第2章 “金属元素”总动员：金属元素

闻名金属界的“软骨头”

在我们的印象里，金属一般都是“硬骨头”，但有一种金属却是出了名的软骨头，用小刀就可毫不费力地将它切开！

19世纪60年代，德国的一位化学家本生和另一位物理学家基尔霍夫，二人互帮互助，密切配合发明了观察光谱的仪器——分光镜。从此，化学家就像练就了火眼金睛，躲在矿物中的元素纷纷现出了原形，铯就是利用光谱分析法从矿泉水中捕获的。

有一天，本生在观察刚采到的一瓶杜尔汉矿泉水，把它烧开、蒸发后，再浓缩，放到分光镜里一照，他看到了钠、钾、锂、锶等许多熟悉的光谱，同时，还意外地发现了两条从未见过的天蓝色的光谱线。

这是什么物质发出的光谱线呢？他想来想去，就是想不出、辨不清，最后只好把自己和基尔霍夫画的那本彩色光谱图表搬出来，认真地对照起来，可是，图表上没有这种谱线的记载……本生怕搞错了，把实验又做了一遍，并与图表再次核实，才充满信心地说：“没错，我又发现了一种新元素！”本生将它取名为“铯”。在拉丁文中，铯就是天蓝色的意思。

也许是巧合，铯的用途也和宇宙有关系，人们为了探索宇宙，必须有一种崭新的、飞行速度极快的交通工具。一般的火箭、飞船都达不到这样的速度，最多只能冲出地月系；只有每小时能飞行十几万公里的“离子火箭”才能满足要求。而铯原子因为最外层电子极不稳定，很容易被激发放射出来，变成为带正电的铯离子，所以它是宇宙航行离子火箭发动机理想的“燃料”。

科学家计算表明，用这种铯离子作宇宙火箭的推进剂，单位重量产生的推力要比现在使用的液体或固体燃料高出上百倍。这种铯离子火箭可以在宇宙太空遨游一二年甚至更久。

【化学1+1】

废物变魔手——铯的放射性

据外电报道，几年前，在巴西的大城市戈亚尼亚，发生过一起导致放射性事故的安全破坏活动，一家私人放射治疗研究所乔迁，将铯-137远距治疗装置留在原地。

后来，房屋被部分破坏，铯-137源变得不安全。两个清洁工进入该建筑，不知道这是个什么装置，以为它有废物价值，就将源组件从机器的辐射头上拆下来。他们把这个组件带回家，并试着拆卸，不料源盒破裂了，结果产生环境污染。

这次事件，造成了14人受到过度照射，4人4周内死亡。约有112000人要接受监测，249人受到了污染。数百间房屋不得不受到监测，并发现85间已经被污染，数百人不得不被疏散，整个去污活动产生5 000立方米放射性废物，这个废物显然已经变成了污染环境，危害人们生命安全的魔手了。

神奇女儿国

曾在广东有某一山区的村寨里，数年前连续出生的都是女孩，这下可把人们给急坏了，照这样下去，这个地区岂不变成女儿国了吗？有的人求神佛，也无济于事。

这时有位风水老者说道：“地质队在后龙山寻矿，把龙脉破坏了，这是坏了风水的报应啊！”于是，迷信的村民们，千方百计地找到了原来在此地探矿的地质队，闹着要他们赔“风水”。地质队又回到了这个山寨，进行了深入的调查，终于找到了原因。

原来是在探矿的时候，钻机把地下含铍的泉水引了出来，扩散了铍的污染，使饮用水的铍含量大为提高，人们长时间饮用这种水，会导致生女而不生男。

经过段时间的治理，此地的情况得到了好转，在这个“女儿国”里又有男孩子出生了。

【化学1+1】

怎么撞都擦不出火花来的金属

一般情况下，金属与金属相互碰撞时，不但有声响，还会冒出火花来。所以，在加油站、煤气站以及运输易燃易爆物品时，尽量不使用金属物品，以免发生碰撞，冒出火花，造成危险。铍与铜和镍的合金在与石头或其他金属撞击时，不会迸出火花。人们利用这种铍合金与众不同的性质，制成了专门用于矿井、炸药工厂、石油基地等易爆区使用的锤子、凿子、刀铲等工具，为减少爆炸事故和火灾做出了贡献。

