Рений

Реният (на латински: Rhenium), Re, е химичен елемент с пореден номер 75 в периодичната система. Член е на 7-а група, 6-и период. Той е много рядък сребристобял, тежък, поливалентен метал. Открит е 1925 г. от Валтер Нодак и Ида Таке.

Рений
Рений – сребристо-сив метал Сребристо-сив метал
Спектрални линии на рений Спектрални линии
Волфрам ← Рений → Осмий Tc ↑ Re ↓ Bh H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 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 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 Nh Fl Mc Lv Ts Og Периодична система
Общи данни
Име, символ, Z	Рений, Re, 75
Група, период, блок	7, 6, d
Химическа серия	преходен метал
Електронна конфигурация	[Xe] 4f14 5d5 6s2
e- на енергийно ниво	2, 8, 18, 32, 13, 2
CAS номер	7440-15-5
Свойства на атома
Атомна маса	186,207 u
Атомен радиус (изч.)	135 (188) pm
Ковалентен радиус	151±7 pm
Степен на окисление	7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, −1, −3
Оксид	Re2O7, ReO3, Re2O5 и ReO2 (киселинни)
Електроотрицателност (Скала на Полинг)	1,9
Йонизационна енергия	I: 760 kJ/mol II: 1260 kJ/mol III: 2510 kJ/mol IV: 3640 kJ/mol
Физични свойства
Агрегатно състояние	твърдо вещество
Кристална структура	шестоъгълна плътноопакована
Плътност	21020 kg/m3
Температура на топене	3459 K (3186 °C)
Температура на кипене	5903 K (5630 °C)
Моларен обем	8,858×10-6 m3/mol
Специф. топлина на топене	60,43 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение	704 kJ/mol
Налягане на парата P (Pa) 1 10 102 103 104 105 T (K) 3303 3614 4009 4500 5127 5954
Скорост на звука	4700 m/s при 20 °C
Специф. топл. капацитет	137 J/(kg·K)
Специф. електропроводимост	5,6×106 S/m при 20 °C
Специф. ел. съпротивление	0,193 Ω.mm2/m при 20 °C
Топлопроводимост	48 W/(m·K)
Магнетизъм	парамагнитен
Модул на еластичност	463 GPa
Модул на срязване	178 GPa
Модул на свиваемост	370 GPa
Коефициент на Поасон	0,3
Твърдост по Моос	7
Твърдост по Викерс	1350 – 7850 MPa
Твърдост по Бринел	1320 – 2500 MPa
История
Наименуван	на реката Рейн (на латински: Rhenus)
Откритие	Масатака Огава (1908 г.)
Изолиране	(1919 г.)
Най-дълготрайни изотопи
Изотоп ИР ПП ТР ПР 185Re 37,4 % стабилен 187Re 62,6 % 4,12×1010 г. β- 187Os
Рений в Общомедия

История

Реният е един от последните открити елементи, съществуващи в природата, и последният, притежаващ стабилен изотоп. Съществуването му е предречено от Менделеев. Поради ниската разпространеност на съседните му W и Os, които са с четни поредни номера, 75-ият елемент трябва да е още по-рядък. Многократните усилия на учените да изолират елемента винаги били неуспешни.

През 1922 г. немските химици Ватлер Нодак и Еда Таке започват сериозни и систематични изследвания за откриването на неизвестния елемент. В началото те определят главните свойства, които би могъл да притежава елементът. Първоначално те изследвали платиновата група, но поради високата ѝ цена скоро преминават на руди на редкоземни елементи като гадолинит, колмбит и др. След тригодишна работа на около 1600 образеца и с помощта на Ото Берг, през 1925 г. те наблюдават серия от пет рентгенови линии на 75-ият елемент.

Изследователите нарекли новия елемент рениум със знак Re, в чест на латинското название на река Рейн и Рейнската провинция на Германия – родното място на Таке, която станала съпруга на Валтер Нодак.

Разпространение

Реният е типичен преходен метал и е силно разсеян в природата. Намира се на 78-о място по разпространение сред елементите, като съдържанието му в земната кора е около 4×10^-8%. Той не образува самостоятелни минерали, но се среща в колумбита, танталита, циркона, минералите на редкоземните елементи, молибдените и медните сулфиди.

Физични свойства

Реният е сребристобял и много твърд метал. Кристализира в хексагонална обемноцентрична решетка. Със своята плътност от 21,02 g/cm³, той се нарежда на четвърто място сред елементите, след Os, Ir и Pt. Топи се при 3186 °C, трети след C и W и кипи при 5596 °C.

Изотопи

В природата реният е смес от два изотопа – ¹⁸⁵Re и ¹⁸⁷Re. Рений-187 има слаба β^--радиоакитвност с период на полуразпад над възрастта на земята, поради което се счита за относително стабилен. Изследвани са 33 радиоактивни изотопа с А от 160 до 194.

Реакцията $\mathrm {{^{187}Re}\longrightarrow {^{187}Os}} +\beta ^{-}+{\bar {\nu }}$ може да се използва за радиоактивно датиране на астероиди.

