الرينيوم: الاكتشاف ، الخصائص ، الهيكل ، الاستخدامات - كيمياء - 2024

و الرنيوم هو العنصر المعدني الذي الكيميائي رمز هو إعادة وضعها في مجموعة 7 من الجدول الدوري، مكانين أدناه المنغنيز. يشترك مع هذا والتكنيشيوم في خاصية إظهار أعداد متعددة أو حالات أكسدة ، من +1 إلى +7. كما أنه يشكل أنيونًا يسمى perrhenate ، ReO ₄ ^- ، مشابه لبرمنجنات ، MnO ₄ ^-.

هذا المعدن من أندر وندرة في الطبيعة لذلك سعره مرتفع. يتم استخراجه كمنتج ثانوي لتعدين الموليبدينوم والنحاس. واحدة من أكثر خصائص الرينيوم ذات الصلة هي درجة انصهاره العالية ، والتي بالكاد يتجاوزها الكربون والتنغستن ، وكثافته العالية ، حيث تبلغ ضعف كثافة الرصاص.

كرة معدن الرينيوم. المصدر: صور عالية الدقة للعناصر الكيميائية / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

اكتشافه له إيحاءات مثيرة للجدل ومؤسفة. اشتق اسم "رينيوم" من الكلمة اللاتينية "رينوس" ، والتي تعني نهر الراين ، النهر الألماني الشهير بالقرب من الموقع الذي عمل فيه الكيميائيون الألمان الذين عزلوا وحددوا هذا العنصر الجديد.

للرينيوم استخدامات عديدة ، من بينها تنقية عدد الأوكتان من البنزين ، وكذلك في تصنيع السبائك الفائقة المقاومة للصهر ، المخصصة لتجميع التوربينات ومحركات السفن الفضائية.

اكتشاف

تم بالفعل التنبؤ بوجود عنصرين ثقلين بخصائص كيميائية مماثلة لتلك الموجودة في المنغنيز منذ سنوات 1869 ، من خلال الجدول الدوري للكيميائي الروسي دميتري مندليف. ومع ذلك ، لم يكن معروفًا في ذلك الوقت ما يجب أن تكون عليه أعدادهم الذرية ؛ وهنا في عام 1913 تم تقديم تنبؤات الفيزيائي الإنجليزي هنري موزلي.

وفقًا لموزلي ، يجب أن يكون لهذين العنصرين المنتمين إلى مجموعة المنغنيز رقمان ذريان 43 و 75.

قبل عامين ، اكتشف الكيميائي الياباني ماساتاكا أوغاوا العنصر المفترض 43 في عينة من معدن توريانيت. بعد إعلان نتائجه عام 1908 ، أراد أن يعمد هذا العنصر باسم "نيبونيو". لسوء الحظ ، أثبت الكيميائيون في ذلك الوقت أن أوجاوا لم يكتشف العنصر 43.

وهكذا ، مرت سنوات أخرى عندما وجد ثلاثة كيميائيين ألمان في عام 1925: والتر نوداك ، وإيدا نوداك ، وأوتو بيرج ، العنصر 75 في عينات معدنية من الكولومبيت والجادولينيت والموليبدينيت. أطلقوا عليه اسم الرينيوم تكريما لنهر الراين في ألمانيا ("رينوس" باللاتينية).

كان خطأ ماساتاكا أوغاوا هو أنه أخطأ في التعرف على العنصر: لقد اكتشف الرينيوم ، وليس العنصر 43 ، الذي يسمى اليوم التكنيتيوم.

خصائص الرينيوم

حالة الرينيوم في الجدول الدوري. ! Original: AhoerstemeierVector: Sushant savla / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

مظهر جسماني

عادة ما يتم تسويق الرينيوم كمسحوق رمادي. قطعه المعدنية ، بشكل عام قطرات كروية ، رمادية فضية ، وهي أيضًا شديدة اللمعان.

الكتلة المولية

186.207 جم / مول

العدد الذري

75

نقطة الانصهار

3186 درجة مئوية

نقطة الغليان

5630 درجة مئوية

كثافة

-في درجة حرارة الغرفة: 21.02 جم / سم ³

-يمين عند نقطة الانصهار: 18.9 جم / سم ³

الرينيوم معدن يكاد يكون ضعف كثافة الرصاص نفسه. وبالتالي ، يمكن أن تكون كرة الرينيوم التي تزن 1 جرام معادلة لبلورة رصاص قوية من نفس الكتلة.

كهرسلبية

1.9 على مقياس بولينج

طاقات التأين

أولًا: 760 كج / مول

ثانيًا: 1260 كج / مول

ثالثاً: 2510 كيلوجول / مول

السعة الحرارية المولية

25.48 جول / (مول · ك)

توصيل حراري

48.0 واط / (م · ك)

المقاومة الكهربائية

193 ن م

صلابة موس

7

النظائر

تتواجد ذرات الرينيوم في الطبيعة على شكل نظيرين: ¹⁸⁵ Re ، بكثرة تبلغ 37.4٪ ؛ و ¹⁸⁷ Re ، بنسبة وفرة 62.6٪. الرينيوم هو أحد العناصر التي يكون أكثر نظائرها وفرة هو المشع ؛ ومع ذلك ، فإن نصف العمر لـ ¹⁸⁷ Re طويل جدًا (4.12 · 10 ¹⁰ سنوات) ، لذلك يعتبر مستقرًا عمليًا.

