錸(lai)(Rhenium)的(de)(de)(de)名(ming)稱(cheng)源自(zi)拉丁文Rhenus,意為(wei)萊(lai)茵河。錸(lai)是擁有穩定(ding)同位素(su)(su)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)中最后一(yi)個發現的(de)(de)(de)(之后在(zai)(zai)(zai)自(zi)然(ran)界發現的(de)(de)(de)其他元(yuan)素(su)(su)都是不具有穩定(ding)同位素(su)(su)的(de)(de)(de)放(fang)射性(xing)元(yuan)素(su)(su),如镎和钚等)。德(de)米特里·門捷列(lie)夫在(zai)(zai)(zai)發布元(yuan)素(su)(su)周(zhou)期表時,就預測了(le)(le)這一(yi)元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)存在(zai)(zai)(zai)。英國物(wu)理學家亨利·莫(mo)塞萊(lai)在(zai)(zai)(zai)1914年(nian)(nian)(nian)推算了(le)(le)有關該元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)一(yi)些數據(ju)。德(de)國的(de)(de)(de)沃爾特·諾達克(ke)(ke)(Walter Noddack)、伊達·諾達克(ke)(ke)、奧托·伯格(Otto Berg)在(zai)(zai)(zai)1925年(nian)(nian)(nian)表示在(zai)(zai)(zai)鉑礦(kuang)和鈮鐵礦(kuang)中探測到了(le)(le)此元(yuan)素(su)(su)。他們(men)后來也在(zai)(zai)(zai)硅鈹釔礦(kuang)和輝鉬礦(kuang)內發現了(le)(le)錸(lai)。1928年(nian)(nian)(nian),他們(men)在(zai)(zai)(zai)660公(gong)斤輝鉬礦(kuang)中提(ti)取(qu)出了(le)(le)1克(ke)(ke)錸(lai)元(yuan)素(su)(su)。估(gu)計在(zai)(zai)(zai)1968年(nian)(nian)(nian)美國75%的(de)(de)(de)錸(lai)金(jin)屬都用(yong)(yong)在(zai)(zai)(zai)科(ke)研(yan)以及難(nan)熔金(jin)屬合金(jin)的(de)(de)(de)研(yan)制當中。幾(ji)年(nian)(nian)(nian)之后,高溫合金(jin)才得到廣泛使用(yong)(yong)。
1908年(nian),日本(ben)化學(xue)(xue)家(jia)小(xiao)川正孝宣布發現(xian)了第43號(hao)元素,并將其(qi)命名為“Nipponium”(Np),以紀念(nian)其(qi)本(ben)國日本(ben)(Nippon)。然而,后來的分(fen)析則指出,他所發現(xian)的是75號(hao)元素,而非43(即锝)。Np在(zai)今天是第93號(hao)元素镎的化學(xue)(xue)符號(hao),得名于(yu)海(hai)王星(Neptune),與(yu)“Nipponium”的縮(suo)寫正好相同。
錸(lai)是(shi)一種銀白色金(jin)屬,其熔(rong)點在所有元(yuan)素中(zhong)(zhong)是(shi)繼(ji)鎢和(he)(he)碳之后第三高(gao)的,沸點則(ze)居首位(wei)(wei)(wei)。其密度在元(yuan)素中(zhong)(zhong)排(pai)(pai)第四位(wei)(wei)(wei),前三位(wei)(wei)(wei)分(fen)別(bie)為(wei)鋨、銥和(he)(he)鉑。錸(lai)具(ju)六方密排(pai)(pai)晶體結(jie)構(gou),晶格常數為(wei)a=276.1pm和(he)(he)c=445.6pm。
商業(ye)用的(de)(de)錸一般呈粉末狀,可在(zai)(zai)真空或氫氣中(zhong)經壓制或燒(shao)結制成高密(mi)度固體(ti)(ti),其密(mi)度為金(jin)(jin)(jin)屬態的(de)(de)90%以上。錸金(jin)(jin)(jin)屬在(zai)(zai)退火時延展性很高,可彎(wan)曲和卷起(qi)。錸﹣鉬合金(jin)(jin)(jin)在(zai)(zai)10K時是超導(dao)體(ti)(ti),鎢﹣錸合金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)超導(dao)溫度則在(zai)(zai)4至8K。錸金(jin)(jin)(jin)屬在(zai)(zai)1.697±0.006K時成為超導(dao)體(ti)(ti)。
錸金屬塊在標(biao)準溫度和(he)壓(ya)力下(xia)能抵抗堿、硫酸、鹽酸、稀硝酸以及王水。
同位素
