Рений | это... Что такое Рений? (original) (raw)
75 Вольфрам ← Рений → Осмий 75Re | |
---|---|
Внешний вид простого вещества | |
Плотный, серебристо-белый металл | |
Свойства атома | |
Имя, символ, номер | Ре́ний / Rhenium (Re), 75 |
Атомная масса(молярная масса) | 186,207 а. е. м. (г/моль) |
Электронная конфигурация | [Xe] 4f14 5d5 6s2 |
Радиус атома | 137 пм |
Химические свойства | |
Ковалентный радиус | 128 пм |
Радиус иона | (+7e) 53 (+4e) 72 пм |
Электроотрицательность | 1,9 (шкала Полинга) |
Электродный потенциал | Re←Re3+ −0,30 В |
Степени окисления | +7, +6, +5, +4, +3, +2, −1 |
Энергия ионизации(первый электрон) | 759,1 (7,87) кДж/моль (эВ) |
Термодинамические свойства простого вещества | |
Плотность (при н. у.) | 21,02 г/см³ |
Температура плавления | 3453 K |
Температура кипения | 5873[1] K |
Теплота плавления | 34 кДж/моль |
Теплота испарения | 704 кДж/моль |
Молярная теплоёмкость | 28,43[1] Дж/(K·моль) |
Молярный объём | 8,85 см³/моль |
Кристаллическая решётка простого вещества | |
Структура решётки | гексагональная (плотноупакованная) |
Параметры решётки | a=2,761 c=4,456[2] Å |
Отношение c/a | 1,614 |
Температура Дебая | 416,00 K |
Прочие характеристики | |
Теплопроводность | (300 K) 48,0 Вт/(м·К) |
Ре́ний — химический элемент с атомным номером 75 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом Re (лат. Rhenium). При стандартных условиях представляет собой плотный серебристо-белый металл.
Содержание
- 1 История
- 2 Нахождение в природе
- 3 Геохимия рения
- 4 Свойства рения
- 5 Стоимость
- 6 Получение
- 7 Применение
- 8 Биологическая роль
- 9 Изотопы
- 10 Примечания
- 11 Ссылки
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 элементом, у которого известен стабильный изотоп. Все элементы, которые были открыты позднее рения (в том числе и полученные искусственно) не имели стабильных изотопов.
Нахождение в природе
Мировая добыча рения
Мировая добыча рения в 2006 г. составила около 40 тонн. Крупнейшим производителем является чилийская компания Molymet[3].
Сырьевые источники и запасы
По природным запасам рения на первом месте в мире Чили[4], на втором месте США, а на третьем Россия.
Общие мировые запасы рения составляют около 13 000 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 ещё на 250—300 лет. Приведённое число носит оценочный характер без учёта степени повторного использования металла.
Запасы рения в виде рениита на острове Итуруп оцениваются в 10—15 тонн, в виде вулканических газов — до 20 тонн в год[5].
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 сырьё[6].
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 распространёнными 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.
Рений встречается в виде редкого минерала джезказганита (CuReS4), найденного вблизи казахстанского города Джезказган (современное название — Жезказган). Кроме того, в качестве примеси рений входит в колумбит, колчедан[7], а также в циркон и минералы редкоземельных элементов[8].
О чрезвычайной рассеянности рения говорит тот факт, что в мире известно только одно экономически выгодное месторождение рения. Оно находится в России: запасы в нём составляют около 10-15 тонн. Это месторождение было открыто в 1992 году на вулкане Кудрявый, остров Итуруп, Курильские острова[9]. Месторождение[10] в кальдере на вершине вулкана представлено фумарольным полем размерами ~50×20 м с постоянно действующими источниками высокотемпературных глубинных флюидов — фумаролами. Это означает, что месторождение активно формируется по сегодняшний день. Рений находится здесь в форме минерала рениит ReS2, со структурой, аналогичной молибдениту.
Ещё один минерал, содержащий рений, — таркианит (Cu,Fe)(Re,Mo)4S8 с 53,61 мас. % рения — был обнаружен в концентрате из месторождения Хитура в Финляндии (Kojonen еt аl., 2004).
Свойства рения
Физические свойства
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). По температуре кипения стоит на первом месте среди химических элементов (5873 К по сравнению с 5828 К у вольфрама). 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[6].
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[11].
Рений взаимодействует с водными растворами пероксида водорода с образованием рениевой кислоты.
Стоимость
Рений — дорогой металл. Цена сильно зависит от чистоты металла, 1 кг рения стоит от 1000 до 10 000 долларов[12][13].
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, окислительный 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 (NH4ReO4), которые позже восстанавливают водородом:
Полученный порошок рения методами порошковой металлургии превращают в слитки металла.
