RHENIUM: ENTDECKUNG, EIGENSCHAFTEN, STRUKTUR, VERWENDUNG - CHEMIE - 2025

Das Rhenium ist ein metallisches Element, dessen chemisches Symbol Re ist und das in Gruppe 7 des Periodensystems zwei Stellen unter Mangan liegt. Es teilt mit diesem und technetium die Eigenschaft, mehrere Zahlen oder Oxidationsstufen von +1 bis +7 aufzuweisen. Es bildet auch ein Anion namens Perrhenat, ReO ₄ ^- , analog zu Permanganat, MnO ₄ ^- .

Dieses Metall ist eines der seltensten und seltensten in der Natur, daher ist sein Preis hoch. Es wird als Nebenprodukt des Molybdän- und Kupferabbaus gewonnen. Eine der wichtigsten Eigenschaften von Rhenium ist sein hoher Schmelzpunkt, der von Kohlenstoff und Wolfram kaum übertroffen wird, und seine hohe Dichte, die doppelt so hoch ist wie die von Blei.

Rheniummetallkugel. Quelle: Hochauflösende Bilder chemischer Elemente / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Seine Entdeckung hat kontroverse und unglückliche Obertöne. Der Name "Rhenium" leitet sich vom lateinischen Wort "Rhenus" ab, was "Rhein" bedeutet, der berühmte deutsche Fluss in der Nähe des Ortes, an dem die deutschen Chemiker, die dieses neue Element isoliert und identifiziert haben, gearbeitet haben.

Rhenium hat zahlreiche Verwendungszwecke, darunter die Verfeinerung der Oktanzahl von Benzin sowie die Herstellung von feuerfesten Superlegierungen, die für die Montage von Turbinen und Triebwerken von Luft- und Raumfahrtschiffen bestimmt sind.

Entdeckung

Die Existenz von zwei schweren Elementen mit ähnlichen chemischen Eigenschaften wie Mangan wurde bereits seit den Jahren 1869 durch das Periodensystem des russischen Chemikers Dmitri Mendeleev vorhergesagt. Zu dieser Zeit war jedoch nicht bekannt, wie ihre Ordnungszahlen lauten sollten; und hier wurde 1913 die Vorhersage des englischen Physikers Henry Moseley eingeführt.

Laut Moseley müssen diese beiden Elemente der Mangangruppe die Ordnungszahlen 43 und 75 haben.

Ein paar Jahre zuvor hatte der japanische Chemiker Masataka Ogawa jedoch das vermeintliche Element 43 in einer Probe des Minerals Torianit entdeckt. Nachdem er 1908 seine Ergebnisse bekannt gegeben hatte, wollte er dieses Element mit dem Namen 'Niponio' ​​taufen. Leider haben Chemiker damals bewiesen, dass Ogawa Element 43 nicht entdeckt hatte.

Andere Jahre vergingen, als 1925 drei deutsche Chemiker: Walter Noddack, Ida Noddack und Otto Berg Element 75 in Mineralproben von Columbit, Gadolinit und Molybdänit fanden. Diese gaben ihm den Namen Rhenium zu Ehren des deutschen Rheins (lateinisch „Rhenus“).

Masataka Ogawas Fehler bestand darin, das Element falsch identifiziert zu haben: Er hatte Rhenium entdeckt, nicht Element 43, das heute Technetium genannt wird.

Eigenschaften von Rhenium

Rheniumsituation im Periodensystem. ! Original: AhoerstemeierVektor: Sushant savla / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Aussehen

Rhenium wird normalerweise als gräuliches Pulver vermarktet. Seine Metallteile, im Allgemeinen kugelförmige Tropfen, sind silbergrau, die ebenfalls stark glänzend sind.

Molmasse

186,207 g / mol

Ordnungszahl

75

Schmelzpunkt

3186 ºC

Siedepunkt

5630 ºC

Dichte

- Bei Raumtemperatur: 21,02 g / cm ³

-Recht am Schmelzpunkt: 18,9 g / cm ³

Rhenium ist ein Metall, das fast doppelt so dicht ist wie Blei. Somit kann eine 1 Gramm schwere Rheniumkugel einem robusten Bleikristall gleicher Masse gleichgesetzt werden.

Elektronegativität

1,9 auf der Pauling-Skala

Ionisierungsenergien

Erstens: 760 kJ / mol

Zweitens: 1260 kJ / mol

Drittens: 2510 kJ / mol

Molare Wärmekapazität

25,48 J / (mol K)

Wärmeleitfähigkeit

48,0 W / (m K)

Elektrischer widerstand

193 nΩ m

Mohs Härte

7

Isotope

Rheniumatome kommen in der Natur als zwei Isotope vor: ¹⁸⁵ Re mit einer Häufigkeit von 37,4%; und ¹⁸⁷ Re mit einer Häufigkeit von 62,6%. Rhenium ist eines der Elemente, deren am häufigsten vorkommendes Isotop radioaktiv ist. Die Halbwertszeit von ¹⁸⁷ Re ist jedoch sehr lang (4,12 · 10 ¹⁰ Jahre), so dass sie praktisch als stabil angesehen wird.

