歷史

錸（Rhenium）的名稱源自拉丁文Rhenus，意為萊茵河。錸是擁有穩(wěn)定同位素的元素中最后一個(gè)發(fā)現(xiàn)的（之后在自然界發(fā)現(xiàn)的其他元素都是不具有穩(wěn)定同位素的放射性元素，如镎和钚等）。德米特里·門捷列夫在發(fā)布元素周期表時(shí)，就預(yù)測(cè)了這一元素的存在。英國(guó)物理學(xué)家亨利·莫塞萊在1914年推算了有關(guān)該元素的一些數(shù)據(jù)。德國(guó)的沃爾特·諾達(dá)克（Walter Noddack）、伊達(dá)·諾達(dá)克、奧托·伯格（Otto Berg）在1925年表示在鉑礦和鈮鐵礦中探測(cè)到了此元素。他們后來(lái)也在硅鈹釔礦和輝鉬礦內(nèi)發(fā)現(xiàn)了錸。1928年，他們?cè)?60公斤輝鉬礦中提取出了1克錸元素。估計(jì)在1968年美國(guó)75%的錸金屬都用在科研以及難熔金屬合金的研制當(dāng)中。幾年之后，高溫合金才得到廣泛使用。

1908年，日本化學(xué)家小川正孝宣布發(fā)現(xiàn)了第43號(hào)元素，并將其命名為“Nipponium”（Np），以紀(jì)念其本國(guó)日本（Nippon）。然而，后來(lái)的分析則指出，他所發(fā)現(xiàn)的是75號(hào)元素，而非43（即锝）。Np在今天是第93號(hào)元素镎的化學(xué)符號(hào)，得名于海王星（Neptune），與“Nipponium”的縮寫正好相同。

性質(zhì)

錸是一種銀白色金屬，其熔點(diǎn)在所有元素中是繼鎢和碳之后第三高的，沸點(diǎn)則居首位。其密度在元素中排第四位，前三位分別為鋨、銥和鉑。錸具六方密排晶體結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為a=276.1pm和c=445.6pm。

商業(yè)用的錸一般呈粉末狀，可在真空或氫氣中經(jīng)壓制或燒結(jié)制成高密度固體，其密度為金屬態(tài)的90%以上。錸金屬在退火時(shí)延展性很高，可彎曲和卷起。錸﹣鉬合金在10K時(shí)是超導(dǎo)體，鎢﹣錸合金的超導(dǎo)溫度則在4至8K。錸金屬在1.697±0.006K時(shí)成為超導(dǎo)體。

錸金屬塊在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下能抵抗堿、硫酸、鹽酸、稀硝酸以及王水。

同位素

錸只有一種穩(wěn)定同位素錸-185，存量亦極低。自然產(chǎn)生的錸當(dāng)中有37.4%的185Re以及62.6%的放射性187Re。后者的半衰期長(zhǎng)達(dá)1010年。錸原子的電荷狀態(tài)可影響這一壽命。Re的β衰變可用于錸鋨定年法，以測(cè)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-186是壽命最長(zhǎng)的放射性同位素之一，半衰期長(zhǎng)達(dá)20萬(wàn)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(tài)可以在?3至 7之間，?2除外。 7、 6、 4和 2氧化態(tài)最為常見(jiàn)。商業(yè)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(chǎn)

在硫化銅礦石的提煉過(guò)程中，錸可以從含有鉬元素的焙燒煙氣中提取出來(lái)的。鉬礦石含有0.001%至0.2%的錸元素。從煙氣物質(zhì)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淀為高錸酸鹽，最后以重結(jié)晶方法進(jìn)行純化。錸的全球年產(chǎn)量在40至50噸之間，主要產(chǎn)國(guó)有智利、美國(guó)、秘魯和波蘭。另外，鉑﹣錸催化劑和某些錸合金的回收過(guò)程每年可產(chǎn)出10噸錸。每公斤錸價(jià)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(wàn)美元以上。要制成錸金屬，需在高溫下用氫氣還原高錸酸銨:

應(yīng)用

全球錸產(chǎn)量的70%都用于制造噴射引擎的高溫合金部件。錸的另一主要應(yīng)用是在鉑-錸催化劑，可用于生產(chǎn)無(wú)鉛、高辛烷的汽油。

合金

加入錸會(huì)提升鎳高溫合金的蠕變強(qiáng)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(zhàn)機(jī)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。錸高溫合金還用于工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)。高溫合金在加入錸后會(huì)形成拓?fù)涿芘畔啵═CP），因此其微結(jié)構(gòu)會(huì)變得不穩(wěn)定。第四代和第五代高溫合金使用釕以避免這一現(xiàn)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%，皆用于生產(chǎn)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(xù)增加，因此有必要研發(fā)含錸量更低的高溫合金，以維持供應(yīng)。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(qiáng)鎢的物理性質(zhì)。鎢-錸合金在低溫下可塑性更高，易于制造、塑形，且在高溫下的穩(wěn)定性也得以提高。這一變化會(huì)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(gè)應(yīng)用。鎢和錸的熔點(diǎn)和原子量都很高，有助于抵抗持續(xù)的電子撞擊。這種合金還用作熱電偶，可測(cè)量最高2200°C的溫度。

錸在高溫下十分穩(wěn)定，蒸氣壓低，耐磨損，且能夠抵御電弧腐蝕，所以是很好的自動(dòng)清洗電觸頭材料。開(kāi)關(guān)時(shí)的電火花會(huì)對(duì)觸頭進(jìn)行氧化耗損。不過(guò)，七氧化二錸（Re2O7）在360°C左右升華，所以會(huì)在放電過(guò)程中移去。

錸與鉭和鎢一樣具有高熔點(diǎn)和低蒸氣壓，所以用這些材料制成的燈絲在氧氣環(huán)境下穩(wěn)定性較高。這類燈絲被廣泛用于質(zhì)譜儀、電離壓力計(jì)及照相閃光燈等。

催化劑

錸-鉑合金是催化重整過(guò)程中的一種催化劑。這種石油加工過(guò)程能夠提高石腦油的辛烷值。用于催化重整的催化劑當(dāng)中，30%含有錸。在礬土（氧化鋁）表面涂上錸，可作為烯烴復(fù)分解反應(yīng)的催化劑。含錸催化劑可抗御氮、硫和磷的催化劑中毒現(xiàn)象，因此被用在某些氫化反應(yīng)中。

安全

由于用量一般很少，所以人們對(duì)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(lái)自錸或者其他所含元素。科學(xué)家只對(duì)極少數(shù)錸化合物作過(guò)毒性測(cè)試，包括高錸酸鉀和三氯化錸。試驗(yàn)以老鼠作為對(duì)象，測(cè)得高錸酸鉀的7天LD50值為2800mg/kg，三氯化錸的LD50值為280mg/kg。