повторить работу другие
ученые не смогли, и открытие было забыто. Почти через сто лет
другой ученый обратил внимание на то, что рентгеновский спектр
«ниппония» совпадает со спектром рения. Если бы профессор Огава
не ошибся с порядковым номером, новый элемент мог бы получить
не немецкое (по реке Рейн), а японское название.
Возможно, рений был найден еще раньше. В 1877 году в платине с
острова Борнео русский ученый Сергей Федорович Керн обнаружил
новый элемент, который он назвал «дэвием». Открытие не получило
широкой огласки, однако качественная (колорометрическая, то
есть основанная на изменении цвета) химическая реакция на
«дэвий», открытая Керном, до сих пор используется для
обнаружения рения.
Супруги Ноддак считали, что им удалось найти и 43-й элемент. Они
назвали его «мазурием». В 1920-е годы правило запрета Щукарева
—Маттауха еще не было сформулировано окончательно, поэтому
Ноддаки могли не знать о том, что «мазурия» в природе нет.
Желанный «мазурий», элемент под номером 43, был найден 12 лет
спустя. Молодой итальянский физик Эмилио Сегрэ в 1937 году
изучал ядерные реакции на первом в мире циклотроне, созданном
Эрнесто Лоуренсом (Университет Беркли, штат Калифорния, США).
Сегрэ заметил, что молибденовый отсекатель — деталь циклотрона
— стал радиоактивен. Хотя все считали, что это какая-то
паразитная реакция, Сегрэ предположил, что молибден, претерпев
ядерную трансмутацию, мог превратиться в новый элемент. Он
выпросил молибденовую фольгу и увез ее в Палермо. Там вместе с
химиком Карло Перье он растворил фольгу и после ряда
химических манипуляций сконцентрировал материал, который
проявлял гамма-активность. Так был открыт изотоп Tc-95. Сегрэ и
Перье предложили назвать новый элемент «технецием», что
означает «искусственный».
Однако это открытие, как и первые «открытия» рения, не было по
достоинству оценено. Нобелевскую премию Сегрэ получил за
совсем другую реакцию.
Похожи или нет?
Технеций имеет девять степеней окисления, включая недавно
открытые отрицательные, но не считая дробных. Разнообразная и
сильная химическая активность приводит к тому, что поведение
технеция сложно предсказать, в том числе в процессах
переработки отработанного ядерного топлива. Среди нерешенных
проблем химии технеция — синтез и изучение свойств
органических и минеральных солей технеция; поведение
комплексов технеция в концентрированных растворах; способы
стабилизации соединений, содержащих технеций в различных
степенях окисления, что имеет большое значение для
радиофармацевтики.
Рений считается химическим аналогом технеция, и, чтобы не
затрудняться предосторожностями, необходимыми при работе с
радиоактивным материалом, эксперименты часто проводят на
рении и затем экстраполируют для технеция.
Ведущий научный сотрудник лаборатории химии технеция ИФХЭ
РАН кандидат химических наук Михаил Волков говорит:
«Синтезировав новое соединение технеция, определив его
кристаллическую структуру и изучив свойства и поведение при
разных температурах, мы стараемся синтезировать рениевый
аналог. При этом мы часто видим, что рений и технеций по-разному
участвуют в химических реакциях. Технеций намного активнее.
Получаемые комплексные соединения технеция и рения часто
бывают не изоструктурны; они отличаются не только количеством
независимых фрагментов, но и взаимодействиями в них».
Профессор кафедры технологии редких элементов и
наноматериалов на их основе РХТУ им. Д. И. Менделеева доктор
химических наук Ирина Трошкина отмечает: «Возможно, следует
рекомендовать МАГАТЭ отказаться в определенных объектах от
моделирования химического поведения технеция с помощью
рения».
Заместитель главного редактора журнала «Радиохимия» доктор
химических наук Георгий Сидоренко добавляет: «Недостаточная
изученность технеция не позволяет детально выстроить химию d-
элементов. Если мы не будем думать, почему происходит та или
иная реакция, мы не сможем ими управлять. В большинстве
случаев свойства сложных комплексов переходных металлов
трудно предсказуемы».
Технеций в природе
Имеющийся на Земле технеций можно считать полностью
техногенным. Накопление технеция в окружающей среде началось
с 1950-х годов: при испытаниях ядерного оружия, при выбросах с
заводов и атомных станций, а также при хранении радиоактивных
отходов без специальных защитных барьеров. Подобная практика
хранения радиоактивных отходов была широко распространена в
мире в середине прошлого века, но на сегодняшний день в России и
США большинство подобных хранилищ законсервированы или
находятся в стадии консервации. Сброс технецийсодержащих
отходов в открытое море в Англии был существенно ограничен (но
не остановлен полностью) только в начале 2000-х годов.
Ведущий научный сотрудник лаборатории химии технеция ИФХЭ
РАН доктор химических наук Алексей Сафонов объясняет:
«Подвижность технеция в окружающей среде создает большие
проблемы по причине его высокой растворимости в окисленной
анионной форме пертехнетата. Из-за этого технеций слабо
иммобилизуется в почвах, донных отложениях, различных
минералах и инженерных барьерах безопасности. Поскольку
период полураспада самого распространенного изотопа технеция
составляет около 220 тыс. лет, то его радиоэкологическая
опасность, несмотря на сравнительно небольшой выход при
делении урана, является значимой.
На мобильность технеция в окружающей среде влияют
окислительно-восстановительные условия, комплексообразование
с органическими веществами, концентрирование технеция на
коллоидных частицах и миграция вместе с ними, а также
микробная активность. Некоторые бактерии способны использовать
техногенный элемент технеций в качестве окислителя в процессе
дыхания в анаэробных условиях (подобно нитратному дыханию).
