Nguyên tố Rheni: Định nghĩa, lịch sử, điều chế và ứng dụng 

Nguyên tố Rheni là một trong những kim loại hiếm nhất trên Trái Đất, nổi tiếng với nhiều đặc tính độc đáo và ứng dụng quan trọng trong công nghiệp. Bài viết này, yeuhoahoc.edu.vn sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về nguyên tố Rhenium, từ định nghĩa đến lịch sử phát hiện và vị trí của nó trong bảng tuần hoàn hóa học.

Giới thiệu về nguyên tố Rheni 

Định nghĩa

Rhenium là một nguyên tố hóa học có kí hiệu là Re và số nguyên tử 75. Nằm trong nhóm kim loại chuyển tiếp, Rhenium có điểm nóng chảy cao thứ ba trong các nguyên tố hóa học, chỉ sau tungsten và carbon, và là một trong những kim loại hiếm nhất trên vỏ Trái Đất. Rhenium có tính chất hóa học đặc biệt, bao gồm khả năng chống ăn mòn và khả năng chịu nhiệt cao, làm cho nó trở thành một vật liệu quý giá trong nhiều ứng dụng công nghiệp.

Lịch sử hình thành nguyên tố Rheni:

Một số mốc thời gian quan trọng trong lịch sử phát hiện:

• 1908: Walter Noddack, Ida Tacke và Otto Berg phát hiện ra nguyên tố Rheni bằng phương pháp phân tích tia X.
• 1925: Rheni được chiết xuất lần đầu tiên bởi các nhà khoa học Đức.

Nguyên tố Rheni trong bảng tuần hoàn hóa học:

• Rheni nằm ở ô số 75 trong bảng tuần hoàn hóa học.
• Nó thuộc nhóm 7 và chu kỳ 6.

Trong bảng tuần hoàn, Rhenium nằm ở nhóm 7, chu kỳ 6, thuộc nhóm các kim loại chuyển tiếp. Có bảy electron ở lớp ngoài cùng, Rhenium thể hiện tính linh hoạt hóa học khi có thể tạo thành hợp chất với nhiều số oxi hóa khác nhau.

Tính chất của nguyên tố Rheni

Tính chất vật lý:

• Rheni là kim loại có màu trắng xám.
• Rheni có độ cứng cao (cứng hơn thép).
• Rheni có điểm nóng chảy cao (3180°C), là một trong những kim loại có điểm nóng chảy cao nhất.
• Rheni có mật độ cao (21,02 g/cm³).
• Rheni có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt.
• Rheni có khả năng chống ăn mòn cao.

Tính chất hóa học:

• Rheni là kim loại chuyển tiếp.
• Rheni có nhiều trạng thái oxy hóa khác nhau (-1 đến +7).
• Rheni có khả năng phản ứng với axit và kiềm.
• Rheni không phản ứng với nước và oxy ở nhiệt độ thường.
• Rheni có khả năng tạo hợp kim với nhiều kim loại khác.

Dưới đây là bảng tóm tắt các tính chất của Rheni:

Ứng dụng của nguyên tố Rheni

Hợp kim: Rheni được sử dụng để làm cứng và tăng cường độ bền của các hợp kim được sử dụng trong các ứng dụng chịu nhiệt độ cao, chẳng hạn như động cơ máy bay, động cơ tuabin khí và bộ phận lò phản ứng hạt nhân. 

Chống ăn mòn: Rheni có khả năng chống ăn mòn cao, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như trong các nhà máy hóa chất và thiết bị khai thác.

Thiết bị y tế: Rheni được sử dụng trong một số thiết bị y tế, chẳng hạn như máy tạo nhịp tim và cấy ghép, vì nó tương thích sinh học và có khả năng chống ăn mòn cao.

Dụng cụ điện tử: Rheni được sử dụng trong một số dụng cụ điện tử, chẳng hạn như bóng đèn và ống tia X, vì nó có khả năng dẫn điện tốt và có thể chịu được nhiệt độ cao.

Chống bức xạ: Rheni có khả năng hấp thụ bức xạ cao, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng che chắn bức xạ, chẳng hạn như trong các nhà máy điện hạt nhân và thiết bị y tế.

Điều chế và sản xuất nguyên tố Rheni

Điều chế

Trong phòng thí nghiệm:

Phương pháp khử: Dùng H2 khử Re2O7 hoặc NH3 khử ReO3:

Re2O7 + 7H2 → 2Re + 7H2O

ReO3 + 2NH3 → Re + N2 + 3H2O

Phương pháp nhiệt phân: nung nóng ReCl5 với H2 hoặc NH3:

2ReCl5 + 5H2 → 2Re + 10HCl

2ReCl5 + 10NH3 → 2Re + 10NH4Cl + N2

Trong công nghiệp:

Phương pháp chiết xuất: Rheni được chiết xuất từ quặng molypden, đồng, chì. Quá trình chiết xuất bao gồm:

• Quặng được nghiền mịn và nung nóng để tách Rheni khỏi các kim loại khác.
• Rheni được hòa tan trong axit nitric và sau đó được kết tủa dưới dạng amoni rhenat.
• Amoni rhenat được nung nóng để tạo ra ReO3.
• Cuối cùng, ReO3 được khử bằng H2 để tạo ra Re.

