Rhenium | ||||
---|---|---|---|---|
← Wolfram | Osmium → | ||||
| ||||
Vzhled jednoduché látky | ||||
Monokrystal rheniová tyčinka | ||||
Vlastnosti atomu | ||||
Jméno, symbol, číslo | Rhenium (Re), 75 | |||
Skupina , období , blok |
7, 6, d-prvek |
|||
atomová hmotnost ( molární hmotnost ) |
186,207(1) [1] a. e. m. ( g / mol ) | |||
Elektronická konfigurace | [Xe] 6s 2 4f 14 5d 5 | |||
Poloměr atomu | 137 hodin | |||
Chemické vlastnosti | ||||
kovalentní poloměr | 128 hodin | |||
Poloměr iontů | (+7e) 53 (+4e) 72 hodin | |||
Elektronegativita | 1,9 (Paulingova stupnice) | |||
Elektrodový potenciál | Re ← Re + -0,324 V; Re ← Re 3+ +0,30 V | |||
Oxidační stavy | −1 [2] , 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7 | |||
Ionizační energie (první elektron) |
759,1 (7,87) kJ / mol ( eV ) | |||
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky | ||||
Hustota (v n.a. ) | 21,02 [3] g/cm³ | |||
Teplota tání | 3459 K (3186 °C) [3] | |||
Teplota varu | 5869 K (5596 °C) [3] | |||
Oud. teplo tání | 34 kJ/mol | |||
Oud. výparné teplo | 704 kJ/mol | |||
Molární tepelná kapacita | 28,43 [4] J/(K mol) | |||
Molární objem | 8,85 cm³ / mol | |||
Krystalová mřížka jednoduché látky | ||||
Příhradová konstrukce | Šestihranný (těsně zabalený) | |||
Parametry mřížky | a = 2,761, c = 4,456 [5] | |||
poměr c / a | 1,614 | |||
Debyeho teplota | 416,00 K | |||
Další vlastnosti | ||||
Tepelná vodivost | (300 K) 48,0 W/(m K) | |||
Číslo CAS | 7440-15-5 |
75 | Rhenium |
Re186,207 | |
4f 14 5d 5 6s 2 |
Rhenium ( chemická značka - Re , z lat. Rhenium ) je chemický prvek 7. skupiny (podle zastaralé klasifikace - vedlejší podskupina sedmé skupiny, VIIB) šesté periody periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejev s atomovým číslem 75.
Za standardních podmínek je jednoduchá látka rhenium těžký stříbrno-bílý kov .
Název prvku pochází z latinského „ Rhenus “ – název řeky Rýn v Německu [6] .
Existenci rhenia předpověděl D. I. Mendělejev („tri-mangan“) v roce 1871 [6] , analogicky s vlastnostmi prvků ve skupině periodické soustavy však „dvi-manganese“ (anglicky „dvi-manganese “) byl používán mnohem častěji [7] . To potvrdil Henry Moseley v roce 1914 [8] .
V roce 1908 japonský chemik Masataka Ogawa oznámil, že objevil 43. prvek a pojmenoval jej nipponium (Np) po Japonsku ( japonsky Nippon ). Nedávná analýza však prokázala přítomnost rhenia (prvek 75) spíše než prvku 43 [9] , ačkoli tuto reinterpretaci zpochybnil Eric Skerry [10] .
Prvek byl objeven v roce 1925 německými chemiky Idou a Walterem Noddackovými při studiu nerostu columbite spektrální analýzou [6] v laboratoři Siemens & Halske . Bylo to oznámeno na setkání německých chemiků v Norimberku. Následující rok skupina vědců izolovala první 2 mg rhenia z molybdenitu. Relativně čisté rhenium bylo získáno až v roce 1928. Pro získání 1 g rhenia bylo nutné zpracovat více než 600 kg norského molybdenitu.
První průmyslová výroba rhenia byla organizována v Německu ve 30. letech 20. století [11] . Kapacita zařízení byla 120 kg za rok, což plně uspokojilo světovou poptávku po tomto kovu. V roce 1943 bylo ve Spojených státech po zpracování molybdenových koncentrátů získáno prvních 4,5 kg rhenia.
Rhenium bylo posledním objeveným prvkem se známým stabilním izotopem. Všechny prvky, které byly objeveny později než rhenium (včetně těch uměle získaných), neměly stabilní izotopy.