Тогда через каскад биохимических реакций происходит
восстановление пертехнетата до малорастворимой формы
диоксида технеция (IV). Кроме того, ряд микроорганизмов,
распространенных в донных отложениях и геосфере, способны
участвовать в опосредованном восстановлении и иммобилизации
технеция в сформированных ими минеральных железистых и
сульфидно-железистых фазах. На этом основаны природоподобные
технологии очистки подземных вод: через скважины в водоносный
горизонт нагнетаются питательные вещества. Они стимулируют
развитие аборигенных микроорганизмов, которые в подземных
водах проводят иммобилизацию технеция. В России первые
успешные опытно-промышленные испытания этого подхода были
проведены по инициативе ИФХЭ РАН на территории Сибирского
химического комбината».
Рений в природе
Рений довольно широко распространен в рудах медных,
молибденовых, урановых месторождений, битумах, углистых
сланцах, вулканических газах и вулканических породах.
Заведующий отделом информационно-аналитического обеспечения
работ по воспроизводству минерально-сырьевой базы редких
металлов ФГБУ «ИМГРЭ» Дмитрий Ключарев рассказывает: «В
районе вулкана Кудрявый рений встречается и в фумарольных
газах, и в металлоносных сублиматах, и в поверхностных водах, и в
биологических объектах. Содержание рения в обугленной
древесине (выступающей в роли сорбента) выше, чем в живой.
Один из значимых критериев поиска рениеносных объектов —
закономерное изменение состава изливающихся магм. Похожие
рениеносные районы можно найти не только на Курилах и
Камчатке, но и в Японии, Индонезии, в Центральной Америке, в
цепи древних потухших вулканических дуг Европы и Азии: от
Швеции (месторождение Айтик) до материковой Греции (Пагони
Рачи-Кирики, Северная Греция) и Ирана. Содержание рения в
молибденитах изменяется в широких пределах: от десятых долей
грамма до 1,5 кг на тонну. Ориентировочная нижняя граница
рентабельности для содержания рения в молибденитовом
концентрате составляет 80 г на тонну. Если ниже 80 г, то потери при
извлечении традиционным способом попутно с молибденом
непропорционально высоки. Если выше 80 г, то достигается баланс
между потерями и извлечением, тогда рений можно извлекать.
Поэтому руды любого объекта медно-порфирового типа, любого
объекта в современных, а тем более в древних островодужных
структурах желательно анализировать на рений как на
потенциальный попутный компонент».
В ИФХЭ РАН предложили использовать масс-спектрометрию для
экспресс-обнаружения рения. В этом методе вещество из 10–15
проб с различных глубин ионизируется лазером; строятся масс-
спектры, которые расшифровываются с помощью разработанной в
ИФХЭ РАН программы. Обнаружив в масс-спектрах
высокоинтенсивные сигналы, соответствующие рению и
содержащим его соединениям, можно сделать вывод о наличии
металла в породе и решать, стоит ли разрабатывать это
месторождение. Метод в настоящее время отрабатывается на
фумарольных рудах Курильской островной дуги.
Получение и применение рения
Рений жаропрочен, тугоплавок, но при этом пластичен. Более 80%
рения используется в составе суперсплавов. Рений — важнейший
элемент для авиации. Он входит в состав материалов для
авиационных двигателей, для их наиболее нагружаемых частей.
Академик РАН Евгений Каблов отмечает: «Современные двигатели
имеют рабочую температуру газа на уровне 2500–3000 К. Для них
ключевую роль играют транспирационная система охлаждения
внутренней полости лопатки и тугоплавкие металлы в составе
материалов для лопасти турбины. Перейти к новому классу сплавов
нам позволило сочетание рения и рутения. Когда мы стали работать
с рутением, с наплавной кристаллизацией, с монокристаллом, тогда
получились такие двигатели, как АЛ-31Ф, ПД-14, ПД-8. Это были
новые двигатели под новые системы самолетов».
Рений много сделал для автомобилей: появившийся в 60-е годы
прошлого века платиново-рениевый катализатор оказался
эффективнее и долговечнее платинового в процессе
каталитического риформинга — ключевом этапе производства
высокооктанового бензина. Благодаря рению удалось отказаться от
токсичных присадок, которые ранее добавлялись для повышения
октанового числа бензина. Ренийсодержащие катализаторы
используются в системах очистки выхлопных газов.
Рений — один из самых коррозионно-стойких металлов. На воздухе
по инертности он почти не уступает благородным металлам.
Рениевые покрытия, нанесенные на другой металл
электроосаждением или химическим осаждением из газовой фазы,
защищают его от кислот, щелочей и других неблагоприятных
воздействий.
Ирина Трошкина рассказывает: «Поскольку рений очень важен для
авиационного двигателестроения и крекинга нефти, ученые ищут
новые способы его обнаружить, извлечь и создать новые
материалы с рением. Рений содержится в медно-молибденовых
сульфидных рудах, медных сульфидных рудах, а также в
урансодержащих рудах и фумарольных выбросах. Недавно
японские ученые получили рений из вольфрама методом
трансмутации. Также мы рассматриваем вторичные источники
рения, в том числе отходы, образующиеся при производстве
суперсплавов.
Финальная стадия переработки рениевого сырья — получение
низкоконцентрированных растворов
| Помогли сайту Праздники |
При цитировании ссылка на сайт обязательна. Exsodius 2008 - 2025
18+