O rénio é sintetizado nas estrelas principalmente pelo processo r (captura rápida de nêutrons) que ocorre durante eventos cataclísmicos como supernovas e fusões de estrelas de nêutrons. Como elemento pesado com número atômico ímpar (Z=75), é produzido menos eficientemente do que seus vizinhos pares (tungstênio-74 e ósmio-76) de acordo com a regra de Oddo-Harkins. O rénio apresenta uma contribuição significativa do processo s (captura lenta de nêutrons) que ocorre em estrelas AGB (gigantes assintóticas), mas a contribuição do processo r domina, estimada em 70-80% de sua abundância solar.
A abundância cósmica do rénio é de cerca de 5,0×10⁻¹³ vezes a do hidrogênio em número de átomos, o que o torna um dos elementos naturais mais raros, comparável ao ouro e à platina, e cerca de 10 vezes mais raro do que o tungstênio. Sua extrema raridade é explicada por seu número atômico ímpar e sua produção dominante pelo processo r, que é menos frequente do que o processo s. No sistema solar, o rénio é um dos elementos menos abundantes, com uma abundância estimada em cerca de 0,5 ppb (partes por bilhão) na crosta terrestre.
O sistema isotópico rénio-ósmio (¹⁸⁷Re → ¹⁸⁷Os) é uma ferramenta cronológica importante em geoquímica e cosmoquímica. O rénio-187 é um isótopo radioativo (meia-vida de 41,6 bilhões de anos) que decai em ósmio-187 por decaimento beta. A importância deste sistema reside na diferença geoquímica fundamental entre estes dois elementos: o rénio é moderadamente siderófilo (prefere metal) e calcófilo (prefere sulfetos), enquanto o ósmio é fortemente siderófilo. Assim, durante a formação do núcleo terrestre e a diferenciação dos corpos planetários, a razão Re/Os varia consideravelmente entre o manto e o núcleo.
O sistema Re-Os é usado para datar uma variedade de processos geológicos: formação do núcleo terrestre, idade das rochas do manto, metalogenia dos depósitos de sulfetos e origem dos petróleos. Em meteoritos, as medições Re-Os fornecem informações sobre os processos de diferenciação precoce no sistema solar. O sistema é particularmente útil para datar rochas ultramáficas (ricas em olivina) e sulfetos, que são difíceis de datar por outros métodos. A razão ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os é um traçador poderoso da evolução do manto terrestre e da contaminação crustal.
O rénio recebe seu nome do Rio Reno (em latim: Rhenus), o rio europeu que atravessa vários países, incluindo a Alemanha. Este nome foi escolhido por seus descobridores, os químicos alemães Walter Noddack, Ida Tacke e Otto Berg, para homenagear a região renana, uma importante região industrial e científica da Alemanha. A escolha do nome seguiu a tradição de nomear elementos a partir de locais geográficos, embora poucos elementos levem o nome de rios.
O rénio foi descoberto em 1925 pelos químicos alemães Walter Noddack (1893-1960), Ida Tacke (que mais tarde se tornou Ida Noddack, 1896-1978) e Otto Berg (1873-1939) no Instituto de Física e Tecnologia de Berlim. Eles analisaram minérios de platina e columbita em busca dos elementos faltantes 43 (tecnécio) e 75 (rênio) previstos pela tabela periódica de Mendeleev. Usando espectroscopia de raios X, detectaram as linhas características do elemento 75 na columbita e o isolaram a partir da gadolinita. Em 1928, conseguiram extrair 1 grama de rénio a partir de 660 kg de molibdenita.
A primeira produção significativa de rénio foi realizada em 1928. As primeiras aplicações foram limitadas devido à extrema raridade e ao alto custo do metal. Só após a Segunda Guerra Mundial é que foram desenvolvidos métodos de produção mais eficientes, principalmente como subproduto do processamento de minérios de molibdênio e cobre. A verdadeira importância industrial do rénio só foi reconhecida nas décadas de 1950-1960 com o desenvolvimento de superligas para turbinas a gás.
