Rh??nium

Rh??nium
75 Re
Tc ↑ R?? ↓ Bh Tableau p??riodique tungst??ne ← → rh??nium osmium
Apparence
blanc argent??
Propri??t??s g??n??rales
Nom, symbole, nombre	rh??nium, Re, 75
Prononciation	/ r Je n Je ə m / REE -neE-əm
??l??ment Cat??gorie	m??tal de transition
Groupe, p??riode, bloc	7, 6, r??
Poids atomique standard	186,207
Configuration ??lectronique	[ Xe ] 4f 14 5d 5 6s 2 2, 8, 18, 32, 13, 2
Histoire
D??couverte	Masataka Ogawa (1908)
Premier isolement	Masataka Ogawa (1908)
Nomm?? par	Walter Noddack, Ida Tacke, Otto Berg (1922)
Propri??t??s physiques
Phase	solide
Densit?? (?? proximit?? rt)	21,02 g ?? cm -3
Liquid densit?? au mp	18,9 g ?? cm -3
Point de fusion	3459 K , 3186 ?? C, 5767 ?? F
Point d'??bullition	5869 K, 5596 ?? C, 10 105 ?? F
La chaleur de fusion	60,43 kJ ?? mol -1
Chaleur de vaporisation	704 kJ ?? mol -1
Capacit?? thermique molaire	25,48 J ?? mol -1 .K -1
La pression de vapeur
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ?? T (K) 3303 3614 4009 4500 5127 5954
Propri??t??s atomiques
??tats d'oxydation	7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, -1 (L??g??rement acide oxyde)
??lectron??gativit??	1,9 (??chelle de Pauling)
??nergies d'ionisation ( plus)	1er: 760 kJ ?? mol -1
	2??me: 1260 kJ ?? mol -1
	3??me: 2510 kJ ?? mol -1
Rayon atomique	137 h
Rayon covalente	151 ?? 19 heures
Miscellan??es
Crystal structure	hexagonale compacte
Ordre magn??tique	paramagn??tique
R??sistivit?? ??lectrique	(20 ?? C) 193 nΩ ?? m
Conductivit?? thermique	48,0 W ?? m -1 ?? K -1
Dilatation thermique	6,2 um / (m ?? K)
Vitesse du son (tige mince)	(20 ?? C) 4,700 m ?? s -1
Le module d'Young	463 GPa
Module de cisaillement	178 GPa
Module Bulk	370 GPa
Coefficient de Poisson	0,30
Duret?? Mohs	7.0
Duret?? Vickers	2450 MPa
Duret?? Brinell	1320 MPa
Num??ro de registre CAS	7440-15-5
La plupart des isotopes stables
Article d??taill??: Isotopes de rh??nium
iso N / A demi-vie DM DE ( MeV) DP 185 Re 37,4% 185 Re est stable avec 110 neutrons 187 Re 62,6% 4,12 ?? 10 10 y α 1,653 183 Ta β - 0,0026 187 Os

Le rh??nium est un ??l??ment chimique avec le symbole Re et de num??ro atomique 75. Ce est un lourd, troisi??me rang??e blanc argent?? m??tal de transition en groupe 7 du tableau p??riodique . Avec une concentration moyenne d'environ 1 partie par milliard (ppb), le rh??nium est un des ??l??ments les plus rares au cro??te terrestre . L'??l??ment libre a la troisi??me plus haut point de fusion et le point culminant de tout ??l??ment d'??bullition. Rh??nium ressemble mangan??se chimiquement et est obtenu sous forme d'un sous-produit de molybd??ne et de cuivre de l'extraction et le raffinage de minerai. Le rh??nium montre ses compos??s dans une grande vari??t?? d' ??tats d'oxydation allant de -1 ?? 7.

D??couvert en 1925, le rh??nium ??tait le dernier ??l??ment stable ?? d??couvrir. Il a ??t?? nomm?? d'apr??s la rivi??re du Rhin en Europe.

Nickel ?? base superalliages de rh??nium sont utilis??s dans les chambres de combustion, aubes de turbine, et des buses d'??chappement de moteurs ?? r??action , ces alliages contiennent jusqu'?? 6% de rh??nium, ce qui rend la construction de moteur ?? r??action le plus grand usage unique pour l'??l??ment, ?? des utilisations catalytiques de l'industrie chimique ??tant de prochaine le plus important. En raison de la faible disponibilit?? par rapport ?? la demande, le rh??nium est parmi les plus chers des m??taux, avec un prix moyen d'environ US $ 4575 par kg (US $ 142,30 l'once troy) ?? partir de Ao??t 2011; il est ??galement d'une importance strat??gique militaire critique, pour son utilisation dans les moteurs ?? r??action et de roquettes militaires haute performance.