放在手里怕化了的家伙

伍尔兹院士在巴黎科学院召开的例会上宣布：三天前，他的学生布瓦博德朗在某种闪锌矿中发现了一种新元素，并建议将这种元素命名为镓，以纪念法国（法国的古称为“家里亚”）。

镓被发现的消息被宣布后不久，布瓦博德朗就收到了一封来自俄罗斯的信，信中这样写道：“尊敬的布瓦博德朗先生，您所说的镓就是我四年前预言的‘类铝’，它的比重（现称密度）应为5.9左右，而不是您所说的4.70，请您再测一下吧……”信尾的署名是：德米特里？伊凡诺维奇？门捷列夫。

太有意思了，一位世界上唯一拥有金属稼的科学家在巴黎实验室中借助精确的测量和实验，测得了它的比重，而另一位从未见过镓元素的科学家却在千里之外彼得堡的书房中说他测错了！

布瓦博德朗将信将疑地在实验室重测了镓的比重 （密度），结果，果然是自己测错了，镓的比重（密度）是5.94！

布瓦博德朗对门捷列夫佩服得五体投地，他想到的第一件事就是立即给门捷列夫寄了一张自己的照片，背面写上：谨向我的朋友门捷列夫伯爵致以诚挚的敬意和热情的祝愿。

镓在常温下看上去象一块锡，如果你想把它放在手心里，它马上就熔化了，成为银亮的小珠。原来镓的熔点很低，只有29.76℃。镓的熔点虽然很低，可是沸点却非常高，竟高达2204℃。因此，人们就利用镓的这个特性来制造测量高温的温度计。把这种温度计伸进炉火熊熊的炼钢炉中，玻璃外壳都快熔化了，里边的镓还没有沸腾，如果用耐高温的石英玻璃来制造镓温度计的外壳，它能够一直测到1500℃的高温。所以，人们常用这种温度计来测量反应炉、原子反应堆的温度。

【化学1+1】

与高科技的不解之缘

如果镓同玻璃合作，就会有增强玻璃折射率的效能，可以用来制造特种光学玻璃。因为镓对光的反射能力特别强，同时又能很好地附着在玻璃上，进而形成“镓镜”。 镓镜能把70%以上射来的光都反射出去，因此很适宜做反光镜。

另外，镓的一些化合物，如今与尖端科学技术结下了不解之缘。砷化镓是近年来新发现的一种半导体材料，性能优良，用它作为电子元件，可以使电子设备的体积大为缩小，实现微型化。人们还用砷化镓做元件制成了激光器，这是一种效率高、体积小的新型激光器。此外，镓和磷的化合物——磷化镓是一种半导体发光元件，能够射出红光或绿光，人们把它做成了各种阿拉伯数字形状，在电子计算机中，就利用它来显示计算结果。

假冒伪劣的银子比金子都贵

古时候，在加勒比海上，经常有船只载着金银珠宝来来往往。有一天，一支远洋的船队发现了“劣质银”——一种银白色的银子。

此时，奸商们为了获取更多的利益，悄悄地把这些“劣质银”带回了本土，并且以廉价出售给珠宝商。

一些珠宝商为了赚更多的钱，根本不在乎这是“劣质银”，便请工匠们把“劣质银”掺进了黄金中，有的干脆仿造成金币在市场上流通起来，严重地影响了当地的经济秩序。

当地官员将此情况禀报国王后，国王大怒，便下令把全国所有的“劣质银”倒进大海，私藏者一律问斩。

各官员接到指令后，便把收缴的大量“劣质银”倒进了汹涌的大海中。

事实上，那时的人们并不知道这“劣质银”到底是一种什么物质。后来，英国的博朗吕克博士在大量研究探索后最终发现，“劣质银”其实并不是什么劣质的银子，而是一种新物质——铂，即我们俗称的“白金”。如今，这个曾经的“劣质银”不但比金子还贵重，而且成了最好的装饰品之一。

【化学1+1】

风行欧洲多年的铂丝酒精灯

1820 年，英国化学家戴维做了这样一个实验：先用酒精把铂丝润湿，然后点燃。他发现，这时酒精燃烧得特别剧烈，能使铂丝温度达到炽热程度，发出很亮的光来。于是，戴维做了一种铂丝酒精灯，用它来照明。这灯在欧洲风行了许多年。

