錸(lai)(lai)(Rhenium)的(de)(de)名(ming)稱源自拉(la)丁文Rhenus,意為萊茵河。錸(lai)(lai)是擁有(you)(you)穩(wen)定同位素(su)(su)(su)(su)的(de)(de)元素(su)(su)(su)(su)中(zhong)最(zui)后一個(ge)發(fa)現的(de)(de)(之后在(zai)(zai)自然(ran)界發(fa)現的(de)(de)其他元素(su)(su)(su)(su)都是不(bu)具(ju)有(you)(you)穩(wen)定同位素(su)(su)(su)(su)的(de)(de)放射性元素(su)(su)(su)(su),如镎和(he)钚等)。德米特里(li)·門(men)捷(jie)列夫在(zai)(zai)發(fa)布(bu)元素(su)(su)(su)(su)周期表(biao)時,就預測(ce)了(le)這一元素(su)(su)(su)(su)的(de)(de)存在(zai)(zai)。英國(guo)物理(li)學家亨利·莫塞(sai)萊在(zai)(zai)1914年(nian)推(tui)算了(le)有(you)(you)關該(gai)元素(su)(su)(su)(su)的(de)(de)一些數據(ju)。德國(guo)的(de)(de)沃爾(er)特·諾(nuo)達(da)克(ke)(Walter Noddack)、伊達(da)·諾(nuo)達(da)克(ke)、奧托·伯格(Otto Berg)在(zai)(zai)1925年(nian)表(biao)示在(zai)(zai)鉑(bo)礦和(he)鈮鐵(tie)礦中(zhong)探測(ce)到了(le)此元素(su)(su)(su)(su)。他們后來也(ye)在(zai)(zai)硅鈹釔(yi)礦和(he)輝鉬礦內發(fa)現了(le)錸(lai)(lai)。1928年(nian),他們在(zai)(zai)660公斤輝鉬礦中(zhong)提取(qu)出(chu)了(le)1克(ke)錸(lai)(lai)元素(su)(su)(su)(su)。估計(ji)在(zai)(zai)1968年(nian)美國(guo)75%的(de)(de)錸(lai)(lai)金(jin)屬都用(yong)(yong)在(zai)(zai)科研以及難熔金(jin)屬合金(jin)的(de)(de)研制當中(zhong)。幾年(nian)之后,高溫合金(jin)才(cai)得到廣泛使(shi)用(yong)(yong)。
1908年(nian),日(ri)本(ben)化學家小川(chuan)正孝宣布發現了第43號(hao)(hao)元素(su),并(bing)將(jiang)其(qi)命名為“Nipponium”(Np),以紀念其(qi)本(ben)國日(ri)本(ben)(Nippon)。然而(er),后來的(de)(de)分析則指出,他所發現的(de)(de)是(shi)75號(hao)(hao)元素(su),而(er)非(fei)43(即锝)。Np在今天是(shi)第93號(hao)(hao)元素(su)镎的(de)(de)化學符號(hao)(hao),得名于海王(wang)星(Neptune),與“Nipponium”的(de)(de)縮(suo)寫正好相同。
錸是一種銀白色(se)金屬,其熔點(dian)(dian)在所有元素(su)中是繼(ji)鎢(wu)和碳之后(hou)第三(san)高的,沸(fei)點(dian)(dian)則居首位(wei)(wei)。其密度在元素(su)中排第四位(wei)(wei),前三(san)位(wei)(wei)分別為鋨、銥和鉑。錸具六方(fang)密排晶(jing)體結構,晶(jing)格常數為a=276.1pm和c=445.6pm。
商業用的錸(lai)一(yi)般呈粉末狀,可在真空或(huo)氫氣(qi)中經(jing)壓制(zhi)或(huo)燒結制(zhi)成(cheng)高密度(du)固體,其(qi)密度(du)為金(jin)(jin)屬態的90%以上。錸(lai)金(jin)(jin)屬在退(tui)火時延展性很高,可彎曲(qu)和卷起。錸(lai)﹣鉬合金(jin)(jin)在10K時是超(chao)(chao)導體,鎢(wu)﹣錸(lai)合金(jin)(jin)的超(chao)(chao)導溫度(du)則在4至8K。錸(lai)金(jin)(jin)屬在1.697±0.006K時成(cheng)為超(chao)(chao)導體。
錸金屬塊在(zai)標準(zhun)溫度和(he)壓力下能(neng)抵(di)抗堿、硫酸、鹽(yan)酸、稀硝酸以(yi)及王(wang)水。
同位素
