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趣味元素化學知識(三)金屬(Ⅷ族)

 

現(xiàn)代工業(yè)的基礎——鐵

我國是世界上最早發(fā)明冶煉鑄鐵的國家。

我國的考古工作者發(fā)現(xiàn),遠在公元前五世紀時,鐵器就出現(xiàn)了,到了公元前三世紀,人們已開始普遍使用鐵器,而且還有較高的冶煉鑄鐵的水平。

在1950年,考古工作者們在河南輝縣發(fā)掘出戰(zhàn)國時代的魏墓,發(fā)現(xiàn)里面有鐵質生產工具九十多件,其中有鐵犁、鐵鋤、鐵斧、鐵鏟等。

從這些事實可以看出,我國的勞動人民早在三千年前的周代,就已知道了冶煉鑄鐵的方法,到了公元前三四世紀,鐵器的使用已經十分普遍。

我國人民的鑄鐵術,在公元十一或十二世紀時,由阿拉伯人傳播到了歐洲,直到那時,西方人才學會了怎樣冶煉鑄鐵。

有趣的是,自春秋時起,我國就有了一個在現(xiàn)在看來十分滑槽可笑的官職,叫“鐵官”,顧名思義,擔任這一職位的人是專門來管理煉鐵的,在那時還出現(xiàn)了一些專門經營煉鐵的“鐵商”。

到了漢朝,我國已普遍用熟鐵制造工具來代替不耐用的鑄鐵工具。到了唐朝,鐵的年產量達一千多萬斤。而宋朝鐵的年產量是唐朝時的三倍。明朝時,鐵的年產量竟高達九千萬斤以上。

明朝末年的杰出科學家來應星曾寫過《天工開物》這本書,對我國古代的煉鐵技術作了詳細的介紹,而且還畫了許多插圖,作了細致形象的描繪。

說起來有些令人難以相信,人類最早發(fā)現(xiàn)的鐵并不是冶煉鐵礦的產物,而是從天空落下來的隕石。

隕石是含鐵最高的金屬混合物,由于它含有鎳、鉻等金屬而具有抗腐蝕的性能,所以能長期保存下來。

每年都有成百上千噸的隕石降落到地球表面,其中鐵的成分占了百分之九十以上。人們迄今發(fā)現(xiàn)的最重的鐵隕石之一是“霍巴”隕石,它是遠古時落到非洲的,大約有六十噸重。在1896年,一位著名的美國探險家在格陵蘭島的冰層中,發(fā)現(xiàn)了一塊重三十三噸的鐵隕石。這位探險家欣喜若狂,他歷盡千辛萬苦終于把隕石送到了紐約,至今仍然保存在那里。

十分湊巧的是,有歷史記載以來最大的三次隕石的降落,都發(fā)生在本世紀。

其中有兩次落在人煙稀少的西伯利亞。一次在1908年6月30日,降落于通古斯,一顆巨型的隕石在上空爆炸,升起了蘑菇云,爆炸聲在兩千公里以外也能聽到,據估計這個隕石在飛入地球大氣層時的質量約有幾十萬噸!它使附近四十八公里范圍內的無數樹木倒下和燒毀,一千五百頭野鹿死亡,甚至一百六十公里以外的房屋的玻璃窗也被震破。但由于隕星和地球迎面相撞,速度太大,沒有為我們留下隕石。另一次是在1947年2月12日,落下來的鐵質隕石有一千七百四十五公斤重。

第三次就是1976年3月8日在我國東北吉林地區(qū)降落的世界歷史上罕見的隕石雨。當天下午,宇宙空間一顆隕星順地球繞太陽公轉的方向,以每秒十幾公里的速度墜入地球大氣層中。由于這顆隕星與稠密的大氣發(fā)生強烈的摩揉,當它飛到吉林地區(qū)上空時,燃燒、發(fā)光,成為一個大火球,隨后不久就在天空發(fā)生爆炸。但沒有造成任何傷亡和損失。最后一塊隕石墜落到地面時,穿破了一點七米厚的凍土層,在地面上砸出了一個深三米、直徑二米多的大坑,當時震起的泥土高達幾十米。在后來收集到的隕石中,有三塊重量超過了一百公斤,最大的一塊重量為一千七百七十公斤。這大大超過了美國收藏的、1948年2月18日落在美國、目前世界上最大石質隕石的重量(一千零七十八公斤)。

學過地理的小朋友就會知遭地球是由地核、地心、和地殼三部分組成的??墒?,你是否知道地核又是由什么物質構咸的呢?

