Этот металл – один из редчайших на планете. Без него невозможно создание авиадвигателей нового поколения.
Он обнаружен даже в жерле вулкана. Это единственное на планете месторождение рения – богатство России.
Что представляет собой
Внешне рений напоминает платину или сталь: такой же холодно блестящий, серебристо-белый. Отличить его позволяет порошковая форма – темно-серая до черноты.
Относится к переходным металлам редкой рассеянной группы:
- К благородным не причислен, но превосходит их по редкости и утилитарным характеристикам.
- По составу это смесь изотопов 185 и 187 (соотношение 2:1). Рений-185 стабилен, рений-187 радиоактивен: период полураспада – более 43 млрд. лет.
Международное обозначение – Re (Rhenium), формула вещества – Re.
Как был открыт
История открытия металла охватывает два века:
- Существование элемента предполагал Дмитрий Менделеев. В 1871 году он «зарезервировал» за ним в своей таблице ячейку №75.
- Ее заполнили спустя полвека немецкие ученые Ида и Вальтер Ноддаки. Супруги-химики изучали платиновые руды и редкоземельные элементы. Протестировав полторы тысячи образцов, выявили минерал с нехарактерным сочетанием линий в спектре.
Новый металл назвали в честь Рейна – главной реки Германии.
- В 1926 году из молибденита впервые выделили рений – два миллиграмма. Через десять лет в Германии получили два центнера вещества.
- Почти чистое вещество получили в 1928 году. Ради 1 грамма переработали 0,6 тонн молибденита из Норвегии.
- Вторым государством, поставившем получение рения на поток, стали США: 4500 г в 1943 году.
- По завершении Второй мировой войны его извлечение отработали СССР, другие европейские страны: Великобритания, Бельгия, Франция, Швеция.
Рений – последний известный на сегодня природный элемент со стабильным изотопом в составе.
Физико-химические характеристики
Внешне, по физическим и химическим свойствам рений схож с платиноидами:
- Термопрочность. Характеристики, формула не меняются при длительном нагревании до 2000°C, многократных скачках от перегрева к переохлаждению.
- Каталитические характеристики.
- Повышенная стойкость к агрессивным веществам. Растворяется только азотной, нагретой серной кислотой, расплавами щелочей, пероксидом водорода.
- Окисляется при 301°С.
- Образует сплавы, соединения с галогенидами, серой.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Ре́ний / Rhenium (Re), 75 |
| Атомная масса (молярная масса) |
186,207(1) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Xe] 4f14 5d5 6s2 |
| Радиус атома | 137 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 128 пм |
| Радиус иона | (+7e) 53 (+4e) 72 пм |
| Электроотрицательность | 1,9 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | Re←Re3+ −0,30 В |
| Степени окисления | от +7, +6, +5, +4, +3, +2, +1, 0, −1 |
| Энергия ионизации (первый электрон) |
759,1 (7,87) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 21,02 г/см³ |
| Температура плавления | 3459 K (3186 °C, 5767 °F) |
| Температура кипения | 5869 K (5596 °C, 10105 °F) |
| Уд. теплота плавления | 34 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 704 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 28,43 Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 8,85 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | Гексагональная (плотноупакованная) |
| Параметры решётки | a=2,761 c=4,456 |
| Отношение c/a | 1,614 |
| Температура Дебая | 416,00 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 48,0 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-15-5 |
Рений – первый по температуре кипения, второй по тугоплавкости (после вольфрама). Четвертый по «тяжести»: впереди только осмий, платина, иридий. По электросопротивлению вчетверо превосходит вольфрам и молибден.
Нахождение в природе
Самородный рений на Земле не встречается.
Нахождение в природе представлено следующими формами:
- Как компонент состава собственных минералов. Они весьма редки, бедны (содержание металла не превышает 2%).
- Промышленники разрабатывают металл попутно с полиметаллическими, платиновыми, медными, молибденовыми рудами.
Следовые количества вещества находят в буром угле.
Тонна земной коры содержит 0,7 мг рения.
Месторождения, добыча
Первые по запасам Чили, вторые США и Казахстан, третья Россия. Чили, США, Казахстан – главные поставщики сырья на мировой рынок.
Глобальные запасы рения оцениваются в 13 тысяч тонн. При ежегодном потреблении до 50 тонн недра планеты истощатся через 2,5 сотни лет.
Российские рудные (медные и молибденовые) запасы сосредоточены в Подмосковье и Рязанской области.
Уникальный источник вещества – вулкан Кудрявый на острове Итуруп (Курильская гряда):
- Потенциально оттуда можно извлекать 11-14 тонн, из вулканических газов – 18-27 тонн ежегодно.
- Структура его минерала – рениита – аналогична молибденовой.
- Вулканические газы также насыщены индием, германием, другими ценными металлами.
Это единственное на планете «месторождение» в жерле действующего вулкана.
И единственная локация, на которой рентабельна добыча рения как основного, а не побочного продукта.
Главная проблема при добыче – улавливание соединений металла (оксидов). Они улетучиваются почти мгновенно, поэтому требуется тщательная организация процесса.
Технология получения
Главный исходник для получения металла – медно-молибденовая руда. Из нее извлекают медь, молибден, затем выделяют рений.
Для этого применяют пиро-, гидрометаллургические, электрохимические методы переработки первичного либо вторичного сырья.
Второй способ получения металла – извлечение из урановых руд методом подземного выщелачивания.
Где используется
Производственники оценили достоинства рения: жаропрочность, стойкость, твердость.
Однако масштабы использования диктует цена: рений востребован там, где заменить его нечем. Применяются в основном сплавы.
Рений как металл востребован следующими отраслями:
- Самолето-, ракетостроение. Главный потребитель металла (70%). Двигатели сверхзвуковых самолетов для оборонного и гражданского сектора. Присутствие рения в сплаве материала увеличивает грузоподъемность лайнера.
Для турбины двигателя новых модификаций лайнеров (Airbus, Bombardier, других) требуется 5,39 кг рения.
- Электроника, электротехника. Лампы накаливания специального назначения, рентгеновские, электроннолучевые трубки, термопары, контакты, начинка точных приборов.
Окисленные контакты из рения самоочищаются: окись улетучивается.
- Химия, нефтепереработка. Металл ценится как восстанавливаемый катализатор. Идет на производство элитных марок бензина.
- Ядерная медицина. Изотопами металла диагностируют, лечат сложные формы недугов, включая онкологию.
В мире востребовано ноу-хау российских ученых – рений-188. Аналогов этому продукту нет.
- Наука. Радиоактивный изотоп рений-187 – маркер по установлению возраста геологических формаций.
Новая сфера применения – покрытие. Процесс нанесения металла на поверхность называется ренированием. Им покрывают изнутри поверхности цистерн, контейнеров для агрессивных химикалий.
Недостатки металла, тормозящие применение, – редкость, сложность добычи, высокая цена.
Цены
Рений редок, поэтому недешев. Стоимость зависит от степени чистоты и обработки материала.
Пиковые значения цены отмечены в 2008 году – $11,9 тыс./кг.
Сегодняшний диапазон – $1,5-4 тыс./кг.
Значение для человека
Рений не участвует в биологических процессах, но оценено его влияние на экологию.
Это «зеленый» элемент: двигатели из материалов с рением выдают более высокий КПД по использованию топлива. Как результат – уменьшение выбросов углекислого газа в атмосферу.
Загрузка...
