RHENIUM: ONTDEKKING, EIGENSCHAPPEN, STRUCTUUR, GEBRUIK - CHEMIE

Het renium is een metalen element waarvan het chemische symbool Re is, en geplaatst in groep 7 van het periodiek systeem, twee plaatsen onder mangaan. Het deelt hiermee en technetium de eigenschap om meerdere getallen of oxidatietoestanden te vertonen, van +1 tot +7. Het vormt ook een anion genaamd perrhenaat, ReO ₄^- , analoog aan permanganaat, MnO ₄^- .

Dit metaal is een van de zeldzaamste en zeldzaamste in de natuur, dus de prijs is hoog. Het wordt gewonnen als bijproduct van molybdeen- en kopermijnbouw. Een van de meest relevante eigenschappen van rhenium is het hoge smeltpunt, dat nauwelijks wordt overtroffen door koolstof en wolfraam, en de hoge dichtheid, die twee keer zo groot is als die van lood.

Rhenium metalen bol. Bron: Hi-Res Images of Chemical Elements / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Zijn ontdekking heeft een controversiële en ongelukkige ondertoon. De naam 'rhenium' is afgeleid van het Latijnse woord 'rhenus', wat Rijn betekent, de beroemde Duitse rivier nabij de plaats waar de Duitse chemici die dit nieuwe element isoleerden en identificeerden werkten.

Rhenium kent talrijke toepassingen, waaronder de verfijning van het octaangetal van benzine opvalt, evenals bij de vervaardiging van vuurvaste superlegeringen, bestemd voor de assemblage van turbines en motoren van ruimtevaartschepen.

Ontdekking

Het bestaan van twee zware elementen met chemische eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van mangaan, werd al voorspeld sinds de jaren 1869, via het periodiek systeem van de Russische chemicus Dmitri Mendelejev. Het was op dat moment echter niet bekend wat hun atoomnummers zouden moeten zijn; en het was hier in 1913 dat de voorspelling van de Engelse natuurkundige Henry Moseley werd geïntroduceerd.

Volgens Moseley moeten deze twee elementen die tot de mangaangroep behoren atoomnummers 43 en 75 hebben.

Een paar jaar eerder had de Japanse chemicus Masataka Ogawa echter het veronderstelde element 43 ontdekt in een monster van het mineraal torianiet. Na de bekendmaking van zijn resultaten in 1908, wilde hij dit element de naam 'Niponio' geven. Helaas hebben scheikundigen destijds bewezen dat Ogawa element 43 niet had ontdekt.

En zo gingen andere jaren voorbij toen in 1925 drie Duitse chemici: Walter Noddack, Ida Noddack en Otto Berg, element 75 vonden in minerale monsters van columbiet, gadoliniet en molybdeniet. Deze gaven hem de naam renium, ter ere van de Rijn in Duitsland ('Rhenus', in het Latijn).

De fout van Masataka Ogawa was dat hij verkeerd was geweest bij het identificeren van het element: hij had renium ontdekt, niet element 43, dat tegenwoordig technetium wordt genoemd.

Eigenschappen van rhenium

Rheniumsituatie in het periodiek systeem. Origineel: Ahoerstemeier Vector: Sushant savla / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Fysiek uiterlijk

Rhenium wordt meestal op de markt gebracht als een grijsachtig poeder. De metalen stukjes, meestal bolvormige druppels, zijn zilvergrijs, die ook zeer glanzend zijn.

Molaire massa

186,207 g / mol

Atoomnummer

Smeltpunt

3186 ºC

Kookpunt

5630 ºC

Dichtheid

-Bij kamertemperatuur: 21,02 g / cm ³

-Rechts op smeltpunt: 18,9 g / cm ³

Rhenium is een metaal dat bijna twee keer zo dicht is als lood zelf. Zo kan een bol renium met een gewicht van 1 gram worden gelijkgesteld aan een robuust loodkristal met dezelfde massa.

Elektronegativiteit

1.9 op de schaal van Pauling

Ionisatie-energieën

Ten eerste: 760 kJ / mol

Ten tweede: 1260 kJ / mol

Ten derde: 2510 kJ / mol

Molaire warmtecapaciteit

25,48 J / (mol K)

Warmtegeleiding

48,0 W / (m · K)

Elektrische weerstand

193 nΩ m

Mohs-hardheid

Isotopen

Rheniumatomen komen in de natuur voor als twee isotopen: ¹⁸⁵ Re, met een abundantie van 37,4%; en ¹⁸⁷ Re, met een overvloed van 62,6%. Rhenium is een van die elementen waarvan de meest voorkomende isotoop radioactief is; de halfwaardetijd van ¹⁸⁷ Re is echter erg lang (4,12 · 10 ¹⁰ jaar), dus het wordt praktisch als stabiel beschouwd.

