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, als Katalysator beim Herstellen von bleifreiem Benzin und in Thermoelementen.

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

Geschichte Die Existenz des späteren Rheniums wurde erstmals 1871 von Dmitri Iwanowitsch Mendelejew als Dwi-Mangan vorhergesagt. Er schloss aus den Gesetzmäßigkeiten des von ihm entworfenen Periodensystems, dass unterhalb des Mangans zwei noch unbekannte Elemente, später als Technetium und Rhenium benannt, stehen müssten.William H. Brock: Viewegs Geschichte der Chemie. Vieweg, Braunschweig 1997, ISBN 3-540-67033-5, S. 205–208.

Der japanische Chemiker Masataka Ogawa beschrieb 1908 ein Element, das er für das noch nicht bekannte Element 43 (später Technetium) hielt und nach der Bezeichnung Nippon für Japan Nipponium (Np) benannte. Er konnte jedoch zu seiner Entdeckung nicht weiter hinzufügen und seine Ergebnisse nicht repliziert werden, so dass sie nicht weiter beachtet wurde. Spätere Untersuchungen ergaben, dass die von ihm bestimmten Eigenschaften des Nipponiums denen des Rheniums gleichen, so dass Ogawa wahrscheinlich der erste war, der das spätere Rhenium identifizieren konnte.H. Kenji Yoshihara: Discovery of a new element ‘nipponium’: re-evaluation of pioneering works of Masataka Ogawa and his son Eijiro Ogawa. In: Spectrochimica Acta Part B Atomic Spectroscopy. 2004, Band 59, Nummer 8, S. 1305–1310, .Yoji Hisamatsu, Kazuhiro Egashira, Y. Maeno: Ogawa’s nipponium and its re-assignment to rhenium. In: Foundations of Chemistry. 2021, Band 24, Nummer 1, S. 15–57, .

Entdeckt wurde Rhenium 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 Maße enthalten waren, mussten sie durch Abtrennen der anderen Bestandteile angereichert werden. Schließlich konnte das spätere Rhenium durch Röntgenspektroskopie nachgewiesen werden.Ida Tacke: Zur Auffindung der Ekamangane. In: Zeitschrift für angewandte Chemie. 51, 1925, S. 1157–1180, doi:10.1002/ange.19250385102. Noddack und Tacke behaupteten auch, sehr geringe Mengen des Eka-Mangans (später Technetium) gefunden zu haben, jedoch konnte dies nicht durch Darstellung des Elements bestätigt werden. Sie nannten die Elemente nach ihren Heimatgegenden Rhenium ( für Rhein) und Masurium (von Masuren).Walter Noddack, Ida Tacke und Otto Berg: Die Ekamangane. In: Naturwissenschaften. 1925, Band 13, Nummer 26, S. 567–574, . Letzterer setzte sich jedoch nach der Entdeckung des Technetiums 1937 nicht durch.

1928 konnten Noddack und Tacke erstmals ein Gramm Rhenium aus 660 Kilogramm norwegischem Molybdänerz extrahieren. Ein Jahr später veröffentlichten sie dieses Ergebnis.Ida und Walter Noddack: Die Herstellung von einem Gramm Rhenium. In: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 183, 1, 1929, S. 353–375, doi:10.1002/zaac.19291830126.

Von 1954 bis 1968 wurde das Potential von Rhenium-Legierungen als Material für Reaktorabschirmungen untersucht. Ab 1970 begann der Einsatz von Rhenium- und Platin-Rhenium-Katalysatoren für das Cracken von Kohlenwasserstoffen in die Produktion von Benzin.Désirée E. Polyak: Rhenium (Re). In: United States Geological Survey: Metal Prices in the United States Through 2010. Scientific Investigations Report 2012–5188. Reston, Virginia, 2013, S. 152–154 (online).

