El renio es un elemento químico ; tiene símbolo Re y número atómico 75. Es un metal de transición pesado, de tercera fila, de color gris plateado, del grupo 7 de la tabla periódica . Con una concentración promedio estimada de 1 parte por mil millones (ppb), el renio es uno de los elementos más raros en la corteza terrestre . Tiene el tercer punto de fusión más alto y el segundo punto de ebullición más alto de cualquier elemento con 5869 K. [6] Se parece químicamente al manganeso y al tecnecio y se obtiene principalmente como subproducto de la extracción y refinamiento de minerales de molibdeno y cobre . Muestra en sus compuestos una amplia variedad de estados de oxidación que van desde −1 a +7.
El renio fue descubierto originalmente por Masataka Ogawa en 1908, pero lo asignó erróneamente como elemento 43 en lugar de elemento 75 y lo llamó nipponio . Fue redescubierto por Walter Noddack , Ida Tacke y Otto Berg en 1925, [7] quienes le dieron su nombre actual. Debe su nombre al río Rin en Europa, del que se obtuvieron y explotaron comercialmente las primeras muestras. [8]
Las superaleaciones de renio a base de níquel se utilizan en cámaras de combustión, álabes de turbinas y boquillas de escape de motores a reacción . Estas aleaciones contienen hasta un 6% de renio, lo que hace que la construcción de motores a reacción sea el mayor uso del elemento. El segundo uso más importante es como catalizador : es un excelente catalizador para la hidrogenación y la isomerización y se utiliza, por ejemplo, en el reformado catalítico de nafta para su uso en gasolina (proceso de reniformación). Debido a la baja disponibilidad en relación con la demanda, es caro, y el precio alcanzó un máximo histórico en 2008/2009 de 10.600 dólares EE.UU. por kilogramo (4.800 dólares EE.UU. por libra). Debido al aumento del reciclaje y a la caída de la demanda de renio en los catalizadores, el precio había caído a 2.844 dólares estadounidenses por kilogramo (1.290 dólares estadounidenses por libra) en julio de 2018. [9]
En 1908, el químico japonés Masataka Ogawa anunció que había descubierto el elemento número 43 y lo llamó nipponio (Np) en honor a Japón ( Nippon en japonés). De hecho, había encontrado el elemento 75 (renio) en lugar del elemento 43: ambos elementos están en el mismo grupo de la tabla periódica. [10] [11] El trabajo de Ogawa a menudo se citaba incorrectamente, porque algunos de sus resultados clave se publicaron sólo en japonés; es probable que su insistencia en buscar el elemento 43 le impidiera considerar que podría haber encontrado el elemento 75 en su lugar. Justo antes de la muerte de Ogawa en 1930, Kenjiro Kimura analizó la muestra de Ogawa mediante espectroscopía de rayos X en la Universidad Imperial de Tokio y le dijo a un amigo que "era realmente renio hermoso". No reveló esto públicamente, porque en la cultura universitaria japonesa antes de la Segunda Guerra Mundial estaba mal visto señalar los errores de los mayores, pero la evidencia llegó a ser conocida por algunos medios de comunicación japoneses de todos modos. A medida que pasó el tiempo sin repeticiones de los experimentos ni nuevos trabajos con nipponio, la afirmación de Ogawa se desvaneció. [11] El símbolo Np se usó más tarde para el elemento neptunio , y el nombre "nihonium", también llamado así por Japón , junto con el símbolo Nh, se usó más tarde para el elemento 113 . El elemento 113 también fue descubierto por un equipo de científicos japoneses y recibió su nombre en respetuoso homenaje al trabajo de Ogawa. [12] Hoy en día, la afirmación de Ogawa es ampliamente aceptada como el descubrimiento del elemento 75 en retrospectiva. [11]
Renio ( latín : Rhenus que significa: " Rin ") [13] recibió su nombre actual cuando fue redescubierto por Walter Noddack , Ida Noddack y Otto Berg en Alemania . En 1925 informaron que habían detectado el elemento en mineral de platino y en el mineral columbita . También encontraron renio en gadolinita y molibdenita . [14] En 1928 pudieron extraer 1 g del elemento procesando 660 kg de molibdenita. [15] En 1968 se estimó que el 75% del renio metálico en los Estados Unidos se utilizaba para la investigación y el desarrollo de aleaciones de metales refractarios . Pasaron varios años desde ese momento antes de que las superaleaciones se utilizaran ampliamente. [16] [17]
