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루테늄(←영어: Ruthenium 루시니엄[*], 문화어: 루테니움←독일어: Ruthenium 루테니움[*])은 화학 원소로 기호는 Ru(←라틴어: Ruthenium 루테니움[*]), 원자 번호는 44이다. 백금족에 속하는 희귀한 전이 금속으로, 백금 광석에서 함께 산출되며, 백금 합금촉매로 쓰인다. 라틴어루스인의 땅을 뜻하는 루테니아에서 비롯되었다.

루테늄(44Ru)
Ruthenium a half bar.jpg
개요
영어명Ruthenium
표준 원자량 (Ar, standard)101.07(2)
주기율표 정보
수소 (반응성 비금속)
헬륨 (비활성 기체)
리튬 (알칼리 금속)
베릴륨 (알칼리 토금속)
붕소 (준금속)
탄소 (반응성 비금속)
질소 (반응성 비금속)
산소 (반응성 비금속)
플루오린 (반응성 비금속)
네온 (비활성 기체)
나트륨 (알칼리 금속)
마그네슘 (알칼리 토금속)
알루미늄 (전이후 금속)
규소 (준금속)
인 (반응성 비금속)
황 (반응성 비금속)
염소 (반응성 비금속)
아르곤 (비활성 기체)
칼륨 (알칼리 금속)
칼슘 (알칼리 토금속)
스칸듐 (전이 금속)
타이타늄 (전이 금속)
바나듐 (전이 금속)
크로뮴 (전이 금속)
망가니즈 (전이 금속)
철 (전이 금속)
코발트 (전이 금속)
니켈 (전이 금속)
구리 (전이 금속)
아연 (전이후 금속)
갈륨 (전이후 금속)
저마늄 (준금속)
비소 (준금속)
셀레늄 (반응성 비금속)
브로민 (반응성 비금속)
크립톤 (비활성 기체)
루비듐 (알칼리 금속)
스트론튬 (알칼리 토금속)
이트륨 (전이 금속)
지르코늄 (전이 금속)
나이오븀 (전이 금속)
몰리브데넘 (전이 금속)
테크네튬 (전이 금속)
루테늄 (전이 금속)
로듐 (전이 금속)
팔라듐 (전이 금속)
은 (전이 금속)
카드뮴 (전이후 금속)
인듐 (전이후 금속)
주석 (전이후 금속)
안티모니 (준금속)
텔루륨 (준금속)
아이오딘 (반응성 비금속)
제논 (비활성 기체)
세슘 (알칼리 금속)
바륨 (알칼리 토금속)
란타넘 (란타넘족)
세륨 (란타넘족)
프라세오디뮴 (란타넘족)
네오디뮴 (란타넘족)
프로메튬 (란타넘족)
사마륨 (란타넘족)
유로퓸 (란타넘족)
가돌리늄 (란타넘족)
터븀 (란타넘족)
디스프로슘 (란타넘족)
홀뮴 (란타넘족)
어븀 (란타넘족)
툴륨 (란타넘족)
이터븀 (란타넘족)
루테튬 (란타넘족)
하프늄 (전이 금속)
탄탈럼 (전이 금속)
텅스텐 (전이 금속)
레늄 (전이 금속)
오스뮴 (전이 금속)
이리듐 (전이 금속)
백금 (전이 금속)
금 (전이 금속)
수은 (전이후 금속)
탈륨 (전이후 금속)
납 (전이후 금속)
비스무트 (전이후 금속)
폴로늄 (전이후 금속)
아스타틴 (준금속)
라돈 (비활성 기체)
프랑슘 (알칼리 금속)
라듐 (알칼리 토금속)
악티늄 (악티늄족)
토륨 (악티늄족)
프로트악티늄 (악티늄족)
우라늄 (악티늄족)
넵투늄 (악티늄족)
플루토늄 (악티늄족)
아메리슘 (악티늄족)
퀴륨 (악티늄족)
버클륨 (악티늄족)
캘리포늄 (악티늄족)
아인슈타이늄 (악티늄족)
페르뮴 (악티늄족)
멘델레븀 (악티늄족)
노벨륨 (악티늄족)
로렌슘 (악티늄족)
러더포듐 (전이 금속)
더브늄 (전이 금속)
시보귬 (전이 금속)
보륨 (전이 금속)
하슘 (전이 금속)
마이트너륨 (화학적 특성 불명)
다름슈타튬 (화학적 특성 불명)
뢴트게늄 (화학적 특성 불명)
코페르니슘 (전이후 금속)
니호늄 (화학적 특성 불명)
플레로븀 (화학적 특성 불명)
모스코븀 (화학적 특성 불명)
리버모륨 (화학적 특성 불명)
테네신 (화학적 특성 불명)
오가네손 (화학적 특성 불명)
Fe