不要發(fā)愁,只要你翻一翻科普小常識一類的叢書,就會找到答案。

原來地核又可分為“內核”和“外核”,內核是由固態(tài)的鎳鐵組成的,外核則是由液態(tài)的鎳鐵組成的。

不僅地核中含有大量的鐵,地殼中鐵的含量也不少,大約有百分之五,也就是說有7.55×1017噸。在所有的金屬中,鐵的含量只比鋁少。

地球真是一個鐵的寶庫。

大家都知道,指南針是我國古代人民的四大發(fā)明創(chuàng)造之一,可是,那時的人們是怎樣發(fā)明出指南針呢?

細心的小朋友會記得,我國人民很早就知道磁鐵礦具有磁性這一特征。磁鐵礦的這個性質是很好玩的,起初人們是拿在手上玩,后來覺得這樣不過癮,又想出了新花樣,即把磁鐵礦石用線懸空吊起來。在玩的過程中,人們逐漸發(fā)現(xiàn),當磁石靜止下來時,它的一頭總是指著北方,另一頭總是指著南方。

到了戰(zhàn)國時代,由于戰(zhàn)爭此起彼伏,連綿不斷,許多人民為躲避戰(zhàn)亂,不得不遷徙到其他地方??墒牵谛凶邥r需要認清方向,要不然就到不了目的地。

怎么辨識方向呢?

人們想到了磁石的特性,但用線懸吊起來的磁石雖然指出了南北方向,然而究竟哪邊是南哪邊是北呢?

后來,有個聰明的人把磁石琢磨成一把湯匙的樣子,放在一個平滑的青銅盤上,這把湯匙的柄就自指向南方,這樣就制成了最早的指南針。

指南針在十二世紀時由阿拉伯人傳到了西方,西方人把它用在輪船上,從而大大促進了海上貿易的發(fā)展,過了二百年,終于有了偉大的地理大發(fā)現(xiàn),這大大促進了歐洲資本主義的迅速發(fā)展,而這一切,都是由我國人民在戰(zhàn)國時發(fā)明的指南針所引起的。

有一些地理常識的人都知道,地球是一個大磁場,指南針之所以能告訴人們方向就是因為它受到了地磁的吸引。

可是,地球磁場又是怎么形成的呢?

看過前面內容的小朋友就會知道,地核中有許多液態(tài)的鎳鐵。當地球轉動時,這些液態(tài)的鎳鐵會形成一些從西向東的緩慢的渦流,這些渦流會產生電流,正像法拉第給線圈通電流會使線圈內產生磁力線一樣,地心內的電流就產生了磁場。

然而,更讓科學家們不可思議的是,地球磁場的強度在不斷地變化。在近幾百年的時間里,地球磁場的強度一直都在下降。自從1670年以來,它的總強度已下降了百分之十五,如果繼續(xù)這樣下去的話,到4000年左右地球磁場就會變?yōu)榱恪>褪钦f,在那時地球將沒有磁場。

這以后會怎樣呢?地球磁場的強度會不會繼續(xù)下降呢?也就是說,南北磁極會不會倒轉過來,磁北極位于南極圈,而磁南極位于北極圈呢?

有趣的是告訴我們這個答案的是看起來不顯眼的火山石。原來當熔巖冷凝時,它里面的結晶體會按磁場方向自動排列起來。

早在1906年法國科學家們就已發(fā)現(xiàn),有些火山石的磁化方向與現(xiàn)在的磁場方向相反,當時人們以為這只不過是一種偶然情況。但到了今天,這些“泄密”的巖石告訴我們,地球的磁場不僅會倒轉,而且已經倒轉過好多次了。

鋼鐵放在空氣中會生銹,這是人們在生活中見慣不怪的事情,一般不會帶來什么災禍。但在國外卻發(fā)生了一件因鋼鐵生銹而使人死亡的飛來橫禍。

在西方一家化學公司所屬的工廠中,有一貯存氯化鎂的鋼質容器。有一次,因容器需要維修而停止了工作,人們排空了容器中的氯化鎂,并把容器沖洗了好幾遍。然后有兩名工人進入這個容器中進行維修,但剛一進去就暈倒了,當人們發(fā)現(xiàn)后,立即把他們救出并送到了醫(yī)院,一人經過醫(yī)院的全力搶救后脫險,另外一人則不幸死亡。

是什么原因使那位工人死去的呢?難道容器中含有一種有毒氣體?