La caracterización errónea original realizada por Ogawa en 1908 y el trabajo final en 1925 hacen que el renio sea quizás el último elemento estable que se pueda comprender. El hafnio fue descubierto en 1923 [18] y todos los demás elementos nuevos descubiertos desde entonces, como el francio , son radiactivos. [19]
El renio es un metal de color blanco plateado con uno de los puntos de fusión más altos de todos los elementos, superado únicamente por el tungsteno . (A presión estándar , el carbono se sublima en lugar de fundirse, aunque su punto de sublimación es comparable a los puntos de fusión del tungsteno y el renio). También tiene uno de los puntos de ebullición más altos de todos los elementos, y el más alto entre los elementos estables. También es uno de los más densos, superado únicamente por el platino , el iridio y el osmio . El renio tiene una estructura cristalina hexagonal compacta, con parámetros de red a = 276,1 pm y c = 445,6 pm. [20]
Su forma comercial habitual es un polvo, pero este elemento se puede consolidar presionando y sinterizando al vacío o en atmósfera de hidrógeno . Este procedimiento produce un sólido compacto que tiene una densidad superior al 90% de la densidad del metal. Cuando está recocido, este metal es muy dúctil y puede doblarse, enrollarse o enrollarse. [21] Las aleaciones de renio-molibdeno son superconductoras a 10 K ; Las aleaciones de tungsteno-renio también son superconductoras [22] alrededor de 4 a 8 K, dependiendo de la aleación. Superconductores de renio metálico en1,697 ± 0,006K . [23] [24]
En forma masiva y a temperatura ambiente y presión atmosférica, el elemento resiste álcalis, ácido sulfúrico , ácido clorhídrico , ácido nítrico y agua regia . Sin embargo, reaccionará con el ácido nítrico al calentarlo. [25]
El renio tiene un isótopo estable , el renio-185, que sin embargo se presenta en abundancia minoritaria, situación que sólo se encuentra en otros dos elementos ( indio y telurio ). El renio natural tiene solo un 37,4% de 185 Re y un 62,6% de 187 Re, que es inestable pero tiene una vida media muy larga (≈10· 10 años). Un kilogramo de renio natural emite 1,07 MBq de radiación debido a la presencia de este isótopo. Esta vida útil puede verse muy afectada por el estado de carga del átomo de renio. [26] [27] La desintegración beta de 187 Re se utiliza para la datación de minerales con renio-osmio . La energía disponible para esta desintegración beta (2,6 keV ) es la segunda más baja conocida entre todos los radionucleidos , sólo detrás de la desintegración de 115 In a 115 Sn* excitado (0,147 keV). [28] El isótopo renio-186m destaca por ser uno de los isótopos metaestables de vida más larga , con una vida media de alrededor de 200.000 años. Se han reconocido otros 33 isótopos inestables, que van del 160 Re al 194 Re, el más longevo de los cuales es el 183 Re con una vida media de 70 días. [29]
Los compuestos de renio son conocidos por todos los estados de oxidación entre −3 y +7 excepto −2. Los estados de oxidación +7, +4 y +3 son los más comunes. [30] El renio está más disponible comercialmente como sales de perrenato , incluidos los perrenatos de sodio y amonio . Estos son compuestos blancos solubles en agua. [31] El anión tetratioperrenato [ReS 4 ] − es posible. [32]
Los cloruros de renio más comunes son ReCl 6 , ReCl 5 , ReCl 4 y ReCl 3 . [33] Las estructuras de estos compuestos a menudo presentan enlaces Re-Re extensos, que son característicos de este metal en estados de oxidación inferiores a VII. Las sales de [Re 2 Cl 8 ] 2− presentan un enlace cuádruple metal-metal. Aunque el cloruro de renio más alto presenta Re (VI), el flúor da el heptafluoruro de renio derivado d 0 Re (VII) . También son bien conocidos los bromuros y yoduros de renio, incluidos el pentabromuro de renio y el tetrayoduro de renio .
