书城科普读物社会文明的标志——化学
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第10章 千姿百态的金属(3)

作为代表当时最先进的金属冶炼、铸造技术的青铜,也主要用在祭祀礼仪和战争上。夏、商、周三代所发现的青铜器,都是作为礼仪用具和武器以及围绕二者的附属用具,这一点与世界各国青铜器有区别,形成了具有中国传统特色的青铜器文化体系。

铜被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域,在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。铜在电气、电子工业中应用最广、用量最大,占总消费量一半以上。铜用于各种电缆和导线,电机和变压器,开关以及印刷线路板在机械和运输车辆制造中,用于制造工业阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。

在化学工业中广泛应用于制造真空器、蒸馏锅、酿造锅等。在国防工业中用以制造子弹、炮弹、枪炮零件等,每生产300万发子弹,需用铜13吨~14吨。在建筑工业中,用做各种管道、管道配件、装饰器件等。

铜具有独特的导电性能,是铝所不能代替的,在今天电子工业和家用电器发展的时代里,这个古老的金属又恢复了它的青春。铜导线正在被广泛地应用。从国外的产品来看,一辆普通家用轿车的电子和电动附件所须铜线长达1公里,法国高速火车铁轨每公里用10吨铜,波音747-200型飞机总重量中铜占2%。

最近几十年,人们还发现铜有非常好的医学用途。20世纪70年代,我国医学发明家刘同庆、刘同乐研究发现,铜元素具有极强的抗癌功能,并成功研制出相应的抗癌药物“克癌7851”,在临床上获得成功。后来,墨西哥科学家也发现铜有抗癌功能。最近,英国研究人员又发现,铜元素有很强的杀菌作用。相信不久的将来,铜元素将为提高人类健康水平做出巨大贡献。

与女神同名的金属——钒

钒是一种银白色金属,在元素周期表属于VB族,与钨、钽、钼、铌、铬和钛等被称为难熔金属,具有耐盐酸和硫酸的本领。

人所离不开的元素

钒是人的正常生长必需的矿物质,有多种价态,有生物学意义的是四价和五价态。四价态钒为氧钒基阳离子,易与蛋白质结合形成复合物,而防止被氧化。五价态钒为氧钒基阳离子,易与其他生物物质结合形成复合物,在许多生化过程中,钒酸根能与磷酸根竞争,或取代磷酸根。钒酸盐以被维生素C、谷胱甘肽或NADH还原。其在人体健康方面的作用,营养学界和医学界至今仍不是很清楚,仍处在进一步发掘的过程中,但可以确定,钒有重要作用。一般认为,它可能有助于防止胆固醇蓄积、降低过高的血糖、防止龋齿、帮助制造红细胞等。人体每天会经尿液流失部分钒。

一波三折的发现

1830年瑞典化学家塞夫斯特伦(1787~1845)在研究斯马兰矿区的铁矿时,用酸溶解铁,在残渣中发现了钒。因为钒的化合物的颜色五颜六色,十分漂亮,所以就用古希腊神话中一位叫凡娜迪丝“Vanadis”的美丽女神的名字给这种新元素起名叫“Vanadium”,中文按其译音定名为钒。塞夫斯特伦、维勒、贝采里乌斯等人都曾研究过钒,确认钒的存在,但他们始终没有分离出单质钒。在塞夫斯特伦发现钒后三十多年,1869年英国化学家罗斯科(Roscoe.H.E,1833~1915)用氢气还原二氧化钒,才第一次制得了纯净的金属钒。

在自然界中还有许多低等动物,比如海里面的海星、海胆等,它们的血液是蓝色的。而在高等动物与低等动物之间还有一些动物的血液是绿色的。

为什么血液会有这些不同的颜色呢?

原来,高等动物的血液中含有铁离子,铁离子呈现出的是红色,所以高等动物的血液就是红色的。低等动物的血液中含的是铜离子,铜离子的溶液是蓝色的,因而低等动物的血液是蓝色的。居于它们之间的那些动物的血液中含有三价钒离子,三价钒离子显绿色,所以这些动物的血液就是绿色的。

