Virtual Laboratory Wiki
Advertisement
Ре́ний / Rhenium (Re)
Атомный номер 75
Внешний вид простого вещества плотный, серебристо-белый металл
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
186,207 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 137 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
759,1 (7,87) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Xe] 4f14 5d5 6s²
Химические свойства
Ковалентный радиус 128 пм
Радиус иона (+7e) 53 (+4e) 72 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
1,9
Электродный потенциал Re←Re3+ −0,30 В
Степени окисления +7, +6, +5, +4, +3, +2, −1
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность 21,02 г/см³
Удельная теплоёмкость 0,138 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 48,0 Вт/(м·K)
Температура плавления 3453 K
Теплота плавления 34 кДж/моль
Температура кипения 5900 K
Теплота испарения 704 кДж/моль
Молярный объём 8,85 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки гексагональная (плотноупакованная)
Период решётки 2,760 Å
Отношение c/a 1,615
Температура Дебая 416,00 K


Рений — плотный, серебристо-белый металл.

История

Существование рения было предсказано Д. И. Менделеевым («двимарганец»), по аналогии свойств элементов в группе периодической системы.

Элемент открыли в 1925 году немецкие химики Ида и Вальтер Ноддак при проведении исследований в лаборатории компании Siemens & Halske. Элемент назван в честь Рейнской провинции Германии — родины Иды Ноддак.

Рений стал последним открытым нерадиоактивным элементом.

Геохимия рения

Рений — один из редчайших элементов земной коры. Его кларковое число — 10−3 г/т. По геохимическим свойствам он схож со своими гораздо более распространенными соседями по периодической системе — молибденом и вольфрамом. Поэтому в виде малых примесей он входит в минералы этих элементов. Основным источником рения служат молибденовые руды некоторых месторождений, где его извлекают как попутный компонент.

Единственное в мире месторождение рения обнаружено в 1992 году на вулкане Кудрявый, остров Итуруп, Южно-Курильские острова. Месторождение представленно фумарольным полем с постоянно действующими источниками высокотемпературных глубинных флюидов — фумаролами. Это означает, что месторождение активно формируется по сегодняшний день. Рений находится в форме минерала рениит ReS2, со структурой, аналогичной молибдениту.

Свойства рения

Физические свойства

Рений — четвёртый в списке элементов с наибольшей плотностью в твёрдом состоянии.

Рений — тугоплавкий тяжёлый металл, по внешнему виду напоминает сталь. Порошок металла — чёрного или темно-серого цвета в зависимости от дисперсности. По ряду физических свойств рений приближается к тугоплавким металлам VI группы (молибден, вольфрам), а также к металлам платиновой группы. По температуре плавления рений занимает второе место среди металлов, уступая лишь вольфраму, а по плотности — четвёртое (после осмия, иридия и платины). Чистый металл пластичен при комнатной температуре, но вследствие высокого модуля упругости после обработки твёрдость рения сильно возрастает из-за наклёпа. Для восстановления пластичности его отжигают в водороде, инертном газе или вакууме. Рений выдерживает многократные нагревы и охлаждения без потери прочности. Его прочность при температуре до 1200 °C выше, чем вольфрама, и значительно превосходит прочность молибдена. Удельное электросопротивление рения в четыре раза больше, чем у вольфрама и молибдена.[1]

Химические свойства

Компактный рений устойчив на воздухе при обычных температурах. При температурах выше 300°C наблюдается окисление металла, интенсивно окисление идет при температурах выше 600°C. Рений более устойчив к окислению, чем вольфрам, не реагирует непосредственно с азотом и водородом; порошок рения лишь адсорбирует водород. При нагревании рений взаимодействует с фтором, хлором и бромом. Рений почти не растворим в соляной и плавиковой кислотах и лишь слабо реагирует с серной кислотой даже при нагревании, но легко растворяется в азотной кислоте. Со ртутью рений образует амальгаму.[2]

Рений взаимодействует с водными растворами пероксида водорода с образованием рениевой кислоты.

Получение

Технология получения рения

Рений получают при переработке сырья с очень низким содержанием целевого компонента (в основном это медное и молибденовое сульфидное сырье).

Переработка сульфидного ренийсодержащего медного и молибденового сырья основана на пирометаллургических процессах (плавка, конвертирование, окислительные обжиг). В условиях высоких температур рений возгоняется в виде высшего оксида Re2O7, который затем задерживается в системах пылегазоулавливания.

