РЕНИЙ: ОТКРЫТИЕ, СВОЙСТВА, СТРУКТУРА, ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2025

Рений представляет собой металлический элемент, химический символ Ре, и помещен в группе 7 таблицы Менделеева, два места ниже марганца. Он разделяет с этим и технецием свойство проявлять множественные числа или степени окисления от +1 до +7. Он также образует анион, называемый перренатом, ReO ₄ ^- , аналогичный перманганату MnO ₄ ^- .

Этот металл - один из самых редких и дефицитных в природе, поэтому его цена высока. Добывается как побочный продукт при добыче молибдена и меди. Одним из наиболее важных свойств рения является его высокая температура плавления, которую едва ли превосходит углерод и вольфрам, и его высокая плотность, вдвое превышающая плотность свинца.

Металлический шар из рения. Источник: Изображения химических элементов в высоком разрешении / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Его открытие имеет противоречивый и досадный подтекст. Название «рений» происходит от латинского слова «rhenus», что означает Рейн, знаменитую немецкую реку, расположенную рядом с местом, где работали немецкие химики, выделившие и идентифицировавшие этот новый элемент.

Рений находит множество применений, среди которых выделяется уточнение октанового числа бензина, а также в производстве тугоплавких суперсплавов, предназначенных для сборки турбин и двигателей авиакосмических кораблей.

открытие

Существование двух тяжелых элементов с химическими характеристиками, аналогичными характеристикам марганца, было предсказано еще с 1869 года в периодической таблице русского химика Дмитрия Менделеева. Однако в то время не было известно, какими должны быть их атомные номера; и именно здесь в 1913 году было представлено предсказание английского физика Генри Мозли.

Согласно Мозли, эти два элемента, принадлежащие к группе марганца, должны иметь атомные номера 43 и 75.

Однако несколькими годами ранее японский химик Масатака Огава обнаружил предполагаемый элемент 43 в образце минерала торианита. После объявления своих результатов в 1908 году он хотел окрестить этот элемент именем «Нипонио». К сожалению, химики того времени доказали, что Огава не открыл элемент 43.

Итак, прошли другие годы, когда в 1925 году три немецких химика: Вальтер Ноддак, Ида Ноддак и Отто Берг обнаружили элемент 75 в минеральных образцах колумбита, гадолинита и молибденита. Они дали ему название рений в честь реки Рейн в Германии («Rhenus» на латыни).

Ошибка Масатаки Огава заключалась в том, что он неправильно определил элемент: он открыл рений, а не элемент 43, который сегодня называют технецием.

Свойства рения

Положение рения в периодической таблице. ! Оригинал: Ahoerstemeier Вектор: Sushant savla / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Внешность

Рений обычно продается в виде сероватого порошка. Его металлические части, обычно сферические капли, серебристо-серого цвета, а также очень блестящие.

Молярная масса

186,207 г / моль

Атомный номер

75

Температура плавления

3186 ºC

Точка кипения

5630 ºC

плотность

-При комнатной температуре: 21,02 г / см ³

-Права при температуре плавления: 18,9 г / см ³

Рений - это металл, который почти в два раза плотнее самого свинца. Таким образом, сфера из рения весом 1 грамм может быть приравнена к прочному кристаллу свинца той же массы.

Электроотрицательность

1.9 по шкале Полинга

Энергии ионизации

Первая: 760 кДж / моль

Второй: 1260 кДж / моль

Третий: 2510 кДж / моль

Молярная теплоемкость

25,48 Дж / (моль К)

Теплопроводность

48,0 Вт / (м · К)

Удельное электрическое сопротивление

193 нОм м

Твердость по Моосу

7

Изотопы

Атомы рения встречаются в природе в виде двух изотопов: ¹⁸⁵ Re с содержанием 37,4%; и ¹⁸⁷ Re с содержанием 62,6%. Рений - один из тех элементов, наиболее распространенный изотоп которого радиоактивен; однако период полураспада ¹⁸⁷ Re очень велик (4,12 · 10 ¹⁰ лет), поэтому он практически считается стабильным.