O rénio é um dos elementos naturais mais raros na Terra, com uma abundância crustal estimada em cerca de 0,7 ppb (partes por bilhão). Não existem depósitos minerais primários de rénio; ele é sempre recuperado como subproduto do processamento de outros metais, principalmente:
A produção mundial de rénio é de cerca de 50 a 60 toneladas por ano. Os principais produtores são o Chile (cerca de 50% da produção mundial), os Estados Unidos, a Polônia, o Cazaquistão e a Armênia. Devido à sua extrema raridade e aplicações estratégicas, o rénio é um dos metais mais caros, com preços típicos de 1.000 a 3.000 dólares por quilograma (ou mais durante tensões de abastecimento). A demanda é impulsionada principalmente pela indústria aeronáutica (superligas) e petroquímica (catalisadores).
O rénio (símbolo Re, número atômico 75) é um metal de transição do 6º período, localizado no grupo 7 (antigamente VIIB) da tabela periódica, com o manganês e o tecnécio. Seu átomo possui 75 prótons, geralmente 112 nêutrons (para o isótopo mais abundante \(\,^{187}\mathrm{Re}\)) e 75 elétrons com a configuração eletrônica [Xe] 4f¹⁴ 5d⁵ 6s². Esta configuração apresenta cinco elétrons na subcamada 5d e dois na 6s, com uma subcamada 5d semi-preenchida (5 elétrons de 10), o que contribui para sua estabilidade.
O rénio é um metal branco prateado, brilhante, muito denso (21,02 g/cm³), duro e com o terceiro ponto de fusão mais alto de todos os elementos, depois do tungstênio e do carbono. Apresenta uma estrutura cristalina hexagonal compacta (HC) à temperatura ambiente. O rénio tem um módulo de elasticidade muito alto (cerca de 463 GPa), alta resistência à tração e boa ductilidade (para um metal refratário). Sua condutividade elétrica é moderada (cerca de 28% da do cobre) e sua condutividade térmica é boa.
O rénio funde a 3186 °C (3459 K) - o terceiro ponto de fusão mais alto entre os elementos - e ferve a 5596 °C (5869 K). Apresenta a maior faixa de temperatura no estado líquido de todos os elementos (2410 °C entre fusão e ebulição). O rénio retém suas propriedades mecânicas em altas temperaturas melhor do que quase todos os outros metais, com boa resistência à fluência até temperaturas muito altas.
À temperatura ambiente, o rénio é relativamente inerte e resistente à corrosão devido a uma fina camada de óxido protetora. Não se dissolve em ácido clorídrico ou sulfúrico diluído, mas é atacado por ácido nítrico concentrado e água-régia. Em alta temperatura, oxida-se para formar heptóxido de rénio (Re₂O₇), um sólido amarelo muito volátil. O rénio reage com halogênios, enxofre, fósforo e outros não-metais em alta temperatura.
Ponto de fusão do rénio: 3459 K (3186 °C) - 3º mais alto entre os elementos.
Ponto de ebulição do rénio: 5869 K (5596 °C).
Densidade: 21,02 g/cm³ - um dos metais mais densos.
Estrutura cristalina à temperatura ambiente: Hexagonal compacta (HC).
Módulo de elasticidade: 463 GPa - muito rígido.
Dureza: 7,0 na escala de Mohs.
| Isótopo / Notação | Prótons (Z) | Nêutrons (N) | Massa atômica (u) | Abundância natural | Meia-vida / Estabilidade | Decaimento / Observações |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Rênio-185 — \(\,^{185}\mathrm{Re}\,\) | 75 | 110 | 184,952955 u | ≈ 37,40 % | Estável | Isótopo estável, usado em algumas aplicações industriais e de pesquisa. |
| Rênio-187 — \(\,^{187}\mathrm{Re}\,\) | 75 | 112 | 186,955753 u | ≈ 62,60 % | 4,16×10¹⁰ anos | Radioativo beta menos (β⁻) com meia-vida muito longa. Usado em geocronologia (sistema Re-Os). |
N.B.:
Camadas eletrônicas: Como os elétrons estão organizados ao redor do núcleo.
O rénio possui 75 elétrons distribuídos em seis camadas eletrônicas. Sua configuração eletrônica [Xe] 4f¹⁴ 5d⁵ 6s² apresenta uma subcamada 4f completamente preenchida (14 elétrons) e cinco elétrons na subcamada 5d. Esta configuração também pode ser escrita como: K(2) L(8) M(18) N(18) O(32) P(7), ou de forma completa: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d⁵ 6s².
Camada K (n=1): contém 2 elétrons na subcamada 1s. Esta camada interna está completa e é muito estável.
