Ренијум

елемент са атомским бројем 75

Ренијум (Re, лат. rhenium) прелазни је метал са атомским бројем 75.[4][5] Име је добио по реци Рајни. То је сребрено-светли, тешки прелазни метал, из шесте периоде и 7. групе периодног система елемената. Са процењеном просечном концентрацијом од 0,0000001%, ренијум спада међу најређе елементе у Земљиној кори. У елементарном стању, он има, у зависности од извора, трећу највишу тачку топљења и највишу тачку кључања од свих елемената (5596[6] или 5630°C). Ренијум је у хемијском смислу доста сличан мангану и технецијуму, а добија се као нуспроизвод издвајања и рафинирања руда молибдена и бакра. Он се у својим једињењима налази у врло широком спектру оксидационих стања која се крећу од -1 до +7. Откривен 1925. године, био је последњи стабилни елемент који је откривен у природи.

Ренијум
Rhenium single crystal bar and 1cm3 cube.jpg
Општа својства
Име, симболренијум, Re
Изгледсребрнасто-сив
У периодном систему
Водоник Хелијум
Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон
Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон
Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон
Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон
Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон
Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон
Tc

Re

Bh
волфрамренијумосмијум
Атомски број (Z)75
Група, периодагрупа 7, периода 6
Блокd-блок
Рел. ат. маса (Ar)186,207(1)[1]
Ел. конфигурација
по љускама
2, 8, 18, 32, 13, 2
Физичка својства
Тачка топљења3459 K ​(3186 °‍C, ​5767 °F)
Тачка кључања5903 K ​(5630 °‍C, ​10.170 °F)
Густина при с.т.21,02 g/cm3
течно ст., на т.т.18,9 g/cm3
Топлота фузије60,43 kJ/mol
Топлота испаравања704 kJ/mol
Мол. топл. капацитет25,48 J/(mol·K)
Напон паре
P (Pa) 100 101 102
на T (K) 3303 3614 4009
P (Pa) 103 104 105
на T (K) 4500 5127 5954
Атомска својства
Електронегативност1,9
Енергије јонизације1: 760 kJ/mol
2: 1260 kJ/mol
3: 2510 kJ/mol
(остале)
Атомски радијус137 pm
Ковалентни радијус151±7 pm
Линије боје у спектралном распону
Остало
Кристална структуразбијена хексагонална (HCP)
Hexagonal close packed кристална структура за ренијум
Брзина звука танак штап4700 m/s (на 20 °‍C)
Топл. ширење6,2 µm/(m·K)
Топл. водљивост48,0 W/(m·K)
Електрична отпорност193 nΩ·m (на 20 °‍C)
Магнетни распоредпарамагнетичан[2]
Магнетна сусцептибилност (χmol)+67,6·10−6 cm3/mol (293 K)[3]
Јангов модул463 GPa
Модул смицања178 GPa
Модул стишљивости370 GPa
Поасонов коефицијент0,30
Мосова тврдоћа7,0
Викерсова тврдоћа1350–7850 MPa
Бринелова тврдоћа1320–2500 MPa
CAS број7440-15-5
Историја
Именовањепо реци Рајни (немачки: Rhein)
ОткрићеМасатака Огава (1908)
Прва изолацијаМасатака Огава (1919)
Именовање и епонимВолтер Нодак, Ајда Нодак, Ото Берг (1925)
Главни изотопи
изо РА полуживот (t1/2) ТР ПР
185Re 37,4% стабилни
187Re 62.6% 4,12×1010 y β 187Os
референцеВикиподаци

Суперлегуре ренијума засноване на никлу користе се у коморама за сагоревање, за израду лопатица турбина и млазница за испушне гасове код млазних мотора. Те легуре садрже и до 6% ренијума, што чини производњу млазних мотора највећим појединачним потрошачем овог елемента, док се након ње налази каталитичка хемијска индустрија као други највећи потрошач ренијума. Због врло слабе доступности у релативном односу на потражњу, ренијум је један од најскупљих метала, а његова просечна цена у априлу 2015. износила је приближно 2.750 УС$ по килограму. Он је такође и један од метала од стратешког војног значаја, због своје употребе у војним ракетним и млазним моторима високих перформанси.[7]

ИсторијаУреди

Ренијум (лат. Rhenus у значењу: (река) Рајна)[8] је био последњи међу откривеним хемијским елементима који је имао стабилне изотопе (други нови елементи откривени у природи након њега, попут францијума, су радиоактивни).[9] Постојање до тада још неоткривеног елемента на данашњем мјесту ренијума у периодном систему први је предвидео Дмитриј Мендељејев. Друга израчуната предвиђања добио је Хенри Мозли 1914. године.[10]

