厉害了,我的铼!让火箭上天,还成就姻缘!
最近,一个“国王回归铼”(lái)!中国发现超级金属,飞机和火箭依靠它发射网络。据报道,近年来,中国成功突破国外*,检测出176吨铼,成功破解铼提纯技术,生产出高质量的航空发动机单晶涡轮叶片。从那以后,铼,一种鲜为人知的金属,被提升为新的“净红”,成为小伙伴们讨论的热门话题。
铼金属(照片来源:*)
尽管铼在军事事务中扮演着极其重要的角色,其价格可与铂相媲美,但它很久以来就不为人所知,是最后发现的天然元素。有趣的是,铼,一种晚期元素,也有一段幸福的婚姻。
1.权力来自需求
我们知道钨具有非常高的熔点和稳定的化学性质,并且一直在照明领域发挥重要作用。20世纪初,当钨灯首次被发明时,热心的商人从中感受到了商机:由于74号元素钨具有良好的性能,那么紧随其后的75号元素铼可能比钨具有更高的熔点,后者可用于制造耐高温的电气设备。不幸的是,没有人见过铼的本来面目。
哪里有需求,哪里就有力量。一段时间以来,许多科学家一直试图发现铼。
1922年,柏林大学的年轻化学家沃尔特·诺达克也加入了寻找铼的行列。尽管刚刚离开学校去教书的野田佳彦有着新生小牛的风范,也不怕老虎,但他深深感到自己很虚弱,并寻求在柏林大学工作的年轻化学家伊达·塔克的帮助。塔克一年前获得博士学位时只有26岁。她是一个真正的女学生欺凌者。她是第一位在大学担任教学职务的德国女化学家。她三次获得诺贝尔化学奖提名。
塔克赞成诺达克的想法。他们一见如故,决定一起寻找铼。
左:爱达荷,1891978(照片来源:*);右:沃尔特·诺达克,1891960
2.从猜测到演示
仔细看元素周期表,我们很容易发现铼和锰是同源元素。然而,锰早在18世纪就被发现了(详见“锰”元素发现记录),其应用甚至可以追溯到旧石器时代。元素43和75,可能和锰一样,总是头缺尾的龙。门捷列夫在发明元素周期表时认为这两种元素一定是锰的类似物,并分别称它们为“次锰”和“三锰”。
铼和锰属于元素周期表的同一组(照片来源:salomons-metalen.com)
诺达克和塔克收集了当时几乎所有关于锰类似物发现的论文。尽管这些论文大多不可靠,也没有得到广泛认可,但它们给了他们很多启发。经过仔细的对比分析并结合元素的周期规律,他们推测铼具有以下性质:
原子量在18188之间,密度为21g/cm3,熔点为3027℃,最高价氧化物的分子式为X2O7,熔点为400-500℃。
铼的基本性质(照片来源:www.lntc.edu.cn)
现在看来,除了最高价氧化物的熔点(220℃)之外,诺达克和塔克的预测非常准确。准确的预测是受欢迎的,但最棘手的问题是,铼如何能在自然界被发现?
诺达克和塔克认为铼应该是一种非常稀有的元素。考虑到地质和化学影响,他们怀疑铼最有可能藏在铂矿石和铌(ní)铁矿石中。然而,他们没有想到铼不仅含量少,而且非常分散。它总是无处不在,并且经常以同构的形式与钼和其他元素共存。因此,试图从各种矿石中寻找铼就像大海捞针,这两个人日复一日地研究,但从未发现任何东西。
尼奥比特(照片来源:*)
3、铪元素灵感
就在诺达克和塔克难过的时候,铪(hā)的发现传来了消息。
匈牙利放射化学家赫维西和荷兰分光镜德克·科斯特通过X射线光谱测定法成功地从锆英石中发现了铪。早在1913年,英国物理学家莫泽勒在研究X射线光谱时就发现,不同元素发出的X射线波长随着元素原子量的增加而均匀减小。
一些元素的x光光谱记录(照片来源:*)
铪是X射线光谱测定法发现的第一种元素。受此启发,诺达克和塔克决定用同样的方法寻找铼。首先,像赫维西一样,他们招募了一位名叫奥托·伯格的光谱学家。新成员带来了新技术,让我们开始工作吧。他们三人从世界各地收集了1000多种矿石,包括铂矿石、软锰矿、铌铁矿和辉钼矿,并在实验室堆积了一座小山。研究过程很无聊。他们的日常任务是从山上取几块矿石来观察他们的x光光谱,然后将观察到的结果与摩西计算出的铼的x光波长进行比较。直到1925年5月,他们才最终宣布从铂矿石和铌铁矿中发现铼。
伯格,1871939(网络图)
在新元素被发现后,命名是头等大事,野田佳彦对此早有考虑。多年来,他和塔克逐渐从同事发展成伙伴。由于塔克出生在莱茵河,他以莱茵河命名元素75铼。铼被发现的第二年,诺达克和塔克走进了婚姻殿堂。
好搭档诺达克和他的妻子(照片来源:www.barenose.com)