铼

化学元素

铼，元素周期表第六周期第7族过渡金属元素。元素符号Re，原子序数75，相对原子质量186.2。六方晶系，银白色金属，通常得到的是灰色粉末。相对密度为21.02g/cm3，熔点3186℃，沸点5596℃。电阻率19.3x10-8Ω·m（20℃）。抗腐蚀、抗氧化，但在潮湿空气中失去光泽，溶于稀硝酸和硫酸，不溶于盐酸。氧化态有+3，+6和+7。稀散元素，存在于辉钼矿中，从冶炼钼的烟道灰尘中提取单质铼。

研究简史

1872年，俄国化学家门捷列夫曾经根据元素周期律预言，自然界中存在一个原子量为190左右并与锰的性质相似的化学元素，并命名为类锰。

1925年，德国化学家艾达·泰克（Ida Tacke）、瓦特尔·诺达克（Walter Nodack）和奥托·卡尔·博格（Otto Carl Berg）根据元素周期表推测，75号元素应位亍元素周期表中第ⅦB族，并推测出其所能进行的化学反应。他们从硅铍钇矿、砷铂矿和铌铁矿富集物的射线谱中，证实了第75号元素“类锰”的存在。艾达·泰克（Ida Tacke）、瓦特尔·诺达克（Walter Nodack）和奥托·卡尔·博格（Otto Carl Berg）根据莱茵河的拉丁文名字“Rhenus”命名了铼元素。

1928年，德国化学家艾达·泰克（Ida Tacke）、瓦特尔·诺达克（Walter Nodack）和奥托·卡尔·博格（Otto Carl Berg）从铂矿石中发现了铼。同年在实验室从辉钼矿中分离得到了最初的1g铼。1933年开始用铜片岩中回收的钼渣为原料生产高铼酸铵。

1950年后，金属铼才从实验室的珍品变成重要的新兴金属材料，在现代技术中开始应用，生产日益发展。

理化性质

物理性质

铼金属晶体属六方晶系，由12配位的金属原子按六方堆积排列而成。空间群为P6/mmc。铼的熔点为3186℃，在同周期相邻元素之间（钨3400℃，锇2700℃），仅次于钨排在所有金属元素之后，在所有元素中仅次于碳（3550℃）和钨。铼的沸点为5596℃，为沸点最高的元素，密度为21.02g/cm3。铼具有弱磁性，原子半径与锇相近，与锰相差甚远（锇138.6pm，锰126.8pm）。铼具弱的顺磁性。铼原子中，电子被排布在六个能阶中，其外层价电子构型为5d56s2（与锰相似），价电子脱离以后，铼的原子具有由五个电子能阶组成的铪类型的电子壳层。

化学性质

铼的化学性质取决于铼的聚集态，粉末状铼较活泼。块状的铼在潮湿的空气中表面会逐渐失去光泽。纯铼片的金属光泽可以保持数年之久。铼不溶于盐酸，但可溶于硝酸和热的浓硫酸，生成高铼酸；铼在高温下与硫蒸汽反应化合成二硫化铼；能与氟、氯、溴反应生成卤化物，均易水解。

MO4-/MO2的氧化还原电位从锰到铼跳跃般地下降，高锝酸根TcO4-成为锝最稳定的离子之一，高铼酸根ReO4-则更是铼的最稳定的离子。

铼在空气中的反应活性，比在周期表中铼上面两个周期的锰弱，而与在周期表中紧挨在铼上面的锝相当。铼在潮湿的空气中只能缓慢地失去光泽；在氧气中加热铼，会生成氧化铼（Ⅶ）（七氧化二铼，Re2O7）。

与在周期表中紧挨在铼上面的锝相似，生产出来的铼一般是粉末状或海绵状的，这样会大大提高铼的反应活性。在氟气中加热铼，会生成氟化铼（Ⅵ）（六氟化铼，ReF6）和氟化铼（Ⅶ）（七氟化铼，ReF7）的混合物。

如果于400℃下在加压的氟气中燃烧铼，其唯一的产物就是七氟化铼（ReF7）。铼能溶解于溴水中，反应速度取决于颗粒大小和样品的性质。铼于400-500℃与氯反应时五氯化铼Re2Cl10为主要产物。铼还能和溴化合，但不能和碘反应。

与在周期表中紧挨在铼上面的锝相似，铼不溶于盐酸（HCI）和氢氟酸（HF）。铼可溶于硝酸（HNO3）或浓硫酸（H2SO4），并都被氧化为高铼酸（HReO4）溶液。在高铼酸中，铼的化合价是+7。