Vorkommen Rhenium ist mit einem Anteil von 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 %Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9. Rhenium enthalten sein. Weitere rheniumhaltige Minerale sind Columbit (Fe,Mn)[NbO3], Gadolinit Y2FeBe[O|SiO4]2 und Alvit ZrHfSiO4. 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 ein Rheniummineral, der Rheniit (Rhenium(IV)-sulfid, ReS2), entdeckt. Der Fundort lag in einer Fumarole am Gipfelkrater des Vulkans Kudrjawy auf der Insel Iturup, die zu den Kurilen (Russland) gehört.M. A. Korzhinsky, S. I. Tkachenko, K. I. Shmulovich, Y. A. Tarant, G. S. Steinberg: Discovery of a pure rhenium mineral at Kudriavy volcano. In: Nature. 369, 1994, S. 51–53, doi:10.1038/369051a0.

Gewinnung und Darstellung mini|links|hochkant=1.2|Rhenium: Einkristall, elektronen­geschmolzener Barren und Würfel von 1 cm³ Der Grundstoff für die Gewinnung von Rhenium sind Molybdänerze, insbesondere Molybdänit. Werden diese im Zuge der Molybdängewinnung geröstet, reichert sich Rhenium als flüchtiges Rhenium(VII)-oxid in der Flugasche an. Dieses kann mit ammoniakhaltigem Wasser zu Ammoniumperrhenat (NH4ReO4) umgesetzt werden.

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

2020 wurden weltweit ca. 59 Tonnen Rhenium abgebaut. Größte Erzeuger waren Chile, Polen und die USA mit zusammen 81 % Weltmarktanteil bei Primärrhenium. Einen Überblick über die globalen Abbaumengen gibt die folgende Tabelle:Rhenium bei USGS Mineral Commodity Summaries

Land Abbaumenge in Kilogramm 2010 2019 2020 400 280 260 25.000 30.000 30.000 0 2.500 2.500 1.000 0 0 2.000 500 500 0 2.800 2.800 5.000 0 0 4.700 8.340 9.510 1.500 k. A. k. A. 1.500 460 4.900 6.100 8.360 8.830 Summe 47.200 53.200 59.300

Eine große Rolle spielt bei Rhenium mittlerweile auch das Recycling. So wurden 2021 weltweit geschätzt 25 Tonnen Sekundärrhenium gewonnen. Größte Erzeuger waren dabei die USA und Deutschland. Der USGS gibt als Preis für Rhenium 4.720 USD je kg im Jahre 2010, 3.160 USD je kg für 2013 und 980 USD je kg für 2021 an.

Eigenschaften Physikalische Eigenschaften mini|hochkant=0.8|Kristallstruktur von Re, a = 276,1 pm, c = 445,8 pmK. Schubert: Ein Modell für die Kristallstrukturen der chemischen Elemente. In: Acta Crystallographica. B30, 1974, S. 193–204, doi:10.1107/S0567740874002469. Rhenium ist ein weißglänzendes hartes Schwermetall, das äußerlich Palladium und Platin ähnelt. Es kristallisiert in einer hexagonal-dichtesten Kugelpackung in der mit den Gitterparametern a = 276,1 pm und c = 445,8 pm sowie zwei Formeleinheiten pro Elementarzelle. Die mit 21,03 g/cm³ sehr hohe Dichte des Rheniums wird noch von den drei Platinmetallen Osmium, Iridium und Platin übertroffen.

Rhenium hat mit 3186 °CPhysikalische Eigenschaften des Rheniums bei webelements.com. den dritthöchsten Schmelzpunkt aller Elemente. Es wird nur von dem höchstschmelzenden Metall Wolfram (3422 °C) und Kohlenstoff (3550 °C) übertroffen. Auch der Siedepunkt des Rheniums ist mit 5630 °C der zweithöchste aller Elemente nach dem des Wolframs von 5930 °C. Unterhalb von 1,7 K wird Rhenium zum Supraleiter.

Rhenium lässt sich gut durch Schmieden und Verschweißen verarbeiten, da es duktil ist und dies im Gegensatz zu Wolfram oder Molybdän auch nach Rekristallisation bleibt. Beim Schweißen von Rhenium tritt keine Versprödung auf, die zu einer höheren Sprödigkeit und damit schlechteren Materialeigenschaften führen würde.E. Gebhardt, E. Fromm, Fr. Benesovsky: Hochschmelzende Metalle und ihre Legierungen. In: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 3, 4, 1972, S. 197–203, doi:10.1002/mawe.19720030407.

