RHENIUM: OPDAGELSE, EGENSKABER, STRUKTUR, ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den rhenium er et metallisk grundstof, hvis kemiske symbol er Re og anbragt i gruppe 7 i det periodiske system, to steder under mangan. Det deler med dette og technetium egenskaben ved at udstille flere numre eller oxidationstilstande, fra +1 til +7. Det danner også en anion kaldet perrhenat, ReO ₄ ^-, analog med permanganat, MnO ₄ ^-.

Dette metal er et af de sjældneste og knappe i naturen, så dets pris er høj. Det ekstraheres som et biprodukt fra molybdæn og kobberminedrift. En af de mest relevante egenskaber ved rhenium er dets høje smeltepunkt, der næppe er overgået af kulstof og wolfram, og dets høje densitet er dobbelt så meget som bly.

Rhenium-metal sfære. Kilde: Hi-Res-billeder af kemiske elementer / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Hans opdagelse har kontroversielle og uheldige overtoner. Navnet 'rhenium' stammer fra det latinske ord 'rhenus', som betyder Rhinen, den berømte tyske flod nær stedet, hvor de tyske kemikere, der isolerede og identificerede dette nye element, virkede.

Rhenium har adskillige anvendelser, blandt hvilke forfining af oktantallet af benzin skiller sig ud, samt til fremstilling af ildfaste superlegeringer, bestemt til samling af turbiner og motorer til rumfartøjsskibe.

Opdagelse

Eksistensen af ​​to tunge elementer med kemiske egenskaber, der ligner mangan, var allerede blevet forudsagt siden årene 1869 gennem den periodiske tabel af den russiske kemiker Dmitri Mendeleev. Det blev imidlertid ikke kendt på det tidspunkt, hvad deres atomnummer skulle være; og det var her i 1913, at den engelske fysiker Henry Moseleys forudsigelse blev introduceret.

Ifølge Moseley skal disse to elementer, der tilhører mangangruppen, have atomnummer 43 og 75.

Et par år tidligere havde den japanske kemiker Masataka Ogawa imidlertid opdaget antaget element 43 i en prøve af mineralet torianit. Efter at have annonceret sine resultater i 1908, ønskede han at døbe dette element med navnet 'Niponio'. Desværre beviste kemikere på det tidspunkt, at Ogawa ikke havde opdaget element 43.

Og så var der andre år, hvor tre tyske kemikere: Walter Noddack, Ida Noddack og Otto Berg i 1925 fandt element 75 i mineralprøver af columbite, gadolinit og molybdenit. Disse gav ham navnet rhenium til ære for Rhin-floden i Tyskland ('Rhenus', på latin).

Masataka Ogawas fejl var at have forkert identificeret elementet: han havde opdaget rhenium, ikke element 43, i dag kaldet technetium.

Egenskaber ved rhenium

Reniumsituation i den periodiske tabel. Original: AhoerstemeierVector: Sushant savla / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Fysisk fremtoning

Rhenium markedsføres normalt som et grålig pulver. Dens metalliske stykker, generelt sfæriske dråber, er sølvgrå, som også er meget skinnende.

Molar masse

186,207 g / mol

Atom nummer

75

Smeltepunkt

3186 ºC

Kogepunkt

5630 ºC

Massefylde

-Ved stuetemperatur: 21.02 g / cm ³

-Højre på smeltepunkt: 18,9 g / cm ³

Rhenium er et metal, der er næsten dobbelt så tæt som selve blyet. Således kan en sfære af rhenium, der vejer 1 gram, sidestilles med en robust blykrystall med samme masse.

elektronegativitet

1.9 på Pauling-skalaen

Ioniseringsenergier

Først: 760 kJ / mol

Andet: 1260 kJ / mol

Tredje: 2510 kJ / mol

Molær varmekapacitet

25,48 J / (mol K)

Varmeledningsevne

48,0 W / (mK)

Elektrisk modstand

193 nΩ m

Mohs hårdhed

7

isotoper

Rheniumatomer forekommer i naturen som to isotoper: ¹⁸⁵ Re, med en overflod på 37,4%; og ¹⁸⁷ Re, med en overflod på 62,6%. Rhenium er et af de elementer, hvis mest udbredte isotop er radioaktiv; dog er halveringstiden på ¹⁸⁷ Re meget lang (4,12 · 10 ¹⁰ år), så den betragtes praktisk taget som stabil.

