Reni

Reni
75Re
tungstè ← reni → osmi Tc ↑ Re ↓ Bh Taula periòdica
Aspecte
Blanc platejat Barres de cristall de reni i un cub d'1 cm³ Línies espectrals del reni
Propietats generals
Nom, símbol, nombre	Reni, Re, 75
Categoria d'elements	Metalls de transició
Grup, període, bloc	7, 6, d
Pes atòmic estàndard	186,207
Configuració electrònica	[Xe] 4f14 5d5 6s2 2, 8, 18, 32, 13, 2
Propietats físiques
Fase	Sòlid
Densitat (prop de la t. a.)	21,02 g·cm−3
Densitat del líquid en el p. f.	18,9 g·cm−3
Punt de fusió	3.459 K, 3.186 °C
Punt d'ebullició	5.869 K, 5.596 °C
Entalpia de fusió	60,43 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització	704 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar	25,48 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K) 3.303 3.614 4.009 4.500 5.127 5.954
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, -1 (òxid àcid feble)
Electronegativitat	1,9 (escala de Pauling)
Energies d'ionització (més)	1a: 760 kJ·mol−1
	2a: 1.260 kJ·mol−1
	3a: 2.510 kJ·mol−1
Radi atòmic	137 pm
Radi covalent	151±7 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Hexagonal
Ordenació magnètica	Paramagnètic
Resistivitat elèctrica	(20 °C) 193 nΩ·m
Conductivitat tèrmica	48,0 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica	6,2 µm/(m·K)
Velocitat del so (barra prima)	(20 °C) 4.700 m·s−1
Mòdul d'elasticitat	463 GPa
Mòdul de cisallament	178 GPa
Mòdul de compressibilitat	370 GPa
Coeficient de Poisson	0,30
Duresa de Mohs	7,0
Duresa de Vickers	2.450 MPa
Duresa de Brinell	1.320 MPa
Nombre CAS	7440-15-5
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del reni
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD 185Re 37,4% 185Re és estable amb 110 neutrons 187Re 62,6% 4,12×1010 a α 1,653 183Ta β− 0,0026 187Os

El reni és un element químic de nombre atòmic 75 situat en el grup 7 de la taula periòdica dels elements, que té com a símbol Re. És un metall de transició blanc argentat, molt dens i de molt alt punt de fusió, que es troba rarament en la natura. Fou l'últim element natural en ser descobert. Els descobridors foren els alemanys Walter Noddack, Ida Tacke i Otto Berg el 1925. El reni s'obté com a subproducte del tractament de minerals de molibdè, essencialment del mineral molibdenita. S'empra principalment en superaliatges i formant part de catalitzadors.

Història

A principis del segle XX la taula periòdica tenia dos llocs vacants per sota del manganès, al grup 7è períodes 5 i 6, i la troballa d'aquests elements que mancaven, el tecneci i el reni, fou difícil. El reni era el situat més avall i, de fet, fou el darrer element estable natural, no radioactiu, que es descobrí. El 1905, el químic japonès Masataka Ogawa (1865-1930) trobà un element desconegut al mineral torianita, òxid de tori, de Sri Lanka, a partir de les línies del seu espectre atòmic. Pensà erròniament que era l'element situat a sota del manganès i l'anomenà niponi, en honor del Japó. D'altre científic trobà aquest suposat nou element i la recerca d'Ogawa fou oblidada. Tanmateix, una revisió dels espectres fotogràfics originals d'Ogawa el 2004 demostraren que havia descobert el reni.

Els químics alemanys Walter Noddack (1893-1960), Ida Tacke (1896-1978) que treballaven al Physikalisch-Technischen Reichsanstalt de l'Institut de Fisicoquímica de la Universitat de Berlín, aconseguiren aïllar el reni al maig de 1925. Fou confirmat espectroscòpicament pel químic alemany Otto Berg (1873-1939) de la companyia Siemens i Halske de Berlín. El concentraren a partir del mineral gadolinita en què era una impuresa. El 1928 aconseguiren aïllar-ne un gram a partir de 660 kg de molibdenita. El batejaren reni, a partir del llatí Rhenus, el nom el riu Rin que travessa Alemanya de sud a nord.

Estat natural i obtenció

Reniïta

El reni és un element molt rar, ocupa la posició 77a en l'ordre d'abundància dels elements químics a l'escorça de la Terra. Hom el troba només al reni natiu i a dos minerals a la natura, a la reniïta, sulfur de reni(IV) ${\ce {ReS2}}$ on hi representa el 74,38 % en massa i a la tarkianita, un altre sulfur de reni i altres elements de fórmula ${\ce {(Cu,Fe)(Re,Mo)4S8}}$, on hi és present en un 54,73 %.

