RHENIUM: OBJEV, VLASTNOSTI, STRUKTURA, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Rhenium je kovový prvek, jehož chemická značka je Re, a umístí se ve skupině 7 periodické tabulky, dvě místa pod mangan. S tímto a technetiem sdílí vlastnost vykazování více čísel nebo oxidačních stavů, od +1 do +7. Rovněž tvoří anion zvaný perrhenát, ReO ₄ ^-, analogický permanganátu, MnO ₄ ^-.

Tento kov je jedním z nejvzácnějších a vzácných v přírodě, takže jeho cena je vysoká. Těží se jako vedlejší produkt těžby molybdenu a mědi. Jednou z nejdůležitějších vlastností rhenia je jeho vysoká teplota tání, sotva překonaná uhlíkem a wolframem, a jeho vysoká hustota, která je dvakrát vyšší než u olova.

Kovová koule rhenia. Zdroj: Hi-Res obrázky chemických prvků / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Jeho objev má kontroverzní a nešťastné podtóny. Název „rhenium“ pochází z latinského slova „rhenus“, což znamená Rýn, slavná německá řeka poblíž místa, kde pracovali němečtí chemici, kteří izolovali a identifikovali tento nový prvek.

Rhenium má četná použití, mezi nimiž vyniká rafinace oktanového čísla benzínu, jakož i při výrobě žáruvzdorných superslitin určených pro montáž turbín a motorů leteckých lodí.

Objev

Existence dvou těžkých prvků s chemickými vlastnostmi podobnými vlastnostem manganu byla předpovídána již od let 1869 prostřednictvím periodické tabulky ruského chemika Dmitrije Mendeleeva. V té době však nebylo známo, jaká by měla být jejich atomová čísla; a to bylo tady v 1913 že byla představena předpověď anglického fyzika Henry Moseley.

Podle Moseley musí mít tyto dva prvky manganové skupiny atomová čísla 43 a 75.

O pár let dříve však japonský chemik Masataka Ogawa objevil údajný prvek 43 ve vzorku minerálního torianitu. Poté, co oznámil své výsledky v roce 1908, chtěl tento prvek pokřtít názvem „Niponio“. Chemici bohužel v té době prokázali, že Ogawa neobjevil prvek 43.

A tak uplynuly další roky, kdy v roce 1925 našli tři němečtí chemici: Walter Noddack, Ida Noddack a Otto Berg, prvek 75 v minerálních vzorcích columbitu, gadolinitu a molybdenitu. Tito dali jemu jméno rhenium, na počest řeky Rýna v Německu ('Rhenus', latina).

Masataka Ogawa se mýlil s tím, že tento prvek identifikoval chybně: objevil rhenium, nikoli prvek 43, dnes nazývané technetium.

Vlastnosti rhenia

Situace rhenia v periodické tabulce. ! Original: AhoerstemeierVector: Sushant savla / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Fyzický vzhled

Rhenium se obvykle prodává jako šedavý prášek. Jeho kovové kusy, obvykle kulovité kapky, jsou stříbrošedé, které jsou také vysoce lesklé.

Molární hmotnost

186,207 g / mol

Protonové číslo

75

Bod tání

3186 ° C

Bod varu

5630 ° C

Hustota

-Na pokojová teplota: 21,02 g / cm ³

-Správně v Teplota tání: 18,9 g / cm ³

Rhenium je kov, který je téměř dvakrát tak hustý než samotný olovo. Tedy koule rhenia o hmotnosti 1 gramu lze přirovnat k robustnímu olovnatému krystalu stejné hmotnosti.

Elektronegativita

1,9 na Paulingově stupnici

Ionizační energie

Nejprve: 760 kJ / mol

Za druhé: 1260 kJ / mol

Třetí: 2510 kJ / mol

Molární tepelná kapacita

25,48 J / (mol K)

Tepelná vodivost

48,0 W / (m K)

Elektrický odpor

193 nΩ m

Mohsova tvrdost

7

Izotopy

Atomy rhenia se vyskytují v přírodě jako dva izotopy: ¹⁸⁵ Re, s hojností 37,4%; a ¹⁸⁷ Re, s hojností 62,6%. Rhenium je jedním z těch prvků, jejichž nejhojnější izotop je radioaktivní; poločas ¹⁸⁷ Re je však velmi dlouhý (4,12–10 ¹⁰ let), takže je prakticky považován za stabilní.