Největším producentem primárního rhenia je chilská společnost Molymet [12] . Světová produkce rhenia se pohybuje mezi 50 a 60 tunami. V roce 2008 bylo vyrobeno 57 tun [11] , v roce 2014 - 48,8 tun [13] .
Podle zemí je největším producentem rhenia Chile (53 % světové produkce), USA (16 %), Polsko (16 %), Uzbekistán (10 %), Arménie (1 %). Všechny ostatní země světa produkují asi 4 %, včetně Ruské federace méně než 1 % [13] . Podle jiných údajů je na druhém místě po Chile v dodávkách primárního rhenia na světový trh Kazachstán (společnosti Yuzhpolimetall a Zhezkazganredmet, 8,5 tuny rhenia ročně) [14] .
Pokud jde o přírodní zásoby rhenia, Chile je na prvním místě na světě [15] , Spojené státy na druhém místě a Rusko na třetím místě . Moderní Kazachstán má velké zásoby rhenia (ložisko poblíž města Zhezkazgan ), které bylo hlavním zdrojem těžby rhenia v SSSR . Zásoby rhenia ve formě rhenitu na ostrově Iturup se odhadují na 10-15 tun, ve formě sopečných plynů - až 20 tun ročně [16] . V Rusku mají největší zdrojový potenciál ložiska vodíkových polyelementů (ložiska in-situ oxidačních zón), převyšující potenciál měděno-molybdenových rud porfyrových měděných ložisek (hlavní zdroj rhenia na světě). Celkové předpokládané zásoby rhenia pro ložiska tohoto typu na území Ruské federace se odhadují na 2900 tun, což je 76 % zdrojů Re v zemi. Většina (82 %) těchto zdrojů se nachází v moskevské oblasti, omezené na moskevskou hnědouhelnou pánev, kde je nejvíce studovaným objektem s obsahem rhenia ložisko Briketno-Zheltukhinskoye v Rjazaňské oblasti [17] .
Celkové světové zásoby rhenia (bez ložisek vodíkových polyelementů) jsou asi 13 000 tun, včetně 3 500 tun molybdenových surovin a 9 500 tun mědi. Při perspektivní úrovni spotřeby rhenia ve výši 40-50 tun ročně může tento kov vystačit lidstvu na dalších 250-300 let. (Udané číslo je odhadem bez zohlednění stupně opětovného použití kovu.) V praxi zůstávají nejdůležitějšími surovinami pro získávání primárního rhenia v průmyslovém měřítku koncentráty molybdenu a sulfidu mědi. Obsah rhenia v nich může dosahovat až 0,002-0,005 % hmotnosti [6] . V celkové bilanci produkce rhenia ve světě tvoří více než 80 %. Zbytek připadá především na druhotné suroviny [18] .
Pozornost badatelů přitahuje v posledním čtvrtstoletí vysokoteplotní paroplynový systém sopky Kudryavy na ostrově o vysokých teplotách. Iturup v oblasti Sachalin v Rusku je světově prvním objeveným ložiskem rhenia, reprezentovaným fumarolovým polem s aktivními zdroji hlubokých tekutin [19] . Byla prokázána možnost těžby rhenia a dalších vzácných kovů z fumarolových plynů sopky; je proveden přehled vyvinutých a patentovaných technologií pro extrakci ReS 2 z vysokoteplotních vulkanických plynů. Je popsáno složení prvního přírodního minerálu rhenia, rhenitu . Odstraňování kovů vulkanickými plyny může dosáhnout 20-36 tun/rok . Dochází k závěru, že z tohoto jediného ložiska na světě je účelné těžit rhenium, indium , germanium a další kovy a paroplynové emise fumarol ze sopky lze považovat za nový typ unikátní komplexní minerální suroviny. Tvrdí se, že vytěžené rhenium může plně uspokojit potřeby Ruska a eliminovat závislost jeho průmyslu na dovozu. Zahájení průmyslové těžby rhenia z tohoto ložiska bylo plánováno na rok 2020, dosud však nezačalo [20] . Zdrojem rhenia je také jeho opakovaná extrakce z odpadních materiálů, které ho obsahují.
