RHÉNIUM: DÉCOUVERTE, PROPRIÉTÉS, STRUCTURE, UTILISATIONS - CHIMIE - 2024

Le rhénium est un élément métallique dont le symbole chimique est Re, et placé dans le groupe 7 du tableau périodique, deux places en dessous du manganèse. Il partage avec celui-ci et le technétium la propriété de présenter plusieurs nombres ou états d'oxydation, de +1 à +7. Il forme également un anion appelé perrhénate, ReO ₄ ^-, analogue au permanganate, MnO ₄ ^-.

Ce métal est l'un des plus rares et des plus rares de la nature, son prix est donc élevé. Il est extrait comme sous-produit de l'extraction du molybdène et du cuivre. L'une des propriétés les plus importantes du rhénium est son point de fusion élevé, à peine dépassé par le carbone et le tungstène, et sa haute densité, deux fois celle du plomb.

Sphère en métal de rhénium. Source: Images haute résolution d'éléments chimiques / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Sa découverte a des connotations controversées et malheureuses. Le nom «rhénium» dérive du mot latin «rhenus», qui signifie Rhin, le célèbre fleuve allemand près du site où les chimistes allemands qui ont isolé et identifié ce nouvel élément ont travaillé.

Le rhénium a de nombreuses utilisations, parmi lesquelles le raffinement de l'indice d'octane de l'essence se distingue, ainsi que dans la fabrication de superalliages réfractaires, destinés à l'assemblage de turbines et de moteurs de navires aérospatiaux.

Découverte

L'existence de deux éléments lourds aux caractéristiques chimiques similaires à celles du manganèse avait déjà été prédite depuis les années 1869, à travers le tableau périodique du chimiste russe Dmitri Mendeleev. Cependant, on ne savait pas à ce moment-là quel devrait être leur numéro atomique; et c'est ici en 1913 que la prédiction du physicien anglais Henry Moseley fut introduite.

Selon Moseley, ces deux éléments appartenant au groupe du manganèse doivent avoir les numéros atomiques 43 et 75.

Quelques années plus tôt, cependant, le chimiste japonais Masataka Ogawa avait découvert l'élément supposé 43 dans un échantillon de la torianite minérale. Après avoir annoncé ses résultats en 1908, il a voulu baptiser cet élément du nom de «Niponio». Malheureusement, les chimistes de l'époque ont prouvé qu'Ogawa n'avait pas découvert l'élément 43.

Et ainsi, d'autres années se sont écoulées lorsqu'en 1925, trois chimistes allemands: Walter Noddack, Ida Noddack et Otto Berg, ont trouvé l'élément 75 dans des échantillons minéraux de columbite, de gadolinite et de molybdénite. Celles-ci lui ont donné le nom de rhénium, en l'honneur du Rhin d'Allemagne («Rhenus», en latin).

L'erreur de Masataka Ogawa était d'avoir mal identifié l'élément: il avait découvert le rhénium, pas l'élément 43, qui s'appelle aujourd'hui technétium.

Propriétés du rhénium

Situation du rhénium dans le tableau périodique. ! Original: Ahoerstemeier Vecteur: Sushant savla / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Apparence physique

Le rhénium est généralement commercialisé sous forme de poudre grisâtre. Ses pièces métalliques, généralement des gouttes sphériques, sont gris argent, qui sont également très brillantes.

Masse molaire

186,207 g / mol

Numéro atomique

75

Point de fusion

3186 ºC

Point d'ébullition

5630 ºC

Densité

-À température ambiante: 21,02 g / cm ³

-Droit au point de fusion: 18,9 g / cm ³

Le rhénium est un métal presque deux fois plus dense que le plomb lui-même. Ainsi, une sphère de rhénium pesant 1 gramme peut être assimilée à un cristal de plomb robuste de même masse.

Electronégativité

1,9 sur l'échelle de Pauling

Énergies d'ionisation

Premièrement: 760 kJ / mol

Deuxième: 1260 kJ / mol

Troisième: 2510 kJ / mol

Capacité thermique molaire

25,48 J / (mol K)

Conductivité thermique

48,0 W / (m K)

Résistivité électrique

193 nΩ m

Dureté Mohs

7

Les isotopes

Les atomes de rhénium se présentent dans la nature sous forme de deux isotopes: ¹⁸⁵ Re, avec une abondance de 37,4%; et ¹⁸⁷ Re, avec une abondance de 62,6%. Le rhénium est l'un de ces éléments dont l'isotope le plus abondant est radioactif; cependant, la demi-vie de ¹⁸⁷ Re est très longue (4,12 · 10 ¹⁰ ans), elle est donc pratiquement considérée comme stable.

