1.马口铁的“外衣”——锡
锡是大名鼎鼎的“五金”——金、银、铜、铁、锡之一。早在远古时代,人们便发现并使用锡了。在我国的一些古墓中,便常发掘到一些锡壶、锡烛台之类锡器。据考证,我国周朝时,锡器的使用已十分普遍了。在埃及的古墓中,也发现有锡制的日常用品。
在自然界中,锡很少成游离状态存在,因此就很少有纯净的金属锡。最重要的锡矿是锡石,化学成分为二氧化锡。炼锡此炼铜、炼铁、炼铝都容易,只要把锡石与木炭放在一起烧,木炭便会把锡从锡石中还原出来。很显然,古代的人们如果在有锡矿的地方烧篝火烤野物时,地上的锡石便会被木炭还原,银光闪闪的、熔化了的锡液便流了出来。正因为这样,锡很早就被人们发现了。
我国有丰富的锡矿,特别是云南崮旧,是世界闻名的“锡都”。此外,广西、广东、江西等省也都产锡。1800年,全世界锡的年产量仅四千吨,1900年为八万五千吨,1940年为二十五万吨,现在已超过六十万吨。
锡是银白色的软金属,比重为7.3,熔点低,只有232,你把它放进煤球炉中,它便会熔成水银般的液体。锡很柔软,用小刀能切开它。锡的化学性质很稳定,在常温下不易被氧气氧化,所以它经常保持银闪闪的光泽。锡无毒,人们常把它镀在铜锅内壁,以防铜温水生成有毒的铜绿。牙膏壳也常用锡做(牙膏壳是两层锡中央着一层铅做成的。近年来,我国已逐渐用铝代替锡制造牙膏壳)。焊锡,也含有锡,一般含锡61%,有的是铅锡各半,也有的是由90%铅、6%锡和4%锑组成。
锡在常温下富有展性。特别是在100℃时,它的展性非常好,可以展成极薄的锡箔。平常,人们便用锡箔包装香烟、糖果,以防受潮(近年来,我国已逐渐用铝箔代替锡箔。铝箔与锡箔很易分辨——锡箔比铝箔光亮得多)。不过,锡的延性却很差,一拉就断,不能拉成细丝。
其实,锡也只有在常温下富有展性,如果温度下降到13.2℃以下,它竟会逐渐变成煤灰般松散的粉末。特别是在-33℃或有红盐(SnCl4·2NH4Cl)的酒精溶液存在时,这种变化的速度大大加快。一把好端端的锡壶,会“自动”变成一堆粉末。这种锡的“疾病”还会传染给其他“健康”的锡器,被称为“锡疫”。造成锡疫的原因,是由于锡的晶格发生了变化:在常温下,锡是正方晶系的晶体结构,叫做白锡。当你把一根锡条弯曲时,常可以听到一阵嚓嚓声,这便是因为正方晶系的白锡晶体间在弯曲时相互摩擦,发出了声音。在13.2℃以下,白锡转变成一种无定形的灰锡。于是,成块的锡便变成了一团粉末。
锡不仅怕冷,而且怕热。在161℃以上,白锡又转变成具有斜方晶系的晶体结构的斜方锡。斜方锡很脆,一敲就碎,展性很差,叫做“脆锡”。白锡、灰锡、脆锡,是锡的三种同素异性体。
由于锡怕冷,因此,在冬天要特别注意别使锡器受冻。有许多铁器常用锡焊接的,也不能受冻。1912年,国外的一支南极探险队去南极探险,所用的汽油桶都是用锡焊的,在南极的冰天雪地之中,焊锡变成粉末股的灰锡,汽油就都漏光了。
锡的化学性质稳定,不易被锈蚀。人们常把锡镀在铁皮外边,用来防止铁皮的锈蚀。这种穿了锡“衣服”的铁皮,就是大家熟知的“马口铁”。1吨锡可以覆盖七千多平方米的铁皮,因此,马口铁很普遍、也很便宜。马口铁最大的‘主顾”是罐头工业。如果注意保护,马口铁可使用十多年而保持不锈。但是,一旦不小心碰破了锡“衣服”,铁皮便很快被锈蚀,没多久,整张马口铁便布满红棕色的铁锈斑。所以,在使用马口铁时,应注意切勿使锡层破损,也不要因它受潮、受热。“马口铁”这名字,是由于它是从西藏阿里部马口地方输入(英国经印度从马口输入)而得名的。
