Kas ir rēnijs un kādas ir tās lietojumprogrammas?

Rēnijs ir otrais pēdējais elements ar stabilu izotopu, kas jebkad atklāts uz Zemes. Zinātnieki atklāja Rēniju 1908. gadā. Šis ķīmiskais savienojums ir nosaukts pēc Reinas upes Eiropā. Rēns ir smagais metāls, kas pieder pie periodiskās tabulas 7. grupas pārejas metāla trešās rindas. Tās ķīmiskā elementa simbols ir Re. Ar standarta koncentrāciju 1ppb (daļa uz miljardu) šis elements ir viens no retajiem metāliem uz garozas ar 2. augstāko viršanas punktu un 3. augstāko kušanas punktu visiem elementiem. Metāls ķīmiski atgādina tehnēciju un mangānu, un tas ir vara un molibdēna rūdu attīrīšanas un ekstrakcijas blakusprodukts.

Rēnija raksturojums

Rēnijs ir sudrabaini baltā krāsā, un pēc oglekļa un volframa tas ir trešais augstākais kušanas punkts. Re ir ceturtais blīvākais elements uz zemes pēc Osmium, Iridium un platīna. Rēnijai ir sešstūrveida cieši iepakota kristāla struktūra, kā arī režģa parametrs c = 445.6pm un a = 276.1pm. Komerciāli rēnijs ir pulvera veidā, bet to var konsolidēt, saķepinot un nospiežot to ūdeņraža vai vakuuma atmosfērā. Konsolidācijas process rada nelielu cietvielu, kuras blīvums pārsniedz 90% no metāla. Apsildot šo elementu ir tendence būt elastīgai un viegli velmētai, spolētai un pat saliektai. Volframa-rēnijs un renijs-molibdēna sakausējumi ir lieliski vadītāji. Telpas temperatūrā, atmosfēras spiedienā un nefasētā veidā šis elements var izturēt ūdens regiju, atšķaidītu slāpekļskābi, sērskābi, sārmus un sālsskābi.

Cik daudz stabilu izotopu ir renijs?

Rēnijai ir tikai viens stabils izotops (Rēnijs-185), kas ir viens no retākajiem elementiem, kas atrodami tikai divos tellūra un indija elementos. Dabiski konstatēts, ka rēnijs-187 ir tikai 62, 6% un rēnijs-185 ir 37, 4%, kas ir ļoti nestabili ar ļoti ilgu pusperiodu (1010 gadi), ko ietekmē atomu lādiņa stāvoklis. Rēnija-186 izotopam ir garākais pussabrukšanas periods - 200 000 gadi. Rēnijai ir vairāk nekā 25 atzīti radioaktīvi izotopi.

Kur tiek iegūta rēnija?

Ar vidējo koncentrāciju 1ppb (citi avoti citējot 0, 5ppb), renijs ir 77. retākais elements Zemes garozā. Šis metāls dabā nav atrodams brīvi; tas notiek 0, 2% molibdēna daudzumā. Čīlei bija vislielākās rēnija rezerves to vara rūdu raktuvēs un kopš 2005. gada tas bija augstākais ražotājs. 1994. gadā Kudriavy vulkānā izveidojās pirmais zināms rēnija sulfīda minerāls. Kudriavy vulkāns katru gadu ražo aptuveni 60 kg rēlija. rēnija disulfīds, kas kondensējas no fumaroliem.

Kā tiek izdalīts rēnijs no molibdēna?

Komerciālais rēnijs tiek iegūts no molibdēna gāzes (cepeškrāsns-dūmvads), kas atrodas vara sulfidā, un dažādi molibdēna rūdas ir ne vairāk kā 0, 2% rēnija. Perēnskābe un renēna VII oksīds izšķīst ūdenī, un tāpēc tos filtrē no dūmgāzēm ar putekļiem un pēc tam nogulsnē amonija vai kālija hlorīdu kā perrhenāta sāļus, kas tiek attīrīti pārkristalizējot. Šā elementa kopējais gada apjoms pasaulē ir no 40 līdz 60 tonnām gadā, un primārie ražotāji ir Polija, Peru, Amerikas Savienotās Valstis un Čīle. No Pt-Re katalizatora glābšanas ar dažādiem izciliem sakausējumiem katru gadu tiek atgūti aptuveni 10 tonnas renēna. Rēnija metāla konstrukcija tiek veidota, vienkārši izspiežot amonija perrenātu caur ūdeņraža gāzi ārkārtīgi augstās temperatūrās. Šī metāla cena palielinājās no $ 1000 līdz $ 2000 par kilogramu 2003. – 2006. Gadā līdz $ 10 000 par kilogramu un vairāk 2008. gadā, kas padara to par vienu no dārgākajiem metāliem pasaulē.

