Scienty

Рутений – это химический элемент, обладающий уникальными свойствами. Возникает вопрос, почему он стоит дешевле платины, несмотря на то, что оба металла принадлежат к одной группе периодической таблицы? В чем заключается важность рутения для химиков и почему оно необходимо в различных областях? Способен ли этот элемент заменить платину? Ответы на эти вопросы дает член-корреспондент РАН Ян Зигфридович Волошин, руководитель лаборатории нанобиоматериалов и биоэффекторов Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН.

— У вас немецкое имя и русская фамилия — как это вышло?

— Бабушка, очевидно, побывала на «Лебедином озере», и это настолько ее впечатлило, что она назвала моего отца Зигфридом. Впоследствии называть сына Иваном было бы нелепо, поэтому меня стали именовать Яном. Немецкого происхождения у меня нет. Предки волохов обитали в юго-западной части нашей страны, вероятно, оттуда и пошло мое имя.

— Я работаю в Институте Онкологии имени Н.Н. Блохина РАН, где возглавляю один из отделов?

— Я руковожу молодежной лабораторией, в которой все исследователи, за исключением меня, отличаются юным возрастом и высоким потенциалом. Государство оказывает поддержку этим специалистам, создавая подобные лаборатории, чтобы независимо от финансового положения семьи или места жительства в Москве, каждый участник мог сосредоточиться на научной деятельности, получая достойное вознаграждение. Согласно распоряжению президента России, размер этой зарплаты составляет две средние по региону. Это позволяет молодым ученым полностью посвятить себя исследованиям, не беспокоясь о необходимости подработки.

— Расскажите, какой наукой они занимаются.

— Наши исследования охватывают весьма разнообразные области. В первую очередь, это неорганические материалы, а также соединения, перспективные для применения в диагностике и лечении, включая онкологические заболевания. Отсутствие единого стратегического фокуса, при сохранении взаимосвязи между направлениями, позволяет проектам приобретать более широкий охват. Необходим обширный взгляд на вещи. Вспоминается известное изречение: «Специалист подобен флюсу: полнота его одностороння»? В нашем случае это не так.

— Что за молодежь у вас работает, откуда они к вам приходят?

— В наш проект поступают молодые люди из различных высших учебных заведений и городов. С самого начала мы делаем ставку на поддержку наиболее талантливых специалистов. Я считаю, что это верный подход. Необходимо направлять ресурсы не на всех, а на тех, кто действительно заинтересован в научной деятельности.

— Позвольте мне рассказать о тех областях научных исследований, которые, на мой взгляд, имеют наибольшую значимость в настоящее время.

— Я хотел бы сосредоточиться на теме, которая в настоящее время находится в стадии активного развития в рамках научного центра мирового уровня «Центр рационального использования редкометалльного сырья». Этот центр был организован консорциумом, в который вошли Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и Кольский научный центр РАН. Основная цель деятельности центра – разработка и интеграция в экономику передовых, ресурсоемких технологий. У нас была и остается выдающаяся химия платиновых и редких металлов, представленная такими учеными, как Л.А. Чугаев и И.И. Черняев, и в Институте общей и неорганической химии мы продолжаем развивать химию соединений рутения. На мой взгляд, это весьма перспективный металл, относящийся к группе платины. Привлекательно даже само его наименование.

— А что оно значит?

— Это историческое название нашей страны. Известно, что рутений (химический элемент, обозначаемый символом Ru) был назван в честь Рутении (лат. Ruthenia) — это средневековое географическое название, относящееся к Руси. Профессор Карл Клаус из Казанского университета сделал открытие рутения, и стеклянная баночка с образцом металла, полученным им, до сих пор хранится в музее этого университета. Я лично очень люблю рутений, ведь он, как мне кажется, напоминает русский народ.

— Это чем же? Такой же драгоценный?

— У него отличается прочная натура, и в сравнении, скажем, с платиной он значительно доступнее по цене. Он образует очень стабильные соединения, с которыми сложно справиться. Однако, если это удается, он раскроет весь свой потенциал. Начало 2000-х годов стало временем расцвета рутения. В мировой науке активно прогрессировал асимметрический синтез, что открывало возможности для разработки лекарственных препаратов. За это достижение была вручена Нобелевская премия, и ключевую роль в создании хиральных молекул играли соединения рутения. Лауреаты, японские ученые, посещали Казань, считая ее центром притяжения, поскольку их исследования в области химии базировались преимущественно на соединениях рутения. Кроме того, активно развивается еще одно важное направление – фотолюминесцентные соединения рутения, которые наносят на оксидные материалы для создания фотоэлектронных устройств. Также стоит отметить гетерогенный катализ. Цель состоит в снижении расхода редких платиновых металлов. Наша концепция заключалась в создании моноатомных катализаторов. Традиционный гетерогенный катализ использует нанопорошки платиновых металлов. Но в каталитических процессах задействована лишь их поверхность. В результате эффективность использования этих металлов оказывается низкой: активны только металлоцентры, расположенные на поверхности. Наша же идея – это моноатомные катализаторы, где каждый атом или ион металла выступает в роли каталитически активного центра.

