Рений

Рений это химический элемент, простое вещество, представляет собой серебристо-сероватое химическое твердое вещество в состоянии 20 ° C и имеет атомный номер 75.

Это соединение присутствует в d-блоке, периоде 7 и 6-й группе Периодической таблицы Менделеева.

Это переходный металл, занимающий 3-е место в таблице, и считается одним из самых редких элементов, встречающихся в земной коре.

Рений обозначается как Re.

Рений химический элемент

Что такое рений

[Rhenium; от латинское название реки Рейн (Rnenus) в Зап. Европе], Re — химический элемент седьмой группы (7)( устаревшая классификацияVII группы) шестого периода периодической системы элементов; ат. н. 75, ат.м. 186, 207.

Блестящий серый металл. В соединениях проявляет степени окисления от —1 до +7. Известны изотопы рения с массовыми числами от 182 до 191.

Наиболее распространенные из них—стабильный изотоп 187Re (62,93%) и изотоп 185Re (37,07%).

История

Существование рения предсказал (1872) рус. химик Д. И. Менделеев. Открыли рений (1925) нем. ученые В. Ноддак и И. Такке при исследовании  уральской  платиновой  руды.

Начало промышленного применения относится к 50-м гг. 20 в.

Одним из интересных фактов о открытии рения является то, что рений является 2-м и последним соединением, отмеченным как стабильный изотоп.

Говорят, что все остальные элементы, присутствующие в природе, за исключением франция, обладают высокой радиоактивностью.

Заслуги в этом открытии принадлежат японскому химику по имени Масатака Огава, который нашел это соединение в 1908 году и выделил его в 1919 году.

Также отмечая, что Отто Берг, Вальтер Ноддак и Ида Ноддак высоко ценятся за номенклатуру Rhenium в 1925 году.

Этот элемент был назван “Рений” по названию крупной европейской реки Рейн.

Минералы

Рений — редкий рассеянный элемент. Кларк этого элемента в земной коре составляет приблизительно  1,0 х 10-7.

Собственных минералов не образует, сопутствует минералам молибдена, меди, платины, цинка, свинца и др (смотреть рений содержащие минералы).

Кристаллическая решетка рения  гексагональная плотноупакованная с периодами а = 2,757 А; с = 4,456 А; с/а = 1,616.

Физические свойства

Плотность 21,01 г/см3; tпл 3180° С; tкип 5654)° С. Коэфф. теплопроводности 0,14 кал/см х сек х град; удельная теплоемкость 0,032 кал/г х град.

Ср. коэфф.    термического    расширения (т-ра 20-1000° С) 6,7 х 10-6 град-1; удельное электрическое сопротивление 19,3 мком х см; температурный коэфф. электрического сопротивления 3,9 х 10-3 град-1.

Работа выхода электронов 4,8—5,1 эв. Т-ра перехода в сверхпроводящее состояние 1,7 К. Р. парамагнитен. Модуль норм, упругости 47 000 кгс/мм2.

Пластичен, поддается деформированию в холодном состоянии и сильно упрочняется. Наклеп в 3,5 раза больше, чем у вольфрама и молибдена.

Предел прочности отожженного рения составляет 110, деформированного — 225     кгс/мм2; твердость  отожженного рама 250, деформированного— 800 кгс/мм2 удлинение отожженного рения составляет  25,  деформированного — 2%.

Т-ра начала рекристаллизации при степени деформации 10% — 1550° С, 20% — 1350°С, 60% — 1200° С. Рений отличается   высокой   коррозионной стойкостью во влажной и агрессивной средах.

Почти не растворяется в обычных условиях в серной и соляной кислотах. Легко растворяется в азотной кислоте.

Не окисляется на воздухе при обычной и невысокой т-рах, значительно окисляется на воздухе при т-ре > 600° С с образованием летучего окисла Re2О7.