Histoire

Rh??nium ( latine : Rhenus sens: " Rhin ") ??tait le dernier ??l??ment ?? d??couvert ayant un isotope stable (autres nouveaux ??l??ments radioactifs ont ??t?? d??couverts dans la nature depuis lors, comme le neptunium et le plutonium ). L'existence d'un ??l??ment encore inconnus ?? ce poste dans le tableau p??riodique avait d'abord ??t?? pr??vu par Dmitri Mendeleev . Autres informations calcul??e a ??t?? obtenue par Henry Moseley en 1914. Il est g??n??ralement consid??r?? comme ayant ??t?? d??couvert par Walter Noddack, Ida Tacke, et Otto Berg en Allemagne . En 1925, ils ont signal?? que ils ont d??tect?? l'??l??ment dans le minerai de platine et dans le min??ral colombite. Ils ont ??galement trouv?? rh??nium gadolinite et molybd??nite. En 1928, ils ont r??ussi ?? extraire 1 g de l'??l??ment de traitement de 660 kg de molybdenite.It a ??t?? estim??e en 1968 que 75% du m??tal de rh??nium dans le ??tats-Unis a ??t?? utilis?? pour la recherche et le d??veloppement de alliages de m??taux r??fractaires. Il a fallu plusieurs ann??es ?? partir de l?? avant que les superalliages sont devenus largement utilis??s.

En 1908, japonaise chimiste Masataka Ogawa a annonc?? qu'il a d??couvert l'??l??ment 43e et l'a nomm?? nipponium (Np) apr??s le Japon (Nippon en japonais). Cependant, plus tard, l'analyse a indiqu?? la pr??sence de rh??nium (??l??ment 75), et non pas l'??l??ment 43 . Le symbole Np a ensuite ??t?? utilis?? pour l'??l??ment neptunium .

Caract??ristiques

Le rh??nium est un m??tal blanc argent?? avec un des plus hauts points de fusion de tous les ??l??ments, d??pass?? que de tungst??ne et de carbone . Il est ??galement un des plus denses, d??pass?? seulement par le platine , l'iridium et osmium . Le rh??nium poss??de une structure cristalline hexagonale tr??s condens??e, avec des param??tres de maille a = 276,1 pm c = 445,6 et h.

Sa forme commerciale habituelle est une poudre, mais cet ??l??ment peut ??tre consolid??e par pressage et frittage sous vide ou sous hydrog??ne atmosph??re. Cette proc??dure donne un solide ayant une masse volumique compact au-dessus de 90% de la densit?? du m??tal. Quand recuit de ce m??tal est tr??s ductile et peut ??tre pli??, enroul?? ou roul??. Le rh??nium-molybd??ne alliages sont supraconducteur ?? 10 K ; alliages de tungst??ne-rh??nium sont aussi supraconductrice autour de 4-8 K, en fonction de l'alliage. M??tal rh??nium superconducts ?? 1,697 ?? 0,006 K.

En vrac et ?? temp??rature ambiante et pression atmosph??rique, l'??l??ment r??siste alcalis, l'acide sulfurique , de l'acide chlorhydrique , de diluer, mais non concentr??s acide nitrique , et l'eau r??gale.

Isotopes

Rh??nium a un isotope stable, le rh??nium-185, qui se produit n??anmoins en abondance minoritaire, une situation trouve que dans deux autres ??l??ments ( indium et le tellure ). Rh??nium naturel est 37,4% ¹⁸⁵ Re, qui est stable , et 62,6% ¹⁸⁷ Re, qui est instable, mais a une tr??s longue demi-vie (~ 10 ¹⁰ ann??es). Cette dur??e de vie est affect??e par l'??tat de l'atome de rh??nium de charge. Le d??sint??gration b??ta de ¹⁸⁷ Re est utilis?? pour rh??nium-osmium datant de minerais. L'??nergie disponible pour cette d??sint??gration b??ta (2,6 keV) est l'un des plus bas connu parmi tous radionucl??ides. Il ya vingt-six autres isotopes radioactifs reconnus de rh??nium.

Compos??s

compos??s de rh??nium sont connus pour les neuf ??tats d'oxydation entre -1 et 7. Les ??tats d'oxydation 7, 6, 4 et 2 sont les plus communs. Le rh??nium est plus disponible dans le commerce sous forme de sels de perrh??nate, y compris sodium et perrh??nates d'ammonium. Ce sont, compos??s hydrosolubles blancs.