Генерално се сматра да су ренијум открили научници Волтер Нодак, Ајда Нодак и Ото Берг у Немачкој. Они су 1925. објавили да су открили нови елемент у руди платине те у минералу колумбиту. Такође, трагове ренијума пронашли су и у минералима гадолиниту и молибдениту.[11] Године 1928. они су успели да издвоје 1 грам новог елемента прерађујући 660 кг минерала молибденита.[12] Тај процес је био толико компликован и скуп да је његова производња престала све до почетка 1950-их када су произведене легуре волфрам-ренијума и молибден-ренијума. Те легуре су нашле врло важне начине примене у индустрији које су резултирале огромним скоком у потражњи за ренијумом, добијеним из молибденитске фракције порифирних руда бакра. Процењује се да је 1968. године око 75% металног ренијума у САД потрошено за истраживање и развој легура рефракторних метала. Од тада је прошло неколико година пре него што су суперлегуре ушле у широку употребу.[13][14]

Јапански научник Масатака Огава објавио је 1908. откриће 43. елемента периодног система (данас технецијум) и дао му име нипонијум (Np) према Јапану (Nippon на јапанском). Међутим, каснија анализа показала је присуство ренијума (елемента 75), а не технецијума.[15] Много касније, симбол Np је додељен елементу нептунијуму.

ОсобинеУреди

Ренијум је сребренасто-светли метал, који има једну од највиших тачки топљења од елемената, изузев волфрама и угљеника. Такође, ренијум има и другу највишу тачку кључања од свих елемената, иза волфрама. Осим тога, један је од најгушћих елемената, а од њега само платина, иридијум и осмијум имају већу густину. Ренијум има хексагоналну, густо паковану кристалну структуру, са параметрима решетке a = 276,1 pm и c = 445,6 pm.[16] У комерцијалном облику обично је у форми праха, али се овај елемент може превести и у веће комаде пресовањем и синтеровањем у вакууму или атмосфери водоника. Таквим процесом добијају се компактни чврсти комади који имају густину изнад 90% металног ренијума. Кад се овај метал жари, постаје дуктилан те се може ковати, савијати или механички обрађивати.[17] Легуре ренијума и молибдена су суперпроводници при 10 K. Легуре волфрама и ренијума су такође суперпроводљиве[18] на температури од 4 до 8 K, у зависности од легуре. Чисти метални ренијум је суперпроводљив на температури од 1,697 ± 0,006 K.[19][20]

У облику већих комада при собној температури и атмосферском притиску, овај елемент је отпоран на базе, сумпорну и хлороводоничну киселину, разблажену (али не и концентрирану) азотну киселину и царску воду.

ИзотопиУреди

Ренијум има само један стабилни изотоп, ренијум-185, али који се заправо јавља много мање од другог природног, незнатно радиоактивног изотопа. Оваква ситуација запажена је код још само два елемента, индијума и телура. Природни ренијум састоји се из само 37,4% стабилног изотопа 185Re и 62,6% изотопа 187Re који је слабо радиоактиван али има врло дуго време полураспада (дуже од 40 милијарди година). Истраживања су показала да се његово време полураспада може знатно скратити утицајем на стање наелектрисања атома (јонизовањем).[21][22]

Бета-распад 187Re се користи за ренијум-осмијско датирање руда. Доступна енергија за овај бета распад (2,6 keV) је једна од најнижих познатих међу свим радионуклидима. Нуклеарни изомер ренијум-186m је значајан као један од најдуже живућих метастабилних изотопа са временом полураспада од око 200 хиљада година. Постоји 25 других познатих радиоактивних изотопа ренијума.[23]

РаспрострањеностУреди

 
Молибденит

Ренијум је један од најређих елемената у Земљиној кори са просечном концентрацијом 1 ppb (1 на милијарду делова);[24] док други извори наводе податак од 0,5 ppb, што га чини 77. елементом по распрострањености у Земљиној кори.[25] Ренијум се у природи вјероватно не може наћи у елементарном облику (његова могућа природна форма није позната), али се јавља у количини до 0,2%[24] у минералу молибдениту (који је највећим делом молибден дисулфид), који је уједно и његов највећи комерцијални извор. Пронађени су такође примерци тог минерала који су у себи садржавали до 1,88% ренијумa.[26] Чиле има највеће познате светске резерве ренијума, као део депозита руда бакра те је 2005. био највећи произвођач овог метала.[27] Тек недавно пронађен је и описан први минерал ренијума (1994. године), сулфидни минерал (ReS2) кондензован из фумароле у руском вулкану Кудрјавиј (рус. Кудрявый), на острву Итуруп у архипелагу Курилских острва.[28] Тај вулкан испушта од 20-60 kg ренијума годишње, углавном у облику ренијум-сулфида.[29][30] Минерал је добио име рениит, а овај ретки минерал постиже веома високе цене међу колекционарима.[31]