為了查明真相,人們對這個鋼質容器內的空氣進行了測定,但并沒有發(fā)現(xiàn)任何有毒氣體,然而,人們發(fā)現(xiàn),這個容器中空氣里的氧氣含量卻遠遠低于正常標準。

為什么容器中會缺少氧呢?

原來,這是容器生銹的緣故。我們知道,鐵在潮濕的空氣中能和氧氣發(fā)生反應,生成鐵銹。容器中殘留的氯化鎂在鐵生銹的過程中起了推波助瀾的作用,即殘存的氯化鎂作為催化劑,使得鐵生銹加快,從而使得容器內氧氣的含量大量減少。后來人們在相同的條件下進行了類似的試驗、用來做實驗的老鼠被放進容器中時由于缺氧,很快就死亡了,這也證實了上面的分析。也許你會說,這件事的發(fā)生純屬偶然,怎么能用它來說明鐵生銹的魔力呢?

那么,再看看下面的幾組數據:僅在1820~1823年這段時間內,就有718,000,000噸鋼鐵由于生銹而被毀掉了。據估計,全世界每年因銹蝕而損失的鋼鐵,占全年總產量的三分之一,以英國為例,銹蝕造成的損失一年就高達六億英鎊。

鐵生銹的確具有極大的魔力,不過這是一種邪惡的魔力,因為它每年都要給人們帶來上百億美元的經濟損失。

平常人們總喜歡把鋼和鐵連在一起發(fā)音,不管什么東西,只要含有鐵,就把它叫做鋼鐵制品。

可是,在工業(yè)生產上,鋼和鐵是不同的兩種東西,這是怎么一回事呢?

原來,在工業(yè)上,鐵是分為生鐵和熟鐵兩種的。生鐵的含碳量高,而熟鐵中的碳的含量相比就特別少。而鋼呢,它的含碳量比熟鐵要高,但又低于生鐵。因此,人們區(qū)分生鐵、鋼、熟鐵時,主要看它們里面的含碳量。

隨著含碳量的高低不同,它們的性能大不相同,用途更是有天淵之別。

生鐵很脆,一般是澆鑄而成的,所以人們又給它起了個名字叫“鑄鐵”,如以前常用的鐵鍋?;馉t等,都是用它做成的。

熟鐵中含的雜質很少,有很好的韌性,經得起千錘百煉,人們可以把它鍛打成各種形狀,所以就把它叫做“鍛鐵”,如鐵勺,鐵鏟等,都是用它來制作的。

含碳量不高不低的鋼既有很好的韌性,又有較高的機械強度,所以在工業(yè)上的用途最為廣泛。大到汽車、輪船。

樓房,小到刀片、針、鋼筆尖、表殼等都離不開它。

鋼在工業(yè)生產中還有許多維生素“健身用品”,只要往鋼中加進一些這類“用品”,就能使鋼“脫胎換骨”,大大增強它的各種性能。比如,在鋼中加人一些鎳,就不會因氣溫高低而冷縮熱脹,用它來制造各種精密儀表零件正合適;含有一些鎢的鋼,即使把它燒得通紅,仍然堅硬如故;含有一些釩的鋼,可把鋼的彈性提高一倍,用它來制作各種彈簧,是再合適不過的了。

小剛的爸爸給他買了一件漂亮的新襯衫,穿了幾天,洗干凈后小剛發(fā)現(xiàn)在后背上居然長出了一條長長的鐵銹。他急忙用水去洗,并且用了許多洗衣粉,可是怎么洗也洗不掉。

原來,襯衫洗好后,小剛把它撐在衣架上掛在鐵絲上晾,可是淘氣的風乘他不在時把襯衫卷起來掛到了生銹的鐵絲上,于是后背上就印上了一條長長的鐵銹。

小剛到了學校,一想起襯衫就很不高興,成天無精打采。他的班主任是一位化學老師,見了小剛成天這樣很奇怪,就問他有什么病。小剛就把這件事告訴了班主任。

班主任叫小剛不要著急,說他有辦法。讓小剛放學時去找他。

放學后,班主任交給他一瓶草酸,告訴他回家后拿出一些泡在水里,配成草酸溶液,然后再把染上鐵銹的襯衫泡在溶液中搓洗,鐵銹就洗干凈了,最后再用清水把襯衫上的草酸清洗干凈,因為草酸有腐蝕性,不能讓它留在衣服上。小剛回家一試,果然,襯衫上的鐵銹沒有了。草酸為什么能除掉鐵銹呢?原來,草酸能把洗衣粉無可奈何的銹銹中的鐵奪過來,形成一種新物質,這種新形成的物質能溶解在水中,所以鐵銹就被除去了。

許多婦女在初冬季節(jié),就感覺天氣很冷,進入嚴冬后更覺得冷,尤其是手腳幾乎一直冰涼,還會出現(xiàn)頭暈目眩、心悸耳鳴、渾身無力等現(xiàn)象。

為什么會出現(xiàn)這些現(xiàn)象呢?

