rênio - Rhenium


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Rénio,   75 Re
Rénio barra de cristal único e 1cm3 cube.jpg
Propriedades gerais
Pronúncia / R i n i ə m / ( REE -nee-əm )
Aparência prateado-acinzentado
Peso atómico Padrão ( A r, padrão ) 186,207 (1)
Rénio na tabela periódica
hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro argão
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio crômio Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo criptônio
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Indium Lata antimônio Telúrio Iodo xênon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio neodímio Promécio Samário európio gadolínio Térbio disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Conduzir Bismuto Polônio Astatine radão
francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio amerício curandeiro Berkelium californium Einsteinium fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium dubnium seaborgium Bohrium hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium fleróvio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Tc

Re

Bh
tungsténiorénioósmio
Número atómico ( Z ) 75
Grupo grupo 7
Período período de 6
Quadra d-bloco
categoria de elemento   metal de transição
configuração eletrônica [ Xe ] 4f 14 5d 5 6s dois
Elétrons por shell
2, 8, 18, 32, 13, dois
Propriedades físicas
Fase em  STP sólido
Ponto de fusão 3459  K (3186 ° C, 5767 ° F)
Ponto de ebulição 5903 K (5630 ° C, 10,170 ° F)
Densidade (perto  rt ) 21,02 g / cm 3
quando o líquido (no  pf ) 18,9 g / cm 3
Calor de fusão 60,43  kJ / mol
Calor da vaporização 704 kJ / mol
capacidade térmica molar 25,48 J / (mol · K)
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 -3, -1, 0, 1, 2, 3, 4 , 5, 6, 7 (um levemente ácida óxido)
Eletro-negatividade escala Pauling: 1,9
energias de ionização
  • 1: 760 kJ / mol
  • 2: 1260 kJ / mol
  • 3: 2510 kJ / mol
  • ( Mais )
Raio atômico empírica: 137  pm
raio covalente 151 ± 07:00
Linhas de cor em uma faixa espectral
Linhas espectrais de rénio
outras propriedades
Estrutura de cristal hexagonal compacta-fim (HCP)
perto embalado estrutura cristalina hexagonal para rénio
Velocidade do som haste fina 4700 m / s (a 20 ° C)
Expansão térmica 6.2? M / (m.K)
Condutividade térmica 48,0 W / (mK)
Resistividade elétrica 193 Nco · m (a 20 ° C)
ordenamento magnético paramagnético
susceptibilidade magnética + 67,6 · 10 -6  cm 3 / mol (293 K)
Módulo de Young 463 GPa
módulo de cisalhamento 178 GPa
módulo de volume 370 GPa
coeficiente de Poisson 0,30
dureza de Mohs 7
dureza de Vickers 1350-7850 MPa
dureza Brinell 1320-2500 MPa
Número CAS 7440-15-5
História
Naming após o rio Reno (alemão: Rhein )
Descoberta Masataka Ogawa (1908)
primeiro isolamento Masataka Ogawa (1919)
nomeado pela Walter Noddack , Ida Noddack , Otto Berg (1925)
Principais isótopos de rênio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) modo de decaimento produtos
185 Re 37,4% estável
187 Re 62,6% 4,12 × 10 10  y β - 187 Os
| referências

Rénio é um elemento químico com o símbolo Re e o número atómico 75. É, uma terceira fila de cinza-prateado, pesado de metal de transição no grupo 7 da tabela periódica . Com uma concentração média estimada de 1 parte por bilhão (ppb), rênio é um dos elementos mais raros na crosta terrestre . Rénio tem o terceiro mais elevado ponto de fusão e ponto de ebulição do segundo mais alto de qualquer elemento em 5903 K. rénio se assemelha manganês e tecnécio quimicamente e obtém-se, principalmente, como um subproduto da extracção e refinamento de molibdénio e de cobre de minérios. Rénio mostra nos seus compostos de uma vasta variedade de estados de oxidação na gama de -1 a +7.

Descoberto em 1908, rênio foi o penúltimo elemento estável para ser descoberto. Foi nomeado após o rio Reno na Europa.