Rhenium je jedním z nejvzácnějších prvků v zemské kůře . Jeho obsah v zemské kůře se odhaduje na 7⋅10 -8 hmotnostně [4] . Z hlediska geochemických vlastností je podobný svým mnohem běžnějším sousedům v periodické soustavě - molybdenu a wolframu . Proto se ve formě drobných nečistot dostává do minerálů těchto prvků. Hlavním zdrojem rhenia jsou molybdenové rudy některých ložisek , kde se těží jako přidružená složka.
O extrémním rozšíření rhenia hovoří skutečnost, že na světě je známo pouze jedno ekonomicky výnosné ložisko rhenia. Nachází se v Rusku : zásoby v něm jsou asi 10-15 tun. Toto ložisko bylo objeveno v roce 1992 na sopce Kudryavy , Iturup Island , Kurilské ostrovy [21] . Ložisko [22] v kaldeře na vrcholu sopky představuje fumarolové pole o velikosti ~50 × 20 m se stálými zdroji vysokoteplotních hlubinných tekutin - fumarolů . To znamená, že ložisko se aktivně tvoří dodnes: podle různých odhadů jde do atmosféry s plyny 10 až 37 tun rhenia ročně.
Minerály rhenia jsou vzácné. Od roku 2020 je známo pět minerálů sulfidu rhenia a nativní rhenium [23] . Kromě toho je rhenium jako nečistota obsaženo v columbitu , pyritech [24] , stejně jako v zirkonu a minerálech prvků vzácných zemin [4] .
Rhenium se vyskytuje jako vzácný minerál dzhezkazganit (ReMoCu 2 PbS 6 ), nalezený v roce 1968 v měděných pískovcích poblíž kazašského města Džezkazgan ( Kazachstán Zhezkazgan ). V současné době je zdiskreditován Komisí pro nové minerály, nomenklaturu a klasifikaci kvůli nedostatečným strukturálním údajům [23] .
Je popsán minerál, který vydavatelé také nazývají dzhezkazganit, ale není. Jedná se o měď, železo a sulfid rhenia s hmotnostním obsahem rhenia 10,50 ... 36,47 %, nalezený v měď-molybden-porfyrových rudách ložiska Kalmakyr (Uzbekistán) v roce 2007 [23] .
Rhenium bylo nalezeno ve výše uvedeném ložisku na vulkánu Kudryavy ve formě minerálu rhenit ReS 2 popsaného v roce 1994, se strukturou podobnou molybdenitu . Hmotnostní obsah rhenia v něm je 74,30 % [23] . Přírodní disulfid rhenia byl poprvé objeven v roce 1986 na sopce Usu (Japonsko) [23]
Osmium-měďnatý rheniit (<60,25 hm. % Re) je popsán v měď-sulfidických rudách ve složení křemenec-pískovce ložiska Voronov Bor , Karelia (2010) [23] .
Další minerál obsahující rhenium, tarkyanit (Cu,Fe)(Re,Mo) 4 S 8 (53,61 % Re), byl nalezen v mědi-niklovém koncentrátu z ložiska Hitura ve Finsku [25] [23] .
Rhenium je v nativní formě extrémně vzácné, takové nálezy jsou popsány pouze třikrát jako mikronové objekty v Transbaikalii (1976), Rakousku (2008) a Ukrajině (2007) [23] .
Kompletní elektronová konfigurace atomu rhenia je: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 5 .
Rhenium je lesklý, stříbřitě bílý kov. Kovový prášek - černý nebo tmavě šedý, v závislosti na disperzi. Jedná se o jeden z nejhustších a nejtvrdších kovů ( hustota - 21,02 g / cm³). Teplota tání je 3459 K (3186 °C) [3] . Vře při 5869 K (5596 °C) [3] . Paramagnetické [6] .
Krystalová mřížka je hexagonální ( a = 0,2760 nm, c = 0,4458 nm) [4] ( a = 0,2761 nm, c = 0,4456 nm) [26] .
Podle řady fyzikálních vlastností se rhenium blíží žáruvzdorným kovům skupiny VI ( molybden , wolfram ), stejně jako kovům skupiny platiny . Z hlediska bodu tání je rhenium na druhém místě mezi kovy, na druhém místě za wolframem a na čtvrtém místě v hustotě (po osmiu , iridiu a platině ). Z hlediska bodu varu se řadí na první místo mezi chemickými prvky (5869 K oproti 5828 K u wolframu) [3] . Čistý kov je při pokojové teplotě tažný, ale kvůli vysokému modulu pružnosti po zpracování se tvrdost rhenia značně zvyšuje v důsledku mechanického zpevnění . Pro obnovení plasticity se žíhá ve vodíku, inertním plynu nebo vakuu. Rhenium odolává opakovanému zahřívání a ochlazování bez ztráty pevnosti. Jeho pevnost při teplotách do 1200 °C je vyšší než u wolframu a výrazně převyšuje molybden. Elektrický odpor rhenia je čtyřikrát větší než u wolframu a molybdenu [18] .
