最近，一则《王者归“铼”（lái）！中国发现超级金属，飞机火箭上天全靠它》的新闻引爆网络。新闻称，近年来中国成功突破国外封锁，探测到储量达176吨的铼，并成功攻克铼的提纯技术，生产出了高质量的飞机发动机单晶涡轮叶片。自此，一种鲜为人知的金属——铼晋升为新“网红”，成为小伙伴们热衷讨论的话题。
金属铼（图片来源：Wikipedia）
虽说如今铼在军事上扮演着极为重要的角色，价格堪比白金，但人类认识它的时间并不长，它是最后一种被发现的自然元素。有意思的是，姗姗来迟的铼元素还曾成就一段美满的姻缘。
1、动力源自需求
我们知道，钨具有极高的熔点，化学性质也很稳定，一直在照明领域大显神通。二十世纪初，钨丝灯刚被发明出来时，敏锐的商人们就从中嗅到了商机：既然74号元素钨具有良好的性质，那么紧随其后的75号元素铼很可能比钨的熔点更高，用它或许可以制造更耐高温的电气设备。然而不幸的是，当时还没人见过铼的庐山真面目。
有需求就有动力，一时间，众多科学家前仆后继，试图揭开铼的面纱。
1922年，柏林大学的青年化学家沃尔特·诺达克（Walter Noddack）也加入到寻找铼的大军中。尽管刚留校任教的诺达克颇有初生牛犊不怕虎的风范，却深感一个人势单力薄，便寻求同在柏林大学工作、也同为青年化学家的伊达·塔克（Ida Tacke）的帮助。塔克时年仅26岁，一年前获得博士学位，是个不折不扣的女学霸，她是德国第一位在大学担任教职的女化学家，后来曾三次获得诺贝尔化学奖提名。
塔克很赞成诺达克的想法，二人一拍即合，决定一起寻找铼元素。
左：伊达?塔克，1896 - 1978（图片来源：Wikipedia）；右：沃尔特?诺达克，1893-1960（图片来源：www.uni-bamberg.de）
2、从猜测到实证
细看元素周期表，我们不难发现，铼和锰是同族元素。不过，锰元素早在十八世纪就被人们发现了(详见《“锰”元素现形记》)，而其应用甚至可以追溯到旧石器时代，可与锰同族的43号和75号元素却总是神龙见首不见尾。门捷列夫在发明元素周期表时，认为这两种元素必定是锰的类似物，分别将其称为“次锰”和“三锰”。
铼与锰位于元素周期表的同一族（图片来源：salomons-metalen.com）
诺达克和塔克几乎搜罗了当时所有关于发现锰的类似物的论文，虽然这些论文大多都不太靠谱，并未获得广泛承认，但却给了他们二人不少启发。经过细致的比较分析，并结合元素周期律，他们推测铼大致具有如下性质：
原子量介于187和188之间，密度21g/cm3，熔点3027℃，最高价氧化物分子式为X2O7、熔点为400至500℃……
铼的基本性质（图片来源：www.lntc.edu.cn）
如今看来，除最高价氧化物熔点外（实际为220℃），诺达克和塔克的预测可谓十分精准。预测准确固然可喜，然而最棘手的问题是，如何才能从自然界中找到铼呢？
诺达克和塔克认为铼应当是一种非常稀有的元素，考虑到地质化学作用，他们猜测铼最可能隐藏在铂矿和铌（ní）铁矿中。然而，他们却没有料到，铼不仅含量少，分布还极为分散，它总是四海为家，常常与钼（mù）等元素以类质同晶的形式共存。因此，想要从林林总总的矿石中找到铼，无异于大海捞针，两人日复一日地研究却始终一无所获。
铌铁矿石（图片来源：Wikipedia）
3、铪元素的启发
正当诺达克和塔克愁眉不展之时，发现铪（hā）元素的消息传来了。
匈牙利放射化学家赫维西（Georg von Hevesy）与荷兰光谱学家科斯特（Dirk Coster）采用X射线光谱法成功从一种锆（gào）石中找到了铪元素。早在1913年，英国物理学家莫塞莱（Henry Moseley）在研究X射线光谱时就发现，不同元素所发射的X射线波长随着元素原子量的增大而均匀减小。