Camada L (n=2): contém 8 elétrons distribuídos como 2s² 2p⁶. Esta camada está completa, formando uma configuração de gás nobre (neônio).
Camada M (n=3): contém 18 elétrons distribuídos como 3s² 3p⁶ 3d¹⁰. Esta camada completa contribui para o blindagem eletrônica.
Camada N (n=4): contém 18 elétrons distribuídos como 4s² 4p⁶ 4d¹⁰. Esta camada forma uma estrutura estável.
Camada O (n=5): contém 32 elétrons distribuídos como 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d⁵. A subcamada 4f completamente preenchida e os cinco elétrons 5d (semi-preenchida) conferem ao rénio suas propriedades de metal de transição.
Camada P (n=6): contém 7 elétrons nas subcamadas 6s² e 5d⁵.
O rénio possui efetivamente 7 elétrons de valência: dois elétrons 6s² e cinco elétrons 5d⁵. O rénio apresenta uma ampla gama de estados de oxidação, de -3 a +7, sendo os estados +7, +6, +4 e +3 os mais comuns e estáveis.
No estado de oxidação +7, o rénio perde seus dois elétrons 6s e seus cinco elétrons 5d para formar o íon Re⁷⁺ com a configuração eletrônica [Xe] 4f¹⁴. Este estado é representado por compostos como Re₂O₇ (heptóxido de rénio) e os perrenatos (ReO₄⁻). O estado +6 é conhecido em compostos como ReO₃ e complexos hexahaletos [ReCl₆]²⁻. O estado +4 é importante em compostos como ReO₂ e ReS₂. O estado +3 e os estados inferiores são frequentemente encontrados em complexos de coordenação.
O rénio apresenta uma química particularmente rica devido a esta grande variedade de estados de oxidação e sua capacidade de formar múltiplas ligações com oxigênio, halogênios e outros ligantes. Os complexos de rénio são estudados por suas propriedades catalíticas, fotofísicas e medicinais. A configuração 5d⁵ semi-preenchida no estado atômico contribui para a estabilidade de certos estados de oxidação e para a formação de compostos com propriedades magnéticas interessantes.
À temperatura ambiente, o rénio é estável ao ar devido a uma fina camada de óxido protetora. Em alta temperatura (acima de 300 °C), oxida-se para formar heptóxido de rénio (Re₂O₇): 4Re + 7O₂ → 2Re₂O₇. Re₂O₇ é um sólido amarelo pálido muito volátil (sublima a 360 °C) e higroscópico, que se dissolve em água para formar ácido perrênico (HReO₄). Ao contrário da maioria dos metais, o rénio não forma um óxido protetor estável em alta temperatura, o que limita seu uso sem proteção em atmosferas oxidantes em alta temperatura.
O rénio metálico é resistente à maioria dos ácidos frios:
O rénio dissolve-se em soluções alcalinas oxidantes (como NaOH + H₂O₂) para formar perrenatos.
O rénio reage com halogênios em temperatura moderada para formar haletos. Com o flúor, forma ReF₆ (hexafluoreto, líquido amarelo) e ReF₇ (heptafluoreto, sólido amarelo). Com o cloro, forma ReCl₅ (pentacloreto, sólido marrom-escuro) e ReCl₃ (tricloreto, sólido vermelho). O rénio reage com o enxofre em alta temperatura para formar o sulfeto ReS₂ (estrutura lamelar semelhante ao grafite), com o fósforo para formar fosfetos, e com o carbono para formar o carbeto ReC. Também forma silicetos, boretos e nitretos.
A propriedade mais notável do rénio é sua combinação única de propriedades mecânicas em alta temperatura. Ao contrário da maioria dos metais, que perdem rapidamente sua resistência e ductilidade com o aumento da temperatura, o rénio retém:
Estas propriedades, combinadas com seu ponto de fusão muito alto, fazem do rénio um material ideal para aplicações em temperaturas muito altas, particularmente em superligas para turbinas.
A aplicação mais importante do rénio é seu uso em superligas à base de níquel para turbinas a gás em motores de avião. Cerca de 70% da produção mundial de rénio é utilizada para este fim. As superligas contendo rénio equipam praticamente todos os motores de aviões comerciais e militares modernos, permitindo ganhos espetaculares em desempenho, eficiência e confiabilidade.