铂丝之所以炽热，是因为铂可以对酒精氧化起催化作用，使它在自己表面燃烧得更激烈。人们利用铂的这种性质，还制成了一种玩具打火机：它是在酒精容器的盖子里，装上一支细铂丝。只要打开瓶盖并把铂丝放在瓶口，酒精就在铂丝表面与氧气反应。稍过一会儿，反应所放的热就把酒精蒸气点燃了，从而成为一种不点自燃的“自来火”。

沥青渣里的“金子”

1896年，法国科学家贝克勒尔发现了具有天然放射性的元素——铀。居里夫人被这一发现所吸引，她开始对天然放射性元素作进一步探讨。

着了迷似的居里夫人，整天把自己关在实验室里拼命地研究着。在对含铀量较高的沥青矿物的研究中，居里夫人吃惊地发现在沥青矿物中还有一种比铀和钍的发射性强度大得多的未知元素——钋。

1898年12月26日，居里夫人再次宣布一种新的元素——镭。

“怎么让我们相信你的发现呢？请把新元素给我们看看！”

注重实际的科学家们向居里夫人提出了似乎并不苛刻的要求。可是，要提取纯镭极为困难，因为新元素含量极其微小，即使在放射性最强的沥青铀矿中，镭的含量也大约只有矿石总量的百万分之一。多么微乎其微的百万分之一！要从沥青矿石中提取镭，无异于大海捞针。

但百折不挠的居里夫人没有被困难所吓倒。时间一天一天过去了，居里夫人在热气腾腾的小屋里一锅一锅地煮着沥青，朋友们都打趣地说她在沥青渣里找金子呢。

终于在一个漆黑的夜里，破旧的小木棚中，在黑暗的角落里，试管里一粒小得可怜的镭，正闪烁着淡蓝色的荧光。

居里夫人忘情地注视着，就像慈祥的妈妈在凝视着自己的初生儿。幸福的泪水，顺着她的面庞流了下来。

【化学1+1】

命短的“镭女郎”

在镭被发现不久后，便引起了制造商们的注意，很快，市场上就流行了夜光手表。只要在硫化锌中加入少许硫酸镭，便可以让物体发出绿色的光。这是因为镭释放出的高能量α粒子会将硫化锌中的电子提升到一个高能量的状态，当这些电子恢复原状时，就会以光的形式释放它们所吸收的能量。

20世纪70年代，美国镭霆表盘公司在伊利诺伊州的渥太华建立了工厂，在那里工作的大都是一些冲着高工资而去的年轻女孩，人们把她们叫做“镭女郎”。然而，她们不知道，灾难正在一步一步的走向自己。

之后，有些女孩开始有些不适，但是没有人当一回事，直到一个25岁的女离奇死亡后，人们才开始进行调查，最终发现是镭导致的。

事实上，镭具有潜伏性，它和钙一样可以被吸收到骨头里，镭释放出的α粒子不仅能毁掉人的骨头，还会毁掉骨髓中的血细胞，最终导致死亡。

谁是“鬼剃头”的幕后黑手

《西游记》中有个国王做了个荒唐的梦，于是开始屠杀和尚，正巧被唐僧师徒遇到，孙悟空为了惩罚国王，半夜化作飞蛾，将国王及其爱妃、皇子、大臣的头发都剃光了。一夜之间没了头发，这是孙悟空搞的鬼。然而，有一个村子里的村民却也被“剃头”了，这次可不是孙悟空搞的鬼。

我国南方某省的一个名叫回龙村的山寨中曾发生了这样一件怪事：全寨老少村民的头发相继脱落，原因不明。有人便认为这是由于寨子里的人触犯了阴间，毁坏了寨子的风水，于是山寨头人带领寨子里的人开始杀猪宰羊，供奉阎王，让阎王开恩，不计前嫌。并称这种现象为“鬼剃头”。

“鬼剃头”弄得村里寨外人心惶惶，后来，随着科学的发展，终于揭穿了“鬼剃头”的真相。

原来“鬼剃头”是铊搞的鬼。

金属铊是一种比铅略轻的金属，在自然界中没有独立的矿藏，制取铊的主要原料是煅烧某些金属硫化物矿石后产生的灰。如果人体摄入过量的铊，就会妨碍毛囊中角质蛋白的形成而引起毛发脱落，严重时甚至会昏迷。