Al igual que el tungsteno y el molibdeno, con los que comparte similitudes químicas, el renio forma una variedad de oxihaluros . Los oxicloruros son los más comunes e incluyen ReOCl 4 , ReOCl 3 .
El óxido más común es el volátil amarillo Re 2 O 7 . El trióxido de renio rojo ReO 3 adopta una estructura similar a la perovskita . Otros óxidos incluyen Re 2 O 5 , ReO 2 y Re 2 O 3 . [33] Los sulfuros son ReS 2 y Re 2 S 7 . Las sales de perrenato se pueden convertir en tetratioperrenato mediante la acción del hidrosulfuro de amonio . [34]
El diboruro de renio (ReB 2 ) es un compuesto duro que tiene una dureza similar a la del carburo de tungsteno , el carburo de silicio , el diboruro de titanio o el diboruro de circonio . [35]
El dirhenio decacarbonilo es la entrada más común a la química del organorrenio. Su reducción con amalgama de sodio da Na[Re(CO) 5 ] con renio en estado de oxidación formal −1. [36] El dirhenio decacarbonilo se puede oxidar con bromo a bromopentacarbonilrenio (I) : [37]
La reducción de este pentacarbonilo con zinc y ácido acético da pentacarbonilhidridorhenio : [38]
El trióxido de metilrenio ("MTO"), CH 3 ReO 3, es un sólido volátil e incoloro que se ha utilizado como catalizador en algunos experimentos de laboratorio. Puede prepararse por muchas rutas, un método típico es la reacción de Re 2 O 7 y tetrametilestaño :
Se conocen derivados de alquilo y arilo análogos. MTO cataliza las oxidaciones con peróxido de hidrógeno . Los alquinos terminales producen el ácido o éster correspondiente, los alquinos internos producen dicetonas y los alquenos dan epóxidos. MTO también cataliza la conversión de aldehídos y diazoalcanos en un alqueno. [39]
Un derivado distintivo del renio es el nonahidridorrenato , que originalmente se pensaba que era el anión reniuro , Re − , pero que en realidad contiene ReH.2-9
_anión en el que el estado de oxidación del renio es +7.
El renio es uno de los elementos más raros de la corteza terrestre con una concentración promedio de 1 ppb; [33] otras fuentes citan la cantidad de 0,5 ppb, lo que lo convierte en el 77º elemento más abundante en la corteza terrestre. [40] El renio probablemente no se encuentra libre en la naturaleza (su posible aparición natural es incierta), pero se encuentra en cantidades de hasta el 0,2% [33] en el mineral molibdenita (que es principalmente disulfuro de molibdeno ), la principal fuente comercial, aunque única. Se han encontrado muestras de molibdenita con hasta un 1,88%. [41] Chile tiene las reservas de renio más grandes del mundo, parte de los depósitos de mineral de cobre, y fue el principal productor en 2005. [42] Sólo recientemente se encontró y describió el primer mineral de renio (en 1994), un mineral de renio. Mineral de sulfuro (ReS 2 ) que se condensa en una fumarola en el volcán Kudriavy , isla Iturup , en las islas Kuriles . [43] Kudriavy descarga entre 20 y 60 kg de renio al año, principalmente en forma de disulfuro de renio. [44] [45] Este raro mineral, denominado reniita , alcanza precios elevados entre los coleccionistas. [46]
