教学素材：“铼”来不易

【教学素材】 “铼”来不易 铼元素在航空航天，石油化工领域应用广泛，在军事上扮演着极为重要的角色。在2017年，我国首次用自己国家提纯出来的铼元素生产出飞机发动机所需要的铼镍合金单晶叶片，成功实现了使人振奋的“发动机自由”。 一、“铼”是什么？ 铼是一种银白色的重金属，化学符号为Re，原子序数为75，在元素周期表中属于第6周期第七组过渡金属，于 1925 年被发现，是最后一个被发现的稳定元素，英文名Rhenium，源自于拉丁语Rhenus，意为“莱茵河”，这一命名的背后还有个相当浪漫的故事。 铼是地壳中最稀有的元素之一。美国地质调查局发布的一份报告显示，地壳中已探明的铼储量仅为2500吨左右。它是所有元素中熔点最高的金属之一，仅次于钨和碳，也是密度最大的物质之一，仅次于铂、铱和锇，与此同时，它也是所有稳定元素中沸点最高的元素。 门捷列夫首先预测了元素周期表中这个位置上存在一种尚未被发现的元素，称其为“次锰”，认为这元素必定是锰的类似物。1914年，英国物理学家亨利·莫斯利通过原子序数测算，确定了有关“75号元素”的部分资料。 铼通常被认为是由德国人发现。1922年，柏林大学的青年化学家沃尔特·诺达克邀请同事伊达·塔克一起找寻铼的踪迹，两人一拍即合。那时26岁的塔克已经拥有博士学位，是德国第一位在大学担任教职的女化学家。 两个人都认为铼应当是一种非常稀有的元素，可能共生在铂矿和铌铁矿中。然而，他们却没能预料到，铼是一种典型的稀散元素，如果想要富集会十分困难。两人在很长一段时间的研究中一无所获，有些失望，意志消沉。 幸运的是，就在此时，匈牙利放射化学家赫维西与荷兰光谱学家科斯特采用X射线光谱法成功从一种锆石中找到了铪元素。 诺达克和塔克两个人深受启发，他们邀请了一名光谱学家共同寻找铼元素的踪迹。 几年后，在1925年的5月份，三人终于得到部分研究成果，对外宣布在铂矿石和矿物铌矿中检测到这种元素。此时，经过几年的朝夕相处，诺达克和塔克日久生情，为了纪念塔克的出生地莱茵河畔，新元素被命名为“铼”，也可以说这是一封诺达克送给塔克的隐秘情书。 1926年，对诺达克和塔克的称呼终于可以变成诺达克夫妇，他们结婚了，而科学史上也将会永远记上这浪漫的一笔。 接下来，诺达克夫妇在钆辉石和辉钼矿中也相继发现了铼元素。在1928年，他们齐心协力通过加工660公斤辉钼矿提取出1克铼元素，将铼这种元素呈现到大众眼前。现今铼元素的主要商业来源就是辉钼矿，矿石的主要成分是二硫化钼，其中铼含量最高能达到0.2%。 经过多年科技的不断发展，铼元素在现实中有了很多非常重要的用途。 铼的第一个重要用途是作为生产合金的原材料。含有铼元素的镍基铼超合金是一种高温超合金，主要用于制造喷气发动机的燃烧室、涡轮叶片和排气喷嘴，这些合金中含有高达6%的铼元素。构造喷气发动机是铼元素最大的单一用途，全球铼产量的80%被投入其中。 第二个重要用途就是作为催化剂。铼是一种极好的氢化和异构化催化剂，可用于汽油中石脑油的催化重整（铼化工艺）。铂铼催化剂主要用于制造无铅、高辛烷值汽油。 因为铼元素的稀少和重要性，导致铼的价格极其昂贵，在2008/2009年达到每公斤10,600 美元的历史新高。 近年来，由于铼回收率的增加和催化剂中铼元素需求的下降，截至到2018年7月份，铼的价格降至每公斤2,844 美元。现今，其价格在每公斤2300到2500美元间浮动，同铂金一样具有极高的价值。 学科网（北京）股份有限公司 $