Ren (pierwiastek)

Ren (Re, łac. rhenium) – pierwiastek chemiczny z grupy metali przejściowych w układzie okresowym. Nazwa pochodzi od nazwy rzeki Ren.

Ren
wolfram ← ren → osm
Tc ↑ Re ↓ Bh 75 Re
Wygląd
srebrzystobiały
Widmo emisyjne renu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.	ren, Re, 75 (łac. rhenium)
Grupa, okres, blok	7 (VIIB), 6, d
Stopień utlenienia	±I, II, III, IV, V, VI, VII
Właściwości metaliczne	metal przejściowy
Właściwości tlenków	średnio kwasowe
Masa atomowa	186,207(1) u
Stan skupienia	stały
Gęstość	21020 kg/m³
Temperatura topnienia	3185 °C
Temperatura wrzenia	5596 °C
Numer CAS	7440-15-5
PubChem	23947
Właściwości atomowe Promień • atomowy • walencyjny 135 (188) pm 159 pm Konfiguracja elektronowa [Xe]4f145d56s2 Zapełnienie powłok 2, 8, 18, 32, 13, 2 (wizualizacja powłok) Elektroujemność • w skali Paulinga • w skali Allreda 1,9 1,46 Potencjały jonizacyjne I 760 kJ/mol II 1260 kJ/mol III 2510 kJ/mol
Właściwości fizyczne Ciepło parowania 715 kJ/mol Ciepło topnienia 33,2 kJ/mol Ciśnienie pary nasyconej 3,24 Pa (3453 K) Konduktywność 5,42×106 S/m Ciepło właściwe 137 J/(kg·K) Przewodność cieplna 47,9 W/(m·K) Układ krystalograficzny heksagonalny Twardość • w skali Mohsa 7 Prędkość dźwięku 4700 m/s (293,15 K) Objętość molowa 8,86×10−6 m³/mol
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 183Re {syn.} 70 dni w.e. 183W 184Re {syn.} 38 dni w.e. 184W 184 mRe {syn.} 165 dni w.e. 184W 185Re 37,4% stabilny izotop z 110 neutronami 187Re 62,6% 4,35×1010 lat α 1,653 183Ta 187Re 62,6% 4,35×1010 lat β− 0,003 187Os
Niebezpieczeństwa Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich [dostęp 2011-10-05] Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Na podstawie podanej karty charakterystyki Niebezpieczeństwo Zwroty H H228 Zwroty P P210 Europejskie oznakowanie substancji oznakowanie ma znaczenie wyłącznie historyczne Na podstawie podanej karty charakterystyki Łatwopalny (F) Zwroty R R11 Zwroty S S16 NFPA 704 Na podstawie podanego źródła 0 0 3   Numer RTECS VI0780000
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Istnienia tego pierwiastka metodami spektroskopowymi dowiedli Walter Noddack, Ida Tacke i Otto Berg w 1925 r.

W formie czystej pierwiastek ten jest srebrzystym błyszczącym metalem o dużej twardości. Metaliczny ren przypomina platynę (gęstość 21,09 g/cm³). Po wyżarzeniu staje się miękki i kowalny. Po obróbce uszlachetnia stopy metali, znacząco zwiększając ich twardość i odporność na korozję. Zaliczany jest do metali szlachetnych. Roztwarza się tylko w kwasach utleniających: kwasie azotowym i gorącym, stężonym kwasie siarkowym.

Ren występuje w skorupie ziemskiej w ilości 4×10^-4 ppm. W przyrodzie występuje wyłącznie w stanie rozproszonym, głównie w molibdenicie, kolumbicie i łupkach miedzionośnych. Światowe zasoby renu szacuje się na maks. 17 tys. ton, największe występują w Chile, USA, Kanadzie, Kazachstanie, Rosji, Uzbekistanie i Peru. W Polsce ren występuje jako domieszka w złożach miedzi w okolicach Lubina. Największym producentem renu jest firma Molymet z Chile (w 2007 uzyskała ponad 20 ton), zaraz za nią Phelps Dodge ze Stanów Zjednoczonych oraz Kazakhmys z Kazachstanu. W Europie jedynym producentem renu z własnych źródeł jest polska spółka KGHM Metraco (do roku 2014 KGHM Ecoren), która zajmuje czwarte miejsce wśród globalnych potentatów.

Związki renu

Ren, w porównaniu do manganu, tworzy trwalsze związki na wyższych, a mniej trwałe na niższych stopniach utleniania. Znane są 4 tlenki tego pierwiastka: czarny ReO
2, niebieski Re
2O
5, czerwony ReO
3 i żółty Re
2O
7, przy czym ten ostatni powstaje w wyniku ogrzewania renu na powietrzu i stanowi końcowy produkt utleniania tego pierwiastka. Jest on związkiem trwałym i jest słabym utleniaczem (w przeciwieństwie do Mn
2O
7, który jest mocnym utleniaczem). Ponadto znany jest nietrwały czarny uwodniony tlenek renu(III), Re
2O
3·2H
2O. Tlenek renu(VI), ReO
3, jest jedynym trwałym tlenkiem manganowców na VI stopniu utlenienia. Powstaje podczas ogrzewania tlenku renu(VII) z metalicznym renem lub przez jego redukcję za pomocą CO.