Ru

Os
TcRuRh
원자 번호 (Z)44
8족
주기5주기
구역d-구역
화학 계열전이 금속
전자 배열[Kr] 4d7 5s1
준위전자2, 8, 18, 15, 1
루테늄의 전자껍질 (2, 8, 18, 15, 1)
물리적 성질
겉보기은회색
상태 (STP)고체
녹는점2607 K
끓는점4423 K
밀도 (상온 근처)12.45 g/cm3
융해열38.59 kJ/mol
기화열591.6 kJ/mol
몰열용량24.06 J/(mol·K)
증기 압력
압력 (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
온도 (K) 2588 2811 3087 3424 3845 4388
원자의 성질
산화 상태2, 3, 4, 6, 8
(약산성 산화물)
전기 음성도 (폴링 척도)2.2
이온화 에너지
  • 1차: 710.2 kJ/mol
  • 2차: 1620 kJ/mol
  • 3차: 2747 kJ/mol
원자 반지름130 pm (실험값)
178 pm (계산값)
공유 반지름126 pm
Color lines in a spectral range
스펙트럼 선
그 밖의 성질
결정 구조조밀 육방 격자 (hcp)
Hexagonal close packed.svg
음속 (얇은 막대)5970 m/s (20 °C)
열팽창6.4 µm/(m·K) (25 °C)
열전도율117 W/(m·K)
전기 저항도71 n Ω·m (0 °C)
자기 정렬상자성
영률447 GPa
전단 탄성 계수173 GPa
부피 탄성 계수220 GPa
푸아송 비0.30
모스 굳기계6.5
브리넬 굳기2160 MPa
CAS 번호7440-18-8
동위체 존재비 반감기 DM DE
(MeV)
DP
97Ru 합성 2.9 d ε - 97Tc
γ 0.215, 0.324 -
98Ru 1.88% 안정
99Ru 12.7% 안정
100Ru 12.6% 안정
101Ru 17.0% 안정
102Ru 31.6% 안정
103Ru 합성 39.26 d β- 0.226 103Rh
γ 0.497 -
104Ru 18.7% 안정
106Ru 합성 373.59 d β- 0.039 106Rh
보기  토론  편집 | 출처

물리적 성질편집

루테늄은 은회색의 단단한 다원자가의 전이금속(모스경도 6.5)이며 분말은 검은색을 띤다. 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐, 백금과 함께 백금족 원소들이라고 불린다. 또한 주기율표 상에서 , 오스뮴, 하슘과 함께 8족에 속하는 원소이다.

