Ruthenium (Ru) — Element 44: Eigenschaften und Fakten

Struktur

Das Ruthenium-Atom

Kein Diagramm aus Punkten auf Ringen — eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um die Ansicht zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.

Orbitalwolke

Unterschalen — eine zur Darstellung auswählen

Elektronen pro Schale

n=1 2
n=2 8
n=3 18
n=4 15
n=5 1

Ruthenium hat 5 besetzte Schalen, die insgesamt 44 Elektronen enthalten. Die äußerste Schale enthält 1 – diese Elektronen bestimmen die chemischen Eigenschaften.

Protonen: 44
Elektronen: 44
Neutronen (häufigstes Isotop, Ru-102): 58
Oxidationsstufen: -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7, +8

Gemessene Werte

Eigenschaftsübersicht

Jeder Balken zeigt, wo Ruthenium bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.

Physikalisch

Dichte 12,45 g/cm³ 74%

Schmelzpunkt 2607 K 93%

Siedepunkt 4423 K 89%

Spezifische Wärme 0,238 J/g·K

Wärmeleitfähigkeit 117 W/m·K 85%

Atomar

Atomradius 134 pm 21%

Kovalenzradius 146 pm

Van-der-Waals-Radius 207 pm

Elektronisch

Elektronegativität 2,2 78%

Ionisierungsenergie 710,1 kJ/mol 52%

Elektronenaffinität 101,3 kJ/mol 68%

Vorkommen

Häufigkeit in der Erdkruste 0,001 mg/kg 32%

Identität

SymbolRu

Ordnungszahl44

Atommasse101,07 u

KategorieÜbergangsmetall

Blockd

Kristallstrukturhexagonal dichtest gepackt

Oxidationsstufen-2, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7, +8

Entdeckt1844

Entdeckt vonKarl Ernst Klaus

Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Werte mit ~ sind vorhergesagt und nicht gemessen.

Gleiches Element, andere Neutronenzahl

Isotope von Ruthenium

Alle Ruthenium-Atome haben dieselbe Zahl von Protonen, 44, und unterscheiden sich nur in der Zahl der Neutronen: Diese Varianten sind die Isotope des Elements. Das häufigste, Ru-102, hat 58 Neutronen und macht 31,55 % des natürlichen Elements aus.

In der Natur vorkommende Isotope von Ruthenium mit ihrem Anteil am natürlichen Element sowie bekannte radioaktive Isotope
ISOTOP	Neutronen	Natürliche Häufigkeit	Halbwertszeit	Zerfallsart
Ru-96	52	5,54 %	Stabil	—
Ru-98	54	1,87 %	Stabil	—
Ru-99	55	12,76 %	Stabil	—
Ru-100	56	12,60 %	Stabil	—
Ru-101	57	17,06 %	Stabil	—
Ru-102 häufigstes	58	31,55 %	Stabil	—
Ru-104	60	18,62 %	Stabil	—
Ru-106	62	—	371,8 Tg.	β⁻

Die Schul-Faustregel, gerundete Atommasse minus Ordnungszahl, ergibt für Ruthenium 57, doch das häufigste Ruthenium-Atom hat 58 Neutronen: Die Atommasse, 101,07, ist ein Mittelwert über alle natürlichen Isotope.

Zerfallsarten

β⁻: Beta-minus-Zerfall

Daten: IAEA Nuclear Data Section, LiveChart of Nuclides, Bewertungen der Grundzustände, abgerufen am 10. Oktober 2026. Die Häufigkeit ist der Anteil der Atome im natürlichen Element; ein Strich bedeutet, dass das Isotop keine natürliche Standardhäufigkeit hat.

Größe, maßstabsgetreu

Wie groß ist das Atom von Ruthenium?

Radius 134 pm — das entspricht 0,134 nm; etwa 3,73 Millionen davon nebeneinander würden einen Millimeter überspannen.

Temperaturbereich

Fest, flüssig, gasförmig — und wann

Ruthenium ist über einen Bereich von 1816 K flüssig, von 2607 K bis 4423 K.

Wo es steht

Position in der Tabelle

Ruthenium befindet sich in Periode 5, Gruppe 8. Alle Elemente in Gruppe 8 besitzen die gleiche Anzahl an Außenelektronen und verhalten sich deshalb so ähnlich.