锡,也被大量用来制造锡铜合金——青铜。
锡与硫的化合物——硫化锡,它的颜色与金子相似,常用作金色颜料。
锡与氧的化合物——二氧化锡。锡于常温下,在空气中不受氧化,强热之,则变为二氧化锡。二氧化锡是不溶于水的白色粉末,可用于制造搪瓷、白釉与乳白玻璃。1970年以来,人们把它用于防止空气污染——汽车废气中常含有有毒的一氧化碳气体,但在二氧化锡的催化下,在300℃时,可大部转化为二氧化碳。
锡和氯可形成两种化合物:
1.二氯化锡(又称氯化亚锡),具有很强的还原能力,工业上常利用氯化亚锡使别种金属还原,是化学上常用的还原剂之一;在染料工业上,也可用做媒染剂。
2.四氯化锡:在二氯化锡溶液里通入足量的氯气,便可得到四氯化锡,四氯化锡是沸点为114的无色液体。——遇水蒸气就水解,冒出强烈的白烟,形成白色的浓雾,军事上用它装在炮弹里,制成烟雾弹。四氯化锡能与氯化铵化合,生成一种复盐(SnCl4·2NH4Cl),是重要的媒染剂。
2.奇妙的催化剂——铂
铂的俗名叫“白金”,在化学上把两个字并成了一个字——铂。
铂是银白色的金属,它的西班牙文原意便是指银。铂在大自然中和金子一样,常以纯金属的形式存在于砂粒中,但由于很少,直到1748年才被西班牙科学家安东尼奥·乌洛阿在平托河金矿中发现。现在,全世界铂的年产量,也只有二十吨。至今,人们在大自然中找到的最大的铂块,重达9.6公斤。铂很重,一立方米的铂重达21.4吨,如果按体积来计算,全世界每年生产的铂还不到一立方米呢!
铂具有很高的化学稳定性,在空气中,加热到发红,也不会生锈。除了王水外,盐酸、硫酸、硝酸都不能单独腐蚀它(王水是盐酸和硝酸的混合物)。铂具有很好的延展性,可以轧成只有0.0025毫米厚的铂箔。二十张这样薄的铂箔叠在一起,也只有一页纸那么厚。铂又很耐高温,熔点高达1773.5℃。这样,在化学上常用它制造各种反应器皿:蒸发皿、坩埚以及电极、铂板、铂网等。不过,在高温下,铂也能和一些物质化合,因此,在使用铂器皿时要注意勿和王水、氯水、氯化铁、一氧化碳等接触。
铂最可贵的性质,在于它能加速许多化学反应的速度。这样,粉末状的铂,常被用作催化剂。例如,在一空瓶中装了氢气和氧气,在平常的悄况下,即使放上多少年,它们也是不会相互化合的。然而,只要放一点铂粉,立即会爆发一声巨响,瓶子里闪耀着火花——氢气和氧气猛烈化合成水。而铂在反应后,还是原样的,没发生什么化学变化。
铂竟然还有火柴的作用:本来,煤气灯都是用火柴来点着的,然而,如果在煤气灯口放一块铂,虽然铂是冷的,煤气也是冷的,可是,过了一、两分钟,铂块居然发红了,煤气灯也点着了。这道理也和上面的实验一样:煤气和空气中的氧气在常温下很难直接化合,但有了铂作催化剂以后,它们便能直接化合,放出大量的热,使铂块发红,最后以致把煤气灯点着。
铂不仅能催化许多化合反应,还能加速许多分解反应。例如,双氧水是大夫常给病人消毒用的药水,平常象水一样,仅撒进一点点铂粉,立即白浪翻滚,分解出大量的氧气。因此,铂现在成了化学工业上重要的催化剂。
在高温下,一体积的铂可溶解一千体积的氢气。这样,铂常被用作气体的载体。
奇妙的晴雨花——钴
