Rhenium: Het element

Rhenium (Re) ontdekt in 1925, rhenium (van de rivier de Rhine) is een zilverachtig-wit, zware overgangsmetaal (groep 7, Periodiek systeem). Met een concentratie van 1 deel per miljard (ppb) komt rhenium sporadisch voor in de aardkorst. Smeltpunt en kookpunt is een van de hoogste van alle elementen. Rhenium lijkt chemisch op technetium en mangaan en wordt verkregen als bijproduct van molybdeen-winning en de extractie van koperertsen. Rhenium toont in zijn verbindingen een reeks aan oxidatietoestanden variërend van -1 tot +7.

Plaats van rhenium in het periodieksysteem

Chemische eigenschappen van rhenium

Fysische eigenschappen van rhenium

Mechanische eigenschappen van rhenium

Isotopen van rhenium

Rhenium heeft één stabiele isotoop, namelijk rhenium-185. Natuurlijk voorkomende rhenium bestaat voor 37,4% uit stabiele 185Re en voor 62,6% uit 187Re, die onstabiel is maar met een zeer lange halveringstijd van circa 10↑10 jaar, dat is ongeveer even lang als het heelal oud is en dus als stabiel kan worden beschouwd. Beta verval van 187Re wordt gebruikt voor de "rhenium-osmium" datering van ertsen. De isotoop rhenium-186m is de langst levende metastabiele isotoop met een halfwaardetijd van 200.000 jaar. Er zijn vele andere radioactieve isotopen van rhenium die niet direct van belang zijn.

Voorkomen van rhenium

Het mineraal molybdenietconcentraat (voornamelijk molybdeendisulfide) bevat circa 0,2% rhenium en is een belangrijke Rhenium bron. Chili heeft 's werelds grootste rhenium-voorraad in de aardkorst.

Gebruikeigenschappen van rhenium

Rhenium is een zilverwit metaal en heeft met uitzondering van wolfraam en koolstof de hoogste smeltpunt en kookpunt van de elementen. Het is het element met de hoogste specifiek gewicht, op platina, iridium en osmium na. De handelsvorm vorm van rhenium is een poeder, maar het element kan vast gemaakt worden door persen en sinteren wat resulteert in een taai metaal dat plastisch gedeformeerd kan worden.

Toepassingen van rhenium

• Op nikkel gebaseerde superlegeringen van rhenium worden in verbrandingskamers, turbinebladen en uitlaat mondstukken van straalmotoren gebruikt. Deze legeringen bevatten tot 6% rhenium, de straalmotor fabrikant is een grote gebruiker.
• Vanwege de zeldzaamheid is rhenium een van de duurste metalen. In 1968 werd in de VS 75% van het rhenium gebruikt voor de ontwikkeling van vuurvaste metaallegeringen, superlegeringen die o.a. worden gebruikt voor straalmotor onderdelen.
• Een belangrijke toepassing is in platina-rhenium katalysatoren voor de productie van loodvrije, (hoog octaan) benzine.
• Rhenium-molybdeen legeringen zijn supergeleidend bij 10 K. Wolfraam-rhenium legeringen zijn supergeleidend bij 4-8 K.
• Bij kamertemperatuur en atmosferische druk, is rhenium bestand tegen alkaliën, zwavelzuur, zoutzuur, en verdund salpeterzuur.
• De isotopen 188Re en 186Re zijn radioactief en worden gebruikt voor de behandeling van leverkanker. Beiden hebben ongeveer dezelfde penetratie diepte in weefsel, maar 186Re heeft een langere levensduur (90 uur versus 17 uur). 188Re wordt ook experimenteel gebruikt bij een nieuwe behandeling van alvleesklierkanker.

Verbindingen van rhenium

Rhenium verbindingen zijn bekend voor de oxidatietoestanden tussen -3 en 7 de oxidatietoestanden 7, 6, 4 en 2 zijn de meest voorkomende. Rhenium is meest handel verkrijgbaar als zouten van perrenaat, zoals natrium en ammonium perrenaten. Deze zijn wit, in water oplosbare verbindingen. Rhenium vormt diverse oxyhaliden. De oxychloriden zijn de meest voorkomende en omvatten ReOCl4, ReO3Cl.

Productie van rhenium

De totale wereldproductie ligt tussen de 40 en 50 ton / jaar. Belangrijkste producenten zijn Chili, VS, Peru en Polen. Recycling van Platina-Rhenium katalysatoren en speciale legeringen leveren circa 10 ton per jaar op. De prijs voor rheniummetaal steeg snel van circa $2000 per kg in de periode 2003-2006 tot circa $10000/kg in Februari 2008. Rhenium metaal wordt vooral bereid door reductie van ammoniumperrenaat met waterstof:
2 NH4ReO4 + 7 H2 → 2 Re + 8 H2O + 2 NH3

Metaallegeringen met rhenium als legeringselement

• Van de op nikkel gebaseerde superlegeringen wordt de kruipsterkte verbeterd door toevoeging van 3% of 6% rhenium. Deze legeringen worden gebruikt in de motoren van de straaljagers F-16 en F-15, en in de F-22 en F-35 motoren.
• Rhenium wordt gebruikt in superlegeringen, voor de fabricage van gasturbines.
• De stijgende vraag naar militaire straalmotoren en andere hightech toepassingen maakte het noodzakelijk om superlegeringen te ontwikkelen met een lagere rheniumgehalte vanwege de zeldzaamheid van het element.
• Rhenium verbetert de eigenschappen van wolfraam (tungsten). Wolfraam-rhenium legeringen zijn kneedbaar bij lage temperatuur en grotere bestandigheid tegen hogere temperaturen. Het effect neemt toe met het rhenium gehalte. Er bestaan wolfraamlegeringen tot circa 27% rhenium.
• Rhenium wolfraamlegeringen worden toegepast als thermokoppels bij temperaturen tot 2200 ° C.
• Met rhenium gelegeerd metaal wordt toegepast voor zelfreinigende elektrische contacten die tijdens de extreme omstandigheden bij het schakelen oxideren.

Milieu en gezondheid

Er is weinig bekend over de invloed van rhenium en zijn verbindingen op milieu en gezondheid omdat het kleine hoeveelheden betreft.