Andere Übergangsmetalle

21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 26Fe 27Co 28Ni 29Cu 30Zn 39Y 40Zr 41Nb 42Mo 43Tc 45Rh

Alle Übergangsmetalle

Die Geschichte

Was Ruthenium ist und wie wir es gefunden haben

Ruthenium (Ru) ist das Element 44, ein hartes, sprödes, silberweißes Metall und eines der sechs Platinmetalle, zusammen mit Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin. Es steht in der Gruppe 8 unter Eisen. Es schmilzt bei 2.334 °C (2.607 K) und hat eine Dichte von 12,45 g/cm³. Bei Raumtemperatur widersteht Ruthenium Säuren, sogar Königswasser, wird aber von geschmolzenen Alkalien in Gegenwart von Oxidationsmitteln angegriffen.

Atombau und Isotope

Ruthenium hat 44 Elektronen in fünf Schalen, angeordnet als 2, 8, 18, 15, 1, mit der Konfiguration [Kr] 4d⁷ 5s¹. Es zeigt mehr Oxidationsstufen als die meisten Elemente, bis zu +8 im Rutheniumtetroxid; am häufigsten sind +2, +3 und +4.

Natürliches Ruthenium ist ein Gemisch aus sieben stabilen Isotopen, von denen Ruthenium-102 mit etwa 32 % das häufigste ist. Das radioaktive Isotop Ruthenium-106 mit einer Halbwertszeit von etwa einem Jahr entsteht bei der Kernspaltung von Uran.

Die Entdeckung von Ruthenium

Behauptungen aus Platinrückständen

1808 meldete der polnische Chemiker Jędrzej Śniadecki in südamerikanischem Platinerz ein neues Metall, das er Vestium nannte, und 1828 meldete Gottfried Osann in Dorpat (Tartu) Ruthenium und weitere neue Metalle in Platin aus dem Ural. Keine der beiden Behauptungen ließ sich bestätigen.

Klaus identifiziert Ruthenium (1844)

1844 untersuchte Karl Ernst Klaus (auch Claus geschrieben), Professor an der Universität Kasan, die Rückstände, die nach der Gewinnung von Platin aus Uralerz zurückblieben. Er isolierte ein neues Metall, zeigte, dass es sich von den bekannten Platinmetallen unterschied, und behielt Osanns Namen Ruthenium bei, nach Ruthenia, dem lateinischen Namen für die Länder der Rus (Russland).

Das letzte Platinmetall

Ruthenium wurde als letztes der sechs Platinmetalle identifiziert, etwa 40 Jahre nach Palladium, Rhodium, Osmium und Iridium.

Anwendungen

Wofür Ruthenium verwendet wird

Elektronik

Chipwiderstände: Dickschichtwiderstände mit Rutheniumdioxid finden sich auf fast jeder Leiterplatte.
Festplatten: Eine sehr dünne Rutheniumschicht im Speichermedium hilft, Daten mit hoher Dichte zu speichern.
Kontakte und Chips: Ruthenium dient zur Beschichtung elektrischer Kontakte, und Chiphersteller setzen es zunehmend für die feinsten Verdrahtungsebenen moderner Prozessoren ein.

Chemie und Industrie

Chlorherstellung: Titanelektroden mit einer Beschichtung aus Ruthenium- und Titanoxiden sind die Standardanoden für die Herstellung von Chlor und Natronlauge aus Sole.
Katalysatoren: Rutheniumkatalysatoren werden in einigen Ammoniakanlagen, bei Hydrierungen und bei der Olefinmetathese eingesetzt, der Reaktion der Grubbs-Katalysatoren, die mit dem Nobelpreis für Chemie 2005 gewürdigt wurde.

Legierungen

Kleine Zusätze von Ruthenium härten Platin und Palladium für Schmuck und elektrische Kontakte, verbessern die Korrosionsbeständigkeit von Titan und verstärken einige Nickel-Superlegierungen für die Turbinenschaufeln von Strahltriebwerken.

Im Alltag

Ruthenium steckt verborgen in der Elektronik, in den Chipwiderständen auf Leiterplatten und in Festplatten. Es kommt auch in Schmuck vor, als Härter in Platinlegierungen und als dunkelgraue Beschichtung, sowie in den harten Spitzen mancher Füllfederhalterfedern.

Woher es stammt

Natürliches Vorkommen

0,001 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 32 % der Elemente

Häufigkeit

Ruthenium gehört mit etwa 0,001 ppm (Teilen pro Million) zu den seltensten Elementen der Erdkruste. Es kommt in natürlichen Legierungen mit den anderen Platinmetallen und in seltenen Mineralen wie Laurit (Rutheniumsulfid) vor.