Tlenek renu(VII) tworzy z wodą kwas renowy(VII) (kwas nadrenowy), który jest kwasem silnym. Jego sole to reniany(VII) (nadreniany). Stanowią one punkt wyjścia do całej chemii renu.

Tlenek renu(VI) jest mało reaktywny. Nie reaguje ani z wodą, ani z roztworami kwasów i zasad. Po stopieniu z NaOH daje nietrwały renian(VI) sodu, Na
2ReO
4. W podobnej reakcji z tlenku renu(IV) można otrzymać również nietrwały renian(IV) sodu, Na
2ReO
3.

Z siarką ren tworzy dwa siarczki: Re
2S
7 i ReS
2. W połączeniach z fluorowcami ren występuje na stopniach utlenienia III–VII. Znane są: ReI
3, ReBr
3, ReCl
3, ReI
4, ReBr
4, ReCl
4, ReF
4, ReBr
5, ReCl
5, ReF
5, ReCl
6, ReF
6 oraz ReF
7, który jest jedynym znanym halogenkiem metalu przejściowego na VII stopniu utlenienia.

Zastosowanie renu

• jako składnik superstopów odpornych na pełzanie w wysokich temperaturach;
  • w przemyśle lotniczym (monokrystaliczne łopatki silników odrzutowych, turbiny silników i osłony pojazdów, wykonywane z nadstopów na bazie niklu, zawierających od 3 do 6% renu);
  • w przemyśle zbrojeniowym (rdzenie do pocisków przeciwpancernych);
  • do produkcji termopar, elementów grzewczych, styków elektrycznych, elektrod, elektromagnesów, lamp próżniowych i rentgenowskich, żarówek błyskowych, powłok metalicznych;
• jako katalizator w takich reakcjach jak: metateza, epoksydacja (metylotrioksoren), dihydroksylacja, m.in. w produkcji wysokooktanowych benzyn bezołowiowych.
• w medycynie (w zabiegu zwanym radioizotopową synowektomią (RSO) polegającym na zniszczeniu zapalnie zmienionej błony maziowej za pomocą promieniowania ß (beta) emitowanego przez promieniotwórczy izotop ¹⁸⁶Re)

Technologia i proces produkcyjny

Ren pozyskuje się zazwyczaj z rud manganu. Podczas ich prażenia na powietrzu wszystkie obecne związki renu przekształcają się w lotny Re
2O
7 (temperatura wrzenia 360 °C), kondensujący następnie w postaci pyłu. Przetwarza się go w nadrenian amonu, NH
4ReO
4 i redukuje za pomocą wodoru.

W Polsce technologię pozyskiwania związków renu ze ścieków z huty miedzi opracowano w KGHM Ecoren i Instytucie Metali Nieżelaznych w Gliwicach. Metoda wykorzystuje technologie hydrometalurgiczne – otrzymywanie metali z rud, koncentratów i innych surowców za pomocą roztworów odpowiednio dobranych związków chemicznych.

W Legnicy działa jedyna fabryka w Europie produkująca ren metaliczny pozyskiwany z własnych źródeł.

Technologia składa się z dwóch zasadniczych części, realizowanych w oddzielnych instalacjach. W początkowej fazie ściek jest filtrowany, a następnie przepuszcza się go przez kolumny wypełnione żywicą jonowymienną. Właśnie w nich odbywa się ważny etap całego procesu: „wyłapywanie” jonów renu. Następnie prowadzone jest wymywanie renu. W efekcie stężenie pierwiastka w roztworze znacznie wzrasta. Dopiero taki wzbogacony roztwór (eluat renowy) stanowi surowiec do produkcji renianu(VII) amonu (nadrenianu amonu, NH
4ReO
4), a w dalszej kolejności metalicznego renu.

Rynek

Ren należy do najdroższych metali. W roku 2007 notowano stały wzrost jego ceny. We wrześniu 2007 wynosiła ona 7,5 tys. dolarów za kg. W 2008 jego cena przekraczała 10 tys. USD/kg (we wrześniu 2011 ok. 4200 USD/kg). Popyt na ren i wzrost jego ceny związane są m.in. z prognozowanym dwukrotnym wzrostem zamówień na dostawę samolotów odrzutowych w lotnictwie cywilnym (z poziomu około 700 sztuk w 2004 roku do przewidywanych 1400 sztuk w 2010 roku) oraz rosnącym popytem na ropę naftową przy jej wysokich notowaniach. Według doniesień prezentowanych na konferencji „Minor Metals & Rare Earths” (Hongkong, wrzesień 2007) nie znaleziono dotąd opłacalnych ekonomicznie substytutów renu.