Введение

Хлорид рутения(III) — химическое соединение с формулой RuCl3. Под названием "хлорид рутения(III)" чаще всего подразумевают гидрат RuCl3·xH2O. Как безводная, так и гидратированная формы представляют собой тёмно-коричневые или чёрные твёрдые вещества. Гидрат, содержащий переменное количество воды кристаллизации, часто близкое к тригидрату, широко используется в качестве исходного материала в химии рутения.

Приготовление и свойства

Безводный хлорид рутения(III) обычно получают нагреванием порошкообразного рутения хлором. В оригинальном синтезе хлорирование проводилось в присутствии монооксида углерода, продукт переносился потоком газа и кристаллизовался при охлаждении. Известны два полиморфа RuCl3. Чёрная α-форма имеет структуру типа CrCl3 с длинными контактами Ru–Ru в 346 пм. Этот полиморф состоит из сотообразных слоёв Ru3+, окружённых октаэдрической клеткой Cl−-анионов. Катионы рутения магнитны, находясь в основном состоянии с низким спином J~1/2 и чистым угловым моментом L=1. Слои α-RuCl3 уложены друг на друга слабыми силами Ван-дер-Ваальса. Их можно отслаивать для получения монослоёв с помощью скотча. Тёмно-коричневая метастабильная β-форма кристаллизуется в гексагональной ячейке; эта форма состоит из бесконечных цепей октаэдров, разделяющих грани, с контактами Ru–Ru в 283 пм, что аналогично структуре трихлорида циркония. β-форма необратимо переходит в α-форму при 450–600 °C. β-форма диамагнитна, в то время как α-RuCl3 парамагнитна при комнатной температуре. Пары RuCl3 разлагаются на элементы при высоких температурах; изменение энтальпии при 750 °C (1020 K), ΔdissH1020, оценивается в +240 кДж/моль.

Физика твердого тела

α RuCl3 был предложен в качестве кандидата для состояния квантовой спиновой жидкости Китаева, когда нейтронная дифракция выявила необычный магнитный спектр, а исследование теплопереноса обнаружило хиральные майорановские фермионы под воздействием магнитного поля.

Координационная химия гидратированного трихлорида рутения

Как наиболее распространенное соединение рутения, RuCl3·xH2O служит прекурсором для сотен химических соединений. Заметной особенностью комплексов рутения, хлоридов и других соединений, является наличие нескольких степеней окисления, некоторые из которых кинетически инертны. Все переходные металлы второго и третьего рядов образуют исключительно комплексы с низким спином, в то время как рутений уникален стабильностью соседних степеней окисления, особенно Ru(II), Ru(III) (как в исходном RuCl3·xH2O) и Ru(IV).

Производные углекислого газа

RuCl3(H2O)x реагирует с монооксидом углерода в мягких условиях. В отличие от него, хлориды железа не реагируют с CO. CO восстанавливает красно-коричневый трихлорид до желтоватых соединений Ru(II). В частности, воздействие этанольного раствора RuCl3(H2O)x при 1 атм CO приводит, в зависимости от конкретных условий, к образованию [Ru2Cl4(CO)4], [Ru2Cl4(CO)4]2− и [RuCl3(CO)3]−. Добавление лигандов (L) к таким растворам дает соединения RuClCO L (L = PR3). Восстановление этих карбонилированных растворов цинком приводит к образованию оранжевого треугольного кластера Ru3(CO)12. 3RuCl3·xH2O + 4.5Zn + 12CO (высокое давление) → Ru3(CO)12 + 3xH2O + 4.5ZnCl2