A adição de rénio (tipicamente 3-6% em peso) às superligas à base de níquel melhora várias propriedades críticas:
As ligas contendo rénio permitem:
Um motor de avião comercial moderno típico contém 1-2 kg de rénio, principalmente nas pás de turbina de alta pressão.
A segunda aplicação mais importante do rénio é seu uso como catalisador no reforming catalítico, um processo-chave no refino de petróleo que converte naftas pesadas (baixo índice de octanagem) em produtos de alto índice de octanagem para gasolina. Cerca de 20% da produção mundial de rénio é utilizada para este fim.
Os catalisadores modernos de reforming são tipicamente bimétalicos, contendo platina (0,3-0,6%) e rénio (0,3-0,4%) suportados em alumina clorada. O rénio melhora consideravelmente o desempenho da platina ao:
Os catalisadores Pt-Re permitem:
Um reator de reforming típico contém várias toneladas de catalisador, com alguns quilogramas de rénio por tonelada de catalisador. Os catalisadores usados são regenerados e reciclados, recuperando parte do rénio e da platina.
Os termopares do tipo W/Re (tungstênio-rênio) são os únicos termopares metálicos capazes de medir temperaturas até 2300 °C. Eles utilizam ligas de tungstênio e rénio como pares termoelétricos:
O rénio é usado para filamentos de tubos de raios X (muitas vezes em liga com tungstênio) e como material de alvo (ânodo) em tubos de raios X e dispositivos de espectrometria de fluorescência de raios X. Seu alto ponto de fusão permite potências mais altas e maior vida útil.
As ligas de rénio-molibdênio e rénio-tungstênio são usadas para contatos elétricos em interruptores, relés e disjuntores de alto desempenho. O rénio melhora a resistência ao arco elétrico e reduz a erosão dos contatos.
O isótopo rênio-188 (¹⁸⁸Re, meia-vida 17 horas) é usado em medicina nuclear para radioterapia. Ele emite partículas beta de alta energia (2,12 MeV máximo) e raios gama (155 keV) que permitem imagem. ¹⁸⁸Re é usado para o tratamento de cânceres (fígado, ossos) e dores metastáticas. É produzido a partir de tungstênio-188 (gerador ¹⁸⁸W/¹⁸⁸Re).
O rénio é usado em sistemas de propulsão espacial:
O rénio metálico e seus compostos insolúveis apresentam toxicidade química baixa a moderada. No entanto, alguns compostos solúveis de rénio, em particular os perrenatos (ReO₄⁻), apresentam toxicidade moderada. O ácido perrênico (HReO₄) é corrosivo. As poeiras de rénio podem causar irritações mecânicas. Nenhum efeito cancerígeno foi claramente demonstrado para o rénio.
Os isótopos radioativos do rénio (como ¹⁸⁶Re e ¹⁸⁸Re usados em medicina nuclear) requerem precauções de radioproteção durante sua manipulação e uso. O rénio-187, naturalmente radioativo, apresenta atividade muito baixa devido à sua meia-vida muito longa (41,6 bilhões de anos) e não representa risco radiológico significativo.
O principal impacto ambiental do rénio está relacionado à extração e ao processamento dos minérios de molibdênio e cobre dos quais é um subproduto. Os processos de flotação, lixiviação e fusão geram resíduos, efluentes e emissões que devem ser controlados. No entanto, como o rénio é produzido em quantidades muito pequenas (algumas dezenas de toneladas por ano), seu impacto ambiental direto é limitado em comparação com os metais produzidos em grandes quantidades.
O rénio é reciclado a partir de várias fontes:
A taxa de reciclagem é estimada em 20-30%. A reciclagem é economicamente atraente devido ao alto preço do rénio, mas tecnicamente difícil devido às baixas concentrações nos resíduos. Os métodos de reciclagem incluem processos hidrometalúrgicos (dissolução, extração por solvente, troca iônica) e pirometalúrgicos.
A exposição ocupacional ao rénio ocorre principalmente em usinas de produção e reciclagem, fabricantes de superligas e catalisadores, e instalações que utilizam termopares W/Re. As principais vias de exposição são a inalação de poeiras e fumos. Limites específicos de exposição ocupacional para o rénio geralmente não são estabelecidos, mas recomendações gerais para poeiras de metais pesados se aplicam.
O átomo em todas as suas formas: da intuição antiga à mecânica quântica 
Berílio (Z=4): um metal
raro com propriedades excepcionais 