Níquel -baseados superligas de rénio são usadas nas câmaras de combustão, as lâminas de turbinas, e bocais de escape de motores a jacto . Estas ligas contêm até 6% de rénio, tornando a construção motor a jacto a maior utilização única para o elemento. O segundo mais importante é o uso como um catalisador : rénio é um excelente catalisador para a hidrogenação e a isomerização, e é utilizado por exemplo, na reformação catalítica de nafta para uso em gasolina (processo Rheniforming). Devido à baixa disponibilidade em relação à demanda, rênio é caro, com preço atingindo um ponto mais elevado em 2008/2009 US $ 10.600 por quilo (US $ 4.800 por libra). Devido ao aumento da reciclagem de rênio e uma queda na demanda de rênio em catalisadores, o preço do rênio caiu para US $ 2.844 por quilo (US $ 1.290 por libra) a partir de julho 2018.

História

Rênio ( Latin : Rhenus significado: " Reno ") foi o segundo última descoberta dos elementos que têm um isótopo estável (outros novos elementos descobertos na natureza, desde então, como francium , são radioativos). A existência de um elemento de ainda não descoberto-nessa posição na tabela periódica tinha sido previsto pela primeira Dmitri Mendeleev . Outras informações calculado foi obtida por Henry Moseley em 1914. Em 1908, japonês químico Masataka Ogawa anunciou que tinha descoberto o elemento 43 e nomeou- nipponium (Np) após o Japão ( Nippon em japonês). No entanto, a análise recente indicou a presença de óxido de rénio (elemento 75), não elemento 43 , embora este releitura tem sido questionada por Eric Scerri . O símbolo Np mais tarde foi usado para o elemento neptunium , eo nome "nihonium", também chamado depois do Japão , juntamente com o símbolo Nh, foi usado mais tarde para elemento 113 . Elemento 113 também foi descoberto por uma equipe de cientistas japoneses e foi nomeado em respeitosa homenagem ao trabalho de Ogawa.

Rênio é geralmente considerado ter sido descoberto por Walter Noddack , Ida Noddack , e Otto Berg na Alemanha . Em 1925, eles relataram que tinham detectado o elemento em minério de platina e no mineral columbite . Eles também descobriram rênio em gadolinite e molibdenita . Em 1928 foram capazes de extrair um g do elemento de processamento de 660 kg de molibdenite. Estimou-se em 1968 que 75% do metal rênio no Estados Unidos foi usado para a pesquisa eo desenvolvimento de metal refratário ligas. Demorou alguns anos a partir desse ponto antes das superligas tornou-se amplamente utilizado.

Características

Rénio é um metal branco prateado com uma das maiores pontos de fusão de todos os elementos, apenas excedida por tungsténio e carbono . Ele também tem um dos mais altos pontos de ebulição de todos os elementos. É também uma das mais densas, superado apenas pelo de platina , irídio e ósmio . Rénio tem uma estrutura cristalina hexagonal bem compactada, com parâmetros de rede um  = 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. Rénio-molibdénio ligas são supercondutores a 10 K ; ligas de tungsténio-rénio também são supercondutores em torno de 08/04 K, dependendo da liga. De metal rénio 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 concentrados) de ácido nítrico , e a água-régia .

isótopos

Rénio tem um estável isótopo, rénio-185, o qual, no entanto, ocorre em abundância minoria, uma situação encontrada apenas em dois outros elementos ( índio e telúrio ). Natural rênio é de apenas 37,4% 185 Re, e 62,6% 187 Re, que é instável , mas tem uma longa meia-vida (= 10 10 de anos). Este tempo de vida pode ser grandemente 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 os radionuclídeos . O isótopo rênio-186m é notável como sendo um dos isótopos metaestáveis mais longo vivido com uma meia-vida de cerca de 200.000 anos. Há vinte e cinco outros isótopos radioativos reconhecidos de rênio.

compostos

Compostos de rénio são conhecidos por todos os estados de oxidação entre -3 e 7 excepto -2. Os estados de oxidação +7, +6, 4, e +2 são os mais comuns. Rénio é mais disponível comercialmente como sais de perrenato , incluindo sódio e perrhenates amónio . Estas são brancas, compostos solúveis em água.