Kompaktní rhenium je stabilní na vzduchu za běžných teplot. Při teplotách nad 300 °C je pozorována oxidace kovu, intenzivní oxidace nastává při teplotách nad 600 °C . Rhenium je odolnější vůči oxidaci než wolfram , nereaguje přímo s dusíkem a vodíkem ; rhenium prášek pouze adsorbuje vodík. Při zahřátí rhenium reaguje s fluorem , chlorem a bromem . Rhenium je téměř nerozpustný v kyselině chlorovodíkové a fluorovodíkové a s kyselinou sírovou reaguje jen slabě , i když je zahřátý, ale snadno se rozpouští v kyselině dusičné . Rhenium tvoří amalgám se rtutí [27] .
Rhenium reaguje s vodnými roztoky peroxidu vodíku za vzniku kyseliny rhenia .
Díky nízké dostupnosti a vysoké poptávce je rhenium jedním z nejdražších kovů. Cena za něj je velmi závislá na čistotě kovu, 1 kg rhenia stojí od 1 000 do 10 000 dolarů [28] [29] . Ceny 99,99% rhenia kolísají v závislosti na poptávce v rozmezí od 1 200 USD/kg v roce 2005 do 10 000 USD/kg v roce 2008, v roce 2014 to byly asi 3 000 USD/kg [13] .
Rhenium se získává zpracováním surovin s velmi nízkým obsahem cílové složky (hlavně suroviny mědi a sirníku molybdenu).
Zpracování měděných a molybdenových surovin obsahujících sulfid rhenium je založeno na pyrometalurgických procesech (tavení, konverze, oxidační pražení). V podmínkách vysokých teplot rhenium sublimuje ve formě vyššího oxidu Re 2 O 7 , který je pak zadržován v systémech jímání prachu a plynů.
V případě neúplné sublimace rhenia při výpalu molybdenitových koncentrátů jeho část zůstává ve škvárách a dále přechází do roztoků amoniaku nebo sody pro loužení škváry (NH 4 ReO 4 ), které se později redukují vodíkem:
Výsledný prášek rhenia se metodami práškové metalurgie převádí na kovové ingoty .
Roztoky kyseliny sírové ze systémů mokrého sběru prachu a matečné louhy po hydrometalurgickém zpracování škváry tak mohou sloužit jako zdroje pro získání rhenia při zpracování koncentrátů molybdenitu.
Při tavení měděných koncentrátů je 56-60 % rhenia odvedeno plyny. Nepodstatné rhenium zcela přechází do matného . Při přeměně posledně jmenovaného se rhenium obsažené v něm odstraňuje plyny. Pokud se pro výrobu kyseliny sírové používají pecní a konvertorové plyny, pak se rhenium koncentruje v pracích cirkulujících kyselinách sírových elektrostatických odlučovačů ve formě kyseliny rheniové. Praní kyseliny sírové je tedy hlavním zdrojem získávání rhenia při zpracování měděných koncentrátů.
Hlavní metody izolace z roztoků a čištění rhenia jsou extrakce a sorpce [18] .
Po sublimaci a vyčištění roztoku je konečný výtěžek z rudy 65–85 %. Vzhledem k tak nízkému podílu uvolňování drahého kovu probíhají hledání alternativních metod získávání z rudy (což platí pro všechny stopové kovy). Jednou z moderních metod je extrakce nanofrakcí spíše do vodného než kyselého či alkalického roztoku. Mez detekce řady chemických prvků se tak sníží o 2-3 řády, to znamená, že lze zaznamenat mnohem nižší koncentrace [30] .
Jsou praktikovány technologie související těžby rhenia z produktivních roztoků podzemního loužení uranových rud [31] .
Spotřeba rhenia v roce 2014 byla 59,7 tun, z toho 45,4 tun - ve Spojených státech 15,2 tun - všechny ostatní země [13] .