和锝一样，铼可溶于中性或酸性的双氧水H2O2溶液中。铼还可溶于氨性的H2O2中，但锝不行。在有氧化剂如硝酸钾KNO3和过氧化钠Na2O2等存在时与NaOH共熔，也生成高铼酸盐。

同位素

铼有29个同位素，但只有两个在自然界稳定存在：Re185和Re187，它们的相对丰度分别是37.07%和62.93%。同位素187Re是一个放射性元素，它发生β-衰变，半衰期为4×1012年，它的裂变产物为187Os。

制备方法

铼不能直接从矿石中提取，而是从焙烧辉钼矿和熔炼金属铜的烟道收尘中提取的。首先得到的是铼的化合物，如七氧化二铼、铼酸铵、铼酸钾等。铼化合物经氢还原得到铼粉，然后压形和烧结得到铼条或棒，经压力加工得到各种形状和规格的材料，如棒、板、管、片和丝材等。

以铼为基加入其他元素制成的铼合金，由于铼的价格昂贵而没有实际用途。同时铼基合金可用钨铼或铜铼合金代替，既质优又价廉。

由纯铼化合物生产金属铼粉末的冶金过程。生产铼粉常用的铼化合物有高铼酸铵、高铼酸钾、七氧化二铼和五氯化铼。生产方法有氢还原法、电解法和卤化物热离解法。工业上常用的是氢还原法中用氢气还原高铼酸的方法。

将高铼酸铵或高铼酸钾置于管状还原炉中通氢还原。还原按下列反应进行：

或

还原通常分两次进行。高铼酸铵第一次还原温度为573~623K，第二次还原温度为1073~1223K。高铼酸钾第一次还原温度为773~823K，第二次还原温度为1173~1273K。铼粉的纯度取决于原料的纯度，当高铼酸铵纯度达99.99%以上时，所得铼粉纯度可达99.99%，粒度可小于2.5μm。用高铼酸钾制取的铼粉含大量钾，即用水、稀盐酸洗涤后仍含有千分之几的钾，纯度仅达99%，这种铼粉不宜用作深度加工的原料。故用氢气还原高铼酸钾原料的方法已被淘汰。用氢气还原七氧化二铼原料也可获纯铼粉，但成本较高。

用水溶液电解法从高铼酸铵或高铼酸钾水溶液制取金属铼粉的过程。电解是在以铂片作阳极、钽片作阴极的电解槽中进行的。电解液一些成分的质量浓度（g/L）为：高铼酸铵100，硫酸铵60，硫酸100；或高铼酸钾50，硫酸铵40，硫酸75，采用1A/cm2的电流密度，343K的电解温度，使电解液保持循环和浓度保持稳定，定期从阴极钽片上剥取铼粉。制得的铼粉用酒精洗涤并干燥后，于1073K温度的氢气中处理。产品铼粉的粒度较粗，大多大于4μm，不适宜用作粉末冶金法生产致密铼的原料。采用旋转阴极的电解法可得到较细铼粉。电解法一般用于金属表面镀铼。

铼卤化物热离解可得到金属铼。以惰性气体为载体将沸点603K的ReCl5带入耐热玻璃室中，ReCl5在耐热玻璃室中遇到于真空下加热到1473—1573K的钨或钼丝即发生热离解反应，金属铼即沉积在钨或钼丝上。反应的气体产物可返回使用。此法主要用于在钨钼制品上镀铼。

应用领域

工业用途

铼的化合物（主要是铼酸铵和铼酸钾）主要用于石油和化学工业代铂催化剂，降低生产过程的工作压力和温度，改善过程参量，延长催化剂寿命（提高2—3倍）。铼用于钨、钼合金或其他合金添加剂，如钨铼合金以棒、板、管、片和丝状用作航空航天技术中的高温结构材料，电子管、显像管和灯泡热丝，电接触材料，高温热电偶材料等；钼铼合金，由于其性能超过纯钼和其他钼合金，可用作聚变堆的结构材料。

铼的最大用途是作为石油化学工业的催化剂，大约占全部铼的20%以上。金属及合金表面镀铼及铼合金的复合材料，还可用于石油化学工业的防腐、抗蚀，特别是防止盐酸的腐蚀。现已研制出在铜、黄铜及镍上电解镀铼方法，以及铼的卤化物分解在钨丝上气相沉积铼的方法。