有句俗話說:“十位婦女九怕冷,腳暖婦女難尋著。”這說明怕冷是婦女的通病,這是什么道理呢?

現(xiàn)代醫(yī)學的飛速發(fā)展終于幫人們解答了這個難題。出現(xiàn)這些現(xiàn)象的主要原因是婦女攝人體內的鐵質不足。據統(tǒng)計:上海婦女中,患缺鐵性貧血的人占百分之六十以上。

那婦女為什么大多會患缺鐵性貧血呢?

原因在于育齡婦女的特點,一般比男性需要更多的鐵質來合成紅細胞,可是,通常膳食中的鐵質數量難以滿足婦女生理上的需要。由于缺乏鐵質,使紅細胞生長緩慢,引起紅細胞輸氧功能降低,使機體細胞得不到足夠的氧來促進新陳代謝,并使得吸收的營養(yǎng)物質不能充分氧化,從而減少了熱能的來源,導致人體怕冷。大家知道,腳離心臟最遠,所以腳最怕冷。

用什么辦法來改變婦女怕冷的現(xiàn)象呢?

一般而言,只要服用含硫酸亞鐵的藥品。經過幾個月的療程就可治愈,但要注意服藥期間切莫飲茶,否則鐵質就不會有效地被吸收。另外,還要多吃一些雞、鴨、豬肉、牛肉、動物血以及菠萊、蕃茄、紅棗等食物。家中炒菜最好使用鐵鍋,這樣可得到容易被人體吸收的二價鐵離子。

墨水是各位小朋友離不開的學習用品,寫字、做筆記、完成作業(yè),每天都要用到它。墨水有好多種,比較常用的有純藍墨水、藍黑墨水、碳素墨水和紅墨水。

可是,你們是否知道,墨水是由什么東西做成的呢?

今天,我們先向小朋友們介紹藍黑墨水的主要成分。藍黑墨水的主要成分是一種叫做揉酸亞鐵的東西,然而,它既不是藍色的,也不是黑色的,而是淺綠色的。用它制成的墨水寫起宇來很不明顯,這怎么辦呢?

人們又往這種墨水里面加進了一種藍色的有機染料。這樣藍黑墨水就顯出藍色了。

看到這兒,有些小朋友會奇怪地問,藍黑墨水怎么會只現(xiàn)出藍色的呢?

別著急,藍黑墨水雖然呈現(xiàn)出藍色,可當你把它寫到紙上時,它里面的鞣酸亞鐵就與空氣中的氧氣起了化學反應,變成了鞣酸鐵,鞣酸鐵是一種黑色的沉淀,所以寫出來的字跡就是藍黑色的。

世界萬物都具有兩面性:物極必反,可謂普遍哲理。人們對鐵元素的研究就證實了這個規(guī)律。

鐵是人體生命活力之源。它在人體內的含量很少,屬微量元素。新生兒體中只有0.5克,成人全身也僅有2.5~3.5克左右,只不過是一個小鐵釘的重量,可就這星星點點的鐵,對人體的生命活動卻起著至關重要的作用。

人體內幾乎半數的鐵集中在紅細胞內,是形成血紅素的主要成分,負責全身各組織器官的氧氣運輸和供應;大約有四分之一的鐵分布在肌肉中,賦于肌肉以紅色和力量;還有四分之一的鐵儲存在肝臟和其他組織細胞中,促進人體中的新陳代謝。

沒有鐵,人一分鐘也不能活,缺少了鐵,人就會面色蒼白、貧血、乏力、氣短體虛、浮腫,甚至引起全身多種臟器衰竭。

然而,人體內的鐵多了也不是一件好事。越來越多的資料證明,人體內儲存的鐵越多,非但無益,反而有害。

科學家們研究發(fā)現(xiàn),鐵一旦被人體吸收,每天除經尿、糞、汗等排除少量外,幾乎沒有其他排除途徑,體內多余的鐵貯存在蛋白質中,形成了鐵蛋白。過多的鐵蛋白會促使不穩(wěn)定的自由基破壞健康的機體組織而損害心臟。