钒的踪迹遍布全世界。在地壳中,钒的含量并不少,平均在两万个原子中,就有一个钒原子,比铜、锡、锌、镍的含量都多,但钒的分布太分散了,几乎没有含量较多的矿床。

在海水中,在海胆等海洋生物体内,在磁铁矿中,在多种沥青矿物和煤灰中,在落到地球的陨石和太阳的光谱线中,人们都发现了钒的踪影。

可以说,几乎所有的地方都有钒,可是世界各处钒的含量都不高。

表面看来,钒跟铁没什么两样,同样穿着银灰色的衣服,但钒比铁要坚硬得多,而且在常温下,钒十分“冷静”,它不会被氧化,即使把它加热到摄氏三百度,它依旧如故,仍然是亮堂堂的。它也不怕水、各种稀酸和碱液的腐蚀。

“吃人妖湖”里的秘密——汞

汞是在正常大气压力的常温下唯一以液态存在的金属。熔点为-38.87℃,沸点为356.6℃,密度为13.59克/立方厘米。汞是银白色液体金属。

汞的性质与用途

汞的内聚力很强,在空气中稳定;蒸气有剧毒;溶于硝酸和热浓硫酸,但与稀硫酸、盐酸、碱都不起作用;能溶解许多金属。化合价为+1和+2。汞的七种同位素的混合物,具有强烈的亲硫性和亲铜性,即在常态下,很容易与硫和铜的单质化合并生成稳定化合物,因此在实验室通常会用硫单质去处理撒漏的水银。

汞的用途较广,在总的用量中,金属汞占30%,化合物状态的汞约占70%。冶金工业常用汞齐法(汞能溶解其他金属形成汞齐)提取金、银和铊等金属。化学工业用汞作阴极以电解食盐溶液制取烧碱和氯气。汞的一些化合物在医药上有消毒、利尿和镇痛作用,汞银合金是良好的牙科材料。在中医学上,汞用作治疗恶疮、疥癣药物的原料。汞可用作精密铸造的铸模和原子反应堆的冷却剂以及镉基轴承合金的组元等。

人类使用汞的历史

据史料记载,在秦始皇墓葬之前,已经有一些王侯在墓葬中开始灌输水银,例如齐桓公葬在今山东临淄县,其墓中倾水银为池。这就是说,我国在公元前6世纪或更早已经取得大量汞。

我国古代还把汞作为外科用药。1973年长沙马王堆汉墓出土的帛书中有《五十二药方》,抄写年代在秦汉之际,是现已发掘的我国最古医方,可能处于战国时代。其中有四个药方就应用了水银。例如用水银、雄黄混合,治疗疥疮等。

东西方的炼金术士们都对水银有很浓厚的兴趣。西方的炼金术士们认为水银是一切金属的共同性——金属性的化身。他们所认为的金属性是一种组成一切金属的“元素”。

我国炼丹师把丹砂,也就是硫化汞,置于空气中燃烧,得到汞,但是生成的汞容易挥发,不易搜集,而且操作人员会发生汞中毒。于是他们在实践中积累经验,改用密闭方式制汞,有的是密闭在竹筒中,有的是密闭在石榴罐中。

根据西方化学史的资料,曾在埃及古墓中发现一小管水银,据历史考证是公元前16~前15世纪的产物。但我国古代劳动人民首先制得了大量水银。

在俄罗斯卡顿山区有一个神奇的湖泊。那湖水清亮如镜,四周草绿山青,湖面还会不断冒出蔚蓝的蒸气,如同仙境。但这个湖却是一个吃人的妖湖,凡去那个湖的人,都会神秘失踪。

有一年,一位画家来到这里,听说了水妖湖的事,他不觉得这个湖有什么危险,反而认为这里的人们愚昧迷信,决定去那里写生。

于是,他一大早就出发,来到那湖边,见风景奇丽,非常兴奋,立即拿出画板进行绘画。画家全神贯注地画了一会,突然就感到一阵恶心、头晕、呼吸急促,他立即意识到可能要发生意外,于是他匆匆离开了那里。回家后,他生了一场大病,差一点丢掉了性命。

有一天,他与朋友说起了这件事情,还拿出画请朋友欣赏。这位朋友是一位地质学家,看到画面上有一个小湖,周围山上尽是红色的岩石,湖面在阳光下升起蔚蓝色的蒸气,很是好奇。

后来,这位地质学家在用显微镜观察硫化汞矿石时,突然想到画家的那幅画,他想那画中的红石头会不会是硫化汞矿石?银白色的湖水会不会就是硫化汞分解出来的金属汞呢?蓝色的微光会不会就是汞蒸气的光芒?

为了证明自己的猜想,地质学家便对“水妖湖”进行了实地勘查,终于揭开了“水妖湖”的奥秘。