半导体工业的原料——锗

锗，是德国化学家文克列尔在1885年用光谱分析法发现的——也就是门捷列夫在1871年所预言的元素“亚硅”。不过，直到1942年，人们才发现锗是优秀的半导体材料，可以用来代替真空管，锗这才有了工业规模的生产，成了半导体工业的重要原料。
锗在周期表上的位置，正好夹在金属与非金属之间。锗虽属于金属，但却具有许多类似于非金属的性质，在化学上称为“半金属”。就其导电的本领而言，优于一般非金属，劣于一般金属，在物理学上称为“半导体”。
锗是浅灰色的金属。据X射线的研究证明，锗晶体里的原子排列与金刚石差不多。结构决定性能，所以锗与金刚石一样，硬而且脆。
锗在地壳中的含量为一百万分之七，比之于氧、硅等常见元素当然是少，但是，却比砷、铀、汞、碘、银、金等元素都多。然而，锗却非常分散，几乎没有比较集中的锗矿，因此，被人们称为“稀散金属”。现在已发现的锗矿有硫银锗矿（含锗5—7％)、锗石(含锗10％)，硫铜铁锗矿(含锗7％)。另外，锗还常夹杂在许多铅矿、铜矿、铁矿、银矿中，就连普通的煤中，一般也含有十万分之一左右的锗，也就是说，一吨煤中含有10克左右锗。在普通的泥土、岩石和一些泉水中，也含有微量锗。
长眼睛的金属——铷和铯
一听铷和铯的名字，也许你会感到陌生。其实，每当你看电视时，电视机的光电管里便有着铷和铯。
纯净的铷和铯都是银白色的金属，含有杂质时则略带黄色。铷和铯都很软，富有可塑性，又很易熔化。铯是最软的金属，比石蜡还软。铯又是仅次于汞的易熔金属，熔点只有28℃。铷的熔点也只有38℃，比正常体温只高了一度。铷的蒸气在180℃时看去是绛红色的，而温度高于250℃时，则是橙黄色。
铷和铯的化学性质非常活泼，在空气中会象黄磷一样自燃起来，放射出玫瑰般的紫色光芒。如果把它们投入水中，会猛烈地和水作用，放出氢气，燃烧以至爆炸。甚至把它们放在冰上，也会燃烧起来。正因为它们这般不“老实”，平时都被“关”在煤油里，以与空气、水隔绝。
铷和铯在大自然中很少，而且很分散，铷仅占地壳原子总数的千万分之九左右，铷比铯稍多。不过，在海水中要比陆地上多，据统计，海水中约有十万分之一的铷和铯，含量在四千亿吨以上。现在，人们大都是从铯榴石、绿柱石、金云母以及岩盐中提取铷和艳。“物以稀为贵”，铷和铯比黄金还贵！现在，世界铷、铯的年产量，都只不过几个公斤而巳!
铷和铯最可宝贵的性质，在于它们是长“眼睛”的金属——具有优异的光电性能。铷和铯一受光的照射，会被激发而释出电子。人们便利用它们的这一特性，把金属铯或金属铷喷镀在银片上，制成各种光电管。光电管受光线照射，便会产生光电流，光线越强，光电流越大，成了自动控制中的“眼睛”。例如，人们在炼钢炉中装了它，随着炉里火焰的明暗不同，光电管的光电流的大小也不同，从中可以算出温度的高低，进行自动控制。另外，在电影、电视、光度计以及许多通讯、自动控制设备中，都要用到光电管。
在制造真空管时，由于铷和铯能猛烈地和氧气化合，被用作吸氧剂。在医学上，铯的化合物被用来医治休克病、白喉。
铷和铯，几乎是同时被德国化学家本生用光谱仪发现的，铯在1860年，而铷是在1861年。现在，人们是用重结晶法从盐水中浓缩氯化铷和氯化铯。一般经过几十次重结晶，可得到较纯的氯化铷和氯化铯。然后，用金属钙为还原剂，与氯化铷或氯化铯在真空中一起加热到700—800℃，即可制取金属铷或金属铯。另外，我国有着丰富的铯榴石矿——这种铯矿在世界上是少有的。铯榴石是无色透明的矿物，具有玻璃光泽，很硬，一般含铯可达25—30％。我国在工业上已采用铯榴石作原料，与氧化钙、氯化钙混合烧结，以盐酸酸化，制取氯化铯，然后以金属钙进行热还原，制取金属铯。

2.电气工业的“主角”——铜
人类最早是用石器制造工具，在历史上称为“石器时代”。接着，人们发明了炼铜并用铜制造工具，在历史上称为“铜器时代”或“红铜时代”。紧接着，人们又发明了炼制铜与锡的合金——青铜，大量用青铜制造工具，在历史上称为“青铜时代”。铜，是人类在古代便发现了的重要的化学元素。