你见过这样的晴雨花吗?在晴天,它是蓝色的;即将下雨时,它变成紫色;到了下雨天,它是鲜艳的玫瑰色。
这奇妙的睛雨花,并不是真正的花,而是用滤纸做的人们把滤纸浸在二氯化钴的溶液里,晾干,做成花的形状。
二氯化钴有这样古怪的脾气:在无水状态时,是蓝色的;而一旦吸水,形成含水的晶体(CoCl2·6H2O),便成了玫瑰红色。人们便利用它这怪脾气,制作睛雨花:晴天时,空气中水分少,二氯化钴保持无水状态,呈蓝色;即将下雨,空气中水分渐多,它便部分变成含水化合物,红蓝相混,成了紫色;到了下雨时,空气中水汽很多,绝大部分二氯化钴都成了含水化合物,于是,便呈玫瑰红色。人们利用这“花”的颜色的变化,便可预知晴雨,因此称它为“睛雨花”。
二氯化钴,是钴的重要的化合物。二氯化钴的颜色时红时蓝,金属钴却是银白色的。金属钴很坚硬,而且与铁一样;具有磁性,能被吸铁石吸起。钴比铁重,此重为8.8。在1490℃熔化。
钴的化学性质比铁稳定,在常温下,在空气和水中,不会被锈蚀。在稀酸中,也很难被溶解。但在加热时,钴会与氯、氧、硫等起化学作用,生成氯化物、氧化物、硫化物等。 在工业上,金属钴的用途不大,而主要是制成各种钴合金:钴合金的硬度很高,含有78—88%钨,6—15%钴与5—6%碳的合金,被称为“超硬合金”,在1000℃,也不会失去原来的硬度,用来制造切削刀具。由35%钴、35%铬、15%钨、13%铁与2%碳组成的“钨铬钴合金”,也是用来制造高速切削刀具、钻头的著名硬质合金;钴合金还具有磁性。著名的永久磁铁,便是由15%钴、5—9%铬、1%钨和碳组成的钴钢。在有些磁性合金中,钴的含量甚至高达49%,另外,在一些耐热、耐酸的合金中,也常用到钴。
在无色的玻璃中,如果加入一些钴的化合物,可以制得深蓝色的玻璃。这种玻璃,能很好地挡住紫外线,电焊工人、炼钢工人在工作时,便常戴这种钴眼镜,保护眼睛。在景泰蓝、搪瓷、陶瓷的制造过程中,也常用钴的化合物作为蓝色的颜料。
在生物学上,钴是重要的微量元素。据试验,如果在羊的饲料中缺少钴,将会引起严重的脱毛症,然而,只要在调料中加入微量的钴——每昼夜1毫克,便可治好脱毛症。维生素B12,是钴的有机化合物,含有4.5%的钴。现在,人们已人工地大量合成维生索B12,用来医治恶性贫血、气喘、脊髓肋病等。
在地壳中,钴的含量约为十万分之一。重要的钴矿有砷钴矿、辉砷钴矿、硫钴矿、钴华等。在陨石中约含有千分之五的钴,这证明在其他天体中,也含有不少的钴。大自然中,不仅有稳定的钴,还有放射性钴。放射性钴—60,现在已用来代替镭治疗癌症,并广泛地用作示踪原子。
钴是瑞典化学家格·波朗特在1735年发现的。
3.“汽车的基础”——钒
早在1801年,墨西哥矿物学家安德烈斯·德耳·吕阿,在一种铁矿里便发现了黄色的钒的化合物,但他怀疑这是不纯的铬酸铅,没有肯定下来。1831年,瑞典化学家塞夫斯德朗发现了钒。1867年,英国化学家罗斯特第一次制得纯净的金属钒。
钒在地壳中的含量并不少,平均在每两万个原子中,便有一个钒原子,比铜、锡、锌、镍的含量都多。然而,钒分布得太分散了,几乎没有比较富集的矿。差不多所有的铁矿中都含有钒,但含量大部分都在万分之一以下。奇怪的是,海鞘、海参等海生动物,却竟然能从海水中摄取钒,浓集到血液中去。据测定,用海鞘、海参烧成的灰中,含矾竟达15%! 钒是银灰色、富有光泽的金属,较轻(比重为6),难熔(熔点达1735),比钢还硬,可以刻划玻璃和石英。高纯度的钒富有延展性,可以拉成细丝,或者压成比纸还薄的钒箔。然而,若含有少量的氮、氢、氧等杂质时,便变得很脆,一敲就碎。
