錸

錸是一種化學元素，符號為Re，原子序為75。錸是種銀白色的重金屬，在元素周期表中屬於第6周期過渡金屬。它是地球地殼中最稀有的元素之一，平均含量估值為十億分之一，同時也是熔點和沸點最高的元素之一。錸是鉬和銅提煉過程的副產品。其化學性質與錳和鎝相似，在化合物中的氧化態最低可達−3，最高可達+7。

科學家在1925年發現了錸元素，因此它成為了最後被發現的穩定元素。其名稱（Rhenium）取自歐洲的萊茵河。

鎳錸高溫合金可用於製造噴氣發動機的燃燒室、渦輪葉片及排氣噴嘴。這些合金最多含有6%的錸，這是錸最大的實際套用，其次就是作為化工產業中的催化劑。錸比鑽石更難取得，所以價格高昂，2011年8月平均每公斤售4,575美元（每金衡盎司142.30美元）。由於錸可套用在高效能噴射引擎及火箭引擎，所以在軍事戰略上十分重要。

基本介紹

• 中文名：錸
• 外文名：Rhenium
• 用途：製造噴氣發動機的燃燒室等
• 元素類型：金屬
• 原子序數：75
• 元素符號：Re

歷史

錸（Rhenium）的名稱源自拉丁文Rhenus，意為萊茵河。錸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，如鎿和鈽等）。德米特里·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年表示在鉑礦和鈮鐵礦中探測到了此元素。他們後來也在矽鈹釔礦和輝鉬礦內發現了錸。1928年，他們在660公斤輝鉬礦中提取出了1克錸元素。估計在1968年美國75%的錸金屬都用在科研以及難熔金屬合金的研製當中。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號元素，並將其命名為“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號元素，而非43（即鎝）。Np在今天是第93號元素鎿的化學符號，得名于海王星（Neptune），與“Nipponium”的縮寫正好相同。

性質

錸是一種銀白色金屬，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，前三位分別為鉑、銥和鋨。錸具六方密排晶體結構，晶格常數為a=276.1pm和c=445.6pm。

商業用的錸一般呈粉末狀，可在真空或氫氣中經壓制或燒結製成高密度固體，其密度為金屬態的90%以上。錸金屬在退火時延展性很高，可彎曲和捲起。錸﹣鉬合金在10K時是超導體，鎢﹣錸合金的超導溫度則在4至8 K。錸金屬在1.697 ± 0.006 K時成為超導體。

錸金屬塊在標準溫度和壓力下能抵抗鹼、硫酸、鹽酸、稀硝酸（非濃硝酸）以及王水。

同位素

錸只有一種穩定同位素錸-185，存量亦極低。自然產生的錸當中有37.4%的¹⁸⁵Re以及62.6%的放射性187Re。後者的半衰期長達10¹⁰年。錸原子的電荷狀態可影響這一壽命。Re的β衰變可用於錸鋨定年法，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。錸-186m是壽命最長的同核異構體之一，半衰期長達20萬年左右。其他已知放射性錸同位素還有25種。

化合物

錸在化合物中的氧化態可以在−3至+7之間，−2除外。+7、+6、+4和+2氧化態最為常見。商業用錸一般以高錸酸鹽出售，如白色水溶的高錸酸鈉和高錸酸銨等。

生產

在硫化銅礦石的提煉過程中，錸可以從含有鉬元素的焙燒煙氣中提取出來的。鉬礦石含有0.001%至0.2%的錸元素。從煙氣物質中可用水淋洗出七氧化二錸和高錸酸，再用氯化鉀或氯化銨使其沉澱為高錸酸鹽，最後以重結晶方法進行純化。錸的全球年產量在40至50噸之間，主要產國有智利、美國、秘魯和波蘭。另外，鉑﹣錸催化劑和某些錸合金的回收過程每年可產出10噸錸。每公斤錸價格從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。要製成錸金屬，需在高溫下用氫氣還原高錸酸銨：

2 NH₄ReO₄+ 7 H₂→ 2 Re + 8 H₂O + 2 NH_3.

套用

全球錸產量的70%都用於製造噴射引擎的高溫合金部件。錸的另一主要套用是在鉑﹣錸催化劑，可用於生產無鉛、高辛烷的汽油。

合金

加入錸會提升鎳高溫合金的蠕變強度。錸合金一般含有3%至6%的錸。第二代合金的含錸量為3%，曾用在F-16和F-15戰機引擎中。第三代單晶體合金的含錸量則有6%，曾用在F-22和F-35引擎中。錸高溫合金還用於工業燃氣輪機。高溫合金在加入錸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釕以避免這一現象。

2006年的錸消耗量分別為：通用電氣28%，勞斯萊斯股份有限公司28%，普惠公司12%，皆用於生產高溫合金。另有14%用作催化劑，18%作其他用途。由於軍用噴射引擎需求持續增加，因此有必要研發含錸量更低的高溫合金，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%的錸，以取代含錸量為3%的合金。

錸可增強鎢的物理性質。鎢﹣錸合金在低溫下可塑性更高，易於製造、塑形，且在高溫下的穩定性也得以提高。這一變化會隨錸的含量而增加，所以鎢﹣錸合金含有27%的錸，這也就是錸在鎢中的溶解極限。X射線源是鎢﹣錸合金的其中一個套用。鎢和錸的熔點和原子量都很高，有助於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。

錸在高溫下十分穩定，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，七氧化二錸（Re₂O₇）在360 °C左右升華，所以會在放電過程中移去。

錸與鉭和鎢一樣具有高熔點和低蒸氣壓，所以用這些材料製成的燈絲在氧氣環境下穩定性較高。這類燈絲被廣泛用於質譜儀、電離壓力計及照相閃光燈等。

催化劑

錸﹣鉑合金是催化重整過程中的一種催化劑。這種石油加工過程能夠提高石腦油的辛烷值。用於催化重整的催化劑當中，30%含有錸。在礬土（氧化鋁）表面塗上錸，可作為烯烴複分解反應的催化劑。含錸催化劑可抗禦氮、硫和磷的催化劑中毒現象，因此被用在某些氫化反應中。

安全

由於用量一般很少，所以人們對錸以及錸化合物的毒性所知甚少。鹵化錸和高錸酸鹽等可溶鹽的有害性可能來自錸或者其他所含元素。科學家只對極少數錸化合物作過毒性測試，包括高錸酸鉀和三氯化錸。試驗以老鼠作為對象，測得高錸酸鉀的7天LD₅₀值為2800mg/kg，三氯化錸的LD₅₀值為280mg/kg。