据章鸿钊著《中国铜器铁器时代沿革考》考证，我国在炎黄之世，即公元前二十七世纪(距今近五千年)已开始使用铜器。我国早在黄帝的时候，便会铸青铜鼎了。夏禹时，用青铜铸造了九个很大的鼎。到了殷代，冶铸青铜的技术已很发达了。著名的青铜祭器——“司母戊大鼎”，是我国考古工作者1939年在河南安阳武官村发掘出来的殷代互鼎(图27)，高达133厘米，横为110厘米，宽78厘米，重875公斤，内壁的一方有铭文“司母戊”三字。这样巨大的鼎，是世界少见的古代青铜器，也是我国三千多年前高度的炼铜技术水平的一个有力见证。

青铜的熔点此纯铜低，冶铸所需温度不太高，而且铸造性能比纯铜好，硬度大，所以它在古代比纯铜得到更普遍的应用。不过，由于铜矿、锡矿终究比较少，不能满足生产的大量需要。正如南朝江淹《铜剑赞序》中所说：“古者以铜为兵。春秋迄于战国，战国迄于秦时，攻争纷乱，兵革互兴，铜既不给，故以铁足之。铸铜既难，求铁甚易，故铜兵转少，铁兵转多。二汉之世，既见甚微。”随着生产的发展，铜与青铜逐渐被铁所代替，从而进入“铁器时代”。
纯净的铜是紫红色的金属，俗称“紫铜”、“红铜”或“赤铜”。纯铜富有延展性。象一滴水那么大小的纯铜，可拉成长达两公里的细丝，或压延成比床还大的几乎透明的箔。纯铜最可贵的性质是导电性能非常好，在所有的金属中仅次于银。但铜比银便宜得多，因此成了电气工业的“主角”。纯铜的用途比纯铁广泛得多，每年有50％的铜被电解提纯为纯铜，用于电气工业。这里所说的纯铜，确实要非常钝，含铜达99.95％以上才行。极少量的杂质，特别是磷、砷、铝等，会大大降低铜的导电率。铜中含氧(炼铜时容易混入少量氧)对导电率影响很大，用于电气工业的铜一般都必须是无氧铜。另外，铅、锑、铋等杂质会使铜的结晶不能结合在一起，造成热脆，也会影响纯铜的加工。这种纯度很高的纯铜，一般用电解法精制：把不纯铜(即粗铜)作阳极，纯铜作阴极，以硫酸铜溶液为电解液。当电流通过后，阳极上不纯的铜逐渐熔解，纯铜便逐渐沉淀在阴极上。这样精制而得的铜；纯度可达99.99％。
铜有许多种合金，最常见的是黄铜、青铜与白铜。
黄铜是铜与锌的合金，因色黄而得名。不过，这“黄色”只是“一般来说”罢了。严格地讲，随着含锌量的不同，黄铜的颜色也不同。如含锌量为18—20％时，呈红黄色；含锌20—30％，呈棕黄色；含锌30—42％，呈淡黄色；含锌42%，呈红色；含锌50％，呈金黄色，含锌60％，呈银白色。现在工业上所用的黄铜，一般含锌量在45％以下，所以常见的黄铜大都是黄色。黄铜中加入锌，可以提高机械强度和耐腐蚀性。我国很早就会制造黄铜，早在两千多年前的汉朝，便有不准使用“伪黄金”的法律，其实这“伪黄金”便是指黄铜，因为它外表很象黄金、至今，一些“金”字、“金”箔，便常是用黄铜做的。黄铜敲起来音响很好，因此锣、钹、铃、号都是用黄铜做的，甚至连风琴、口琴的簧片也用黄铜做。黄铜耐腐蚀性好，特别是锡黄铜(俗称“海口用黄铜”)，用来制造船舶零件。此外，在国防工业上，黄铜大量用于制造子弹壳与炮弹壳。
青铜是铜与锡的合金，因色青而得名。我国古代使用青铜制镜。据文献记载，唐太宗曾说过：“人以铜为镜，可以正衣冠；以古为镜，可以见兴替；以人为镜，可以知得失。”这“以铜为镜”便是指青铜镜。青铜很耐磨，青铜轴承是工业上著名的“耐磨轴承”，纺纱机里便有许多青铜轴承。青铜还 有个反常的特性——“热缩冷胀”，因此用来铸造塑象，受冷膨胀，可以眉目清楚、轮廓正确。
至于白铜，则是铜与镍的合金，因色白而得名。它银光闪闪，不易锈蚀，常用于制造精密仪器。
铜受潮，易生成绿色的“铜绿”——碱式碳酸铜，是有毒的，因此铜锅内壁常镀锡，以防生铜绿。
对于成年人来说，每天约需吸收5毫克的铜。如果进入人体的铜量不足，将会引起血红素减少与患贫血症。在人体中，铜主要聚集在肝脏以及其他组织的细胞中。瘤细胞中含铜量极少。孕妇的血液中，含钢量比一般人高一倍。植物同样需要少量的铜。铜化合物(如硫酸铜)，是微量元素肥料——铜肥。铜肥施在沼泽地区，能显著提高作物产量。
据测定，在l公斤干燥的谷物中，约含有5—14毫克铜；1公斤豆类，含铜18—20毫克；瓜类为30毫克，面包为3—5毫克。在食物中，含铜量最多的是牛奶，以及章鱼、牡蛎等。
在大自然中，常见的铜矿是孔雀石。此外，黄铜矿和辉铜矿也是很重要的铜矿。在世界上，产铜较多的国家是赞比亚与智利。天然的纯铜，在大自然中不多。到目前为止，发现最重的一块纯铜为420吨。铜在地壳中含量为十万分之三。
