रेनियम (Re): गुणधर्म, अभिक्रिया आणि उपयोग

परिचय

रेनियम (Re) हा एक दुर्मिळ, घन, चांदीसारखा पांढरा संक्रमण धातू आहे. त्याचा वितळण्याचा बिंदू अत्यंत उच्च आहे—सर्व मूलद्रव्यांपैकी तिसरा सर्वात जास्त, जो केवळ टंगस्टन आणि कार्बन (उत्कलन बिंदू) द्वारे ओलांडला जातो. उच्च तापमान स्थिरता, घनता आणि गंज-प्रतिरोधकतेच्या त्याच्या अद्वितीय संयोजनामुळे तो उच्च-कार्यक्षमतेच्या उपयोगांमध्ये, विशेषतः एरोस्पेस आणि पेट्रोलियम उद्योगांमध्ये, अपरिहार्य बनतो. त्याच्या दुर्मिळतेमुळे आणि निष्कर्षण (extraction) करण्यातील अडचणीमुळे त्याची किंमत जास्त असते.

CBSE/JEE द्रुत उजळणी टिपा

अणुक्रमांक: 75
अणुवस्तुमान: 186.207 g/mol
चिन्ह: Re
गट: 7 (VIIB)
आवर्त: 6
खंड: d-खंड
मूलद्रव्याचा प्रकार: संक्रमण धातू
सामान्य ऑक्सिडेशन अवस्था: +7, +6, +5, +4, +3, +2, +1, -1 (सर्वात स्थिर/सामान्य: +7, +4)
स्वरूप: चांदीसारखा पांढरा, चमकदार, घन, उच्चतापसहनशील धातू.
वितळण्याचा बिंदू: 3186 °C (अत्यंत उच्च)
उत्कलन बिंदू: 5596 °C
घनता: 21.02 g/cm³ (सर्वात घन मूलद्रव्यांपैकी एक)
शोध: 1925 मध्ये वॉल्टर नोडाक, इडा टॅके आणि ओटो बर्ग यांनी शोध लावला.

इलेक्ट्रॉन संरूपण आणि बंध वर्तन

इलेक्ट्रॉन संरूपण

रेनियमचे भूस्तर (ground state) इलेक्ट्रॉन संरूपण असे आहे: [Xe] 4f¹⁴ 5d⁵ 6s²

बंध वर्तन

रेनियम -1 ते +7 पर्यंतच्या ऑक्सिडेशन अवस्थांची विस्तृत श्रेणी दर्शवतो, जे संक्रमण धातूंचे वैशिष्ट्य आहे.
+7 ऑक्सिडेशन अवस्था सर्वात सामान्य आणि स्थिर आहे, ज्याचे उदाहरण पररेनॅट्स (ReO₄⁻) आणि रेनियम(VII) ऑक्साईड (Re₂O₇) सारख्या संयुगांमध्ये मिळते. ही अवस्था दोन 6s इलेक्ट्रॉन आणि पाच 5d इलेक्ट्रॉनच्या ह्रासामुळे (loss) निर्माण होते.
कमी ऑक्सिडेशन अवस्था, विशेषतः +4 आणि +6, देखील महत्त्वपूर्ण आहेत आणि त्या विविध संयुगांमध्ये आढळतात, ज्यात अनेकदा मजबूत धातू-धातूमधील बंध असतो.
रेनियम लिगंड्ससोबत (ligands) स्थिर संकुल (complexes) तयार करतो, ज्यामुळे त्याचे वैशिष्ट्यपूर्ण संक्रमण धातू समन्वय रसायनशास्त्र (coordination chemistry) दिसून येते.

महत्त्वाच्या रासायनिक अभिक्रिया

रेनियम सामान्यतः खोलीच्या तापमानावर निष्क्रिय असतो, परंतु गरम केल्यावर किंवा मजबूत ऑक्सिडिकरण करणाऱ्या अभिकर्त्यांसोबत (oxidizing agents) अभिक्रिया करतो.

1. ऑक्सिजनसोबत (हवेतील) अभिक्रिया

रेनियमला गरम केल्यावर तो ऑक्सिजनसोबत अभिक्रिया करून रेनियम(VII) ऑक्साईड तयार करतो, जो एक अस्थिर पिवळा स्थायू आहे. 4 Re (s) + 7 O₂ (g) → 2 Re₂O₇ (s)

2. हॅलोजनसोबत अभिक्रिया

रेनियम हॅलोजनसोबत, विशेषतः फ्लोरीन आणि क्लोरीनसोबत अभिक्रिया करून हॅलाईड्स (halides) तयार करतो, जे अनेकदा उच्च ऑक्सिडेशन अवस्थांमध्ये असतात.

