Ruthenium (von lat. ruthenia: „Russland“, das Heimatland des Entdeckers, chemisch Ru) ist ein edles und teures Metall. Vom Aussehen her unterscheidet sich Ruthenium nicht sehr von vielen anderen Metallen. Es ist dunkelgrau und metallisch glänzend. Weil es ein edles Metall ist, löst es sich nicht in verdünnten Säuren und noch nicht einmal in sehr starken oxidierenden Säuren wie Königswasser. Das Ruthenium-Metall kann man erst über drastische Methoden wie mit einer Salzschmelze aus Kaliumhydroxid und Kaliumnitrat auflösen .
Ruthenium wird in der chemischen Industrie als Element oder in Form von chemischen Verbindungen, ähnlich wie andere Platingruppenelemente, als sehr effektiver Katalysator eingesetzt. Weil Ruthenium ein Nebengruppenelement ist, können Rutheniumverbindungen in vielen Oxidationsstufen (‑2, und alle zwischen 0 und 8) vorliegen. Das macht die Verbindunegn besonders geeignet als Katalysatoren. Die vielen möglichen Oxidationsstufen helfen bei katalytischen Prozessen . Ruthenium kann also als eine Art Elektronenzwischenspeicher dienen.
Die chemische Industrie verwendet Ruthenium deshalb auch in katalytischen Prozessen unter anderem zur Reduktion oder Oxidation von Verbindungen sowie für weitere wirtschaftlich bedeutende Prozesse wie den Fischer-Tropsch Prozess, modifizierten Haber-Bosch Verfahren und viele andere chemische Reaktionen, die ein breites Spektrum chemischer Synthesen abdecken.
Ruthenium bildet mit Sauerstoff Oxide. Eine besondere Eigenschaft des Rutheniums ist die Flüchtigkeit seines sauerstoffreichsten Oxids. Trotz des hohen Molekulargewichts von Rutheniumtetroxid kann es verdampft werden, was die Ruthenium-Gewinnung etwas vereinfacht .
Ruthenium wird darüber hinaus in vielen weiteren Anwendungen eingesetzt. Es ist mechanisch gut belastbar und verbessert die Eigenschaften von Legierungen, indem es sie härter macht. Dies wird zum Beispiel in Turbinenschaufeln von Flugzeugtriebwerken genutzt. Des Weiteren findet Ruthenium Einsatz in verschleißfesten elektrischen Kontakten, der Werkzeugmaschinenindustrie, aber auch der Petrochemie und Chemieindustrie. In der Elektronik werden unter anderem Stecker, Dickschichtwiderstände, Chip-Widerstände, Photovoltaikzellen oder Computer-Festplatten aus Ruthenium-Legierungen oder -Verbindungen verwendet .
Im medizinischen Bereich forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an Anwendungen von Ruthenium zur Unterdrückung des Immunsystems sowie als antimikrobielles oder antibiotisches Mittel. Darüber hinaus überprüfen sie Einsatzmöglichkeiten in der Krebstherapie , entweder direkt auf pharmazeutisch-chemischem Weg oder als radioaktives Isotop als Strahlenquelle für die Tumorbestrahlung. Zudem kommen Rutheniumverbindungen in der medizinischen Analytik zum Einsatz.
Feinverteiltes Ruthenium kann sich an der Luft selbst entzünden oder sogar explodieren, besonders wenn es erwärmt wird .
Ruthenium ist wie die anderen Platingruppenelemente Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin nur selten zu finden. Es kommt meist zusammen mit den anderen Platingruppenelementen vor, man spricht von vergesellschaftetem Vorkommen. Als edles Metall kommt es auch gediegen, also als elementares Metall vor. Darüber hinaus gibt es verschiedene Erze, in denen Ruthenium zusammen mit anderen Metallen als Sulfide vorliegt. Ein Ruthenium reiches Erz ist der Laurit (RuS2) der formal den höchsten Ruthenium-Anteil aller geförderten Erze hat.