在芬蘭,有一家著名的大學對1931名42~60歲的男子進行了五年的研究,發(fā)現(xiàn)人體中鐵蛋白濃度每增加1%,心臟病發(fā)作的危險就增加4%以上。

所以,因缺鐵而貧血的人應多吃一些含鐵的食物。相反,體內鐵貯存過多的人應避免吃這些食物,也不應該用鐵鍋炒萊。

奇妙的晴雨花——鈷

你見過這樣的晴雨花嗎?在晴天,它是藍色的;即將下雨時,它變成了紫色;到了下雨天,又變成了玫瑰色。

這奇妙的晴雨花,并不是真正的花,而是用濾紙做的;人們把濾紙浸在二氯化鈷的溶液中,晾干,做成花的形狀。

為什么用二氯化鈷浸過的濾紙會隨著天氣的變化而變色呢?

原來,二氯化鈷有這樣一個古怪的脾氣:在無水狀態(tài)時,它顯出來的是藍色,而一旦吸水,形成含水的晶體,就變成了玫瑰紅色。人們利用它這個怪脾氣,制成了晴雨花。在晴天時,空氣中的水分少,二氯化鈷保持無水狀態(tài),所以顯藍色;即將下雨時,空氣中水分增多,部分二氯化鈷變成了含水化合物,紅色與藍色相混,顯出來的是紫色;到了下雨時,空氣中水份很多,絕大部分二氯化鈷都成了含水化合物,于是,便顯出了玫瑰紅色。

人們根據這“花”的顏色的變化,就能預知晴雨,因此把它叫作“晴雨花”。二氯化鈷,是鈷的重要化合物。二氯化鈷的顏色時紅時藍,金屬鈷卻總是銀白色的。它很堅硬,具有磁性,能被磁鐵吸起。鈷的化學性質很穩(wěn)定,在常溫下,把它放在空氣和水中,無論放多久也不會有什么變化。但在加熱時,鈷會與氯、氧、硫等發(fā)生化學反應,生成各種化合物。

鈷是金屬中的“硬漢”,它十分堅硬,而且它的這種脾氣還可以“遺傳”到鈷合金中。因此,在工業(yè)上,人們常常把它和其他的金屬熔煉成合金。

鈷合金的硬度比鈷還要好,真是“虎父無犬子”。比如,人們把含有五分之四的鎢、五分之一的鈷和碳的合金,稱為“超硬合金”,即使把它加熱到一千度以上,它的硬度依然如故,所以人們常用它來制作車床上的切削刀具。

鈷合金的另外一種性格是具有磁性。赫赫有名的永久磁鐵,就是由鈷、鉻、鎢、碳組成的鉆鋼。在一些特制的磁性合金中,鈷的含量甚至占到了一半!另外,在一些耐酸、耐熱的合金中,也常常要加入鈷。

在南美的一個國家里,發(fā)生了這樣一件怪事。一個牧民趕著羊群到了一個新的牧場,可是幾天后,他發(fā)現(xiàn)自己的羊得了一種脫毛癥,每天都要脫掉許多毛。

這是什么緣故呢?

這個牧民決心弄清楚這種病的起因。他每天都要抽出許多時間來觀察羊群的行動。他發(fā)現(xiàn),隨著時間的推移,羊的這種病越來越嚴重,有些羊的毛稀得都露出了肚皮。然而,奇怪的是,這群羊中有一只羊的毛卻好好的,一點也沒掉,這是為什么呢?

于是這個牧民在放牧時就緊緊盯住這只羊,他發(fā)現(xiàn)這只羊在吃飽喝足后老要舔一種石頭,莫非這石頭里有什么文章?

牧民揀了一塊石頭,把它砸成粉末,然后混在牧草中讓其他的羊吃下去,這樣過了幾天,這些羊的脫毛癥全好了。

原來,新牧場中的牧草缺少鈷,而鈷是動物體所必需的微量元素之一,它是維生素B12主要成分,維生素B12影響動物體中核酸和蛋白質的合成。羊毛是一種特殊的蛋白質,它受到維生素B12的影響更大。所以當羊群吃了缺少鉆的牧草后,就使羊體內的維生素B12的合成不足,進而影響到蛋白質的供應,于是羊群就患上了脫毛癥。

而那只羊之所以沒有患上脫毛癥,原因在于它喜歡舔的石塊是一種鉆礦石,它在舔的同時也吸曠了微量的鈷。因此當牧民把這種礦石粉碎混在牧草中讓其他羊吃下去后,羊體內由于吸收了足夠的鈷,于是維生素B12的合成恢復正常,它們的病當然也就好了。

