รีเนียม: การค้นพบคุณสมบัติโครงสร้างการใช้งาน - เคมี - 2025

รีเนียมเป็นธาตุโลหะที่มีสัญลักษณ์ทางเคมีคือเรื่องและวางไว้ในกลุ่ม 7 ของตารางธาตุสองสถานที่ด้านล่างแมงกานีส มันใช้ร่วมกับสิ่งนี้และเทคนีเทียมคุณสมบัติของการแสดงตัวเลขหลายตัวหรือสถานะออกซิเดชันตั้งแต่ +1 ถึง +7 นอกจากนี้ยังมีรูปแบบที่เรียกว่าแอนไอออน perrhenate, REO ₄ ^-คล้ายกับแมง, MnO ₄ -

โลหะชนิดนี้เป็นหนึ่งในชนิดที่หายากและเป็นแผลเป็นดังนั้นราคาจึงสูง สกัดเป็นผลพลอยได้จากการขุดโมลิบดีนัมและทองแดง คุณสมบัติที่เกี่ยวข้องมากที่สุดอย่างหนึ่งของรีเนียมคือมีจุดหลอมเหลวสูงซึ่งแทบจะไม่เกินคาร์บอนและทังสเตนและมีความหนาแน่นสูงซึ่งเป็นสองเท่าของตะกั่ว

ทรงกลมโลหะรีเนียม. ที่มา: ภาพความละเอียดสูงขององค์ประกอบทางเคมี / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

การค้นพบของเขามีความขัดแย้งและน่าเสียดาย ชื่อ 'รีเนียม' มาจากคำภาษาละติน 'rhenus' ซึ่งหมายถึงแม่น้ำไรน์ซึ่งเป็นแม่น้ำที่มีชื่อเสียงของเยอรมันซึ่งอยู่ใกล้กับสถานที่ซึ่งนักเคมีชาวเยอรมันที่แยกและระบุองค์ประกอบใหม่นี้ได้ทำงาน

รีเนียมมีประโยชน์มากมายซึ่งการปรับแต่งจำนวนออกเทนของน้ำมันเบนซินนั้นโดดเด่นเช่นเดียวกับในการผลิตซูเปอร์อัลลอยด์ทนไฟซึ่งกำหนดไว้สำหรับการประกอบกังหันและเครื่องยนต์ของเรือการบินและอวกาศ

การค้นพบ

การดำรงอยู่ของธาตุหนักสองชนิดที่มีลักษณะทางเคมีคล้ายกับแมงกานีสได้รับการทำนายไว้แล้วตั้งแต่ปี พ.ศ. 2412 ผ่านตารางธาตุของ Dmitri Mendeleev นักเคมีชาวรัสเซีย อย่างไรก็ตามในเวลานั้นยังไม่ทราบว่าเลขอะตอมของมันควรเป็นเท่าใด และในปีพ. ศ. 2456 ได้มีการนำคำทำนายของเฮนรีโมสลีย์นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษมาใช้

ตาม Moseley องค์ประกอบทั้งสองนี้ที่อยู่ในกลุ่มแมงกานีสต้องมีเลขอะตอม 43 และ 75

อย่างไรก็ตามสองสามปีก่อนหน้านี้ Masataka Ogawa นักเคมีชาวญี่ปุ่นได้ค้นพบธาตุที่ควรจะเป็น 43 ในตัวอย่างของแร่ torianite หลังจากประกาศผลในปี 1908 เขาต้องการบัพติศมาองค์ประกอบนี้ด้วยชื่อ 'นิโปนิโอ' น่าเสียดายที่นักเคมีในเวลานั้นพิสูจน์แล้วว่า Ogawa ไม่ได้ค้นพบธาตุ 43

เมื่อปีพ. ศ. 2468 นักเคมีชาวเยอรมันสามคน: Walter Noddack, Ida Noddack และ Otto Berg พบองค์ประกอบ 75 ในตัวอย่างแร่ของ columbite, gadolinite และ molybdenite สิ่งเหล่านี้ทำให้เขาได้ชื่อว่ารีเนียมเพื่อเป็นเกียรติแก่แม่น้ำไรน์แห่งเยอรมนี ('Rhenus' ในภาษาละติน)

