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Rhenium

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Rhenium
75 Re
Tc

Re

Bh
tungstênio rênio ← → ósmio
Aparência
branco prateado
Propriedades gerais
Nome, símbolo, número rênio, Re, 75
Pronúncia / r Eu n Eu ə m / REE -nee-əm
Categoria elemento de metal de transição
Grupo, período, bloco 7, 6, d
Peso atômico padrão 186,207
Configuração eletrônica [ Xe ] 4f 14 5d 5 6s 2
2, 8, 18, 32, 13, 2
Conchas de electrões de rénio (2, 8, 18, 32, 13, 2)
História
Descoberta Masataka Ogawa (1908)
Primeiro isolamento Masataka Ogawa (1908)
Nomeado por Walter Noddack, Ida Noddack, Otto Berg (1922)
Propriedades físicas
Fase sólido
Densidade (perto RT) 21,02 g · cm -3
Líquido densidade no pf 18,9 g · cm -3
Ponto de fusão 3459 K , 3186 ° C, 5767 ° F
Ponto de ebulição 5869 K, 5596 ° C, 10105 ° F
Calor de fusão 60,43 kJ mol -1 ·
Calor de vaporização 704 kJ mol -1 ·
Capacidade calorífica molar 25,48 J · · mol -1 K -1
Pressão de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
em T (K) 3303 3614 4009 4500 5127 5954
Propriedades atômicas
Estados de oxidação 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, -1
(Moderadamente ácida óxido)
Eletronegatividade 1,9 (escala de Pauling)
Energias de ionização
( Mais)
1º: 760 kJ · mol -1
2: 1260 kJ · mol -1
3: 2510 kJ · mol -1
Raio atômico 137 pm
O raio de covalência 151 ± 19:00
Miscelânea
A estrutura de cristal hexagonal repleto de perto
Rhenium tem um fim embalado estrutura cristalina hexagonal
Ordenamento magnético paramagnético
Resistividade elétrica (20 ° C) 193 Nco · m
Condutividade térmica 48,0 W · m -1 · K -1
Expansão térmica 6,2 mm / (m · K)
Velocidade do som (haste fina) (20 ° C) 4700 m · s -1
O módulo de Young 463 GPa
Módulo de cisalhamento 178 GPa
Massa de módulo 370 GPa
Rácio de Poisson 0,30
Dureza de Mohs 7
Dureza de Vickers 2.450 MPa
Dureza Brinell 1.320 MPa
Número de registo CAS 7440-15-5
A maioria dos isótopos estáveis
Ver artigo principal: Isótopos de rénio
iso N / D meia-vida DM DE ( MeV) DP
185 Re 37,4% 185 Re é estável com 110 nêutrons
187 Re 62,6% 4,12 × 10 10 y α 1.653 183 Ta
β - 0,0026 187 Os

Rênio é um elemento químico com o símbolo Re e número atômico 75. É um, pesado, da terceira fileira branco prateado de metal de transição em grupo 7 da tabela periódica . Com uma concentração média estimada de 1 parte por bilhão (ppb), rênio é um dos elementos mais raros no crosta terrestre . O elemento livre tem a terceiro maior ponto de fusão e ponto mais alto de qualquer elemento de ebulição. Rénio se assemelha manganês quimicamente e é obtido como um subproduto do molibdênio e cobre extração de minério e requinte. Rénio mostra nos seus compostos uma ampla variedade de estados de oxidação que varia de -1 a +7.

Descoberto em 1925, o rênio foi a última elemento estável para ser descoberto. Foi nomeado após o rio Rhine na Europa.

Nickel baseados superligas de rénio são usadas nas câmaras de combustão, as lâminas de turbina, e bocais de escape de motores a jacto , estas ligas contêm até 6% de rénio, tornando a construção do motor a jacto de maior uso único para o elemento, com utilizações catalíticas da indústria química sendo NEXT- mais importante. Devido à baixa disponibilidade em relação à demanda, rênio está entre o mais caro dos metais, com um preço médio de cerca de 4,575 $ US por quilograma (US $ 142,30 por onça troy) a partir de agosto de 2011; é também de fundamental importância militar estratégica é, para seu uso em motores militares de alto desempenho jato e foguetes.

História

Rênio ( Latin : Rhenus significado: " Reno ") foi o último elemento a ser descoberto com um isótopo estável (outros novos elementos radioativos foram descobertos na natureza, desde então, como neptunium e plutónio ). A existência de um elemento de ainda não descoberto nesta posição na tabela periódica tinha sido previsto pela primeira vez por Dmitry Mendeleev . Outras informações calculada foi obtida Henry Moseley em 1914. Considera-se geralmente ter sido descoberto por Walter Noddack, Ida Tacke, e Otto Berg na Alemanha . Em 1925 eles relataram que eles detectaram o elemento em minério de platina e no mineral columbita. Eles também descobriram rênio em gadolinite e molibdenita. Em 1928 foram capazes de extrair de 1 g do elemento de processamento de 660 kg de molybdenite.It foi estimada em 1968 que 75% do metal de rénio no Estados Unidos foi utilizado para a pesquisa e o desenvolvimento de ligas metálicas refractárias. Foram necessários vários anos a partir desse ponto antes das superligas se tornou amplamente utilizado.