钒的化学性质十分稳定,在常温下不会被氧化,甚至在300℃的高温下也没有明显的氧化现象,表面保持光亮。钒也不怕水、盐酸、稀硫酸、稀硝酸和碱液的侵蚀,只有热的浓硫酸、浓硝酸、王水和氢氟酸才能溶解它,熔融的氢氧化钠、碳酸钠等与它作用生成钒酸盐。
纯钒的用途不很广,只是用作X射线的滤波器和电子管中的阴极材料。钒的最重要的用途是制造合金。
钒钢,是在钢中加入不到1%的钒制成的。含量虽少,作用却不小,这少量的钒使钢的弹性显著增加,坚硬、结实,在低温下也仍保持很好的抗冲强度,在海水中不被腐蚀。这样,钒钢大量被用来制造汽车、飞机的发动机、轴、弹簧,火车头的汽缸,被誉为“汽车的基础”。钒钢制的穿甲炮弹,能够射穿40厘米厚的钢板。当然,在工业上并不是先制得纯钒,再把它加到钢中,而是直接用含钒的铁矿石炼制钒钢。
在生铁中加入钒,也能大大提高抗张、抗压、抗弯、耐磨性能,使用寿命延长一倍。钒铜合金也很耐腐蚀,不怕海水,常用来制造船舶的推进器。钒铝合金具有很高的硬度、弹性,耐海水,轻盈,用来制造水上飞机和水上滑翔机。
红色的钒的氧化物——五氧化二钒,钒,是近年来发现的重要的催化剂。在硫酸工业上,用它代替昂贵的铂作催化剂,加速二氧化硫变成三氧化硫的反应。
钒的盐类,五光十彩,如二价钒盐常呈紫色,三价钒盐呈绿色,四价钒盐呈浅蓝色,四价钒的碱性衍生物常是棕色或黑色,而五氧化二钒则是红色的。这些彩色缤纷的钒的化合物,被用作颜料。人们还把它们加到玻璃中,制成彩色玻璃;涂到陶瓷器上,作彩色的釉料。
钒的化合物大都是有毒的,人吸多了,会得肺水肿。不过,如果在牡牛和猪的饲料中加入微量的钒盐,却能使它们的食量增加,脂肪层也加厚。
热缩冷胀的金属——锑
我国是世界上锑矿最多的国家,也是世界上产锑最多的国家。我国的锑矿,分布在湖南、广东、广西、云南、贵州、四川等省,其中以湖南省新化县锡矿山的锑矿储量最大。早在明朝,新化当地的居民就发现山上有锑矿,不过,当时以为它是锡矿,因此便叫它为“锡矿山”,这名字一直沿用到今天。
最重要的锑矿是辉锑矿,有着锡一般的金属光泽,它的化学成分是三硫化二锑,含锑20%以上。在工业上,人们用碳还原辉锑矿,制得金属锑。
锑,是银灰色的金属,很脆,易熔。除了常见的灰色的锑以外,还有黄色的黄锑,黑色的黑锑和很易爆炸的爆炸锑。不过,这三种锑的同素异性体都不很稳定:黄锑在-80℃以上,就很快变成黑锑,而黑锑加热就变成普通的灰锑;爆炸锑甚至用较硬的东西撞击,也会放出大量的热和火花,很快变成灰锑。
锑,大都用来与铅熔在一起,制成合金使用。加了锑的合金,叫做“硬铅”。我们平常遇到的许多“铅”做的东西,其实大都是用硬铅做的。例如铅笛电池里的铅板,便是用硬铅做的。如果用纯铅做就太软了,放在汽车上,一受颤动,很容易变形。据试验,用硬铅制成铅板,比纯铅的使用寿命至少延长十五倍!在化学工业上,一些耐强酸的材料,如铅管、反应罐,常用硬铅来铸造或作衬垫。制硫酸的“铅室法”,那铅室也是用硬铅做的。在第一次世界大战时,人们还曾用硬铅来制造在空中爆炸的榴散弹。