Produktion

Ruthenium wird als Nebenprodukt der Platin- und Nickelraffination gewonnen. Das meiste stammt aus dem Bushveld-Komplex in Südafrika, kleinere Mengen aus Russland, Simbabwe und Kanada. Die Jahresproduktion beträgt nur wenige Dutzend Tonnen.

Handhabung

Sicherheit

Gesundheitsgefahren

Rutheniummetall ist reaktionsträge und wenig giftig. Gefährlich ist Rutheniumtetroxid (RuO₄), eine flüchtige, hochgiftige und stark oxidierende Verbindung, die entstehen kann, wenn Ruthenium oder seine Verbindungen mit starken Oxidationsmitteln in Kontakt kommen. Sein Dampf schädigt Augen und Lunge, und es kann bei Kontakt mit organischem Material explodieren.

Weitere Gefahren

Viele Rutheniumverbindungen färben die Haut und wirken reizend. Radioaktives Ruthenium-106 aus der Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoff ist eine Strahlengefahr; 2017 wurden Spuren davon in der Luft in ganz Europa nachgewiesen, aus einer nicht gemeldeten Freisetzung, die Ermittler im südlichen Ural verorteten.

Sichere Handhabung

Rutheniumverbindungen und Rutheniumpulver im Abzug mit Handschuhen und Augenschutz handhaben.
Ruthenium von starken Oxidationsmitteln wie Hypochlorit, Permanganat und Periodat fernhalten, die das Tetroxid bilden können.

Weiter entdecken

Ruthenium in den Werkzeugen

Schnelle Antworten

Ruthenium: häufige Fragen

Was ist Ruthenium?

Ruthenium (Symbol Ru) ist Element 44 im Periodensystem, ein Übergangsmetall in Periode 5, Gruppe 8. Ein Metall der Platingruppe, das seine Nachbarn härtet und die Ammoniaksynthese katalysiert. Bei Raumtemperatur ist es fest.

Wie lautet die Elektronenkonfiguration von Ruthenium?

Die Elektronenkonfiguration von Ruthenium im Grundzustand ist [Kr] 4d⁷ 5s¹; sie ergibt 5 besetzte Elektronenschalen mit der Verteilung 2, 8, 18, 15, 1.

Wie hoch sind der Schmelz- und der Siedepunkt von Ruthenium?

Ruthenium schmilzt bei 2607 K (2333,9 °C) und siedet bei 4423 K (4149,9 °C). Damit gehört es zu den feuerfestesten Elementen — es bleibt bei Temperaturen fest, bei denen die meisten Metalle verdampfen.

Wie hoch ist die Atommasse von Ruthenium?

Die Standardatommasse von Ruthenium beträgt 101,07 u. Dabei handelt es sich um einen gewichteten Mittelwert seiner natürlich vorkommenden Isotope, weshalb sie nur selten eine ganze Zahl ist.

Wie viele Neutronen hat Ruthenium?

Das häufigste Ruthenium-Atom, Ru-102, hat 58 Neutronen: seine Massenzahl 102 minus seine Ordnungszahl 44. Es macht 31,55 % des natürlichen Elements aus. Die Schul-Faustregel, gerundete Atommasse (101,07) minus Ordnungszahl, ergibt dagegen 57, weil die Atommasse ein Mittelwert über alle natürlichen Isotope von Ruthenium ist.

Wie hoch ist die Dichte von Ruthenium?

Ruthenium hat eine Dichte von 12,45 g/cm³. Wasser hat eine Dichte von 1,0 g/cm³, daher ist ein Block aus Ruthenium ungefähr 12,5× schwerer.

Wie hoch ist die Elektronegativität von Ruthenium?

Ruthenium hat eine Elektronegativität von 2,2 nach Pauling. Die Skala reicht von 0,70 (Francium, das Elektronen am wenigsten stark anzieht) bis 3,98 (Fluor, das stärkste). Werte in diesem mittleren Bereich führen eher zur Bildung kovalenter als stark ionischer Bindungen.

Wer entdeckte Ruthenium und wann?

Ruthenium wurde 1844 von Karl Ernst Klaus entdeckt. Herkunft des Namens: Lateinisch Ruthenia, Russland.

Wie häufig kommt Ruthenium auf der Erde vor?

Ruthenium macht etwa 0,001 mg/kg der Erdkruste aus — es ist tatsächlich selten, weshalb es teuer ist.

← Vorherige Tc Technetium Element 43 · Übergangsmetall Weiter → Rh Rhodium Element 45 · Übergangsmetall