Ren (pierwiastek)

Ren (Re, łac. rhenium) – pierwiastek chemiczny z grupy metali przejściowych. Zaliczany jest do metali szlachetnych. Nazwa pochodzi od 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	186,21 ± 0,01[a][1]
Stan skupienia	stały
Gęstość	21020 kg/m³
Temperatura topnienia	3185 °C[2]
Temperatura wrzenia	5596 °C[2]
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 NFPA 704 Na podstawie podanego źródła[3] 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 roku.

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

Ren występuje w skorupie ziemskiej w ilości 4×10⁻⁴ ppm, wyłącznie w stanie rozproszonym, głównie w molibdenicie, kolumbicie i łupkach miedzionośnych.

Związki

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

Tlenek renu(VII) tworzy z wodą silny kwas nadrenowy^[4]. Jego sole stanowią punkt wyjścia do całej chemii renu^[5].

Tlenek renu(VI) jest mało reaktywny. Nie reaguje ani z wodą, ani z roztworami kwasów i zasad^[5]. 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^[4].

Z siarką ren tworzy dwa siarczki: Re
2S
7 i ReS
2^[4][5]. 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^[5].

Zastosowanie

• 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)^[6];
  • 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 radioizotopowej synowektomii (RSO), polegającej na niszczeniu zapalnie zmienionej błony maziowej promieniowaniem beta emitowanym przez izotop 186
  Re.

Technologia i proces produkcyjny

Ren pozyskuje się zazwyczaj z rud manganu. Podczas ich prażenia na powietrzu związki renu przekształcają się w lotny Re
2O
7 (temperatura wrzenia 360 °C), kondensujący w postaci pyłu. Przetwarza się go w nadrenian amonu, NH
4ReO
4 (APR, z ang. ammonium perrhenate^[7]) i redukuje za pomocą wodoru^[5].

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^{[potrzebny przypis]}.

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. W nich odbywa się „wyłapywanie” jonów renu. Następnie ren jest wymywany. Wzbogacony roztwór (eluat renowy) stanowi surowiec do produkcji nadrenianu amonu, a w dalszej kolejności metalicznego renu^[8].

Rynek

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^[9]), 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^[10].

Cena średnia renu metalicznego od 1991 r.^[11]

W tym miejscu powinien znaleźć się wykres. Z przyczyn technicznych nie może zostać wyświetlony. Więcej informacji

Najistotniejsze produkty handlowe renu to metal i APR^[7]. W pierwszych 2 dekadach XXI w. ceny renu ulegały znaczącym zmianom. Przez pierwsze 5 lat oscylowały one wokół 1000 USD/kg, po czym zaczęły wzrastać, dochodząc do 4000 USD/kg w 2012 r. Następnie zaczął się ich spadek do poprzedniego poziomu^[11]. W efekcie nastąpiło zamknięcie wielu zakładów odzyskujących ren w procesie recyklingu oraz zakładów produkujących ten metal^[7]

Uwagi

1. Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi 186,207 ± 0,001. W dostępnych komercyjnie produktach mogą występować znaczne odchylenia masy atomowej od podanej, z uwagi na zmianę składu izotopowego w rezultacie nieznanego bądź niezamierzonego frakcjonowania izotopowego. Znane są próbki geologiczne, w których pierwiastek ten ma skład izotopowy odbiegający od występującego w większości źródeł naturalnych. Masa atomowa pierwiastka w tych próbkach może więc różnić się od podanej w stopniu większym niż wskazana niepewność. Zob. Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.