近年来，虽然铜在某些方面，逐渐被铝代替，但铜仍不失为一种重要的金属。据统计，现在工业上生产100万吨钢铁，大约需要生产1吨铜来配合。七十年代以来，世界铜的年产量每年都有增长。据不完全统计，1971年世界精铜年产量达571．13万吨。
重要的铜的化合物是硫酸铜与氧化铜；硫酸铜俗称“蓝矾”。不过，纯净的无水硫酸铜，并不是蓝色的，而是白色的粉末。含结晶水硫酸铜，才是天蓝色的晶体。在化学上，常用无水硫酸铜来鉴别有机溶液中是否含水。例如，判断酒精是否是无水酒精，只需放进一点无水硫酸铜。如果硫酸铜变蓝了，就说明这酒精中含水。在农业上，硫酸铜是著名的无机农药。常将硫酸铜与石灰混合配制成波尔多液使用。硫酸铜主要用来杀菌，而不是杀虫。
氧化铜是黑色的粉末。近年来，我国普遍推广使用氧化铜无机粘结剂。这种无机粘结剂是把磷酸与氢氧化铝混合，加热制成甘油股的粘稠液体，然后倒到氧化铜粉末中，不断搅拌，调成黑色的“浆糊”。把这种黑“浆糊”涂在需粘结的金属表面，然后压紧，过两、三天后，两块金属就紧紧地粘在一起了。氧化铜无机粘结剂能把金属与金属、陶瓷与陶瓷、金属与陶瓷牢牢地粘合。过去，刀具上的刀刃——硬质合金，是用焊接的方法焊上去，焊接时温度很高，往往会降低刀具的硬度，缩短使用寿命。改用氧化铜无机粘结剂粘合，不用加热，粘合很牢，使用寿命可延长一倍左右。用它粘结红宝石挤压器、弹簧夹片、玻璃仪器等效果也很好。氧化铜无机粘结剂成本低廉，只及铜焊成本的十分之一。这种粘结技术，是一项多快好省的新技术。我国各地化工厂已成批生产氧化铜粘结剂，使铜这个古老的元素又有了新用途。


3.固体润滑剂里的金属——钼
在几十年前，新西兰有个牧场曾发生了一件怪事：那一年，有个农民在牧场上混合播种了三叶草和禾本科牧草。年景实在不好，牧草长得又矮又小。甚至枯萎发黄了。
然而，奇怪的是，在那一片凋黄的牧场上，竟有一块地方的牧草长得格外好，远远看去，好象是黄色海洋里的一个绿色的“小岛”。这是怎么回事呢?这个农民经过仔细地观察，终于发现了秘密：原来，在那个“小岛”的旁边，是一个钼矿工厂。许多贪图抄近路的工人，常常从那儿经过，径直走向工厂的大门。工人们的皮靴上粘着许多钼矿粉。这些钼矿粉落在草地上，使牧草长得格外好。
钼矿，为什么会使牧草长得好呢?后来，人们经过仔细地研究，才发现原来钼是植物生长必不可缺的微量元素。那块牧场是缺钼的土壤，因此落了一些钼矿粉，便大见增产效果。尤其是豆科和禾本科植物，更加需要钼。在人的眼色素中，也含有微量的钼。在蔬菜中，以甘蓝、白菜等含钼较多。经常吃些甘蓝、白菜，对眼睛很有好处。不过，据试验，在有角的家畜(如牛、羊)的饲料中，如果含有过多的钼，容易引起胃病。
钼，是银白色的坚硬金属。很重，比重为l0.2。难熔，熔点高达2620℃。纯净的钼富有延展性，但含有少量杂质时，变得很脆。钼的化学性质也很稳定，不会被盐酸、氢氟酸及碱液所腐蚀，但在硝酸、王水或热浓硫酸中会被腐蚀。在纯氧中，加热到500℃以上，钼会燃烧，变成三氧化钼。
金属钼的用途并不太广，主要是用来制造真空管的阴极、阳极，电灯泡里的钨丝托架等。1927年，人们制成超纯金属钼，纯度高达99.999%，拉成细丝，用作集成电路的导线。另外，金属钼丝还用于机床的电火花加工。近年来我国制成的数控线切割机床，就是用金属钼丝导电，进行切割——电火花加工的。在惰性气体的保护气氛中，钼丝和钨丝可配制成高温热点偶，用以测量1200-2000℃的高温。
钼，约有90%左右是用来制造各种特种钢材。钼钢有很好的弹性、冲击韧性和很高的硬度，用来制造车轴、装甲车板、枪炮筒。在生铁中加入极少量的钼，可以大大改善它的机械性能。钼和钨制成的合金，抗酸性能特别好，被用来代替昂贵的铂。
钼的化合物在化学工业上常用作催化剂、浸透剂、染料。钼和磷、硅会形成复杂的杂多酸——“磷钼蓝”和“硅钼蓝”，具有特殊的蓝色。在钢铁分析中，常用这两种化合物来测定含磷量和含硅量（比色分析）。