关于铊的发现还要追溯到1861年。这一年英国化学家和物理学家克鲁克斯在分析一种从硫酸厂送来的残渣时，先将其中的硒化物分离掉，然后用分光镜检视残渣的光谱，发现在光谱中的亮黄谱线，有两条是从来没有见到过的，带有新绿色彩。

他断定这种残渣中必定含有一种新元素，并把它命名为“铊”，拉丁文意思为“刚发芽的嫩枝”即绿色。

第二年，法国化学家拉密从硫酸厂燃烧黄铁矿的烟尘中分离了黄色的三氯化铊，他用电解法从中分离出了金属铊。

【化学1+1】

铊的用途

铊是一种重要的稀有金属资源。20世纪80年代以来，铊被广泛用于电子、军工、航天、化工、冶金、通讯、工业等领域。

铊在工业上主要用于制造光电管、合金、低温温度计、颜料、染料、焰火。溴化铊和碘化铊是制造红外线滤色玻璃的原料。硫酸铊可制造杀虫剂和杀鼠剂。醋酸铊曾用于脱发治疗头癣。

然而，随着铊需求量的日益增加，含铊资源开发的活动不断地拓展，因此，环境污染及职业性接触对人体健康的潜在威胁应引起人们的重视。

从岩石里跑出来的“锂”

1817年，瑞典人阿弗事聪在分析锂矿石时发现了锂元素，锂的发现过程源自一段趣事、

有一段时间，阿弗事聪对学业感到特别迷茫，不知道自己该做些什么，有一天他将自己的状况告诉了教授，教授对他说：“实验室里有一种从攸桃岛采集来的矿石，这种矿石到目前为止，还没有人专门研究过它的组成成分，你就研究它吧！”接下来，阿弗事聪便对这块矿石的化学构成，用化学方式进行了分析。

他在分析矿石时发现，这块矿石是由氧化硅和氧化铝组成的。但同时发现：这几种元素的含量为97%，和整块矿石的总重量相差3%。也就是说，矿石的组成成分总重量为97%，缺少3%。

“这是怎么回事呢？”阿弗事聪觉得很奇怪。

他又进行了几次分析，结果一再表明氧化硅、氧化铝的含量确实与矿石的总重量不相符合，误差仍为3%。

“这究竟为什么？”阿弗事聪非常纳闷。

为了弄清这个问题，阿弗事聪又进行了深入的的研究。他发现，剩下的3%的元素，它的特性和钾、钠、镁非常相似。

于是，他继续研究，但结果并非如此。

阿弗事聪感到非常困惑。经过一番细致的思考之后，他忽然想到：“难道这种矿石中含有某种未知的新元素，没能被分析出来？”阿弗事聪高兴得眉飞色舞。

于是，他立即把实验分析的情况向教授做了报告，教授对他非常支持，要他再接再厉，并给予他帮助。经过一段时间的实验探讨后，师生俩高兴地大喊“这是新元素”。他们把这种新元素叫做“锂”，希腊文是“岩石”的意思，因为锂是从锂矿石里发现的。

【化学1+1】

锂离子——安定情绪的好帮手

锂离子（Li+）是一种情绪安定剂，被广泛用于躁郁症（一种躁狂和抑郁状态反复出现的疾病）的治疗上。用于抑郁症时，锂也可增强其它抗抑郁药物的效果。

由于锂有着情绪安定的功效，它也成为一个符号，受到流行文化的追捧。许多歌曲也都与锂相关，例如歌名或都歌词中带有锂的字眼。虽然锂具有安定情绪的效果，但是锂本身具有较大的副作用，所以，还是要慎用，以免影响健康。

金属也能冷胀热缩

金属的通性是热胀冷缩，可有两种金属却与众不同，反而冷胀热缩，这就是锑和铋。

15世纪，欧洲的一些炼金士开始用锑的化合物炼“长生不老药”。据说，在古代西方国家的僧侣中，有许多曾经患上了癞病。僧侣们为此十分苦恼，可是又毫无办法。有一天，一位传教士遇到了患上癞病的僧侣，让他使用辉锑矿的矿石来治疗。这位僧侣使用后，确有些效果，便一传十，十传百使用开来。可是，这种“药”并不能彻底根除癞病，僧侣们只好长期服用。

