Mis on reenium ja millised on selle rakendused?
Reenium on teine viimane element, millel on Maal kunagi avastatud stabiilne isotoop. Teadlased avastasid reneeni 1908. aastal. See keemiline ühend nimetatakse Reini jõe järgi Euroopas. Reenium on raskemetall, mis kuulub perioodilise tabeli 7. rühma üleminekumetalli kolmandasse ritta. Selle keemilise elemendi sümboliks on Re. Standardkontsentratsiooniga 1ppb (osa miljardi kohta) on see element üheks haruldaseks metalliks, millel on 2. kõrgeim keemistemperatuur ja kõigi elementide 3. kõrgeim sulamispunkt. Metall sarnaneb keemiliselt technetiumile ja mangaanile ning see on vase ja molübdeenimaagi rafineerimise ja ekstraheerimise kõrvalsaadus.
Reeniumi omadused
Reenium on hõbedase valge värvusega ja selle süsiniku ja volframi järel on kolmandal kõrgemal sulamistemperatuur. Re on neljas tihedam element maa peal pärast Osmiumi, Iridiumi ja plaatinat. Reeniumil on kuusnurkne tihedalt pakitud kristallstruktuur, millele on lisatud võre parameeter c = 445, 6pm ja a = 276.1pm. Kaubanduslikult eksisteerib reenium pulbrilisel kujul, kuid seda saab konsolideerida paagutamise ja pressimisega vesiniku või vaakumi atmosfääris. Konsolideerimisprotsess annab väikese tahke aine, mille tihedus on üle 90% metallist. Kuumutamisel kipub see element olema paindlik ja kergesti rullitav, rullitav ja isegi painutatud. Volfram-reenium ja reenium-molübdeenisulamid on suurepärased juhid. Toatemperatuuril, atmosfäärirõhul ja lahtiselt, võib see element vastu seista vesikeskkonnale, lahjendatud lämmastikhappele, väävelhappele, leelistele ja vesinikkloriidhappele.
Kui palju on stabiilseid isotoope?
Reeniumil on ainult üks stabiilne isotoop (Renium-185), mis on üks kõige harvem elemente, mis on leitud ainult kahes telluuri ja indiumi elemendis. Looduslikult leitud reenium-187 on ainult 62, 6% ja reenium-185 on 37, 4%, mis on väga ebastabiilsed väga pika poolestusajaga (1010 aastat), mida mõjutab aatomilaengu seisund. Reenium-186 isotoopil on pikim poolväärtusaeg 200 000 aastat. Reeniumil on rohkem kui 25 tunnustatud radioaktiivset isotoopi.
Kus on reenium kaevandatud?
Keskmine kontsentratsioon 1ppb (muud allikad, mis tsiteerivad 0, 5 pp), on reenium 77. kõige haruldasem element maakoores. See metall ei ole looduses vabalt leitav; see esineb kogustes 0, 2% molübdeniidis. Tšiilis oli kõige olulisemad reeniumireservid nende vaskmaakide kaevandustes ja oli 2005. aastast tipptootja. Esimene teadaolev reeniumsulfiid mineraal moodustus Kudriavy vulkaanis Iturp Islandis Venemaal 1994. aastal. reumiumdisulfiid, mis kondenseerub fumaroolidest.
Kuidas reenium ekstraheeritakse molübdeenist?
Kaubanduslik reenium kaevandatakse vasksulfiidis sisalduvast molübdeengaasist (röster-suits) ja mitmesugustel molübdeenimaagidel on maksimaalselt 0, 2% reenium. Perenhape ja reenium VII oksiid lahustuvad vees ja seetõttu filtreeritakse need suitsugaasidest tolmuga ja sadestatakse seejärel ammoonium- või kaaliumkloriid perrenaatsooladena, mis puhastatakse ümberkristallimise teel. Selle elemendi aastane kogutoodang on 40–60 tonni aastas, kusjuures esmatootjad on Poola, Peruu, Ameerika Ühendriigid ja Tšiili. Umbes 10 tonni reeniumit saadakse igal aastal Pt-Re katalüsaatori päästmisest erinevate erandlike sulamitega. Reneeni metallkonstruktsioon luuakse, ammendades ammooniumperrenaadi vesiniku kaudu äärmiselt kõrgetel temperatuuridel. Selle metalli hind tõusis aastatel 2003–2006 vahemikus 1000–2000 dollarit kilogrammi kohta 2008. aastal 10 000 dollarini kilogrammi kohta, mis teeb selle üheks maailma kõige kallimaks metalliks.