फ्लोरीनसोबत: रेनियम(VII) फ्लोराईड तयार करतो. 2 Re (s) + 7 F₂ (g) → 2 ReF₇ (s)
क्लोरीनसोबत: रेनियम(V) क्लोराईड तयार करतो. 2 Re (s) + 5 Cl₂ (g) → 2 ReCl₅ (s)

3. आम्लासोबत अभिक्रिया

नॉन-ऑक्सिडिकरण करणारे आम्ल (उदा. HCl) सोबत: रेनियम त्याच्या उदात्त (noble) स्वभावामुळे नॉन-ऑक्सिडिकरण करणाऱ्या आम्लासोबत सामान्यतः निष्क्रिय असतो.
ऑक्सिडिकरण करणारे आम्ल (उदा. HNO₃, H₂SO₄) सोबत: रेनियम गरम, संहत (concentrated) ऑक्सिडिकरण करणाऱ्या आम्लासोबत अभिक्रिया करून पररेनिक आम्ल (perrhenic acid) किंवा पररेनॅट आयन (perrhenate ions) तयार करतो. 3 Re (s) + 7 HNO₃ (conc) → 3 HReO₄ (aq) + 7 NO (g) + 2 H₂O (l) टीप: पररेनिक आम्ल, HReO₄, एक तीव्र आम्ल आहे आणि द्रावणात ReO₄⁻ म्हणून अस्तित्वात असते.

4. पररेनॅट्सची निर्मिती

रेनियम(VII) ऑक्साईड पाण्यात विरघळून पररेनिक आम्ल तयार करतो. Re₂O₇ (s) + H₂O (l) → 2 HReO₄ (aq) पररेनिक आम्ल नंतर आम्लारींसोबत (bases) अभिक्रिया करून पररेनॅट क्षार (salts) तयार करू शकते (उदा. पोटॅशियम पररेनॅट). HReO₄ (aq) + KOH (aq) → KReO₄ (aq) + H₂O (l)

औद्योगिक आणि जैविक महत्त्व

औद्योगिक महत्त्व

सुपरअलॉयज: रेनियमचा वापर प्रामुख्याने उच्च-तापमान सुपरअलॉयजमध्ये, विशेषतः निकेल-आधारित मिश्रधातूमध्ये, जेट इंजिनच्या घटकांसाठी (उदा. टर्बाइन ब्लेड्स) केला जातो. हे रेंगाळण्याची शक्ती (creep strength) आणि उच्च-तापमान कार्यक्षमता लक्षणीयरीत्या सुधारते.
उत्प्रेरक (Catalysts): रेनियम-प्लॅटिनम उत्प्रेरक पेट्रोलियम उद्योगात उत्प्रेरकी रिफॉर्मिंगसाठी (catalytic reforming) महत्त्वाचे आहेत, जे कमी-ऑक्टेन नॅफ्थाला उच्च-ऑक्टेन गॅसोलीन घटकांमध्ये (उदा. ऍरोमॅटिक्स) रूपांतरित करते.
विद्युत संपर्क आणि फिलामेंट्स: त्याचा उच्च वितळण्याचा बिंदू आणि आर्कला (arcing) प्रतिरोधक क्षमता यामुळे तो मास स्पेक्ट्रोमीटर, व्हॅक्यूम ट्यूब आणि आयन गेजमधील विद्युत संपर्क आणि फिलामेंट्ससाठी उपयुक्त ठरतो.
थर्मोकपल्स: रेनियम-टंगस्टन मिश्रधातू (उदा. W-Re मिश्रधातू) थर्मोकपल्समध्ये अत्यंत उच्च तापमान मोजण्यासाठी वापरले जातात.
क्ष-किरण नलिका (X-ray Tubes): रेनियम कधीकधी क्ष-किरण लक्ष्यांमध्ये (X-ray targets) मिश्रधातू घटक म्हणून वापरला जातो.

जैविक महत्त्व

गैर-आवश्यक मूलद्रव्य: रेनियमची मानवामध्ये, प्राणी किंवा वनस्पतींमध्ये कोणतीही ज्ञात जैविक भूमिका नाही. ते आवश्यक सूक्ष्म मूलद्रव्य मानले जात नाही.
कमी विषारीपणा: जरी त्याची संयुगे सामान्यतः कमी विषारी मानली जात असली तरी, काही रेनियम संयुगांचे उच्च संपर्क प्रमाण संभाव्यतः हानिकारक असू शकते. तथापि, त्याची दुर्मिळता आणि मर्यादित उपयोग यामुळे पर्यावरणीय किंवा जैविक संपर्क कमी असतो.
रेडिओफार्मास्युटिकल्स (Radiopharmaceuticals): रेनियमचे काही किरणोत्सर्गी समस्थानिक (radioactive isotopes), जसे की रेनियम-186 आणि रेनियम-188, त्यांच्या योग्य अर्धायुष्य (half-lives) आणि उत्सर्जन वैशिष्ट्यांमुळे कर्करोगाच्या उपचारांसाठी लक्ष्यित रेडिओथेरपीमध्ये त्यांच्या संभाव्यतेसाठी तपासले जात आहेत. हा एक वैद्यकीय उपयोग आहे, नैसर्गिक जैविक भूमिका नाही.