铼及其合金成型件主要用于航空航天元件、各种固体推进热敏元件、抗氧化涂层等。用铼与其他金属可制作一系列耐高温、抗腐蚀、耐磨损的合金，如Re25-W曾是空间站核反应堆材料；铼铂合金用作原子能反应堆结构材料，可抗1000℃高温下载热体的腐蚀；铼钼合金到3000℃仍具有高的机械强度，可用来制造超声速飞机及导弹的高温高强度部件。镀铼（如航天器金属表面）的金属可增加耐磨性能。

铼在航空发动机工业中的应用达到了全部铼用量的80%以上。铼在单晶合金中的应用随着单晶叶片的更新换代，用量不断增加。从第二代单晶合金开始采用铼，比如俄国ЖС36，采用了2%的铼，美国CMSX-4采用了3%的铼；第三代单晶合金，以美国ReneN6 、CMSX-10为代表，两种牌号铼的含量最高分别达5.6%和7%；第四代单晶合金，以日本的TMS-138和MC-NG为代表，二者分别含铼5%和含铼4%；第五代单晶合金，以日本的TMS-162为代表，含铼6%（引自《金属百科》及《国土资源科普与文化》）。

铼作为一种有特殊用途的稀散金属，在航空航天发动机高温合金方面有着不可替代的作用，是重要战略新材料资源。

铼在冶金工业上可用作合金添加剂。合金中加入铼可以大大改善合金的性能，特别是作为钨或钼的添加剂可以提高钨合金、钼合金的强度，克服这些金属在再结晶后的脆变倾向，改善金属的成型性和焊接性，使钨合金和钼合金具有更好的坚固性和稳定性。

铼合金、钨铼合金具有良好的耐蚀性、抗电弧烧蚀性、抗“水循环”侵蚀性以及高硬度、较高的热电子发射性能，是一种良好的电接触材料，即使有部分氧化也不影响其导电性能，特别适用于温度高、湿度大的环境中。铼的耐高温性，被广泛应用于加热元件、热电偶、特殊金属丝以及电子管中的元件。在这一领域，铼最突出的应用是制造超高温发射极。

钨铼合金和钨钍铼合金用作电子管元件，能提高电子管元件的强度，做成加热器的加热丝，即使在再结晶和渗碳之后也可以避免受到损坏。

铼与钨、钼或铂族金属所组成的合金或涂层材料，因其熔点高、电阻大和对环境的稳定性好而广泛应用于电子工业。掺3%—20%铼的钨丝或高铼酸涂层的钨丝，不像普通钨丝那样易脆，具有较高抗冲击与抗振动性能，故在真空技术及易振动场所的电子器件或灯丝中展示了其重要用途，如作X射线靶、闪光灯、声谱仪、高真空测定电压部件、飞机灯泡的钨铼丝等。

医疗用途

铼体系的二元相图以及化合物的形成的定义一般比较明确，关于其合金的机械数据方面的报道比较少，特别是其合金在高温下的性能。在铼所有的合金体系中，钨铼合金主要用作X射线靶材，用于制作医疗用的X射线管中的靶子。相比于其他的用于制造这种靶子的材料，比如纯钨、钨钼合金或者钨石墨合金，钨铼合金材料有非常好的塑性，不易脆化和龟裂，并且能很好地保持X射线的焦径，起到提高辐照效果的作用。医用放射性铼-氨基磷酸化合物可治疗癌症，高铼酸钾可用作制备彩色照相胶片的敏化剂等。

分布情况

铼主要伴生在某些含铜页岩型的铜矿床里，特别是铜钼矿床中的辉钼矿含铼最丰富，其存在形式为铜铼矿（CuReS4）与辉铼矿（ReS2）。铼也少量分布在某些铜矿物中和某些铌铁矿、硅铍钇矿、铂矿、铀矿物中。已探明储量中近99%的铼与辉钼矿或硫化铜矿物共生。世界上铼储量最丰富的国家是智利、美国、加拿大、俄罗斯、秘鲁。全球90%以上的铼资源分布在西半球，其中50%以上的铼储量在智利。中国铼资源分布在陕西、黑龙江、河南、江西、湖南、湖北、辽宁、广东、贵州、江苏、吉林11个省份，其中陕西、黑龙江两省铼资源占70%以上。

计算化学数据

数据：

1.疏水参数计算参考值（XlogP）:无

2.氢键供体数量:0

3.氢键受体数量:0

4.可旋转化学键数量:0

5.互变异构体数量:无

6.拓扑分子极性表面积0

7.重原子数量:1

8.表面电荷:0

9.复杂度:0

10.同位素原子数量:0