钼和硫的化合物——二硫化钼，是一种黑灰色的粉末，样子很象石墨。近年来，我国在工业上大力推广用二硫化钼做固体润滑剂。据测定，如果把二硫化钼加到润滑油中，可以使摩擦阻力降到三分之一。像在汽车底盘的润滑油中，加入百分之三左右的二硫化钼，就可以使行车里程从一千五百公里提高到六千公里；冲天炉鼓风机的轴承，原先用黄油润滑，滑，每隔两天就得加一次油，而改用二硫化钼后，一年只需加一次，而且，效果很好。特别可贵的是，一般的润滑剂在机件压力增加或旋转速度增快时，摩擦阻力增大。如果使用二硫化钼的话，摩擦阻力却会减少，所以它非常适用于接触面很紧密、受压大和高速转动的机器。如用二硫化钼代替牛油润滑马达的轴承，可使轴瓦温度下降四到六度，节约电力15％。二硫化钼还具有许多优点：它的化学性质稳定，耐酸碱，仅溶于王水和热浓硫酸，因此，在使用时不易变质；它又能耐高温和低温，从-60—400℃，一直可以保持良好的润滑性能。
二硫化钼是固体，为什么有良好的润滑性能呢?原来，二硫化钼的晶体结构是层状的；就像一本没有装订的“书”：它的每一层分子相当于一页“书”，在同一页“书”上，许多二硫化钼分子是结合得十分紧密的。然而，每一页之间，分子的作用力不大，所以当它受到一定的外力(这个力与每层的方向平行)，“书”页之间就会相互移动了。这种只有头发直径那么薄的二硫化钼晶体中，约有三、四十个滑动面。因此，把它放在机器中，机器一转动，二硫化钼里的千万层分子，就相互滑动，起着润滑作用。
二硫化钼在自然界中蕴藏不少，天然的钼矿——辉钼矿里的主要成分就是它。这种矿石经过提纯后，就可以制得极细的二硫化钼，所以成本不高。另外，把二氧化钼、三氧化钼或钼酸铵在硫气氛中加热，也可制得二硫化钼。大力推广二硫化钼固体润滑剂，是符合多快好省的一项技术措施。
在农业上，钼的化合物被用作微量元素肥料。
在地壳中，钼的含量约为百万分之三。最重要的钼矿有辉钼矿。钼华及钼酸铅。我国东北一带有丰富的钼矿。
钼是瑞典化学家社勒在1778年发现的。1883年，瑞典化学家盖尔姆制得了金属钼。
钼的希腊文原意竟是“铅”，这是因为辉钼矿是铅灰色的，和铅在外表上很相似，因此，人们曾误把钼当作“铅”。


4.“灰锰氧”里的金属——锰
锰，是瑞典化学家、氯气的发现者社勒于1774年从软锰矿中发现的。当时，这种软锰矿通称为“Manganese”，社勒就用这名字作为新元素的名字，即“锰”。
锰是银灰色的金属，很象铁，但比铁要软一些。如果锰中含有少量的杂质——碳或硅，便变得非常坚硬，而且很脆。不过，纯净的金属锰的用途并不太广，因为它比铁还易生锈，在潮湿的空气中，没一会儿便变得灰蒙蒙的，失去了光泽——表面生成了一层氧化锰。再说，锰的熔点又比铁低，机械强度不如钢铁，而价格又比钢铁贵得多，因此人们几乎不生产金属锰，而大量生产钢铁。
锰最重要的用途是制造合金——锰钢。
锰钢的脾气十分古怪而有趣：如果在钢中加入2.5—3.5％的锰，那么所制得的低锰钢简直脆得象玻璃一样，一敲就碎。然而，如果加入13％以上的锰，制成高锰钢，那么就变得既坚硬又富有韧性。高锰钢加热到淡橙色时，变得十分柔软，很易进行各种加工。另外，它没有磁性，不会被磁铁所吸引。现在，人们大量用锰钢制造钢磨、滚珠轴承、推土机与掘土机的铲斗等经常受磨的构件，以及铁轨、桥梁等。上海新建的文化广场观众厅的屋顶，采用新颖的网架结构，用几千根锰钢钢管焊接而成。在纵76米、横138米的扇形大厅里，中间没有一根柱子。由于用锰钢作为结构材料，非常结实，而且用料比别的钢材省，平均每平方米的屋顶只用45公斤锰钢。1973年兴健的上海体育馆(容纳一万八千人)，也同样采用锰钢作为网架屋顶的结构材料。在军事上，用高锰钢制造钢盔、坦克钢甲、穿甲弹的弹头等。炼制锰钢时，是把含锰达60一70％的软锡矿和铁矿一起混合治炼而成的。
除了锰钢外，锰钢也是重要的锰合金，锰钢含有30％的锰，具有很好的机械强度。由84％的钢、12％的锰和4％的镍组成的“孟加臬”合金(又名锰镍铜齐)，它的电阻随温度的改变很小，被用来制造精密的电学仪器。
锰的重要化合物是二氧化锰。在大自然中，便有大量天然的二氧化锰——软锰矿。人们早在远古时代便知道软锰矿了。二氧化锰是黑构色的粉末。干电池中那些黑色的粉末，便是二氧化锰。二氧化锰能够催化油类的氧化作用，人们常在油漆中加入它，以便加速油漆干燥的速度。人们在制造玻璃时，常往里加入二氧化锰，因为它能消除玻璃的绿色，使绿色玻璃变得无色透明。