Reeniumi olulised rakendused
Reniumi elemendi suured kulud ja puudus piiravad selle rakendusi; sellest hoolimata on kõrge sulamistemperatuuriga ja kõrge temperatuuriga komponentide tõttu reenium asendamatu, et valmistada termoelemente kõrgete temperatuuride mõõtmiseks oksüdeerimata atmosfääris. Umbes 70% reenia kogutoodangust kasutatakse reaktiivmootori osade tootmiseks. Plaatina-reeniumkatalüsaatorid aitavad kaasa kõrge oktaanarvuga bensiini tootmisele, mis on pliivaba.
Sulamid
Selle elemendi lisamine nikkelipõhistes supersulamites on aidanud parandada selle tugevust. Super-sulamitel on 3-6% reeniumit. Kolmanda põlvkonna 6% reeniumi sisaldavaid supersulame kasutatakse F-35 ja F-22 mootori osade ehitamisel, samas kui F-16 ja F-15 mootoriosadel on teise põlvkonna supersulamid, milles on 3% reeniumi. Tootjad lisavad reeniumit muudele supersulamitele nagu CMSX-10 ja CMSX-4, mida nad kasutavad erinevate tööstuslike gaasiturbiinmootorite valmistamisel, nagu GE 7FA. Reenium võib muuta super-sulamid mikro-struktuurselt ebastabiilseks, moodustades seega soovimatu topoloogiliselt tihedalt pakitud (TCP) faasi. Parema stabiilsuse tagamiseks lisatakse 4. ja 5. põlvkonna supersulamitele ruteenium.
Reneeni lisamine volframisse aitab parandada selle omadusi; seega muutes volfram-reeniumisulamid plastiliseks ja kergesti töötamiseks madalatel temperatuuridel. Volframi stabiilsus kõrgetel temperatuuridel kasvab reeniumiga. Nende volframi-reeniumisulamite tasakaal paraneb reeniumikontsentratsioonide suurenemise tõttu, mistõttu on volfram-reeniumisulamil 27% reenium, mis on nende lahustuvuspiir. Reneeni lisamine volframile võimaldab komposiitidel täita spetsiifilisi funktsioone, nagu näiteks kõrgem elastsus, kõrgem takistus ja parem vibratsioonikindlus. Paljud röntgenkiirguse allikad kasutavad volfram-reeniumisulamid. Nende metallide kõrgem sulamispunkt stabiliseerib nende aatomid pikema elektronmõjuga.
Katalüsaatorid
Katalüütiline reformimisprotsess (madala oktaanarvuga naftabensiini kõrge oktaanarvuga produktide muundamise protsess) kasutab katalüsaatorina reenium-plaatina sulameid. Üle 30% katalüütilisel reformimisel kasutatud katalüsaatoritel on reenium. Olefini metatees (orgaaniline protsess, mis hõlmab olefiinide ümberjaotamist süsinik-süsinik kaksiksideme regenereerimise ja lõhustamisega) kasutab reeniumipõhiseid katalüsaatoreid. Paljud hüdrogeenimisprotsessid kasutavad reeniumkatalüsaatoreid, sest nad on resistentsed fosfori, väävli ja lämmastiku kõigi keemilise mürgistuse vormide suhtes.
Muud rakendused
Re-188 ja Re-186 isotoopid on maksavähi ravis kasutatavad radioaktiivsed reeniumisotoopid. Kuigi nendel isotoopidel on sarnane kudede läbitungimissügavus (Re-188 10mm ja Re-186 5mm), on Re-186 pikem eluiga. Listeria monocytogenes aitab edastada Re-188 organismi pankrease vähi eksperimentaalse ravi ajal. Reenium toimib suurepäraselt tehnetiumi asendajana, apteekide protsessis, sest sellel on pikem poolväärtusaeg.