锑有一个反常的特性——热缩冷胀。一般的物体都是热胀冷缩,然而,液态的锑在受冷凝固时,体积反而稍为膨胀。这样,人们在制造铅字时,便往铅字合金里加入一些锑。当熔化了的铅字合金浇入铜模里冷却凝固时,合金也就稍为膨胀,使每一个细小的笔划都十分清晰地凸出来。不仅如此,加入锑后,还能使铅字合金更为坚硬、耐磨,弥补了铅的一些不足之处。 锑除了与铅制成合金外,还用来与其他金属制成合金。例如,含有90%锡、7%锑、3%铜的巴必脱合金,含90%锡和l0%锑的不列颠合金等,常用来制造轴承。
锑的化合物也有许多用途。在火柴工业上,用三硫化锑或五硫化锑作火柴盒的摩擦剂。在橡胶工业上,用五硫化二锑作着色剂。用五硫化二锑处理过的橡胶,具有特殊的红色。在医药上,锑用来制造许多药物,例如,治肺病、血吸虫病、黑热病等的一些特效药,都是锑的有机化合物。我国医药工作者研究制成了治疗血吸虫病的“锑剂”,为彻底消灭血吸虫病作出了贡献。另外,锑的一些化合物常用作颜料。在我国古代,锑的化合物早就用作化妆品和颜料。现在,锑的一些氧化物和硫化物,仍被大量用作颜料。硫化锑还是很好的半导体材料。
4.闪光灯中的金属——镁
夜晚,当摄影记者给盛大的集会拍照时,常伴随着“咔嚓、咔嚓”的响声和一道道夺目的闪光。这闪光,便是镁粉在燃烧。
镁,是英国化学家戴维在1808年用电解法首先发现的。它的希腊文名称的原意为“美格尼西亚”,因为在希腊的美格尼西亚当时盛产一种名叫苦土的镁矿。镁,与铝很相似,是银白色的轻金属,不过,它比铝更轻些,一立方米的镁仅重1.74吨,只有同体积铝重量的三分之二。镁十分坚硬,机械性能也不错。
与铝一样,镁在空气中,它的表面也会迅速地氧化而失去光泽,同时生成一层薄薄的氧化膜,这层氧化膜很稳定,能保护里面的金属不再氧化。当镁在空气中燃烧时,还会射出耀眼的亮光来,要是在纯氧中燃烧,那白光更是亮得眩目。因此,人们便用镁粉来制成闪光粉(镁粉与氯酸钾的混合物),供夜间摄影用。另外,人们也用镁粉来制成照明弹、焰火等。
不过,镁的最重要的用途是用来制造合金。
最常见的镁合金,是镁铝合金,它含有5—30%的镁。镁铝合金,要比纯铝更坚硬,强度更大,而且比铝更容易加工与磨光,镁铝合金也格外轻盈,被大量用于飞机制造工业,成了重要的“国防金属”。在制造汽车及其他运输工具时,也常用到镁铝合金。据国外报导,1972年用于结构方面的镁合金比1971年有大幅度的增长。人们新制成含9%钇、1%锌的镁合金,又轻盈又结实,用于制造直升飞机零件。此外,在铸铁中加入0.05%的镁;还能大大增加铸铁的延展性和抗裂性。
镁最重要的化合物是氧化镁和硫酸镁。
氧化镁熔点非常高,达2800℃,是很好的耐火材科。砌高炉用的“镁砖”,就含有许多氧化镁,它能耐得住2000℃以上的高温。氧化镁也被用来制造水泥,氧化镁水泥不仅是很好的建筑材料,而且还常用来制造磨石和砂轮。如果把木屑刨花之类浸在氧化镁水泥浆里,加以压力,硬化后便成了坚固耐用的纤维板。这种纤维板很轻,隔音、绝热的本领很好,又能耐火。
硫酸镁是著名的泻药,它是一种无色结晶物质,很容易溶于水,味道很苦。当病人口服后,在肠道内它很难被吸收,但由于渗透压的关系,在肠内留有大量的水分,使肠容积增加,于是机械地刺激肌壁,引起排便。服用硫酸镁是较安全的,但剂量也要有一定限制,成年人每次约15—30克。硫酸镁也被用在纺织工业和造纸工业中。
