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浮光掠影话金属(Ⅰ)

2013-01-28 字号:[ ] 编辑:56hx 来源:未知 浏览:
周期表上100多种元素中,除了约20种是非金属外,其余绝大部分是金属。
    凡是金属就有金属的共性,如它们都是晶体,有良好的导热性、导电性和延展性。与此同时,各种金属往往又有独特的个性,如金属汞在-38.5℃时就熔化了,在常温下是液体,人们称之为“水银”,而金属钨要到3410℃才能熔化,人们用它作灯丝,让它热到白炽而发光。再如金属锂非常轻,密度仅为水的1/2,可以漂浮在水面上,而锇或铱密度是铅的2倍,用它们做“铅球”可就有分量了。正因为金属各具特色,所以它们能在不同的岗位上发挥着难以替代的作用,为现代文明生活增添着色彩,成为人类朝夕相伴的亲密朋友。
    然而,从文明的发展过程看,金属的使用却是比较晚的。人类最早使用的材料仅限于石头、木材和兽骨。原因之一是,除了极少数例外,金属元素多半和其它元素化合在一起,不容易识别和提炼,而原始人只会使用那些通过简单加工就能使用的材料。
    他们开始使用金属的契机可能是这样的:首先,偶然地发现了天然金块,甚至是铜块(天然纯铜也有,但较少,到目前为止,发现的最重一块天然纯铜重420吨)。其次,可能是发现了金属陨石的优点。再次,就是当他们在含有矿石的石头上生火时发现了金属,如锡石(二氧化锡,最重要的锡矿)可能熔化,被碳还原成纯锡,锡液流出后凝固,从而被人发现。在漂亮的孔雀石(还有辉铜矿、赤铜矿等)上长期生火,也可能在灰烬中找到金属铜,擦拭之后,在太阳下亮光闪闪,像石块那样坚硬,但敲击之下又可以随心所欲地改变形状而不像石头那样易破碎,可以熔化后倒进模子里凝固成预想的形状,人们感到惊异的同时,决定将它作为装饰品。
    当某种金属极其稀少而特别珍贵时,它的首要用途可能就是作装饰品。以至于到了19世纪初,铝还是一种贵重的装饰品。除此之外,金属的最早用途是充当货币,这也是由于它的稀有、美观和不会因日久而变形。金、银、铜,甚至铁都起过这样的作用。
    直到古人发现了金属的另一些特点,如能够打造出比石块锋利的刀刃时,金属才成为一种工具材料。铜是人类第一种大量使用的金属,与此同时,“石器时代”宣告结束。
    公元前4000年左右,人类进入了“铜器时代”。最开始只是使用纯铜,纯铜呈紫红色,俗称紫铜、赤铜或红铜,故又称为“红铜时代”。
    接着人们又发明了炼制“青铜”的办法,青铜的熔点比纯铜低,冶炼、浇铸所需的温度较低,最主要的是青铜比纯铜硬度大,可以制造兵器和各种工具,因此,得到了广泛的应用。自此人类历史进入了“青铜时代”。青铜,就是铜与锡的合金。我国古代的镜子,就是用青铜作的,故有“以铜为鉴”的说法。青铜耐磨,现代用它做轴承的材料。战国时代的“六齐”,对铜锡合金的比例有科学的记载。如“五分其金(铜)而锡居其一,谓之斧斤之齐(剂);四分其金而锡居其一,谓之戈戟之齐;……”
    其实,纯铜虽然有软的缺点,但这也使它具有良好的延展性,可以拉成极细的丝。由于纯铜的导电性非常好,在所有金属中仅次于银,但铜比银便宜得多,因此成了电气工业的主角。此时,反过来要求铜越纯越好,因为极少量的杂质都会大大降低铜的导电率。现代用电解法精制铜。即将粗铜作阳极,以硫酸铜溶液作电解液,纯铜在阴极上沉积,可得99.99%的纯铜。
    除了青铜外,常见的铜的合金还有黄铜,即铜与锌的合金。其颜色随着铜锌比例不同,从红到黄连续变化,故可控制含锌量使其颜色与金极为相似,制成的“伪黄金”,没有经验的人很难鉴别。黄铜的机械强度和耐腐蚀性较好,被用来制造各种零件和器皿,以及子弹壳和炮弹壳。
    要制青铜就得有锡,故锡的使用可以说与铜同样具有悠久的历史。我国所谓的“五金”就是指金、银、铜、铁、锡,说明它们是古代最常见的金属。当然,现在“五金商店”的五金,已成为各种金属工具和零件的代名词了。
    在我国的周朝,锡壶、锡烛台之类的锡器就已很普遍了。3000多年前的先秦古籍《考工记》就记载了炼锡及浇铸的工艺。锡的熔点很低,一些钓鱼爱好者用牙膏壳的锡(现在已逐渐由铝代替了)自制鱼钩上的锡缀,在炉火上很容易就能将锡熔化。锡在地壳中的含量很少,只占十万分之四,但我国的储量较丰富,占世界第一。云南的个旧是举世闻名的锡都。
    锡的大宗用途是制“马口铁”。由于锡不易被锈蚀,展性又较好(延性不行、锡丝一拉就断)故把锡镀在铁皮上保护铁。1吨锡可覆盖7000多平方米铁皮,故马口铁很便宜,被大量用来制作罐头等。解放前,我国的马口铁完全依赖进口。最早是英国人从西藏一个叫马口的地方输入的,故此得名。
    “铁器时代”的到来结束了“铜器时代”。其实,人类知道铁和铜一样早,但在此前一段很长的岁月里,陨石是铁的惟一来源。直到人类掌握了从矿石中冶炼铁的技术,开始大规模炼铁以及浇铸铁器,及至学会控制含碳的比例而获得钢,铁才充分显示出自己的作用。直到今天,仍然可以说还是“钢铁时代”,但其含义只是说钢铁产量仍然比其它任何一种金属更大一些而已。
    文明发展到今天,人类不会满足只有少数几种金属,而是要全面开发各种金属的潜能,利用它们各有千秋的长处为人类服务。在大量使用铜和铁之后,人类较大量使用的第三个金属是铝。因为铝是地球上最多的金属,且有轻而坚的优点,铝在20世纪初成为最时髦的金属。
    在20世纪中叶,镁也风光了起来。镁与铝根相似,是银白色的轻金属。镁比铝更轻且十分坚硬,机械性能也不错。人们自然地想到利用它作飞行器,早在1910年,德国就已经用镁、锌合金制造飞机了。一次大战后,镁铝合金得到了广泛的应用。
    镁在地壳中的丰度只有铝的1/4,化学性质也比铝更活泼,因此,欲从矿石中获取它,就比铝的代价更高。但镁和铝、铁不同的是,它大量存在于海水之中。海水又咸又苦,咸是因为
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