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레늄

Rhenium
레니움, 레
Rhenium single crystal bar and 1cm3 cube.jpg
레늄
발음/ˈrniəm/ (RE-nee-əm)
외관은빛의
표준 원자량Ar, std(Re)186.207(1)[1]
주기율표의 레늄
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕어 탄소 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오비움 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 은색 카드뮴 인듐 주석 안티모니 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 테르비움 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이테르비움속 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 백금 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로텍티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 캘리포늄 아인슈타인움 페르뮴 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 루더포듐 더브니움 수보르기움 보히움 하시움 메이트네리움 다름슈타디움 뢴트게늄 코페르니슘 니혼륨 플레로비움 모스코비움 간모륨 테네신 오가네손
TC



BH
텅스텐레늄오스뮴
원자번호 (Z)75
그룹7그룹
기간6주기
블록 d-블록
전자 구성[Xe] 4f14 5d5 6s2
셸당 전자2, 8, 18, 32, 13, 2
물리적 성질
위상 STP서실체가 있는
녹는점3459K(3186°C, 5767°F)
비등점5903 K(5630 °C, 10,170 °F)
밀도 (근처 )21.02 g/cm3
액체가 있을 때 ( )18.9 g/cm3
융해열60.43 kJ/mol
기화열704 kJ/mol
어금니열용량25.48 J/(몰·K)
증기압
P (Pa) 1 10 100 1k 10k 100k
(K)에서 3303 3614 4009 4500 5127 5954
원자성
산화 상태-3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7(약산성 산화물)
전기성폴링 척도: 1.9
이온화 에너지
  • 1차: 760kJ/몰
  • 2위: 1260 kJ/mol
  • 3차: 2510 kJ/mol
  • ()
원자 반지름경험적: 137 pm
공동 반지름오후 151±7시
Color lines in a spectral range
레늄의 스펙트럼 라인
기타 속성
자연발생원시적인
결정구조 육각형 근위축(hcp)
Hexagonal close packed crystal structure for rhenium
음속 얇은 막대기4700m/초(20°C에서)
열팽창6.2 µm/(m³K)
열전도도48.0 W/(m³K)
전기저항도193 NΩ⋅m(20°C)
자기순서파라자성의[2]
어금니 자기 감수성+67.6×10cm−63/mol(293K)[3]
영의 계량463 GPA
전단 계수178 GPA
벌크 계량370 GPA
포아송 비율0.30
모스 경도7.0
비커즈 경도MPa 1350-7850
브리넬 경도MPa 1320–2500
CAS 번호7440-15-5
역사
이름 지정라인 강(독일어:라인)
디스커버리월터 노닥, 아이다 노닥, 오토 버그(1925년)
제1격리듬월터 노닥, 아이다 노닥(1928년)
레늄동위 원소
이소슈토페 아부네댄스 하프라이프 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트
185 37.4% 안정적
187 62.6% 4.12×1010 y β 187Os
범주:레늄
참고 문헌

레늄(Rhenium)은 레(Re) 기호원자 번호 75를 가진 화학 원소다.주기율표 7그룹에 있는 은회색의 무겁고 세 번째 줄의 전이 금속이다.추정 평균 농도가 10억분의 1(ppb)인 레늄은 지각에서 가장 희귀한 원소 중 하나이다.레늄은 5869 K로 안정 원소 중 세 번째로 높은 용융점과 가장 높은 비등점을 가지고 있다.[4]레늄은 화학적으로 망간테크네튬을 닮았으며 주로 몰리브덴구리 광석의 추출과 정제 과정에서 부산물로 얻어진다.레늄은 화합물에서 -1에서 +7까지의 다양한 산화 상태를 보여준다.

1925년에 발견된 레니움은 마지막으로 발견된 안정된 원소였다.그것은 유럽의 라인 강의 이름을 따서 명명되었다.

니켈 기반의 레늄 슈퍼알로이는 연소실, 터빈 날개, 제트 엔진의 배기 노즐 등에 사용된다.이 합금은 최대 6%의 레늄을 함유하고 있어 제트 엔진 구조가 소자를 위한 단일 사용으로는 최대가 된다.두 번째로 중요한 용도는 촉매로서 레늄은 수소화와 이성질화에 탁월한 촉매로, 예를 들어 가솔린에 사용하기 위한 나프타의 촉매개혁(신형화 과정)에 사용된다.수요에 비해 가용성이 낮기 때문에 레늄은 가격이 비싸서 2008/2009년에 킬로그램당 10,600달러(파운드당 4,800달러)로 사상 최고치를 기록했다.레늄 재활용 증가와 촉매 내 레늄 수요 감소로 레늄 가격은 2018년 7월 현재 kg당 2844달러(파운드당 1290달러)까지 떨어졌다.[5]