Halogenetos e oxi

Os cloretos de rénio 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 um quádruplo ligação metal-metal. Embora a maior cloreto de rénio apresenta Re (VI), flúor dá o d 0 Re (VII) derivado heptafluoride rénio . Os brometos e iodetos de rénio são também bem conhecidos.

Como de tungsténio e molibdénio, com a qual partilha semelhanças químicas, rénio forma uma variedade de oxi-halogenetos . Os oxicloretos são as mais comuns, e incluem ReOCl 4 , ReOCl 3 .

Óxidos e sulfetos

Ácido Perrhenic (H 4 Re 2 O 9 ) adopta uma estrutura convencional.

O óxido mais comum é o incolor volátil Re 2 O 7 . Rénio trióxido ReO 3 adopta uma perovsquita estrutura -como. Outros óxidos incluem Re 2 O 5 , ReO 2 , e Re 2 O 3 . Os sulfuretos são ReS 2 e Re 2 S 7 . Sais perrenato pode ser convertido para tetrathioperrhenate pela acção de hidrogenossulfureto de amónio .

outros compostos

Rénio diboreto (REB 2 ) é um composto duro tendo a dureza semelhante àquele de carboneto de tungsténio , 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 acéticopentacarbonylhydridorhenium :

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 + (CH 3 ) 4 Sn → CH 3 ReO 3 + (CH 3 ) 3 SnOReO 3

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

Nonahydridorhenate

Estrutura de ReH 2-
9
.

Um derivado distintivo de rénio é nonahydridorhenate , originalmente pensado para ser o rhenide anião, Re - , mas, na verdade, contendo o ReH 2-
9
aniónica em que o estado de oxidação de rénio é 7.

Ocorrência

Molibdenite

Rénio é um dos elementos mais raros na crosta terrestre, com uma concentração média de 1 ppb; outras fontes citar o número de 0,5 ppb tornando-se o 77º elemento mais abundante na crosta terrestre. Rénio provavelmente não é encontrado livre na natureza (o seu possível ocorrência natural é incerta), mas ocorre em quantidades até 0,2% em mineral molibdenite (que é principalmente molibdénio dissulfureto ), a principal fonte comercial, embora as amostras de molibdenite individuais com até 1,88 % foi encontrado. Chile tem maiores reservas de rénio o mundo, parte dos depósitos de minério de cobre, e foi o principal produtor como de 2005. Ela foi só recentemente que o primeiro rénio mineral foi encontrado e descrito (em 1994), um rénio mineral de sulfureto (Res 2 ) condensação de uma fumarola em Kudriavy vulcão, Iturup ilha, nas Ilhas Curilas . Kudryavy descarrega até 20-60 kg rênio por ano principalmente na forma de dissulfeto de rênio. Nomeado rheniite , este mineral raro comanda preços altos entre colecionadores.

Produção

perrenato de amônio

Rénio comercial é extraído do gás de molibdénio torrador-combustão obtido a partir de minérios de cobre-sulfureto. Alguns minérios de molibdénio conter de 0,001% a 0,2% de rénio. Rénio (VII) óxido e ácido perrhenic se dissolvem prontamente em água; eles são lixiviados a partir de poeiras de combustão e gases e extraiu-se por precipitação com potássio ou cloreto de amónio como os perrenato sais, e purificado por recristalização . A produção total mundial é entre 40 e 50 toneladas / ano; os principais produtores estão em Chile, Estados Unidos, Peru e Polónia. Reciclagem de catalisadores Pt-Re e especiais ligas utilizadas permitir a recuperação de mais 10 toneladas por ano. Preços para o metal subiu rapidamente no início de 2008, a partir de $ 1000- $ 2000 por kg de 2003-2006 para mais de $ 10.000 em Fevereiro de 2008. A forma de metal é preparado por redução de perrenato de amónio com hidrogénio a altas temperaturas:

2 NH 4 ReO 4 + 7 H 2 → 2 Re + 8 H 2 O + NH 2 3

aplicações

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

Rénio é adicionado para superligas de alta temperatura que são usados para fazer motores a jacto partes, utilizando 70% da produção mundial de rénio. Outra aplicação importante é em platina-rénio catalisadores , os quais são utilizados principalmente na fabricação de chumbo -livre, de alto octano da gasolina .

