Prix ​​du rhénium, occurrence, extraction, applications

Rhénium est un élément chimique avec le symbole de l'élément Re et le numéro atomique 75. Dans le tableau périodique des éléments, il appartient au 7ème sous-groupe (groupe 7) ou groupe manganèse. C'est un métal de transition très rare, blanc argenté, brillant et lourd. Les alliages contenant des composants en rhénium sont utilisés dans les moteurs d'avion, dans la fabrication d'essence sans plomb et dans les thermocouples.

Les fonctions biologiques du rhénium ne sont pas connues, il ne se produit normalement pas dans l'organisme humain. Le métal n'est pas non plus connu pour avoir des effets toxiques, il est considéré comme inoffensif en termes d'hygiène du travail.

Histoire

L'existence du rhénium ultérieur a été prédite pour la première fois en 1871 par Dmitri Ivanovich Mendeleev sous le nom de Dwi-Mangan. D'après les régularités du tableau périodique qu'il a conçu, il a conclu que deux éléments encore inconnus, le technétium et le rhénium ultérieurs, doivent être inférieurs au manganèse.

Le rhénium n'a été découvert qu'en 1925 par Walter Noddack, Ida Tacke et Otto Berg. Ils ont examiné la colombite pour trouver les éléments recherchés, le manganèse Eka et Dwi. Les échantillons ne contenant qu'une très faible quantité des éléments recherchés, ils ont dû être enrichis en séparant les autres composants. Enfin, le rhénium plus récent pourrait être détecté par spectroscopie aux rayons X. Noddack et Tacke ont également affirmé avoir trouvé de très petites quantités de manganèse eka (plus tard technétium), mais cela n'a pas pu être confirmé en démontrant l'élément. Ils ont nommé les éléments Rhenium (lat. Rhenus pour le Rhin) et masurium (de Mazurie). Cependant, ce dernier n'a pas prévalu après la découverte du technétium en 1937.

En 1928, Noddack et Tacke ont pu extraire pour la première fois un gramme de rhénium de 660 kilogrammes de minerai de molybdène. En raison des coûts élevés, la production de quantités importantes n'a commencé qu'en 1950, lorsque les besoins en alliages de tungstène-rhénium et de molybdène-rhénium étaient plus importants.

Occurrence

Avec une proportion de seulement 0,7 ppb dans la croûte continentale, le rhénium est plus rare que le rhodium, le ruthénium et l'iridium. Il ne se produit pas naturellement, mais exclusivement lié à certains minerais. Le rhénium ayant des propriétés similaires à celles du molybdène, il est principalement utilisé dans les minerais de molybdène tels que le lustre de molybdène MoS₂ a trouvé. Ceux-ci peuvent contenir jusqu'à 0,2% de rhénium. D'autres minéraux contenant du rhénium sont la colombite (Fe, Mn) [NbO₃], Gadolinite Y₂ Fe Be [O | SiO₄]₂ et Alvit ZrSiO₄. L'ardoise de cuivre Mansfeld contient également de petites quantités de rhénium. Les plus grands gisements de minerais contenant du rhénium se trouvent aux États-Unis, au Canada et au Chili.

Jusqu'à présent, un seul minéral de rhénium, la rhéniite (sulfure de rhénium (IV), ReS₂) découvert. Il a été trouvé dans une fumerolle sur le cratère sommital du volcan Kudrjawyj (en russe: Кудрявый) sur l'île d'Iturup, qui appartient aux îles Kouriles (Russie).

Extraction et présentation

Le matériau de base pour l'extraction du rhénium sont les minerais de molybdène, en particulier le lustre de molybdène. Si ceux-ci sont grillés au cours de l'extraction du molybdène, le rhénium s'accumule sous forme d'oxyde de rhénium (VII) volatil dans les cendres volantes. Celui-ci peut être converti en perrhénate d'ammonium (NH₄ReO₄) sont mis en œuvre.

Le perrhénate d'ammonium est ensuite réduit en rhénium élémentaire à l'aide d'hydrogène à des températures élevées.

Les principaux producteurs en 2006 étaient le Chili, le Kazakhstan et les États-Unis, la quantité totale de rhénium produite était d'environ 45 tonnes.

Propriétés

Propriétés physiques

Le rhénium est un métal lourd dur blanc brillant qui ressemble au palladium et au platine. Il cristallise dans un emballage hexagonal étroit de sphères dans le groupe spatial P6₃/mmc avec les paramètres de la grille a = 276,1 pm et c = 445,8 pm et deux unités de formule par cellule unitaire. La densité du rhénium est de 21,03 g / cm³ n'est surpassé que par les trois métaux de platine osmium, iridium et platine.