一些元素的X射线光谱记录（图片来源：Wikipedia）
铪是第一种用X射线光谱法找到的元素，诺达克和塔克深受启发，决定也采用同样的方法寻找铼。首先，他们像赫维西一样，找来一位名叫伯格（Otto Berg）的光谱学家入伙。新成员带来了新技术，那就开工吧。他们三人从世界各地收集到铂矿、软锰矿、铌铁矿、辉钼矿等一千多种矿石，在实验室中堆出了一座小山。研究过程十分枯燥，他们每天的任务就是从小山上取几块矿石观测其X射线光谱，然后将观测的结果与莫塞莱推算的铼元素X射线波长作比较。寒暑易节，直到1925年5月，他们终于对外宣布从铂矿和铌铁矿中发现了铼的踪迹！
伯格，1873-1939（网络图）
新元素发现后，命名是件头等大事儿，诺达克对此早有想法。在几年的朝夕相处中，他和塔克逐渐从同事发展成伴侣，由于塔克出生在莱茵河畔，他便以莱茵河的名字将第75号元素命名为“铼”（Rhenium）。铼元素发现后的第二年，诺达克和塔克走入了婚姻殿堂。
好拍档诺达克夫妇（图片来源：www.barenose.com）
4、捍卫科学荣誉
浪漫过后，事情还远未结束。
诺达克夫妇发表的论文中，只是以X射线光谱作为主要证据证明了铂矿和铌铁矿中含有铼元素，至于人们更关心的如何提取铼金属却丝毫没有提及。很多科学家都试图重复诺达克夫妇的实验，可奇怪的是，谁都无法探测到铼，更别说提取了，不少人纷纷质疑铼元素的存在。
为了捍卫自己在科学上的荣誉，诺达克夫妇婚后不久就又踏上了提取铼元素的征程。两年间，他们走遍了欧洲各地，搜集了钽铁矿、钠长石矿、辉钼矿等形形色色的矿石，最后终于从几百千克矿石中提取出120毫克的铼。
辉钼矿石（图片来源：Wikipedia）
至此，所有质疑都烟消云散，铼元素从此永远占据着元素周期表中的第75格！
铼从此占据着元素周期表中的第75格（图片来源：periodictable.com）
5、厉害了，我的铼！
铼元素被发现后，果然不负众望，在电气工业中发挥着巨大作用。铼的熔点可达3180℃，在自然界中仅次于钨，不过，钨在高温下的强度和塑性会明显降低，而向钨中加入少量的铼就能大幅提高钨丝灯的使用寿命。
如果仅仅用铼元素制作灯泡，那就太大材小用了。
我们知道，现代先进航空发动机的燃气温度常常高达1700℃以上，如此恶劣的环境，普通金属往往压力山大，而对添加了铼元素的单晶叶片而言却是小菜一碟。如今，全球80%的铼都被用在了航空发动机上。
CFM56发动机叶片使用了3%的铼（图片来源：Wikipedia）
铼还被用于制造火箭发动机的燃烧室，在提高发动机的工作效率、延长工作时间方面发挥重要作用。此外，由于铼具有稳定的化学性质，甚至王水也对它无可奈何，人们还用它制造高级防腐材料。
据估计，全球探明的铼储量仅约一万吨，含量极其稀少，因而铼在军事上具有重要的战略意义。如今，随着我国突破美国对铼的封锁，相信我国的军工行业必将迎来新的发展！
铼还被用于制造火箭发动机，具有极为重要的战略意义（图片来源：www.angrysquirrelstudio.com）
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参考文献：
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[2] 特里弗诺夫. 化学元素史话[M]. 徐宗义,译. 西宁:青海人民出版社,1985.
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