Рений | |
---|---|
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 |
Молярная теплоёмкость | 28,43[1] Дж/(K·моль) |
Теплопроводность | 48,0 Вт/(м·K) |
Температура плавления | 3453 K |
Теплота плавления | 34 кДж/моль |
Температура кипения | 5873[1] K |
Теплота испарения | 704 кДж/моль |
Молярный объём | 8,85 см³/моль |
Кристаллическая решётка простого вещества | |
Структура решётки | гексагональная (плотноупакованная) |
Параметры решётки | 2,760 Å |
Отношение c/a | 1,615 |
Температура Дебая | 416,00 K |
Re | 75 |
186,207 | |
4f145d56s2 | |
Рений |
Рений — плотный, серебристо-белый металл.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.
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 представлено 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.
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.[3]
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.[4]
Рений взаимодействует с водными растворами пероксида водорода с образованием рениевой кислоты.
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 переработки 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. [3]
Мировая добыча рения в 2006 году составила около 40 тонн.
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.
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 сырье.
Важнейшие свойства рения, определяющие его применение это: очень высокая температура плавления, устойчивость к химическим реагентам, каталитическая активность (в этом он близок к платиноидам).
Рений используется при изготовлении:
Кроме того, из рения делают самоочищающиеся электрические контакты. При замыкании и разрыве цепи всегда происходит электрический разряд, в результате чего металл 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.
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.
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.
IA |
IIA |
IIIB |
IVB |
VB |
VIB |
VIIB |
---- |
VIIIB |
---- |
IB |
IIB |
IIIA |
IVA |
VA |
VIA |
VIIA |
VIIIA |
|
Период | ||||||||||||||||||
1 |
1
H |
2
He |
||||||||||||||||
2 |
3
Li |
4
Be |
5
B |
6
C |
7
N |
8
O |
9
F |
10
Ne |
||||||||||
3 |
11
Na |
12
Mg |
13
Al |
14
Si |
15
P |
16
S |
17
Cl |
18
Ar |
||||||||||
4 |
19
K |
20
Ca |
21
Sc |
22
Ti |
23
V |
24
Cr |
25
Mn |
26
Fe |
27
Co |
28
Ni |
29
Cu |
30
Zn |
31
Ga |
32
Ge |
33
As |
34
Se |
35
Br |
36
Kr |
5 |
37
Rb |
38
Sr |
39
Y |
40
Zr |
41
Nb |
42
Mo |
(43)
Tc |
44
Ru |
45
Rh |
46
Pd |
47
Ag |
48
Cd |
49
In |
50
Sn |
51
Sb |
52
Te |
53
I |
54
Xe |
6 |
55
Cs |
56
Ba |
* |
72
Hf |
73
Ta |
74
W |
75
Re |
76
Os |
77
Ir |
78
Pt |
79
Au |
80
Hg |
81
Tl |
82
Pb |
83
Bi |
(84)
Po |
(85)
At |
86
Rn |
7 |
87
Fr |
88
Ra |
** |
(104)
Rf |
(105)
Db |
(106)
Sg |
(107)
Bh |
(108)
Hs |
(109)
Mt |
(110)
Ds |
(111)
Rg |
(112)
Cp |
(113)
Uut |
(114)
Uuq |
(115)
Uup |
(116)
Uuh |
(117)
Uus |
(118)
Uuo |
8 |
(119)
Uue |
(120)
Ubn |
||||||||||||||||
Лантаноиды * |
57
La |
58
Ce |
59
Pr |