À 3186 ° C, le rhénium a l'un des points de fusion les plus élevés de tous les éléments. Il n'est surpassé que par le tungstène (3422 ° C) et le carbone qui fondent le plus. Cependant, le point d'ébullition de 5596 ° C est le plus élevé de tous les métaux et dépasse le tungstène (point d'ébullition 5555 ° C) de 41 K.

En dessous de 1,7 K, le rhénium devient un supraconducteur.

Le rhénium peut être facilement traité par forgeage et soudage, car il est ductile et, contrairement au tungstène ou au molybdène, il reste même après recristallisation. Lors du soudage du rhénium, il n'y a pas de fragilisation qui conduirait à une plus grande fragilité et donc à de mauvaises propriétés du matériau.

L'activité du rhénium est de 1,0 MBq / kg.

Propriétés chimiques

Bien que le rhénium avec un potentiel standard négatif ne soit pas un métal noble, il est non réactif à température ambiante et stable à l'air. Ce n'est que lorsqu'il est chauffé qu'il réagit avec l'oxygène au-dessus de 400 ° C pour former de l'oxyde de rhénium (VII). Il réagit également avec le fluor, le chlore et le soufre non métalliques lorsqu'il est chauffé.

Le rhénium n'est pas soluble dans les acides non oxydants tels que l'acide chlorhydrique ou l'acide fluorhydrique. En revanche, les acides sulfurique et nitrique oxydants dissolvent facilement le rhénium. Les perrhénates incolores (VII) de la forme ReO se forment facilement avec les fondus d'oxydation₄^- ou rhénates verts (VI) de type ReO₄^2-.

isotope

Un total de 34 isotopes et 20 autres isomères de cœur du rhénium sont connus. Parmi ceux-ci, deux viennent, les isotopes ¹⁸⁵Re et ¹⁸⁷Re, bien sûr, avant. ¹⁸⁵Re, qui représente 37,40% de la distribution naturelle des isotopes, est le seul isotope stable. Le plus fréquent avec une part de 62,60% ¹⁸⁷Re est faiblement radioactif. Il se désintègre avec désintégration bêta avec une demi-vie de 4,12 · 10¹⁰Ans aussi ¹⁸⁷Os, résultant en une activité spécifique de 1020 becquerels / gramme. Avec l'indium, le rhénium est l'un des rares éléments à posséder un isotope stable, mais qui se trouve le plus souvent sous sa forme radioactive dans la nature. Les deux isotopes peuvent être détectés à l'aide de la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire. Parmi les isotopes artificiels sont ¹⁸⁶Re et ¹⁸⁸Réutilisé comme traceur. En tant que principal émetteur bêta ¹⁸⁶Réutilisé en médecine nucléaire pour la thérapie de radiosynoviorthèse. ¹⁸⁸Re est utilisé comme médicament radioactif dans le traitement des tumeurs.

La décadence de ¹⁸⁷Re aussi ¹⁸⁷Os s'appelle Procédé rhénium-osmium utilisé en géologie pour la détermination de l'âge isotopique des roches ou des minéraux. La méthode isochrone est utilisée pour corriger l'osmium existant précédemment

Utiliser

Le rhénium n'est généralement pas utilisé comme élément, mais est utilisé comme adjuvant dans un grand nombre d'alliages. Environ 70% du rhénium est utilisé comme additif dans les superalliages de nickel. Un ajout de 4 à 6% de rhénium améliore le comportement au fluage et à la fatigue à haute température. Ces alliages sont utilisés comme aubes de turbine pour les moteurs d'avion.

Un autre 20% du rhénium produit est utilisé pour les catalyseurs platine-rhénium. Ceux-ci jouent un rôle majeur dans l'augmentation de l'indice d'octane de l'essence sans plomb par reformage («rhéniforme»). L'avantage du rhénium est que, par rapport au platine pur, il n'est pas désactivé aussi rapidement par des dépôts de carbone à la surface du catalyseur («cokéfaction»). Cela permet de réaliser la production à des températures et pressions plus basses et donc de produire de manière plus économique. D'autres hydrocarbures tels que le benzène, le toluène et le xylène peuvent également être produits avec des catalyseurs platine-rhénium.

Les thermocouples pour la mesure de température à haute température (jusqu'à 2200 ° C) sont en alliages platine-rhénium. En tant qu'alliage avec d'autres métaux tels que le fer, le cobalt, le tungstène, le molybdène ou les métaux précieux, le rhénium améliore la résistance à la chaleur et aux influences chimiques. Cependant, son utilisation est limitée par la rareté et le prix élevé du rhénium.