Aproximadamente el 80% del renio se extrae de los depósitos de pórfido de molibdeno. [47] Algunos minerales contienen entre 0,001% y 0,2% de renio. [33] Tostar el mineral volatiliza los óxidos de renio. [41] El óxido de renio (VII) y el ácido perrénico se disuelven fácilmente en agua; se lixivian de los polvos y gases de combustión y se extraen mediante precipitación con cloruro de potasio o amonio como sales de perrenato , y se purifican mediante recristalización . [33] La producción mundial total oscila entre 40 y 50 toneladas/año; los principales productores están en Chile, Estados Unidos, Perú y Polonia. [48] El reciclado de catalizadores de Pt-Re usados y de aleaciones especiales permite recuperar otras 10 toneladas al año. Los precios del metal aumentaron rápidamente a principios de 2008, de 1.000 a 2.000 dólares por kg en 2003-2006 a más de 10.000 dólares en febrero de 2008. [49] [50] La forma metálica se prepara reduciendo el perrenato de amonio con hidrógeno a altas temperaturas: [31 ]
Existen tecnologías para la extracción asociada de renio a partir de soluciones productivas de lixiviación subterránea de minerales de uranio. [51]
El renio se añade a las superaleaciones de alta temperatura que se utilizan para fabricar piezas de motores a reacción y utiliza el 70% de la producción mundial de renio. [52] Otra aplicación importante son los catalizadores de platino-renio , que se utilizan principalmente para fabricar gasolina de alto octanaje sin plomo . [53]
Las superaleaciones a base de níquel tienen una resistencia a la fluencia mejorada con la adición de renio. Las aleaciones normalmente contienen entre un 3% y un 6% de renio. [54] Las aleaciones de segunda generación contienen un 3%; estas aleaciones se utilizaron en los motores del F-15 y F-16 , mientras que las aleaciones monocristalinas más nuevas de tercera generación contienen un 6% de renio; se utilizan en los motores F-22 y F-35 . [53] [55] El renio también se usa en superaleaciones, como CMSX-4 (2.a generación) y CMSX-10 (3.a generación) que se usan en motores de turbina de gas industriales como el GE 7FA. El renio puede hacer que las superaleaciones se vuelvan microestructuralmente inestables, formando fases topológicamente compactas (TCP) indeseables . En las superaleaciones de 4.ª y 5.ª generación se utiliza rutenio para evitar este efecto. Entre otras, las nuevas superaleaciones son EPM-102 (con 3% Ru) y TMS-162 (con 6% Ru) [56] , así como TMS-138 [57] y TMS-174. [58] [59]
Para 2006, el consumo se da en un 28% para General Electric , un 28% para Rolls-Royce plc y un 12% para Pratt & Whitney , todos ellos para superaleaciones, mientras que el uso de catalizadores sólo representa un 14% y el resto de aplicaciones utilizan un 18%. [52] En 2006, el 77% del consumo de renio en los Estados Unidos se produjo en aleaciones. [53] La creciente demanda de motores a reacción militares y la oferta constante hicieron necesario desarrollar superaleaciones con un menor contenido de renio. Por ejemplo, las palas de turbina de alta presión (HPT) CFM International CFM56 más nuevas utilizarán Rene N515 con un contenido de renio del 1,5% en lugar de Rene N5 con un 3%. [60] [61]
El renio mejora las propiedades del tungsteno . Las aleaciones de tungsteno-renio son más dúctiles a baja temperatura, lo que permite mecanizarlas más fácilmente. También se mejora la estabilidad a altas temperaturas. El efecto aumenta con la concentración de renio, por lo que se producen aleaciones de tungsteno con hasta un 27% de Re, que es el límite de solubilidad. [62] El alambre de tungsteno-renio se creó originalmente en un esfuerzo por desarrollar un alambre que fuera más dúctil después de la recristalización. Esto permite que el cable cumpla objetivos de rendimiento específicos, incluida una resistencia superior a las vibraciones, una ductilidad mejorada y una resistividad más alta. [63] Una aplicación para las aleaciones de tungsteno-renio son las fuentes de rayos X. El alto punto de fusión de ambos elementos, junto con su elevada masa atómica, los hace estables frente al impacto prolongado de los electrones. [64] Las aleaciones de renio y tungsteno también se aplican como termopares para medir temperaturas de hasta 2200 ° C . [sesenta y cinco]
