Рений

Реният (Шаблон:Lang), 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.

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 ${}^{\mathrm{1}\mathrm{8}\mathrm{7}}\mathrm{R}\mathrm{e}\mathrm{⟶}{}^{\mathrm{1}\mathrm{8}\mathrm{7}}\mathrm{O}\mathrm{s}+{\beta }^{-}+\overline{\nu }$ 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:

$\begin{array}{c}3\mathrm{R}\mathrm{e}+7\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3⟶3\mathrm{H}\mathrm{R}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+2\mathrm{N}\mathrm{O}+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\\ 2\mathrm{R}\mathrm{e}+7\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4⟶2\mathrm{H}\mathrm{R}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+7\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+6\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\end{array}$

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:

$\begin{array}{c}3\mathrm{R}\mathrm{e}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_5+8\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶\mathrm{H}\mathrm{R}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+2\mathrm{R}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+15\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\\ 2\mathrm{R}\mathrm{e}\mathrm{F}{\phantom{A}}_5\stackrel{\mathrm{T}}{\to }\mathrm{R}\mathrm{e}\mathrm{F}{\phantom{A}}_4+\mathrm{R}\mathrm{e}\mathrm{F}{\phantom{A}}_6\end{array}$.

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.