— Что это дает?

— Это дает возможность решить две задачи. Теперь мы умеем создавать монослои катализаторов, при которых на поверхности подложки формируется лишь один слой катализатора, состоящий из отдельных атомов, например, платины, вместо использования металлического порошка. Такой подход полностью соответствует общепринятым принципам экономии атомов и принципам зеленой химии, что позволяет значительно сократить потребление редких металлов. Вот такая концепция. Несмотря на то, что я объясняю это довольно просто, получить такие соединения рутения с необходимыми характеристиками крайне затруднительно из-за его «упрямого» характера.

— А как их вообще получают?

— Мы осведомлены о том, что платина встречается в природе. Что касается рутения?

— Безусловно, это платина, однако её добыча значительно сложнее из-за меньшей распространенности.

— А почему он дешевле?

— Вероятно, это часть маркетинговой стратегии. Известно, что испанские конкистадоры в XVI–XVII веках выбрасывали платину в море, принимая её за незрелое, «испорченное» серебро. Отсюда, кстати, и название: platina — с насмешливым прозвищем «серебришко». Из-за значительной температуры плавления их было невозможно переплавить, поэтому их применяли для мошенничества, добавляя к золоту, либо просто утилизировали, отправляя на дно океана.

— Сейчас, наверное, ищут?

— Теперь стоимость поиска значительно возрастёт и превысит цену платины. В Российской империи до Первой мировой войны чеканили монеты из платины. Сейчас они находятся в фондах Эрмитажа и Исторического музея.

— Как внешне выглядит рутений? Так же, как платина?

— В зависимости от способа обработки. Металлическая платина также может существовать в различных формах, например, платиновая чернь, напоминающая активированный уголь. Почему рутений стоит дешевле? Стоимость формируется рынком, как утверждал Карл Маркс. Рыночная конъюнктура характеризуется меньшим вниманием к рутению. А вот палладий – катализатор, используемый в процессах дожигания, его цена колебалась из-за обнаружения альтернативных катализаторов для автомобильной промышленности. Возьмем тантал, из которого производят уникальные изделия: например, в советское время танталовые напайки применялись на хирургических ножницах. Пройдут 50, 100, 200 лет – ножницы будут выполнять свою функцию и не затупятся. Но и стоимость этих редких металлов подвержена колебаниям и зависит от уровня спроса.

— Каково будет применение рутения через пятьдесят или сто лет?

— Когда-то это были просто покрытия, однако сейчас их применение определяется требованиями современной техники и промышленности. Так, комплексы рутения, выступающие в роли катализаторов, обеспечивают получение оптических изомеров органических молекул с высоким выходом, что необходимо для производства лекарств. Другая значимая сфера применения – специализированное оборудование.

— Какие конкретные результаты вашей работы могут быть применены на практике?

— Да, наши материалы проходят испытания и применяются в полупромышленных установках для производства водорода методом электролиза воды.

— Какие планы на будущее у вас и вашей лаборатории?

— Стремиться к совершенству во всем, внедрять самые современные решения, чтобы устанавливать мировые стандарты, а не просто соответствовать им.

— Как вы думаете, это реалистичная задача?

— Да, не следует браться за все задачи одновременно. К примеру, в сфере крупнотоннажного синтеза, характерной для основной химической промышленности, я бы предложил перенести производство в другие регионы, поскольку, на мой взгляд, бессмысленно производить, например, сотни тонн ацетилсалициловой кислоты в России. Это можно просто приобретать. Однако в отношении ключевых соединений необходимо определить приоритеты развития промышленности. Советский Союз выпускал практически всю необходимую продукцию, но поддерживать такой темп производства крайне сложно. Следует сделать выбор и действовать в соответствии с ним. Есть продукты, которые выгоднее приобретать (особенно в больших объемах), чем создавать для их производства полноценное производство.

— И обучать молодежь.

— Безусловно, мы придерживаемся этой практики. Российская и советская системы образования всегда формировали то, что сейчас называют английским термином «бэкграунд». Необходим фундамент, человек должен обладать широким кругозором, чтобы иметь возможность развиваться. Проблема, как ни странно, и в Соединённых Штатах – там живут талантливые и умные люди, однако их знания часто ограничены узкой областью. Все начинается с образования.

— Как вы считаете, когда-нибудь создадут украшения из рутения? Они будут стоить меньше, чем изделия из платины, но не уступят им в элегантности?

— А зачем?

— Для красоты!

— Я предпочитаю платину. Не представляю, какие сложности возникнут у ювелиров при работе с рутением, — потребуется разработать совершенно новую технологию. Ни одна женщина не сможет визуально различить кольцо из рутения и кольцо из платины. Лучше подарить моей жене электролизер для получения водорода — она тоже химик и разбирается в этом. Нет, никакой романтики в этом я не ощущаю. Но вот наша наука, по моему мнению, и романтична, и прекрасна.