錸只有(you)(you)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)穩定(ding)同(tong)位(wei)素(su)錸-185,存量(liang)亦極低。自然(ran)產生的(de)(de)(de)(de)錸當中有(you)(you)37.4%的(de)(de)(de)(de)185Re以及(ji)62.6%的(de)(de)(de)(de)放射(she)(she)性187Re。后者的(de)(de)(de)(de)半(ban)衰期長(chang)(chang)達1010年(nian)(nian)。錸原子的(de)(de)(de)(de)電荷狀態可(ke)影響(xiang)這一(yi)(yi)(yi)壽(shou)命(ming)。Re的(de)(de)(de)(de)β衰變(bian)可(ke)用于錸鋨定(ding)年(nian)(nian)法,以測量(liang)礦石的(de)(de)(de)(de)年(nian)(nian)齡(ling)。這一(yi)(yi)(yi)β衰變(bian)的(de)(de)(de)(de)能(neng)量(liang)為2.6keV,是(shi)衰變(bian)能(neng)量(liang)最低的(de)(de)(de)(de)放射(she)(she)性核(he)素(su)之一(yi)(yi)(yi)。錸-186是(shi)壽(shou)命(ming)最長(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)放射(she)(she)性同(tong)位(wei)素(su)之一(yi)(yi)(yi),半(ban)衰期長(chang)(chang)達20萬年(nian)(nian)左右(you)。其他已知放射(she)(she)性錸同(tong)位(wei)素(su)還有(you)(you)25種(zhong)。
化合物
錸(lai)在化(hua)合物中的氧化(hua)態可以(yi)在?3至+7之間(jian),?2除(chu)外。+7、+6、+4和(he)+2氧化(hua)態最(zui)為(wei)常見。商業用錸(lai)一般以(yi)高(gao)錸(lai)酸(suan)鹽出(chu)售,如白色水溶的高(gao)錸(lai)酸(suan)鈉(na)和(he)高(gao)錸(lai)酸(suan)銨(an)等。
在(zai)(zai)硫化銅礦(kuang)石的(de)提煉過程中,錸(lai)(lai)可以(yi)從含(han)有(you)(you)鉬(mu)元(yuan)(yuan)素(su)的(de)焙燒(shao)煙氣(qi)(qi)中提取出來(lai)的(de)。鉬(mu)礦(kuang)石含(han)有(you)(you)0.001%至(zhi)(zhi)0.2%的(de)錸(lai)(lai)元(yuan)(yuan)素(su)。從煙氣(qi)(qi)物質中可用(yong)(yong)水淋(lin)洗出七氧化二錸(lai)(lai)和高(gao)錸(lai)(lai)酸,再用(yong)(yong)氯化鉀或氯化銨使其(qi)沉淀為高(gao)錸(lai)(lai)酸鹽,最后以(yi)重結晶方法進行純化。錸(lai)(lai)的(de)全(quan)球年(nian)產(chan)量(liang)在(zai)(zai)40至(zhi)(zhi)50噸(dun)之間,主(zhu)要產(chan)國(guo)有(you)(you)智利、美國(guo)、秘魯和波蘭(lan)。另外,鉑﹣錸(lai)(lai)催(cui)化劑和某(mou)些錸(lai)(lai)合金(jin)的(de)回收過程每年(nian)可產(chan)出10噸(dun)錸(lai)(lai)。每公斤錸(lai)(lai)價(jia)格從2003至(zhi)(zhi)2006年(nian)的(de)1千至(zhi)(zhi)2千美元(yuan)(yuan)迅速升至(zhi)(zhi)2008年(nian)2月的(de)1萬美元(yuan)(yuan)以(yi)上。要制成錸(lai)(lai)金(jin)屬,需在(zai)(zai)高(gao)溫下用(yong)(yong)氫(qing)氣(qi)(qi)還(huan)原(yuan)高(gao)錸(lai)(lai)酸銨:
全(quan)球(qiu)錸(lai)(lai)產量的(de)(de)70%都用于制造噴(pen)射(she)引擎(qing)的(de)(de)高溫合金部件。錸(lai)(lai)的(de)(de)另一主要應用是在鉑-錸(lai)(lai)催化劑,可用于生產無鉛(qian)、高辛烷的(de)(de)汽油。
加入(ru)錸(lai)會提升鎳(nie)高(gao)溫合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)蠕變強度。錸(lai)合(he)(he)金(jin)(jin)一般含有3%至(zhi)6%的(de)錸(lai)。第(di)二(er)代(dai)合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)含錸(lai)量為3%,曾用在F-16和(he)(he)F-15戰機(ji)引(yin)擎中。第(di)三(san)代(dai)單(dan)晶體合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)含錸(lai)量則有6%,曾用在F-22和(he)(he)F-35引(yin)擎中。錸(lai)高(gao)溫合(he)(he)金(jin)(jin)還用于工業(ye)燃(ran)氣輪機(ji)。高(gao)溫合(he)(he)金(jin)(jin)在加入(ru)錸(lai)后(hou)會形成拓撲密排相(TCP),因此其微(wei)結(jie)構(gou)會變得不穩定。第(di)四代(dai)和(he)(he)第(di)五代(dai)高(gao)溫合(he)(he)金(jin)(jin)使用釕以避(bi)免(mian)這一現象。