Halog??nures et oxyhalog??nures

Les chlorures rh??nium plus courantes sont ReCl _6, ReCl _5, ReCl _4, et ReCl _3. Les structures de ces compos??s comportent souvent tr??s ??tendue liaison Re-Re, qui est caract??ristique de ce m??tal dans les ??tats d'oxydation inf??rieurs VII. Sels de [Re ₂ Cl _8] ^2- fonction une liaison m??tal-m??tal quadruple. Bien que le chlorure de rh??nium Re dispose le plus ??lev?? (VI), le fluor donne la d ⁰ Re (VII) d??riv?? heptafluorure rh??nium. Les bromures et les iodures de rh??nium sont ??galement bien connus.

Comme le tungst??ne et le molybd??ne, avec laquelle elle partage des similitudes chimiques, le rh??nium forme une vari??t?? de oxyhalog??nures. Les oxychlorures sont les plus courantes, et comprennent ReOCl _4, ReO ₃ Cl.

Les oxydes et sulfures

L'acide perrh??nique adopte une structure non conventionnelle.

L'oxyde le plus commun est le volatil, incolore Re ₂ O _7, qui adopte une structure mol??culaire, contrairement ?? la plupart des oxydes m??talliques. L'esp??ce de d1 ReO ₃ adopte une structure de perovskite de d??faut. D'autres oxydes comprennent Re ₂ O _5, ReO _2, et Re ₂ O _3. Le sulfures sont _RES2 et Re ₂ S _7. Perrh??nate sels peuvent ??tre convertis en tetrathioperrhenate par l'action de hydrosulfure d'ammonium.

D'autres compos??s

Rh??nium diborure (ReB ₂₎ est un compos?? dur ayant la duret?? similaire ?? celle de le carbure de tungst??ne, le carbure de silicium, diborure de titane ou diborure de zirconium.

Compos??s organorh??nium

Decacarbonyl Dirhenium est l'entr??e la plus commune ?? organorh??nium chimie. Sa r??duction avec du sodium l'amalgame donne Na [Re (CO) _5] avec le rh??nium dans l'??tat d'oxydation formel -1. Dirhenium decacarbonyl peut ??tre oxyd?? avec du brome ?? bromopentacarbonylrhenium (I):

Re ₂ (CO) ₁₀ + Br ₂ → 2 Re (CO) ₅ Br

La r??duction de cette pentacarbonyle de zinc et l'acide ac??tique donne pentacarbonylhydridorhenium:

Re (CO) ₅ Br + Zn + HOAc → Re (CO) ₅ H + ZnBr (OAc)

Methylrhenium trioxyde (??MTO??), CH ₃ ReO ₃ est un volatile, solide incolore a ??t?? utilis?? en tant que catalyseur dans des exp??riences de laboratoire. Elle peut ??tre pr??par??e par de nombreuses voies, un proc??d?? typique est la r??action de Re ₂ O ₇ et t??tram??thyl??tain:

Re ₂ O ₇ + (CH _{3) 4} Sn → CH ₃ ReO ₃ + (CH _{3) 3 3} SnOReO

Les d??riv??s alkyle et aryle sont connus analogues. MTO catalyse pour les oxydations avec le peroxyde d'hydrog??ne . Terminal alcynes donner l'acide ou l'ester correspondant, dic??tones de rendement alcynes internes, et des alc??nes donnent des ??poxydes. MTO catalyse ??galement la conversion de ald??hydes et diazoalcanes en un alc??ne.

Nonahydridorhenate

Structure de 2- ReH
9.

D??riv?? de rh??nium est distinctif nonahydridorhenate, pens?? ?? l'origine pour ??tre l'anion rhenide, Re -
, Mais en fait, contenant le ReH 2-
9 anion dans lequel l'??tat de rh??nium d'oxydation est 7.

