Ре́ний (лат. rhenium, от латинского названия реки Рейн — Rhenus), Re, читается «рений», химический элемент с атомным номером 75, атомная масса 186, 207. Встречается в природе в виде двух изотопов: стабильного 185Re (37, 4% по массе) и слаборадиоактивного — 187Re (62, 6%) (T1/2 = 5·1010 лет). Конфигурация двух внешних электронных слоев 5s2p6d56s2. Рений расположен в группе VIIB периодической системы элементов Менделеева, в 6 периоде. Образует соединения в степенях окисления от –1 до +7 (валентности от I до VII). Наиболее устойчивы соединения в высшей степени окисления (+7).
Радиус атома рения 0, 137 нм, радиус иона Re4+ — 0, 077 нм (координационное число 4), Re5+ — 0, 072 нм (6), Re6+ — 0, 069 нм (6), Re7+ — 0, 052 нм (6). Энергии последовательной ионизации нейтрального атома рения равны, соответственно, 7, 88, 16, 6, 26, 0, 37, 7, 51, 64 и 79 эВ. Сродство к электрону 0, 15 эВ. Работа выхода электрона 4, 8 эВ. Электроотрицательность по Полингу 1, 9.
Существование рения, как и его соседа по подгруппе — технеция, было предсказано Д. И. Менделеевым, который оставил для этих двух элементов пустые места в периодической таблице и называл их эка-марганец (Тс) и дви-марганец (Re).
Существование рения впервые зафиксировали в 1925 немецкие физикохимики супруги Вальтер и Ида Ноддак на основе данных спектрального анализа молибденовой руды. В 1926-1928 они получили первые миллиграммы препаратов рения.
Рений — очень редкий и рассеянный элемент, его содержание в земной коре составляет 7·10–8% по массе. Самостоятельных минералов он не образует. В природе содержится как небольшая примесь в минералах, содержащих молибден, медь, цирконий, ниобий или платину. Содержание рения в этих рудах очень мало, например, в молибдените MoS2, где рений изоморфно замещает молибден, его содержание составляет 0, 6-20 г/т.
Получение рения начинается со стадии концентрирования исходного сырья. При окислительном обжиге молибденитовых концентратов при 550–650°C рений удаляется с печными газами в виде летучего оксида Re2O7. Оксид концентрируют в пылеуловителях и далее переводят в раствор в виде рениевой кислоты HReO4 при их промывке:
Re2O7 + H2O = 2HReO4.
Из полученного раствора добавлением аммиака осаждают перренат аммония NH4ReO4, который затем восстанавливают при нагревании водородом:
2NH4ReO4 + 4H2 = N2 + 2Re + 8H2O.
Полученный рениевый порошок прессуют и затем спекают в слитки в токе водорода.
Рений — тяжелый, серебристо-серый металл с гексагональной решеткой, a = 0, 2760 нм, с = 0, 0458 нм. Плотность металла 21, 04 г/см3. Температура плавления 3180°C, кипения около 5600°C. По тугоплавкости рений уступает только вольфраму. Рений проявляет свойства парамагнетика. Металлический рений довольно пластичен. В ряду стандартных потенциалов рений расположен правее водорода и с неокисляющими кислотами и водой не реагирует.
У рения наименьшая химическая активность по сравнению с его соседями по группе марганцем и технецием. Так, в отличие от марганца, реагирующего с кислотами, рений реагирует только с азотной и горячей серной кислотами и раствором перекиси водорода. При этом в результате окисления рения образуется рениевая кислота HReO4, например:
3Re + 7HNO3 = 3HReO4 + 7NO + 2H2O.
С растворами щелочей рений взаимодействует медленно. С расплавами щелочей, особенно в присутствии окислителей, рений активно реагирует с образованием солей Re(VII):
2KOH + 7H2O2 + 2Re = 2KReO4 + 8H2O.
При температурах выше 300°C рений сгорает в атмосфере, содержащей кислород, причем образуется как высший оксид Re2O7, так и оксид ReO3.
Во влажном воздухе рений медленно окисляется до HReO4.
С галогенами при нагревании рений реагирует, образуя галогениды ReF5, ReF6, ReF7, ReCl5, ReCl4 и ReBr5. Рений — это единственный элемент, который образует устойчивый гептафторид ReF7. С иодом рений не взаимодействует.
В низших степенях окисления рений образует многочисленные кластерные соединения, в которых имеется связь рений — рений. Например, при взаимодействии с монооксидом углерода СО образуется биядерный декакарбонил рения Re2(CO)10:
Галогениды трехвалентного рения представляют собой трехъядерные кластеры Re3X9. Межъядерное расстояние Re–Re в ReCl3 равно 0, 248 нм, что значительно (на 0, 027 нм) меньше, чем расстояние Re — Re в металлическом рении. Поэтому связь между атомами рения в таком кластере рассматривают как двойную: Re=Re:
При восстановлении ионов ReO4– водородом или другими восстановителями в среде соляной HCl или бромоводородной HBr кислот получены кластеры Re2X82–. Короткое расстояние между атомами рения (0, 224 нм) свидетельствует о том, что в данном случае между атомами рения наблюдается четверная связь. Строение кластерного иона Re2Cl82– таково:
Для рения известно большое число разнообразных ренийорганических соединений.
Основное применение (около 65%) рений находит в сплавах с платиной, используемых как катализаторы в нефтеперерабатывающей промышленности. Рений вводят в состав некоторых жаропрочных сплавов с молибденом и вольфрамом. В электротехнике рений используют при изготовлении контактов и нанесении покрытий.
Растворимые соединения рения мало токсичны, однако его металлическая пыль может вызывать интоксикации и заболевания дыхательных путей.
Авторы: С.С. Бердоносов, П.С. Бердоносов
- Борисова Л. В., Ермаков А. Н. Аналитическая химия рения. М., 1974.
- Ряшенцева М. А., Миначев Х. М. Рений и его соединения в гетерогенном катализе. М., 1983.