Reaktivitet

Rheniummetal er et materiale, der er resistent mod rust. Når det er tilfældet, fordamper dens oxid, Re ₂ O ₇, ved høje temperaturer og brænder med en gulgrøn flamme. Rheniumstykkerne modstår angrebet af koncentreret HNO ₃; men når det er varmt, opløses det for at generere rheninsyre og nitrogendioxid, hvilket gør opløsningen brun:

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

Rheniums kemi er enorm, da den er i stand til at danne forbindelser med et bredt spektrum af oxidationsnumre, såvel som at etablere en quadrupolbinding mellem to rheniumatomer (fire Re-Re-kovalente bindinger).

Struktur og elektronisk konfiguration

Elektronskal af rhenium. Forfatter: Bruger: GregRobson (Greg Robson). Wikimedia-generelle

Rheniumatomerne grupperes sammen i deres krystaller for at danne en kompakt hexagonal struktur, hcp, som er kendetegnet ved at være meget tæt. Dette er i overensstemmelse med det faktum, at det er et metal med høj densitet. Den metalliske binding, produkt af overlapningen af ​​deres eksterne orbitaler, holder Re-atomerne stærkt sammenhængende.

I denne metalliske binding, Re-Re, deltager valenselektronerne, som er i henhold til den elektroniske konfiguration:

4f ¹⁴ 5d ⁵ 6s ²

I princippet er det 5d og 6s orbitaler, der overlapper hinanden for at komprimere Re-atomerne i hcp-strukturen. Bemærk, at dens elektroner udgør i alt 7 svarende til antallet af sin gruppe på det periodiske system.

Oxidationsnumre

Den elektroniske konfiguration af rhenium tillader os med en gang at se, at dens atom er i stand til at miste op til 7 elektroner, for at blive den hypotetiske kation Re ⁷⁺. Når der foreligger Re ⁷⁺ antages i nogen rhenium forbindelse, for eksempel i Re ₂ O ₇ (Re ₂ ⁷⁺ O ₇ ^2-), siges den at have en oxidation antal +7, Re (VII).

Andre positive oxidationstal for rhenium er: +1 (Re ⁺), +2 (Re ²⁺), +3 (Re ³⁺), og så videre op til +7. Ligeledes kan rhenium få elektroner ved at blive en anion. I disse tilfælde siges det at det har et negativt oxidationsnummer: -3 (Re ^3-), -2 (Re ^2-) og -1 (Re ^-).

Applikationer

Benzin

Rhenium sammen med platin bruges til at skabe katalysatorer, der øger octangraden for benzin, samtidig med at det sænker blyindholdet. På den anden side bruges rheniumkatalysatorer til flere hydrogeneringsreaktioner, dette på grund af deres modstand mod at blive forgiftet af nitrogen, fosfor og svovl.

Ildfaste superlegeringer

Rhenium er et ildfast metal på grund af dets høje smeltepunkt. Derfor føjes det til nikkellegeringer for at gøre dem ildfaste og resistente over for høje tryk og temperaturer. Disse superlegeringer bruges mest til design af turbiner og motorer til rumfartøj.

Wolframfilamenter

Rhenium kan også danne legeringer med wolfram, hvilket forbedrer dens duktilitet og derfor letter fremstillingen af ​​filamenterne. Disse rhenium-wolfram filamenter bruges som røntgenkilder og til konstruktion af termoelementer, der er i stand til at måle temperaturer op til 2200 ºC.

Ligeledes blev disse reniumfilamenter engang brugt til blink fra arkaiske kameraer og nu til lamper til sofistikeret udstyr; såsom massespektrofotometer.

Referencer

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
2. Sarah Pierce. (2020). Rhenium: anvendelser, historie, fakta og isotoper. Undersøgelse. Gendannes fra: study.com
3. National Center for Biotechnology Information. (2020). Rhenium. PubChem-database., CID = 23947. Gendannes fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Wikipedia. (2020). Rhenium. Gendannet fra: en.wikipedia.org
5. Dr. Doug Stewart. (2020). Rhenium-elementfakta. Gendannes fra: chemicool.com
6. Eric Scerri. (18. november 2008). Rhenium. Kemi i dets elementer. Gendannes fra: chemistryworld.com