Rhenium – Preis, Vorkommen, Geschichte und Verwendung

Rhenium Preis

Rhenium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Re und der Ordnungszahl 75. Im Periodensystem der Elemente steht es in der 7. Nebengruppe (Gruppe 7) oder Mangangruppe. Es ist ein sehr seltenes, silberweiß glänzendes, schweres Übergangsmetall. Legierungen mit Rheniumanteilen finden Verwendung in Flugzeugtriebwerken, beim Herstellen von bleifreiem Benzin und in Thermoelementen.

Biologische Funktionen des Rheniums sind nicht bekannt, es kommt normalerweise nicht im menschlichen Organismus vor. Ebenso sind keine toxischen Effekte des Metalls bekannt, es gilt als arbeitshygienisch unbedenklich.

Geschichte

Die Existenz des sp√§teren Rheniums wurde erstmals 1871¬†von¬†Dmitri Iwanowitsch Mendelejew¬†als¬†Dwi-Mangan¬†vorhergesagt. Er schloss aus den Gesetzm√§√üigkeiten des von ihm entworfenem Periodensystems, dass unterhalb des Mangans zwei noch unbekannte Elemente, die sp√§teren¬†Technetium¬†und Rhenium, stehen m√ľssten.

Ida Noddack-Tacke

Entdeckt wurde Rhenium erst 1925 von¬†Walter Noddack,¬†Ida Tacke¬†und¬†Otto Berg. Sie untersuchten¬†Columbit, um die gesuchten Elemente¬†Eka-¬†und Dwi-Mangan zu finden. Da die gesuchten Elemente in den Proben nur in sehr geringem Ma√üe enthalten waren, mussten sie durch Abtrennen der anderen Bestandteile angereichert werden. Schlie√ülich konnte das sp√§tere Rhenium durch¬†R√∂ntgenspektroskopie¬†nachgewiesen werden.¬†Noddack und Tacke behaupteten auch, sehr geringe Mengen des Eka-Mangans (sp√§ter Technetium) gefunden zu haben, jedoch konnte dies nicht durch Darstellung des Elements best√§tigt werden. Sie nannten die Elemente nach ihren Heimatgegenden Rhenium (lat.¬†Rhenus¬†f√ľr¬†Rhein) und¬†Masurium¬†(von¬†Masuren). Letzterer setze sich jedoch nach der Entdeckung des Technetiums 1937 nicht durch.

1928 konnten Noddack und Tacke erstmals ein Gramm Rhenium aus 660¬†Kilogramm Molybd√§nerz extrahieren.¬†Wegen der hohen Kosten begann die Herstellung nennenswerter Mengen erst ab 1950, als ein gr√∂√üerer Bedarf f√ľr neuentwickelte¬†Wolfram-Rhenium- und¬†Molybd√§n-Rhenium-Legierungen bestand.

Vorkommen

Rhenium ist mit einem Anteil von nur 0,7 ppb in der kontinentalen Erdkruste seltener als Rhodium, Ruthenium und Iridium. Es kommt nicht gediegen, sondern ausschließlich gebunden in einigen Erzen vor. Da Rhenium ähnliche Eigenschaften wie Molybdän besitzt, wird es vor allem in Molybdänerzen wie Molybdänglanz MoS2 gefunden. In diesen kann bis zu 0,2 % Rhenium enthalten sein. Weitere rheniumhaltige Minerale sind Columbit (Fe, Mn)[NbO3], Gadolinit Y2 Fe Be [O|SiO4]2 und Alvit ZrSiO4. Auch im Mansfelder Kupferschiefer ist in geringen Mengen Rhenium enthalten. Die größten Vorkommen an rheniumhaltigen Erzen liegen in den Vereinigten Staaten, Kanada und Chile.

Bisher wurde erst ein Rheniummineral, das¬†Rheniit¬†(Rhenium(IV)-sulfid, ReS2) entdeckt. Der Fundort lag in einer¬†Fumarole¬†am Gipfelkrater des Vulkans Kudrjawyj (russisch: –ö—É–ī—Ä—Ź–≤—č–Ļ) auf der Insel¬†Iturup, die zu den¬†Kurilen¬†(Russland) geh√∂rt.

Gewinnung und Darstellung

Rhenium:¬†Einkristall,¬†elektronengeschmolzener¬†Barren und W√ľrfel von 1 cm¬≥.

Der Grundstoff f√ľr die Gewinnung von Rhenium sind Molybd√§nerze, insbesondere Molybd√§nglanz. Werden diese im Zuge der Molybd√§ngewinnung¬†ger√∂stet, reichert sich Rhenium als fl√ľchtiges¬†Rhenium(VII)-oxid¬†in der¬†Flugasche¬†an. Dieses kann mit¬†ammoniakhaltigem¬†Wasser zu¬†Ammoniumperrhenat¬†(NH4ReO4) umgesetzt werden.