2006年的(de)錸消耗(hao)量(liang)分別為:通用(yong)電氣28%,勞斯萊斯股份(fen)有限公(gong)司(si)28%,普(pu)惠公(gong)司(si)12%,皆用(yong)于(yu)生(sheng)產高(gao)(gao)溫(wen)合(he)金(jin)。另(ling)有14%用(yong)作(zuo)(zuo)催化劑,18%作(zuo)(zuo)其(qi)他用(yong)途。由于(yu)軍用(yong)噴射(she)引擎需(xu)求(qiu)持續(xu)增加(jia),因此有必要(yao)研發(fa)含錸量(liang)更低(di)的(de)高(gao)(gao)溫(wen)合(he)金(jin),以維持供應。比如,新型(xing)CFM56高(gao)(gao)壓渦輪(HPT)葉片使用(yong)的(de)合(he)金(jin)含1.5%的(de)錸,以取代含錸量(liang)為3%的(de)合(he)金(jin)。
錸可增(zeng)強鎢(wu)的(de)物(wu)理性質(zhi)。鎢(wu)-錸合(he)(he)金在低溫下(xia)可塑性更高(gao),易于(yu)制造(zao)、塑形,且在高(gao)溫下(xia)的(de)穩定(ding)性也得以(yi)提高(gao)。這(zhe)一變化會隨錸的(de)含(han)量(liang)而增(zeng)加,所以(yi)鎢(wu)-錸合(he)(he)金含(han)有27%的(de)錸,這(zhe)也就(jiu)是錸在鎢(wu)中(zhong)的(de)溶解極限。X射線源是鎢(wu)-錸合(he)(he)金的(de)其中(zhong)一個應用。鎢(wu)和錸的(de)熔點和原子量(liang)都很(hen)高(gao),有助于(yu)抵抗持續(xu)的(de)電子撞(zhuang)擊。這(zhe)種合(he)(he)金還用作熱電偶,可測量(liang)最(zui)高(gao)2200°C的(de)溫度。
錸在高溫下十分穩定,蒸氣壓低,耐磨損(sun),且能夠抵御電弧腐(fu)蝕,所(suo)以是很好的(de)自動清洗(xi)電觸(chu)頭材料。開關(guan)時(shi)的(de)電火花會對觸(chu)頭進行氧化(hua)(hua)耗損(sun)。不過(guo),七氧化(hua)(hua)二錸(Re2O7)在360°C左右升(sheng)華,所(suo)以會在放電過(guo)程中(zhong)移去。
錸與鉭(tan)和(he)鎢(wu)一(yi)樣具有(you)高熔(rong)點和(he)低(di)蒸氣(qi)壓(ya),所以用這些材料制成的燈(deng)絲在氧氣(qi)環(huan)境下穩(wen)定(ding)性(xing)較高。這類燈(deng)絲被廣泛(fan)用于質(zhi)譜儀、電(dian)離壓(ya)力(li)計(ji)及照相閃光燈(deng)等。
錸(lai)-鉑合金是催(cui)(cui)化(hua)重整過(guo)程中(zhong)的一(yi)種催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)。這種石(shi)油加工過(guo)程能(neng)夠提高石(shi)腦油的辛(xin)烷(wan)值。用于(yu)催(cui)(cui)化(hua)重整的催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)當中(zhong),30%含(han)有錸(lai)。在(zai)礬土(氧(yang)化(hua)鋁)表面(mian)涂上錸(lai),可作為烯烴(jing)復分解反(fan)應的催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)。含(han)錸(lai)催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)可抗御氮、硫和磷的催(cui)(cui)化(hua)劑(ji)中(zhong)毒現象(xiang),因此被(bei)用在(zai)某(mou)些(xie)氫化(hua)反(fan)應中(zhong)。
由于用量一般(ban)很少,所以人們對(dui)錸(lai)(lai)(lai)(lai)以及(ji)錸(lai)(lai)(lai)(lai)化(hua)合物的(de)(de)(de)毒性(xing)所知甚少。鹵(lu)化(hua)錸(lai)(lai)(lai)(lai)和高(gao)錸(lai)(lai)(lai)(lai)酸(suan)鹽等可(ke)溶鹽的(de)(de)(de)有(you)害性(xing)可(ke)能來自錸(lai)(lai)(lai)(lai)或(huo)者(zhe)其他所含元素。科學家只對(dui)極少數錸(lai)(lai)(lai)(lai)化(hua)合物作過毒性(xing)測試,包括(kuo)高(gao)錸(lai)(lai)(lai)(lai)酸(suan)鉀和三(san)氯化(hua)錸(lai)(lai)(lai)(lai)。試驗以老鼠作為對(dui)象,測得高(gao)錸(lai)(lai)(lai)(lai)酸(suan)鉀的(de)(de)(de)7天(tian)LD50值(zhi)為2800mg/kg,三(san)氯化(hua)錸(lai)(lai)(lai)(lai)的(de)(de)(de)LD50值(zhi)為280mg/kg。