Rutênio (Ru)

O rutênio, número atômico 44, é um metal localizado no grupo 8 da Tabela Periódica. Faz parte do que conhecemos como Metais do Grupo da Platina, junto do ósmio, paládio, irídio, ródio e, claro, a platina. Ele é capaz de possuir diversos estados de oxidação, alcançando inclusive a carga formal de +8, a maior da Tabela Periódica.

Por conta de sua nobreza, o rutênio apresenta boas propriedades físico-químicas, como baixa reatividade e ampla resistência à corrosão. Por isso, ele é usado em ligas metálicas para aumentar suas propriedades mecânicas e também melhorar sua proteção anticorrosiva. Além disso, o rutênio e seus compostos vêm sendo empregados em reações químicas modernas e também no desenvolvimento de células solares mais baratas.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre rutênio
• 2 - Propriedades do rutênio
• 3 - Características do rutênio
• 4 - Onde o rutênio pode ser encontrado?
• 5 - Obtenção do rutênio
• 6 - Aplicações do rutênio
• 7 - História do rutênio
• 8 - Exercícios resolvidos sobre rutênio

Resumo sobre rutênio

• O rutênio é um metal pertencente ao grupo 8 da Tabela Periódica.

• É um dos Metais do Grupo da Platina (MGP), que também abarcam o paládio, o ósmio, o irídio, o ródio e a própria platina.

• É pouco presente na crosta terrestre, mas, por conta de sua baixa reatividade, pode ser encontrado em sua forma pura.

• É capaz de produzir compostos com diversos estados de oxidação, os quais variam de 0 a +8.

• É obtido comercialmente como subproduto da mineração de níquel.

• Na indústria metalúrgica, melhora a capacidade física e anticorrosiva de algumas ligas.

• Seus compostos vêm sendo empregados em processos químicos modernos e na fabricação de células solares mais baratas que as tradicionais.

Propriedades do rutênio

• Símbolo: Ru.

• Número atômico: 44.

• Massa atômica: 101,07 u.m.a.

• Eletronegatividade: 2,2.

• Ponto de fusão: 2334 °C.

• Ponto de ebulição: 4150 °C.

• Densidade: 12,1 g.cm^-3 (a 20 °C).

• Configuração eletrônica: [Kr] 5s¹ 4d⁷.

• Série Química: grupo 8, metais de transição, Metais do Grupo da Platina.

Características do rutênio

O rutênio é um dos metais pertencentes ao grupo conhecido como Metais do Grupo da Platina (MGP), composto também pelos metais platina, paládio, ósmio, irídio e ródio. Por ser pertencente a esse conjunto, o rutênio tem algumas características que remetem aos metais nobres, como sua baixa reatividade e grande resistência à corrosão.

É um metal pouco presente na crosta terrestre, com uma composição média de 10^-8% em massa. Porém, é mais presente em meteoritos, como em condritos e em meteoritos de ferro. O rutênio possui sete isótopos naturais e 34 isótopos radioativos.

Em sua forma metálica, o rutênio é protegido por uma fina camada de RuO₂, que previne a oxidação desse metal pelo O₂ até uma temperatura de 870 K. O rutênio consegue reagir ainda com o flúor (F₂) e o cloro (Cl₂) sob aquecimento e é também atacado pelo ácido clorídrico quando este está misturado com outros agentes oxidantes, como KClO₄, resultando em uma oxidação explosiva.

Substâncias alcalinas fundidas também têm a capacidade de reagir com o metal. Porém, ele não é atacado por ácidos, estando em baixa ou alta temperatura, e não pode ser atacado pela água régia.

Uma das características do rutênio, que se estende ao ósmio (elemento também do grupo 8), é a grande variedade de estados de oxidação que esse elemento pode ter: o NOx de seus compostos pode variar de 0 até +8, sendo o estado +3 o mais estável.

O estado de oxidação +8, inclusive, é o maior atingido por qualquer elemento na Tabela Periódica. Um exemplo de substância com esse NOx é o RuO₄. Esse óxido é tóxico, com odor que lembra o ozônio, bastante solúvel em tetracloreto de carbono (CCl₄). Também é um poderoso oxidante.

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Onde o rutênio pode ser encontrado?

Por conta de sua característica nobre, o rutênio pode ser encontrado na sua forma nativa na natureza, em conjunto com os demais MGPs, como ocorre nos Montes Urais e em regiões das Américas do Norte e Sul.

Contudo, comercialmente é obtido de forma mais comum por meio de rejeitos de níquel, oriundos de seu refino advindo do minério pentlandita, (Fe,Ni)S. Destacam-se os depósitos da África do Sul, Rússia, Zimbábue, Estados Unidos e Canadá.