鈷有許多同位素,其中最能干的是鉆(-60)。舉個例子來說,鈾具有強烈的放射性,可是,把它跟鐳放在一起,它的放射能力就微不足道了。而鈷(-60)的放射能力比鐳又強多了。十七克放射性鈷的放射能力就相當于一公斤鐳的放射能力。

更奇妙的是,放射性鈷還是惡性腫瘤的克星。一般人都知道,惡性腫瘤就是癌癥,人們對它毫無辦法。但放射性鈷卻是對付它的能手,它放出的射線能夠破壞癌細胞的快速繁殖,進而抑制它們的活動能力。而且,它的“愛憎”也很分明,在治病時會把癌細胞和正常的細胞區(qū)別對待,因此不會傷害人體。

“不中用的銅”——鎳

鎳也是一種銀白色的金屬,十分堅硬,它的熔點比號稱“不怕火”的黃金還要高出幾百度。鎳的本領在很多方面都超過了銅??墒?,鎳的拉丁文原意竟是“不中用的銅”,這是怎么回事呢?原來,最初人煉出的鎳不純,其中含有許多雜質,影響了鎳的性能,人們卻誤以為鎳沒有多大用處,因而給它取了個不雅的名稱:“不中用的銅”。

古巴是世界上最著名的蘊藏鎳礦的國家。有趣的是,“天外來客”——隕石中也含有鎳。人們估計,地心也有很多的鎳。純凈的鎳銀光閃閃,不易銹蝕,主要用于電鍍工業(yè)。剛筆插、外科手術器械等銀光閃閃,就是因為表面鍍了一層鎳,既美觀、干凈,又能防止生銹。

在世界上,人們一直認為鎳是瑞典科學家克朗斯塔特在1751年首先發(fā)現(xiàn)的。然而,實際上我國才是最早知道鎳的國家。歷史學家們發(fā)現(xiàn),我國早在克朗斯塔特發(fā)現(xiàn)鎳前一千八百年的西漢(公元前一世紀)就已知道用鎳和銅來制造合金——白銅。那時人們主要用白銅來作馬具、燭臺、盤子等。我國古代制造的白銅器件,不僅暢銷全國各地,還遠銷國外。秦漢時,在新疆西邊有一個大夏國,與眾不同的是,這個國家使用的貨幣,是用白銅做的,而用來鑄造貨幣的白銅,就是從我國運過去的。至今,在波斯語和阿拉伯語中,還把白銅叫做“中國石”。

到了近代,東印度公司從我國廣東購買了大量的白銅制品,運送到德國。一些不明真情的歐洲人以為這些東西是德國制造的,把白銅叫做“德銀”,這完全是弄錯了。那是德國人從中國學會了煉白銅的技術,大量進行仿造生產出來的。同樣,中國煉制白銅的技術在當時也傳入了瑞典,這樣就使一些人以為鎳是瑞典人克朗斯塔特首先發(fā)明的。

對一般人來說,合金是一種異常堅硬的、能傳熱善導電的物質??墒牵钊瞬豢伤甲h的是,鎳和鈦的合金居然跟人一樣,具有記憶功能。而且它的記憶力很強,經過很長時間,重復上萬次都準確無誤。

人們是怎么發(fā)現(xiàn)鎳鈦合金的這個“特異功能”的呢?在1958年時,美國的海軍軍需實驗室要進行一次實驗,實驗中需要一種鎳鈦合金材料;于是秤學家們找到了一根彎彎曲曲的鎳鈦纜繩,他們先把纜繩加熱,然后冷卻下來,把它拉成直線,做成需要的合金材料。然而,奇怪的是,在實驗中,當人們給這種鎳鈦合金材料加熱時,它又變得彎彎曲曲的,跟它原來的形狀一模一樣。這引起了人們的興趣,這次人們先把纜繩彎成了圓形,變冷后又把它拉成直線,再次加熱,它又自動地變成了圓形。人們這才知道鎳鈦合金還有這么好的記憶功能。

鎳鈦合金的這種記憶功能有很多用途。比如,用它制成的機器人的胳膊會隨著溫度的變化,上下左右轉動,顯得十分逼真,就好像機器人真有感覺似的。鎳鈦合金在醫(yī)療上也有想象不出的作用。例如,把鎳鈦合金絲制成直徑很小的彈簧形,使它在體溫條件下,把自己的外形記住。然后再把它拉直,通過一根小導管,在X光照射的情況下,慢饅插入動脈內。導管中的鎳鈦合金絲在體溫的刺激下,慢慢地會變成彈簧形,就像在動脈血管的內壁形成了一層襯套,從而能防止動脈內壁過薄而帶來的危險。