60
Nd |
(61)
Pm |
62
Sm |
63
Eu |
64
Gd |
65
Tb |
66
Dy |
67
Ho |
68
Er |
69
Tm |
70
Yb |
71
Lu |
|||
Актиноиды ** |
89
Ac |
90
Th |
91
Pa |
92
U |
(93)
Np |
(94)
Pu |
(95)
Am |
(96)
Cm |
(97)
Bk |
(98)
Cf |
(99)
Es |
(100)
Fm |
(101)
Md |
(102)
No |
(103)
Lr |
Щелочные металлы | Щёлочноземельные металлы | Лантаноиды | Актиноиды | Переходные металлы |
Лёгкие металлы | Полуметаллы | Неметаллы | Галогены | Инертные газы |
Классификация хим. элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона/
IA | IIA | IIIB | IVB | VB | VIB | VIIB | ---- | VIIIB | ---- | IB | IIB | IIIA | IVA | VA | VIA | VIIA | VIIIA | |
Период | ||||||||||||||||||
1 |
1 H Водород |
2 He Гелий |
||||||||||||||||
2 |
3 Li Литий |
4 Be Бериллий |
5 B Бор |
6 C Углерод |
7 N Азот |
8 O Кислород |
9 F Фтор |
10 Ne Неон |
||||||||||
3 |
11 Na Натрий |
12 Mg Магний |
13 Al Алюминий |
14 Si Кремний |
15 P Фосфор |
16 S Сера |
17 Cl Хлор |
18 Ar Аргон |
||||||||||
4 |
19 K Калий |
20 Ca Кальций |
21 Sc Скандий |
22 Ti Титан |
23 V Ванадий |
24 Cr Хром |
25 Mn Марганец |
26 Fe Железо |
27 Co Кобальт |
28 Ni Никель |
29 Cu Медь |
30 Zn Цинк |
31 Ga Галлий |
32 Ge Германий |
33 As Мышьяк |
34 Se Селен |
35 Br Бром |
36 Kr Криптон |
5 |
37 Rb Рубидий |
38 Sr Стронций |
39 Y Иттрий |
40 Zr Цирконий |
41 Nb Ниобий |
42 Mo Молибден |
(43) Tc Технеций |
44 Ru Рутений |
45 Rh Родий |
46 Pd Палладий |
47 Ag Серебро |
48 Cd Кадмий |
49 In Индий |
50 Sn Олово |
51 Sb Сурьма |
52 Te Теллур |
53 I Иод |
54 Xe Ксенон |
6 |
55 Cs Цезий |
56 Ba Барий |
* |
72 Hf Гафний |
73 Ta Тантал |
74 W Вольфрам |
75 Re Рений |
76 Os Осмий |
77 Ir Иридий |
78 Pt Платина |
79 Au Золото |
80 Hg Ртуть |
81 Tl Таллий |
82 Pb Свинец |
83 Bi Висмут |
(84) Po Полоний |
(85) At Астат |
86 Rn Радон |
7 |
87 Fr Франций |
88 Ra Радий |
** |
(104) Rf Резерфордий |
(105) Db Дубний |
(106) Sg Сиборгий |
(107) Bh Борий |
(108) Hs Хассий |
(109) Mt Мейтнерий |
(110) Ds Дармштадтий |
(111) Rg Рентгений |
(112) Cp Коперниций |
(113) Uut Унунтрий |
(114) Uuq Унунквадий |
(115) Uup Унунпентий |
(116) Uuh Унунгексий |
(117) Uus Унунсептий |
(118) Uuo Унуноктий |
8 |
(119) Uue Унуненний |
(120) Ubn Унбинилий |
||||||||||||||||
Лантаноиды * |
57 La Лантан |
58 Ce Церий |
59 Pr Празеодим |
60 Nd Неодим |
(61) Pm Прометий |
62 Sm Самарий |
63 Eu Европий |
64 Gd Гадолиний |
65 Tb Тербий |
66 Dy Диспрозий |
67 Ho Гольмй |
68 Er Эрбий |
69 Tm Тулий |
70 Yb Иттербий |
71 Lu Лютеций |
|||
Актиноиды ** |
89 Ac Актиний |
90 Th Торий |
91 Pa Протактиний |
92 U Уран |
(93) Np Нептуний |
(94) Pu Плутоний |
(95) Am Америций |
(96) Cm Кюрий |
(97) Bk Берклий |
(98) Cf Калифорний |
(99) Es Эйнштейний |
(100) Fm Фермий |
(101) Md Менделевий |
(102) No Нобелей |
(103) Lr Лоуренсий |
Щелочные металлы | Щёлочноземельные металлы | Лантаноиды | Актиноиды | Переходные металлы |
Лёгкие металлы | Полуметаллы | Неметаллы | Галогены | Инертные газы |