铼





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铼   75Re





















































































































































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氫（非金屬）

氦（惰性氣體）

鋰（鹼金屬）
鈹（鹼土金屬）

硼（類金屬）
碳（非金屬）
氮（非金屬）
氧（非金屬）
氟（鹵素）
氖（惰性氣體）

鈉（鹼金屬）
鎂（鹼土金屬）

鋁（貧金屬）
矽（類金屬）
磷（非金屬）
硫（非金屬）
氯（鹵素）
氬（惰性氣體）

鉀（鹼金屬）
鈣（鹼土金屬）

鈧（過渡金屬）
鈦（過渡金屬）
釩（過渡金屬）
鉻（過渡金屬）
錳（過渡金屬）
鐵（過渡金屬）
鈷（過渡金屬）
鎳（過渡金屬）
銅（過渡金屬）
鋅（過渡金屬）
鎵（貧金屬）
鍺（類金屬）
砷（類金屬）
硒（非金屬）
溴（鹵素）
氪（惰性氣體）

銣（鹼金屬）
鍶（鹼土金屬）


釔（過渡金屬）
鋯（過渡金屬）
鈮（過渡金屬）
鉬（過渡金屬）
鎝（過渡金屬）
釕（過渡金屬）
銠（過渡金屬）
鈀（過渡金屬）
銀（過渡金屬）
鎘（過渡金屬）
銦（貧金屬）
錫（貧金屬）
銻（類金屬）
碲（類金屬）
碘（鹵素）
氙（惰性氣體）

銫（鹼金屬）
鋇（鹼土金屬）
鑭（鑭系元素）
鈰（鑭系元素）
鐠（鑭系元素）
釹（鑭系元素）
鉕（鑭系元素）
釤（鑭系元素）
銪（鑭系元素）
釓（鑭系元素）
鋱（鑭系元素）
鏑（鑭系元素）
鈥（鑭系元素）
鉺（鑭系元素）
銩（鑭系元素）
鐿（鑭系元素）
鎦（鑭系元素）
鉿（過渡金屬）
鉭（過渡金屬）
鎢（過渡金屬）
錸（過渡金屬）
鋨（過渡金屬）
銥（過渡金屬）
鉑（過渡金屬）
金（過渡金屬）
汞（過渡金屬）
鉈（貧金屬）
鉛（貧金屬）
鉍（貧金屬）
釙（貧金屬）
砈（類金屬）
氡（惰性氣體）

鍅（鹼金屬）
鐳（鹼土金屬）
錒（錒系元素）
釷（錒系元素）
鏷（錒系元素）
鈾（錒系元素）
錼（錒系元素）
鈽（錒系元素）
鋂（錒系元素）
鋦（錒系元素）
鉳（錒系元素）
鉲（錒系元素）
鑀（錒系元素）
鐨（錒系元素）
鍆（錒系元素）
鍩（錒系元素）
鐒（錒系元素）
鑪（過渡金屬）
𨧀（過渡金屬）
𨭎（過渡金屬）
𨨏（過渡金屬）
𨭆（過渡金屬）
䥑（預測為過渡金屬）
鐽（預測為過渡金屬）
錀（預測為過渡金屬）
鎶（過渡金屬）
鉨（預測為貧金屬）
鈇（貧金屬）
鏌（預測為貧金屬）
鉝（預測為貧金屬）
Ts（預測為鹵素）
Og（預測為惰性氣體）


锝
↑
铼
↓
𬭛

鎢 ← 铼 → 鋨


外觀

銀白色

概況
名稱·符號·序數
铼（Rhenium）·Re·75
元素類別
過渡金屬

族·週期·區
7 ·6·d
標準原子質量
186.207
電子排布

[Xe] 4f14 5d5 6s2
2, 8, 18, 32, 13, 2


铼的电子層（2, 8, 18, 32, 13, 2）
歷史
發現
小川正孝（1908年）
分離
小川正孝（1908年）
命名
沃爾特·諾達克、伊達·諾達克、奧托·伯格（1922年）
物理性質
物態
固體
密度
（接近室温）
21.02 g·cm−3

熔點時液體密度
18.9 g·cm−3
熔點
3459 K，3186 °C，5767 °F
沸點
5869 K，5596 °C，10105 °F
熔化熱
60.43 kJ·mol−1
汽化熱
704 kJ·mol−1
比熱容
25.48 J·mol−1·K−1

蒸氣壓





















壓/Pa
 1
 10
 100
 1 k
 10 k
 100 k
溫/K
 3303
 3614
 4009
 4500
 5127
 5954

原子性質
氧化態
7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, -1
（微酸性氧化物）
電負性
1.9（鲍林标度）
電離能