Occurrence

Molybd??nite

Le rh??nium est un des ??l??ments les plus rares dans la cro??te terrestre avec une concentration moyenne de 1 ppb; d'autres sources citent le nombre de 0,5 ppb qui en fait le 77e ??l??ment le plus abondant dans la cro??te terrestre. Rh??nium est probablement pas trouv?? libre dans la nature (sa pr??sence naturelle ??ventuelle est incertaine), mais se produit dans des quantit??s allant jusqu'?? 0,2% dans le min??ral molybd??nite (qui est principalement disulfure de molybd??ne), la principale source commerciale, bien que les ??chantillons de molybd??nite simples avec jusqu'?? 1,88% ont ??t?? trouv??s. Le Chili poss??de les plus grandes r??serves de rh??nium du monde, une partie des gisements de minerai de cuivre, et a ??t?? le premier producteur ?? partir de 2005. Ce ne est que r??cemment que la premi??re rh??nium min??ral a ??t?? trouv?? et d??crit (en 1994), une rh??nium sulfure min??rale (ReS ₂₎ la condensation d'un fumerolles sur la Russie s ' Kudriavy volcan, Iturup ??le, dans le ??les Kouriles. Kudryavy d??charge jusqu'?? 20-60 kg de rh??nium par an principalement sous la forme de rh??nium disulfure. Nomm?? rheniite, ce min??ral rare commandes prix ??lev??s parmi les collectionneurs.

Production

perrh??nate d'ammonium

Rh??nium commerciale est extrait du gaz de grillage-combustion molybd??ne obtenu ?? partir de minerais de cuivre sulfure. Des minerais de molybd??ne contiennent 0,001% ?? 0,2% de rh??nium. Rh??nium (VII) et l'oxyde l'acide perrh??nique facilement dissoudre dans l'eau; ils sont lessiv??s de poussi??res et de gaz de combustion et on les extrait par pr??cipitation avec potassium ou le chlorure d'ammonium comme le perrh??nate sels, et purifi??s par recristallisation. La production totale du monde est entre 40 et 50 tonnes / an; les principaux producteurs sont au Chili, aux ??tats-Unis, le P??rou, et le Kazakhstan. Recyclage des alliages Pt-Re catalyseur et sp??ciaux utilis??s permettent la reprise d'un autre 10 tonnes par an. Les prix pour le m??tal ont augment?? rapidement au d??but de 2008, ?? partir de $ 1000 ?? $ 2000 par kg en 2003-2006 ?? plus de $ 10 000 en F??vrier 2008. La forme m??tallique est pr??par?? en r??duisant perrh??nate d'ammonium avec de l'hydrog??ne ?? des temp??ratures ??lev??es:

2 NH ₄ + 7 ReO ₄ H ₂ → 2 Re + 8 H ₂ O + 2 NH ₃

Applications

Le moteur Pratt & Whitney F-100 utilise superalliages de deuxi??me g??n??ration contenant du rh??nium

Le rh??nium est ajout?? ?? des superalliages ?? haute temp??rature qui sont utilis??s pour faire moteurs ?? r??action pi??ces, en utilisant 70% de la production de rh??nium dans le monde entier. Une autre application importante est en platine-rh??nium catalyseurs , qui sont principalement utilis??s dans la fabrication de plomb exempt, indice d'octane ??lev?? essence.

Alliages

La base de nickel- superalliages ont am??lior?? r??sistance au fluage avec l'addition de rh??nium. Les alliages contiennent normalement 3% ou 6% de rh??nium. Deuxi??me g??n??ration alliages contiennent 3%; ces alliages ont ??t?? utilis??s dans les moteurs de la F-16 et F-15, alors que les alliages monocristallins de troisi??me g??n??ration actuellement disponibles contiennent 6% de rh??nium; ils sont utilis??s dans la F-22 et F-35 moteurs. Rh??nium est ??galement utilis?? dans les superalliages, comme CMSX-4 (2??me g??n??ration) et CMSX-10 (3e g??n??ration) qui sont utilis??s dans l'industrie moteurs ?? turbine ?? gaz comme le GE 7FA. Rh??nium peut causer superalliages ?? devenir microstructurally instable, formant TCP ind??sirables (topologiquement emball??s) phases . En 4??me et 5??me g??n??ration superalliages, le ruth??nium est utilis?? pour ??viter cet effet. Parmi d'autres, le nouvelles superalliages sont EPM-102 (avec 3% de Ru) et TMS-162 (avec 6% de Ru), tous deux contenant 6% de rh??nium, ainsi que TMS-138 et TMS-174.

Turbor??acteur CFM International CFM56 encore avec des lames fait avec 3% de rh??nium

Pour 2006, la consommation est donn??e comme 28% pour General Electric, 28% Rolls-Royce plc et 12% Pratt & Whitney, le tout pour superalliages, tandis que l'utilisation de catalyseurs ne compte que pour 14% et les autres demandes utiliser 18%. En 2006, 77% de la consommation de rh??nium dans les Etats-Unis dans les alliages. La demande croissante pour les r??acteurs militaires et l'apport constant ont rendu n??cessaire de d??velopper superalliages avec une teneur en rh??nium inf??rieure. Par exemple, le plus r??cent CFM International CFM56 turbine haute pression (HPT) lames utiliser Ren?? N515 avec une teneur en rh??nium de 1,5% au lieu de Ren?? N5 avec 3%.