由于僧侣们长期服用锑矿石的矿物质后，体内的锑越积越多，造成了锑中毒，不但没有把病治好，病情往往会加重，有的还送了性命。直到17世纪，德国人邵尔德才发现了锑这种金属。

而铋则是在18世纪被确定为一种金属。当时，法国化学家埃洛在英国的康瓦尔发现，当地的熔炼工人将一种金属加到锡中一起熔化后，锡就变硬了。随后他用吹管从辉铋矿中还原出了一小粒金属铋，但他并没有弄清这是一种什么金属。不久，英国的分析化学家赫弗里仔细研究了这种金属后，才确认它是一种新金属，并且写了《铋的化学分析》一书，正式向化学界宣布，铋是一种独立的新金属。

【化学1+1】

被叫错名字的锑和铋

锑和铋在自然界主要存在于辉锑矿和辉铋矿中，只要把这两种矿石在空气中焙烧，就能生成白色的氧化锑和黄色的氧化铋。再将这两种氧化物与木炭一起焙烧，很容易就能得到金属锑和铋。

由于金属锑和铋质地柔软，与铅和锡十分相似，所以长期以来，古代各国的人们都将它们误认为铅或锡。

得“瘟疫”的银器

在家里收藏古董的人都知道，古董放在橱柜里，一般是不会变色的，可有一位商人的古董却变黑了，这个事件并非虚构。

马提尼岛在拉丁美洲的加勒比海，在这个岛上有一个商人，他对古董情有独钟。有一天，他像往常一样，来到橱窗前察看自己精心收藏的一批古董，并无意间发现一件精致的银壶上有一层黑影，像抹了层淡淡的灰。他赶紧找来抹布，想把它擦干净，但是，无济于事……

临出门前，这位商人还特别叮咛管家，一定要想办法把那件银壶弄干净。

十几天以后，商人又回到了岛上，发现银壶上的黑影根本没有擦去，便满腔怒气地向管家发火，并斥责管家偷懒。管家满脸委屈地说：“我已经想了许多办法，仍然无法恢复如初。不仅如此，岛上其他银器也变黑了，像得了什么瘟疫似的。”

没过几天，更奇怪的事又发生了，商人刚带回来的一批银器也变得黑糊糊的。商人见了，惊得目瞪口呆，却不知道这是为什么。

直至有一天，马提尼岛火山爆发，空气中充满着难闻的硫黄味儿。商人才恍然大悟：这银器变黑一定与空气中的硫磺味儿有关！其原理是，硫磺里的硫与和银发生化学反应，生成黑色的硫化银。

【化学1+1】

变黑的银饰

我们平时带的银首饰也会变黑。银饰变黑是正常的自然现象，因空气和其他自然介质中的硫和氧化物等对银都有一定的腐蚀作用，在佩戴一段时间后，就会出现一些微小的斑点（硫化银膜），久之会扩散成片，甚至变成黑色，所以，目前银饰都有一些因氧化而变色现象。

下面将介绍一些关于保养和去除银饰表面氧化物、恢复银饰亮泽的方法：

1.避免银饰接触水汽和化学制品，避免戴着游泳，尤其是去海里。

2.每天将银饰用棉布擦干净，放到首饰盒或袋子里密封保存。

3.银饰已经氧化变黑了，可以用软毛刷子蘸牙膏刷洗，也可用手搓香皂或清洁剂等方式清洗，实在无法处理干净时才用洗银水擦洗，洗完后银饰均要用棉布擦干。

钾——淡紫色的火舌

1807年，英国化学家戴维与助手埃德蒙制作了一个庞大的电池组。戴维想，既然电解水能生成氢和氧，那么电解别的物质也会生成新的元素，于是他开始拿苛性钾做试验，希望隐藏在苛性钾中的物质经不住它的作用跑出来。他们起先试图电解苛性钾饱和溶液，但失败了，因为结果与电解水没有什么区别。

“难道苛性钾真的不能分解？是方法不对吗？”戴维疑惑地想着。

后来他们改变了实验方法，将苛性钾先在空气中暴露数分钟，使它表面略微潮解，成为导电体，然后放置在一个绝缘的白金盘上，让电池的阴极与白金相连接，作为阳极的导线则插入潮湿的苛性钾中。

