Rhenium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

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Vorkommen und Gewinnung

Rhenium ist extrem selten. In der Erdkruste kommt weniger als ein Milligramm auf eine Tonne Gestein. Ein eigenes Erz gibt es praktisch nicht. Nur an einem Vulkan der Kurilen fand man ein winziges Rheniummineral. Das Element steckt in Spuren in Molybdänerzen, vor allem im Molybdänit, und fällt deshalb als Nebenprodukt der Molybdän- und Kupfergewinnung an. Beim Rösten des Erzes bildet sich Rheniumheptoxid, ein flüchtiges Oxid, das mit dem Rauch entweicht und aus den Waschlösungen der Anlagen gewonnen wird. Daraus entsteht Ammoniumperrhenat, das man mit Wasserstoff zum Metallpulver reduziert. Die größten Mengen kommen aus Chile, insgesamt sind es nur einige Dutzend Tonnen im Jahr.

Entdeckt wurde das Element 1925 in Berlin von Ida Tacke, Walter Noddack und Otto Berg. Sie durchsuchten Erze und Mineralien mit Röntgenspektroskopie und fanden in Columbit die Linien eines unbekannten Elements. Den Namen wählten sie nach dem Rhein, dem lateinischen Rhenus. Dass man es so spät fand, liegt an der Seltenheit. Um ihren Fund zu beweisen, gewannen die Noddacks drei Jahre später aus 660 Kilogramm Molybdänit ein einziges Gramm des Metalls.

Eigenschaften und Reaktionen

Rhenium steht in Periode 6 und Gruppe 7, unter dem Technetium aus Periode 5. Technetium besitzt selbst kein stabiles Isotop, Rhenium ist sein schweres Gegenstück. Über dem Technetium steht wiederum das Mangan. Die Elektronenkonfiguration ist [Xe] 4f¹⁴ 5d⁵ 6s², die Elektronegativität beträgt 1,9. Das Metall hat eine Dichte von 20,8 g/cm³, schmilzt bei 3186 °C und siedet bei 5596 °C. Unter den Metallen schmilzt nur Wolfram höher, und der Siedepunkt liegt sogar knapp über dem von Wolfram. Die Dichte gehört zu den höchsten aller Elemente.

Rhenium ist hart und dennoch gut verformbar. Es behält seine Festigkeit auch bei sehr hohen Temperaturen. Bei Raumtemperatur ist es an der Luft beständig, bei Rotglut oxidiert es zum flüchtigen Rheniumheptoxid. Salzsäure und Flusssäure greifen das Metall nicht an, Salpetersäure, heiße konzentrierte Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid lösen es.

Besonders ist die Vielfalt der Oxidationszahlen, sie reicht von minus eins bis plus sieben. Die höchste Stufe plus sieben ist stabil. Perrhenat, ReO₄⁻, ist farblos und wirkt nur schwach oxidierend, während das Permanganat des Mangans violett ist und stark oxidiert. Hier zeigt sich, dass höhere Oxidationsstufen in der Gruppe nach unten beständiger werden.

Natürliches Rhenium besteht aus zwei Isotopen. Eines davon, Rhenium-187, ist radioaktiv, zerfällt aber so langsam, dass die Halbwertszeit länger ist als das Alter des Universums. Die Strahlung ist unbedenklich schwach. Geologen nutzen sie gemeinsam mit dem Zerfallsprodukt Osmium-187, um das Alter von Gesteinen und Meteoriten zu bestimmen.

Verwendung in Alltag und Technik

Der größte Teil des Rheniums geht in Superlegierungen auf Nickelbasis. Aus ihnen werden die Turbinenschaufeln von Flugzeugtriebwerken und Gasturbinen gegossen, oft als einzelner Kristall ohne Korngrenzen. Schon wenige Prozent Rhenium verringern das langsame Fließen des Metalls unter Last und Hitze, das man Kriechen nennt. Die Schaufeln halten dadurch höhere Temperaturen aus, und das Triebwerk arbeitet sparsamer. Weil Rhenium so selten ist, werden Schaufeln aus ausgedienten Triebwerken wiederverwertet.

Das zweite große Gebiet sind Katalysatoren. Beim katalytischen Reformieren wandelt man Rohbenzin in klopffestes Benzin mit hoher Oktanzahl um. Dafür verwendet man Platin zusammen mit Rhenium auf einem Träger aus Aluminiumoxid. Das Rhenium sorgt dafür, dass sich weniger Kohlenstoff auf dem Katalysator ablagert, sodass er länger arbeitet und die Anlage bei niedrigerem Druck laufen kann.

Weitere Anwendungen nutzen die Hitzefestigkeit. Thermoelemente aus Wolfram-Rhenium-Legierungen messen Temperaturen bis über zweitausend Grad. Rheniumbänder dienen als Glühfäden in Massenspektrometern, Ionisationsmanometern und Blitzlampen. Triebwerksdüsen kleiner Raketen und Anoden von Röntgenröhren bestehen teils aus Rhenium oder Wolfram-Rhenium. Auch in elektrischen Kontakten, die Funken aushalten müssen, wird es eingesetzt.

Kurz gefragt

Welche Ordnungszahl hat Rhenium (Re)?

Häufige Fragen