La estabilidad a altas temperaturas, la baja presión de vapor, la buena resistencia al desgaste y la capacidad de resistir la corrosión por arco del renio son útiles en los contactos eléctricos autolimpiantes . En particular, la descarga que se produce durante la conmutación eléctrica oxida los contactos. Sin embargo, el óxido de renio Re 2 O 7 es volátil (se sublima a ~360 °C) y, por lo tanto, se elimina durante la descarga. [52]
El renio tiene un alto punto de fusión y una baja presión de vapor similar al tantalio y al tungsteno. Por lo tanto, los filamentos de renio presentan una mayor estabilidad si el filamento no se utiliza en vacío, sino en una atmósfera que contiene oxígeno. [66] Esos filamentos se utilizan ampliamente en espectrómetros de masas , medidores de iones [67] y lámparas de flash en fotografía . [68]
El renio en forma de aleación de renio-platino se utiliza como catalizador para el reformado catalítico , que es un proceso químico para convertir naftas de refinería de petróleo con índices de octanaje bajo en productos líquidos de alto octanaje. En todo el mundo, el 30% de los catalizadores utilizados para este proceso contienen renio. [69] La metátesis de olefinas es la otra reacción para la que se utiliza renio como catalizador. Normalmente para este proceso se utiliza Re 2 O 7 sobre alúmina . [70] Los catalizadores de renio son muy resistentes al envenenamiento químico por nitrógeno, azufre y fósforo, por lo que se utilizan en ciertos tipos de reacciones de hidrogenación. [21] [71] [72]
Los isótopos 186 Re y 188 Re son radiactivos y se utilizan para el tratamiento del cáncer de hígado . Ambos tienen una profundidad de penetración similar en el tejido (5 mm para 186 Re y 11 mm para 188 Re), pero 186 Re tiene la ventaja de una vida media más larga (90 horas frente a 17 horas). [73] [74]
188 Re también se está utilizando experimentalmente en un nuevo tratamiento del cáncer de páncreas en el que se administra mediante la bacteria Listeria monocytogenes . [75] El isótopo 188 Re también se utiliza para el renio-SCT ( terapia del cáncer de piel ). El tratamiento utiliza las propiedades del isótopo como emisor beta para la braquiterapia en el tratamiento del carcinoma de células basales y del carcinoma de células escamosas de la piel. [76]
Relacionado por tendencias periódicas , el renio tiene una química similar a la del tecnecio ; El trabajo realizado para etiquetar renio en compuestos objetivo a menudo puede traducirse a tecnecio. Esto es útil para la radiofarmacia, donde es difícil trabajar con tecnecio (especialmente el isótopo tecnecio-99m utilizado en medicina) debido a su coste y su corta vida media. [73] [77]
Se sabe muy poco sobre la toxicidad del renio y sus compuestos porque se utilizan en cantidades muy pequeñas. Las sales solubles, como los haluros de renio o los perrenatos, podrían ser peligrosas debido a elementos distintos del renio o al propio renio. [78] Sólo se han probado unos pocos compuestos de renio para determinar su toxicidad aguda; dos ejemplos son el perrenato de potasio y el tricloruro de renio, que se inyectaron en forma de solución a ratas. El perrenato tenía un valor LD 50 de 2800 mg/kg después de siete días (esto es una toxicidad muy baja, similar a la de la sal de mesa) y el tricloruro de renio mostró una LD 50 de 280 mg/kg. [79]