Nozīmīgi rēnija pielietojumi

Augstas izmaksas un elementa Rhenium trūkums ierobežo tās pielietojumu; tomēr, pateicoties augstas kušanas temperatūras komponentiem un augstas temperatūras izturībai, rēnijs ir neaizstājams termoelementu ražošanā augstās temperatūras mērīšanai neoksidētā atmosfērā. Aptuveni 70% no pasaules rēnija produkcijas tiek izmantoti reaktīvā dzinēja daļu ražošanai. Platīna-renēna katalizatori palīdz ražot augstas oktāna benzīnu, kas ir bez svina.

Sakausējumi

Šā elementa pievienošana uz superelementiem uz niķeļa ir palīdzējusi uzlabot tā izturību. Super sakausējumiem ir 3-6% renēna. Trešās paaudzes supersakausējumi ar 6% rēniju tiek izmantoti F-35 un F-22 dzinēju detaļu būvniecībā, savukārt F-16 un F-15 dzinēju daļās ir otrās paaudzes supersakausējumi ar 3% rēniju. Ražotāji pievieno rēniju citiem supersakausējumiem, piemēram, CMSX-10 un CMSX-4, kurus tie izmanto dažādu rūpniecisko gāzturbīnu dzinēju, piemēram, GE 7FA, izgatavošanā. Renijs var padarīt super sakausējumus mikro strukturāli nestabilu, tādējādi veidojot nevēlamas topoloģiski cieši noslēgtas (TCP) fāzes. Lai uzlabotu stabilitāti, rutēniju pievieno 4. un 5. paaudzes supersakausējumiem.

Renēna pievienošana volframam palīdz uzlabot tā īpašības; tādējādi padarot volframa-rēniju sakausējumus elastīgus un viegli strādāt ar zemām temperatūrām. Volframa stabilitāte augstās temperatūrās palielinās, pievienojot rēniju. Šo volframa-rēnija sakausējumu līdzsvars uzlabojas, palielinoties rēnija koncentrācijai, un tāpēc volframa-rēnija sakausējumam ir 27% rēnija, kas ir to šķīdības robeža. Renēna pievienošana volframam ļauj kompozītmateriāliem izpildīt īpašas funkcijas, piemēram, uzlabota elastība, augstāka pretestība un augstāka vibrācijas izturība. Daudzi rentgena avoti izmanto volframa-rēnija sakausējumus. Šo metālu augstāks kušanas punkts stabilizē to atomus pret ilgstošu elektronu iedarbību.

Katalizatori

Katalītiskā riforminga process (naftas ligroīna ar zemu oktāna saturu pārvēršana par augstu oktāna daudzumu) izmanto katalizatoru kā rēna-platīna sakausējumus. Visā pasaulē vairāk nekā 30% katalītiskā riforminga procesā izmantoto katalizatoru ir renijs. Olefīna metatēze (organiskais process, kas ietver olefīnu pārdalīšanu, atjaunojot un sadalot oglekļa-oglekļa divkāršo saiti) izmanto rēniju saturošus katalizatorus. Daudzi hidrogenēšanas procesi izmanto rēnija katalizatorus, jo tie ir izturīgi pret visiem fosfora, sēra un slāpekļa ķīmiskās saindēšanās veidiem.

Citas programmas

Re-188 un Re-186 izotopi ir radioaktīvie renēna izotopi, ko izmanto aknu vēža ārstēšanā. Lai gan šiem izotopiem ir līdzīgs audu iekļūšanas dziļums (Re-188 10 mm un Re-186 5 mm), Re-186 ir garāks kalpošanas laiks. Listeria monocytogenes palīdz re-188 ievadīt organismā aizkuņģa dziedzera vēža eksperimentālās ārstēšanas laikā. Rēnijs lieliski darbojas kā tehnēcija aizstājējs radio-farmācijas procesā, jo tam ir garāks pusperiods.