Образует соединения с бериллием, бором, фосфором, мышьяком, кислородом, серой, селеном, фтором, хлором, бромом и др. Стабильных карбидов и гидридов не образует.

Для рения характерны металлические соединения с переходными металлами — хи-фазы, сигма-фазы и Лавеса  фазы  со структурами типа α-Мn, β-U и MgZn2.

  1. Символом Рения является Огонь.

  2. Считается довольно тяжелым.

  3. Отмечено, что руды молибдена и платины содержат минимальное количество рения. Но не доступен как характеристика минерала.

  4. После вольфрама элемент рений имеет самую высокую температуру плавления.

  5. Расположен в d-блоке, 7-й группе и 6-м периоде Периодической таблицы.

  6. Твердая структура при температуре 20°C.

  7. Обладает низкой температурой плавления.

  8. Серебристо-сероватый твердый металл.

  9. Кристаллическая структура с гексагональной плотной упаковкой (HCP).

  10. Хорошая стабильность при высоких температурах.

  11. Рений образуется при использовании окисленных плавильных остатков, которые образуются при химической переработке соединения ‘молибденит’.

  12. Чрезвычайно редкий элемент, который можно найти на земле.

  13. Электронная конфигурация рения Xe: 6s24f145d5

  14. 75 — это атомный номер рения.

  15. 3185 ° C, 5765 ° F и 3458 К — это температура плавления.

  16. Атомная масса составляет 186,23 г.моль-1.

  17. Относительная атомная масса составляет 186,207.

  18. Температура кипения составляет 5590°C, 10094°F и 5863 K.

  19. 187Re является ключевым известным изотопом рения.

  20. Переходный элемент третьего ряда.

  21. 20,8 г/ см3 − это плотность.

Сплавы рения

Особенность Рения — высокая   растворимость в переходных металлах с объемноцентрированной кубической решеткой, доходящая до 65 ат.%.

В промышленности используют гл. образом сплавы рения с вольфрамом и молибденом. Рений (в области твердого раствора при содержании 30 ат.%).

Оказывает уникальное влияние на хроммолибден и вольфрам, повышая одновременно их прочность,   пластичность   и   свариваемость.

Снижает т-ру перехода в хрупкое состояние, предотвращает охрупчивание после рекристаллизации — «рениевый эффект».

Применяют также двойные и  многокомпонентные сплавы с никелем, танталом, кобальтом и др.

Характеристика элемента

Вследствие лантаноидного сжатия атомные и ионные радиусы технеция и рения практически равны, поэтому их свойства в значительной степени сходны между собой.

В отличие от марганца орбитали их внешнего и пред внешнего уровней сближены и внутренние подуровни вносят значительный вклад в образование химических связей.

Поэтому для них не характерны низкие степени окисления, а самой устойчивой, в противоположность марганцу, является высшая + 7.

По мере роста степеней окисления возрастает стремление к образованию сложных анионов и усиливается кислотный характер оксидов.

Нужно отметить, что, несмотря на большие молекулярные массы гептоксидов Re2О7, они являются летучими соединениями и возгоняются еще до температуры плавления.

В этом сказывается характер ковалентных связей в молекулах.

Свойства простых веществ и соединений

В виде компактных простых веществ рений как элемент представляет собой светло-серебристые метал: рений с сероватым оттенком.

По внешнему виду напоминает платину; обычно его получают в виде порошков серого цвета.

Температуры плавления у него одна из самых высоких,  рений — второй после вольфрама металл по тугоплавкости (tпл = 3180°С).

Рений при обычных температурах достаточно устойчив. При нагревании до 400°С в атмосфере кислорода он сгорают с образованием летучих оксидов Re2О7.

Во влажном воздухе метал медленно окисляется до кислородсодержащих кислот H2ReO4  и HReO4.

Метал нерастворим в соляной кислоте, но реагируют с «царской водкой», концентрированной азотной или горячей концентрированной серной.

Элементам соответствует ряд оксидов, из которых низшие Rе2O3; ReO2; ReO3; могут быть получен только косвенным путем.