在服裝業(yè)中,鎳鈦合金也有用武之地。在制造婦女使用的文胸時,如果用鎳鈦合金取代鋼絲支架,就能大大延長文胸的使用壽命。制造商根據每個婦女乳房的大小和需要,制造出在各種體溫條件下的特定產品,這種產品即使經過多次的洗滌晾曬,只要一碰到記憶中的體溫時,很快就能恢復原來的形狀。

金屬中的“貴族之家”

黃金貴重是人們都知道的。一方面是因為它的價格昂貴,另一方面是它的性能優(yōu)越。“真金不怕火煉”,這說明它在高溫下不會氧化,始終保持著原來的質量和金燦燦的光芒。所以黃金能長期保存不失重,不變色。

有沒有比黃金更貴重的金屬呢?

有。鉑系元素多數都比黃金貴。鉑系元素是指位于元素周期表第八族中的六個元素,釕、銠、鈀、鋨、銥、鉑。它們都是典型的貴重金屬。在所有的金屬元素中,鉑系可以說是一個“貴族之家”了。

“貴族之家”的全體成員,在地殼中幾乎全部都是以金屬狀態(tài)存在的,雖然有時它們也以硫化物和砷化物的形態(tài)存在,但總體上看來是無足輕重的。

它們在地殼中的含量不算很少,跟黃金差不多,有時還要多一些,但在地殼中住的過于分散,所以開采起來很不容易。比如從一噸含鉑的礦石中,通常只能獲得十分之一克的鉑。因而人們把它們一家都列入了稀有元素的行列。

從外表上看,除了鋨稍帶一點淺藍色外,其余都是一副討人喜歡的銀白色。從比重上來看,它們可以分為兩組。釕、銠、鈀比重都在十二左右,人們習慣上把它們“哥仨”稱為“輕鉑金屬”,而鋨、銥、鉑,比重都在二十二左右,人們把它們稱為“重鉑金屬”。

有意思的是,輕重兩組中的老大和老大之間,老二和老二之間,老三和老三之間,性格十分相似。

比如兩個老大——釕和鋨吧,在兩組中都是最難熔的,而且都硬而脆,不能忍受人們對它們進行加工;兩個老二呢,熔點在兩組中都居第二,人們能對它們進行一些加工;而最末的鈀和鉑,都是鉑系金屬中最易熔化的,它們的加工性能也是最好的。純凈的鉑在冷軋時,甚至可以做成厚度只有萬分之二十五毫米的鉑箔,將二十張這樣的鋁箔疊在一起,才有一張普通的白紙那樣厚。

在常溫下,鉑系金屬對于絕大多數物質都不加理睬,只有在高溫下,它們才變得活潑一些。有趣的是,多數鉑系金屬在高溫下對于抵抗各種元素的腐蝕的本領,各有一套“絕技”。

比如,鉑抵抗氧的本領,遠比其他五個高明;而釕最善于抵抗硫的腐蝕;銥對付氯最有辦法;而銠最不怕氟。

在化學“性格”上,鉑系金屬都表現(xiàn)出高度的穩(wěn)定性。在上面所說的三對“弟兄”中,前兩對的化學穩(wěn)定性極高,別說一般的酸它們不怕,就是王水也奈何它們不得。第三對——鈀和鉑,相比之下稍微活潑一些:鉑可以溶解在王水中,而鈀就更活潑了,甚至濃硝酸和濃硫酸也能使它蹤影全無。

鉑最可貴的性質,在于它能加速許多化學反應的速度。因此,它被人們用作催化劑。

例如:在一只空瓶中裝上氫氣和氧氣,在平常的情況下,即使放上幾十年,它們也是不會起反應的。然而,只要往瓶中放一點鉑粉,立即會爆發(fā)一聲巨響,瓶子里閃耀著火花——氫氣和氧氣劇烈化合成水。你往瓶中一看,鉑還是原來的樣子,沒發(fā)生什么化學變化。