Obtenção do rutênio

Metais nobres são difíceis de serem isolados. No caso dos MGPs, a dificuldade ocorre porque suas propriedades físico-químicas são semelhantes até certo ponto. A extração do rutênio é bastante complexa, embora existam muitas técnicas disponíveis. De certa forma, o problema é encontrar uma técnica segura e que possa ser aplicada em uma realidade industrial, e não apenas em laboratório.

Por exemplo, a destilação do tetróxido de rutênio, RuO₄, pode ser feita em laboratório e seria interessante para que se separasse dos demais MGPs, pois trata-se de um composto volátil. Porém, não se recomenda sua aplicação em larga escala, pois acima de 180 °C o tetróxido de rutênio é explosivo. Também é difícil obtê-lo por precipitação, pois a semelhança química com os demais MGPs dificulta uma precipitação seletiva.

Assim, o jeito mais utilizado é via extração com solvente, em que o rutênio pode ser concentrado e separado dos demais compostos. Um dos métodos é sua conversão à espécie solúvel RuCl₆^2-, a qual pode ser separada com aminas terciárias e, consequentemente, produzir um rutênio de pureza acima de 99%.

Aplicações do rutênio

Na indústria, a aplicação do rutênio em ligas metálicas é muito bem-vista, uma vez que melhora as propriedades físico-químicas do produto. Por exemplo, a adição de 0,1% em massa de rutênio ao titânio faz sua resistência à corrosão aumentar 100 vezes.

Porém, boa parte do rutênio é aplicada em estudos e em desenvolvimento de seus produtos. Estudos envolvendo catalisadores à base de rutênio integraram a técnica de metátese em síntese orgânica, responsável por laurear Yves Chauvin, Robert Grubbs e Richard Schrock com o Prêmio Nobel de Química de 2005.

Complexos de rutênio também foram extensamente empregados nas reações de hidrogenação catalítica assimétrica, que rendeu a William Knowles, Barry Sharpless e Ryoji Noyori o Prêmio Nobel de Química de 2001.

Um composto de rutênio extensamente estudado é o complexo deste metal com a 2,2’-bipiridina, os chamados rubipy. Percebeu-se que essa substância e alguns derivados tinham grande capacidade de oxidação, por conta do Ru³⁺, e de redução, por causa da bipiridina. Compostos de rutênio também vêm sendo estudados para o desenvolvimento de células solares de menor custo em comparação às presentes no mercado.

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História do rutênio

Em 1827, Jakob Berzelius e Gottfried Osann examinaram os resíduos restantes da dissolução de platina oriunda dos Montes Urais com água régia. Enquanto Berzelius não encontrou nenhum metal inédito, Osann acreditava ter encontrado três novos metais e para um deles, deu o nome de rutênio.

Karl Karlovitch Klaus é comumente considerado o descobridor do rutênio. Em 1844, ele demonstrou que o composto observado por Osann consistia em um óxido impuro do rutênio. Klaus obteve cerca de 6 g do metal advindos dos rejeitos insolúveis de platina tratados com água régia.

O nome rutênio é uma homenagem à Rússia — o nome do país em latim é Ruthenia. Klaus manteve o nome em reconhecimento ao trabalho de Osann, mas também em homenagem à sua terra natal.

Exercícios resolvidos sobre rutênio

Questão 1

O rutênio é um metal que possui diversos estados de oxidação possíveis, podendo variar de 0 até +8. Nos óxidos Ru₂O₃, RuO₂ e RuO₄, quais os números de oxidação do rutênio, respectivamente?

A) 0, +2 e +4

B) +3, +2 e +4

C) +3, +4 e +8

D) +2, +4 e +5

E) 0, +4 e +8

Resolução:

Alternativa C

Nos óxidos, o oxigênio mantém o NOx igual a -2. Assim, podemos calcular o NOx do rutênio nos compostos da seguinte forma:

• Ru₂O₃: 2x + 3(-2) = 0 → 2x – 6 = 0 → 2x = 6 → x = 3

• RuO₂: y + 2(-2) = 0 → y – 4 = 0 → y = 4

• RuO₄: z + 4(-2) = 0 → z – 8 = 0 → z = 8

Questão 2

O rutênio é capaz de formar o óxido RuO₄, um composto em que o elemento possui a maior carga (NOx) possível para um elemento da Tabela Periódica. Sobre esse composto, podemos afirmar que:

A) É um óxido neutro.

B) É uma substância oxidante.

C) O NOx do rutênio nesse composto é igual a +4.

D) É uma substância redutora.

Resolução:

Alternativa B

No RuO₄, o NOx do rutênio é igual a +8. Nesse caso, em uma reação química, a sua carga não poderia aumentar, pois já atingiu o valor máximo (que inclusive é o maior possível para a Tabela Periódica). Assim, em um processo químico, o NOx do Ru pode apenas cair, ou seja, o rutênio pode apenas ser reduzido.

Sendo o rutênio reduzido, ele oxida outra substância que esteja no meio reacional, fazendo com que essa substância seja caracterizada como um oxidante.

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química