состоит в том, что уран и плутоний задерживаются ионитами в аппаратах, а прочие элементы свободно проходят через всю систему. Однако рутений уходит лишь частично. Часть его остается на ионообменнике вместе с ураном.

В другом методе – осадительном – уран переводится в осадок специальными реактивами, а осколки остаются в растворе. Но вместе с ураном в осадок переходит и часть рутения.

При очистке методом экстракции уран извлекается из водного раствора органическими растворителями, например эфирами фосфорорганических кислот. Осколки остаются в водной фазе, но не все – рутений частично переходит в органическую фазу вместе с ураном.

Трудностей очистки ядерного горючего от рутения пытались избежать, применяя сухие методы, исключающие растворение урановых блоков. Вместо азотной кислоты их обрабатывали фтором. Предполагалось, что уран при этом перейдет в летучий гексафторид и отделится от нелетучих фторидов осколочных элементов. Но рутений и тут остался верен себе. Оказалось, он тоже образует летучие фториды.

Трудности с рутением преследуют технологов и на следующих стадиях работы с делящимися материалами. При улавливании осколков из сбросных растворов большую часть посторонних элементов удается перевести в осадок, а рутений опять-таки частично остается в растворе. Не гарантирует его удаление и биологическая очистка, когда сбросные растворы сливают в специальные бессточные водоемы.

Рутений начинает постепенно мигрировать в грунт, создавая опасность радиоактивного загрязнения на больших расстояниях от водоема. То же самое происходит при захоронении осколков в шахтах на большой глубине. Радиоактивный рутений, обладающий (в виде растворимых в воде нитрозосоединений) чрезвычайной подвижностью, или, правильнее сказать, миграционной способностью, может уйти с грунтовыми водами очень далеко.

Проблема очистки – дезактивация оборудования, одежды и т.д. – от радиорутения также имеет свою специфику. В зависимости от того, в каком химическом состоянии находился рутений, его либо удается легко отмыть и удалить, либо он дезактивируется с большим трудом.

Борьбе с радиоактивным рутением уделяют много внимания физики, химики, технологи и особенно радиохимики многих стран. На I и II Международных конференциях по мирному использованию атомной энергии в Женеве этой проблеме было посвящено несколько докладов [10].

Рутений является единственным платиновым металлом, который обнаруживается в составе живых организмов (по некоторым данным — ещё и платина). Он концентрируется в основном в мышечной ткани. Высший оксид рутения крайне ядовит и, будучи сильным окислителем, может вызвать возгорание пожароопасных веществ [11].

Заключение

В данной работе рассмотрены вопросы, касающиеся химического элемента рутения.

Данный химический элемент был открыт в 1828 году Карлом Карловичем Клаусом.

Из наиболее общих свойств следует отметить его хрупкость, тугоплавкость. Его физические свойства напрямую зависят от способа получения. Он не растворяется в щелочах и кислотах. При нагревании на воздухе рутений начинает частично окисляться. Также стоит отметить пластичность и высокую плотность этого металла.

Из электрических и магнитных свойств рутения наиболее характерными являются анизотропность электрического сопротивления, высокая удельная теплота плавления, а также большое количество валентных модификаций.

Рутений - редкий и очень рассеянный элемент. Лаурит - единственный минерал, который он образует в естественных условиях. Помимо всего прочего, рутений может образовывать длинноцепочечные полимерные молекулы.

В промышленности при гетерогенном катализе используются металлический рутений и его сплавы. Рутений используют при получении наиболее эффективных катализаторов.

Рутений очень негативно влияет на экологию своей радиоактивностью при распаде ядер урана на атомных электростанциях.

Таким образом, в данном реферате отражены наиболее характерные вопросы, отражающие специфику и свойства рутения.

Список литературы

1 Раевская М. В.: Физикохимия рутения и его сплавов / М. В. Раевская // Химия рутения, родия, палладия, осмия, иридия, платины, пер. с англ. М.: 1979. – С. 138 – 140.

2 Брокгауз Ф. А. Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона / Ф.А. Брокгауз, И.А. Ефрон. – С.-Пб.: Брокгауз – Ефрон, 1890 – 1907. – 347 с.

3 Прохоров А.М. Физическая энциклопедия в 5-ти томах / А.М. Прохоров // М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А.М. Прохоров. – Том 3, с. 317 – 319.

4 Кнунянц И.Л. Советская энциклопедия. Под. ред. И. Л. Кнунянца / И. Л. Кнунянц. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: 1988. – 634 – 635 с.

5 Электронный каталог Портал Естественных наук. – Электрон. дан. – Режим доступа : http://lib.e-science.ru/book/167.html.

6 Ишлинский А.Ю. Большой энциклопедический политехнический словарь / А.Ю. Ишлинский // М.: Большая российская энциклопедия. Главный редактор А. Ю. Ишлинский, с. 482-483.

7 Новиков А.Г. Современная энциклопедия. Под ред. А.Г. Новикова / А. Г. Новиков. – М.: 2000. – 587 – 588 с.

8 Электронный каталог Chemicals-el.ru. – Электрон. дан. – Режим доступа : http://www.chemicals-el.ru/chemical-5137.html.

9 Прохоров А.М. Научно-технический энциклопедический словарь. Под ред. А.М. Прохорова – М.: 1983. – 710 с.

10 Петрянов-Соколов И.В. Популярная библиотека химических элементов / И.В. Петрянов-Соколов // М.: Издательство «Наука», 1963. С. 83 – 86.

11 Электронный каталог Wikipedia. – Электрон. дан. – Режим доступа : http://ru.wikipedia.org/wiki/Рутений/Физиологическое_воздействие.html.

19