רניום: גילוי, תכונות, מבנה, שימושים - כִּימִיָה - 2025

רניום הוא יסוד מתכתי אשר סימול כימי הוא הנדון, והניח בקבוצה 7 של הטבלה המחזורית, שני מקומות מתחת מנגן. זה חולק עם זה וטכניום את המאפיין של הצגת מספרים מרובים או מצבי חמצון, בין +1 ל- +7. זה גם יוצר אניון בשם פרנהנט, ReO ₄ ^- , המקביל לפרמנגנט , MnO ₄ ^- .

מתכת זו היא אחת הנדירות והנדירות ביותר בטבע, כך שמחירה גבוה. הוא מופק כתוצר לוואי של כריית מוליבדן ונחושת. אחד המאפיינים הרלוונטיים ביותר של רניום הוא נקודת ההיתוך הגבוהה שלו, שבקושי עברה על ידי פחמן וטונגסטן, והצפיפות הגבוהה שלה, שהיא כפולה מזו של עופרת.

כדור מתכת רניום. מקור: תמונות Hi-Res של אלמנטים כימיים / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

לגילוי שלו יש גיוונים מעוררי מחלוקת ומצערים. השם 'רניום' מקורו במילה הלטינית 'רנוס' שמשמעותה ריין, הנהר הגרמני המפורסם בסמוך לאתר בו עבדו הכימאים הגרמנים שבודדו ואיתרו את היסוד החדש הזה.

לרינין שימושים רבים, ביניהם בולט עידון מספר האוקטן של הבנזין, כמו גם בייצור של סגסוגות סופר עקשן, המיועדות להרכבת טורבינות ומנועים של אוניות חלל.

תַגלִית

קיומם של שני יסודות כבדים בעלי מאפיינים כימיים הדומים לאלה של מנגן, ניבאו כבר מאז 1869, דרך הטבלה המחזורית של הכימאי הרוסי דמיטרי מנדלב. עם זאת, לא היה ידוע באותה עת מה צריך להיות המספר האטומי שלהם; וכאן בשנת 1913 הוצגה תחזיתו של הפיזיקאי האנגלי הנרי מוסלי.

לדברי מוסלי, שני היסודות הללו המשתייכים לקבוצת המנגן חייבים להיות בעלי מספרים אטומיים 43 ו -75.

עם זאת, מספר שנים קודם לכן, הכימאי היפני מסאטקה אוגאווה גילה את היסוד 43 המדגם בדגימה של המינרל טוריאניט. לאחר שהודיע ​​על תוצאותיו בשנת 1908, הוא רצה להטביל אלמנט זה בשם 'Niponio'. לרוע המזל, כימאים באותה העת הוכיחו כי אוגאווה לא גילה את היסוד 43.

וכך חלפו שנים אחרות כאשר בשנת 1925 מצאו שלושה כימאים גרמנים: וולטר נודאק, אידה נודאק ואוטו ברג, את היסוד 75 בדגימות מינרליות של קולומביט, גדוליניט ומוליבניט. אלה העניקו לו את שם הרניום, לכבוד נהר הריין של גרמניה ('רנוס', בלטינית).

הטעות של מסאטאקה אוגאווה הייתה לזהות את היסוד בצורה שגויה: הוא גילה רניום, ולא את היסוד 43, שנקרא היום טכנטיום.

מאפייני רניום

מצב הרניום בטבלה המחזורית. מקורי: AhoerstemeierVector: Sushant savla / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

מראה חיצוני

הרניום משווק לרוב כאבקה אפרפרה. החלקים המטאליים שלו, טיפות כדורי בדרך כלל, הם אפורים בצבע כסף, שהם גם מבריקים מאוד.

מסה מולארית

186.207 גרם / מול

מספר אטומי

75

נקודת המסה

3186 מעלות צלזיוס

נקודת רתיחה

5630 מעלות צלזיוס

צְפִיפוּת

-טמפרטורת החדר: 21.02 גרם / ס"מ ³

-ימין בנקודת ההתכה: 18.9 גרם / ס"מ ³

רניום הוא מתכת צפופה כמעט פי שניים מעופרת עצמה. לפיכך, ניתן להשוות תחום של רניום במשקל 1 גרם לקריסטל עופרת חזק בעל אותה המסה.

אלקטרונגטיביות

1.9 בסולם פאולינג

אנרגיות יינון

ראשית: 760 ק"ג / מול

שני: 1260 ק"ג / מול

שלישית: 2510 kJ / mol

קיבולת חום טוחנת

25.48 J / (mol K)

מוליכות תרמית

48.0 W / (m K)

התנגדות חשמלית

193 nΩ m

קשיות של מוהס

7

איזוטופים

אטומי רניום מופיעים בטבע כשני איזוטופים: ¹⁸⁵ Re, עם שפע של 37.4%; ו- ¹⁸⁷ Re, עם שפע של 62.6%. רניום הוא אחד מאותם יסודות שהאיזוטופ השופע ביותר שלהם הוא רדיואקטיבי; עם זאת, מחצית החיים של ¹⁸⁷ Re ארוכה מאוד (4.12 · 10 ¹⁰ שנים), כך שהיא נחשבת למעשה ליציבה.

תגובתיות

מתכת רניום היא חומר עמיד בפני חלודה. כשזה קורה, תחמוצתה, Re ₂ O ₇ , מתנדפת בטמפרטורות גבוהות ונשרפת עם להבה ירוקה-ירוקה. חלקי הרניום מתנגדים להתקפה של HNO ₃ מרוכז; אבל כשהוא חם, הוא מתמוסס ליצירת חומצה רנאית וחנקן דו חמצני, שהופך את התמיסה לחומה:

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

הכימיה של רניום היא עצומה, מכיוון שהיא מסוגלת ליצור תרכובות עם ספקטרום רחב של מספרים של חמצון, כמו גם לבסס קשר ארבע-דרולי בין שני אטומי רניום (ארבעה קשרים Re-Re קוולנטים).

מבנה ותצורה אלקטרונית

מעטפת אלקטרונית של רניום. מחבר: משתמש: GregRobson (גרג רובסון). פקודות ויקימדיה

אטומי הרניום מתקבצים יחד בגבישים שלהם ויוצרים מבנה משושה קומפקטי, hcp, המאופיין בכך שהוא צפוף מאוד. זה עולה בקנה אחד עם העובדה שמדובר במתכת בצפיפות גבוהה. הקשר המתכתי, תוצר של חפיפה של האורביטלים החיצוניים שלהם, שומר על אטומי Re מלוכדים היטב.

בקשר מתכתי זה, Re-Re, האלקטרונים של הערך משתתפים, שהם בהתאם לתצורה האלקטרונית:

4f ¹⁴ 5d ⁵ 6s ²

באופן עקרוני, האורביטלים 5d ו- 6s הם אלה החופפים כדי לדחוס את אטומי Re במבנה hcp. שימו לב שהאלקטרונים שלה מסתכמים בסך הכל ל -7, המתאימים למספר הקבוצה שלה בטבלה המחזורית.

מספרי חמצון

התצורה האלקטרונית של רניום מאפשרת לנו לראות בבת אחת שהאטום שלו מסוגל לאבד עד 7 אלקטרונים, להפוך לקטיון ההיפותטי Re ⁷⁺ . כאשר מניחים את קיומו של Re ⁷⁺ בכל תרכובת רניום, למשל, ב Re ₂ O ₇ (Re ₂ ⁷⁺ O ₇ ^2- ), נאמר שיש לו מספר חמצון של +7, Re ( VII).

מספרי חמצון חיוביים אחרים עבור רניום הם: +1 (Re ⁺ ), +2 (Re ²⁺ ), +3 (Re ³⁺ ), וכן הלאה עד +7. באופן דומה, רניום יכול להשיג אלקטרונים על ידי הפיכתם לאניון. במקרים אלה נאמר שיש לו מספר חמצון שלילי: -3 (Re ^3- ), -2 (Re ^2- ) ו- -1 (Re ^- ).

יישומים

בֶּנזִין

הרניום, יחד עם פלטינה, משמשים ליצירת זרזים המגדילים את דירוג האוקטן של הבנזין, תוך הפחתת תכולת העופרת שלו. לעומת זאת, זרזי רניום משמשים לתגובות הידרוגנציה מרובות, וזאת עקב התנגדותם להרעלה על ידי חנקן, זרחן וגופרית.

סגסוגות-על עקשן

הרניום הוא מתכת עקשן בגלל נקודת ההתכה הגבוהה שלה. זו הסיבה שהוא מתווסף לסגסוגות ניקל כדי להפוך אותם לעקורים ועמידים בפני לחצים וטמפרטורות גבוהות. סגסוגות-על אלה משמשות בעיקר לעיצוב טורבינות ומנועים לעבודות-חלל.

חוטי טונגסטן

רניום יכול גם ליצור סגסוגות עם טונגסטן, המשפר את משיכותו ולכן מקל על ייצור החוטים. חוטים רניום-טונגסטן אלה משמשים כמקורות רנטגן, ולתכנון של צמד תרמי המסוגל למדוד טמפרטורות של עד 2200 מעלות צלזיוס.

כמו כן, נימי הרניום הללו שימשו פעם להבזקי מצלמות ארכאיות, וכעת למנורות ציוד משוכלל; כמו ספקטרופוטומטר המוני.

הפניות

1. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
2. שרה פירס. (2020). רניום: שימושים, היסטוריה, עובדות ואיזוטופים. לימוד. התאושש מ: study.com
3. המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי. (2020). רניום. מאגר PubChem., CID = 23947. התאושש מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. ויקיפדיה. (2020). רניום. התאושש מ: en.wikipedia.org
5. ד"ר דאג סטיוארט. (2020). עובדות אלמנט רניום. התאושש מ: chemicool.com
6. אריק סררי. (18 בנובמבר 2008). רניום. כימיה ביסודותיה. התאושש מ: chemistryworld.com