Perrenat d'amoni

El reni s'extreu majoritàriament de la molibdenita on hi és present en unes 20 parts per milió. La separació del reni es duu a terme per la concentració de l'òxid de reni(VII) ${\ce {Re2O7}}$, que és volàtil, de la pols de combustió i els gasos que es produeixen durant la fosa de de molibdenita o de la seva concentració amb els metalls de platí als fangs de l'ànode durant la refinació electrolítica de coure. La pols de metall negre s'extreu dels gasos i de la pols mitjançant la lixiviació o fregament amb aigua per dissoldre l'òxid de reni(VII), que al seu torn es pot convertir en perrenat d'amoni, ${\ce {NH4ReO4}}$, i després reduir-se al metall amb hidrogen. La pols es pot comprimir i sinteritzar en barres en hidrogen a temperatures elevades. El treball en fred i el recuit permeten la fabricació de filferro o làmina.

El principal productor de reni el 2019 fou Xile, amb 27 tones; seguit de Polònia amb 9,3 tones i els EUA amb 8,4 tones. La producció total el 2019 fou de 49 tones. Les reserves mundial es calculen en 2 400 tones (1300 a Xile, 400 als EUA, 310 a Rússia, 190 a Kazakhstan i la resta en altres països).

Propietats principals

Propietats físiques

El reni és un metall blanc argentat, brillant, amb una densitat molt alta de 20,8 g/cm³, només superat pel platí, l'iridi i l'osmi, i té un dels punts de fusió més alts de tots els metalls, 3185 °C, només superat pel wolframi. El seu punt d'ebullició també és elevat, 5596 °C. Es presenten en un ampli rang d'estats d'oxidació: -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6 i +7, i els més comuns en són el +7, +6, +4, +2 i -1.

Se sol comercialitzar en forma de pols, però es pot obtindre en forma compacta, amb una major densitat. Quan s'escalfa i es torna a refredar, resulta ser dúctil, per la qual cosa es pot treballar amb aquest. Els aliatges de reni-molibdè són superconductors a 10 K.

Propietats químiques

El reni és menys reactiu a l'aire que el manganès, que es troba a dos llocs per sobre del reni a la taula periòdica. És tan reactiu com el tecneci, que es troba immediatament per sobre del reni a la taula periòdica. Com a tal, reacciona molt lentament en aire humit. A la pràctica, sovint el reni es subministra com a pols o com a esponja, i en aquesta forma és molt més reactiu. Quan s'escalfa amb oxigen el resultat és l'òxid de reni(VII):

$${\ce {4Re(s) + 7O2(g) -> 2Re2O7(s)}}$$

Òxid de reni(VI)

En condicions normals, el reni no reacciona amb l'aigua.

Quan s'escalfa amb fluor, el resultat és una barreja de fluorur de reni(VI), i fluorur de reni(VII):

$${\ce {Re(s) + 3F2(g) -> ReF6(s)}}$$

$${\ce {2Re(s) + 7F2(g) -> 2ReF7(s)}}$$

Si la reacció amb el fluor es realitza a pressió a 400 ° C, l'únic producte és el fluorur de reni(VII), ${\ce {ReF7}}$. Es dissol en aigua de brom tèbia.

De forma similar al tecneci, immediatament per sobre del reni a la taula periòdica, el reni és insoluble en àcid clorhídric i àcid fluorhídric. Es dissol en àcid nítric o àcid sulfúric concentrat, ambdós oxidants, per formar solucions d'àcid perrènic, ${\ce {HReO4}}$. D'aquesta forma, el reni està en estat d'oxidació formal + 7.

Isòtops

A la naturalesa hom troba dos isòtops, el reni 185, amb una abundància del 37,40 % i que és estable; el el reni 187, el més abundant, 62,6 %, que és inestable, però amb un període de semidesintegració molt elevat, de 4,5×10¹⁰ anys. Es coneixen uns altres 26 isòtops inestables.

Aplicacions

Indústria metal·lúrgica

Turbina d'avió on s'aprecien els àleps

La principal aplicació del reni (70 %) és la fabricació de superaliatges, amb níquel, cobalt i molibdè, molt resistents al calor, per a motors de reacció d'avions. Si els àleps de les turbines d'aquests motors no portessin reni, no podrien superar temperatures per sobre dels 1500 °C; amb reni, poden arribar a 1610 °C, millorant l'estalvi de combustible entre el 40 % i el 60 %, a més de duplicar la potència, l'empenta i reduir l'emissió de diòxid de carboni fins al 64 %.

Altres usos

Amb el reni i el tungstè es fabriquen termoparells per mesurar temperatures de fins a 2760 °C. S'usa també com a catalitzador en la destil·lació del cru del petroli per produir benzines d'alt octanatge i benzines sense plom. Intervé també en la fabricació de gresols i contactes elèctrics que han de resistir temperatures molt altes.

Referències

Viccionari