Sản xuất

Khai thác và luyện kim

• Khai thác: Rhenium không tồn tại dưới dạng nguyên tố tự do trong tự nhiên mà chủ yếu được tìm thấy trong khoáng vật molybdenit (MoS2) dưới dạng tạp chất.
• Luyện kim: Trong quá trình luyện kim molybdenum và đồng, rhenium được thu hồi từ khí thải và bụi lò phản ứng dưới dạng hợp chất rhenium heptaoxit (Re2O7).

Thu hồi Rhenium

• Hấp thụ Rhenium: Rhenium heptaoxit, có trong khí thải, được hấp thụ bằng dung dịch nước lạnh hoặc dung dịch kiềm để tạo thành dung dịch perrhenate (ReO4^-).
• Thu hồi từ dung dịch: Dung dịch perrhenate sau đó được xử lý để thu hồi rhenium. Có thể sử dụng phương pháp kết tủa hoặc trao đổi ion để tách rhenium ra khỏi dung dịch.

Tinh chế Rhenium

• Tinh chế hóa học: Rhenium thu được ở dạng perrhenate được chuyển đổi thành dạng tinh khiết hơn thông qua các quá trình hóa học, bao gồm phản ứng với hydrogen để tạo ra rhenium kim loại dưới dạng bột.
• Tinh chế nhiệt: Bột rhenium sau đó được nung nóng trong không khí hoặc trong môi trường kiểm soát để loại bỏ các tạp chất và chuyển đổi thành dạng kim loại tinh khiết.

Chế tạo hợp kim hoặc sản phẩm cuối

• Hợp kim: Rhenium tinh khiết có thể được sử dụng trực tiếp hoặc hợp kim hóa với các kim loại khác (như tungsten và molybdenum) để tạo ra các hợp kim có đặc tính kỹ thuật cao.
• Sản phẩm: Các sản phẩm cuối cùng bao gồm dây rhenium, bột rhenium, hoặc các hợp kim chứa rhenium, được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp, bao gồm động cơ phản lực, turbine khí, và xúc tác hóa học.

Phản ứng của nguyên tố Rheni

Rheni là một kim loại có khả năng chống ăn mòn cao và tương đối trơ về mặt hóa học. 

Phản ứng với axit

Rheni tan trong axit nitric đặc nóng:

Re + 4HNO3 → ReO4- + 4NO2 + 2H2O

Rheni không tan trong axit hydrochloric hoặc axit sulfuric loãng.

Phản ứng với oxy

Rheni bị oxy hóa chậm trong không khí ở nhiệt độ cao:

4Re + 7O2 → 2Re2O7

Phản ứng với halogen

Rheni phản ứng với các halogen (F2, Cl2, Br2) ở nhiệt độ cao:

2Re + 3F2 → 2ReF3

Re + 3Cl2 → ReCl3

Re + 2Br2 → ReBr2

Phản ứng với hydro

• Rheni không phản ứng với hydro ở nhiệt độ phòng.

Phản ứng với kim loại khác

• Rheni tạo hợp kim với nhiều kim loại khác, như Ni, Mo, W, Pt, v.v.

Ví dụ cụ thể:

• Phản ứng của Re với axit nitric:
  • Cho 1 gam Re dạng bột vào bình tam giác.
  • Thêm 10 ml axit nitric đặc nóng vào bình.
  • Đun nóng bình trên bếp cách thủy cho đến khi dung dịch tan hoàn toàn.
  • Để nguội dung dịch và lọc lấy kết tủa.
  • Kết tủa thu được là ReO4- (màu vàng).

Vấn đề an toàn khi sử dụng nguyên tố Rheni

Độc tính

• Re và các hợp chất của nó có thể gây độc cho người và động vật nếu tiếp xúc qua đường hô hấp, tiêu hóa hoặc da.
• Các triệu chứng ngộ độc Re bao gồm buồn nôn, nôn, tiêu chảy, đau đầu, chóng mặt, yếu ớt, v.v.
• Trong trường hợp nghiêm trọng, ngộ độc Re có thể dẫn đến tử vong.

Gây kích ứng

• Re và các hợp chất của nó có thể gây kích ứng da, mắt và đường hô hấp.
• Các triệu chứng kích ứng bao gồm mẩn đỏ, sưng tấy, ngứa, chảy nước mắt, ho, khó thở, v.v.

Nguy cơ cháy nổ

• Bột Re có thể bắt lửa và phát nổ nếu tiếp xúc với lửa hoặc tia lửa.

Để đảm bảo an toàn khi sử dụng Re, cần thực hiện các biện pháp phòng ngừa sau:

• Hạn chế tiếp xúc: Tránh tiếp xúc trực tiếp với Re và các hợp chất của nó. Cần sử dụng các thiết bị bảo hộ cá nhân như găng tay, khẩu trang, kính bảo hộ khi thao tác với Re.
• Vệ sinh: Rửa tay kỹ lưỡng sau khi thao tác với Re và các hợp chất của nó.
• Bảo quản: Bảo quản Re và các hợp chất của nó ở nơi khô ráo, thoáng mát, tránh xa nguồn nhiệt và tia lửa.
• Xử lý chất thải: Xử lý chất thải Re và các hợp chất của nó theo đúng quy định.

Trên đây là toàn bộ những kiến thức cơ bản về nguyên tố Rheni mà chúng tôi đã tổng hợp. Hãy cùng đọc và khám phá thêm về chủ đề này!

Chúng tôi hy vọng rằng bài viết đã cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan và sâu sắc về nguyên tố Rheni. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc muốn tìm hiểu thêm, đừng ngần ngại để lại comment dưới đây nhé!