Соответствующие им гидроксиды представляют собой скорее всего смесь гидратированных оксидов типа Re2O3 · xH2О. Наиболее изучены высшие оксиды.

Они легко растворяются в воде с образованием кислых растворов. Причем оксид рения реагирует более активно, даже на воздухе он гигроскопичен. Оксид твердый Re2O7 тока не проводит.

В жидком же Re2О7 проводит. Так как устойчивыми являются состояния +7, то все другие соединения обладают более или менее заметными восстановительными свойствами, потому что элементы стремятся перейти в свое наиболее стабильное состояние.

Кислоты рения и соли этих кислот устойчивы, хорошо растворимы, кроме солей калий, рубидий и серебро.

Изотопы

Для рения отмечен только 1 стабильный изотоп, которым является рений-185.

Общее количество изотопов рения составляет 33, что составляет от 160Re до 194Re, все они считаются нестабильными, а 183Re — самый продолжительный изотоп среди всех с периодом полураспада 7 дней.

187Re и 185Re являются 2 нестабильными природными изотопами рения, но имеют самый длительный период полураспада, составляющий приблизительно 1010 лет.

Рений-186m является одним из ключевых изотопов, хорошо известных своим самым длительным метастабильным периодом полураспада, составляющим приблизительно 200 000 лет.

Однако состояние ионных зарядов в элементе в значительной степени влияет на продолжительность периода полураспада этих изотопов.

Примечательно, что величина бета–распада 187Re эффективна при датировании руд рений-осмий и, как оказалось, имеет самую низкую доступную энергию среди всех других присутствующих радионуклидов.

Это значение составляет 2,6 кэВ.

Получение

Качественная реакция на рений нужна чтобы с точность определить его состав, для этого применяют неорганические и органические вещества.

Рений получают из молибденовых концентратов. При окислительном обжиге рений в виде Re2O7 улетучивается и задерживается дымо- и пылеуловителями.

Источниками промышленного получения рения служат молибденовые, медные и молибденовомедные концентраты, продукты их переработки,   отходы переработки медистых  сланцев  и пром. воды.

Металлический рениевый порошок получают восстановлением рения из солей (перрената аммония) водородом; электрохимическим выделением из растворов; термической диссоциацией галогенидов.

Компактный рений и его сплавы получают прессованием рениевого порошка, спеканием и сваркой (штабики); дуговой и электроннолучевой плавкой (слитки); электроннолучевой зонной плавкой (монокристаллы).

Полуфабрикаты из рения (например прутки, проволоку, фольгу) получают деформированием (ковкой, прокаткой, волочением) в холодном состоянии с частыми промежуточными отжигами либо с нагревом в вакууме.

Применение

Рений используется для создания твердых и тугоплавких сплавов. Например, сплав тантала с рением и вольфрамом хорошо себя зарекомендовал как материал теплозащитных экранов возвращаемых на Землю космических аппаратов.

Товарные формы рения и его сплавов — прутки, проволока, лента, фольга и т. п. Рений и его сплавы применяют в электронике — детали электровакуумных приборов (например катоды, нагреватели и др.).

Электро-контакты, высокотемпературные термопары, упругие элементы — торсионы и растяжки микронных сечений прочностью 350 кгс/мм2.

Эффективны платинорениевые катализаторы в нефтеперерабатывающей пром-сти.

Перспективно применение рения и его сплавов для создания тонкопленочных, высокоомных, стабильных и высокотемпературных резисторных микросхем измерительной техники и микроэлектроники, антифрикционных и особо прочных материалов, тензодатчиков, покрытий и др.

1. Рений используется в качестве суперсплава для высокотемпературных газотурбинных двигателей, таких как CMSX-4 (2-го поколения) и CMSX-10 (3-го поколения) соответственно.

2. Этот элемент примечателен тем, что повышает прочность при высокой температуре, подобно другим существующим суперсплавам на основе никеля.