РеференцеУреди

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Lide, D. R., ур. (2005). „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (PDF) (86th изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. 
  3. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 0-8493-0464-4. 
  4. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  5. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  6. ^ Rhenium: enthalpies and thermodynamics, na stranici webelements.com, pristupljeno 26. decembra 2015.
  7. ^ „Rhenium”. MetalPrices.com. Приступљено 2. 2. 2012. 
  8. ^ Hans Georg Tilgner (2000). Forschen Suche und Sucht (на језику: немачки). Books on Demand. ISBN 978-3-89811-272-7. 
  9. ^ „Rhenium: Statistics and Information”. Minerals Information. Geološki zavod SAD. 2011. Приступљено 25. 5. 2011. 
  10. ^ Henry Moseley (1914). „The High-Frequency Spectra of the Elements, Part II”. Philosophical Magazine. 27 (160): 703—713. doi:10.1080/14786440408635141. Архивирано из оригинала на датум 22. 1. 2010. Приступљено 26. 12. 2015. 
  11. ^ Noddack W.; Tacke, I.; Berg, O. (1925). „Die Ekamangane”. Naturwissenschaften. 13 (26): 567—574. Bibcode:1925NW.....13..567.. doi:10.1007/BF01558746. 
  12. ^ Noddack W.; Noddack, I. (1929). „Die Herstellung von einem Gram Rhenium”. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (на језику: немачки). 183 (1): 353—375. doi:10.1002/zaac.19291830126. 
  13. ^ Trends in usage of rhenium: Report. Komitet o tehničkim aspektima kritičnih i strateških materijala (Nacionalno istraživačko vijeće SAD). 1968. стр. 4—5. 
  14. ^ Savitskiĭ Evgeniĭ Mikhaĭlovich; Tulkina Mariia Aronovna; Povarova Kira Borisovna (1970). Rhenium alloys. 
  15. ^ Yoshihara H. K. (2004). „Discovery of a new element 'nipponiumʼ: re-evaluation of pioneering works of Masataka Ogawa and his son Eijiro Ogawa”. Spectrochimica Acta Part B Atomic Spectroscopy. 59 (8): 1305—1310. Bibcode:2004AcSpe..59.1305Y. doi:10.1016/j.sab.2003.12.027. 
  16. ^ L.G. Liu; Takahashi T.; Bassett W. A. (1970). „Effect of pressure and temperature on lattice parameters of rhenium”. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 31 (6): 1345—1351. Bibcode:1970JPCS...31.1345L. doi:10.1016/0022-3697(70)90138-1. 
  17. ^ C. R. Hammond (2004). „The Elements”. Handbook of Chemistry and Physics (81. изд.). CRC press. ISBN 0-8493-0485-7. 
  18. ^ Neshpor V. S.; Novikov, V. I.; Noskin, V. A.; Shalyt, S. S. (1968). „Superconductivity of Some Alloys of the Tungsten-rhenium-carbon System”. Soviet Physics JETP. 27: 13. Bibcode:1968JETP...27...13N. 
  19. ^ Haynes, William M., ур. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92. изд.). CRC Press. стр. 12.60. ISBN 1439855110. 
  20. ^ Daunt, J. G.; Lerner, E. „The Properties of Superconducting Mo-Re Alloys”. Defense Technical Information Center. Архивирано из оригинала на датум 6. 2. 2017. Приступљено 26. 12. 2015. 
  21. ^ Bill Johnson (1993). „How to Change Nuclear Decay Rates”. math.ucr.edu. Приступљено 26. 12. 2015. 
  22. ^ Bosch F.; Faestermann T.; Friese J.; et al. (1996). „Observation of bound-state β decay of fully ionized 187Re: 187Re-187Os Cosmochronometry”. Physical Review Letters. 77 (26): 5190—5193. Bibcode:1996PhRvL..77.5190B. PMID 10062738. doi:10.1103/PhysRevLett.77.5190. 
  23. ^ Audi Georges; et al. (2003). „The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties”. Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3—128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  24. ^ а б N. N. Greenwood; A. Earnshaw (1988). Chemie der Elemente (1 изд.). Weinheim. стр. 1339. ISBN 3-527-26169-9. 
  25. ^ Emsley John (2001). „Rhenium”. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, Engleska, UK: Oxford University Press. стр. 358—360. ISBN 0-19-850340-7. 
  26. ^ Rouschias, George (1974). „Recent advances in the chemistry of rhenium”. Chemical Reviews. 74 (5): 531. doi:10.1021/cr60291a002. 
  27. ^ Steve T Anderson. „2005 Minerals Yearbook: Chile” (PDF). Geološki zavod SAD. Приступљено 26. 10. 2008. 
  28. ^ Korzhinsky M.A.; Tkachenko, S. I.; Shmulovich, K. I.; et al. (5. 5. 2004). „Discovery of a pure rhenium mineral at Kudriavy volcano”. Nature. 369 (6475): 51—52. Bibcode:1994Natur.369...51K. doi:10.1038/369051a0. 
  29. ^ Kremenetsky A. A.; Chaplygin I. V. (2010). „Concentration of rhenium and other rare metals in gases of the Kudryavy Volcano (Iturup Island, Kurile Islands)”. Doklady Earth Sciences. 430: 114. Bibcode:2010DokES.430..114K. doi:10.1134/S1028334X10010253. 
  30. ^ Tessalina S; Yudovskaya M.; et al. (2008). „Sources of unique rhenium enrichment in fumaroles and sulphides at Kudryavy volcano”. Geochimica et Cosmochimica Acta. 72 (3): 889. Bibcode:2008GeCoA..72..889T. doi:10.1016/j.gca.2007.11.015. 
  31. ^ „The Mineral Rheniite”. Amethyst Galleries. 

Спољашње везеУреди