Таким образом, источниками получения рения при переработке молибденитовых концентратов могут служить сернокислотные растворы мокрых систем пылеулавливания и маточные растворы после гидрометаллургической переработки огарков.
При плавке медных концентратов с газами уносится 56—60 % рения. Невозогнавшийся рений целиком переходит в штейн. При конвертировании последнего содержащийся в нём 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[6].
После возгонки и очистки раствора итоговый выход из руды составляет 65-85 %. Ввиду столь низкой доли выделения дорогого металла ведутся поиски альтернативных способов извлечения из руды (что применимо ко всем рассеянным металлам). Одним из современных методов является извлечение нанофракций в водный, а не кислотный или щелочной раствор. Таким образом снижается предел обнаружения ряда химических элементов на 2-3 порядка, то есть можно фиксировать значительно меньшие концентрации[14].
Применение
Важнейшие свойства рения, определяющие его применение, это: очень высокая температура плавления, устойчивость к химическим реагентам, каталитическая активность (в этом он близок к платиноидам). Используется в качестве легирующего элемента в сталях и сплавах на основе железа. Введение небольшого количество рения (< 0,5 %) значительно увеличивает пластические свойства сплава, сохраняя его прочность.
Рений используется при изготовлении:
- платинорениевых катализаторов, применяемых для синтеза высокооктанового компонента бензина, используемого для получения товарного бензина, не требующего добавки тетраэтилсвинца.
- 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[15].
Кроме того, из рения делают самоочищающиеся электрические контакты. При замыкании и разрыве цепи всегда происходит электрический разряд, в результате чего металл контакта окисляется. Точно так же окисляется и рений, но его оксид Re2O7 летуч при относительно низких температурах (температура кипения — всего 362,4°C), и 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 следует быть осторожным.
Изотопы
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 кэВ) среди всех изотопов, испытывающих бета-распад.
Примечания
- ↑ 1 2 Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 236. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8
- ↑ WebElements Periodic Table of the Elements | Rhenium | crystal structures
- ↑ metaltorg.ru Проблемы мирового рынка рения (рус.) : Информационный бюллетень МЭРТ РФ. — metaltorg.ru, 2006.
- ↑ Anderson, Steve T 2005 Minerals Yearbook: Chile (PDF). United States Geological Survey. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011. Проверено 26 октября 2008.
- ↑ Кременецкий А. Завод на вулкане (рус.) // Белоконева О. Журнал «Наука и жизнь». — Наука и жизнь, 2000. — № 11.
- ↑ 1 2 3 Коровин С. С., Букин В. И., Федоров П. И.,Резник А. М. Редкие и рассеянные элементы / Под общ. ред. Коровина С. С. — Химия и технология. — М.: МИСИС, 2003. — Т. 3.
- ↑ О редких и рассеянных элементах
- ↑ Рений на сайте XuMuk.ru
- ↑ Федеральное агентство лесного хозяйства министерства природных ресурсов Российской Федерации
- ↑ Рениевое поле на Кудрявом (рус.). geol.msu.ru (1999). — Рениевое поле на Кудрявом - единственное месторождение рения в мире. Архивировано из первоисточника 27 мая 2012. Проверено 20 июля 2012.
- ↑ Лебедев К. Б. Рений. — М.: Металлургиздат, 1960.
- ↑ Рений — металл XXI века
- ↑ Цены российского рынка на металлы и сырье
- ↑ Rusnanotech 2010 — Третий Международный форум по нанотехнологиям 1-3 ноября 2010 г
- ↑ Каблов Е. Н., Толораия В. Н., Орехов Н. Г. Металловедение и термическая обработка металлов // Монокристаллические никелевые ренийсодержащие сплавы для турбинных лопаток ГТД. — № 7. — 2002. — С. 7—11.
Ссылки
Рений на Викискладе? |
---|
- Рений на Webelements
- Рений в Популярной библиотеке химических элементов
- Цены на рений (сайт на англ. языке)
- Переработка рения — Toma Group (сайт на англ. языке)
- Глава из книги «Популярная библиотека химических элементов». Подробно изложены технологии извлечения металла и история его открытия.
- Сведения о химическом элементе «рений» (Большая советская энциклопедия, 1970 г.) на Химическом портале ChemPort.Ru
- Свойства рения на chemister.ru
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева | ||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |||||||||||||||
1 | H | He | ||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||||||||||||||||
3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||||||||||
4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | ||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | ||||||||||||||
6 | Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn |
7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Uut | Fl | Uup | Lv | Uus | Uuo |
Щелочные металлы Щёлочноземельные металлы Лантаноиды Актиноиды Переходные металлы Другие металлы Металлоиды Другие неметаллы Галогены Инертные газы |
Электрохимический ряд активности металлов |
---|
Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu, Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2, W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au Элементы расположены в порядке возрастания стандартного электродного потенциала. |