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Ruthenium und Schallgeschwindigkeit: Unterschied zwischen den Seiten

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Die '''Schallgeschwindigkeit''' ist die [[Geschwindigkeit]], mit der sich [[Schallwellen]] in einem beliebigen Medium ausbreiten.
[[en:Ruthenium]] [[es:Rutenio]] [[fr:Ruthénium]] [[ja:ルテニウム]] [[nl:Ruthenium]] [[pl:Ruten]] [[sv:Rutenium]]


Für die Schallgeschwindigkeit ''c'' gilt die Formel
'''Ruthenium''' ist ein [[chemisches Element]] im [[Periodensystem|Periodensystem der Elemente]] mit dem Symbol Ru und der [[Ordnungszahl]] 44.


:<math>c = \lambda \cdot f </math>,
Es handelt sich um ein seltenes Übergangsmetall der Platingruppe.


wobei λ die [[Wellenlänge]] und ''f'' die [[Frequenz]] der Schallwelle ist.


Die [[SI]]-Einheit der Schallgeschwindigkeit ist [[Meter]] pro [[Sekunde]] (m/s).
<table border="1" cellpadding="2" cellspacing="0" align="right">
<caption><font size="+1">'''Eigenschaften'''</font></caption>
<tr><td colspan="2" cellspacing="0" cellpadding="2">
</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align=center bgcolor="#ffc0c0">'''Allgemein'''</th></tr>
<tr>
<td>[[Liste der chemischen Elemente nach dem Namen|Name]], [[Liste der chemischen Elemente nach Symbol|Symbol]], [[Liste der chemischen Elemente nach der Ordnungszahl|Ordnungszahl]]</td><td>Ruthenium, Ru, 44 </td></tr>
<tr>
<td>[[Serie des Periodensystems|Serie]] </td><td>[[Übergangsmetalle]]</td></tr>
<tr>
<td>[[Gruppe des Periodensystems|Gruppe]], [[Periode des Periodensystems|Periode]], [[Block des Periodensystems|Block]]</td><td>[[Gruppe-8-Element|8]], [[Periode-5-Element|5]] , [[d-Block|d]]</td></tr>
<tr>
<td>[[Dichte]], [[Mohshärte]] </td><td>12370 [[Kilogramm pro Kubikmeter|kg/m<sup>3</sup>]], 6.5</td></tr>
<tr>
<td>[[Farbe|Aussehen]] </td><td>silbrig weiß metallisch</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align="center" bgcolor="#ffc0c0">'''Atomar'''</th></tr>
<tr>
<td>[[Atomgewicht]] </td><td>[[1 E-25 kg|101.07 amu]]</td></tr>
<tr>
<td>[[Atomradius]] (berechnet) </td><td>[[1 E-10 m|130 (178) pm]]</td></tr>
<tr>
<td>[[Kovalenter Radius]] </td><td>126 [[Picometer|pm]]</td></tr>
<tr>
<td>[[van der Waals-Radius]] </td><td>k.A.</td></tr>
<tr>
<td>[[Elektronenkonfiguration]] </td><td><nowiki>[</nowiki>[[Krypton|Kr]]<nowiki>]</nowiki>4d<sup>7</sup>5[[S-Orbital|s]]<sup>1</sup></td></tr>
<tr>
<td>[[Elektron|e]]<sup>-</sup> 's pro [[Energieniveau]]</td><td>2, 8, 18, 15, 1</td></tr>
<tr>
<td>[[Oxidationszustand|Oxidationszustände]] ([[Oxid]]) </td><td>2, 3, '''4''', 6, 8 (leicht [[Säure|sauer]])</td></tr>
<tr>
<td>[[Kristallstruktur]] </td><td>hexagonal</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align="center" bgcolor="#ffc0c0">'''Physikalisch'''</th></tr>
<tr><td>[[Aggregatzustand]] ([[Magnetismus]]) </td><td>fest ([[Magnetismus|__]])</td></tr>
<tr>
<td>[[Schmelzpunkt]] </td><td>2607 [[Kelvin|K]] (2334°[[Celsius|C]])</td></tr>
<tr>
<td>[[Siedepunkt]] </td><td>4423 K (4150°C)</td></tr>
<tr>
<td>[[Molares Volumen]] </td><td>8.17 [[Wissenschaftliche Notation|×]]10<sup>-3</sup> [[Kubikmeter pro Mol|m<sup>3</sup>/mol]]</td></tr>
<tr>