역사

레늄(라틴어:레누스([6]Rhenus)는 안정적인 동위원소를 가진 원소를 마지막으로 발견된 것이다(그 후 자연에서 발견된 다른 새로운 원소, 즉 프랑슘은 방사능이다).[7]주기율표의 이 위치에 아직 발견되지 않은 원소의 존재는 드미트리 멘델레예프에 의해 처음 예견된 것이었다.다른 계산된 정보는 1914년에 헨리 모슬리에 의해 입수되었다.[8]1908년, 일본의 화학자 오가와 마사타카(小川)가 43 원소를 발견하여 일본(일본어로 니폰)의 이름을 따서 니포늄(np)이라고 명명했다고 발표하였다.그러나, 최근의 분석은, 비록 이 재해석이 에릭 스커리에 의해 의심받았지만,[9] 요소 43이 아닌 레늄(원소 75)의 존재를 나타냈다.[10]기호 Np는 나중에 원소 넵투늄에 사용되었고, 또한 기호 Nh와 함께 일본의 이름을 딴 "니호늄"이라는 명칭이 나중에 원소 113에 사용되었다.113 원소 또한 일본 과학자 팀에 의해 발견되었고 오가와 씨의 작품에 경의를 표하여 명명되었다.[11]

레니움은 일반적으로 독일월터 노닥, 아이다 노닥, 오토 버그에 의해 발견된 것으로 여겨진다.1925년에 그들은 백금 광석과 광물 콜럼바이트에서 원소를 발견했다고 보고했다.그들은 또한 가돌리나이트몰리브데나이트에서 레늄을 발견했다.[12]1928년에 그들은 660 kg의 몰리브데나이트를 처리함으로써 원소의 1 g을 추출할 수 있었다.[13]1968년에 미국의 레늄 금속의 75%가 내화 금속 합금의 연구와 개발에 사용된 것으로 추정되었다.슈퍼 알로이가 널리 쓰이기까지는 그 시점으로부터 몇 년이 걸렸다.[14][15]

특성.

레늄은 은백색의 금속으로 모든 원소 중 가장 높은 용융점 중 하나로 텅스텐과 탄소만 초과했다.또한 모든 원소 중에서 가장 높은 비등점 중 하나이며, 안정 원소 중에서 가장 높은 것을 가지고 있다.그것은 또한 백금, 이리듐, 오스뮴으로만 초과된 가장 밀도가 높은 것 중 하나이다.레늄은 육각형의 촘촘한 결정 구조를 가지고 있으며 격자 매개변수 a = 276.1pm, c = 445.6pm이다.[16]

통상적인 상업적 형태는 분말이지만 이 원소는 진공이나 수소 대기에서 눌리고 가늘게 움직이면 통합할 수 있다.이 절차는 금속 밀도의 90% 이상의 밀도를 갖는 소형 고체를 산출한다.이 금속을 annealed할 때, 이 금속은 매우 연성이 강하며 구부러지거나, 코일링되거나, 굴릴 수 있다.[17]Rhenium-molybdenum 합금10K에서 초전도성이며, 텅스텐-Rhenium 합금 또한 합금에 따라 4-8K 전후의 초전도성이[18] 있다.Rhenium 금속 초전도체는 1.697±0.006K이다.[19][20]

대량 형태와 상온 및 대기압에서 원소는 알칼리, 황산, 염산, 희석(농축은 아님) 질산, 아쿠아 리지아에 저항한다.

동위 원소

레늄은 하나의 안정적 동위원소인 레늄-185를 가지고 있는데, 그럼에도 불구하고 소수만이 풍부하게 발생하는 상황인 다른 두 원소(인듐텔루륨)에서만 발견되는 상황이다.자연적으로 발생하는 레늄은 37.4%, 레는 62.6%에 불과해 불안하지만 반감기가10 매우 길다.1킬로그램의 천연 레늄은 이 동위원소가 존재하기 때문에 1.07 MBq의 방사선을 방출한다.이 수명은 레늄 원자의 전하 상태에 의해 크게 영향을 받을 수 있다.[21][22]레의 베타 붕괴는 광석의 레늄-오스뮴 연대에 사용된다.이 베타 붕괴(2.6 keV)에 사용할 수 있는 에너지는 모든 방사성핵종 중에서 가장 낮은 에너지 중 하나이다.동위원소 rhenium-186m는 반감기가 약 20만년인 가장 오래 사는 전이성 동위원소 중 하나로 주목할 만하다.이 밖에 인식된 불안정한 동위원소는 33개로, 이 가운데 가장 수명이 긴 동위원소는 반감기가 70일인 르이다.[23]

