厲害了，我的錸！讓火箭上天，還成就姻緣！

最近，一則《王者歸「錸」（lái）！中國發現超級金屬，飛機火箭上天全靠它》的新聞引爆網路。新聞稱，近年來中國成功突破國外封鎖，探測到儲量達176噸的錸，並成功攻克錸的提純技術，生產出了高質量的飛機發動機單晶渦輪葉片。自此，一種鮮為人知的金屬——錸晉陞為新「網紅」，成為小夥伴們熱衷討論的話題。

金屬錸（圖片來源：Wikipedia）

雖說如今錸在軍事上扮演著極為重要的角色，價格堪比白金，但人類認識它的時間並不長，它是最後一種被發現的自然元素。有意思的是，姍姍來遲的錸元素還曾成就一段美滿的姻緣。

1、 動力源自需求

我們知道，鎢具有極高的熔點，化學性質也很穩定，一直在照明領域大顯神通。二十世紀初，鎢絲燈剛被發明出來時，敏銳的商人們就從中嗅到了商機：既然74號元素鎢具有良好的性質，那麼緊隨其後的75號元素錸很可能比鎢的熔點更高，用它或許可以製造更耐高溫的電氣設備。然而不幸的是，當時還沒人見過錸的廬山真面目。

有需求就有動力，一時間，眾多科學家前仆後繼，試圖揭開錸的面紗。

1922年，柏林大學的青年化學家沃爾特·諾達克（Walter Noddack）也加入到尋找錸的大軍中。儘管剛留校任教的諾達克頗有初生牛犢不怕虎的風範，卻深感一個人勢單力薄，便尋求同在柏林大學工作、也同為青年化學家的伊達·塔克（Ida Tacke）的幫助。塔克時年僅26歲，一年前獲得博士學位，是個不折不扣的女學霸，她是德國第一位在大學擔任教職的女化學家，後來曾三次獲得諾貝爾化學獎提名。

塔克很贊成諾達克的想法，二人一拍即合，決定一起尋找錸元素。

左：伊達?塔克，1896 - 1978（圖片來源：Wikipedia）；右：沃爾特?諾達克，1893-1960（圖片來源：www.uni-bamberg.de）

2、 從猜測到實證

細看元素周期表，我們不難發現，錸和錳是同族元素。不過，錳元素早在十八世紀就被人們發現了(詳見《「錳」元素現形記》)，而其應用甚至可以追溯到舊石器時代，可與錳同族的43號和75號元素卻總是神龍見首不見尾。門捷列夫在發明元素周期表時，認為這兩種元素必定是錳的類似物，分別將其稱為「次錳」和「三錳」。

錸與錳位於元素周期表的同一族（圖片來源：salomons-metalen.com）

諾達克和塔克幾乎搜羅了當時所有關於發現錳的類似物的論文，雖然這些論文大多都不太靠譜，並未獲得廣泛承認，但卻給了他們二人不少啟發。經過細緻的比較分析，並結合元素周期律，他們推測錸大致具有如下性質：

原子量介於187和188之間，密度21g/cm3，熔點3027℃，最高價氧化物分子式為X2O7、熔點為400至500℃……

如今看來，除最高價氧化物熔點外（實際為220℃），諾達克和塔克的預測可謂十分精準。預測準確固然可喜，然而最棘手的問題是，如何才能從自然界中找到錸呢？

諾達克和塔克認為錸應當是一種非常稀有的元素，考慮到地質化學作用，他們猜測錸最可能隱藏在鉑礦和鈮（ní）鐵礦中。然而，他們卻沒有料到，錸不僅含量少，分布還極為分散，它總是四海為家，常常與鉬（mù）等元素以類質同晶的形式共存。因此，想要從林林總總的礦石中找到錸，無異於大海撈針，兩人日復一日地研究卻始終一無所獲。

鈮鐵礦石（圖片來源：Wikipedia）

3、 鉿元素的啟發

正當諾達克和塔克愁眉不展之時，發現鉿（hā）元素的消息傳來了。

匈牙利放射化學家赫維西（Georg von Hevesy）與荷蘭光譜學家科斯特（Dirk Coster）採用X射線光譜法成功從一種鋯（gào）石中找到了鉿元素。早在1913年，英國物理學家莫塞萊（Henry Moseley）在研究X射線光譜時就發現，不同元素所發射的X射線波長隨著元素原子量的增大而均勻減小。