Em 1908, japonês químico Masataka Ogawa anunciou que descobriu o elemento 43 e nomeou-nipponium (Np) após o Japão (Nippon em japonês). No entanto, mais tarde, a análise indicou a presença de óxido de rénio (elemento 75), não elemento 43 . O símbolo Np foi utilizado mais tarde para o elemento Neptúnio .

Características

Rênio é um metal prateado-branco com um dos mais altos pontos de fusão de todos os elementos, ultrapassado por apenas tungstênio e carbono . É também uma das mais densas, superado apenas pelo de platina , irídio e ósmio . Rhenium tem uma estrutura cristalina hexagonal cheio de perto, com parâmetros de rede a = 276,1 pm e c = 445,6 pm.

A sua forma comercial comum é um pó, mas este elemento pode ser consolidada por prensagem e sinterização no vácuo ou de hidrogénio atmosfera. Este procedimento produz um sólido compacto com uma densidade superior a 90% da densidade do metal. Quando recozido este metal é muito maleável e pode ser dobrado, enrolado, ou laminados. Rênio-molibdênio ligas são supercondutores a 10 K ; ligas de tungsténio-rénio também são supercondutores em torno de 08/04 K, dependendo da liga. Metais Rhenium superconducts em 1,697 ± 0,006 K.

Na forma a granel e à temperatura ambiente e à pressão atmosférica, o elemento resiste álcalis, ácido sulfúrico , ácido clorídrico , diluído, mas não concentrada de ácido nítrico , e água régia.

Isótopos

Rhenium tem um isótopo estável, rênio-185, que, no entanto, ocorre em abundância minoria, uma situação encontrada apenas em dois outros elementos ( índio e telúrio ). Que ocorre naturalmente é o rénio Re 185 37,4%, que é estável , e 62,6% 187 Re, que é instável, mas tem um tempo muito longo de semi-vida (10 ~ 10 anos). Este tempo de vida é afectada pelo estado de carga do átomo de rénio. O decaimento beta de 187 Re é usado para rênio-ósmio namoro de minérios. A energia disponível para este decaimento beta (2,6 keV) é um dos mais baixos conhecido entre todos radionuclídeos. Há vinte e seis outros isótopos radioativos reconhecidos de rênio.

Compostos

Compostos de rênio são conhecidos por todos os nove estados de oxidação entre -1 e 7. Os estados de oxidação 7, 6, 4 e 2 são os mais comuns. Rénio é mais disponível comercialmente na forma de sais de perrenato, incluindo de sódio e perrhenates amónio. Estes são, compostos solúveis em água branca.

Halogenetos e oxi-

Os cloretos de rênio mais comuns são RECL 6, Recl 5, Recl 4, e RECL 3. As estruturas destes compostos apresentam frequentemente extensa ligação re-re, que é característica deste metal em estados de oxidação mais baixos do que VII. Sais de [Re 2 Cl 8] 2- característica uma ligação metal-metal quádruplo. Embora a maior cloreto de rénio apresenta Re (VI), flúor dá o d 0 Re (VII) derivado heptafluoride rênio. Os brometos e iodetos de rénio são também bem conhecidos.

Como tungstênio e molibdênio, com o qual compartilha semelhanças químicas, rênio forma uma variedade de oxihaletos. Os oxicloretos são mais comuns, e incluem ReOCl 4, ReO 3 Cl.

Óxidos e sulfuretos

?cido Perrhenic adota uma estrutura não-convencional.

O óxido mais comum é o volátil incolor Re 2 O 7, que adopta uma estrutura molecular, contrariamente à maioria dos óxidos de metal. A espécie d1 ReO 3 adota uma estrutura perovskita defeito. Outros óxidos incluem Re 2 O 5, ReO 2, e Re 2 O 3. O sulfetos são 2 e ReS Re 2 S 7. Perrenato sais podem ser convertidos em tetrathioperrhenate pela acção de hydrosulfide amónio.

Outros compostos

Diboreto de rénio (REB 2) é um composto duro tendo a dureza semelhante àquele de carboneto de tungstênio, carboneto de silício, diboreto de titânio ou diboreto de zircónio.

