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Die Existenz des späteren Rheniums wurde erstmals 1871 von Dmitri Iwanowitsch Medelejew als Dwi-Mangan vorhergesagt. Er schloss aus den Gesetzmäßigkeiten des von ihm entworfenem Periodensystems, dass unterhalt des Mangans noch zwei unbekannte Elemente, die späterem Technetium und Rhenium, stehen müssen.
Entdeckt wurde Rhenium erst 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.
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 (lat. Rhenus für Rhein) und Masurium (von Masuren). Letzterer setzte sich jedoch nach der Entdeckung des Technetiums 1937 nicht durch.
1928 konnten Noddack und Tacke erstmals ein Gramm Rhenium aus 660 Kilogramm Molybdänerz extrahieren. Wegen der hohen Kosten begann die Herstellung nennenswerter Mengen erst ab 1950, als ein größerer Bedarf für neuentwickelte Wolfram-Rhenium- und Molybdän-Rhenium-Legierungen bestand.
Rhenium kommt nicht gediegen, sondern ausschließlich gebunden in einigen Erzen vor. Die größten Vorkommen an rheniumhaltigen Erzen liegen in den Vereinigten Staaten, Kanada und Chile. Die jährliche Förderung von Rhenium beträgt derzeit etwa 60 Tonnen.
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Spezifikationen:
Schmelzpunkt: 3186 °C
Spezifisches Gewicht: 121,03 g/cm3
Farbe: Metallisch-grau
Siedepunkt: 5596 °C
Weltjahresproduktion ca.: 60 Tonnen
Massenanteil / Erdhülle: 0,4 ppm
Wertentwicklung:
Im Jahr 2021: +20,80%
Im Jahr 2022: – 1,20%
bis 28.6.2023: – 2,12%
Verwendung:
Rhenium, ein seltenes und wertvolles Element, hat eine spannende Entdeckungsgeschichte, die bis ins 19. Jahrhundert zurückreicht. Seine Existenz wurde erstmals im Jahr 1871 von dem berühmten russischen Chemiker Dmitri Iwanowitsch Mendelejew vorhergesagt. Mendelejew entwickelte das Periodensystem der Elemente und schloss daraus, dass es zwei noch unbekannte Elemente unterhalb von Mangan geben müsste: Eka-Mangan und Dwi-Mangan. Diese späteren Elemente wurden später als Technetium und Rhenium identifiziert.
Die eigentliche Entdeckung von Rhenium erfolgte jedoch erst im Jahr 1925 durch das Team von Walter Noddack, Ida Tacke und Otto Berg. Die Forscher untersuchten das Mineral Columbit, um die gesuchten Elemente Eka- und Dwi-Mangan zu finden. Da die gesuchten Elemente nur in sehr geringen Mengen im Columbit vorkamen, mussten sie durch aufwendige Verfahren von anderen Elementen getrennt werden. Schließlich gelang ihnen der Nachweis von Rhenium mithilfe der Röntgenspektroskopie. Obwohl Noddack und Tacke auch behaupteten, Spuren von Technetium gefunden zu haben, konnte die Darstellung dieses Elements nicht bestätigt werden. Dennoch entschieden sie sich, die entdeckten Elemente nach ihren Heimatgegenden zu benennen: Rhenium, abgeleitet von „Rhenus“ für Rhein, und Masurium, nach der Region Masuren. Der Name Masurium wurde jedoch später verworfen, als das Element Technetium 1937 entdeckt wurde.
Die Herstellung nennenswerter Mengen von Rhenium gestaltete sich anfangs als herausfordernd und teuer. Erst 1928 gelang es Noddack und Tacke, ein Gramm Rhenium aus 660 Kilogramm Molybdänerz zu extrahieren. Die tatsächliche Produktion größerer Mengen begann jedoch erst in den 1950er Jahren, als die Nachfrage nach Wolfram-Rhenium- und Molybdän-Rhenium-Legierungen zunahm.
Die einzigartigen Eigenschaften von Rhenium machen es zu einem begehrten Element in verschiedenen Anwendungen. Eine der bemerkenswertesten Verwendungen ist seine Verwendung in hochwertigen Legierungen. Wolfram-Rhenium-Legierungen sind bekannt für ihre außergewöhnliche Festigkeit und Hitzebeständigkeit. Diese Legierungen werden in der Luft- und Raumfahrtindustrie für die Herstellung von Düsen, Raketentriebwerken und Hochtemperaturturbinen verwendet.
