铼
原子序數為75的化學元素
铼（拼音：lái，注音：ㄌㄞˊ，粤拼：loi4；英语：Rhenium；源于拉丁语：Rhenus），是一种化学元素，其化学符号为Re，原子序数为75，原子量为186.207 u。铼是种银白色的重金属，在元素周期表中属于第6周期过渡金属。它是地球地壳中最稀有的元素之一，平均含量估值为十亿分之一，同时也是熔点和沸点最高的元素之一。铼是钼和铜提炼过程的副产品。其化学性质与锰和锝相似，在化合物中的氧化态最低可达−3，最高可达+7。
历史
铼（Rhenium）的名称源自拉丁文Rhenus，意为莱茵河。[3]铼是拥有稳定同位素的元素中最后一个发现的（之后在自然界发现的其他元素都是不具有稳定同位素的放射性元素，如镎和钚等）。[4]德米特里·门捷列夫在发布元素周期表时，就预测了这一元素的存在。英国物理学家亨利·莫塞莱在1914年推算了有关该元素的一些数据。[5]德国的瓦尔特·诺达克、伊达·诺达克、奥托·伯格在1925年表示在铂矿和铌铁矿中探测到了此元素。他们后来也在硅铍钇矿和辉钼矿内发现了铼。[6]1928年，他们在660公斤辉钼矿中提取出了1克铼元素。[7]估计在1968年美国75%的铼金属都用在科研以及难熔金属合金的研制当中。几年之后，高温合金才得到广泛使用。[8][9]
性质
铼是一种银白色金属，其熔点在所有元素中是继钨和碳之后第三高的，沸点则居首位。其密度在元素中排第四位，前三位分别为铂、铱和锇。铼具六方密排晶体结构，晶格常数为a = 276.1 pm和c = 445.6 pm。[11]
商业用的铼一般呈粉末状，可在真空或氢气中经压制或烧结制成高密度固体，其密度为金属态的90%以上。铼金属在退火时延展性很高，可弯曲和卷起。[12]铼﹣钼合金在10 K时是超导体，钨﹣铼合金的超导温度则在4至8 K。[13]铼金属在1.697 ± 0.006 K时成为超导体。[14][15]
同位素
铼只有一种稳定同位素铼-185，存量亦极低。自然产生的铼当中有37.4%的185Re以及62.6%的放射性187Re。后者的半衰期长达1010年。铼原子的电荷状态可影响这一寿命。[17][18]187Re的β衰变可用于铼锇定年法，以测量矿石的年龄。这一β衰变的能量为2.6 keV，是衰变能量最低的放射性核素之一。铼-186m是寿命最长的同核异构体之一，半衰期长达20万年左右。其他已知放射性铼同位素还有25种。[19]
化合物
最常见的氯化铼有ReCl6、ReCl5、ReCl4和ReCl3。[22]这些化合物的结构一般含有铼﹣铼键，这在+7态以下十分常见。[Re2Cl8]2-盐中含有四重金属﹣金属键。氯化铼的最高氧化态可以是+6，而七氟化铼则是各种氟化铼中氧化态最高的。铼还拥有溴化物和碘化物。[20]
七氧化二铼（Re2O7）无色，具挥发性，是最常见的氧化铼。其分子结构与大部分金属氧化物不同。ReO3具不完整钙钛矿结构。其他氧化物还包括Re2O5、ReO2及Re2O3。[22]铼的硫化物有二硫化铼（ReS2）和七硫化二铼（Re2S7）。铼矿物最早是在库德里亚维火山（Kudriavy）上被发现的，其主要成分就是二硫化铼。高铼酸盐可经氢硫化铵转换为四硫代高铼酸盐。[23]
存量
铼是地球地壳中最稀有的元素之一，平均含量为十亿分之一；[22]某些文献记载的铼含量为十亿分之0.5。地球地壳元素丰度从高至低排列，则铼居第77位。[30]自然中很可能没有纯态的铼金属，但目前尚无定论。辉钼矿主要由二硫化钼组成，是铼的主要商业开采来源。虽然辉钼矿的铼含量一般约为0.2%，[22]但单一辉钼矿样本中的铼含量可高达1.88%。[31]智利拥有全球最大的铼矿藏（夹杂在铜矿藏中），截止2005年是世界最大的铼出产国。[32]1994年，科学家在俄罗斯与日本争议领土南千岛群岛之一择捉岛上的库德里亚维火山（Kudriavy）上首次发现铼矿物。这种矿物在火山喷气孔凝聚形成，成分主要为二硫化铼。[33]库德里亚维山每年主要以二硫化铼的形式喷出20至60公斤铼。[34][35]铼矿（rheniite）十分罕有，收藏价格很高。[36]
生产
应用
F100涡轮扇发动机使用第二代含铼高温合金
合金
加入铼会提升镍高温合金的蠕变强度。铼合金一般含有3%至6%的铼。[42]第二代合金的含铼量为3%，曾用在F-16和F-15战机引擎中。第三代单晶体合金的含铼量则有6%，曾用在F-22和F-35引擎中。[41][43]铼高温合金还用于工业燃气轮机。高温合金在加入铼后会形成拓扑密排相（TCP），因此其微结构会变得不稳定。第四代和第五代高温合金使用钌以避免这一现象。[44][45][46][47]
2006年的铼消耗量分别为：通用电气28%，劳斯莱斯股份有限公司28%，普惠公司12%，皆用于生产高温合金。另有14%用作催化剂，18%作其他用途。[40]由于军用喷射引擎需求持续增加，因此有必要研发含铼量更低的高温合金，以维持供应。比如，新型CFM56高压涡轮（HPT）叶片使用的合金含1.5%的铼，以取代含铼量为3%的合金。[48][49]
铼可增强钨的物理性质。钨﹣铼合金在低温下可塑性更高，易于制造、塑形，且在高温下的稳定性也得以提高。这一变化会随铼的含量而增加，所以钨﹣铼合金含有27%的铼，这也就是铼在钨中的溶解极限。[50]X射线源是钨﹣铼合金的其中一个应用。钨和铼的熔点和原子量都很高，有助于抵抗持续的电子撞击。[51]这种合金还用作热电偶，可测量最高2200 °C的温度。[52]
铼在高温下十分稳定，蒸气压低，耐磨损，且能够抵御电弧腐蚀，所以是很好的自动清洗电触头材料。开关时的电火花会对触头进行氧化耗损。不过，七氧化二铼（Re2O7）在360 °C左右升华，所以会在放电过程中移去。[40]
催化剂
铼﹣铂合金是催化重整过程中的一种催化剂。这种石油加工过程能够提高石脑油的辛烷值。用于催化重整的催化剂当中，30%含有铼。[56]在矾土（氧化铝）表面涂上铼，可作为烯烃复分解反应的催化剂。[57]含铼催化剂可抗御氮、硫和磷的催化剂中毒现象，因此被用在某些氢化反应中。[12][58][59]
其他用途
安全
参考资料
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外部链接
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