Ren

Ren

Zjedź niżej

Przeszłość

Dlaczego “ren”?

Odkrywcami renu byli Niemcy Ida i Walter Noddackowie oraz Otto Berg. Nazwali ten pierwiastek na cześć rzeki Ren nad którą swoją młodość spędziła Ida gdy mieszkała w części obecnego Wesel. Twierdzili wtedy też, że odkryli drugi pierwiastek, z liczbą atomową 43, który nazwali masurium (Mazury były wtedy częścią Prus Wschodnich, stamtąd pochodziła rodzina Waltera Noddacka). Niestety nazwa tego drugiego nie przyjęła się, gdyż to ich odkrycie nie zostało potwierdzone (obecnie pierwiastek 43 określa się jako technetium, po polsku technet).

Podejrzewa się, że państwo Noddackowie mogli być niemieckimi nacjonalistami, chcącymi uczcić tą nazwą sukcesy armii niemieckiej na Mazurach w trakcie I wojny światowej (chociażby słynną propagandowo bitwę pod Tannenbergiem - dzisiejszym Stębarkiem - gdzie Cesarstwo Niemieckie rozgromiło mającą dwukrotną przewagę liczebną armię Imperium Rosyjskiego). W późniejszych latach nie wstąpili jednak do partii nazistowskiej, choć także nie byli jej kontestatorami a Walter w latach ‘30 otrzymał intratna posadę na uniwersytecie.

Czy seksizm zatrzymał atomową zagładę?

Mimo wielkiego sukcesu jakim było odkrycie renu (pierwiastek z numerem 75 był ostatnim odkrytym pierwiastkiem, który występuje w formie stabilnego izotopu na Ziemi), Ida i Walter Noddackowie nie mieli wysokiej pozycji w świecie nauki. Ida była nawet trzykrotnie bez skutku nominowana do nagrody Nobla. Jednakże przez zakwestionowane odkrycie pierwiastka 43, ich niejasne powiązania z reżimem, oraz to, że Ida... była kobietą (nie licząc Marii Skłodowskiej-Curie, nie było wtedy wielu kobiet w nauce) - jej ważna praca została zignorowana.

Kiedy słynny badacz Enrico Fermi po ostrzeleniu uranu neutronami twierdził, że stworzył większy pierwiastek, Ida Noddack od razu zareagowała. Dlaczego? Fermi myślał, że udało mu się uzyskać pierwiastek o liczbie atomowej 93 (późniejszy neptun), który nazwał eka-rhenium, czyli według nazewnictwa Mendelejewa - “pierwiastek pod renem” i tam umieścił go na tablicy. Ida Noddack zakwestionowała to i zaproponowała hipotezę, że włoski fizyk raczej rozszczepił atom niz go powiększył. Środowisko naukowe uznało to za absurd (sama nazwa “atom” oznacza z greckiego, “coś czego nie można przeciąć”). Dopiero cztery lata później Otto Hahn zasugerował a potem eksperymentalnie potwierdził możliwość rozszczepienia atomu za co dostał nagrodę Nobla w 1944 roku. Co by było gdyby środowisko naukowe podążyło te kilka lat wcześniej za pomysłem odkrywczyni renu..? Na pewno wiemy, że sam pierwiastek, któremu nadała imię drugiej najdłuższej rzeki w Niemczech nie przyniósł jej wiele sławy, bo ówcześni inżynierowie mieli problemy z uzyskaniem go oraz zastosowaniem. Na pewno jednak Noddackowie i Otto Berg pozostaną w annałach nauki.

Jak znaleziono ten nieuchwytny pierwiastek?

Istnienie renu przewidywano już dużo wcześniej. Sam Dmitrij Mendelejew według swoje tablicy pierwiastków oznaczył to puste miejsce jako dvi-mangan, czyli pierwiastek, który powinien się znajdować dwa miejsca pod manganem. Jako pierwszy tak naprawdę odnalazł go Japończyk Masataka Ogawa, ale błędnie uznał go za pierwiastek 43 (późniejszy technet). Dopiero wiele lat później okazało się jak blisko był prawdziwego odkrycia. Nazwał go wtedy “nipponium”, czyli Kraj Wschodzącego Słońca w języku samurajów - Japonia. Wspomnieni wcześniej Noddackowie i Otto Berg korzystali już z bardziej zaawansowanej techniki spektroskopii rentgenowskiej, która była dostępna w laboratorium firmy Siemens, w której pracował Berg. Dlaczego im się udało?

Wcześniejsi badacze poszukiwali pierwiastka 75 w złych miejscach. Podejrzewali, że będzie on podobny właściwościami raczej do manganu, więc badali m.in. jego minerały. Tymczasem Noddackowie słusznie zauważyli, że brakujące pierwiastki 43 i 75 będą raczej podobne do swoich bocznych sąsiadów w układzie okresowym. W ten sposób udało się znaleźć śladowe ilości renu w minerałach takich jak molibdenit. Po dopracowywaniu latami metod produkcji, w 1928 roku udało im się uzyskać jeden gram renu z 660 kilogramów tego minerału. W Polsce ren znaleziono w pokładach miedzi wydobywanych przez KGHM.