Это возможно, поскольку рений повышает прочность на ползучесть добавляемого с ним элемента.

3. Вольфрам-рениевые провода изготавливаются для создания системы электропроводки с высокой пластичностью даже после процессов перекристаллизации.

То же самое используется в качестве ‘термопар’ для измерения температуры в диапазоне до 2200 °C.

4. Нежелательные фазы нестабильных микроструктур TCP (топологически плотно упакованных) возникают, когда рений вступает в реакцию с некоторыми суперсплавами.

5. Рений играет важную роль в аспекте фотосъемки.

6. При производстве ламп и нитей накаливания вольфрам и молибден добавляются с рением для получения необходимого сплава.

7. Сплавы рения и платины являются хорошими катализаторами каталитического риформинга для получения высокооктановых жидких продуктов.

8. Использование переходного металла рения в качестве суперсплава наблюдается также в случае изготовления высокотемпературных деталей реактивной струи.

Производство деталей для реактивных двигателей выше среднего уровня возможно благодаря рению и его свойствам.

9. Помимо того, что это соединение является добавкой к молибдену и вольфраму, оно также предпочтительно в тонкодисперсных химикатах для гидрирования.

Часто задаваемые вопросы по рению ?

Как соединения рения доступны снаружи с их степенями окисления?

Рений часто продается в продаже со степенями окисления +7, +6, +4 и +2. Степени окисления рения варьируются от -3 до +7, за исключением -2.

Это связано со значительной разницей в количестве валентных электронов в их соответствующих оболочках).

Белые перренаты, в частности аммоний и натрий, являются ионными соединениями рения и также коммерчески присутствуют с упомянутыми двумя растворимыми элементами.

Упомяните несколько строк о первоначальном появлении рения на Земле?

Рений — ключевой переходный металл, который считается самым редким на земле. Подсчитано, что в земной коре присутствует примерно концентрация 1 ppb (в среднем).

В некоторых цитатах говорится, что изначальное содержание рения на Земле составляет 0,5 ppb, что делает его «77-м распространенным элементом», присутствующим в земной коре.

Однако этот химический элемент не встречается в свободном состоянии в естественной экосистеме.

Приведите значения модулей Юнга, сдвига и объемности для рения, а также его коэффициент Пуассона?

Модуль Юнга составляет 463 ГПа, а модуль Сдвига — 178 ГПа. Основная масса рения, несмотря на то, что рений широко присутствует в окружающей экосистеме.

Re является одним из редко образующихся химических веществ на земле.

Присутствующий в блоке d и группе 7 периодической таблицы Менделеева, рений играет важную роль в различных областях работы и исследований, включая нефть, химические реакции, фотографию и т.д.

Кто входит в тройку крупнейших держателей запасов и четверку крупнейших производителей переходного элемента рения в мире?

В тройку крупнейших резервных держателей рения входят Россия, Чили и Соединенные Штаты Америки.

Опять же, Чили и Соединенные Штаты Америки вместе с Польшей и Казахстаном считаются тремя крупнейшими производителями рения в мире.

Даже импорт в основном отмечается из США и Германии.

Каковы меры по охране здоровья и безопасности при использовании рения?

Угрозы безопасности, связанные с использованием рения, являются неполными в полевых условиях.

Ученые рекомендуют использовать этот элемент с должной осторожностью, поскольку уровень токсичности не следует считать безопасным.

С другой стороны, растворимые соли этого соединения, подобные перренатам и галогенидам рения, опасны для видов.

Но, тем не менее, нет никаких доказательств того, что токсичность вызвана присутствием рения или двух других элементов.

Лит.: Рений. Труды Всесоюзного совещания по проблеме рения.; Лебедев К. Б. Рений. Ссылки: Рений содержащие сплавы, Ренаты и рениевый порошок.

Статья на тему рений

Понравилась статья поделись ей

Leave a Comment