<td>[[Verdampfungswärme]] </td><td>595 [[Kilojoule pro Mol|kJ/mol]]</td></tr>
<tr>
<td>[[Schmelzwärme]] </td><td>24 kJ/mol</td></tr>
<tr>
<td>[[Dampfdruck]] </td><td>1.4 [[Pascal (Einheit)|Pa]] bei 2523 K</td></tr>
<tr>
<td>[[Schallgeschwindigkeit]] </td><td>5970 [[Meter pro Sekunde|m/s]] bei 293.15 K</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align="center" bgcolor="#ffc0c0">'''Verschiedenes'''</th></tr>
<tr>
<td>[[Elektronegativität]] </td><td>2.2 ([[Pauling-Skala]]) </td></tr>
<tr>
<td>[[Spezifische Wärmekapazität]] </td><td>238 [[Joule pro Kilogramm und Kelvin|J/(kg*K)]]</td></tr>
<tr>
<td>[[Elektrische Leitfähigkeit]] </td><td>13.7 10<sup>6</sup>/m [[Ohm]]</td></tr>
<tr>
<td>[[Wärmeleitfähigkeit]] </td><td>117 [[Watt pro Meter und Kelvin|W/(m*K)]]</td></tr>
<tr>
<td>1. [[Ionisierungsenergie]] </td><td>710.2 kJ/mol</td></tr>
<tr>
<td>2. Ionisierungsenergie </td><td>1620 kJ/mol</td></tr>
<tr>
<td>3. Ionisierungsenergie </td><td>2747 kJ/mol</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align="center" bgcolor="#ffc0c0">'''Stabilste Isotope'''</th></tr>
<tr>
<td colspan="2">
<table border="1" cellspacing="0" cellpadding="2" width="100%">
<tr>
<th>[[Isotop|Isotop]]</th><th>[[Natürliche Häufigkeit|NH]]</th><th>[[Halbwertszeit|t<sub>1/2</sub>]] </th><th>[[Zerfallsmodus|ZM]]</th><th>[[Zerfallsenergie|ZE]] [[mega|M]][[Elektronenvolt|eV]]</th><th>[[Zerfallsprodukt|ZP]]</th></tr>
<tr>
<td><sup>96</sup>Ru</td><td>5.52%</td><td colspan="4">Ru ist [[Stabiles Isotop|stabil]] mit 52 [[Neutron]]en</td></tr>
<tr>
<td><sup>98</sup>Ru</td><td>1.88%</td><td colspan="4">Ru ist stabil mit 54 Neutronen</td></tr>
<tr>
<td><sup>99</sup>Ru</td><td>12.7%</td><td colspan="4">Ru ist stabil mit 55 Neutronen</td></tr>
<tr>
<td><sup>100</sup>Ru</td><td>12.6%</td><td colspan="4">Ru ist stabil mit 56 Neutronen</td></tr>
<tr>
<td><sup>101</sup>Ru</td><td>17.0%</td><td colspan="4">Ru ist stabil mit 57 Neutronen</td></tr>
<tr>
<td><sup>102</sup>Ru</td><td>'''31.6%'''</td><td colspan="4">Ru ist stabil mit 58 Neutronen</td></tr>
<tr>
<td><sup>104</sup>Ru</td><td>18.7%</td><td colspan="4">Ru ist stabil mit 60 Neutronen</td></tr>
<tr>
<td><sup>106</sup>Ru</td><td>[[Synthetisches Radioisotop|{syn.}]]</td><td>[[1 E7 s|373.59 d]] </td><td>[[Beta-Strahlung|β<sup>-</sup>]]</td><td>0.039</td><td><sup>106</sup>[[Rhodium|Rh]]</td></tr>
</table>
</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align="center" bgcolor="#ffc0c0">'''NMR-Eigenschaften'''</th></tr>
<tr>
<td colspan="2">
<table border="1" cellspacing="0" cellpadding="2" width="100%">
<tr>
<th></th><th><sup>99</sup>Ru</th><th><sup>101</sup>Ru</th></tr>
<tr>
<td>[[Kernspin]]</td><td>-3/2</td><td>-5/2</td></tr>
<tr>
<td>gamma / [[rad]]/[[Tesla (Einheit)|T]]</td><td>9.068e6 </td><td>1.322e7 </td></tr>
<tr>
<td>Empfindlichkeit</td><td>0.000195</td><td>0.00141</td></tr>
<tr>
<td>[[Larmorfrequenz]] bei B=4.7[[Tesla (Einheit)|T]]</td><td>6.78 [[mega|M]][[Hertz (Einheit)|Hz]]</td><td>9.88 [[mega|M]][[Hertz (Einheit)|Hz]]</td></tr>
</table>
</td></tr>
<tr>
<th colspan="2" align="center" bgcolor="#ffc0c0"><font size="-1">[[SI]]-Einheiten und [[Standardbedingungen]] werden benutzt,<br>sofern nicht anders angegeben.</font></th>
</tr>
</table>