التفاعلية

معدن الرينيوم مادة مقاومة للصدأ. عندما يحدث ذلك ، يتطاير أكسيده ، Re ₂ O ₇ ، في درجات حرارة عالية ويحترق بلهب أخضر مصفر. تقاوم قطع الرينيوم هجوم HNO _{3 المركّز} ؛ ولكن عندما يسخن ، يذوب لينتج حمض الرينيك وثاني أكسيد النيتروجين ، مما يحول المحلول إلى اللون البني:

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

إن كيمياء الرينيوم شاسعة ، حيث إنها قادرة على تكوين مركبات ذات طيف واسع من أعداد الأكسدة ، بالإضافة إلى إنشاء رابطة رباعية بين ذرتين من الرينيوم (أربع روابط تساهمية Re-Re).

الهيكل والتكوين الإلكتروني

غلاف إلكتروني من الرينيوم. المؤلف: المستخدم: جريج روبسون (جريج روبسون). مشاعات ويكيميديا

تتجمع ذرات الرنيوم معًا في بلوراتها لتشكيل بنية سداسية مضغوطة ، hcp ، والتي تتميز بأنها كثيفة للغاية. هذا يتوافق مع حقيقة أنه معدن عالي الكثافة. الرابطة المعدنية ، نتاج تداخل مداراتها الخارجية ، تحافظ على تماسك ذرات Re بقوة.

في هذه الرابطة المعدنية ، Re-Re ، تشارك إلكترونات التكافؤ ، والتي تكون وفقًا للتكوين الإلكتروني:

4f ¹⁴ 5d ⁵ 6 s ²

من حيث المبدأ ، فإن المداري 5d و 6s هما اللذان يتداخلان لضغط ذرات Re في بنية hcp. لاحظ أن إجمالي إلكتروناتها يصل إلى 7 ، وهو ما يقابل عدد مجموعتها في الجدول الدوري.

أعداد الأكسدة

يتيح لنا التكوين الإلكتروني للرينيوم أن نرى على الفور أن ذرته قادرة على فقدان ما يصل إلى 7 إلكترونات ، لتصبح الكاتيون الافتراضي Re ⁷⁺. عندما يُفترض وجود Re ⁷⁺ في أي مركب من مركبات الرينيوم ، على سبيل المثال ، في Re ₂ O ₇ (Re ₂ ⁷⁺ O ₇ ^2-) ، يُقال أن لديها عدد أكسدة +7 ، Re (السابع).

أرقام الأكسدة الإيجابية الأخرى للرينيوم هي: +1 (Re ⁺) ، +2 (Re ²⁺) ، +3 (Re ³⁺) ، وهكذا حتى +7. وبالمثل ، يمكن أن يكتسب الرينيوم إلكترونات من خلال أن يصبح أنيونًا. في هذه الحالات ، يُقال أن لديها عدد أكسدة سالب: -3 (إعادة ^3-) ، -2 (إعادة ^2-) و -1 (إعادة ^-).

التطبيقات

الغازولين

يستخدم الرينيوم ، إلى جانب البلاتين ، لإنشاء محفزات تزيد من تصنيف الأوكتان للبنزين ، مع خفض محتوى الرصاص. من ناحية أخرى ، تُستخدم محفزات الرنيوم في تفاعلات الهدرجة المتعددة ، وذلك بسبب مقاومتها للتسمم بالنيتروجين والفوسفور والكبريت.

السبائك الفائقة المقاومة للحرارة

الرينيوم معدن مقاوم للصهر بسبب نقطة انصهاره العالية. وهذا هو سبب إضافته إلى سبائك النيكل لجعلها مقاومة للحرارة ومقاومة للضغوط العالية ودرجات الحرارة. تستخدم هذه السبائك الفائقة في الغالب لتصميم التوربينات والمحركات للمركبات الفضائية.

خيوط التنغستن

يمكن أن يشكل الرينيوم أيضًا سبائك مع التنجستن ، مما يحسن ليونة ، وبالتالي يسهل تصنيع الخيوط. تُستخدم خيوط الرينيوم والتنغستن هذه كمصادر للأشعة السينية ، ولتصميم مزدوجات حرارية قادرة على قياس درجات حرارة تصل إلى 2200 درجة مئوية.

وبالمثل ، كانت خيوط الرنيوم تستخدم في يوم من الأيام في ومضات الكاميرات القديمة ، والآن لمصابيح المعدات المتطورة ؛ مثل مقياس الطيف الضوئي الشامل.

المراجع

1. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
2. سارة بيرس. (2020). الرينيوم: الاستخدامات والتاريخ والحقائق والنظائر. دراسة. تم الاسترجاع من: study.com
3. المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية. (2020). الرينيوم. قاعدة بيانات PubChem ، إدارة البحث الجنائي = 23947. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. ويكيبيديا. (2020). الرينيوم. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
5. دكتور دوج ستيوارت. (2020). حقائق عنصر الرينيوم. تم الاسترجاع من: chemicool.com
6. إريك سكري. (18 نوفمبر 2008). الرينيوم. الكيمياء في عناصرها. تم الاسترجاع من: chemistryworld.com