錸(lai)(lai)(Rhenium)的(de)(de)(de)名(ming)稱源自(zi)拉丁文Rhenus,意(yi)為萊(lai)茵河。錸(lai)(lai)是(shi)擁(yong)有穩定同位素(su)的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)中(zhong)最后一個發(fa)現(xian)(xian)的(de)(de)(de)(之后在自(zi)然界發(fa)現(xian)(xian)的(de)(de)(de)其他(ta)(ta)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)都是(shi)不具有穩定同位素(su)的(de)(de)(de)放射(she)性元(yuan)(yuan)(yuan)素(su),如镎和钚等)。德米特里·門捷列夫在發(fa)布元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)周期表時,就預測了這(zhe)一元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)的(de)(de)(de)存在。英國(guo)(guo)物理學家亨利·莫塞萊(lai)在1914年推算(suan)了有關該元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)的(de)(de)(de)一些(xie)數據。德國(guo)(guo)的(de)(de)(de)沃爾特·諾達克(ke)(Walter Noddack)、伊達·諾達克(ke)、奧托·伯(bo)格(Otto Berg)在1925年表示在鉑礦(kuang)和鈮鐵(tie)礦(kuang)中(zhong)探測到(dao)了此元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)。他(ta)(ta)們(men)后來也(ye)在硅鈹(pi)釔礦(kuang)和輝(hui)鉬(mu)礦(kuang)內發(fa)現(xian)(xian)了錸(lai)(lai)。1928年,他(ta)(ta)們(men)在660公斤輝(hui)鉬(mu)礦(kuang)中(zhong)提取出了1克(ke)錸(lai)(lai)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)。估計在1968年美國(guo)(guo)75%的(de)(de)(de)錸(lai)(lai)金(jin)(jin)屬都用在科研(yan)以及難熔(rong)金(jin)(jin)屬合金(jin)(jin)的(de)(de)(de)研(yan)制(zhi)當中(zhong)。幾(ji)年之后,高溫(wen)合金(jin)(jin)才(cai)得(de)到(dao)廣(guang)泛使用。
1908年,日本化學(xue)家小川正孝宣布發(fa)現了第43號元素(su),并將其命(ming)名(ming)為(wei)“Nipponium”(Np),以紀(ji)念其本國日本(Nippon)。然(ran)而(er),后來的(de)分析則指出,他所發(fa)現的(de)是75號元素(su),而(er)非43(即锝)。Np在今(jin)天是第93號元素(su)镎的(de)化學(xue)符號,得名(ming)于海王星(Neptune),與“Nipponium”的(de)縮寫正好相(xiang)同。
錸是一種銀白色金屬,其熔點在所有元素中是繼鎢和碳之后第(di)三(san)高的,沸(fei)點則居首(shou)位(wei)。其密度在元素中排第(di)四(si)位(wei),前三(san)位(wei)分別(bie)為(wei)鋨、銥和鉑。錸具六方密排晶(jing)體結構(gou),晶(jing)格(ge)常數(shu)為(wei)a=276.1pm和c=445.6pm。
商業(ye)用的(de)錸一般呈粉末(mo)狀,可(ke)(ke)在真空或氫氣中經壓(ya)制(zhi)或燒(shao)結制(zhi)成高(gao)密度固體,其密度為金(jin)屬態(tai)的(de)90%以上。錸金(jin)屬在退火時延展性很高(gao),可(ke)(ke)彎曲和卷起。錸﹣鉬合金(jin)在10K時是超(chao)(chao)導體,鎢﹣錸合金(jin)的(de)超(chao)(chao)導溫(wen)度則在4至8K。錸金(jin)屬在1.697±0.006K時成為超(chao)(chao)導體。
錸金屬塊在(zai)標準溫度和壓力下能抵抗堿、硫酸(suan)(suan)、鹽酸(suan)(suan)、稀硝(xiao)酸(suan)(suan)以及(ji)王水。
同位素
