铼:化學元素-中文百科頻道

曆史

铼（Rhenium）的名稱源自拉丁文Rhenus，意為萊茵河。铼是擁有穩定同位素的元素中最後一個發現的（之後在自然界發現的其他元素都是不具有穩定同位素的放射性元素，如镎和钚等）。德米特裡·門捷列夫在發布元素周期表時，就預測了這一元素的存在。英國物理學家亨利·莫塞萊在1914年推算了有關該元素的一些數據。德國的沃爾特·諾達克（Walter Noddack）、伊達·諾達克、奧托·伯格（Otto Berg）在1925年表示在鉑礦和铌鐵礦中探測到了此元素。他們後來也在矽铍钇礦和輝钼礦内發現了铼。1928年，他們在660公斤輝钼礦中提取出了1克铼元素。估計在1968年美國75%的铼金屬都用在科研以及難熔金屬合金的研制當中。幾年之後，高溫合金才得到廣泛使用。

1908年，日本化學家小川正孝宣布發現了第43号元素，并将其命名為“Nipponium”（Np），以紀念其本國日本（Nippon）。然而，後來的分析則指出，他所發現的是75号元素，而非43（即锝）。Np在今天是第93号元素镎的化學符号，得名于海王星（Neptune），與“Nipponium”的縮寫正好相同。

性質

物理性質

铼是一種銀白色金屬，其熔點在所有元素中是繼鎢和碳之後第三高的，沸點則居首位。其密度在元素中排第四位，前三位分别為锇、銥和鉑。铼具六方密排晶體結構，晶格常數為a=276.1pm和c=445.6pm。

商業用的铼一般呈粉末狀，可在真空或氫氣中經壓制或燒結制成高密度固體，其密度為金屬态的90%以上。铼金屬在退火時延展性很高，可彎曲和卷起。铼﹣钼合金在10K時是超導體，鎢﹣铼合金的超導溫度則在4至8 K。铼金屬在1.697 ± 0.006 K時成為超導體。

铼金屬塊在标準溫度和壓力下能抵抗堿、硫酸、鹽酸、稀硝酸以及王水。

同位素

铼隻有一種穩定同位素铼-185，存量亦極低。自然産生的铼當中有37.4%的185Re以及62.6%的放射性187Re。後者的半衰期長達1010年。铼原子的電荷狀态可影響這一壽命。Re的β衰變可用于铼锇定年法，以測量礦石的年齡。這一β衰變的能量為2.6keV，是衰變能量最低的放射性核素之一。铼-186是壽命最長的放射性同位素之一，半衰期長達20萬年左右。其他已知放射性铼同位素還有25種。

化合物

铼在化合物中的氧化态可以在−3至+7之間，−2除外。+7、+6、+4和+2氧化态最為常見。商業用铼一般以高铼酸鹽出售，如白色水溶的高铼酸鈉和高铼酸铵等。

生産

在硫化銅礦石的提煉過程中，铼可以從含有钼元素的焙燒煙氣中提取出來的。钼礦石含有0.001%至0.2%的铼元素。從煙氣物質中可用水淋洗出七氧化二铼和高铼酸，再用氯化鉀或氯化铵使其沉澱為高铼酸鹽，最後以重結晶方法進行純化。铼的全球年産量在40至50噸之間，主要産國有智利、美國、秘魯和波蘭。另外，鉑﹣铼催化劑和某些铼合金的回收過程每年可産出10噸铼。每公斤铼價格從2003至2006年的1千至2千美元迅速升至2008年2月的1萬美元以上。要制成铼金屬，需在高溫下用氫氣還原高铼酸铵 :

應用

合金

加入铼會提升鎳高溫合金的蠕變強度。铼合金一般含有3%至6%的铼。第二代合金的含铼量為3%，曾用在F-16和F-15戰機引擎中。第三代單晶體合金的含铼量則有6%，曾用在F-22和F-35引擎中。铼高溫合金還用于工業燃氣輪機。高溫合金在加入铼後會形成拓撲密排相（TCP），因此其微結構會變得不穩定。第四代和第五代高溫合金使用钌以避免這一現象。

2006年的铼消耗量分别為：通用電氣28%，勞斯萊斯股份有限公司28%，普惠公司12%，皆用于生産高溫合金。另有14%用作催化劑，18%作其他用途。由于軍用噴射引擎需求持續增加，因此有必要研發含铼量更低的高溫合金，以維持供應。比如，新型CFM56高壓渦輪（HPT）葉片使用的合金含1.5%的铼，以取代含铼量為3%的合金。

铼可增強鎢的物理性質。鎢-铼合金在低溫下可塑性更高，易于制造、塑形，且在高溫下的穩定性也得以提高。這一變化會随铼的含量而增加，所以鎢-铼合金含有27%的铼，這也就是铼在鎢中的溶解極限。X射線源是鎢-铼合金的其中一個應用。鎢和铼的熔點和原子量都很高，有助于抵抗持續的電子撞擊。這種合金還用作熱電偶，可測量最高2200°C的溫度。

铼在高溫下十分穩定，蒸氣壓低，耐磨損，且能夠抵禦電弧腐蝕，所以是很好的自動清洗電觸頭材料。開關時的電火花會對觸頭進行氧化耗損。不過，七氧化二铼（Re2O7）在360°C左右升華，所以會在放電過程中移去。

铼與钽和鎢一樣具有高熔點和低蒸氣壓，所以用這些材料制成的燈絲在氧氣環境下穩定性較高。這類燈絲被廣泛用于質譜儀、電離壓力計及照相閃光燈等。