Реактивность

Металлический рений - это материал, устойчивый к ржавчине. Когда это происходит, его оксид Re ₂ O ₇ улетучивается при высоких температурах и горит желтовато-зеленым пламенем. Кусочки рения противостоят атаке концентрированной HNO ₃ ; но в горячем состоянии растворяется с образованием реновой кислоты и диоксида азота, что делает раствор коричневым:

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

Химия рения обширна, так как он способен образовывать соединения с широким спектром степеней окисления, а также устанавливать квадрупольную связь между двумя атомами рения (четыре ковалентные связи Re-Re).

Структура и электронная конфигурация

Электронная оболочка рения. Автор: Пользователь: Грег Робсон (Greg Robson). Wikimedia Commons

Атомы рения группируются в своих кристаллах, образуя компактную гексагональную структуру ГПУ, которая характеризуется очень плотной структурой. Это согласуется с тем фактом, что это металл высокой плотности. Металлическая связь, продукт перекрытия их внешних орбиталей, удерживает атомы Re в сильной связке.

В этой металлической связи Re-Re участвуют валентные электроны, которые находятся в соответствии с электронной конфигурацией:

4ж ¹⁴ 5д ⁵ 6с ²

В принципе, именно 5d- и 6s-орбитали перекрываются, уплотняя атомы Re в ГПУ-структуре. Обратите внимание, что его электроны в сумме составляют 7, что соответствует номеру его группы в периодической таблице.

Числа окисления

Электронная конфигурация рения позволяет сразу увидеть, что его атом способен потерять до 7 электронов, превратившись в гипотетический катион Re ⁷⁺ . Когда предполагается наличие Re ⁷⁺ в любом соединении рения, например, в Re ₂ O ₇ (Re ₂ ⁷⁺ O ₇ ^2- ), говорят, что он имеет степень окисления +7, Re ( VII).

Другие положительные степени окисления для рения: +1 (Re ⁺ ), +2 (Re ²⁺ ), +3 (Re ³⁺ ) и так далее до +7. Точно так же рений может приобретать электроны, становясь анионом. В этих случаях говорят, что он имеет отрицательную степень окисления: -3 (Re ^3- ), -2 (Re ^2- ) и -1 (Re ^- ).

Приложения

Бензин

Рений, наряду с платиной, используется для создания катализаторов, которые увеличивают октановое число бензина, снижая при этом содержание свинца. С другой стороны, рениевые катализаторы используются для множественных реакций гидрирования из-за их устойчивости к отравлению азотом, фосфором и серой.

Огнеупорные суперсплавы

Рений - тугоплавкий металл из-за его высокой температуры плавления. Именно поэтому его добавляют в никелевые сплавы, чтобы сделать их тугоплавкими и устойчивыми к высоким давлениям и температурам. Эти суперсплавы в основном используются для создания турбин и двигателей для космических аппаратов.

Вольфрамовые нити

Рений также может образовывать сплавы с вольфрамом, что улучшает его пластичность и, следовательно, облегчает производство нитей. Эти рений-вольфрамовые нити используются в качестве источников рентгеновского излучения и для создания термопар, способных измерять температуры до 2200 ºC.

Точно так же эти рениевые нити когда-то использовались для вспышек архаичных фотоаппаратов, а теперь и для ламп сложного оборудования; например, масс-спектрофотометр.

Ссылки

1. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия . (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
2. Сара Пирс. (2020). Рений: использование, история, факты и изотопы. Учиться. Получено с: study.com
3. Национальный центр биотехнологической информации. (2020). Рений. База данных PubChem., CID = 23947. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Wikipedia. (2020). Рений. Получено с: en.wikipedia.org
5. Доктор Дуг Стюарт. (2020). Факты об элементе рений. Получено с: chemicool.com
6. Эрик Шерри. (18 ноября 2008 г.). Рений. Химия в ее элементах. Получено с: chemistryworld.com