Alloys

Os à base de níquel superligas melhoraram resistência à fluência com a adição de rénio. As ligas normalmente contêm 3% ou 6% de rénio. Ligas de segunda geração contêm 3%; estas ligas foram usadas nos motores para o F-15 e F-16 , enquanto que as de um único cristal ligas mais recentes de terceira geração contêm 6% de rénio; eles são utilizados nas F-22 e F-35 motores. Rénio é também usado nas superligas, tal como CMSX-4 (2 gen) e CMSX-10 (3 gen) que são utilizados na indústria de turbina a gás motores como o GE 7FA. Rénio pode causar superligas a tornar-se instável microestruturalmente, formando TCP indesejável (topologicamente fim empacotadas) fases . No 4º e 5-geração superligas , ruténio é usada para evitar este efeito. Entre outros, os novos superligas são EPM-102 (com 3% de Ru) e TMS-162 (com 6% de Ru), 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 a 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 rênio 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, as mais recente CFM International CFM56 lâminas de turbina de alta pressão (HPT) vai usar Rene N515 com um conteúdo de rénio de 1,5% em vez de Rene N5 com 3%.

Rénio melhora as propriedades de tungsténio . Ligas de tungsténio-rénio são mais dúctil a baixa temperatura, o que lhes permite serem mais facilmente maquinada. A estabilidade a alta temperatura também é melhorada. O efeito aumenta com a concentração de rénio, e ligas de tungsténio, por conseguinte, são produzidas com um máximo de 27% de Re, que é o limite de solubilidade. Fio de tungstênio-rênio foi originalmente criado em esforços para desenvolver um fio que foi mais dúctil após recristalização. Isto permite que o fio de cumprir os objectivos de desempenho específicas, incluindo uma resistência superior a vibração, a melhoria da ductilidade, e maior resistividade. Uma aplicação para as ligas de tungstênio-rênio é de raios-X fontes. O elevado ponto de fusão de ambos os elementos, em conjunto com a sua massa atómica elevada, torna-as estáveis contra o impacto de electrões prolongada. Ligas de tungsténio rénio também são aplicados como termopares para medir as temperaturas de até 2200 ° C .

A estabilidade a temperaturas elevadas, a pressão de vapor baixa, boa resistência ao desgaste e capacidade de resistir à corrosão arco de rénio são úteis em auto-limpeza contactos eléctricos . Em particular, a descarga ocorrem durante a comutação oxida os contactos. 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 alta e 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 espectrômetros de massa , em medidores de íon e em lâmpadas photoflash em fotografia .

catalisadores

Rénio, sob a forma de liga de platina-rénio é usado como catalisador para reformação catalítica , o que é um processo químico para converter refinaria de petróleo naftas com baixos índices de octano para produtos líquidos de alta octanagem. Em todo o mundo, 30% de catalisadores utilizados para este processo contêm rénio. A 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 ao envenenamento químico a partir de azoto, enxofre e fósforo, e assim são utilizados em certos tipos de reacções de hidrogenação.

Outros usos

Os isótopos 188 Re e 186 Re são radioactivos e são utilizados para o tratamento de cancro do fígado . Ambos têm profundidade de penetração semelhante em tecidos (5 mm para 186 Re e 11 mm para 188 Re), mas 186 Re tem a vantagem do tempo de vida mais longo (90 horas vs 17 horas).

188 Re também está a ser utilizada experimentalmente num novo tratamento de cancro do pâncreas, onde é emitido por meio da bactéria Listeria monocytogenes .

Relacionados por propriedades periódicas , rênio tem uma química semelhante ao de tecnécio ; trabalho realizado para rénio etiqueta para compostos alvo muitas vezes pode ser traduzido para o tecnécio. Isso é útil para radiopharmacy, onde é difícil trabalhar com tecnécio - especialmente o isótopo 99m usado na medicina - devido à sua despesa e meia-vida curta.

Precauções

Muito pouco se sabe sobre a toxicidade de rénio e seus compostos, porque eles são utilizados em quantidades muito pequenas. Sais solúveis, tais como os haletos de rénio ou perrhenates, poderiam ser perigosos devido à excepção rénio elementos ou devido ao próprio rénio. Apenas alguns compostos de rénio têm sido testados para a 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 2800 mg / kg depois de 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.

Referências

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