Рений – металл, защищающий планету

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.

Рений металл

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.

Свойства рения

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:

  1. Как компонент состава собственных минералов. Они весьма редки, бедны (содержание металла не превышает 2%).
  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.

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.

Рений шарики

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.

Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
430
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: