Što je renij i koje su njegove primjene?
Renij je drugi posljednji element sa stabilnim izotopom ikada otkrivenim na Zemlji. Znanstvenici su otkrili renij 1908. godine. Ovaj kemijski spoj dobio je ime po rijeci Rajni u Europi. Renij je teški metal koji spada u treći red prijelaznog metala u skupini 7 u periodnom sustavu. Simbol za njegov kemijski element je Re. Sa standardnom koncentracijom od 1ppb (dio na milijardu) ovaj je element jedan od neuobičajenih metala na kori s 2. najvišom točkom vrenja i trećom najvišom točkom taljenja svih elemenata. Metal kemijski podsjeća na tehnecij i mangan, a nusprodukt je rafinacije i ekstrakcije ruda bakra i molibdena.
Karakteristike renija
Renij je srebrnkasto bijele boje i ima treće najviše točke taljenja nakon ugljika i volframa. Re je četvrti najgušći element na Zemlji nakon Osmija, Iridija i platine. Renij dolazi s heksagonalnom kristalnom strukturom blisko upakiranom plus parametar rešetke c = 445, 6pm i a = 276, 1pm. Komercijalno, renij postoji u obliku praha, ali se može konsolidirati sinteriranjem i prešanjem u atmosferu vodika ili vakuuma. Proces konsolidacije proizvodi malu krutinu čija je gustoća preko 90% metala. Pri zagrijavanju ovaj element ima tendenciju da bude fleksibilan i lako valjan, namotan i čak savijen. Volfram-renij i legure renij-molibden su izvrsni vodiči. Na sobnoj temperaturi, atmosferskom tlaku i u rasutom stanju ovaj element može odoljeti aqua regiji, razrijeđenoj dušičnoj kiselini, sumpornoj kiselini, lužinama i klorovodičnoj kiselini.
Koliko stabilnih izotopa ima renij?
Renij ima samo jedan stabilan izotop (renijum-185) koji je jedan od najrjeđih elemenata koji se nalazi samo u dva elementa telura i indija. Prirodni renij-187 je samo 62, 6%, a renij-185 37, 4%, što je vrlo nestabilno s vrlo dugim polu-životom (1010 godina) na koje utječe stanje atomskog naboja. Izotop Renium-186 ima najdulji poluživot od 200.000 godina. Renij ima više od 25 prepoznatih radioaktivnih izotopa.
Gdje je renij miniran?
S prosječnom koncentracijom od 1ppb (drugi izvori navodeći 0.5ppb), renij je 77. najrjeđi element u Zemljinoj kori. Taj se metal ne nalazi slobodno u prirodi; javlja se u količini od 0, 2% u molibdenitu. Čile su imale najznačajnije renijske rezerve u rudnicima bakrenih ruda i od 2005. godine bile su najveći proizvođač. Prvi poznati mineralni renijev sulfid nastao u vulkanu Kudriavy u Iturp Islandu u Rusiji 1994. godine. renijev disulfid koji se kondenzira iz fumarola.
Kako je renij ekstrahiran iz molibdenita?
Komercijalni renij se kopa iz plina molibdena (rostera) prisutnog u bakar-sulfidu, a različite molibdenitne rude imaju maksimalno 0, 2% renija. Perenska kiselina i oksid renijuma VII otapaju se u vodi i stoga se filtriraju iz dimnih plinova s prašinom i zatim istalože amonijev ili kalijev klorid kao perrhenatne soli koje se pročišćavaju prekristalizacijom. Ukupna globalna godišnja proizvodnja ovog elementa je između 40-60 tona godišnje, a primarni proizvođači su Poljska, Peru, Sjedinjene Države i Čile. Godišnje se prikuplja oko 10 tona renija iz spašavanja Pt-Re katalizatora s raznim izuzetnim legurama. Metalna struktura renija nastaje samo prevrtanjem amonijevog perrhenata plinovitim vodikom na ekstremno visokim temperaturama. Cijena tog metala porasla je s između 1000 i 2000 dolara po kilogramu u 2003.-2006. Na 10.000 dolara po kilogramu i više u 2008., što ga čini jednim od najskupljih metala na svijetu.
Značajne primjene renija
Visoki troškovi i nedostatak elementa renija ograničavaju njegovu primjenu; ipak, zbog svojih komponenti visoke točke tališta i otpornosti na visoke temperature, renij je neophodan u proizvodnji termoparova za mjerenje visokih temperatura u neoksidiranoj atmosferi. Oko 70% svjetske proizvodnje renija koristi se za proizvodnju dijelova mlaznog motora. Katalizatori platine i renija pomažu u proizvodnji visokooktanskog benzina koji je bez olova.
legure
Dodavanje ovog elementa u superlegure na bazi nikla poboljšalo je njegovu snagu. Super-legure imaju 3-6% renija. Super-legure treće generacije sa 6% renija koriste se u izgradnji dijelova motora F-35 i F-22, dok dijelovi motora F-16 i F-15 imaju super generacije druge generacije s 3% renija. Proizvođači dodaju renijum drugim superzlitinama poput CMSX-10 i CMSX-4 koje koriste u izradi raznih industrijskih plinskih turbina kao što je GE 7FA. Renij može super-legure učiniti mikrostrukturno nestabilnima i tako stvoriti nepoželjne topološki zatvorene (TCP) faze. Za poboljšanu stabilnost, rutenij se dodaje superallogama 4. i 5. generacije.
Dodavanje renija u volfram poboljšava njegova svojstva; na taj način se legure volfram-renij duktilne i s njima lako rukovati pri niskim temperaturama. Stabilnost volframa pri visokim temperaturama raste s dodatkom renija. Ravnoteža ovih legura volframa i renija poboljšava se s povećanjem koncentracija renija, zbog čega legura volfram-renija ima 27% renija, što je njihova granica topljivosti. Dodavanje renija u volfram omogućuje kompozitima zadovoljavanje specifičnih funkcija kao što su poboljšana duktilnost, veća otpornost i superiorna otpornost na vibracije. Brojni rendgenski izvori koriste legure volfram-renijuma. Veća točka taljenja ovih metala stabilizira njihove atome u odnosu na produljeni udar elektrona.
katalizatori
Proces katalitičkog reformiranja (proces pretvaranja nisko-oktanskog naftnog benzina u visoko-oktanske produkte) koristi legure renij-platine kao katalizator. Globalno, preko 30% katalizatora korištenih u procesu katalitičkog reformiranja ima renij. Olefinska metateza (organski proces koji podrazumijeva preraspodjelu olefina regeneracijom i odvajanjem dvostruke veze ugljik-ugljik) koristi katalizatore na bazi renija. Brojni procesi hidrogenacije koriste renijske katalizatore jer su otporni na sve oblike kemijskog trovanja fosforom, sumporom i dušikom.
Ostale aplikacije
Izotopi Re-188 i Re-186 su radioaktivni izotopi renija koji se koriste u liječenju raka jetre. Iako ovi izotopi imaju sličnu dubinu prodiranja u tkivo (Re-188 za 10 mm i Re-186 za 5 mm), Re-186 ima duži životni vijek. Listeria monocytogenes pomaže u davanju Re-188 u tijelo tijekom eksperimentalnog liječenja raka gušterače. Renij savršeno funkcionira kao zamjena za tehnecij, u procesu radio-ljekarne, jer ima duži poluživot.