ความผิดพลาดของ Masataka Ogawa คือการระบุองค์ประกอบผิดพลาด: เขาได้ค้นพบรีเนียมไม่ใช่ธาตุ 43 ซึ่งในปัจจุบันเรียกว่าเทคนีเทียม

คุณสมบัติของรีเนียม

สถานการณ์รีเนียมในตารางธาตุ ต้นฉบับ: Ahoerstemeier เวกเตอร์: Sushant savla / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

ลักษณะทางกายภาพ

โดยปกติแล้วรีเนียมจะวางตลาดเป็นผงสีเทา ชิ้นโลหะของมันโดยทั่วไปเป็นทรงกลมหยดน้ำมีสีเทาเงินซึ่งมีความแวววาวสูงเช่นกัน

มวลโมลาร์

186.207 ก. / โมล

เลขอะตอม

75

จุดหลอมเหลว

3186 ºC

จุดเดือด

5630 ºC

ความหนาแน่น

- ที่อุณหภูมิห้อง: 21.02 ก. / ซม. ³

- ตรงจุดหลอมเหลว: 18.9 ก. / ซม. ³

รีเนียมเป็นโลหะที่มีความหนาแน่นมากกว่าตะกั่วเกือบสองเท่า ดังนั้นทรงกลมของรีเนียมที่มีน้ำหนัก 1 กรัมจึงสามารถเทียบเคียงได้กับผลึกตะกั่วที่มีมวลเท่ากัน

อิเล็ก

1.9 ในระดับ Pauling

พลังงานไอออไนเซชัน

แรก: 760 kJ / mol

วินาที: 1260 kJ / mol

ที่สาม: 2510 kJ / mol

ความจุความร้อนกราม

25.48 J / (โมล K)

การนำความร้อน

48.0 W / (ม. K)

ความต้านทานไฟฟ้า

193 nΩม

ความแข็ง Mohs

7

ไอโซโทป

อะตอมของรีเนียมเกิดขึ้นในธรรมชาติโดยมีไอโซโทปสองไอโซโทปคือ¹⁸⁵ Re โดยมีจำนวนมากถึง 37.4% และ¹⁸⁷ Re มีจำนวนมาก 62.6% รีเนียมเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่มีไอโซโทปมากที่สุดคือกัมมันตภาพรังสี อย่างไรก็ตามครึ่งชีวิตของ¹⁸⁷ Re นั้นยาวนานมาก (4.12 · 10 ¹⁰ปี) ดังนั้นจึงถือว่ามีเสถียรภาพในทางปฏิบัติ

การเกิดปฏิกิริยา

โลหะรีเนียมเป็นวัสดุที่ทนทานต่อการเกิดสนิม เมื่อเป็นเช่นนั้นออกไซด์ของมัน Re ₂ O _{7 จะ}ระเหยที่อุณหภูมิสูงและไหม้ด้วยเปลวไฟสีเขียวอมเหลือง ชิ้นส่วนรีเนียมต้านทานการโจมตีของ HNO ₃เข้มข้น แต่เมื่อร้อนมันจะละลายเพื่อสร้างกรดรีนิกและไนโตรเจนไดออกไซด์ซึ่งจะทำให้สารละลายเป็นสีน้ำตาล:

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

เคมีของรีเนียมมีมากมายเนื่องจากสามารถสร้างสารประกอบที่มีเลขออกซิเดชันได้หลากหลายเช่นเดียวกับการสร้างพันธะสี่เท่าระหว่างอะตอมรีเนียมสองอะตอม (พันธะโควาเลนต์ Re-Re สี่พันธะ)

โครงสร้างและการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์

เปลือกอิเล็กตรอนของรีเนียม ผู้แต่ง: ผู้ใช้: GregRobson (Greg Robson) วิกิมีเดียคอมมอนส์

อะตอมของรีเนียมจะรวมกลุ่มกันเป็นผลึกเพื่อสร้างโครงสร้างหกเหลี่ยมขนาดกะทัดรัด hcp ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือมีความหนาแน่นมาก สิ่งนี้สอดคล้องกับข้อเท็จจริงที่ว่ามันเป็นโลหะที่มีความหนาแน่นสูง พันธะโลหะผลพลอยได้จากการทับซ้อนกันของวงโคจรภายนอกทำให้อะตอมของ Re เหนียวแน่น