화합물

레늄 화합물은 -2를 제외한 -3과 +7 사이의 모든 산화 상태로 알려져 있다.산화상태 +7, +6, +4, +2가 가장 일반적이다.[24]레늄은 나트륨암모늄 페레네이트를 포함한 페레네이트의 염으로서 가장 상업적으로 구할 수 있다.이것들은 흰색, 수용성 화합물이다.[25]Tetrathioperrenate anion [ReS4]가 가능하다.[26]

할리드 및 옥시할리드

가장 흔한 레늄 염소화물은 ReCl6, ReCl5, ReCl4, 그리고 ReCl이다3.[27]이러한 화합물의 구조는 종종 광범위한 Re-Re 접합이 특징이며, 이는 산화 상태가 VII보다 낮은 이 금속의 특징이다.[ReCl28]2−의 솔트는 4중 금속-금속 결합을 특징으로 한다.가장 높은 염화 레늄은 Re(VI)를 특징으로 하지만, 불소는 d Re0(VII) 파생 레늄 헵타플루오라이드를 제공한다.레늄의 브로미이드와 요오드화합물도 잘 알려져 있다.

텅스텐이나 몰리브덴처럼 화학적 유사성을 공유하는 레늄은 다양한 옥시할리드를 형성한다.옥시염소화물은 가장 흔하며, ReOCl4, ReOCl을3 포함한다.

산화물과 황화물

페르헤닉산(HReO429)은 파격적인 구조를 채택하고 있다.

가장 흔한 산화물은 휘발성 황색 REO이다27.삼산화 레늄 레늄은3 페로브스카이트와 같은 구조를 채택하고 있다.다른 산화물로는 REO25, REO2, REO23 등이 있다.[27]황화물Res2 Res이다27.페르헤나이트염은 수황화 암모늄의 작용에 의해 테트라티오페르네이트로 변환될 수 있다.[28]

기타 화합물

Renium diboride(ReB2)는 텅스텐 카바이드, 실리콘 카바이드, 티타늄 디보리드 또는 지르코늄 디보라이드와 유사한 경도를 갖는 경도 화합물이다.[29]

오르가노레늄 화합물

Dirhenium decacarbonyl은 Organorhenium 화학에 가장 흔한 항목이다.아말감 나트륨을 감소시킴으로써 Na[Re(CO)]5에 레늄을 공식 산화 상태로 -1을 부여한다.[30]Dirhenium decacarbonyl은 bromine에서 bromopentacarbonylrhenium(I):[31]

Re2(CO)10 + Br2 → 2 Re(CO)5Br

아연아세트산을 사용한 이 펜타카르보닐의 감소는 펜타카르보닐무수도레늄을 제공한다.[32]

Re(CO)5Br + Zn + HOAc → Re(CO)5H + ZnBr(OAc)

삼산화메틸리늄("MTO")인 CHReO는33 휘발성 무색 고체로서 일부 실험실 실험에서 촉매로 사용되어 왔다.여러 경로로 준비될 수 있으며, 대표적인 방법은 ReO와27 테트라메틸틴의 반응이다.

Re2O7 + (CH3)4Sn → CH3ReO3 + (CH3)3SnOReO3

유사한 알킬과 아릴 유도체가 알려져 있다.MTO는 과산화수소로 산화를 촉진한다.단자 알킨은 그에 상응하는 산이나 에스테르를 생산하고, 내부 알킨은 디케톤을 생산하며, 알켄은 에폭시드를 생산한다.MTO는 또한 알케인디아조알카인의 알케인으로의 변환을 촉진한다.[33]

무수도레네이트

ReH2−
9 구조.

레늄의 독특한 파생상품은 비무수도레네이트로, 원래 레니드 음이온으로 생각되지만, 실제로 레니움의 산화 상태가 +7인 레에이션2−
9 함유하고 있다.