Reactiviteit

Rhenium metaal is een materiaal dat bestand is tegen roest. Als dat het geval is , vervluchtigt het oxide, Re ₂ O ₇ , bij hoge temperaturen en brandt met een geelgroene vlam. De stukken renium zijn bestand tegen de aantasting van geconcentreerd HNO ₃ ; maar wanneer het warm is, lost het op om reninezuur en stikstofdioxide te genereren, waardoor de oplossing bruin wordt:

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

De chemie van renium is enorm, omdat het in staat is verbindingen te vormen met een breed spectrum van oxidatiegetallen, en ook een quadrupoolbinding tot stand brengt tussen twee reniumatomen (vier Re-Re covalente bindingen).

Structuur en elektronische configuratie

Elektronenschil van renium. Auteur: Gebruiker: GregRobson (Greg Robson). Wikimedia Commons

De reniumatomen groeperen zich in hun kristallen om een compacte hexagonale structuur te vormen, hcp, die wordt gekenmerkt door zijn zeer dichte structuur. Dit komt overeen met het feit dat het een metaal met een hoge dichtheid is. De metaalbinding, het product van de overlapping van hun externe orbitalen, houdt de Re-atomen sterk samenhangend.

Aan deze metalen binding, Re-Re, nemen de valentie-elektronen deel, die volgens de elektronische configuratie zijn:

4f ¹⁴ 5d ⁵ 6s ²

In principe zijn het de 5d- en 6s-orbitalen die elkaar overlappen om de Re-atomen in de hcp-structuur te verdichten. Merk op dat zijn elektronen in totaal 7 zijn, wat overeenkomt met het nummer van zijn groep op het periodiek systeem.

Oxidatienummers

De elektronische configuratie van renium stelt ons in staat om meteen te zien dat zijn atoom in staat is om tot 7 elektronen te verliezen, om het hypothetische kation Re ^{7+ te worden} . Wanneer het bestaan van Re ⁷⁺ in een reniumverbinding wordt aangenomen , bijvoorbeeld in Re ₂ O ₇ (Re ₂⁷⁺ O ₇^2- ), wordt gezegd dat het een oxidatiegetal heeft van +7, Re ( VII).

Andere positieve oxidatiegetallen voor renium zijn: +1 (Re ⁺ ), +2 (Re ²⁺ ), +3 (Re ³⁺ ), enzovoort tot +7. Evenzo kan renium elektronen winnen door een anion te worden. In deze gevallen zou het een negatief oxidatiegetal hebben: -3 (Re ^3- ), -2 (Re ^2- ) en -1 (Re ^- ).

Toepassingen

Benzine

Rhenium wordt, samen met platina, gebruikt om katalysatoren te maken die het octaangetal van benzine verhogen en tegelijkertijd het loodgehalte verlagen. Aan de andere kant worden reniumkatalysatoren gebruikt voor meervoudige hydrogeneringsreacties, dit vanwege hun weerstand tegen vergiftiging door stikstof, fosfor en zwavel.

Vuurvaste superlegeringen

Rhenium is een vuurvast metaal vanwege zijn hoge smeltpunt. Daarom wordt het toegevoegd aan nikkellegeringen om ze vuurvast en bestand tegen hoge drukken en temperaturen te maken. Deze superlegeringen worden meestal gebruikt voor het ontwerpen van turbines en motoren voor ruimtevaartuigen.

Wolfraamfilamenten

Rhenium kan ook legeringen vormen met wolfraam, wat de ductiliteit verbetert en daarom de vervaardiging van de filamenten vergemakkelijkt. Deze rhenium-wolfraamfilamenten worden gebruikt als röntgenbronnen en voor het ontwerp van thermokoppels die temperaturen tot 2200 ºC kunnen meten.

Evenzo werden deze rheniumfilamenten ooit gebruikt voor de flitsers van archaïsche camera's, en nu voor de lampen van geavanceerde apparatuur; zoals de massaspectrofotometer.

Referenties

Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde . (Vierde druk). Mc Graw Hill.
Sarah Pierce. (2020). Rhenium: toepassingen, geschiedenis, feiten en isotopen. Studie. Hersteld van: study.com
Nationaal centrum voor informatie over biotechnologie. (2020). Rhenium. PubChem-database., CID = 23947. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Wikipedia. (2020). Rhenium. Hersteld van: en.wikipedia.org
Dr. Doug Stewart. (2020). Rhenium Element Feiten. Hersteld van: chemicool.com
Eric Scerri. (18 november 2008). Rhenium. Chemie in zijn elementen. Hersteld van: chemistryworld.com

RHENIUM: ONTDEKKING, EIGENSCHAPPEN, STRUCTUUR, GEBRUIK - CHEMIE - 2026