В случае неполной возгонки рения при обжиге молибденитовых концентратов, часть его остается в огарке и затем переходит в аммиачные или содовые растворы выщелачивания огарков. Таким образом, источниками получения рения при переработке молибденитовых концентратов могут служить сернокислотные растворы мокрых систем пылеулавливания и маточные растворы после гидрометаллургической переработке огарков.

При плавке медных концентратов с газами уносится 56—60 % рения. Невозогнавшийся рений целиком переходит в штейн. При конвертировании последнего содержащийся в нем рений удаляется с газами. Если печные и конверторные газы используют для производства серной кислоты, то рений концентрируется в промывной циркуляционной серной кислоте электрофильтров в виде рениевой кислоты. Таким образом, промывная серная кислота служит основным источником получения рения при переработке медных концентратов.

Основные методы выделения из растворов и очистки рения — экстракционные и сорбционные. [1]

Мировая добыча рения

Мировая добыча рения в 2006 году составила около 40 тонн.

Сырьевые источники и запасы

Общие мировые запасы рения составляют около 13000 тонн, в том числе 3500 тонн в молибденовом сырье и 9500 т — в медном. При перспективном уровне потребления рения в количестве 40—50 тонн в год человечеству этого металла может хватить еще на 250—300 лет. Приведенная цифра носит оценочный характер без учета степени повторного использования металла.

В практическом отношении важнейшими сырьевыми источниками получения первичного рения в промышленном масштабе являются молибденовые и медные сульфидные концентраты. В общем балансе производства рения в мире на них приходится более 80 %. Остальное в основном приходится на вторичное сырье.[1]

Применение

Важнейшие свойства рения, определяющие его применение это: очень высокая температура плавления, устойчивость к химическим агентам, каталитическая активность (в этом он близок к платиноидам).

Рений используется при изготовлении:

  • платина-рениевых катализаторов, применяемых для синтеза высококачественного бензина, без свинца.
  • вольфрам-рениевых термопар, позволяющих измерять температуры до 2200 °C
  • сплавов с вольфрамом и молибденом. Добавка рения повышает одновременно и прочность и пластичность этих металлов.
  • нитей накала в масс-спектрометрах и ионных манометрах.
  • реактивных двигателей. В частности, монокристаллические никелевые ренийсодержащие сплавы, обладающие повышенной жаропрочностью, используются для изготовления лопаток газотурбинных двигателей.[3]

Кроме того, из рения делают самоочищающиеся электрические контакты. При замыкании и разрыве цепи всегда происходит электрический разряд, в результате чего метал контакта окисляется. Точно также окисляется и рений, но его оксид Re2O7 летуч при относительно низких тепературах (температура кипения — всего 362,4 °C) и поэтому при разрядах он испаряется с поверхности контакта. Поэтому рениевые контакты служат очень долго.

Биологическая роль

Маловероятно, что рений участвует в биохимических процессах. Вообще о воздействии рения на живые организмы известно очень мало, не изучена его токсичность, поэтому при работе с его соединениями следут быть осторожным.

Изотопы

Основная статья: Изотопы рения


Природный рений состоит из двух изотопов: 185Re (37,4 %) и 187Re (62,6 %). Первый из них стабилен, а второй испытывает бета-распад с периодом полураспада 43,5 млрд. лет. Этот распад используется для датировки древних руд и метеоритов (см. Рений-осмиевый метод) по накоплению в минералах, содержащих рений, стабильного изотопа 187Os. Распад 187Re интересен также тем, что его энергия является наименьшей (всего 2,6 кэВ) среди всех изотопов, испытывающих бета-распад.


Ссылки

  1. 1,0 1,1 1,2 С. С. Коровин, В. И. Букин, П. И. Федоров, А. М. Резник. Редкие и рассеянные элементы: Химия и технология. Том 3 / Под общ. ред. С. С. Коровина. М.: МИСИС, 2003
  2. К. Б. Лебедев. Рений. М.: Металлургиздат, 1960
  3. Каблов Е. Н., Толораия В. Н., Орехов Н. Г. Монокристаллические никелевые ренийсодержащие сплавы для турбинных лопаток ГТД // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. № 7. С. 7-11.




Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Рений. Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .


Advertisement