Da Ruthenium auch in kleinen Mengen in Nickelerzen vorhanden ist, fällt es auch bei der Reinigung von Rohnickel an. Wegen der großen Menge an produziertem Nickel ist das deshalb eine bedeutende Quelle für Ruthenium.
Das meiste Ruthenium kommt aus Südafrika. Da andere Quellen weitgehend fehlen, spricht man von einem erhöhten Länderrisiko. Wenn die dortige Produktion ausfallen würde, wäre das nur schwer durch andere Quellen zu ersetzen .
Neben natürlichen Vorkommen enthalten auch abgebrannte, also verbrauchte Brennstäbe aus Atomkraftwerken Ruthenium. Sie sind beim Kernspaltungsprozess entstanden, also nicht natürlichen Ursprungs. Da das Ruthenium hier zusammen mit anderen radioaktiven Elementen vorliegt, verwendet man es nicht für industrielle Zwecke.
Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Platingruppenelemente ähneln sich sehr. Deshalb ist es schwer, die Elemente voneinander zu trennen. Der Trennprozess ist langwierig und umfasst viele Stufen. Je nach Anteil an Ruthenium im aufzutrennenden Gemisch wird unterschiedlich vorgegangen. Für den Trennprozess setzt man starke Chemikalien wie Chlor oder Königswasser ein. Die Besonderheit, dass das Rutheniumtetroxid leicht verdampfbar ist, wird normalerweise im Trennprozess ausgenutzt. Es wird dann abdestilliert. Gleichzeitig werden auch die anderen Platingruppenelemente getrennt und gereinigt . Der aufwändige Trennprozess und das seltene Vorkommen führen zu einem hohen Preis von Ruthenium.
Ruthenium gehört zu den Platingruppenelementen (PGE) und kann vielseitig verwendet werden. Eine Exposition in möglicherweise schädigenden Mengen ist aber aufgrund der geringen eingesetzten Mengen unwahrscheinlich. Auch wenn Ruthenium zu den Edelmetallen gehört, könnte es wie Platin in Komplexverbindungen als Medikament z.B. gegen Krebs eingesetzt werden.
Ruthenium (Ru) ist ein seltenes Element. Es gehört zu den Platingruppenelementen (PGE) und wird in verschiedenen industriellen Anwendungen verwendet, unter anderem als Bestandteil von Elektrokatalysatoren in der Abwasserbehandlung. Seine Freisetzung in die Umwelt erfolgt durch menschliche Aktivitäten. Dies wirft Bedenken hinsichtlich seiner ökotoxikologischen Auswirkungen auf.
Die Aufnahme von Ruthenium in den Körper ist stark abhängig von der Form und dem Oxdidationsstatus, in dem sich das Ruthenium befindet. So ist es als Ru(VIII) in der Form als Rutheniumtetroxid (RuO4) gasförmig und leicht flüchtig und kann leicht über die Lunge eingeatmet werden. Dagegen ist es als Rutheniumdioxid [Ru(IV)O2] partikulär. Die Menge aufgenommener Moleküle bzw. Partikel über den Magen-Darm-Trakt oder die Lunge ist sehr klein.
Ruthenium interagiert, abhängig von seiner Form, unterschiedlich mit Umweltorganismen. Seine Auswirkungen reichen von förderlich bei niedrigen Dosen für reines Ruthenium bis hin zu toxisch bei höheren Konzentrationen bestimmter Rutheniumverbindungen und -komplexe.
Wegen der nahezu nicht vorhandenen Verwendung von Ruthenium gibt es keine Studien zur Toxikologie im Menschen. Nur wenige Studien beschäftigen sich mit der möglichen Wirkung von Ruthenium Nanopartikeln in Säugetieren. Man findet aber eher eine schützende Wirkung gegen Sauerstoffradikale, als eine Toxizität der Rutheniumpartikel.
Die Verteilung von Ruthenium in der Umwelt hängt von seiner chemischen Form und den Anwendungen ab. Lipophile Komplexe neigen eher zur Akkumulation in Organismen, hydrophile Formen verteilen sich leichter in Wassersystemen.