在生物学上,镁极为重要。因为它是叶绿素分子中的核心原子——在镁原子的周围,围着许许多多氢原子、氧原子等,组成叶绿素分子。在叶绿素中,镁的含量达2%。要是没有镁,就没有叶绿素,也没有绿色植物,没有粮食和青菜了。据估计,在全世界的植物体中,镁的含量高达l00亿吨。在土壤中施镁肥,可以显著地提高产量,尤其是甜菜。
在大自然中,镁是分布很广的元素之一。在地壳中,镁的含量约为千分之十四。主要的镁矿有白云石、菱镁矿等。在石棉、滑石、海泡石中也都含有镁。特别在海水中,镁的含量仅次于钠。据计算,在全世界海水中,镁的含量高达60,000,000,000,000,000吨。现在,人们便是从海水中提取镁。
5. 食盐里的金属—一—钠
在我国两千多年前的《管子》一书《海王篇》里,有这样一句话:“十口之家,十人食盐;百口之家,百人之盐。”可见我国在很早以前,便十分普遍地食用食盐了。过去,在我国西藏,甚至还把盐巴作为货币。食盐大都来自海水。在海水中,水占96%,各种盐类占4%,而其中食盐占海水总量的3%。世界上每年食盐产量达四、五千万吨!图37为我国塘沽盐场。人天天要吃食盐。据统计,每个正常的人一天要摄取10—20克食盐,一年吸收5—10公斤食盐。
也许会使你感到惊讶:在这雪白的食盐里,却隐藏着一种金属——在酱油、咸菜、咸鱼中,都“住”着这金属呢!这金属就是钠。钠是英国化学家戴维在1807年发现的。
钠,是银白色的金属,比水还轻,十分柔软,可用小刀切成一块抉。不过,000它的化学性质非常活泼,一遇水便激烈地起化学作用,变成氢氧化钠溶解于水。人们利用钠强烈的吸水性,在工业上常用钠作脱水剂。另外,金属钠熔点低,在97.8就变成液体。液体钠是液体中传热本领最好的一种,比水银高十倍,比水高四十到五十倍,因此,在工业上用液体钠作冷却剂。在空气中,钠还会和氧气化合,变成过氧化钠。这样,在电子管工业上,人们还用钠作吸气剂——用它吸收管内残余的少量氧气。平常,钠总是被浸在煤油中,与水、空气隔绝。钠的性质和锂、钾相近,但由于钠最便宜,因此金属钠应用比它们广,常用它代替锂或钾。
当然,食盐中所含的钠,并不是金属钠。食盐,是最重要的钠的化合物——氯化钠。一个食盐分子,是由一个钠原子和一个氯原子组成的。图59为氯化钠的结晶格子。食盐除了作食用外,90%以上是用作上业原料:人们把食盐溶液电解,制得三种重要的化工原料——烧碱、氯气、氢气。用氯气和氢气可以合成氯化氢。氯化氢溶于水,便成了盐酸。
烧碱是氢氧化钠的俗称,又叫苛性钠,因为它的腐蚀性非常强,是两大强碱之一(另一强碱是氢氧化钾)。衣服上如果滴上烧碱,会很快烂成一个洞。滴在皮肤上,皮肤会腐烂。日子久了,甚至连盛烧碱溶液的玻璃瓶,也会被腐蚀、溶解,瓶壁上留下一个白色的圆圈。在工业上,烧碱大量用来制造肥皂、人造棉、各种化工产品和精炼石油。炼钢和炼铝,也要消耗大量的烧碱!据统计,制造1000个铝锅,约消耗20多公斤烧碱。
另一个重要的钠的化合物是“纯碱”——碳酸钠,俗称“苏打”。最初,人们是从一些海生植物的灰中提取苏打,然而,产量非常有限。现在,人们用食盐、硫酸与石灰石作原料制造纯碱。我国化学工作者侯德榜,对制造纯碱的方法有重大的改进,创立了“联合制碱法”。纯碱是白色晶体,常用于洗濯,商业上称“洗濯苏打”。玻璃、肥皂、造纸、石油等工业都要消耗成千上万吨纯碱。