Le rhénium est également utilisé dans certaines applications spéciales, par exemple pour les cathodes chaudes dans les spectromètres de masse ou les contacts dans les interrupteurs électriques.

preuve

Il existe plusieurs façons de détecter le rhénium. Les méthodes spectroscopiques sont une possibilité. Le rhénium a une couleur de flamme vert pâle avec des raies spectrales caractéristiques à 346 et 488,9 nm. Le rhénium peut être détecté par gravimétrie via l'acide perrhénique cristallisant de manière caractéristique ou divers sels de perrhénate tels que le perrhénate de tétraphénylarsonium. Les méthodes analytiques modernes telles que la spectrométrie de masse ou la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire conviennent également pour la détection de l'élément.

Sicherheitshinweise

Comme de nombreux métaux, le rhénium sous forme de poudre est hautement inflammable et combustible. Aucune eau ne peut être utilisée pour l'extinction à cause de l'hydrogène produit. Au lieu de cela, des agents extincteurs ou des extincteurs métalliques doivent être utilisés. Le rhénium compact, en revanche, est ininflammable et inoffensif. Le rhénium n'a aucune signification biologique connue pour l'organisme humain. Bien que l'on ne connaisse pas d'informations plus précises sur la toxicité du rhénium et qu'aucune valeur de toxicité n'existe, le rhénium est considéré comme sûr en termes d'hygiène du travail.

Liens

Le rhénium forme un grand nombre de composés; Comme pour le manganèse et le technétium, des composés aux états d'oxydation de -III à + VII sont connus. Contrairement au manganèse, cependant, les composés dans les états d'oxydation élevés sont plus stables que dans les états inférieurs.

oxyde

Un total de cinq oxydes de rhénium sont connus, le jaune Re₂O₇ReO rouge₃, Re₂O₅, ReO brun-noir₂ et Re₂O₃. Oxyde de rhénium (VII) Re₂O₇ est l'oxyde de rhénium le plus stable. C'est un produit intermédiaire dans la production de rhénium et peut être utilisé comme composé de départ pour la synthèse d'autres composés du rhénium comme le méthyltrioxorhénium. Il se dissout dans l'eau pour former l'acide perrhénique stable HReO₄. Oxyde de rhénium (VI) ReO₃ a une structure cristalline caractéristique qui sert de type de structure cristalline (type trioxyde de rhénium).

des halogénures

Un total de 13 composés de rhénium avec les halogènes fluor, chlore, brome et iode sont connus. Le rhénium réagit préférentiellement pour former des hexahalogénures de type ReX₆. Cela crée du fluorure de rhénium (VI) jaune pâle ReF₆et chlorure de rhénium vert (VI) ReCl₆ directement des éléments à 125 ° C ou 600 ° C La réaction du rhénium avec le fluor sous légère pression à 400 ° C conduit au fluorure de rhénium (VII) jaune clair, outre le fluorure d'osmium (VII) et le fluorure d'iode (VII), seul halogénure connu à l'état d'oxydation + VII. Chlorure de rhénium (V) brun-rouge (ReCl₅)₂ a une structure dimérique, octaédrique. Chloration de la ReO₂ avec du chlorure de thionyle donne un chlorure polymère noir Re₂Cl₉, qui se compose de chaînes de Re-Clusters dimères pontés par des atomes de chlore. Si les chlorures de rhénium supérieurs sont décomposés thermiquement à plus de 550 ° C, il se forme du chlorure de rhénium (III) trimérique rouge foncé Re₃Cl₉. Structurellement, ses molécules sont constituées d'amas métalliques triangulaires, les distances Re-Re de 248 pm prouvent le caractère de double liaison des liaisons métal-métal. Les halogénures sont sensibles à l'eau et réagissent avec l'eau pour former des oxydes ou oxydes d'halogène.

Autres composés du rhénium

Le sulfure de rhénium (VII) noir Re₂S₇ produit à partir de solutions de perrhénate en introduisant du sulfure d'hydrogène. La décomposition thermique donne également du sulfure de rhénium (IV) noir ReS₂qui est également accessible directement à partir des éléments.

Le rhénium forme une variété de complexes. Les deux complexes classiques avec des centres métalliques individuels et des grappes métalliques sont connus. Dans ceux-ci, les liaisons multiples rhénium-rhénium se présentent parfois également sous la forme de liaisons triples ou quadruples. Une quadruple liaison existe dans le Re₂X₈^2--Ion complexe (X est un atome d'halogène ou un groupe méthyle).

Des composés organométalliques du rhénium sont également connus. Un composé organique important du rhénium est le trioxyde de méthylrhénium (MTO), qui peut être utilisé comme catalyseur pour les réactions de métathèse, pour l'époxydation des oléfines et pour l'oléfination des aldéhydes. Le MTO et d'autres catalyseurs au rhénium pour la métathèse sont particulièrement résistants aux poisons de catalyseur.

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