RENIUM: FELFEDEZÉS, TULAJDONSÁGOK, SZERKEZET, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2025

A renium egy fém elem, amelynek kémiai szimbóluma Re, és a periódusos rendszer 7. csoportjába kerül, két helyen a mangán alatt. Ezzel és a techneciummal megosztja azt a tulajdonságot, hogy több számot vagy oxidációs állapotot mutat, +1-től +7-ig. Ez alkotja továbbá egy anion nevű perrenát, ReO ₄ ^-, analóg-permanganát, MnO ₄ ^-.

Ez a fém a természetben az egyik legritkább és ritkább, így az ára magas. A molibdén és a réz bányászatának melléktermékeként nyerik ki. A rénium egyik legfontosabb tulajdonsága a magas olvadáspont, amelyet alig haladt meg a szén és a volfrám, és nagy sűrűsége, kétszerese az óloméval.

Rénium fémgömb. Forrás: Kémiai elemek nagy felbontású képei / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Felfedezésének ellentmondásos és szerencsétlen felhangjai vannak. A „rénium” név a „rhenus” latin szóból származik, amely azt jelenti, hogy Rajna, a híres német folyó található azon hely közelében, ahol az új elem elkülönítésére és azonosítására szolgáló német vegyészek dolgoztak.

A reniumnak számos felhasználása van, amelyek közül kiemelkedik a benzin oktánszámának finomítása, valamint tűzálló szuperötvözetek gyártásában, amelyeket az űrhajók turbinájának és motorjának összeszerelésére szántak.

Felfedezés

Két mandánhoz hasonló kémiai tulajdonságokkal bíró nehéz elem meglétét már az 1869-es évek óta előre jelezték, Dmitrij Mendelejev orosz kémikus periódusos rendszere alatt. Abban az időben azonban nem volt ismert, hogy mi legyen atomszámuk; és itt 1913-ban vezették be az angol fizikus, Henry Moseley jóslatát.

Moseley szerint ennek a két mangáncsoporthoz tartozó elemnek 43 és 75 atomszámmal kell rendelkeznie.

Pár évvel korábban azonban a Masataka Ogawa japán vegyész felfedezte a feltételezett 43-as elemet az ásványi torianit mintájában. Miután 1908-ban bejelentette eredményeit, meg akarta keresztelni ezt az elemet Niponio néven. Sajnos az akkori vegyészek bizonyították, hogy Ogawa nem fedezte fel a 43-as elemet.

És így, eltelt más évek, amikor 1925-ben három német vegyész: Walter Noddack, Ida Noddack és Otto Berg a 75-es elemet találta a kolumbit, a gadolinit és a molibdenit ásványmintáiban. Ezek németországi nevét réniumnak adták a németországi Rajna folyó tiszteletére (latinul „Rhenus”).

Masataka Ogawa hibája az volt, hogy tévesen azonosította az elemet: réniumot fedezte fel, nem pedig a 43-as elemet, amelyet ma techneciumnak hívnak.

Renium tulajdonságai

Renium helyzet a periódusos rendszerben. ! Eredeti: AhoerstemeierVector: Sushant savla / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Fizikai megjelenés

A reniumot általában szürkés porként forgalmazzák. Fémdarabjai, általában gömb alakú cseppek, ezüstszürke, amelyek szintén nagyon fényesek.

Moláris tömeg

186,207 g / mol

Atomszám

75

Olvadáspont

3186 ºC

Forráspont

5630 ºC

Sűrűség

-A szobahőmérsékleten: 21,02 g / cm ³

-Right at olvadáspont: 18,9 g / cm ³

A renium egy olyan fém, amely majdnem kétszer olyan sűrű, mint maga az ólom. Így az 1 gramm tömegű róniumgömb azonos tömegű erős ólomkristálynak tekinthető.

elektronegativitás

1,9 a Pauling skálán

Ionizációs energiák

Először: 760 kJ / mol

Második: 1260 kJ / mol

Harmadik: 2510 kJ / mol

Moláris hőkapacitás

25,48 J / (mol mol / l)

Hővezető

48,0 W / (mK)

Elektromos ellenállás

193 nm

Mohs keménysége

7

Izotóp

A reniumatomok a természetben két izotóp formájában fordulnak elő: ¹⁸⁵ Re, 37,4% -os előfordulással; és ¹⁸⁷ Re, 62,6% -os bőséggel. A renium azon elemek egyike, amelyekben a legelterjedtebb izotóp radioaktív; azonban a ¹⁸⁷ Re felezési ideje nagyon hosszú (4,12 · 10 ¹⁰ év), tehát gyakorlatilag stabilnak tekinthető.