Die Aktivität von Rhenium ist 1,0 MBq/kg.Berechnet aus Isotopenverhältnis, relativer Isotopenmasse und Halbwertszeit aus:

Chemische Eigenschaften Rhenium ist bei Raumtemperatur unreaktiv und gegenüber Luft stabil, gehört aber wegen seines vergleichsweise niedrigen Standardpotentials von +0,3 V nicht zu den klassischen Edelmetallen.

Erst beim Erhitzen reagiert es ab 400 °C mit Sauerstoff zu Rhenium(VII)-oxid. Auch mit den Nichtmetallen Fluor, Chlor und Schwefel reagiert es beim Erhitzen.

In nichtoxidierenden Säuren, wie Salzsäure oder Flusssäure, ist Rhenium nicht löslich. Dagegen lösen die oxidierenden Schwefel- und Salpetersäure Rhenium leicht auf. Mit Oxidationsschmelzen bilden sich leicht farblose Perrhenate(VII) der Form ReO4− oder grüne Rhenate(VI) des Typs ReO42−.

Rhenium ist als Pulver ein entzündbarer Feststoff. Er kann durch kurzzeitige Einwirkung einer Zündquelle leicht entzündet werden und brennt nach deren Entfernung weiter. Die Entzündungsgefahr ist umso größer, je feiner der Stoff verteilt ist. Das feuchte Pulver wird schon bei Raumtemperatur allmählich unter Bildung von Perrheniumsäure oxidiert.

Isotope Es sind insgesamt 34 Isotope und weiter 20 Kernisomere des Rheniums bekannt.G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. In: Nuclear Physics. Band A 729, 2003, S. 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. (PDF; 1,0 MB). (auch Häufigkeiten und Halbwertszeiten). Von diesen kommen zwei, die Isotope 185Re und 187Re, natürlich vor. 185Re, das mit einem Anteil von 37,40 % an der natürlichen Isotopenverteilung vorkommt, ist das einzige stabile Isotop. Das mit einem Anteil von 62,60 % häufigere 187Re ist schwach radioaktiv. Es zerfällt unter Betazerfall mit einer Halbwertszeit von 4,12 · 1010 Jahren zu 187Os, was zu einer spezifischen Aktivität von 1020 Becquerel/Gramm führt. Rhenium ist damit neben Indium eines der wenigen Elemente, die zwar ein stabiles Isotop haben, in der Natur jedoch am häufigsten in ihrer radioaktiven Form vorkommen. Beide Isotope sind mit Hilfe der Kernspinresonanzspektroskopie nachweisbar. Von den künstlichen Isotopen werden 186Re und 188Re als Tracer verwendet. Als hauptsächlicher Beta-Strahler wird 186Re in der Nuklearmedizin zur Therapie bei der Radiosynoviorthese eingesetzt.Deutsche Gesellschaft für Nuklearmedizin – Leitlinie der Radiosynoviorthese. 188Re dient als radioaktives Arzneimittel in der Tumortherapie.Rhenium-188 – alles im Fluss Rhenium-188 als Radiopharmazeutikum, Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II), Garching, 19. Juli 2007. Die epidermale Radioisotopentherapie nutzt die Eigenschaften des 188Re als Beta-Strahler zur Brachytherapie für die Behandlung des Basalioms und von Plattenepithelkarzinomen der Haut.

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 verwendet.Wissenschaft-Online-Lexika: Eintrag zu Rhenium-Osmium-Methode im Lexikon der Geowissenschaften. Dabei muss die Abhängigkeit der Halbwertszeit von 187Re von der Oxidationsstufe beachtet werden. Für vollständig ionisiertes 187Re sinkt die Halbwertszeit von 42 · 109 Jahren auf 32 Jahre.

→ Liste der Rhenium-Isotope

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