錸(lai)(lai)只有一(yi)種(zhong)穩定(ding)同(tong)位(wei)素錸(lai)(lai)-185,存量(liang)亦極低。自然產生的(de)(de)錸(lai)(lai)當中(zhong)有37.4%的(de)(de)185Re以(yi)(yi)及62.6%的(de)(de)放射(she)(she)(she)性(xing)187Re。后者的(de)(de)半衰(shuai)(shuai)期長(chang)達1010年(nian)。錸(lai)(lai)原(yuan)子的(de)(de)電(dian)荷狀態可(ke)影響這(zhe)一(yi)壽(shou)(shou)命(ming)。Re的(de)(de)β衰(shuai)(shuai)變(bian)可(ke)用于錸(lai)(lai)鋨定(ding)年(nian)法(fa),以(yi)(yi)測量(liang)礦石的(de)(de)年(nian)齡。這(zhe)一(yi)β衰(shuai)(shuai)變(bian)的(de)(de)能量(liang)為2.6keV,是(shi)衰(shuai)(shuai)變(bian)能量(liang)最低的(de)(de)放射(she)(she)(she)性(xing)核素之一(yi)。錸(lai)(lai)-186是(shi)壽(shou)(shou)命(ming)最長(chang)的(de)(de)放射(she)(she)(she)性(xing)同(tong)位(wei)素之一(yi),半衰(shuai)(shuai)期長(chang)達20萬年(nian)左右。其他已(yi)知放射(she)(she)(she)性(xing)錸(lai)(lai)同(tong)位(wei)素還有25種(zhong)。
化合物
錸在(zai)化(hua)合物中的(de)氧化(hua)態(tai)可以在(zai)?3至+7之間,?2除外。+7、+6、+4和+2氧化(hua)態(tai)最為常見(jian)。商業用(yong)錸一般以高錸酸(suan)鹽出售,如白色(se)水溶的(de)高錸酸(suan)鈉和高錸酸(suan)銨等。
在硫化(hua)銅(tong)礦石的(de)提煉(lian)過(guo)程中(zhong)(zhong),錸(lai)(lai)(lai)可(ke)(ke)以從含(han)有鉬元(yuan)素的(de)焙燒煙氣中(zhong)(zhong)提取出(chu)來的(de)。鉬礦石含(han)有0.001%至0.2%的(de)錸(lai)(lai)(lai)元(yuan)素。從煙氣物質中(zhong)(zhong)可(ke)(ke)用(yong)水淋洗(xi)出(chu)七氧化(hua)二(er)錸(lai)(lai)(lai)和高(gao)(gao)錸(lai)(lai)(lai)酸(suan),再(zai)用(yong)氯(lv)化(hua)鉀(jia)或(huo)氯(lv)化(hua)銨使其(qi)沉淀為高(gao)(gao)錸(lai)(lai)(lai)酸(suan)鹽,最后以重結(jie)晶方法進行純(chun)化(hua)。錸(lai)(lai)(lai)的(de)全球年(nian)產量在40至50噸(dun)之(zhi)間,主要產國有智利(li)、美國、秘(mi)魯和波蘭。另外,鉑﹣錸(lai)(lai)(lai)催化(hua)劑和某些錸(lai)(lai)(lai)合金(jin)的(de)回收過(guo)程每(mei)年(nian)可(ke)(ke)產出(chu)10噸(dun)錸(lai)(lai)(lai)。每(mei)公斤錸(lai)(lai)(lai)價(jia)格從2003至2006年(nian)的(de)1千(qian)至2千(qian)美元(yuan)迅速升(sheng)至2008年(nian)2月的(de)1萬美元(yuan)以上(shang)。要制(zhi)成錸(lai)(lai)(lai)金(jin)屬,需在高(gao)(gao)溫(wen)下用(yong)氫(qing)氣還原高(gao)(gao)錸(lai)(lai)(lai)酸(suan)銨:
全球錸產(chan)量的(de)70%都用于(yu)制造噴(pen)射引(yin)擎的(de)高溫合金(jin)部件。錸的(de)另(ling)一主要應用是在(zai)鉑-錸催(cui)化(hua)劑,可用于(yu)生產(chan)無(wu)鉛、高辛烷(wan)的(de)汽油。
加入(ru)錸(lai)會提升鎳高溫合金(jin)的(de)蠕變強度。錸(lai)合金(jin)一般含(han)有(you)3%至6%的(de)錸(lai)。第二代合金(jin)的(de)含(han)錸(lai)量為3%,曾用在F-16和F-15戰機引擎(qing)(qing)中。第三(san)代單(dan)晶體合金(jin)的(de)含(han)錸(lai)量則有(you)6%,曾用在F-22和F-35引擎(qing)(qing)中。錸(lai)高溫合金(jin)還(huan)用于工業燃氣(qi)輪(lun)機。高溫合金(jin)在加入(ru)錸(lai)后會形成(cheng)拓撲密排相(TCP),因此(ci)其微結構會變得不穩定。第四代和第五(wu)代高溫合金(jin)使用釕以避免這一現象。