錸(lai)只有(you)一(yi)(yi)種穩(wen)定同位(wei)素錸(lai)-185,存(cun)量亦極低。自然(ran)產生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)錸(lai)當中(zhong)有(you)37.4%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)185Re以(yi)及62.6%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)放(fang)射性(xing)(xing)187Re。后者的(de)(de)(de)(de)(de)(de)半衰(shuai)期(qi)長(chang)達1010年。錸(lai)原子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電荷(he)狀態(tai)可(ke)影響這一(yi)(yi)壽命。Re的(de)(de)(de)(de)(de)(de)β衰(shuai)變(bian)可(ke)用于錸(lai)鋨定年法,以(yi)測量礦石的(de)(de)(de)(de)(de)(de)年齡。這一(yi)(yi)β衰(shuai)變(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)量為2.6keV,是衰(shuai)變(bian)能(neng)量最低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)放(fang)射性(xing)(xing)核(he)素之(zhi)一(yi)(yi)。錸(lai)-186是壽命最長(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)放(fang)射性(xing)(xing)同位(wei)素之(zhi)一(yi)(yi),半衰(shuai)期(qi)長(chang)達20萬年左右。其他(ta)已知放(fang)射性(xing)(xing)錸(lai)同位(wei)素還有(you)25種。
化合物
錸(lai)在(zai)化合物中(zhong)的氧化態可(ke)以在(zai)?3至(zhi)+7之間,?2除外(wai)。+7、+6、+4和(he)+2氧化態最為(wei)常見。商業(ye)用錸(lai)一般以高(gao)(gao)錸(lai)酸(suan)鹽出售,如白(bai)色水溶(rong)的高(gao)(gao)錸(lai)酸(suan)鈉和(he)高(gao)(gao)錸(lai)酸(suan)銨等(deng)。
在(zai)硫化(hua)銅(tong)礦(kuang)石的(de)提(ti)煉過程中(zhong)(zhong),錸(lai)(lai)可以(yi)從含有鉬元素的(de)焙燒煙氣中(zhong)(zhong)提(ti)取出(chu)來的(de)。鉬礦(kuang)石含有0.001%至0.2%的(de)錸(lai)(lai)元素。從煙氣物質(zhi)中(zhong)(zhong)可用水淋洗出(chu)七氧化(hua)二錸(lai)(lai)和高(gao)錸(lai)(lai)酸,再用氯化(hua)鉀(jia)或(huo)氯化(hua)銨(an)使其沉(chen)淀為高(gao)錸(lai)(lai)酸鹽,最后以(yi)重結晶方法進行純化(hua)。錸(lai)(lai)的(de)全(quan)球(qiu)年(nian)(nian)產量在(zai)40至50噸之(zhi)間,主要產國(guo)有智利、美(mei)國(guo)、秘魯和波蘭。另外(wai),鉑﹣錸(lai)(lai)催化(hua)劑和某些(xie)錸(lai)(lai)合金(jin)的(de)回收過程每(mei)年(nian)(nian)可產出(chu)10噸錸(lai)(lai)。每(mei)公斤錸(lai)(lai)價格從2003至2006年(nian)(nian)的(de)1千(qian)至2千(qian)美(mei)元迅速升至2008年(nian)(nian)2月的(de)1萬美(mei)元以(yi)上。要制成錸(lai)(lai)金(jin)屬(shu),需(xu)在(zai)高(gao)溫下用氫氣還(huan)原(yuan)高(gao)錸(lai)(lai)酸銨(an):
全球(qiu)錸產量的(de)70%都用(yong)于制造噴射(she)引擎的(de)高溫合(he)金部(bu)件。錸的(de)另一主(zhu)要應用(yong)是(shi)在(zai)鉑-錸催化劑(ji),可(ke)用(yong)于生產無鉛、高辛(xin)烷的(de)汽油。
加入錸(lai)(lai)(lai)(lai)會(hui)提升鎳高溫合(he)(he)金的(de)(de)(de)蠕變強(qiang)度。錸(lai)(lai)(lai)(lai)合(he)(he)金一般含有3%至6%的(de)(de)(de)錸(lai)(lai)(lai)(lai)。第(di)二代合(he)(he)金的(de)(de)(de)含錸(lai)(lai)(lai)(lai)量為3%,曾(ceng)用在(zai)(zai)F-16和(he)F-15戰(zhan)機(ji)引擎中。第(di)三代單晶體(ti)合(he)(he)金的(de)(de)(de)含錸(lai)(lai)(lai)(lai)量則有6%,曾(ceng)用在(zai)(zai)F-22和(he)F-35引擎中。錸(lai)(lai)(lai)(lai)高溫合(he)(he)金還用于工業燃氣輪(lun)機(ji)。高溫合(he)(he)金在(zai)(zai)加入錸(lai)(lai)(lai)(lai)后(hou)會(hui)形成拓撲密(mi)排(pai)相(TCP),因此(ci)其(qi)微(wei)結構會(hui)變得不(bu)穩(wen)定。第(di)四代和(he)第(di)五(wu)代高溫合(he)(he)金使用釕以避免(mian)這一現象(xiang)。