锰的另一重要化合物是高锰酸钾(俗称“灰锰氧”)。高锰酸钾是紫色针状晶体。只要加入一点儿高锰酸钾，便足以使一大桶水变成紫色。高锰酸钾是很强的氧化剂，能杀菌。在公共场所的茶缸旁，常放着一桶紫色的消毒用水，人们称之为“灰锰水”，其实，这就是高锰酸钾溶液，浓度为千分之一。不过，这种水不能喝进肚里，因为它有催吐作用，在医学上用作洗胃剂和催吐剂。在分析化学上，高锰酸钾常用作氧化剂，著名的高锰酸钾法便是用它作滴定液进行化学分析的。高锰酸钾被还原后，常变成二氧化锰。“灰锰水”用完后，底下常有些黑色的渣子，那便是二氧化锰。
此外，碳酸锰是重要的白色颜料，俗称“锰白”，而硫酸锰在农业上，则用作种子催芽剂或作“锰肥”——微量元素肥料。
在动植物体中，锰的含量一般不超过十万分之几。但红蚂蚁体内含锰竟达万分之五，有些细菌含锰甚至达百分之几。人体中含锰为百万分之四，大部分分布在心脏、肝脏和肾脏。锰主要是影响人体的生长、血液的形成与内分泌功能。
在大自然中，锰是分布很广的元素之一，约占地壳总原子数的万分之三。最重要的锰矿是软锰矿和硬锰矿。虽然海水中含锰量很少，但在海洋深处的淤泥中，含锰却达千分之三。有人预言，在不久的将来，人们将从海底开采锰矿!


5.活泼的金属——钾
钾是著名的英国化学家戴维在1807年发现的。钾，是银白色的金属，非常柔软，用小刀可以象切石蜡似的，把它切成一块块。钾的熔点很低，只63℃。也就是说，在比沸水还要低的温度下，金属钾就熔化成水银般的液体了。金属钾很轻，甚至此水还轻!“金属比水轻”，这在当时简直是不可理解的事情。所以，在当时有不少人怀疑、反对戴维的见解，认为钾根本不能算是金属。直到后来，人们经过种种实验，制得了很纯的金属钾，这才最后使“钾是金属”这一点得到公认。
金属钾的化学性质非常活泼。刚刚切开的金属钾的表面是银白色的，可是在空气中暴露几分钟，便变成灰暗了。因为钾能与氧气化合，变成白色的氧化钾。这样，钾平时总是被小心地浸在煤油里。如果把它扔进水里，立即会吱吱发响，发生猛烈的化学反应，甚至燃烧、爆炸!因为金属钾能与水作用，放出氧气，生成氢氧化钾。在大自然中，钾都是以化合物的状态存在着。
金属钾的用途不算太广，主要是用来作为脱水剂，因为它能强烈地吸收水分。另外，在制造电子管时，也用它来吸收真实管内剩余的氧气与水汽。金属钾与金属钠的合金，熔点很低，在常温下是液体，可以用来代替水银制造温度计。
钾的最重要的化合物，要算是氢氧化钾，俗称苛性钾。氢氧化钾是白色的固体，很易溶解在水里，具有很强的腐蚀性，是最强的碱之一。如果把你的羊毛线衣放在5％的氢氧化钾溶液里煮五分钟，那毛线衣便不见了——被溶解了！在工业上，人们用氢氧化钾制造肥皂、精炼石油与制造各种化工产品。用氢氧化钾制造的“钾肥皂”很有趣，它是一种液态肥皂。理发店里用的软肥皂就是它。
钾的最主要用途是制造钾肥。庄稼是非常需要钾的。庄稼缺乏钾，茎秆便不会硬挺直立，易倒伏，对外界的抵抗力也大大减强。平均起来，每收获一吨小麦或一吨马铃薯，就等于从土壤中取走五公斤钾；收获一吨甜萝卜，相当于取走二公斤钾。全世界平均每年要从土壤中取走2,500万吨钾！有入才有出，这也就是说，全世界每年必须至少要往土壤中施加合钾2,500万吨的钾肥！
含钾的化学肥料，主要有硝酸钾、氯化钾、硫酸钾、碳酸钾。人们是从钾长石(花岗岩)、海水等中提取钾的化合物。特别是海水，含有不少氯化钾。在农家肥料中，以草木灰，特别是向日葵灰，含钾最多，这是因为植物本来就从土壤中吸收了钾，那么，把它烧成灰后，灰中当然也就含有钾了。在每吨粪便中，大约含有六公斤钾。
在动物与人体内也含有钾，特别是在肝脏、脾脏里含钾最多。整个说来，成年人的器官(不包括血液、汗、尿等，仅是指器官而言)，钾多于钠。有趣的是，在婴儿的器官中，钠却多于钾。有些科学家就把这一点引来证明：陆上动物是起源于海中的有机体，因为在海水小，钠多于钾。


6.金属的“贵族”——金
金，是人类最早发现的金属之一，此铜、锡、铅、铁、锌都早。1964年，我国考古工作者在陕西省临潼县秦代栋阳宫遗址里发现八块战国时代的金饼，含金达99％以上，距今也已有两千一百年的历史了。在古埃及，也很早就发现金。图32就是古埃及的金匠在加工金制品的情形。