第一：760 kJ·mol−1

第二：1260 kJ·mol−1

第三：2510 kJ·mol−1


（更多）
原子半徑
137 pm
共價半徑
151±7 pm
雜項
晶體結構
六方密堆積
磁序
順磁性[1]
電阻率
（20 °C）193 n Ω·m
熱導率
48.0 W·m−1·K−1
膨脹係數
6.2 µm/(m·K)

聲速（細棒）
（20 °C）4700 m·s−1
楊氏模量
463 GPa
剪切模量
178 GPa
體積模量
370 GPa
泊松比
0.30
莫氏硬度
7.0
維氏硬度
2450 MPa
布氏硬度
1320 MPa
CAS號 7440-15-5
最穩定同位素

主条目：铼的同位素

































同位素
丰度
半衰期 (t1/2)
衰變

方式
能量（MeV）
產物

185Re
 37.4%
穩定，帶110個中子

187Re
 62.6%
 4.12×1010年
α
 1.653
183Ta

β−
 0.0026
187Os


錸是一種化學元素，元素符號為Re，原子序為75。錸是種銀白色的重金屬，在元素週期表中屬於第6週期過渡金屬。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。其化學性質與錳和鍀相似，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，這是錸最大的實際應用，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）。由於錸可應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。[2]




目录






  • 1 歷史


  • 2 性質


    • 2.1 同位素


    • 2.2 化合物


      • 2.2.1 鹵化物與鹵氧化物


      • 2.2.2 氧化物與硫化物


      • 2.2.3 其他化合物


      • 2.2.4 有機化合物


      • 2.2.5 九氫合錸酸鹽




    • 2.3 存量




  • 3 生產


  • 4 應用


    • 4.1 合金


    • 4.2 催化劑


    • 4.3 其他用途




  • 5 安全


  • 6 參考資料


  • 7 外部連結





歷史


錸（Rhenium）的名稱源自拉丁文Rhenus，意為萊茵河。[3]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，如鎿和鈈等）。[4]德米特里·門捷列夫在發佈元素週期表時，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。[5]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。他們後來也在硅鈹釔礦和輝鉬礦內發現了錸。[6]1928年，他們在660公斤輝鉬礦中提取出了1克錸元素。[7]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。[8][9]


1908年，日本化學家小川正孝（日语：小川正孝）宣佈發現了第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（即鍀）。[10]Np在今天是第93号元素錼的化學符號，得名於海王星（Neptune），与「Nipponium」的缩写正好相同。



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 = 276.1 pm和c = 445.6 pm。[11]


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。[12]錸﹣鉬合金在10 K時是超導體，鎢﹣錸合金的超導溫度則在4至8 K。[13]錸金屬在1.697 ± 0.006 K時成為超導體。[14][15]


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。[16]



同位素


主条目：錸的同位素

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。[17][18]187Re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2.6 keV，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。[19]



化合物


参见：Category:錸化合物。

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。[20]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。[21]



鹵化物與鹵氧化物


最常見的氯化錸有ReCl6、ReCl5、ReCl4和ReCl3。[22]這些化合物的結構一般含有錸﹣錸鍵，這在+7態以下十分常見。[Re2Cl8]2-鹽中含有四重金屬﹣金屬鍵。氯化錸的最高氧化態可以是+6，而七氟化錸則是各種氟化錸中氧化態最高的。錸還擁有溴化物和碘化物。[20]


錸的化學性質與鎢和鉬相似，因此可以形成各種鹵氧化物，包括ReOCl4和ReO3Cl等。[20]



氧化物與硫化物




高錸酸的結構特殊


七氧化二錸（Re2O7）無色，具揮發性，是最常見的氧化錸。其分子結構與大部份金屬氧化物不同。ReO3具不完整鈣鈦礦結構。其他氧化物還包括Re2O5、ReO2及Re2O3。[22]錸的硫化物有二硫化錸（ReS2）和七硫化二铼（Re2S7）。錸礦物最早是在庫德里亞維火山（Kudriavy）上被發現的，其主要成份就是二硫化錸。高錸酸鹽可經氫硫化銨轉換為四硫代高錸酸鹽。[23]



其他化合物


二硼化錸（ReB2）的硬度極高，與碳化鎢、碳化硅、二硼化鈦和二硼化鋯相近。[24]



有機化合物


有機錸化學中最常用的初始化合物是十羰基二錸。鈉汞齊可將它還原成Na[Re(CO)5]，後者的錸氧化態為−1。[25]溴可把十羰基二錸氧化成五羰基溴化錸：[26]


Re2(CO)10 + Br2 → 2 Re(CO)5Br

鋅和乙酸可再將其還原為五羰基氫錸：[27]


Re(CO)5Br + Zn + HOAc → Re(CO)5H + ZnBr(OAc)