Reaktivität

Rheniummetall ist ein rostbeständiges Material. Dabei verflüchtigt sich sein Oxid Re ₂ O ₇ bei hohen Temperaturen und brennt mit einer gelblich-grünen Flamme. Die Rheniumstücke widerstehen dem Angriff von konzentriertem HNO ₃ ; aber wenn es heiß ist, löst es sich unter Bildung von Rheninsäure und Stickstoffdioxid auf, wodurch die Lösung braun wird:

Re + 7HNO ₃ → HReO ₄ + 7 NO ₂ + 3H ₂ O.

Die Chemie von Rhenium ist enorm, da es Verbindungen mit einem breiten Spektrum an Oxidationszahlen bilden und eine Quadrupolbindung zwischen zwei Rheniumatomen (vier kovalente Re-Re-Bindungen) herstellen kann.

Struktur und elektronische Konfiguration

Elektronenhülle aus Rhenium. Autor: Benutzer: GregRobson (Greg Robson). Wikimedia Commons

Die Rheniumatome gruppieren sich in ihren Kristallen zu einer kompakten hexagonalen Struktur, hcp, die sich durch ihre hohe Dichte auszeichnet. Dies steht im Einklang mit der Tatsache, dass es sich um ein Metall mit hoher Dichte handelt. Die metallische Bindung, Produkt der Überlappung ihrer äußeren Orbitale, hält die Re-Atome stark kohäsiv.

An dieser metallischen Bindung, Re-Re, sind die Valenzelektronen beteiligt, die der elektronischen Konfiguration entsprechen:

4f ¹⁴ 5d ⁵ 6s ²

Im Prinzip überlappen sich die 5d- und 6s-Orbitale, um die Re-Atome in der hcp-Struktur zu verdichten. Beachten Sie, dass sich seine Elektronen zu insgesamt 7 addieren, was der Anzahl seiner Gruppen im Periodensystem entspricht.

Oxidationszahlen

Durch die elektronische Konfiguration von Rhenium kann man sofort erkennen, dass sein Atom bis zu 7 Elektronen verlieren kann, um das hypothetische Kation Re ^{7+ zu werden} . Wenn die Existenz von Re ⁷⁺ in einer Rheniumverbindung angenommen wird , beispielsweise in Re ₂ O ₇ (Re ₂ ⁷⁺ O ₇ ^2- ), soll es eine Oxidationszahl von +7, Re ( VII).

Andere positive Oxidationszahlen für Rhenium sind: +1 (Re ⁺ ), +2 (Re ²⁺ ), +3 (Re ³⁺ ) usw. bis zu +7. Ebenso kann Rhenium Elektronen gewinnen, indem es ein Anion wird. In diesen Fällen soll es eine negative Oxidationszahl haben: -3 (Re ^3- ), -2 (Re ^2- ) und -1 (Re ^- ).

Anwendungen

Benzin

Rhenium wird zusammen mit Platin verwendet, um Katalysatoren herzustellen, die die Oktanzahl von Benzin erhöhen und gleichzeitig den Bleigehalt senken. Andererseits werden Rheniumkatalysatoren für mehrere Hydrierungsreaktionen verwendet, was auf ihre Beständigkeit gegen Vergiftung durch Stickstoff, Phosphor und Schwefel zurückzuführen ist.

Feuerfeste Superlegierungen

Rhenium ist aufgrund seines hohen Schmelzpunktes ein feuerfestes Metall. Deshalb wird es Nickellegierungen zugesetzt, um sie feuerfest und widerstandsfähig gegen hohe Drücke und Temperaturen zu machen. Diese Superlegierungen werden hauptsächlich für die Konstruktion von Turbinen und Triebwerken für Luft- und Raumfahrtfahrzeuge verwendet.

Wolframfilamente

Rhenium kann auch mit Wolfram Legierungen bilden, was seine Duktilität verbessert und daher die Herstellung der Filamente erleichtert. Diese Rhenium-Wolfram-Filamente werden als Röntgenquellen und für die Konstruktion von Thermoelementen verwendet, die Temperaturen bis zu 2200 ºC messen können.

Ebenso wurden diese Rheniumfilamente einst für die Blitze archaischer Kameras und jetzt für die Lampen hochentwickelter Geräte verwendet; wie das Massenspektrophotometer.

Verweise

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