Réactivité

Le rhénium métallique est un matériau résistant à la rouille. Quand c'est le cas, son oxyde, Re ₂ O ₇, se volatilise à haute température et brûle avec une flamme vert jaunâtre. Les morceaux de rhénium résistent à l'attaque du HNO ₃ concentré; mais lorsqu'il est chaud, il se dissout pour générer de l'acide rhénique et du dioxyde d'azote, ce qui fait brunir la solution:

Re + 7HNO ₃ → HReO ₄ + 7 NO ₂ + 3H ₂ O

La chimie du rhénium est vaste, car il est capable de former des composés avec un large spectre d'indices d'oxydation, ainsi que d'établir une liaison quadripolaire entre deux atomes de rhénium (quatre liaisons covalentes Re-Re).

Structure et configuration électronique

Coquille d'électrons de rhénium. Auteur: Utilisateur: GregRobson (Greg Robson). Wikimedia commons

Les atomes de rhénium se regroupent dans leurs cristaux pour former une structure hexagonale compacte, hcp, qui se caractérise par sa densité. Ceci est cohérent avec le fait qu'il s'agit d'un métal à haute densité. La liaison métallique, produit du chevauchement de leurs orbitales externes, maintient les atomes de Re fortement cohésifs.

Dans cette liaison métallique, Re-Re, participent les électrons de valence, qui sont selon la configuration électronique:

4f ¹⁴ 5d ⁵ 6s ²

En principe, ce sont les orbitales 5d et 6s qui se chevauchent pour compacter les atomes Re dans la structure hcp. Notez que ses électrons totalisent 7, correspondant au numéro de son groupe dans le tableau périodique.

Numéros d'oxydation

La configuration électronique du rhénium permet de voir tout de suite que son atome est capable de perdre jusqu'à 7 électrons, pour devenir l'hypothétique cation Re ⁷⁺. Lorsque l'existence de Re ⁷⁺ est supposée dans n'importe quel composé de rhénium, par exemple, dans Re ₂ O ₇ (Re ₂ ⁷⁺ O ₇ ^2-), on dit qu'il a un indice d'oxydation de +7, Re (VII).

Les autres nombres d'oxydation positifs pour le rhénium sont: +1 (Re ⁺), +2 (Re ²⁺), +3 (Re ³⁺), et ainsi de suite jusqu'à +7. De même, le rhénium peut gagner des électrons en devenant un anion. Dans ces cas, on dit qu'il a un indice d'oxydation négatif: -3 (Re ^3-), -2 (Re ^2-) et -1 (Re ^-).

Applications

De l'essence

Le rhénium, avec le platine, est utilisé pour créer des catalyseurs qui augmentent l'indice d'octane de l'essence, tout en abaissant sa teneur en plomb. D'autre part, les catalyseurs au rhénium sont utilisés pour de multiples réactions d'hydrogénation, ceci en raison de leur résistance à l'empoisonnement par l'azote, le phosphore et le soufre.

Superalliages réfractaires

Le rhénium est un métal réfractaire en raison de son point de fusion élevé. C'est pourquoi il est ajouté aux alliages de nickel pour les rendre réfractaires et résistants aux hautes pressions et températures. Ces superalliages sont principalement utilisés pour la conception de turbines et de moteurs pour les bateaux aérospatiaux.

Filaments de tungstène

Le rhénium peut également former des alliages avec le tungstène, ce qui améliore sa ductilité et facilite donc la fabrication des filaments. Ces filaments de rhénium-tungstène sont utilisés comme sources de rayons X et pour la conception de thermocouples capables de mesurer des températures jusqu'à 2200 ºC.

De même, ces filaments de rhénium étaient autrefois utilisés pour les flashs d'appareils photo archaïques, et maintenant pour les lampes d'appareils sophistiqués; comme le spectrophotomètre de masse.

Références

1. Shiver et Atkins. (2008). Chimie inorganique. (Quatrième édition). Mc Graw Hill.
2. Sarah Pierce. (2020). Rhénium: utilisations, histoire, faits et isotopes. Étude. Récupéré de: study.com
3. Centre national d'information sur la biotechnologie. (2020). Rhénium. Base de données PubChem., CID = 23947. Récupéré de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Wikipédia. (2020). Rhénium. Récupéré de: en.wikipedia.org
5. Dr Doug Stewart. (2020). Faits sur les éléments du rhénium. Récupéré de: chemicool.com
6. Eric Scerri. (18 novembre 2008). Rhénium. La chimie dans ses éléments. Récupéré de: chemistryworld.com