金之所以那么早就被人们发现，主要是由于在大自然中金矿就是纯金(也有极少数是碲化金)，再加上金子金光灿烂，很容易被人们找到。在古代，欧洲的炼丹家们用太阳来表示金，因为金子象太阳一样，闪耀着金色的光辉。在我国古代，则用黄金、白银、赤铜、青铅、黑铁这样的名字，鲜明地区别各种金属在外观上的不同。
不过，虽然说金的自然状态大都是游离状的纯金，但自然界中的纯金却很少是真正纯净的，它们大都含金达99％以上，但总含有少量银，另外还含有微量的钯、铂、汞、铜、铅等。
金在地壳中的含量大约是一百亿分之五；这数字，比之于铝、铁之类金属，当然是少，但比许多希有金属的含量却多得多了。在海水中，约含有十亿分之五的黄金。也就是说，在1立方公里的海水中，含有5吨金！另外，据光谱分析，在太阳周围灼热的蒸汽里也有金，来自宇宙的“使者”——陨石，也含有微量的金，这表明其他天体上同样有金。
金在地壳中的含量虽然还不算是太少，但是非常分散。至今，人们找到的最大的天然金块，只有112公斤重，而人们找到的最大的天然银抉却重达13.5吨(银在地壳中的含量只不过比金多一倍)，最大的天然铜块竟达420吨重。在自然界中，金常以颗粒状存在于砂砾中或以微粒状分散于岩石中。

金很重。1立方米的水只重1吨，而同体积的金却达19.3吨重！人们利用金与砂比重的悬殊，用水冲洗含金的砂，这就是所谓的“砂中淘金”(图33)。近年来，人们发现含有氰化物的水能溶解金，生成溶于水的NaAu(CN)2，于是采用0.03—0.08％的氰化钠溶液冲洗金砂，使金溶解，然后把所得的溶液用锌处理，锌就把金置换出来，于是制得金。这种化学的“砂里淘金”法，大大提高了淘金的效率。不过，氰化物剧毒，在生产时必须严格采取安全措施。现在，只要砂中含有千万分之三或岩石中含有十万分之一的金，都已成了值得开采的金矿了。
金是金属中最富有延展性的一种。1克金可以拉成长达4000米的金丝。金也可以捶成比纸还薄很多的金箔，厚度只有一厘米的五十万分之一，看上去几乎透明。带点绿色或蓝色，而不是金黄色。金很柔软，容易加工，用指甲都可以在它的表面划出痕迹。
俗话说：“真金不怕火”、“烈火见真金”。达一方面是说明金的熔点较高，达1063℃，火不易烧熔它；另一方面也是说明。金的化学性质非常稳定，任凭火烧，也不会锈蚀。古代的金器到现在已几千年了，仍是金光闪闪。把金放在盐酸、硫酸或硝酸(单独的酸)中，安然无恙，不会被侵蚀。不过，由三 份盐酸、一份硝酸(按体积计算)混合组成的“王水”，能溶解金。溶解后，蒸干溶液，可得到美丽的黄色针状晶体——“氢金氯铬酸”。另外，上面已提到，氰化物的溶液能溶解金。硒酸(或碲酸)与硫酸(或磷酸)的混合物，也能溶解金。在高温下，氟、氯、溴等元素能与金化合生成卤化物，但温度再高些，卤化物又重新分解。熔融的硝酸钠、氢氧化钠能与金化合。
过去，黄金成了金属中的“贵族”——主要被用作货币、装饰品。由于黄金硬度不高，容易被磨损，一般不作为流通货币。现在，随着生产的发展，黄金已成了工业原料。例如，自来水笔的金笔尖上常写着“14K”或“14开”的字样，便是说在制造金笔尖的24份(重量)的合金中，有14份是金。在我国生产的一些电子计算机的集成电路中，也有用金丝作导线。此外，一些重要书籍的精装本封面上的金字，便是用金粉印上去的(一般书的金字常用电化铝或黄铜粉代替)。如果把极细的金粉掺到玻璃中，可以制得著名的红色玻璃——“金红玻璃”(含金星为十万分之一到万分之三)。

7.“硫磺”——硫Ｓ
硫，俗称“硫磺”，是黄色的晶体。在自然界中，有天然的硫磺，所以人们早在古代便发现了硫。硫的比重比水大一倍，在112.8℃熔化。硫有股臭味，并且能杀菌。医生便常用硫黄膏给得了疥疮的人治病。在一些火山附近，常有天然的硫黄矿。火山旁的温泉里，也常含有一些硫，一些患疥疮等皮肤病的人去温泉洗澡，也可有助于治好皮肤病。
在农业上，硫黄是重要的农药。不过，硫黄只能杀死它周围1毫米以内的害虫。因此，在使用时，人们不得不把它研得非常细，然后，均匀的喷洒到庄稼的叶子上。为了增强杀虫力，现在人们大都把硫黄和石灰混合，制成石灰硫黄混合剂。石灰硫黄混合剂是透明的樱红色溶液，常用来防止小麦锈病和杀死棉花红蜘蛛、螨等。