Rh??nium am??liore les propri??t??s de tungst??ne . alliages de tungst??ne-rh??nium sont plus ductile ?? basse temp??rature, leur permettant d'??tre plus facilement usin??. La stabilit?? ?? haute temp??rature est ??galement am??lior??e. L'effet augmente avec la concentration en rh??nium, tungst??ne et alliages donc sont produites avec un maximum de 27% de Re, qui est la limite de solubilit??. Une application pour les alliages de tungst??ne-rh??nium est Sources de rayons X. Le point de fusion ??lev?? de ces deux compos??s, avec la masse atomique ??lev??, rend stables contre l'impact d'??lectrons prolong??e. Rh??nium alliages de tungst??ne sont ??galement appliqu??s comme thermocouples pour mesurer des temp??ratures allant jusqu'?? 2200 ?? C .

La stabilit?? ?? haute temp??rature, faible pression de vapeur, bien la r??sistance et la capacit?? ?? r??sister ?? la corrosion porter arc de rh??nium sont utiles d'auto-nettoyage des contacts ??lectriques. En particulier, la d??charge se produisant au cours de l'oxyde de commutation des contacts. Cependant, l'oxyde de rh??nium Re ₂ O ₇ pr??sente une faible stabilit?? (se sublime ?? ~ 360 ?? C) et par cons??quent on ??limine au cours de la d??charge.

Le rh??nium a un point de fusion ??lev?? et une faible pression de vapeur proche de tantale et de tungst??ne. Par cons??quent, les filaments de rh??nium pr??sentent une stabilit?? plus ??lev??e si le filament est pas utilis?? dans le vide, mais dans une atmosph??re contenant de l'oxyg??ne. Ces filaments sont largement utilis??s dans les spectrom??tres de masse , en jauges ions et dans les lampes flash dans la photographie .

Catalyseurs

Le rh??nium sous la forme d'un alliage platine-rh??nium est utilis?? comme catalyseur pour reformage catalytique, qui est un proc??d?? chimique pour convertir raffinerie de p??trole naphtas ?? faible l'indice d'octane en produits liquides indice d'octane ??lev??. Dans le monde, 30% des catalyseurs utilis??s pour ce processus contient rh??nium. Le m??tath??se d'ol??fine est l'autre r??action pour laquelle le rh??nium est utilis?? comme catalyseur. Normalement Re ₂ O ₇ sur alumine est utilis?? pour ce processus. catalyseurs de rh??nium sont tr??s r??sistantes ?? empoisonnement chimique parmi l'azote, le soufre et le phosphore, etc. sont utilis??es dans certains types de r??actions d'hydrog??nation.

D'autres utilisations

¹⁸⁸ Re et ¹⁸⁶ Re isotopes sont radioactifs et sont utilis??s pour le traitement de cancer du foie. Ils ont tous deux la m??me profondeur de p??n??tration dans les tissus (5 mm pour ¹⁸⁶ Re et 11 mm pour ¹⁸⁸ Re), mais ¹⁸⁶ Re a l'avantage d'une plus longue vie (90 heures contre 17 heures).

Rapport?? par tendances p??riodiques, le rh??nium a une chimie similaire avec le techn??tium ; travail effectu?? ?? l'??tiquette de rh??nium sur des compos??s cibles peut souvent ??tre traduit en techn??tium. Ce est utile pour radiopharmacie, o?? il est difficile de travailler avec le techn??tium - en particulier l'isotope 99m utilis?? en m??decine - en raison de sa charge et demi-vie courte.

Pr??caution

On sait tr??s peu sur la toxicit?? de rh??nium et ses compos??s, car ils sont utilis??s en tr??s petites quantit??s. Les sels solubles, tels que les halog??nures de rh??nium ou perrh??nates, pourraient ??tre dangereux en raison des ??l??ments autres que le rh??nium ou le rh??nium ?? raison elle-m??me. Seuls quelques compos??s de rh??nium ont ??t?? test??s pour leur toxicit?? aigu??; Deux exemples sont le perrh??nate de potassium et le trichlorure de rh??nium, qui ont ??t?? inject??es sous forme de solution ?? des rats. Le perrh??nate avait un DL ₅₀ de 2,800 mg / kg apr??s sept jours (ce est la toxicit?? tr??s faible, similaire ?? celle du sel de table) et le trichlorure de rh??nium ont montr?? DL ₅₀ de 280 mg / kg.