다른 8족 원소들은 최외각 전자가 2개이지만 루테늄은 1개의 최외각 전자를 갖는다.(1개는 더 낮은 전자껍질 안에 있다) 이러한 변칙들은 나이오븀, 몰리브데넘, 로듐에서 발견된다. 루테늄은 4개의 결정 구조를 가질 수 있고 아주 높은 온도로 가열하지 않으면 광택을 잃지 않는다. 루테늄은 용융된 알칼리에 녹아 RuO42-를 생성한다. 루테늄은 산성에 녹지 않는다. 하지만 높은 온도에서는 할로젠 원소들과 반응할 수 있다. 적은 양의 루테늄은 백금팔라듐의 강도를 높여준다. 또한 적은 양의 루테늄을 타이타늄에 추가하면 내부식성이 두드러지게 높아진다. 이 금속은 전기도금과 열분해를 이용해서 도금할 수 있다. 루테늄은 +8의 산화수까지 가질 수 있는 마지막 4d 전이금속이다. 이 산화수는 더 무거운 8족 원소 인 오스뮴보다 안정하지 못한다. 이것은 루테늄과 오스뮴이 속한 8족이 전이금속 2번째 줄과 3번째 줄에 있는 원소들이 눈에 보이는 차이를 처음 나타내는 족이라는 것을 뜻한다. 다른 백금족 원소들처럼 루테늄은 대부분의 다른 물질들에 대해서 반응성이 적다. 실온에서는 백금과 비슷하게 생겼으나 백금보다 훨씬 단단하면서도 잘 깨진다. 오스뮴과는 달리 루테늄은 처럼 +2와 +3의 낮은 산화수를 가지는 수용성 양이온을 만들 수 있다. 루테늄은 4d 전이금속 중에서 처음으로 녹는점, 끓는점, 원자화 엔탈피의 하강세를 나타내는 원소로 이들의 최댓값은 몰리브데넘에서 관찰된다.(몰리브데넘 다음 원소인 테크네튬은 극히 예외적으로 추세에 따르지 않는 매우 낮은 값을 가지는데 이는 전자배치가 [Kr] 4d5 5s2로 반이 딱 찼기 때문이다. 그렇지만 추세에서 벗어나는 정도는 3d 전이금속의 망가니즈 보다 적다.) 루테늄은 같은 8족 원소인 과 달리 상온에서 상자성을 띠며 결정체는 육방조밀격자 구조를 가진다.(철은 퀴리온도 이상의 온도에서는 상온의 루테늄처럼 상자성을 띤다.) 녹는점, 끓는점이 매우 높으며 밀도는 12.45 g/cm3이다. 같은 족 원소인 보다 열과 전기를 더 잘 전달한다. 몰리브데넘과의 합금은 10.6 K에서 초전도 성질을 띠고 있다.

일반적인 루테늄 이온의 산성 수용액에서의 환원 퍼텐셜은 다음과 같다.

0.455 V Ru2+ + 2e- <-> Ru

0.249 V Ru3+ + e- <-> Ru2+

1.120 V RuO2 + 4 H+ + 2 e- <-> Ru2+ + 4 H2O

1.563 V RuO42- + 8 H+ + 4 e- <-> Ru2+ + 4 H2O

1.368 V RuO4- + 8 H+ + 5 e- <-> Ru2+ + 4 H2O

1.387 V RuO4 + 4 H+ + 4 e- <-> RuO2 + 2 H2O


화학적 성질편집

루테늄은 다른 백금족 원소들과 마찬가지로 반응성이 작은 금속이다. 그러나 분말 상태에서는 비교적 반응성이 크며 기체를 다량으로 흡수하기도 한다. 비산화성 산에는 녹지 않으며 100℃ 이하의 온도에서는 왕수에도 녹지 않는다. 용융 알칼리에는 공기가 있으면 녹을 수 있으며 과산화 나트륨(Na2O2)이나 염소산 칼륨(KClO3)와 같은 산화성 용제가 있으면 더욱 잘 녹아 루테늄산 이온(RuO42-)이 된다. 실온의 공기에서는 산소와 반응하지 않고 800℃ 이상의 온도에서 검은 자줏빛의 이산화 루테늄(RuO2)이 된다. 대부분의 비금속과 고온에서 느리게 반응한다. 그러나 플루오린이나 염소와 같은 산화제와는 쉽게 반응하는데 플루오린 기체와는 육플루오린화 루테늄(RuF6)을, 염소 기체와는 삼염화 루테늄(RuCl3)을 만든다. 루테늄은 산화수가 +1~+8, -2인 화합물들이 알려져 있으나, 화합물에서 흔한 산화상태는 +2, +3, +4이다. +8 화합물로 사산화 루테늄(RuO4)이 있는데 이는 녹는점이 25.4℃, 끓는점이 40℃인 휘발성 금속 산화물이다. 이는 같은 족의 오스뮴 산화물인 사산화 오스뮴 OsO4(녹는점 40.25℃, 끓는점 129.7℃)과 성질이 비슷하며 자극적인 냄새가 난다.

외부 링크편집