Рений

химичен елемент с атомен номер 75

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
Рений – сребристо-сив метал
Сребристо-сив метал
Спектрални линии на рений
Спектрални линии на рений
ВолфрамРенийОсмий
Tc

Re

Bh
Периодична система
Общи данни
Име, символ, ZРений, Re, 75
Група, период, блок76d
Химическа серияпреходен метал
Електронна конфигурация[Xe] 4f14 5d5 6s2
e- на енергийно ниво2, 8, 18, 32, 13, 2
CAS номер7440-15-5
Свойства на атома
Атомна маса186,207 u
Атомен радиус (изч.)135 (188) pm
Ковалентен радиус151±7 pm
Степен на окисление7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, −1, −3
ОксидRe2O7, ReO3, Re2O5 и ReO2 (киселинни)
Електроотрицателност
(Скала на Полинг)
1,9
Йонизационна енергияI: 760 kJ/mol
II: 1260 kJ/mol
III: 2510 kJ/mol
IV: 3640 kJ/mol
Физични свойства
Агрегатно състояниетвърдо вещество
Кристална структурашестоъгълна плътноопакована
Плътност21020 kg/m3
Температура на топене3459 K (3186 °C)
Температура на кипене5903 K (5630 °C)
Моларен обем8,858×10-6 m3/mol
Специф. топлина на топене60,43 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение704 kJ/mol
Налягане на парата
P (Pa) 1 10 102 103 104 105
T (K) 3303 3614 4009 4500 5127 5954
Скорост на звука4700 m/s при 20 °C
Специф. топл. капацитет137 J/(kg·K)
Специф. електропроводимост5,6×106 S/m при 20 °C
Специф. ел. съпротивление0,193 Ω.mm2/m при 20 °C
Топлопроводимост48 W/(m·K)
Магнетизъмпарамагнитен
Модул на еластичност463 GPa
Модул на срязване178 GPa
Модул на свиваемост370 GPa
Коефициент на Поасон0,3
Твърдост по Моос7
Твърдост по Викерс1350 – 7850 MPa
Твърдост по Бринел1320 – 2500 MPa
История
Наименуванна реката Рейн
(на латински: Rhenus)
ОткритиеМасатака 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

История редактиране

Реният е един от последните открити елементи, съществуващи в природата, и последният, притежаващ стабилен изотоп.[1][2] 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.[1]

Разпространение редактиране

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.[1]

Физични свойства редактиране

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.[1]

Изотопи редактиране

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.[1]

Реакцията   може да се използва за радиоактивно датиране на астероиди.[1]

Химични свойства редактиране

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.[1] Като слаб метал, той е по-инертен от мангана.[2]

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:[2]

 

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

Съединения редактиране

Халогениди и оксохалогениди редактиране

Познати халогениди на рения[2]
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.[2] 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:

 .

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

Оксиди и хидроксиди редактиране

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.[2] Може да образува ренати (ReO42-), 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.[2]

Производство редактиране

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).[1] 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.[2]

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

Употреба редактиране

По-голямата част от производството на рений е за платинено-рениевите катализатори в нефтохимията, които са необходими за получаването на безоловен и високооктанов бензин.[1] Реният е компонент във високотемпературни суперсплави, които се ползват при построяването на части за самолетни двигатели с работоспособност до 2000 °C на основата на WMo, Ni и Cr.[1] 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.[1] Термодвойки Pt–Re Mo–Re и W–Re могат са измерват температури до 2200 °C.

Техника на безпасност редактиране

Рениевите съединения са слабо токсични. Във вид на прах не е токсичен, но при вдишване довежда до слаби промени в тъканите.[1]

Източници редактиране

  1. а б в г д е ж з и к л м Лефтеров, Димитър. Химичните елементи итехните изтопи. София, Издателство на БАН „Проф. Марин Дринов“, 2015. ISBN 978-954-322-831-7. с. 381 – 383.
  2. а б в г д е ж з Киркова, Елена. Химия на елементите и техните съединения. София, Университетско издателство „Св. Климент Охридски“, 2013. ISBN 978-954-07-3504-7. с. 536 – 542.