Reaktivita

Kov rhenia je materiál odolný vůči rzi. Když se tak stane, jeho oxid, Re ₂ O ₇, vyteká při vysokých teplotách a hoří žlutavě zeleným plamenem. Kusy rhenia odolávají útoku koncentrované HNO ₃; ale když je horký, rozpustí se za vzniku kyseliny rhenové a oxidu dusičitého, což způsobí, že roztok zhnědne:

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

Chemie rhenia je obrovská, protože je schopna tvořit sloučeniny se širokým spektrem oxidačních čísel, jakož i vytvářet quadrupolovou vazbu mezi dvěma atomy rhenia (čtyři Re-Re kovalentní vazby).

Struktura a elektronická konfigurace

Elektronový obal rhenia. Autor: Uživatel: GregRobson (Greg Robson). Wikimedia commons

Atomy rhenia se společně seskupují v krystalech a vytvářejí kompaktní hexagonální strukturu, hcp, která se vyznačuje velmi hustou hustotou. To odpovídá skutečnosti, že se jedná o kov s vysokou hustotou. Kovová vazba, produkt překrývání jejich vnějších orbitálů, udržuje atomy Re silně soudržné.

Na této kovové vazbě Re-Re se podílejí valenční elektrony, které jsou podle elektronické konfigurace:

4f ¹⁴ 5d ⁵ 6s ²

V zásadě se jedná o 5d a 6s orbitaly, které se překrývají, aby zhutnily Re atomy ve struktuře hcp. Všimněte si, že jeho elektrony sečtou celkem 7, což odpovídá počtu její skupiny v periodické tabulce.

Oxidační čísla

Elektronická konfigurace rhenia umožňuje okamžitě vidět, že jeho atom je schopen ztratit až 7 elektronů, aby se stal hypotetickým kationtem Re ⁷⁺. Při existenci Re ⁷⁺ se předpokládá v každém rhenium sloučeninou, například, v Re ₂ O ₇ (Re ₂ ⁷⁺ O ₇ ²), říká se, že má číslo oxidace +7, Re (VII).

Další pozitivní oxidační čísla pro rhenium jsou: +1 (Re ⁺), +2 (Re ²⁺), +3 (Re ³⁺) atd. Až do +7. Podobně může rhenium získat elektrony tím, že se stane aniontem. V těchto případech, se říká, že mají řadu negativních oxidační: -3 (Re ³) -2 (Re ²) a 1 (Re ^-).

Aplikace

Benzín

Rhenium, spolu s platinou, se používá k tvorbě katalyzátorů, které zvyšují oktanové číslo benzínu a zároveň snižují jeho obsah olova. Na druhé straně se rheniové katalyzátory používají pro více hydrogenačních reakcí, což je způsobeno jejich odolností vůči otravě dusíkem, fosforem a sírou.

Žáruvzdorné slitiny

Rhenium je žáruvzdorný kov díky své vysoké teplotě tání. Proto se přidává do slitin niklu, aby byly odolné vůči vysokým tlakům a teplotám. Tyto superslitiny se většinou používají pro konstrukci turbín a motorů pro letecký průmysl.

Wolframová vlákna

Rhenium může také tvořit slitiny s wolframem, což zlepšuje jeho tažnost, a proto usnadňuje výrobu filamentů. Tato rhenium-wolframová vlákna se používají jako zdroje rentgenového záření a pro konstrukci termočlánků schopných měřit teploty až do 2200 ° C.

Podobně byla tato rheniová vlákna kdysi používána pro záblesky archaických kamer a nyní pro lampy sofistikovaného vybavení; jako je hmotnostní spektrofotometr.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
2. Sarah Pierceová. (2020). Rhenium: Použití, historie, fakta a izotopy. Studie. Obnoveno z: study.com
3. Národní centrum pro biotechnologické informace. (2020). Rhenium. PubChem Database., CID = 23947. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Wikipedia. (2020). Rhenium. Obnoveno z: en.wikipedia.org
5. Dr. Doug Stewart. (2020). Fakta o rheniu. Obnoveno z: chemicool.com
6. Eric Scerri. (18. listopadu 2008). Rhenium. Chemie v jejích prvcích. Obnoveno z: chemistryworld.com