Ein weiterer wichtiger Einsatzbereich von Rhenium ist die Elektronikindustrie. Rhenium ist ein wesentlicher Bestandteil in thermoelektrischen Geräten, die Wärme in elektrische Energie umwandeln. Diese Geräte finden Anwendung in Raumsonden und Satelliten, um elektrische Energie in den extremen Bedingungen des Weltraums zu erzeugen.
Rheniumbeschichtungen werden auch für Hochtemperaturthermometer eingesetzt, da das Metall auch bei hohen Temperaturen stabil bleibt. Zudem ist Rhenium für seine bemerkenswerte Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion bekannt, wodurch es ideal für Schutzschichten auf metallischen Oberflächen geeignet ist.
Obwohl Rhenium aufgrund seiner Seltenheit und hohen Kosten nicht in großem Maßstab eingesetzt werden kann, hat es dennoch eine wichtige Rolle in vielen High-Tech-Anwendungen gespielt. Die Entdeckung und Erforschung dieses außergewöhnlichen Elements haben unsere technologische Entwicklung maßgeblich beeinflusst und werden auch in Zukunft eine bedeutende Rolle spielen.
Vorkommen und Gewinnung
Rhenium, ein seltenes und wertvolles Element, ist in der kontinentalen Erdkruste mit einem Anteil von nur 0,7 ppb seltener als Rhodium, Ruthenium und Iridium. Es tritt nicht gediegen auf, sondern ist ausschließlich in einigen Erzen gebunden. Aufgrund seiner ähnlichen Eigenschaften wie Molybdän findet man Rhenium vor allem in Molybdänerzen wie Molybdänglanz (MoS2). Hier kann der Rheniumgehalt bis zu 0,2 % betragen. Weitere rheniumhaltige Minerale sind Columbit (Fe,Mn)(NbO3), Gadolinit (Y2FeBe[O|SiO4]2) und Alvit (ZrSiO4). Auch im Mansfelder Kupferschiefer ist in geringen Mengen Rhenium enthalten. Die größten Vorkommen von rheniumhaltigen Erzen befinden sich in den Vereinigten Staaten, Kanada und Chile.
Bisher wurde nur 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 in Russland gehört. Rhenium zählt gemeinsam mit Rhodium, Ruthenium und Osmium zu den seltensten stabilen Elementen auf der Erde, und sein Anteil an der Erdkruste beträgt lediglich 0,4 ppb.
Die Produktion von Rhenium lag im Jahr 2020 bei insgesamt 59 Tonnen.
Die Rangliste der grössten Produktionsländer:
Die Gewinnung von Rhenium erfolgt überwiegend aus Molybdänerzen, insbesondere aus Molybdänglanz. Wenn diese Erze im Zuge der Molybdängewinnung geröstet werden, reichert sich Rhenium als flüchtiges Rhenium(VII)-oxid im Flugstaub an. Dieser angereicherte Flugstaub wird anschließend mit ammoniakhaltigem Wasser behandelt, wodurch Ammoniumperrhenat entsteht.
Der Gewinnungsprozesses von Rhenium ist mit hohen Kosten verbunden. Aus diesem Grund wird Rhenium in vergleichsweise geringen Mengen produziert und findet vor allem in hochspezialisierten Anwendungen Verwendung.
Eigenschaften
Rhenium, ein weißglänzendes und hartes Schwermetall, beeindruckt mit seinen einzigartigen Eigenschaften, die es zu einem bemerkenswerten Element in der chemischen Welt machen. Ähnlich wie Palladium und Platin kristallisiert Rhenium in einer hexagonal-dichtesten Kugelpackung und besitzt eine hohe Dichte von 21,03 g/cm3. Diese Dichte wird nur von den drei Platinmetallen Osmium, Iridium und Platin übertroffen, was Rhenium zu einem der dichtesten Elemente überhaupt macht.
Eine der beeindruckendsten Eigenschaften von Rhenium ist zweifellos sein außergewöhnlich hoher Schmelzpunkt. Mit beeindruckenden 3186 °C zählt es zu den Elementen mit den höchsten Schmelzpunkten überhaupt und wird lediglich von dem höchstschmelzenden Metall Wolfram mit 3387 °C und Kohlenstoff übertroffen. Diese außergewöhnliche Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen macht Rhenium zu einem begehrten Material für Anwendungen, die extremen Hitzebedingungen standhalten müssen.
Die Verarbeitbarkeit von Rhenium ist eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft dieses Elements. Es lässt sich gut durch Schmieden und Verschweißen verarbeiten, da es duktil ist und diese Eigenschaft auch nach Rekristallisation beibehält. Im Gegensatz zu Wolfram oder Molybdän tritt beim Schweißen von Rhenium keine Versprödung auf, die zu einer höheren Sprödigkeit und damit zu schlechteren Materialeigenschaften führen würde. Diese Verarbeitbarkeit macht Rhenium zu einem wertvollen Material für verschiedene industrielle Anwendungen.