奇迹出现了，电流接通后，苛性钾在电流的作用下先熔化，后分解，接着在阴极上出现了水银滴般的颗粒。它们像水银柱一样带着银白色的光泽，可一滚出来，就“啪”的一声炸开了，并呈现出美丽的淡紫色火舌。

戴维看到那望眼欲穿的小金属珠出现时，难以抑制欢喜之情，尽情地跳起舞来了，任凭实验室架子上的玻璃嚣皿被撞得粉碎。他好半天才平静下来，拿起桌上的鹅毛笔，写下了实验记录，并在空白处写下七个大字：“一个出色的实验！”

后来，戴维又对实验过程中产生的这种金属进行了分析，确认这是一种新的金属，并将其命名为“钾”。

【化学1+1】

戴维的贡献

化学家戴维出生于1778年12月17日，他的父亲是个木刻匠。16岁那年，父亲因病去世，戴维只好到镇上一位名叫波拉斯的医生那儿当学徒，负责配药和包扎。

20岁那年，戴维因出色的实验能力被牛津大学的化学教授贝多斯看中，调到了新成立的气体实验室。戴维用电解法发现了钾之后，又对苏打进行电解，得到了柔软如蜡的新金属——钠。他还从碱性矿土里相继发现了四种新的金属：钙、镁、锶、钡。

阴差阳错的发现

“有心栽花花不开，无心插柳柳成荫”，在生活中，我们经常无意中就能得到不曾想过的东西。在化学界，有一种化学元素也是阴差阳错的无意所得。这种元素就是镉，镉是在一场药物检验的纠纷中发现的。

德国革丁根大学教授斯特罗迈厄曾是药品视察专员。有一次在视察药品时，教授发现有些药商用碳酸锌代替氧化锌配药，按当时的法律规定，这是不允许的。一方面，斯特罗迈厄需对药厂这一做法进行干预，另一方面又对药厂的这一行为感到奇怪，因为将碳酸锌焙烧成氧化锌并不困难。

在询问了药厂负责人后，斯特罗迈厄明白了其中的原因：原来该厂的碳酸锌一经煅烧即成黄色，继而又变成橘红色，这种氧化锌当然是不合格的，所以药厂只能用白色的碳酸锌代替氧化锌。

了解了其中的原因后，斯特罗迈厄便取了一些样品，请马格得堡州的医药顾问罗洛夫帮助检验。罗洛夫将斯特罗迈厄送来的样品溶解，然后通入硫化氢气体，结果析出了神秘的鲜黄色沉淀。他怀疑药厂的碳酸锌产品中含有剧毒物质硫化砷。这样一来，药厂的碳酸锌产品全被没收充公，工厂被停业，这使得该厂厂主十分紧张，无奈之下，只得向斯特罗迈厄求救。

斯特罗迈厄在革丁根大学的实验室中对产品进行了与罗洛夫相同的处理后，果然得到了一种黄色沉淀。他试着用盐酸来处理这种黄色沉淀，结果发现沉淀溶解了，而硫化砷是不应该溶于盐酸的，于是斯特罗迈厄随即对沉淀进行处理，他将沉淀焙烧成氧化物，得到了一种褐色粉末。斯特罗迈厄又将这种氧化物与烟炱混合，并放在曲颈瓶中加热，最后得到了一种从未见过的蓝灰色粉末。经过周密的实验，斯特罗迈厄确认这是一种新元素，便将这种新元素命名为镉。

斯特罗迈厄不仅为药厂正名，使其免受不白之冤，而且还意外地发现了一种新元素，可谓一举两得。

【化学1+1】

镉被发现晚的原因

镉与它的同族元素汞和锌相比，被发现得晚的多。它在地壳中含量比汞还多一些，但是汞一经出现就以强烈的金属光泽、较大的比重、特殊的流动性和能够溶解多种金属的姿态吸引了人们的注意。

镉在地壳中的含量比锌少得多，常常以少量包含于锌矿中，很少单独成矿。金属镉比锌更易挥发，因此在用高温炼锌时，它比锌更早逸出，逃避了人们的觉察。这就注定了镉不可能先于锌而被人们发现。