レニウム

レニウム: rhenium[2])は原子番号75の元素元素記号Reマンガン族元素の一つで、銀白色の金属。遷移金属(第3遷移金属)で、レアメタルの一種。

タングステン レニウム オスミウム
Tc

Re

Bh
75Re
外見
銀灰色
一般特性
名称, 記号, 番号 レニウム, Re, 75
分類 遷移金属
, 周期, ブロック 7, 6, d
原子量 186.207
電子配置 [Xe] 4f14 5d5 6s2
電子殻 2, 8, 18, 32, 13, 2(画像)
物理特性
固体
密度室温付近) 21.02 g/cm3
融点での液体密度 18.9 g/cm3
融点 3459 K, 3186 °C, 5767 °F
沸点 5870 K, 5597 °C, 10106 °F
融解熱 60.43 kJ/mol
蒸発熱 704 kJ/mol
熱容量 (25 °C) 25.48 J/(mol·K)
蒸気圧
圧力 (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温度 (K) 3303 3614 4009 4500 5127 5954
原子特性
酸化数 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, -1(弱酸性酸化物
電気陰性度 1.9(ポーリングの値)
イオン化エネルギー 第1: 760 kJ/mol
第2: 1260 kJ/mol
第3: 2510 kJ/mol
原子半径 137 pm
共有結合半径 151±7 pm
その他
結晶構造 六方晶系
磁性 常磁性[1]
電気抵抗率 (20 °C) 193 nΩ·m
熱伝導率 (300 K) 48.0 W/(m·K)
熱膨張率 6.2 µm/(m·K)
音の伝わる速さ
(微細ロッド)
(20 °C) 4700 m/s
ヤング率 463 GPa
剛性率 178 GPa
体積弾性率 370 GPa
ポアソン比 0.30
モース硬度 7.0
ビッカース硬度 2450 MPa
ブリネル硬度 1320 MPa
CAS登録番号 7440-15-5
主な同位体
詳細はレニウムの同位体を参照
同位体 NA 半減期 DM DE (MeV) DP
185Re 37.4% 中性子110個で安定
187Re 62.6% 4.12×1010 y α
(未確認)
1.653 183Ta
β- 0.0026 187Os

名称

ライン川のラテン名 Rhenus が語源[3]

存在

地殻中の存在量は 1ppb程度[4]

特徴

比重は21.02、融点は3186℃、沸点は5597℃(融点、沸点とも異なる実験値あり)。常温、常圧で安定な結晶構造は、六方最密充填構造 (HCP)。フッ化水素酸塩酸には不溶。酸化力のある酸(硝酸熱濃硫酸)には溶ける。過酸化水素臭素水にも溶ける。原子価は+2価〜+7価。単体では最も硬い金属である。

同位体

レニウムには安定同位体レニウム185があるが、最も多いのは62.6%を占めるレニウム187で、半減期412億年の放射性同位体である。なお、1つ以上の安定同位体を持つ元素の中で、天然放射性同位体が安定同位体より多く存在している元素は、レニウムの他にテルルインジウムがある。

歴史

1925年ノダック (W. Noddack) とタッケ (I. Tacke) とベルグ (O. Berg) が発見[3]。2番目に遅く発見された天然元素である(最後に発見されたのはフランシウム)。

小川正孝による過去の発見

1908年(明治40年)、小川正孝は43番元素を発見、ニッポニウム(nipponium, 元素記号:Np 、日本素という意味)と命名したと発表したが、後に43番元素が地球上には存在しないことが判明するとこれは取り消された。

現在ではこの時に発見されたのがレニウムであると考えられている。当時はX線分光装置が手に入らず、正しい測量ができなかったため、誤って43番元素で原子量およそ100の元素として発表された。レニウムが発見されたのちに小川自身で、発見した元素の正しい測量が行われた形跡がある。また、小川に頼まれてX線で試料を測定した木村健二郎は「それはきれいなレニウムだった」と証言している[5]

43番元素の元素記号として使用する予定だった「Np」は、その後にネプツニウムに使用された。43番元素は人工的に作られ、テクネチウムとなった。

生産

有用な金属であるが、レアメタルの文字どおり特に希少であり、年間の生産量は極めて僅かである(2012年推定生産量:52.6トン[6]、2017年生産量52.0トン[7])。モリブデナイトの他、希土類鉱物、コロンバイトタンタライト硫化銅鉱などの鉱石や、銅の精錬で発生する残渣中に微量含まれているのをイオン交換樹脂で吸着分離して得る。2011年の生産量は、44.5トン[4]