Obwohl Rhenium mit einem negativen Standardpotential nicht zu den Edelmetallen zählt, zeigt es dennoch eine bemerkenswerte chemische Stabilität. Bei Raumtemperatur ist Rhenium unreaktiv und bleibt gegenüber Luft stabil. Erst beim Erhitzen reagiert es ab 400 °C mit Sauerstoff und bildet Rhenium(VII)-oxid. Auch mit den Nichtmetallen Fluor, Chlor und Schwefel reagiert Rhenium bei Erhitzung. Interessanterweise ist Rhenium in nichtoxidierenden Säuren wie Salzsäure oder Flusssäure nicht löslich, jedoch lösen oxidierende Schwefel- und Salpetersäure Rhenium leicht auf. Mit Oxidationsschmelzen bilden sich auch leicht Rhenate der Form RhO4-.
Anwendungen
Rhenium ist ein Element mit einer breiten Palette von Anwendungen, die es zu einem unverzichtbaren Bestandteil in verschiedenen Industriezweigen machen. Obwohl Rhenium meist nicht elementar verwendet wird, sondern als Beimischung in Legierungen, spielt es eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung von Materialien und der Entwicklung hochmoderner Technologien.
Etwa 70 % des produzierten Rheniums finden Verwendung als Zusatz in Nickel-Superlegierungen. Durch Zugabe von 4-6 % Rhenium wird das Kriech- und Ermüdungsverhalten dieser Legierungen bei hohen Temperaturen deutlich verbessert. Diese Eigenschaften machen sie ideal für den Einsatz in Turbinenschaufeln für Flugzeugtriebwerke, wo sie den extremen Belastungen und Temperaturen standhalten müssen.
Etwa 20 % der produzierten Menge werden für Platin-Rhenium-Katalysatoren verwendet, die eine wichtige Rolle bei der Herstellung von bleifreiem Benzin mit hohen Oktanzahlen spielen. Im Vergleich zu reinem Platin wird Rhenium in den Katalysatoren nicht so schnell durch Verkohlung vergiftet, was es ermöglicht, die Produktion bei niedrigeren Temperaturen und Drücken durchzuführen und somit wirtschaftlicher zu produzieren. Diese Katalysatoren finden auch Anwendung in der Herstellung anderer Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol und Xylol.
Aufgrund seiner bemerkenswerten chemischen Eigenschaften findet Rhenium Verwendung in der Luft- und Raumfahrtindustrie, hier wird es in Legierungen mit Wolfram verwendet, um Düsen, Raketentriebwerke und Hochtemperaturturbinen herzustellen, die extremen Bedingungen standhalten müssen. Die hohe Schmelztemperatur von Rhenium macht es zu einem idealen Material für Hochtemperaturthermometer.
Rhenium wird in der Elektronikindustrie bei thermoelektrischen Geräten eingesetzt, die Wärme in elektrische Energie umwandeln. Diese Geräte werden in Raumsonden und Satelliten verwendet, um elektrische Energie unter extremen Bedingungen im Weltraum zu erzeugen.
Rheniumbeschichtungen werden auch für Hochtemperaturthermometer eingesetzt, da das Metall auch bei hohen Temperaturen stabil bleibt. Platin-Rhenium-Legierungen werden für die Herstellung solcher Thermoelemente verwendet, die Temperaturen von bis zu 2200 °C messen können. Diese Präzisionsmessgeräte sind unerlässlich in Anwendungen wie Hochtemperaturöfen und Schmelzanlagen.
Ausserdem ist Rhenium für seine bemerkenswerte Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion bekannt, wodurch es ideal für Schutzschichten auf metallischen Oberflächen geeignet ist. Rhenium verbessert auch als Beimischung in Legierungen mit anderen Metallen wie Eisen, Kobalt, Wolfram, Molybdän und Edelmetallen die Beständigkeit dieser Materialien gegenüber Hitze und chemischen Einflüssen.
Trotz seiner vielfältigen Anwendungen ist die Verwendung von Rhenium aufgrund seiner Seltenheit und seines hohen Preises beschränkt. Dennoch ist es in Spezialanwendungen unverzichtbar. Beispielsweise werden Glühkathoden in Massenspektrometern und Kontakte in elektrischen Schaltern aus Rhenium hergestellt, um ihre Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit zu verbessern.
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