==Schallgeschwindigkeit in Festkörpern==
== Bemerkenswerte Eigenschaften ==
Ruthenium ist ein hartes, sprödes, grauweisses Metall der Platingruppe, das in vier Kristall-Modifikationen vorkommt.<br>
Bei Raumtemperatur behält es seine metallisch blanke Oberfläche und läuft nicht an. Beim Glühen im Sauerstoffstrom bildet sich flüchtiges, unbeständiges und giftiges Rutheniumtetraoxid, das durch Lichteinwirkung explosiv in Rutheniumdioxid und Sauerstoff zerfallen kann.<br>
Ruthenium ist in allen mineralischen Säuren unterhalb von 100 °C beständig, löst sich aber in Alkalischmelzen, besonders wenn zusätzlich oxidierend wirkende Verunreinigungen wie Natriumperoxid Na<sub>2</sub>O<sub>2</sub> und Natriumchlorat NaClO<sub>3</sub> vorhanden sind. Bei höheren Temperaturen wird es auch von Halogenen oxidiert.<br>
Zum Härten von Platin und Palladium wird es in kleinen Mengen zulegiert.
In Titanlegierungen erhöht eine Konzentration von 0,1% Ruthenium die Korrosionsbeständigkeit drastisch.


Die Schallgeschwindigkeit in [[Festkörper]]n hängt von der [[Dichte (Physik)|Dichte]] ρ und des [[Elastizitätsmodul]]s ''E'' des Festkörpers und berechnet sich aus
Plattierungen aus Ruthenium können elektrolytisch wie auch durch thermische Zersetzung hergestellt werden.<br>
Eine Ruthenium-Molydän-Legierung ist supraleitend. Die Sprungtemperatur beträgt 10,6 K.<br>
Ruthenium kommt in den Oxidationsstufen -2 und +1 bis +8 vor, meist aber nur die Stufen +2, +3 und +4.