Reakcióképesség

A renium-fém rozsdaálló anyag. Amikor így történik, oxidja, Re ₂ O ₇, magas hőmérsékleten elpárolog és sárgászöld lánggal ég. A réniumdarabok ellenállnak a koncentrált HNO ₃ támadásának; de melegben feloldódik, így képződik rénsav és nitrogén-dioxid, amely az oldatot barnává teszi:

Re + 7HNO ₃ → HReO ₄ + 7 NO ₂ + 3H ₂ O

A renium kémiája hatalmas, mivel képes széles oxidációs számú spektrumú vegyületek képzésére, valamint kvadrol-kötés létrehozására két renium-atom között (négy Re-Re kovalens kötés).

Felépítés és elektronikus konfiguráció

Rénium elektronhéja. Szerző: Felhasználó: GregRobson (Greg Robson). Wikimedia Commons

A rónium-atomok a kristályaikban egy kompakt, hatszögletű hcp struktúrát alkotnak, amelyet nagyon sűrű jellemez. Ez összhangban áll azzal a ténnyel, hogy nagy sűrűségű fém. A fémkötés, amely a külső pályáik átfedésének eredménye, megtartja a atomokat erősen kohézióval.

Ebben a fémes kötésben, a Re-Re-ben részt vesznek a vegyérték elektronok, amelyek az elektronikus konfigurációnak megfelelnek:

4f ¹⁴ 5d ⁵ 6s ²

Elvileg az 5d és a 6s orbitálok fedik át egymást, hogy a Re atomokat a hcp struktúrában tömörítsék. Ne feledje, hogy elektronjai összesen 7-et adnak, ami megegyezik a periódusos rendszerben lévő csoport számával.

Oxidációs számok

A rénium elektronikus konfigurációja lehetővé teszi számunkra, hogy egyszerre láthassuk, hogy atomja akár 7 elektron elvesztésére képes, és a Re ⁷⁺ hipotetikus kationjává válhat. Amikor a létezését Re ⁷⁺ bármely rénium vegyületet feltételezzük, például a Re ₂ O ₇ (Re ₂ ⁷⁺ O ₇ ^2-), azt mondják, hogy van egy oxidációs számú +7, Re (VII).

A renium további pozitív oxidációs számai: +1 (Re ⁺), +2 (Re ²⁺), +3 (Re ³⁺) és így tovább +7-ig. Hasonlóképpen, a rénium aniontá válva elektronokat szerezhet. Ezekben az esetekben azt állítják, hogy negatív oxidációs száma: -3 (Re ^3-), -2 (Re ^2-) és -1 (Re ^-).

Alkalmazások

Benzin

A reniumot a platinnal együtt olyan katalizátorok előállítására használják, amelyek növelik a benzin oktánszámát, miközben csökkentik az ólomtartalmát. Másrészt a rénium-katalizátorokat többszörös hidrogénezési reakciókhoz használják, ennek oka, hogy ellenállnak nitrogén, foszfor és kén mérgezésének.

Tűzálló szuperötvözetek

A renium tűzálló fém magas olvadáspontja miatt. Ezért adják hozzá a nikkelötvözetekhez, hogy tűzállóak és ellenálljanak a magas nyomásoknak és hőmérsékleteknek. Ezeket a szuperötvözeteket elsősorban turbinák és motorok tervezésére használják repülőgépjárművek számára.

Volfrámszálak

A renium ötvözeteket képezhet volfrámmal is, amely javítja annak rugalmasságát, és ezáltal megkönnyíti a szálak gyártását. Ezeket a rénium-volframszálakat röntgenforrásként és 2200ºC hőmérsékletet mérni képes hőelemek tervezésére használják.

Hasonlóképpen, ezeket a réniumszálakat valaha archaikus kamerák villanására, most pedig kifinomult berendezés lámpáira használták; mint például a tömegspektrofotométer.

Irodalom

1. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
2. Sarah Pierce. (2020). Rénium: felhasználások, történelem, tények és izotópok. Tanulmány. Helyreállítva: study.com
3. Országos Biotechnológiai Információs Központ. (2020). Rhenium. PubChem Database., CID = 23947. Helyreállítva: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Wikipedia. (2020). Rhenium. Helyreállítva: en.wikipedia.org
5. Dr. Doug Stewart. (2020). Renium elem tények. Helyreállítva: chemicool.com
6. Eric Scerri. (2008. november 18). Rhenium. Kémia az elemekben. Helyreállítva: chemistryworld.com