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Eines der seltensten Elemente

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Autor: Peter Belser

Als in den Jahren 1803 und 1804 die vier neuen Elemente Palladium, Rhodium, Iridium und Osmium in Platinerzen entdeckt wurden, begann ein regelrechter Wettlauf, um weitere unbekannte Elemente aus solchen Erzen zu isolieren und in reiner Form darzustellen. Es dauerte aber noch weitere 40 Jahre, bis der deutschbaltische Chemiker Karl Ernst Claus 1844 etwa sechs Gramm eines neuen, bislang unbekannten grau glänzenden Metalls aus Platinerzen, aus einer damals neu entdeckten Lagerstätte im Ural, rein darstellen konnte. Er nannte dieses Metall Ruthenium (Ru, Ordnungszahl 44) in Anlehnung an den Fundort, welcher in Russland lag (Lateinisch «ruthenia»; «Ruthenien» bezeichnet «Russland»).

Nur 21 Fundorte

Das Ruthenium ist eines der seltensten Elemente und kommt in der Erdkruste in einer Konzentration von eins zu einer Billion vor. In den wichtigsten Erzlagerstätten wie z. B. in Südafrika reicherte sich das Ruthenium immerhin bis zu 12 Prozent an. Das reine Metall (reines Element) kommt auch wegen seiner chemischen Robustheit gediegen an 21 Fundorten auf der Welt vor.

Es existieren auch einige wenige rutheniumhaltige Minerale, welche als Legierungen oder an Schwefel (Sulfide) oder Arsen (Arsenide) gebunden, gefunden wurden.

Wie schaffte es dieses praktisch nicht existente Element, die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler zu gewinnen? Es sind seine einzigartigen Eigenschaften und die seiner Verbindungen, welche ihm eine Spitzenstellung in Bezug auf seine Anwendungen im Bereich der Katalyse, der Elektronikindustrie und der Fotovoltaik verschafften.

Für Zahnprotesen …

Im Bereich der Katalyse ist das Element Ruthenium nicht mehr wegzudenken. Bei der Produktion von Plexiglas beispielsweise, dem Polymethylmethacrylat (PMMA), wird eine Rutheniumverbindung benötigt, um die notwendige Reaktionsgeschwindigkeit zur Bildung dieses Polymers zu erreichen. Das bedeutet, dass alle Gegenstände, welche aus Plexiglas gefertigt sind, wie zum Beispiel Scheiben, Zahnprothesen oder Kunstfiguren, Schüsseln oder Uhrgläser, bei ihrer Herstellung mit Ruthenium in Berührung gekommen sind.

… und Festplatten

Auch in der Elektronikindustrie, beispielsweise in Festplatten, wird Ruthenium eingesetzt. Es hilft beim platzsparenden Speichern von Daten und erlaubt daher die Herstellung von Festplatten mit über 40 GB Speicherkapazität. Der grösste Teil der jährlich gewonnenen Menge an Ruthenium (ca. 20 Tonnen) wird für diesen Industriezweig benötigt. Aufgrund seiner hohen Abriebbeständigkeit kommt es auch in elektrischen Kontakten oder Füllfederhalterspitzen vor.

Spannung aufbauen

In der Fotovoltaik werden die ausgezeichneten Eigenschaften einer Rutheniumverbindung ausgenutzt, um Sonnenenergie in elektrische Energie umzuwandeln. In diesen Solarzellen wird das Ruthenium – «eingepackt» in einem sogenannten Metallkomplex – benutzt, um eine elektrische Spannung aufzubauen, die in alltäglichen Anwendungen wie zum Beispiel dem Betrieb von Taschenrechnern die notwendigen Batterien ersetzen kann.

Die Solarzelle, die mit Ruthenium betrieben wird, hat gegenüber der konventionellen Siliziumzelle den Vorteil, dass auch mit schwachem Licht ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird. Der fotovoltaische Prozess der Umwandlung von Licht in elektrische Energie ist der natürlichen Fotosynthese der Pflanzen nachgeahmt.

Diese kurze und unvollständige Zusammenstellung der Einsatzmöglichkeiten von Ruthenium als Element oder auch seiner Verbindungen zeigt, dass ein Atom, welches nur in geringsten Mengen vorkommt, die Industrialisierung der Erde entscheidend beeinflusst hat.

Peter Belser ist Professor für Anorganische Chemie im Departement Chemie der Uni Freiburg.

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Das Element Ruthenium wird unter anderem in der Fotovoltaik verwendet.Bild Keystone/a

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