:<math>c_{Festkoerper} = \sqrt{E \over \rho}</math>.
== Anwendungen ==
*Elekrischen Schaltkontakten aus Platin und Palladium wird Ruthenium zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit zulegiert
*Legierungszusatz in Titanlegierungen (siehe oben)
*Ruthenium kann als vielseitiger Katalysator eingesetzt werden
*Mit Rutheniumdioxid beladenenes Cadmiumsulfid kann in wässriger Lösung Schwefelwasserstoff durch Licht zersetzen
*Metallorganische Rutheniumkomplexe weisen tumorhemmende Eigenschaften auf


==Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten==
== Geschichte ==
Ruthenium (lateinisch ''Ruthenia'' für Russland, oder Klein-Russland oder Ukraine?) wurde [[1844]] von [[Karl Ernst Claus]] entdeckt und isoliert. Er zeigte das der in Königswasser unlösliche Rückstand von Rohplatin eine Verbindung eines neuen Elementes enthielt.


Die Schallgeschwindigkeit in [[Flüssigkeit]]en ist ein Funktion von der Dichte ρ und des [[Kompressionsmodul]]s ''K'' der Flüssigkeit und berechnet sich aus
[[Jöns Jakob Berzelius]] and [[Gottfried Osann]] entdeckten Ruthenium schon [[1827]]. Auch sie lösten Rohplatin in Königswasser und untersuchten den unlöslichen Rückstand. Während Berzelius kein ungewöhnliches Metall fand, war Osann überzeugt gleich drei neue Metalle gefunden zu haben. Einem gab er den namen Ruthenium.


:<math>c_{Fluessigkeit} = \sqrt{K \over \rho}</math>.
Ebenso könnte der polnische Chemiker [[Jedrzej Sniadecki]] das Element 44, das er ''Vestium'' nannte, 1807 aus Platinerz gewonnen haben. Seine Arbeiten wurden aber nie bestätigt. Später zog er seinen Anspruch auf Entdeckung eines neuen Elementes zurück.


==Schallgeschwindigkeit in Gasen==
== Vorkommen ==
Normalerweise kommt Ruthenium in Platinerzen aus dem Ural sowie Nord- und Südamerika verschwistert mit anderen Elementen der Platingruppe vor. Kleine aber komerziell interessante Vorkommen gibt es auch in Sudbury, Ontario (Pentlandit) und in südafrikanischen [[Pyroxinit]] Lagerstätten.


Die Schallgeschwindigkeit in [[Gas]]en ist abhängig vom [[Adiabatenkoeffizient]] κ, der Dichte ρ sowie dem [[Druck (physikalische Größe)|Druck]] ''p'' des Gases und berechnet sich aus
Meallisches Rutheniumpulver wird in einem komplexen Prozess durch Reduktion von Ammonium-Ruthenium-Chlorid durch Wasserstoff hergestellt. Die Verdichtung zum kompakten Metall erfolgt durch pulvermetallurgische Verfahren oder durch Lichtbogenverschweißung unter Argon als Schutzgas.


:<math>c_{Gas} = \sqrt{\kappa \cdot p \over \rho}</math>.
== Verbindungen ==
Rutheniumverbindungen sind den Cadmiumverbindungen sehr ähnlich. Es existieren mindestens acht Oxidationsstufen. Meist liegt es aber in den Stufen +2, +3 und +4 vor.


Da der Gasdruck und die Dichte eines Gases stark von der [[Temperatur (Physik)|Temperatur]] abhängen, ist die Schallgeschwindigkeit von Gasen ebenfalls stark abhängig von der Temperatur. Für Luft gilt unter Normaldruck bei Temperaturen ''θ'' (in °C) mit hinreichender Genauigkeit die folgende lineare Näherungsformel
== Isotope ==


:<math>c_{\mathrm{Luft}} = (331{,}6 + 0{,}6 \ \theta) \ \mathrm{m/s}</math>.
== Vorsichtsmaßnahmen ==

Rutheniumtetraoxid RuO<sub>4</sub> ist wie das Osmiumtetraoxid hochtoxisch und explosiv.<br>

Ruthenium hat keine biologische Funktion. Es erzeugt Hautflecken und reichert sich im Knochen an. Eventuell ist es krebserregend.
==Beispiele für Schallgeschwindigkeiten in verschiedenen Medien==

In der folgenden Tabelle sind einige Beispiele für Schallgeschwindigkeiten in verschiedenen Medien bei einer Temperatur von 20°C aufgelistet.