발생

몰리브데나이트

레늄은 평균 농도가 1ppb인 지구 지각에서 가장 희귀한 원소 중 하나이다.[27] 다른 출처는 0.5ppb의 숫자를 인용하여 지구 지각에서 77번째로 풍부한 원소다.[34]레늄은 아마도 자연에서 무료로 발견되지는 않지만(자연발생가능성은 불확실하다), 주요 상업원인 미네랄 몰리브덴산염(주로 몰리브덴산염)에서 0.[27]2%까지 발생하는데, 최대 1.88%의 몰리브덴산염 샘플이 발견되었다.[35]칠레는 구리광석 매장량의 일부인 세계 최대 레늄 매장량을 보유하고 있으며 2005년 현재 생산국 중 선두를 달리고 있다.[36]쿠릴열도 이투루프섬 쿠드리아비 화산의 후마롤에서 응축되는 황화수소 광물(ReS2)이 처음 발견되어 기술된 것은 최근의 일이다.[37]Kudriavy는 이황화 레늄의 형태로 매년 최대 20-60 kg의 레늄을 배출한다.[38][39]레니파이트라고 이름 붙여진 이 희귀한 광물은 수집가들 사이에서 높은 가격을 부른다.[40]

생산

페르헤나이트 암모늄

레늄의 약 80%는 포르피리 몰리브덴 퇴적물에서 추출된다.[41]일부 광석은 0.001%에서 0.2%의 레늄을 함유하고 있다.[27]광석을 볶으면 레늄 산화물이 나온다.[35]레늄(VII) 산화물페레닉산은 물에 쉽게 용해되며, 연도 먼지와 가스로부터 침출되어 페레네이트 소금으로 칼륨 또는 염화암모늄을 침전시켜 추출하고 재분해하여 정제한다.[27]총 세계 생산량은 연간 40~50톤이다. 주요 생산국은 칠레, 미국, 페루, 폴란드다.[42]사용한 Pt-Re 촉매와 특수 합금을 재활용하면 연간 10톤을 더 회수할 수 있다.이 금속의 가격은 2003-2006년 kg당 1000-2000달러에서 2008년 2월 10,000달러 이상으로 급상승했다.[43][44]금속 형태는 높은 온도에서 수소와 함께 페레네이트 암모늄을 감소시킴으로써 준비된다.[25]

2 NH4ReO4 + 7 H2 → 2 Re + 8 H2O + 2 NH3

적용들

프랫 휘트니 F-100 엔진은 레늄이 함유된 2세대 슈퍼 알로이를 사용한다.

레니움은 제트엔진 부품을 만드는 데 쓰이는 고온 슈퍼알로이에 전 세계 레니움 생산량의 70%를 활용한다.[45]또 다른 주요 적용 분야는 백금-레늄 촉매로 주로 납이 없는 고옥탄 가솔린 제조에 사용된다.[46]

합금

니켈을 기반으로 한 슈퍼 알로이들은 레늄을 첨가하면서 크리프 강도를 향상시켰다.합금은 보통 3% 또는 6%의 레늄을 함유하고 있다.[47]2세대 합금은 3%를 포함하고 있으며, 이러한 합금은 F-15와 F-16용 엔진에 사용된 반면, 새로운 단일 결정 3세대 합금은 레늄의 6%를 포함하고 F-22와 F-35 엔진에 사용된다.[46][48]레늄은 GE 7FA와 같은 산업용 가스 터빈 엔진에 사용되는 CMSX-4(2세대)와 CMSX-10(3세대)과 같은 슈퍼알로이에도 사용된다.Rhenium은 초알로이가 미세구조적으로 불안정해지게 할 수 있으며, 바람직하지 않은 위상 밀폐(TCP) 단계를 형성할 수 있다.4~5세대 슈퍼알로이에서는 이런 효과를 피하기 위해 루테늄을 사용한다.그 중에서도 새로운 슈퍼앨로이로는 EPM-102(3%Ru)와 TMS-162(6%Ru)와 TMS-138[50] 및 TMS-174가 있다.[49][51][52]

3% 레늄으로 만든 블레이드를 사용한 CFM 국제 CFM56 제트 엔진

2006년도의 소비량은 제너럴 일렉트릭의 28%, 롤스로이스 plc 28%, 프랫 휘트니 12%로 모두 슈퍼앨로이의 소비량이 주어지는 반면 촉매의 사용은 14%에 불과하고 나머지 애플리케이션은 18%[45]를 사용한다.2006년 미국의 레늄 소비량의 77%가 합금이었다.[46]군용 제트 엔진에 대한 수요 증가와 지속적인 공급으로 인해 레늄 함량이 낮은 슈퍼 알로이 개발이 필요하게 되었다.예를 들어 새로운 CFM 국제 CFM56 고압 터빈(HPT) 블레이드는 레니 [53][54]N5 대신 레니 N515 함량이 1.5%인 레니 N515를 3%로 사용한다.