2006年的(de)錸消耗(hao)量分別為:通(tong)用電氣28%,勞(lao)斯萊斯股份有限公司28%,普惠公司12%,皆用于(yu)生產高(gao)溫(wen)合(he)金(jin)。另有14%用作催(cui)化劑,18%作其他用途。由于(yu)軍用噴射引擎需求持續增加,因此有必要研發(fa)含(han)錸量更低的(de)高(gao)溫(wen)合(he)金(jin),以維持供(gong)應(ying)。比如,新型CFM56高(gao)壓渦輪(HPT)葉片(pian)使用的(de)合(he)金(jin)含(han)1.5%的(de)錸,以取(qu)代含(han)錸量為3%的(de)合(he)金(jin)。
錸(lai)(lai)可增強鎢的(de)(de)物理性質(zhi)。鎢-錸(lai)(lai)合(he)金(jin)在(zai)低溫(wen)下可塑性更(geng)高(gao)(gao),易于(yu)制(zhi)造、塑形(xing),且在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)下的(de)(de)穩定性也得以(yi)提高(gao)(gao)。這一變化(hua)會隨錸(lai)(lai)的(de)(de)含量而增加(jia),所以(yi)鎢-錸(lai)(lai)合(he)金(jin)含有27%的(de)(de)錸(lai)(lai),這也就(jiu)是錸(lai)(lai)在(zai)鎢中的(de)(de)溶解極(ji)限。X射線源(yuan)是鎢-錸(lai)(lai)合(he)金(jin)的(de)(de)其(qi)中一個應(ying)用(yong)(yong)。鎢和錸(lai)(lai)的(de)(de)熔點和原子(zi)量都很高(gao)(gao),有助(zhu)于(yu)抵抗持(chi)續的(de)(de)電子(zi)撞擊。這種合(he)金(jin)還用(yong)(yong)作熱電偶,可測量最高(gao)(gao)2200°C的(de)(de)溫(wen)度。
錸(lai)在高(gao)溫(wen)下十分穩定,蒸氣壓低,耐磨損,且能夠抵御電(dian)弧腐蝕(shi),所以是很好的(de)自動清(qing)洗(xi)電(dian)觸頭材料。開(kai)關時的(de)電(dian)火花會對觸頭進行氧(yang)化耗損。不過(guo),七氧(yang)化二錸(lai)(Re2O7)在360°C左右升華,所以會在放電(dian)過(guo)程(cheng)中移(yi)去。
錸與鉭(tan)和(he)鎢(wu)一樣具有高熔點和(he)低蒸氣壓(ya),所(suo)以用(yong)這些(xie)材料制成的燈(deng)絲(si)在氧氣環境下穩定性較(jiao)高。這類燈(deng)絲(si)被廣泛用(yong)于(yu)質譜儀(yi)、電離壓(ya)力計及照(zhao)相(xiang)閃光燈(deng)等。
錸(lai)(lai)-鉑合(he)金(jin)是(shi)催(cui)化(hua)重整(zheng)過程中的(de)(de)(de)(de)一(yi)種催(cui)化(hua)劑(ji)。這種石油加工過程能夠提高(gao)石腦油的(de)(de)(de)(de)辛烷值(zhi)。用于催(cui)化(hua)重整(zheng)的(de)(de)(de)(de)催(cui)化(hua)劑(ji)當(dang)中,30%含有錸(lai)(lai)。在礬(fan)土(tu)(氧化(hua)鋁)表面(mian)涂上錸(lai)(lai),可作為烯烴(jing)復(fu)分解反應(ying)的(de)(de)(de)(de)催(cui)化(hua)劑(ji)。含錸(lai)(lai)催(cui)化(hua)劑(ji)可抗御氮、硫和磷(lin)的(de)(de)(de)(de)催(cui)化(hua)劑(ji)中毒現象,因此被用在某些氫化(hua)反應(ying)中。
由于用量一(yi)般很(hen)少,所(suo)以(yi)人們對錸(lai)(lai)(lai)(lai)以(yi)及錸(lai)(lai)(lai)(lai)化(hua)(hua)合(he)物的毒性(xing)所(suo)知甚少。鹵化(hua)(hua)錸(lai)(lai)(lai)(lai)和高錸(lai)(lai)(lai)(lai)酸(suan)鹽(yan)等可(ke)溶鹽(yan)的有害性(xing)可(ke)能來自錸(lai)(lai)(lai)(lai)或者其(qi)他所(suo)含元(yuan)素(su)。科學(xue)家只對極少數錸(lai)(lai)(lai)(lai)化(hua)(hua)合(he)物作過(guo)毒性(xing)測試,包(bao)括高錸(lai)(lai)(lai)(lai)酸(suan)鉀和三氯化(hua)(hua)錸(lai)(lai)(lai)(lai)。試驗以(yi)老鼠(shu)作為對象,測得高錸(lai)(lai)(lai)(lai)酸(suan)鉀的7天LD50值為2800mg/kg,三氯化(hua)(hua)錸(lai)(lai)(lai)(lai)的LD50值為280mg/kg。