在橡胶的生产中，硫有着特殊的用途。生橡胶受热易粘，受冷易脆，但加入少量硫黄后，由于硫黄能把橡胶分子连接在一起，起“交联剂”的作用，因此大大提高了橡胶的弹性，受热不粘，与冷不脆。这个过程叫做“硫化处理”。
硫能燃烧，是制造黑色火药的三大原料（木炭粉、硝酸钾、硫黄）之一3C＋2KNO3＋S→K2S＋N2↑＋3CO2↑。我国是世界上最早发明黑色火药的国家。
不过，硫最重要的用途是在于制造它的化合物——硫酸H2SO4。硫酸，被人们誉为“化学工业之母”，很多化工厂及其它工厂都要用到硫酸。例如，炼钢、炼石油要用大量的硫酸进行酸洗；制造人造棉（粘胶纤维）要用硫酸做凝固剂；制造硫酸铵(NH4)2SO4、过磷酸钙（Ca3(PO4)2与Ca(H2PO4)2的混合物）等化肥，也消耗大量硫酸；此外象染料、造纸、蓄电池等工业，以及药物、葡萄糖等的制造，都离不了硫酸。
硫酸是无色、透明的油状液体，纯硫酸的比重是水的1.8倍多。浓硫酸具有极强的脱水性。你见过白糖变黑炭吗？你只要把浓硫酸倒进白糖里，白糖立即变成墨黑的了。这是因为白糖是碳水化合物，浓硫酸脱去了其中的水（氢、氧原子个数比以2∶1水的形式脱去），剩下来的当然是墨黑的炭了。不过，把浓硫酸用水冲稀时，千万要注意：应该是把浓硫酸慢慢倒入水中，而不能把水倒入浓硫酸中。这是因为浓硫酸稀释时，会放出大量的热，以至会使水沸腾起来。水比浓硫酸轻得多，把它倒进浓硫酸中，它就会象油花浮在水面上似的浮在浓硫酸上面。这时，产生的高热能使水沸腾起来，很容易会把酸液四下飞溅，造成事故。硫酸是三大强酸之一，具有很强的酸性和腐蚀性。硫酸滴在衣服上，很快的便会把衣服烂成一个洞。
硫酸，现在倒很少用硫黄作原料来制造，而使用硫的化合物——黄铁矿（二硫化铁FeS2）作原料。硫酸在工业上的制造方法有铅室法（制成浓度约为65%）。铅室法制成的硫酸浓度不可超过75%，若超过该浓度，硫酸会溶解铅表面的氧化膜——硫酸铅，使铅腐蚀。铅室法是较古老的制硫酸方法，从十八世纪中叶开始，现已基本淘汰。塔室法（制成浓度为75—76%）和接触法（制成浓度为93%，98%或105%）。硫酸是三氧化硫溶于水而制得的SO3＋H2O→H2SO4。三氧化硫还可溶于浓硫酸，故用接触法可制得105%浓度的浓硫酸，即在100%浓度的浓硫酸中还含有部分三氧化硫。这种硫酸，打开后即冒白烟，叫发烟硫酸。
硫燃烧，形成蓝紫色火焰，并放出一股呛人的气体——二氧化硫 。黄铁矿燃烧后，也生成二氧化硫。二氧化硫经过进一步氧化，变成三氧化硫。三氧化硫溶解与水，就成了硫酸。二氧化硫具有一定的漂白作用。有这样一个化学魔术：把一束彩色花放在玻璃罩里，点燃硫黄，彩色花很快变成白花了。这就是由于硫燃烧，生成大量的二氧化硫，使彩色花退色。现在，工业上常用二氧化硫作漂白剂，漂白不能用氯漂白的稻草、毛、丝。麦杆是金黄色的，用麦杆编成的草帽却是白色的，这草帽便是用二氧化硫熏过，漂成白色。
硫的另一重要化合物是硫化氢H2S。硫化氢是大名鼎鼎的臭气。粪便中有它，臭鸡蛋那臭味也是它在作怪。硫化氢对人体有毒，吸入含有千分之一的硫化氢的空气会使人中毒。如果浓度更大些时，会使人昏迷，甚至因呼吸麻痹而死亡。在工业上，硫化氢常被用来制造硫化物、硫化染料以及作为强还原剂。银器遇上硫化氢，会变成黑色的硫化银Ag2S。大气中常含有微量的硫化氢，这些硫化氢大都来自火山喷发的气体以及一些动植物腐烂后产生的气体。
硫是重要的一种非金属，它广泛的存在于大自然，它在地壳中的含量约为万分之六。除了存在着天然的纯硫外，还有各种含硫矿物，如方铅矿（硫化铅PbS）、黄铁矿（二硫化铁FeS2）、闪锌矿（硫化锌ZnS）等。在蛋白质中，也常含有硫。臭鸡蛋之所以会产生很臭的硫化氢，便是由于在鸡蛋的蛋白质（特别是蛋黄）中含有硫。另外，在煤中平均含硫1-1.5%，这些硫一部分是以黄铁矿形式存在的，另一部分则以有机化合物的形式存在。在煤块中常可看到仅闪闪的粉末，那便是夹杂着的黄铁矿。含硫量高的煤，不能用来炼铁，因为它会使铁热脆。

8.奇臭的液体——溴