主な生産国はチリで、世界の半分以上を生産する。他にアメリカ合衆国ポーランドウズベキスタンカザフスタンロシアなどで生産されている[6]ペルーカナダでも生産が行われていた。

1946年以降ロシアによって実効支配されている択捉島では、ほぼ純粋な硫化レニウム(IV) (ReS2) の組成を持つレニウム鉱 (Rheniite) が発見されている。択捉島では火山の噴出ガスから回収されて生産されている。

日本国内では、住友金属鉱山東芝マテリアルが金属粉や合金などの加工を行っている。

リサイクル

ジェットエンジンのタービンブレードには 3-6mass% を含有するため、貴重な資源である。したがって、使用済みタービンブレードやタービンブレード製造工程中で発生するスクラップから回収して循環利用されている[4][8][9]

用途

CFM56ターボファンエンジン。レニウムを3%含有する合金がタービンブレードに用いられている
工業用途
レニウムは水素化触媒、石油改質触媒として高オクタン価ガソリン天然ガスの液体燃料化用アルミナ担持のプラチナレニウム触媒、合金材料などに利用される。
ニッケル・レニウム合金は、スーパーアロイの1つとして耐熱性が求められるジェットエンジンのタービンブレードなどの材料に使われる[4]
タングステン・レニウム合金フィラメント熱電対、電子部品、航空宇宙用部品、X線管ターゲットなどに使用される。タングステンなどのフィラメントに数%添加すると、高温で使用中に、あるいは揺れても垂れ下がらない性質(ノンサグ性)が与えられるため、自動車用などに適する[10]。熱電対では添加によって使用寿命が向上する。
モリブデン・レニウム合金も電子部品などに使用される。
放射年代測定
レニウム-オスミウム放射壊変系を利用した年代測定[11]
、半減期 5.0×1010

レニウムの化合物

法規制

大量破壊兵器の開発などに用いられるおそれがあるため、外国為替及び外国貿易法および輸出貿易管理令(別表第一の二の項)により、2014年9月15日以降はレニウム、レニウム合金またはレニウムタングステン合金の一次製品であって、経済産業省令で定める仕様[注釈 1]のものは、経済産業大臣の許可を受けなければ輸出できない[13]

脚注

注釈

  1. レニウム含量90%以上、質量20 kg以上で、内径100-300 mmの円筒形のもの[12]

出典

  1. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds Archived 2012年1月12日, at the Wayback Machine., in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  2. [ˈriːniəm]
  3. 桜井弘 『元素111の新知識』 講談社、1998年、309頁。ISBN 4-06-257192-7。
  4. 八木良平、岡部徹、レニウムの現状と製錬技術 日本金属学会誌 Vol.80 (2016) No.6 p.341-349, doi:10.2320/jinstmet.J2016022
  5. 吉原 賢二再発見:ニッポニウムの真実 (PDF) 『化学と教育』第55巻第6号、日本化学会、2007年6月20日、 270-273頁、 ISSN 0386-2151 NAID 110008732455 OCLC 166882777 NCID AN10033386全国書誌番号:00070714
  6. U.S. Geological Survey, Mineral Commody Summaries 2014, pp130-131, 2014, Reston, Virginia.
  7. 鉱物資源マテリアルフロー2018 レニウム(Re). 独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構. (2019/03/26). http://mric.jogmec.go.jp/wp-content/uploads/2019/03/material_flow2018_Re.pdf
  8. 八木良平、岡部徹、レニウムのリサイクルの現状とプロセス技術 Journal of MMIJ., Vol.132 (2016) No.7 p.114-122, doi:10.2473/journalofmmij.132.114
  9. ニッケル基超合金スクラップからレニウムをリサイクルする新技術の開発 (PDF) 資源・素材講演集 Vol.2 (2015) No.2 (秋・松山)
  10. タングステン・レニウム合金によるワイヤー「レニタン」 (PDF)”. 東芝マテリアル. 2017年8月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年8月22日閲覧。
  11. 野崎達生、加藤泰浩、鈴木勝彦、Re–Os同位体を用いた地球化学:年代決定から古環境解読まで 地球化学 Vol.48 (2014) No.4 p.279-305, doi:10.14934/chikyukagaku.48.279
  12. 官報号外第181号 経済産業省令第四十一号 (日本語). 独立行政法人国立印刷局 (2014年8月14日). 2014年8月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年8月19日閲覧。
  13. 輸出貿易管理令の一部を改正しました (PDF) (日本語). 経済産業省 (2014年7月22日). 2014年8月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年8月19日閲覧。

関連項目

外部リンク

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