至于“小苏打”,则是碳酸氢钠的俗称。医治胃病的小苏打片,“苏打饼干”,便是用它做的。小苏打是细小的白色晶体,微有咸味,常用作发酵剂,因为它受热或受酸作用,很易放出二氧化碳气体,在面团中形成蜂窝状。
还有一个“大苏打”,也是钠的化合物——硫代硫酸钠,又称“海波”。它主要用作摄影上的定影剂,因为它能与卤化银起化学反应,形成易溶于水的银络合物,冲走胶片上多余的感光剂,起定影作用。此外,也用于纺织工业上,用来除去漂白后多余的氧。在分析化学上,硫代硫酸钠是著名的还原剂。
硫酸钠,俗称“芒硝”(Na2SO4·10H2O),用于玻璃工业,在医药上用来做泻药。
6.水一样的银子——汞
在八十多种金属中,在常温下绝大部分都是固态,唯有汞是液态。因此,在中文中绝大部分金属的部首都是写成“金”旁,如锌、钙、镍、铁等;而只有汞字的部首是“水”。
汞,我国俗名叫水银,如李时珍著《本草纲目》中便说:“其状如水、似银,故名水银。”汞的希腊文的原意也是“液态的银”的意思。汞的熔点为-39.3℃,直到357℃才沸腾,因此在常温下总是呈液态。人们很早就知道汞了。我国在三千多年前,便已利用汞的化合物来作药剂医治癞疾。希腊著名哲学家亚里斯多德,在公元前350年也在自己的作品中描写过汞。古代的炼金家们常常想用普通金属制造金子、银子,汞便是最常被用来炼金的一种。
汞是非常重的液体:1立方米的汞重达13.6吨。汞的内聚力又大,在平整的表面上,会散成一粒粒银珠,犹如荷叶上滚动着的水珠。古希腊的炼金家们曾用土星的符号来表示汞,因为土星又重又圆,有点象汞珠。
汞被称为“金属的溶剂”,因为它能溶解许多金属,形成柔软的合金——“汞齐”(希腊文的原意便是“柔软的物体”)不光是锌、铅等很易被汞镕解,金、银也都能被汞溶解!正因为这样,在上世纪,人们便曾用汞从砂中溶解金,以提取金。钠溶解于汞,得钠汞齐,它是有机化学上常用的还原剂。锌汞齐则是在稀硫酸中常用的还原剂。用汞溶解银锡合金,得银锡汞齐,它能在很短的时间内变硬,常用来补牙。铁不溶于汞,不生成汞齐,所以汞通常是装在铁罐中。汞能溶于熔化了的白磷中,而冷后又从中折出。
汞有着广泛的用途:气压表、压力计、温度计、真空泵、日光灯、汞整流器等,都用到汞。如果在汞中加入8.5%的铊,形成铊汞齐,凝固点可低至-60,比纯汞更低,被用来制造低温温度计。在目光灯管中,装着汞蒸气,这是因为汞蒸气在电场的激发下会射出紫外线来,照射到玻璃壁上那白色的涂料——硫化锌上,使它产生白色的冷光——也就是日光灯的“日光”。
汞是有毒的。在工厂中,总是在汞的表面上倒一层水,防止汞蒸发。如果不惧将盛汞的罐打翻了,应立即把地上的汞滴收拾起来,或者撒上硫磺粉,使汞变成硫化汞,这样可以不致使汞蒸发到空气中去。在制汞或使用汞的工厂中,常常定期用碘熏蒸,碘能与汞化合,生成碘化汞,消除汞患。
汞的化合物也大都是有毒的。如氯化汞,又称升汞,便是剧毒的。但是,适量使用,氯化汞可作为消毒剂。在医院里,便常用千分之一的氯化汞水溶液作消毒剂,消毒外科所用的刀剪。雷酸汞,俗称“雷汞”,则是常用的炸药起爆剂。