Teraźniejszość

Jakie właściwości ma ren?

Ren jest ceniony przede wszystkim ze względu na swoją wysoką temperaturę topnienia (3186 °C trzecia najwyższa temperatura wśród pierwiastków po węglu i wolframie) oraz temperaturę wrzenia (5596 °C najwyższa ze wszystkich znanych pierwiastków). Jest też jednym z najgęstszych metali. W temperaturach bliskich zera bezwzględnego osiąga stan nadprzewodnictwa (stopowi renu i molibdenu wystarcza już nawet dziesięć stopni Kelwina czyli -263,15 Celsjusza). Roztwarza się tylko w kwasach utleniających.

Dzięki temu jest używany jako składnik nadstopów w przemyśle lotniczym i rakietowym. Z mieszanki na bazie niklu z domieszką od trzech do sześciu procent renu, tworzy się m.in. monokrystaliczne (bez łączeń) puste w środku łopatki silników odrzutowych, które nie dość, że muszą wytrzymywać ekstremalne temperatury to także szybko wirują. Ren jest także wszędzie tam, gdzie pojawia się niewyobrażalne gorąco jak na stykach elektrycznych, czy specjalnych lampach. Używa się go też przy produkcji rentgenów. Ale ren to w dużej mierze również wydajny katalizator używany m.in. do produkcji wysokooktanowego bezołowiowego paliwa.

Jak wydobywa się ren?

Ren to jeden z najrzadziej występujących w skorupie ziemskiej pierwiastków. Rzadziej nawet niż złoto. Wyliczenia mówią o jednej części na miliard, czyli tak jakby kropla wody na dwie średnie cysterny. Jest on także bardzo rozproszony, nie ma swoich minerałów w ziemi (oprócz ekstremalnie rzadkiego minerału, występującego w wulkanach), nie ma samorodków renu. Stąd też jego wysokie ceny, które w okresie większego zapotrzebowania przemysłu sięgały już nawet kilkunastu tysięcy dolarów za kilogram. Wydobywa się go głównie wraz z molibdenitem (disiarczek molibdenu) a także miedzią. W Polsce ren produkuje oddział KGHM Polska Miedź S.A.

Gdzie w Polsce produkuje się ren?

Na zachód od Wrocławia, w Legnicy, znajduje się jedyna fabryka w Europie produkująca ren metaliczny pozyskiwany z własnych źródeł. Na świecie jesteśmy trzecim producentem tego pierwiastka. Zajmuje się tym spółka-córka KGHM Polska Miedź S.A. - KGHM Ecoren. Wybitni polscy inżynierowie wynaleźli sposób odzyskiwania renu z odpadów przy produkcji miedzi - której jesteśmy jedną z największych potęg. Oprócz Legnicy, ren pod postacią nadrenianu amonu produkuje się w Hucie Miedzi Głogów. Z polskiegu renu korzystał m.in. brytyjski gigant chemiczny Johnson Matthey założony w 1812 roku, który zajmuje się m.in. produkcją katalizatorów.

Prestiżowy kontrakt na sto milionów dolarów KGHM Ecoren podpisał także z firmą Rolls-Royce, której 13 tysięcy silników samolotów cywilnych jest obecnie w użyciu. Polski ren mógł służyć również do produkcji takich cudów techniki jak kluczowe elementy silnika ultranowoczesnego myśliwca wielozadaniowego piątej generacji Lockheed Martin F-35B Lightning II w technologii STOVL, czyli “krótki rozbieg i pionowe lądowanie”.

Przyszłość

Co dalej z renem?

Wydaje się, że produkcja nowoczesnych silników samolotów dalej będzie rozwijana. Również przemysł petrochemiczny prawdopodobnie nadal będzie potrzebował znacznych ilości renu. Dlatego nie ustają poszukwiania tego cennego pierwiastka. Wiele firm, jak np. KGHM Ecoren, oprócz produkcji stawia w dużej mierze na odzyskiwanie tego rzadkiego pierwiastka ze złomu. Pojawiła się też możliwość uzyskiwania go z magmy, ale to na razie pieśń przyszłości. Rosjanie zauważyli, że w wulkanie na ich wyspie Iturup (Etorofu), można odnaleźć ren, który wydostaje się razem z gazami z głębi Ziemi. Może być to zarzewiem konfliktu, gdyż wulkan leży na części Wysp Kurylskich, do jakich roszczenia zgłaszają Japończycy, którzy utracili te tereny po II wojnie światowej.

W przyszłości ren może być także w jeszcze większej ilości wykorzystywany do produkcji części statków kosmicznych. Kto wie, może polski ren produkowany przez KGHM będzie jednym z budulców rakiety, która wyniesie nasze wnuki na pierwsze kosmiczne kolonie...