\mathrm{Re_2O_7 + H_2O + 2\ NH_3 \longrightarrow 2\ NH_4ReO_4}

Das Ammoniumperrhenat wird anschließend bei hohen Temperaturen mit Wasserstoff zu elementarem Rhenium reduziert.

\mathrm{2\ NH_4ReO_4 + 4\ H_2 \longrightarrow 2\ Re + N_2 + 8\ H_2O}

Die Hauptproduzenten waren 2006 Chile, Kasachstan und die Vereinigten Staaten, die Gesamtmenge an produziertem Rhenium belief sich auf etwa 45 Tonnen.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Kristallstruktur von Re, a = 276,1 pm, c = 445,8 pm[18]

Rhenium ist ein wei√ügl√§nzendes hartes Schwermetall, das √§u√üerlich¬†Palladium¬†und¬†Platin¬†√§hnelt. Es kristallisiert in einer¬†hexagonal-dichtesten Kugelpackung¬†in der¬†Raumgruppe¬†P63/mmc¬†mit den¬†Gitterparametern¬†a¬†=¬†276,1¬†pm und¬†c¬†=¬†445,8¬†pm sowie zwei¬†Formeleinheiten¬†pro¬†Elementarzelle.¬†Die Dichte des Rheniums 21,03¬†g/cm3¬†wird nur von den drei¬†Platinmetallen¬†Osmium,¬†Iridium¬†und Platin √ľbertroffen.

Rhenium hat mit 3186¬†¬įC¬†einen der h√∂chsten Schmelzpunkte aller Elemente. Es wird nur noch von dem h√∂chstschmelzenden Metall Wolfram (3422¬†¬įC) und Kohlenstoff √ľbertroffen. Der Siedepunkt ist mit 5596¬†¬įC jedoch der h√∂chste aller Metalle und √ľbertrifft Wolfram (Siedepunkt 5555¬†¬įC) um 41¬†K.

Unterhalb von 1,7 K wird Rhenium zum Supraleiter.

Rhenium l√§sst sich gut durch¬†Schmieden¬†und¬†Verschwei√üen¬†verarbeiten, da es¬†duktil¬†ist und dies im Gegensatz zu Wolfram oder Molybd√§n auch nach¬†Rekristallisationbleibt. Beim Schwei√üen von Rhenium tritt keine¬†Verspr√∂dung¬†auf, die zu einer h√∂heren¬†Spr√∂digkeit¬†und damit schlechteren Materialeigenschaften f√ľhren w√ľrde.

Die Aktivität von Rhenium ist 1,0 MBq/kg.

Chemische Eigenschaften

Obwohl Rhenium mit einem negativen¬†Standardpotential¬†nicht zu den¬†Edelmetallen¬†z√§hlt, ist es bei Raumtemperatur unreaktiv und gegen√ľber Luft stabil. Erst beim Erhitzen reagiert es ab 400¬†¬įC¬†mit¬†Sauerstoff¬†zu Rhenium(VII)-oxid. Auch mit den¬†Nichtmetallen¬†Fluor,¬†Chlor¬†und¬†Schwefel¬†reagiert es beim Erhitzen.

In nichtoxidierenden¬†S√§uren, wie¬†Salzs√§ure¬†oder¬†Flusss√§ure, ist Rhenium nicht l√∂slich. Dagegen l√∂sen die¬†oxidierenden¬†Schwefel-¬†und¬†Salpeters√§ure¬†Rhenium leicht auf. Mit¬†Oxidationsschmelzen¬†bilden sich leicht farblose Perrhenate(VII) der Form ReO4‚ąí¬†oder gr√ľne Rhenate(VI) des Typs ReO42‚ąí.

Isotope

Es sind insgesamt 34¬†Isotope¬†und weiter 20¬†Kernisomere¬†des Rheniums bekannt.¬†Von diesen kommen zwei, die Isotope¬†185Re und¬†187Re, nat√ľrlich vor.¬†185Re, das mit einem Anteil von 37,40¬†% an der nat√ľrlichen Isotopenverteilung vorkommt, ist das einzige stabile Isotop. Das mit einem Anteil 62,60¬†% h√§ufigere¬†187Re ist schwach¬†radioaktiv. Es zerf√§llt unter¬†Betazerfall¬†mit einer¬†Halbwertszeit¬†von 4,12¬†¬∑¬†1010Jahren zu¬†187Os, was zu einer spezifischen¬†Aktivit√§t¬†von 1020¬†Becquerel/Gramm f√ľhrt. Rhenium ist damit neben¬†Indium¬†eines der wenigen Elemente, die zwar ein stabiles Isotop haben, in der Natur jedoch am h√§ufigsten in ihrer radioaktiven Form vorkommen. Beide Isotope sind mit Hilfe der¬†Kernspinresonanzspektroskopie¬†nachweisbar. Von den k√ľnstlichen Isotopen werden¬†186Re und¬†188Re als¬†Tracer¬†verwendet. Als haupts√§chlicher¬†Beta-Strahler¬†wird¬†186Re in der¬†Nuklearmedizin¬†zur Therapie bei der¬†Radiosynoviorthese¬†eingesetzt.¬†188Re dient als radioaktives Arzneimittel in der¬†Tumortherapie.