溴的发现，曾有一段有趣的历史：1826年，法国的一位 青年波拉德，他在很起劲地研究海藻。当时人们已经知道海藻中含有很多碘，波拉德便在研究怎样从海藻中提取碘。他把海藻烧成灰，用热水浸取，再往里通进氯气，这时，就得到紫黑色的固体——碘的晶体。然而，奇怪的是，在提取后的母液底部，总沉着一层深褐色的液体，这液体具有刺鼻的臭味。达件事引起了波拉德的注意，他立即着手详细地进行研究，最后终于证明，这深褐色的液体，是一种人们还未发现的新元素。波拉德把它命名为“滥”，按照希腊文的原意，就是“盐水”的意思。波拉德把自己的发现通知了巴黎科学院。科学院把这新元素改称为“溴”，按照希腊文的原意，就是“臭”的意思。
波拉德关于发现溴的论文——《海藻中的新元素》发表后德国著名的化学家利比息非常仔细、几乎是逐字逐句进行推敲地读完了它。读完后，利比息感到深为后悔，因为他在几年以前，也做过和波拉德相似的实验，看到过这一奇怪的现象，所不同的是，利比息没有深入地钻研下去。当时，他只凭空地断定，这深褐色的液体只不过是氯化碘(ICl)——通氯气时，氯和碘形成的化合物。因此，他只是往瓶子上贴了一张“氯化碘”的标签就完了，从而失之交臂，没有发现这一新的元素。从这件事以后，利比息在科学研究工作中，变得踏实得多了，在化学上作出了许多贡献。他把那张“氯化碘”的标签小心地从瓶子上取下来，挂在床头，作为教训，并常把它拿给朋友们看，希望朋友们也能从中吸取教训。后来，利比息在自传中谈到这件事时，这样写道：“从那以后．除非有非常可靠的实验作根据，我再也不凭空地自造理论了”。
溴的发现史上的这一段故事，再一次证明了毛主席所指出的真理：”你要有知识，你就得参加变革现实的实践。”科学是老老实实的学问，任何一点调皮都是不行的。”
在所有非金属元素中，溴是唯一的在常温下处于液态的元素。正因为这样，其他非金属元素的中文名称部首都是“气”（气态)或“石”(固态)旁的，如氧、碘，而只有溴是三点水旁的——液态。涣是深褐色的液体，此水重两倍多。溴的熔点为-7.3℃，沸点为58.78℃。溴能溶于水，即所谓的“溴水”。溴更易溶解于一些有机溶剂，如三氯甲烷(即氯仿)、四氯化碳等。
溴在大自然中并不多，在地壳中的含量只有十万分之一左右，而且没有形成集中的矿层。海水中大约含有十万分之六的溴，含量并不高，自然，人们并不是从海水中直接提取，而是在晒盐场的盐卤或者制碱工业的废液中提取：往里通进氯气，用氯气把溴化物氧化，产生游离态的溴，再加入苯胺，使溴成三溴苯胺沉淀出来。
溴很易挥发。溴的蒸气是红棕色的，毒性很大，气味非常刺鼻，并且能刺激眼粘膜，不住地流泪。在军事上，溴便被装在催泪弹里，用作催泪剂。在保存溴时，为了防止溴的挥发，通常在盛溴的容器中加进一些硫酸。溴的比重很大，硫酸就象油浮在水面上一样地浮在溴的上面。
溴的最重要的化合物，要算是溴化银了。溴化银具有一个奇妙的特性——对光很敏感，受光照后便会分解。人们把溴化银和阿拉伯树胶制成乳剂涂在胶片上，制成“溴胶干片”。我们平常所用的照相胶卷、照相底片、印相纸，几乎都涂有一层溴化银。现在，照相消耗着大量的溴化银。1962年全世界溴的化合物的产量已近十万吨，其中有将近九万吨被用于摄影。由于人们在溴化银中加入一些增敏剂，胶片的质量也不断得到了提高。不久前，人们已经能把曝光时间缩短到十万分之一秒以至百万分之一秒拍下正在飞行中的子弹、火箭；人们也能在菜油灯或者火柴那样微弱的光线下，拍出清晰的照片。
生物学家们发现，人的神经系统对溴的化合物很敏感。在人体中注射或吸收少量溴的化合物后，神经便会逐渐被麻痹。这样，溴的化合物——溴化钾、溴化钠和溴化铵，在医学上便被用作镇静剂。通常，都是把这三种化合物混合在一起使用，配成的水溶液就是我们常听到的“三溴合剂”，压成片的便是常见的“三溴片”，是现在最重要的镇静剂之一。不过，溴化物主要从肾脏排泄出去，排泄比较慢，长期地服用不太合适，容易造成中毒。
近年来，我国用溴和钨的化合物——溴化钨制造新光源。溴钨灯非常明亮而体积小，已开始用于我国电影摄影、舞台照明等方面。在高温时，碘钨灯中碘的蒸气是红色的，会吸收一部分光，影响发光效率，而溴蒸气在高温时是无色的，因此，溴已逐渐代替碘来制造卤化钨新光源。
在有机化学上，溴也很重要，像溴苯、溴仿、溴萘、溴乙烷都是常用的试剂。另外，在制造著名的汽油防震剂——四乙基铅时，也离不了溴，因为要合成四乙基铅，首先要创得中间产品——二溴乙烯。




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