2006年的(de)錸(lai)消(xiao)耗量分別(bie)為(wei)(wei):通用(yong)(yong)(yong)電氣28%,勞斯萊斯股(gu)份有限公司(si)28%,普惠公司(si)12%,皆用(yong)(yong)(yong)于生(sheng)產高(gao)溫(wen)合金(jin)。另(ling)有14%用(yong)(yong)(yong)作(zuo)催化劑,18%作(zuo)其他用(yong)(yong)(yong)途。由于軍用(yong)(yong)(yong)噴射引擎需求持續增加,因此有必要研(yan)發(fa)含(han)錸(lai)量更(geng)低的(de)高(gao)溫(wen)合金(jin),以維持供應。比如,新(xin)型(xing)CFM56高(gao)壓渦輪(HPT)葉片使用(yong)(yong)(yong)的(de)合金(jin)含(han)1.5%的(de)錸(lai),以取(qu)代含(han)錸(lai)量為(wei)(wei)3%的(de)合金(jin)。
錸(lai)(lai)(lai)(lai)可(ke)(ke)(ke)增強鎢(wu)的(de)物(wu)理性質。鎢(wu)-錸(lai)(lai)(lai)(lai)合金(jin)在(zai)低溫(wen)下可(ke)(ke)(ke)塑性更高,易(yi)于制造、塑形,且在(zai)高溫(wen)下的(de)穩定性也得(de)以(yi)提高。這(zhe)一(yi)變(bian)化(hua)會隨錸(lai)(lai)(lai)(lai)的(de)含(han)量(liang)而增加,所(suo)以(yi)鎢(wu)-錸(lai)(lai)(lai)(lai)合金(jin)含(han)有(you)27%的(de)錸(lai)(lai)(lai)(lai),這(zhe)也就是(shi)(shi)錸(lai)(lai)(lai)(lai)在(zai)鎢(wu)中(zhong)的(de)溶解極限(xian)。X射線源是(shi)(shi)鎢(wu)-錸(lai)(lai)(lai)(lai)合金(jin)的(de)其中(zhong)一(yi)個(ge)應用。鎢(wu)和錸(lai)(lai)(lai)(lai)的(de)熔點(dian)和原子量(liang)都很高,有(you)助于抵抗持(chi)續的(de)電子撞擊。這(zhe)種(zhong)合金(jin)還用作(zuo)熱電偶,可(ke)(ke)(ke)測量(liang)最高2200°C的(de)溫(wen)度。
錸在高溫下十分穩定(ding),蒸(zheng)氣壓低(di),耐(nai)磨(mo)損(sun),且能夠(gou)抵御電弧腐(fu)蝕,所以(yi)是很好的(de)自動(dong)清洗電觸頭材料。開關時的(de)電火花會對觸頭進(jin)行氧化耗損(sun)。不過,七氧化二錸(Re2O7)在360°C左右升華,所以(yi)會在放電過程中移去。
錸與鉭和鎢一(yi)樣具有高熔點和低(di)蒸氣壓,所(suo)以(yi)用這(zhe)些材料制成的燈絲在氧氣環(huan)境下穩(wen)定性較(jiao)高。這(zhe)類(lei)燈絲被廣泛用于質(zhi)譜儀、電離壓力計及照相閃光燈等。
錸-鉑(bo)合(he)金是(shi)催化(hua)(hua)(hua)(hua)重(zhong)整(zheng)過程(cheng)中的(de)一種催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑。這種石(shi)油加工過程(cheng)能夠提高石(shi)腦油的(de)辛烷值。用于催化(hua)(hua)(hua)(hua)重(zhong)整(zheng)的(de)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑當中,30%含(han)有錸。在礬土(tu)(氧化(hua)(hua)(hua)(hua)鋁)表(biao)面涂上錸,可(ke)作(zuo)為烯烴復分(fen)解反(fan)應(ying)的(de)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑。含(han)錸催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑可(ke)抗御(yu)氮、硫和磷的(de)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑中毒現象(xiang),因此被用在某些氫化(hua)(hua)(hua)(hua)反(fan)應(ying)中。
由于用量一般很少,所(suo)以(yi)人們對(dui)錸(lai)以(yi)及錸(lai)化合物的毒(du)性所(suo)知甚少。鹵化錸(lai)和(he)高(gao)錸(lai)酸鹽(yan)等可溶鹽(yan)的有(you)害(hai)性可能來自錸(lai)或(huo)者其(qi)他所(suo)含元素。科(ke)學家(jia)只(zhi)對(dui)極少數錸(lai)化合物作過毒(du)性測(ce)試,包括高(gao)錸(lai)酸鉀和(he)三氯化錸(lai)。試驗以(yi)老鼠作為對(dui)象(xiang),測(ce)得高(gao)錸(lai)酸鉀的7天LD50值(zhi)(zhi)為2800mg/kg,三氯化錸(lai)的LD50值(zhi)(zhi)為280mg/kg。