鉑竟然還有火柴的作用:本來,煤氣燈都是用火柴來點著的,然而,如果在煤氣燈口放一塊鉑,雖然鉑是冷的,煤氣燈也是冷的,可是,過了一兩分鐘,鉑塊居然發(fā)紅了,煤氣燈也點著了。這道理也和上面的實驗一樣:煤氣和空氣中的氧氣在常溫下很難化合,但有了鉑作催化劑以后,它們就能直接化合,放出大量的熱,使鉑塊發(fā)紅,最后把煤氣燈點著。

鉑不但能催化許多化合反應,還能加速許多分解反應。例如,雙氧水是醫(yī)生常給病人消毒用的藥水,平常像水一樣,但只要撒進一點點鉑粉,立即白浪翻滾,分解出大量的氧氣。因此鉑現(xiàn)在是化學工業(yè)上重要的催化劑。

如果說,氣體能夠溶解在液體中,這,你是會相信的:用作化學肥料的氨水,可不就是氨氣溶解在水里制成的嗎?著名的強酸鹽酸,也是氯化氫氣體溶解在水中制成的;空氣也能溶解在水中,魚類就是依靠溶解在水中的氧氣來維持生命的。

但是,氣體居然也能大量溶解在固體中。最突出的例子,要算是金屬鈀了。鈀,是吸收氣體的能手,尤其是善于吸收氫氣。據測定,在常溫下,一體積的把可以吸收七百至八百體積的氫氣,這在所有的化學元素中,可以說是技高一籌。

大家知道,鈀是塊狀的金屬,但是,吸收了大量的氣體后,它的身體會發(fā)生很大的變化,明顯地脹大,變脆,有時還會裂成碎片。像海綿一樣的錯,吸收氫氣的能力最強。在常溫下,一體積海綿把可吸收入百五十體積氫氣;一體積膠狀的犯,甚至可以吸收一千二百體積的氫氣。不過,把它加熱到攝氏五十度,它就會把吸收的大部分氣體“吐”出來。

“吃”飽了氫氣的鈀粉,放在空氣中就能燃燒起來。不僅鈀能吸收氣體,它形成的合金也能吸收氣體。

據科學家們用X射線研究表明,鈀吸收大量的氫氣后,內容結構會發(fā)生一些變化,而且,氫也不是以原子狀態(tài)存在于鈀中,而是形成了離子,所以,含氫的鈀實際上是一種合金。

鈀的這一奇怪的特性,在化學工業(yè)上有著重要的應用,人們把鈀作為催化劑。在鈀的催化下,可使液態(tài)的油脂加氫,變成固態(tài),可以使不飽和的有機化合物,變成飽和的有機化合物。

小朋友,你們知道在元素的大家族中,誰的身體最重嗎?

這個問題的答案就是鋨和銥。它們是最重的金屬,也是最重的元素。每立方米的鋨重達226噸,每立方米的銥重達225噸,它們的密度是鉛的兩倍,鐵的三倍。

鋨會與氧氣發(fā)生反應生成四氧化鋨,四氧化鋨的氣體,有一股特殊的臭蘿卜似的氣味,鋨的命名,就是從這臭味而來的——鋨的拉丁文意思就是“有臭味”。四氧化鋨是一種劇毒氣體,人的眼睛受到它的毒害后會雙目失明。

四氧化鋨是一種無機化合物。在一般情況下,無機化合物易溶于水,而難溶于有機溶劑。四氧化鋨偏偏不是這樣,它在有機溶劑中的溶解度,要比水中大得多。它的這個倔脾氣在醫(yī)學上很有用處,例如制造各種微小的動物組織的實驗標本時,常常要請它幫忙。

銥跟鋨一樣,是一種十分堅硬的金屬。在許多金屬里,只要加進少量的銥,就能得到非常堅硬耐磨的合金。

現(xiàn)在保存在法國巴黎的大名鼎鼎的國際米尺標本,就是用含有百分之九十鉑和百分之十銥的合金做成的。

銥的化合物,常常具有各種美麗的色彩,因此,銥的拉丁文原意就是“彩虹”。

你曾注意過這樣一件事嗎:在特制的金筆尖的頭上,都有一粒銀白色的小東西,而普通的鋼筆尖上卻沒有。

這顆小圓粒就是鋨銥的合金。金筆尖之所以比鋼筆尖耐用,關鍵就在這粒銀白色的“小點”上,因為金屬鋨銥的合金十分堅硬、耐磨,用作筆尖的“尖端”,就使筆尖更加耐用。據人們試驗,如果把金筆尖和鋼筆尖同時放在一塊油石上磨,一小時后,金筆尖只磨損了七公絲,而鋼筆尖卻磨損了五百一十公絲。

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