Compostos Organorhenium

Decacarbonyl Dirhenium é a entrada mais comum de organorhenium química. A sua redução com sódio amálgama dá Na [Re (CO) 5] com rénio no estado de oxidação formal -1. Dirhenium decacarbonyl pode ser oxidado com bromo para bromopentacarbonylrhenium (I):

Re 2 (CO) 10 + Br 2 → 2 Re (CO) 5 Br

A redução deste pentacarbonilo com zinco e ácido acético pentacarbonylhydridorhenium:

Re (CO) 5 Br + Zn + HOAc → Re (CO) 5 H + ZnBr (OAc)

Methylrhenium trióxido ("OMP"), CH 3 ReO 3 é uma volátil, sólido incolor foi usado como um catalisador em algumas experiências laboratoriais. Ele pode ser preparado por muitas rotas, um método típico é a reacção de Re 2 O 7 e tetrametilestanho:

Re 2 O 7 + (CH3) 4SnCH3 ReO 3 + (CH3) 3 3 SnOReO

Derivados alquilo e arilo são conhecidos análogos. MTO catalisa para as oxidações com peróxido de hidrogênio . Terminal alcinos se obter o correspondente ácido ou éster, dicetonas rendimento internos alcinos, e alcenos dar epóxidos. OMP também catalisa a conversão de aldeídos e diazoalcanos em um alceno.

Nonahydridorhenate

Estrutura de 2- ReH
9.

Um derivado de rénio é distintivo nonahydridorhenate, originalmente pensado para ser o ânion rhenide, Re -
, Mas, na verdade, contendo a ReH 2-
9 ânion em que o estado de oxidação do rênio é sete.

Ocorrência

Molibdenite

Rênio é um dos elementos mais raros em crosta terrestre com uma concentração média de 1 ppb; outras fontes de citar o número de 0,5 ppb tornando-se o elemento mais abundante 77 na crosta da Terra. Rênio, provavelmente, não é encontrado livre na natureza (sua possível ocorrência natural é incerto), mas ocorre em quantidades até 0,2% no mineral molibdenite (que é principalmente dissulfeto de molibdênio), a principal fonte comercial, embora as amostras de molibdenite individuais com até 1,88% foram encontrados. Chile tem as maiores reservas de rênio do mundo, parte dos depósitos de minério de cobre, e foi o primeiro produtor a partir de 2005. Foi apenas recentemente que o primeiro rénio mineral foi encontrada e descrita (em 1994), um rénio de mineral de sulfureto (Res 2) a condensação de um fumarola na Rússia 's Kudriavy vulcão, Ilha Iturup, no Ilhas Kurilas. Kudryavy descarrega até 20-60 kg rênio por ano na maior parte sob a forma de rênio dissulfeto. Nomeado rheniite, este mineral raro comanda preços elevados entre os colecionadores.

Produção

Amónio perrenato

Rênio comercial é extraído do gás de combustão torrador-molibdênio obtido a partir de minérios de cobre e sulfureto. Alguns minérios de molibdênio contêm 0,001% a 0,2% rênio. Rénio (VII) e óxido de ácido perrhenic facilmente dissolver em água; eles são lixiviados a partir de poeiras e gases de combustão e extraiu-se por precipitação com de potássio ou de cloreto de amónio, como o sais perrenato, e purificou-se por recristalização. A produção total mundial é entre 40 e 50 toneladas / ano; os principais produtores estão em Chile, Estados Unidos, Peru e Cazaquistão. Reciclagem de ligas Pt-Re catalisador e especiais usados permitir a recuperação de mais 10 mil toneladas por ano. Os preços para o metal subiu rapidamente no início de 2008, de US $ 1000- $ 2000 por kg em 2003-2006 para mais de US $ 10.000 em fevereiro de 2008. A forma de metal é preparado por redução perrenato de amónio com hidrogénio a altas temperaturas:

2 NH ReO 4 + 4 7 H 2 → 2 Re 8 + H2O + 2 NH3

Aplicações

O motor Pratt & Whitney F-100 usa superligas de segunda geração contendo rênio

Rénio é adicionado para superligas de alta temperatura que são usados para fazer motores a jacto partes, utilizando 70% da produção de rénio em todo o mundo. Outra aplicação importante é em platina-rénio catalisadores , que são usados principalmente na tomada de chumbo -livre, de alta octanagem gasolina.

Alloys

A base de níquel- superligas melhoraram rastejar resistência com a adição de óxido de rénio. As ligas normalmente contêm 3% ou 6% de rénio. Ligas de segunda geração contêm 3%; estas ligas foram usadas nos motores do F-16 e F-15, ao passo que um único cristal ligas mais recentes terceira geração contêm 6% de óxido de rénio; eles são usados na F-22 e F-35 motores. Rénio é também usado nas superligas, tal como CMSX-4 (segunda geração) e CMSX-10 (3 Gen) que são utilizados em aplicações industriais turbinas a gás como a GE 7FA. Rénio pode causar superligas para se tornar microestruturalmente instável, formando TCP indesejável (topologicamente perto embalados) fases . Na 4ª e 5ª geração superligas, ruténio é usada para evitar este efeito. Entre outros, o novo superligas são EPM-102 (com 3% de Ru) e TMS-162 (com 6% de Ru), ambos contendo 6% de rénio, bem como TMS-138 e TMS-174.

