Рений

Ре́ний

(Rhenium)

Re, химический элемент VII группы периодической системы Менделеева, атомный номер 75, атомная масса 186,207. Светло-серый металл. В природном Р. два изотопа: стабильный ¹⁸⁵Re (37,07%) и слаборадиоактивный ¹⁸⁷Re (с периодом полураспада T_1/2 = 10¹¹ лет).

В 1871 Д. И. Менделеев предсказал существование элемента с атомным весом 190 — аналога марганца — и назвал его «тримарганцем». В последующие годы появлялось много недостоверных сообщений об открытии этого элемента. Но лишь в 1925 нем. химики И. и В. Ноддак обнаружили его спектральным методом в минерале колумбите. Название Р. происходит от латинского наименования р. Рейн (Rhenus) в Германии.

Распространение в природе. Р. — типичный рассеянный элемент (См. Рассеянные элементы). Среднее содержание его в земной коре 7․10⁸% по массе. Известны три минерала Р. — окисел, сульфид и сульфоренат меди CuReS₄ (минерал джезказганит). Как примесь Р. встречается в минералах других[ элементов; его повышенные концентрации отмечены в колумбитах, танталитах, цирконатах, минералах редких земель, сульфидах меди и особенно в молибдените MoS₂ (от 0,1 до 10^-5%). Связь Р. с молибденитом обусловлена изоморфизмом MoS₂ и ReS₂. Важный источник Р. — некоторые медные сульфидные концентраты (0,002—0,005% Re).

Физические и химические свойства. Р. кристаллизуется в гексагональной плотноупакованной решётке (а = 2,760 Å, с = 4,458 Å). Атомный радиус 1,373 Å, ионный радиус Re⁷⁺ 0,56 Å. Плотность 21,03 г/см³, t_пл = 3180 ± 20 °С, t_kип= 5900 °С. Удельная теплоёмкость 153 дж/(кг․К), или 0,03653 кал/(г․град) (0—1200 °С). Термический коэффициент линейного расширения 6,7․10^-6 (20—500 °С). Удельное объёмное электрическое сопротивление 19,3․10^-6 ом․см (20 °С). температура перехода в состояние сверхпроводимости 1,699 К; работа выхода 4,80 эв, парамагнитен.

По тугоплавкости Р. уступает лишь вольфраму. В отличие от вольфрама, Р. пластичен в литом и рекристаллизованном состоянии и деформируется на холоду. Модуль упругости Р. 470 Гн/м², или 47 000 кгс/мм² (выше, чем у других металлов, за исключением Os и Ir). Это обусловливает высокое сопротивление деформации и быстрый наклёп при обработке давлением. Р. отличается высокой длительной прочностью при температурах 1000—2000 °С.

У атома Re семь внешних электронов; конфигурация высших энергетических уровней 5d⁵6s². На воздухе при обычной температуре Р. устойчив. Окисление металла с образованием окислов (ReOs, Re₂O₇) наблюдается начиная с 300 °С и интенсивно протекает выше 600 °С. С водородом Р. не реагирует вплоть до температуры плавления. С азотом не взаимодействует вообще. Р., в отличие от других тугоплавких металлов, не образует карбидов. Фтор и хлор реагируют с Р. при нагревании с образованием ReFe и ReCl₅, с бромом и йодом металл непосредственно не взаимодействует. Пары серы при 700—800 °С дают с Р. сульфид ReS₂.

Р. не корродирует в соляной и плавиковой кислотах любых концентраций на холоду и при нагревании до 100 °С. В азотной кислоте, горячей концентрированной серной кислоте, в перекиси водорода металл растворяется с образованием рениевой кислоты. В растворах щелочей при нагревании Р. медленно корродирует, расплавленные щёлочи растворяют его быстро.

Для Р. известны все валентные состояния от +7 до —1, что обусловливает многочисленность и разнообразие его соединений. Наиболее устойчивы соединения семивалентного Р. Рениевый ангидрид ReO₇ — светло-жёлтое вещество, хорошо растворимое в воде. Рениевая кислота HReO₄ — бесцветная, сильная; сравнительно слабый окислитель (в отличие от марганцевой HMnO₄). При взаимодействии HReO₄ с щелочами, окислами или карбонатами металлов образуются её соли — перренаты. Соединения иных степеней окисления Р. — оранжево-красная трёхокись ReO₃, тёмно-коричневая двуокись ReO2, легколетучие хлориды и оксихлориды ReCI₅, ReOCl₄, ReO₃CI и др.

Получение и применение. Основным источником Р. служат молибденитовые концентраты (с содержанием Re 0,01—0,04%) и медные концентраты некоторых месторождений меди (с содержанием Re 0,002—0,003%). При окислительном обжиге молибденитовых концентратов (см. Молибден) Р. удаляется с печными газами в виде Re₂O₇(t_кип 360 °С), которая концентрируется в продуктах пылеуловительных систем (шламах, растворах). На различных стадиях производства черновой меди из концентратов Р. также удаляется с газами. Если печные газы направляются в производство серной кислоты (См. Сернистая кислота), Р. концентрируется в промывной кислоте электрофильтров. Для извлечения Р. из пылей и шламов применяют выщелачивание слабой H₂SO₄ с добавкой окислителя — пиролюзита. Из полученных растворов, а также из промывной серной кислоты Р. извлекают сорбцией или экстракцией. Конечным продуктом является перренат аммония NH₄ReO₄. Восстанавливая его водородом, получают порошок P., превращаемый затем в компактные заготовки методом порошковой металлургии. Применяют также плавку Р. в электроннолучевых печах. Как тугоплавкий металл P., а также сплавы W с Re используют в производстве электронных приборов. Кроме того, из Р. и его сплавов с W изготавливают термопары для измерения температур до 2500 °С, электроконтакты и детали точных приборов. Сплавы Re с W, Mo, Ta отличаются высокой жаропрочностью. Они применяются в авиа- и космической технике. Р. и его соединения используются в качестве эффективных катализаторов при крекинге нефти.

Лит.: Друце И., Рений, пер. с англ., М., 1951; Лебедев К. Б., Рений, М., 1963; Савицкий Е. М., Тылкина М. А., Поварова К. Б., Сплавы рения, М., 1965; Труды III Всесоюзного совещания по проблеме рения, ч. 1—2, М., 1970.

А. Н. Зеликман.