레늄은 텅스텐의 성질을 개선한다.텅스텐-레늄 합금은 낮은 온도에서 연성이 더 높아 보다 쉽게 가공할 수 있다.고온 안정성도 개선됐다.효과는 레늄 농도에 따라 증가하며, 따라서 텅스텐 합금은 용해성 한계인 Re의 최대 27%로 생산된다.[55]텅스텐-레늄 와이어는 원래 재분배 후 연성이 더 좋은 와이어를 개발하기 위한 노력에서 만들어졌다.이를 통해 와이어는 우수한 진동 저항성, 연성 개선 및 높은 저항성을 포함한 특정 성능 목표를 충족할 수 있다.[56]텅스텐-레늄 합금에 대한 한 가지 적용은 X선 선원이다.높은 원자 질량과 함께 두 원소의 높은 용해점은 장기간 지속되는 전자 충격에 대해 안정되게 만든다.[57]레늄 텅스텐 합금도 열전대로 적용해 최대 2200℃까지 온도를 측정한다.[58]

고온 안정성, 저증기 압력, 양호한 마모 저항성 및 레늄의 아크 부식을 견딜 수 있는 능력은 전기 접점을 자가 세척하는 데 유용하다.특히 전기 스위칭 중에 발생하는 방전은 접점을 산화시킨다.단, 산화 레늄 Renium ReO는27 안정성이 떨어져(최대 360°C에서 서브라임) 방전 시 제거된다.[45]

레늄은 녹는점이 높고 탄탈룸, 텅스텐과 비슷한 증기압이 낮다.따라서 레늄 필라멘트는 진공 상태가 아니라 산소가 함유된 대기에서 작동하면 안정성이 더 높다.[59]이 필라멘트는 질량분광기, 이온계[60], 포토플라시 램프의 사진 촬영에 널리 사용된다.[61]

촉매

레늄-플라티넘 합금 형태의 레늄은 촉매 개혁의 촉매제로 쓰이고 있는데, 옥탄가 등급이 낮은 석유 정제 나프타를 고옥탄 액체 제품으로 전환하는 화학 공정이다.전 세계적으로 이 공정에 사용되는 촉매의 30%가 레늄을 함유하고 있다.[62]올레핀 메타텍스는 레늄이 촉매로 사용되는 다른 반응이다.일반적으로 알루미나에 대한 REO는27 이 과정에 사용된다.[63]레늄 촉매는 질소, 황, 인에 의한 화학 중독에 매우 내성이 강하므로 특정한 종류의 수소화 반응에 사용된다.[17][64][65]

기타 용도

동위 원소인 Re와 Re는 방사성 물질이며 간암 치료에 사용된다.둘 다 조직 내 침투 깊이는 비슷하지만(Re의 경우 5mm, Re의 경우 11mm) 수명이 길다는 장점이 있다(90시간 대 17시간).[66][67]

188레는 또한 리스테리아 모노키토제네스를 통해 췌장암이 전달되는 새로운 치료법에도 실험적으로 사용되고 있다.[68]레 동위원소는 레늄-SCT(피부암 치료법)에도 사용된다.이 치료는 피부의 기저세포암편평한 세포암 치료에서 브라키테라피를 위한 베타 방출체로 동위원소의 특성을 이용한다.[69]

주기적인 추세에 의해 관계된 레늄은 테크네튬과 비슷한 화학물질을 가지고 있다; 레늄을 표적 화합물에 라벨을 붙이기 위해 행해진 작업은 종종 테크네튬으로 번역될 수 있다.이는 비용과 짧은 반감기로 인해 테크네튬(특히 약에 사용되는 99m 동위원소)을 사용하기 어려운 방사선 투약에 유용하다.[66][70]

주의사항

레늄과 그 화합물의 독성에 대해서는 거의 알려져 있지 않다. 왜냐하면 그것들은 매우 적은 양으로 사용되기 때문이다.레늄 할로겐화물 또는 페레네이트와 같은 가용성 염류는 레늄 이외의 원소나 레늄 자체로 인해 위험할 수 있다.[71]레늄의 몇 가지 화합물만이 급성 독성을 시험했다; 두 가지 예로는 쥐에게 용액으로 주입된 페레네이트 칼륨과 트리클로라이드가 있다.페르헤나이트는 7일 후 LD50 값이 2800mg/kg(이는 매우 낮은 독성이며, 식탁용 소금과 유사함)이었고, 레늄 트리클로라이드는 LD가50 280mg/kg으로 나타났다.[72]

참조

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