Der Zerfall von 187Re zu 187Os wird als Rhenium-Osmium-Methode in der Geologie zur isotopischen Altersbestimmung von Gesteinen oder Mineralen benutzt. Dabei wird zur Korrektur des schon vorher vorhandenen Osmiums die Isochronenmethode verwende

Verwendung

Rhenium wird meist nicht elementar verwendet, sondern als Beimischung in einer Vielzahl von Legierungen eingesetzt. Etwa 70¬†%¬†des Rheniums wird als Zusatz in¬†Nickel-Superlegierungen¬†genutzt. Ein Zusatz von 4 bis 6¬†% Rhenium bewirkt eine Verbesserung des¬†Kriech- und¬†Erm√ľdungsverhaltens¬†bei hohen Temperaturen. Diese Legierungen werden als¬†Turbinenschaufeln¬†f√ľr¬†Flugzeugtriebwerke¬†eingesetzt.

Weitere 20¬†% der produzierten Rheniummenge wird f√ľr Platin-Rhenium-Katalysatoren¬†verwendet. Diese spielen eine gro√üe Rolle bei der Erh√∂hung der¬†Oktanzahl¬†von bleifreiem¬†Benzin¬†durch¬†Reformieren(‚ÄěRheniforming‚Äú). Der Vorteil des Rheniums liegt darin, dass es im Vergleich mit reinem Platin nicht so schnell durch Kohlenstoffablagerungen auf der Oberfl√§che des Katalysators (‚ÄěCoking‚Äú) deaktiviert wird. Dadurch ist es m√∂glich, die Produktion bei niedrigeren Temperaturen und Dr√ľcken durchzuf√ľhren und so wirtschaftlicher zu produzieren. Auch andere¬†Kohlenwasserstoffe, wie¬†Benzol,¬†Toluol¬†und¬†Xylol¬†lassen sich mit Platin-Rhenium-Katalysatoren herstellen.

Thermoelemente¬†f√ľr die Temperaturmessung bei hohen Temperaturen (bis 2200¬†¬įC) werden aus Platin-Rhenium-Legierungen gefertigt. Auch als Legierung mit anderen Metallen, wie¬†Eisen,¬†Cobalt, Wolfram, Molybd√§n oder Edelmetallen verbessert Rhenium die Best√§ndigkeit gegen√ľber Hitze und chemischen Einfl√ľssen. Die Anwendung ist jedoch durch die Seltenheit und den hohen Preis des Rheniums beschr√§nkt.

In einigen Spezialanwendungen wird ebenfalls Rhenium verwendet, beispielsweise f√ľr¬†Gl√ľhkathoden¬†in¬†Massenspektrometern¬†oder Kontakte in¬†elektrischen Schaltern.

Nachweis

Es gibt mehrere M√∂glichkeiten, Rhenium nachzuweisen. Eine M√∂glichkeit sind¬†spektroskopische¬†Methoden. Rhenium besitzt eine fahlgr√ľne¬†Flammenf√§rbung¬†mit charakteristischen¬†Spektrallinien¬†bei 346 und 488,9¬†nm.¬†Gravimetrisch¬†ist Rhenium √ľber die charakteristisch kristallisierende¬†Perrheniums√§ure¬†oder verschiedene Perrhenat-Salze, etwa Tetraphenylarsonium-perrhenat, nachweisbar.¬†Auch moderne analytische Methoden wie¬†Massenspektrometrie¬†oder¬†Kernresonanzspektroskopie¬†sind f√ľr den Nachweis des Elements geeignet.

Sicherheitshinweise

Wie viele Metalle ist Rhenium in Pulverform leichtentz√ľndlich und brennbar. Zum L√∂schen darf wegen des entstehenden¬†Wasserstoffes¬†kein Wasser verwendet werden. Stattdessen sind als L√∂schmittel¬†L√∂schpulver¬†oder Metallbrandl√∂scher zu verwenden.¬†Kompaktes Rhenium ist dagegen nicht brennbar und ungef√§hrlich. Rhenium hat keine bekannte biologische Bedeutung f√ľr den menschlichen Organismus. Obwohl √ľber die¬†Toxizit√§t¬†von Rhenium nichts Genaueres bekannt ist und keine Toxizit√§tswerte existieren, gilt Rhenium arbeitshygienisch als unbedenklich.