{| border="1" cellspacing="0"
! style="background:#efefef;" | Medium
! style="background:#efefef;" | Schallgeschwindigkeit <br> in (m/s)
|-----
| [[Luft]] || align="right" | 344
|-----
| [[Wasser]] || align="right" | 1480
|-----
| [[Eis]] || align="right" | 3200
|-----
| [[Glas]] || align="right" | 5300
|-----
| [[Blei]] || align="right" | 1200
|-----
| [[PVC]] (weich) || align="right" | 80
|-----
| PVC (hart) || align="right" | 1700
|-----
| [[Beton]] || align="right" | 3100
|-----
| [[Buche]]nholz || align="right" | 3300
|}

==Sonstiges==
In der Luftfahrt wird die Geschwindigkeit eines Flugzeugs auch relativ zur Schallgeschwindigkeit gemessen. Dabei wird die Einheit [[Mach (Geschwindigkeit)|Mach]] verwendet, wobei 1 Mach gleich der jeweiligen Schallgeschwindigkeit ist.


== Weblinks ==
== Weblinks ==
*http://fasae.ibpmw.uni-essen.de/ibpm/studium/Lehre/Schall/Buch/22.00-22.10.htm
*[http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Ru/index.html WebElements.com - Ruthenium]
**Grundlagen und Tabelle
*[http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Ru.html EnvironmentalChemistry.com - Ruthenium]
*http://www.physik.uni-dortmund.de/didaktik/lernwerkstatt/schall_metall.htm
**Messung der Schallgeschwindigkeit in Metallen
*http://mitglied.lycos.de/seleistner/schamesg.htm
**Tabelle mit Schallgeschwindigkeit in verschiedenen Medien

Version vom 4. Februar 2004, 19:30 Uhr

Die Schallgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der sich Schallwellen in einem beliebigen Medium ausbreiten.

Für die Schallgeschwindigkeit c gilt die Formel

,

wobei λ die Wellenlänge und f die Frequenz der Schallwelle ist.

Die SI-Einheit der Schallgeschwindigkeit ist Meter pro Sekunde (m/s).

Schallgeschwindigkeit in Festkörpern

Die Schallgeschwindigkeit in Festkörpern hängt von der Dichte ρ und des Elastizitätsmoduls E des Festkörpers und berechnet sich aus

.

Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten

Die Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten ist ein Funktion von der Dichte ρ und des Kompressionsmoduls K der Flüssigkeit und berechnet sich aus

.

Schallgeschwindigkeit in Gasen

Die Schallgeschwindigkeit in Gasen ist abhängig vom Adiabatenkoeffizient κ, der Dichte ρ sowie dem Druck p des Gases und berechnet sich aus

.

Da der Gasdruck und die Dichte eines Gases stark von der Temperatur abhängen, ist die Schallgeschwindigkeit von Gasen ebenfalls stark abhängig von der Temperatur. Für Luft gilt unter Normaldruck bei Temperaturen θ (in °C) mit hinreichender Genauigkeit die folgende lineare Näherungsformel

.


Beispiele für Schallgeschwindigkeiten in verschiedenen Medien

In der folgenden Tabelle sind einige Beispiele für Schallgeschwindigkeiten in verschiedenen Medien bei einer Temperatur von 20°C aufgelistet.

Medium Schallgeschwindigkeit
in (m/s)
Luft 344
Wasser 1480
Eis 3200
Glas 5300
Blei 1200
PVC (weich) 80
PVC (hart) 1700
Beton 3100
Buchenholz 3300

Sonstiges

In der Luftfahrt wird die Geschwindigkeit eines Flugzeugs auch relativ zur Schallgeschwindigkeit gemessen. Dabei wird die Einheit Mach verwendet, wobei 1 Mach gleich der jeweiligen Schallgeschwindigkeit ist.

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