三氧化甲基錸（CH3ReO3，縮寫MTO）是一種揮發性無色固體，可作為某些化學反應的催化劑。該化合物有多種合成途徑，最常見的是使Re2O7與四甲基錫反應：


Re2O7 + (CH3)4Sn → CH3ReO3 + (CH3)3SnOReO3

也存在對應的烷基和芳基化合物。MTO可催化過氧化氫氧化反應。末端炔烴會產生對應的酸或脂，內在炔烴產生二酮類，而烯烴則產生環氧化合物。MTO還能催化醛和重氮烷烴至烯烴的轉換反應。[28]



九氫合錸酸鹽


九氫合錸酸鹽是一種特殊的錸化合物。九氫合錸酸負離子（ReH2−
9）原先被認為是錸負離子Re−。[29]該離子中錸的氧化態為+7。[20]



存量




輝鉬礦


錸是地球地殼中最稀有的元素之一，平均含量為十億分之一；[22]某些文獻記載的錸含量為十億分之0.5。地球地殼元素豐度從高至低排列，則錸居第77位。[30]自然中很可能沒有純態的錸金屬，但目前尚無定論。輝鉬礦主要由二硫化鉬組成，是錸的主要商業開採來源。雖然輝鉬礦的錸含量一般約為0.2%，[22]但單一輝鉬礦樣本中的錸含量可高達1.88%。[31]智利擁有全球最大的錸礦藏（夾雜在銅礦藏中），截止2005年是世界最大的錸出產國。[32]1994年，科學家在俄羅斯千島羣島之一擇捉島上的庫德里亞維火山（Kudriavy）上首次發現錸礦物。這種礦物在火山噴氣孔凝聚形成，成份主要為二硫化錸。[33]庫德里亞維山每年主要以二硫化錸的形式噴出20至60公斤錸。[34][35]錸礦（rheniite）十分罕有，收藏價格很高。[36]



生產




高錸酸銨


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。[22][31]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。[22]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。[37]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。[38][39]要製成錸金屬，需在高溫下用氫氣還原高錸酸銨：[21]


2 NH4ReO4 + 7 H2 → 2 Re + 8 H2O + 2 NH3


應用





F100渦輪扇發動機使用第二代含錸高溫合金


全球錸產量的70%都用於製造噴射引擎的高溫合金部件。[40]錸的另一主要應用是在鉑-錸催化劑，可用於生產無鉛、高辛烷的汽油。[41]



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。[42]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。[41][43]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。[44][45][46][47]




仍使用3%錸合金的CFM56噴射引擎


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。[40]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。[48][49]


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。[50]X射線源是鎢﹣錸合金的其中一個應用。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。[51]這種合金還用作熱電偶，可測量最高2200 °C的溫度。[52]


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左右昇華，所以會在放電過程中移去。[40]


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。[53]這類燈絲被廣泛用於質譜儀、電離壓力計[54]及照相閃光燈等。[55]



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。[56]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。[57]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。[12][58][59]



其他用途


188Re和186Re同位素具有放射性，可用於治療肝癌。兩者在身體組織的穿透深度相近，分別為11毫米和5毫米，但186Re的半衰期較長（90小時，相比17小時），所以更為優勝。[60][61]


188Re還被用於一種新型胰腺癌療法：用李斯特菌攜帶這一錸放射性同位素進入身體，針對性地對抗癌組織。[62]


錸在元素週期表中位於鍀之下，所以根據週期規律，兩者的性質相近。含錸化合物可以很容易地轉換為對應的鍀化合物。這在放射性藥物學中非常有用，因為鍀（特別是醫學常用的鍀-99m同位素）價格高，半衰期短，所以很難直接使用。[60][63]



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。[64]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2800 mg/kg，三氯化錸的LD50值為280 mg/kg。[65]



參考資料





  1. ^ [1] 页面存档备份，存于互联网档案馆, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.


  2. ^ Rhenium. MetalPrices.com. [2012-02-02]. 


  3. ^ Tilgner, Hans Georg. Forschen Suche und Sucht. Books on Demand. 2000. ISBN 978-3-89811-272-7 （德语）. 


  4. ^ Rhenium: Statistics and Information. Minerals Information. United States Geological Survey. 2011 [2011-05-25] （英语）. 


  5. ^ Moseley, Henry. The High-Frequency Spectra of the Elements, Part II. Philosophical Magazine. 1914, 27 (160): 703–713. doi:10.1080/14786440408635141. （原始内容存档于2010-01-22） （英语）. 


  6. ^ Noddack, W.; Tacke, I.; Berg, O. Die Ekamangane. Naturwissenschaften. 1925, 13 (26): 567–574. Bibcode:1925NW.....13..567.. doi:10.1007/BF01558746 （德语）. 


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  • 查

  • 论

  • 编


 元素周期表
 

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H
  
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Fr
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Db
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Bh
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Mt
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