CFM International CFM56 motor a jato ainda com lâminas feitas com 3% de rênio

Para 2006, o consumo é dado como 28% para General Electric, 28% Rolls-Royce plc e 12% Pratt & Whitney, tudo para superligas, enquanto o uso de catalisadores representa apenas 14% e as restantes aplicações utilizar 18%. Em 2006, 77% do consumo de rénio nos Estados Unidos foi em ligas. A crescente demanda por motores a jato militares eo fornecimento constante tornou-se necessário desenvolver superligas com um teor de rênio inferior. Por exemplo, o mais recente CFM International CFM56 turbina de alta pressão (HPT) lâminas usará Rene N515 com um teor de rénio de 1,5% em vez de Rene N5 com 3%.

Rénio melhora as propriedades de tungsténio . Ligas de tungstênio-rênio são mais dúctil a baixa temperatura, o que lhes permite ser mais facilmente usinado. A estabilidade a temperaturas elevadas também é melhorada. O efeito aumenta com a concentração de rénio, e, por conseguinte, as ligas de tungsténio são produzidos com até 27% de Re, que é o limite de solubilidade. Uma aplicação para as ligas de tungstênio-rênio é Fontes de raios-X. O elevado ponto de fusão de ambos os compostos, em conjunto com a alta massa atómica, torna-as estáveis contra o impacto de electrões prolongada. Ligas de tungstênio rênio também são aplicadas como termopares para medir temperaturas até 2200 ° C .

A estabilidade de alta temperatura, baixa pressão de vapor, boa resistência ao desgaste e capacidade de resistir à corrosão arco de rénio são úteis em auto-limpeza contatos elétricos. Em particular, a descarga ocorre durante a comutação oxida os contatos. No entanto, o óxido de rénio Re 2 O 7 tem fraca estabilidade (sublima a ~ 360 ° C) e, por conseguinte, é removido durante a descarga.

Rénio tem um ponto de fusão elevado e uma baixa pressão de vapor semelhante ao tântalo e tungsténio. Por conseguinte, os filamentos de rénio apresentam uma estabilidade mais elevada, se o filamento não é operado em vácuo, mas em atmosfera que contém oxigénio. Esses filamentos são amplamente utilizados em espectrómetros de massa , em medidores de iões e lâmpadas Photoflash em fotografia .

Catalisadores

Rénio, sob a forma de liga de platina-rénio é usado como catalisador para a reformação catalítica, o que é um processo químico para converter refinaria de petróleo naftas com baixa octanagem em produtos líquidos de alta octanagem. Em todo o mundo, 30% de catalisadores utilizados para este processo contêm rénio. O metátese de olefinas é a outra reacção para os quais o rénio é utilizado como catalisador. Normalmente Re 2 O 7 em alumina é utilizado para este processo. Catalisadores de rénio são muito resistentes à envenenamento químico a partir de azoto, enxofre e fósforo, e assim são utilizados em certos tipos de reacções de hidrogenação.

Outros usos

188 Re e 186 Re isótopos são radioativos e são utilizados para o tratamento de câncer de fígado. Ambos têm profundidade de penetração semelhante em tecido (5 milímetros para 186 Re e 11 mm para 188 Re), mas 186 Re tem a vantagem de uma vida mais longa (90 horas contra 17 horas).

Relatado por tendências periódicas, rénio tem uma química semelhante com tecnécio ; trabalho feito com a gravadora rênio para compostos alvo muitas vezes pode ser traduzido para o tecnécio. Isto é útil para radiopharmacy, onde é difícil de se trabalhar com tecnécio - 99m, especialmente o isótopo utilizado em medicina - devido ao seu custo e meia-vida curta.

Precaução

Muito pouco se sabe sobre a toxicidade de rénio e seus compostos, porque eles são utilizados em quantidades muito pequenas. Os sais solúveis, tais como os haletos de rénio ou perrhenates, poderiam ser perigosos devido a outros elementos de rénio ou devido ao próprio rénio. Apenas alguns compostos de rénio foram testadas quanto à sua toxicidade aguda; dois exemplos são perrenato de potássio e tricloreto de rénio, que foram injectados como uma solução em ratos. O perrenato tinha um LD 50 valor de 2,800 mg / kg após sete dias (isto é muito baixa toxicidade, semelhante ao do sal de mesa) e o tricloreto de rénio mostrou LD 50 de 280 mg / kg.

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