Химични свойства

Реният е преходен метал от 7-а група, 6-и период. Има електронния строеж KLMN5s²5p⁵5d⁵6s² – добвя се 5d-електрон в сравнение с волфрама. Образува съединения във всички степени на окисление между -1 и +7, като най-стабилни са +3, +4, +5 и +7. Като слаб метал, той е по-инертен от мангана.

Компактинят рений е устойчив на въздуха при обикновени температури. Над 300 °C образува оксидите ReO₃ и Re₂O₇, а интензивно се окислява над 600 °C. На влажен въздух бавно се окислява до HReO₄.

Не реагира директно с азота и кислорода. Праховият рений адсорбира водород. При нагряване взаимодейства с F, Cl и Br, но не и с I. Реният е единственият метал, образуващ стабилен хептафлуорид (ReF₇).

Почти не се разтваря в солна и Флуороводородна киселина. Реагира слабо с концентрирани сярна и азотна киселина при нагряване:

${\begin{array}{lcl}{\ce {3Re + 7HNO3 -> 3HReO4 + 2NO + 2H2O}}\\{\ce {2Re + 7H2SO4 -> 2HReO4 + 7SO2 + 6H2O}}\end{array}}$

Образува амалгама с живака и е устойчив на разтопени Sn, Zn, Ag, Cu, Bi, но се разтваря слабо в Al и Ni.

Съединения

Халогениди и оксохалогениди

Познати халогениди на рения

СО	флуориди	хлориди	бромиди	йодиди
+3	–	[ReCl3]3 тъмночервен	[ReBr3]3 червено-кафяв	[ReI3]3 блестящо черен
+4	ReF4 син	ReCl4 моравочервен	ReBr4	ReI4
+5	ReF5 жълто-зелен	ReCl5 кафяво-черен	ReBr5 тъмнокафяв	–
+6	ReF6 жълт	ReCl6 червен	–	–
+7	ReF7 жълт	–	–	–

Трихалогенидите се получават чрез термична дисоциация на по-висши халогениди. Те са твърди, тримерни триъгълни клъстери с триъгълник от ковалентно свързани рениеви атоми. От тетрахалогенидите най-добре е изучен ReCl₄, който се получава при загряване на ReCl₅ и [ReCl₃]₃. Смята се, че има връзки между рениевите атоми. Висшите халогениди се получават чрез директен синтез при подходящи температура и налягане. Те са летливи вещества с молекулна кристална решетка, които хидролизират и се диспорпорционират при заграване:

${\begin{array}{lcl}{\ce {3ReCl5 + 8H2O -> HReO4 + 2ReO2 + 15HCl}}\\{\ce {2ReF5}}\xrightarrow {\mathrm {T} } {\ce {ReF4 + ReF6}}\end{array}}$.

Познати са оксохалогениди със състав ReOX₃, ReOX₄, ReO₃X и ReO₂X₃. Те са по-стабилни от аналогичните халогениди и хидролизират с диспропорциониране.

Оксиди и хидроксиди

При рения са познати четири оксида – ReO₂, Re₂O₅, ReO₃, Re₂O₇. Диоксидът се получава при редукция на перренатни йони (ReO₄^-). ReO₃ е единственият оксид от +6 степен на окисление в групата и се получава при редукция на Re₂O₇. Той е червен и има метален блясък. Може да образува ренати (ReO₄^2-), които са тъмнозелени кристалохидрати. Re₂O₇ е нискотопим жълт прах и хидролизира до перрениева киселина, HReO₄ и подобно на перйодната киселина координира две молекули вода до H₃ReO₅. Известни са перренати на множество метали.

Производство

Реният не се намира свободно в природата, но се съдържа в много малки количества в минерала гадолинит и в концентрация до 0,2% в минерала молибденит. Основните суровинни източници с индустриално значение са Re–Mo концентрати, където е до 0,01 – 0,02% и в медно-сулфидни руди (до 0,002 – 0,0035% Re). При нагряване и окисление на молибденовите руди при 550 – 650 °C, реният се увелича 50 – 95% с отделените газове във вид на летливия Re₂O₇. Металът се извлича от остатъчния прах с воден разтвор на окислител, например MnO₂ или се превръща в NH₄ReO₄, който чрез редукция с H₂ отделя чист метал. И двата случая реният е под формата на прах и се обработва по методите на праховата металургия.

Световният добив на рений през 2008 г. възлиза на 57 тона. Най-големият производител е чилийската компания Molymet.

Употреба

По-голямата част от производството на рений е за платинено-рениевите катализатори в нефтохимията, които са необходими за получаването на безоловен и високооктанов бензин. Реният е компонент във високотемпературни суперсплави, които се ползват при построяването на части за самолетни двигатели с работоспособност до 2000 °C на основата на W–Mo, Ni и Cr. Друго приложение на този елемент е използването му в светкавиците на фотоапаратите.

От метала се правят електрически контакти, тъй като Re₂O₇, който се образува при искренето, е летлив и опвърхността на контакта остава чиста. Термодвойки Pt–Re Mo–Re и W–Re могат са измерват температури до 2200 °C.

Техника на безпасност

Рениевите съединения са слабо токсични. Във вид на прах не е токсичен, но при вдишване довежда до слаби промени в тъканите.