一些元素的X射線光譜記錄（圖片來源：Wikipedia）

鉿是第一種用X射線光譜法找到的元素，諾達克和塔克深受啟發，決定也採用同樣的方法尋找錸。首先，他們像赫維西一樣，找來一位名叫伯格（Otto Berg）的光譜學家入伙。新成員帶來了新技術，那就開工吧。他們三人從世界各地收集到鉑礦、軟錳礦、鈮鐵礦、輝鉬礦等一千多種礦石，在實驗室中堆出了一座小山。研究過程十分枯燥，他們每天的任務就是從小山上取幾塊礦石觀測其X射線光譜，然後將觀測的結果與莫塞萊推算的錸元素X射線波長作比較。寒暑易節，直到1925年5月，他們終於對外宣布從鉑礦和鈮鐵礦中發現了錸的蹤跡！

伯格，1873-1939（網路圖）

新元素髮現後，命名是件頭等大事兒，諾達克對此早有想法。在幾年的朝夕相處中，他和塔克逐漸從同事發展成伴侶，由於塔克出生在萊茵河畔，他便以萊茵河的名字將第75號元素命名為「錸」（Rhenium）。錸元素髮現後的第二年，諾達克和塔克走入了婚姻殿堂。

4、 捍衛科學榮譽

浪漫過後，事情還遠未結束。

諾達克夫婦發表的論文中，只是以X射線光譜作為主要證據證明了鉑礦和鈮鐵礦中含有錸元素，至於人們更關心的如何提取錸金屬卻絲毫沒有提及。很多科學家都試圖重複諾達克夫婦的實驗，可奇怪的是，誰都無法探測到錸，更別說提取了，不少人紛紛質疑錸元素的存在。

為了捍衛自己在科學上的榮譽，諾達克夫婦婚後不久就又踏上了提取錸元素的征程。兩年間，他們走遍了歐洲各地，搜集了鉭鐵礦、鈉長石礦、輝鉬礦等形形色色的礦石，最後終於從幾百千克礦石中提取出120毫克的錸。

輝鉬礦石（圖片來源：Wikipedia）

至此，所有質疑都煙消雲散，錸元素從此永遠佔據著元素周期表中的第75格！

錸從此佔據著元素周期表中的第75格（圖片來源：periodictable.com）

5、 厲害了，我的錸！

錸元素被發現後，果然不負眾望，在電氣工業中發揮著巨大作用。錸的熔點可達3180℃，在自然界中僅次於鎢，不過，鎢在高溫下的強度和塑性會明顯降低，而向鎢中加入少量的錸就能大幅提高鎢絲燈的使用壽命。

如果僅僅用錸元素製作燈泡，那就太大材小用了。

我們知道，現代先進航空發動機的燃氣溫度常常高達1700℃以上，如此惡劣的環境，普通金屬往往壓力山大，而對添加了錸元素的單晶葉片而言卻是小菜一碟。如今，全球80%的錸都被用在了航空發動機上。

CFM56發動機葉片使用了3%的錸（圖片來源：Wikipedia）

錸還被用於製造火箭發動機的燃燒室，在提高發動機的工作效率、延長工作時間方面發揮重要作用。此外，由於錸具有穩定的化學性質，甚至王水也對它無可奈何，人們還用它製造高級防腐材料。

據估計，全球探明的錸儲量僅約一萬噸，含量極其稀少，因而錸在軍事上具有重要的戰略意義。如今，隨著我國突破美國對錸的封鎖，相信我國的軍工行業必將迎來新的發展！

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參考文獻：

[1] http://tv.cctv.com/2017/09/02/VIDEyyZc1BtIyb4xXUh8N4A9170902.shtml.

[2] 特里弗諾夫. 化學元素史話[M]. 徐宗義,譯. 西寧:青海人民出版社,1985.

[3] 王志明. 化學元素小傳[M]. 西安:陝西人民出版社,1978.

[4] 朱根逸. 簡明世界科技名人百科事典[M]. 北京:中國科學技術出版社,1999.

[5] 王海哲,楊盛良. 錸的特性、應用及其製造技術[J]. 中國稀土學報,2005,23(S2):189-193.

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