在大自然中,汞有时以游离态存在,形成巨大的银光闪闪的水银湖。汞更多是以红色的硫化汞的形式存在。硫化汞俗称辰砂、朱砂,是著名的红色颜料。红色印泥中,便含有它。我国是世界上最早利用和研究辰砂的。据《广黄帝本行记》记战:“带遂炼九鼎之丹服之,以丹法传于玄子,重盟而付之。”这里所说的“丹”,便是硫化汞。可见我国早在公元的2500年便知道硫化汞了。而古希腊在公元前700年才开始采掘硫化汞。人们把硫化汞加热,硫硬被氧化成二氧化硫跑掉,而汞被还原成金属汞。我国古代的炼丹家们,便常把硫化汞加热进行炼丹。我国汉朝(公元二世纪)魏伯阳著的炼丹书籍《周易参同契》,便详细地谈到了如何用硫化汞炼丹。1972年1月到4月,我国考古工作者在湖南长沙市郊马王堆发掘出一座汉代古墓,这座汉墓离现在已有二千一百多年了,而墓中尸体仍保存完好。尸体的半身是泡在带红色的水里。据分析,这水中的红色东西便含有硫化汞。
7.太阳的元素——氦
1868年德国天文学家詹逊和英国物理学家乐耶尔,在用光谱分析法研究太阳光谱时,发现了一种新元素。由于这种元素当时在地球上还未发现过,因此他们把它命名为“氦”,按照拉丁文原意,就是“太阳”的意思。其实,地球上也有氦,1895年英国化学家拉姆赛,在分析钇铀矿时便发现了氦。后来,人们在大气中、水中,以至陨石和宇宙线中也发现了氦。
氦,是一种无色、无味、无臭的惰性气体。它和其他惰性气体一样,都是单原子分子,即一个分子是由一个原子组成的(一般气体分子大都是双原子分子)。在大气中,它的含量很少,按体积计算,仅占百万分之五。不过,从地下冒出的天然气中,氦的含量较多,达2—6%。现在,工业上都是利用天然气来制取氦的。
氦很轻。在所有的元素中,除了氢外,就数氦最轻了。它的重量,只有同体积的空气的七分之一。由于氦不象氢那样会燃烧,使用非常安全,因此,人们便用氦来代替氢气,填充气球和飞艇的气囊。用氦气填装的飞艇的上升能力,大约等于同体积的用氢气填装的飞艇的93%。不过,氦比较贵。充填一个现代化的飞艇,约需20万立方米的氦。氦,最近还被人们混在塑料、人造丝、合成纤维中,制成非常轻盈的泡沫塑料、泡沫纤维。
氦,又是极难溶于水的气体,100体积的水在0℃时,大约只能溶解1体积的氦。在医学上,便利用氦的这一特性来医治“潜水病”。过去,当潜水员潜入海底时,由于深海压力很大,吸进体内的空气的氦气,随着压力的增加大量溶解在血液里;而当潜水员出水时,压力猛然下降,原先溶在血液里的氮气纷纷跑出来,以致使血管阻塞而造成死亡。这种病叫做“潜水病”。现在,人们利用氦气和氧气混合,制成“人造空气”来供给潜水员呼吸。由于氦起在血液中溶解很少,因此,潜水员即使沉降到离水面一百米以下的水底,也不会再患“潜水病”。这种“人造空气”也常被用来医治支气管气喘和窒息等病,因为它的密度只及空气的三分之一,因此呼吸时要比呼吸空气轻松的多,可以减少病人呼吸的困难。
氦是最难液化的气体,曾经被认为是“永久气体”,意思是说,氦是永远不能被变成液态的。直到1908年才终于被液化。氦在-286℃以下才变成液态,在-272.2℃以下才会变成“氦冰”——固态氦。现在,在低温工业上,液态氦常被用作冷却剂。
氦具有极高的激发电势,在电子管工业上,常用氦作填充气体。氦也被用来制造精密温度计、辉光灯、验极器、高压指示器等。
氦的化学性质极不活泼,几乎不和别的元素相化合,是惰性气体之一。在工业上,当焊接金属时,常用氦作保护气体,隔绝空气,防止金属在焊接时被氧化。
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