Verbindungen

Rhenium bildet eine gro√üe Zahl an¬†Verbindungen; wie bei Mangan und Technetium sind Verbindungen in den¬†Oxidationsstufen¬†von ‚ąíIII bis +VII bekannt. Im Gegensatz zu Mangan sind jedoch Verbindungen in den hohen Oxidationsstufen best√§ndiger als in den niedrigeren.

Oxide

Kristallstruktur von Rhenium(VI)-oxid (Raumgruppe Pm3m, a = 374,8 pm)

Es sind insgesamt f√ľnf¬†Oxide¬†des Rheniums bekannt, das gelbe Re2O7, rotes ReO3, Re2O5, braunschwarzes ReO2¬†und Re2O3.¬†Rhenium(VII)-oxid¬†Re2O7¬†ist das stabilste Rheniumoxid. Es ist ein Zwischenprodukt bei der Rheniumgewinnung und kann als Ausgangsverbindung f√ľr die Synthese anderer Rheniumverbindungen wie¬†Methyltrioxorhenium¬†genutzt werden.¬†In Wasser l√∂st es sich unter Bildung der stabilen¬†Perrheniums√§ure¬†HReO4.¬†Rhenium(VI)-oxid¬†ReO3¬†hat eine charakteristische¬†Kristallstruktur, die als Kristallstrukturtyp (Rheniumtrioxid-Typ) dient.

Halogenide

Es sind insgesamt 13 Verbindungen des Rheniums mit den¬†Halogenen¬†Fluor,¬†Chlor,¬†Brom¬†und¬†Iod¬†bekannt. Dabei reagiert Rhenium bevorzugt zu¬†Hexahalogeniden¬†des Typs ReX6. So entstehen bla√ügelbes¬†Rhenium(VI)-fluorid¬†ReF6und gr√ľnes¬†Rhenium(VI)-chlorid¬†ReCl6¬†direkt aus den Elementen bei 125¬†¬įC bzw. 600¬†¬įC. Reaktion von Rhenium mit Fluor unter leichtem Druck bei 400¬†¬įC f√ľhrt zu hellgelbem¬†Rhenium(VII)-fluorid, neben¬†Osmium(VII)-fluorid¬†und¬†Iod(VII)-fluorid¬†das einzige bekannte Halogenid in der Oxidationsstufe +VII. Rotbraunes Rhenium(V)-chlorid (ReCl5)2¬†besitzt eine dimere, oktaedrische Struktur. Chlorierung von ReO2¬†mit¬†Thionylchlorid¬†liefert ein schwarzes, polymeres Chlorid Re2Cl9, das aus Ketten von dimeren Re-Cl-Clustern besteht, die √ľber Chloratome verbr√ľckt sind. Werden h√∂here Rheniumchloride thermisch bei √ľber 550¬†¬įC zersetzt, bildet sich dunkelrotes, trimeres Rhenium(III)-chlorid Re3Cl9. Strukturell bestehen dessen Molek√ľle aus Dreiecksmetallclustern, wobei die Re-Re-Abst√§nde von 248¬†pm Doppelbindungscharakter der Metall-Metall-Bindungen beweisen.¬†Die Halogenide sind wasserempfindlich und reagieren mit Wasser zu Halogenoxiden oder Oxiden.

Weitere Rheniumverbindungen

Das schwarze Rhenium(VII)-sulfid Re2S7 entsteht aus Perrhenatlösungen durch Einleiten von Schwefelwasserstoff. Thermische Zersetzung ergibt ebenfalls schwarzes Rhenium(IV)-sulfid ReS2, das auch direkt aus den Elementen zugänglich ist.

Rhenium bildet eine Vielzahl von¬†Komplexen. Es sind sowohl klassische Komplexe mit einzelnen Metallzentren, als auch¬†Metallcluster¬†bekannt. Bei diesen liegen Rhenium-Rhenium-Mehrfachbindungen¬†teilweise auch in Form von¬†Dreifach-¬†oder¬†Vierfachbindungen¬†vor. Eine Vierfachbindung existiert etwa im Re2X82‚ąí-Komplexion (X ist dabei ein Halogenatom oder eine¬†Methylgruppe).

Auch¬†metallorganische¬†Verbindungen des Rheniums sind bekannt. Eine wichtige organische Rheniumverbindung ist¬†Methylrheniumtrioxid¬†(MTO), die als Katalysator f√ľr¬†Metathesereaktionen, zur¬†Epoxidierung¬†von¬†Olefinen¬†sowie zur Olefinierung von¬†Aldehyden¬†eingesetzt werden kann. MTO und andere Rheniumkatalysatoren f√ľr die Metathese sind besonders best√§ndig gegen√ľber¬†Katalysatorgiften.

Quelle Wikipedia.de

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