Nejdůležitější vlastnosti rhenia, které určují jeho použití, jsou velmi vysoký bod tání , odolnost vůči chemickým činidlům a katalytická aktivita (v tomto se blíží platinoidům). Rhenium je drahý a vzácný kov, takže jeho použití je omezeno na případy, kdy nabízí výjimečné výhody oproti použití jiných kovů.
Před objevem katalyzátorů reformujících platinu a rhenium se rhenium používalo hlavně ve vysokoteplotních slitinách [32] . Slitiny rhenia s molybdenem, wolframem a dalšími kovy se používají k výrobě dílů pro raketovou techniku a nadzvukové letectví. Slitiny niklu a rhenia se používají k výrobě spalovacích komor, lopatek turbín a výfukových trysek proudových motorů . Tyto slitiny obsahují až 6 % rhenia, díky čemuž je průmysl proudových motorů největším spotřebitelem rhenia. Pro výrobu lopatek motorů plynových turbín se používají zejména monokrystalické slitiny obsahující nikl-rhenium s vysokou tepelnou odolností [33] . Rhenium má zásadní vojensko-strategický význam kvůli jeho použití při výrobě vysoce výkonných vojenských proudových a raketových motorů [34] .
Tungsten -rhenium termočlánky mohou měřit teploty až do 2200 °C.
Jako legovací přísada se rhenium zavádí do slitin na bázi niklu, chrómu a titanu. Propagace platinových kovů rheniem zvyšuje odolnost rhenia proti opotřebení . Takové slitiny se používají k výrobě hrotů hrotů pro automatická pera, matric pro umělá vlákna. Rhenium se také používá ve slitinách pro výrobu dílů pro přesné přístroje, například pružin , pro výrobu vláken v hmotnostních spektrometrech a iontových manometrech a katodách . V těchto případech se také používá wolfram potažený rheniem. Rhenium je chemicky odolné, proto se používá k vytváření povlaků, které chrání kovy před působením kyselin, zásad, mořské vody a sloučenin síry.
Od objevu platino-rhenium reformujících katalyzátorů (1968 [35] ) se rhenium aktivně používá pro průmyslovou výrobu takových katalyzátorů. To umožnilo zvýšit efektivitu výroby vysokooktanových benzinových komponent používaných k výrobě komerčních benzinů, které nevyžadují přídavek tetraetylolova . Využití rhenia při rafinaci ropy mnohonásobně zvýšilo světovou poptávku po něm.
Samočistící elektrické kontakty jsou navíc vyrobeny z rhenia . Když je obvod uzavřen a přerušen, vždy dojde k elektrickému výboji , v jehož důsledku dojde k oxidaci kontaktního kovu. Rhenium oxiduje stejným způsobem, ale jeho oxid Re 2 O 7 je při relativně nízkých teplotách těkavý (bod varu je pouze +362,4 °C ) a při výbojích se odpařuje z kontaktního povrchu, takže kontakty rhenia vydrží velmi dlouho .
V USA se 70 % rhenia používá ve vysokoteplotních slitinách pro díly turbínových motorů, 20 % při výrobě katalyzátorů pro reformování oleje [13] .
Rhenium se neúčastní biochemických procesů a nehraje biologickou roli [36] .
Známé izotopy rhenia s hmotnostními čísly od 160 do 194 (počet protonů 75, neutronů od 85 do 119) a více než 20 jaderných izomerů .
Přírodní rhenium se skládá ze dvou izotopů: 185Re (37,07 %) a 187Re (62,93 % ) [ 6] . První z nich je stabilní a druhý podléhá beta rozpadu s poločasem rozpadu 43,5 miliardy let. Tento izotop se používá k určení absolutního geologického stáří minerálů, hornin, rud a meteoritů pomocí metody rhenium-osmium ) měřením relativních koncentrací izotopů 187Re a 187Os v minerálech obsahujících rhenium , stabilní izotop , který je produktem rozpadu. z 187 Re.
Rozpad 187Re je také pozoruhodný v tom, že energie tohoto rozpadu je nejnižší (2,6 keV ) ze všech známých izotopů podléhajících beta rozpadu. .
![]() | |
---|---|
V bibliografických katalozích |
|
Periodický systém chemických prvků D. I. Mendělejeva | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Řady elektrochemické aktivity kovů | |
---|---|
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 , |