ในพันธะโลหะนี้ Re-Re เวเลนซ์อิเล็กตรอนเข้าร่วมซึ่งเป็นไปตามโครงร่างอิเล็กทรอนิกส์:

4f ¹⁴ 5d ⁵ 6s ²

โดยหลักการแล้วมันคือวงโคจร 5d และ 6s ที่ทับซ้อนกันเพื่อกระชับอะตอม Re ในโครงสร้าง hcp สังเกตว่าอิเล็กตรอนของมันรวมกันเป็น 7 ตัวซึ่งสอดคล้องกับจำนวนกลุ่มของมันในตารางธาตุ

เลขออกซิเดชัน

การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ของรีเนียมช่วยให้หนึ่งที่จะเห็นได้ในครั้งเดียวที่อะตอมของมันคือความสามารถในการสูญเสียถึง 7 อิเล็กตรอนจะกลายเป็นไอออนบวกสมมุติเรื่อง7+เมื่อสมมติว่ามีการดำรงอยู่ของ Re ⁷⁺ในสารประกอบรีเนียมใด ๆ ตัวอย่างเช่นใน Re ₂ O ₇ (Re ₂ ⁷⁺ O ₇ ^2- ) กล่าวว่ามีเลขออกซิเดชันเป็น +7, Re ( VII)

เลขออกซิเดชันบวกอื่น ๆ สำหรับรีเนียม ได้แก่ +1 (Re ⁺ ), +2 (Re ²⁺ ), +3 (Re ³⁺ ) และอื่น ๆ จนถึง +7 นอกจากนี้รีเนียมยังสามารถรับอิเล็กตรอนได้โดยการกลายเป็นแอนไอออน ในกรณีเหล่านี้กล่าวว่ามีเลขออกซิเดชันเป็นลบ: -3 (Re ^3- ), -2 (Re ^2- ) และ -1 (Re ^- )

การประยุกต์ใช้งาน

เบนซิน

รีเนียมร่วมกับแพลทินัมถูกใช้เพื่อสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาที่เพิ่มค่าออกเทนของน้ำมันเบนซินในขณะที่ลดปริมาณตะกั่ว ในทางกลับกันตัวเร่งปฏิกิริยารีเนียมใช้สำหรับปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนหลายชนิดเนื่องจากความต้านทานต่อการถูกพิษจากไนโตรเจนฟอสฟอรัสและกำมะถัน

ซูเปอร์อัลลอยทนไฟ

รีเนียมเป็นโลหะทนไฟเนื่องจากมีจุดหลอมเหลวสูง นั่นคือเหตุผลที่มีการเพิ่มโลหะผสมนิกเกิลเพื่อให้วัสดุทนไฟและทนต่อแรงกดดันและอุณหภูมิสูง ซูเปอร์อัลลอยเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการออกแบบกังหันและเครื่องยนต์สำหรับยานอวกาศ

ไส้ทังสเตน

รีเนียมยังสามารถสร้างโลหะผสมด้วยทังสเตนซึ่งช่วยเพิ่มความเหนียวจึงช่วยอำนวยความสะดวกในการผลิตเส้นใย เส้นใยทังสเตนรีเนียมเหล่านี้ใช้เป็นแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์และสำหรับการออกแบบเทอร์โมคับเปิลที่สามารถวัดอุณหภูมิได้สูงถึง 2200 ºC

ในทำนองเดียวกันเส้นใยรีเนียมเหล่านี้เคยใช้กับแสงแฟลชของกล้องถ่ายรูปโบราณและตอนนี้สำหรับหลอดไฟของอุปกรณ์ที่มีความซับซ้อน เช่นเครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์

อ้างอิง

1. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
2. Sarah Pierce (2020) รีเนียม: การใช้ประวัติศาสตร์ข้อเท็จจริงและไอโซโทป ศึกษา. ดึงมาจาก: study.com
3. ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (2020) รีเนียม. PubChem Database., CID = 23947. สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. วิกิพีเดีย (2020) รีเนียม. สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
5. ดร. ดั๊กสจ๊วต (2020) ข้อเท็จจริงของธาตุรีเนียม ดึงมาจาก: chemicool.com
6. Eric Scerri (18 พฤศจิกายน 2551). รีเนียม. เคมีในองค์ประกอบ ดึงมาจาก: chemistryworld.com