化学元素漫话

白铁皮的“外衣”——锌
我国是世界上最早发现并使用锌的国家。据王琎在1922年对我国古钱的化学成分进行化学分析，证明其中含有锌。接着，章鸿钊于1923年对我国古代用锌问题进行专门研究，连续发表了《中国用锌的起源》及《再论中国用锌之起源》。他根据对我国古代文献的考证及对汉钱的分析，认为我国在汉初(公元前一世纪)已知道用锌。
我国用锌是从炼制黄铜开始的。黄铜即铜锌合金。我国在汉朝时，便有过这样的法律——不准使用“伪黄金”。据考证，这“伪黄金”就是黄铜。在我国南北朝(公元四世纪)时的一些著作中，有“鍮石”一词。据考证，我国古代称黄铜为“鍮石”。在唐朝的一些文献中，则记载着用“炉甘石”（碳酸锌）炼制黄铜。《唐书·食货志》中说：“玄宗时(712—755年)天下炉九十九，每炉岁铸三千三百缗（即丝），黄铜二万一千二百斤”。明宋应星著的《天工开物》一书，便更具体，详细地记载了炼制黄铜的方法：“每红铜六斤，入倭铅四斤，先后入罐熔化，冷定取出，即成黄铜。”这里所说的“红铜”即铜，“倭铅”即锌。
我国炼制黄铜始于汉初，那么，炼制金属锌从什么时候开始的呢?据考证，至迟当在明朝。明《天工开物》一书《五金》一章，十分详细地讲述了如何用“炉甘石”升炼“倭铅”，亦即用碳酸锌炼制金属锌。炼锌要比炼铁、炼铜容易，因为锌的熔点只有419℃，沸点也不过907℃，况且锌又较易被还原。如果把锌矿石和焦炭放在一起，加热到1000℃以上，金属锌被焦炭从矿石中还原出来，并象开水一样沸腾起来，变成锌蒸气。再把这种蒸气冷凝，便可制得非常纯净而又漂亮的金属锌结晶。在过去，世界上都以为最早会炼制金属锌的是英国，因为英国在1739年公布了蒸馏法制金属锌的专利文献。其实，经过我国化学史工作者的考证，证明这个方法是英国人在1730年左右从中国学去的。据考证，在十六、七世纪，我国制造纯度高达98％的金属锌，被以东印度公司为代表的西方殖民者从我国大量运至欧洲，后来，连我国炼锌的方法也被他们传至欧洲。至今，欧洲仍有人称锌为“荷兰锡”，这是因为东印度公司是由荷兰、英、法、葡萄牙等国开设的，锌的外表又酷似锡，那锌被称为“荷兰锡”便不言而喻了。实际上，这“荷兰锡”的真名应该是“中国锌”。
锌是银白色的金属。提水的小铁桶，常常见用白铁皮做的，在它的表面有着冰花状的结晶，这就是锌的结晶体。在白铁皮上镀了锌，主要是为了防止铁被绣蚀。然而，奇怪的是，锌比铁却更易生锈：一块纯金属锌，放在空气里，表面很快就变成蓝灰色——生锈了。这是因为锌与氧气化合生成氧化锌的缘故。可是这层氧化锌却非常致密，它能严严实实地覆盖在锌的表面，保护里面的锌不再生锈。这样，锌就很难被腐蚀。正因为这样，人们便在白铁皮表面镀了一层锌防止铁生绣。每年，世界上所生产的锌，有40％被用于制造白铁皮，制成各种管子、桶等等。

白铁皮要比马口铁耐用：马口铁碰破一点，很快会烂掉；可是白铁皮即使碰破一大块，也不容易被锈蚀。这是因为锌的化学性质比铁活泼，当外界的空气和水份向白铁皮“进攻”时，锌首先与氧气化合，而保护了铁的安全。不过，白铁皮要比马口铁贵。
金属锌除了用来制造白铁皮外，也用来制造干电池的外壳(图31)。不过干电池外壳的锌是较纯的。此外，锌也与铜制成铜锌合金——黄铜。
最重要的锌的化合物是氧化锌，俗名叫“锌白”，是著名的白色颜料，用来制造白色油漆等。在室温下氧化锌是白色的，受热后却会变成黄色，而再冷却时，又重新变成白色。现在，人们利用它的这个特点，制成“变色温度计”——用它颜色的变化来测量温度。
锌，还是植物生长所不可缺少的元素。硫酸锌是一种“微量元素肥料”。据测定，一般的植物里，大约含有百万分之一的锌，有些个别的植物含锌量却很高，如车前草含万分之一的锌，芹菜含万分之五的锌，而在某些谷类的灰中，竟有12％的锌。
在人体中，也含锌在十万分之一以上。含锌最多的是牙齿(0.02％)和神经系统。有趣的是，鱼类在产卵期以前，几乎把身体中的锌，全部转移到鱼卵中去。
锌在地壳中的含量约为十万分之一。最常见的锌矿是闪耀着银灰色金属光泽的闪锌矿，它的化学成分是硫化锌。现在，工业上常用闪锌矿来炼锌。据不完全统计，1971年锌的世界年产量达370万吨。
顺便提一句，锌常被人误为铅，如镀锌铁丝被误称为“铅丝”，镀锌的白铁皮被误称为“铅皮”，用白铁皮做成的桶被误称为“铅桶”，这是应该纠正过来的。

2.地球上最多的金属——铝Al
许多人常常以为铁Fe是地壳中最多的金属。其实，地壳中最多的金属是铝Al，其次才是铁，铝占整个地壳总重量的7.45%，差不多比铁多一倍！地球上到处都有铝的化合物，像普通的泥土中，便含有许多氧化铝Al2O3。最重要的铝矿是明矾矿和铝土矿。我国有极为丰富的铝矿。
铝虽然藏量比铁多，但是，人们炼铝比炼铁晚得多。这是因为铝的化学性质比铁活泼，不易还原，因此从矿石中冶炼铝也就比较困难。这样，铝一向被称为“年轻的金属”。据世界化学史记载，金属铝是在1825年才被英国化学家戴维制得的。
现在，铝很普遍。我们平常使用的硬币，便是铝做的。在厨房里，铝锅、铝饭盒、铝匙、铝盆、铝勺、铝镬……。然而，在一百多年前，铝却被认为是一种稀罕的贵金属，价格比黄金还贵，以至被列为“稀有金属”之一。
其实，这是不足为奇的。因为铝的价值贵*，完全取决于炼铝工业的水平。在一百多年前，人们使用金属钠Na来制取铝。钠很贵，当然铝就更贵了。直到十九世纪末，人们发明了大量生产铝的新方法——在冰晶石和矾土（氧化铝）的熔融混合物中通入电流进行电解。这时，铝才开始走向大工业，走向生活的每一个角落。
铝，是银白色的轻金属（比重只有2.7）。人们常把铝叫做“钢精”。纯净的铝很软，可以压成很薄的箔，现在包糖果、香烟的“银纸”，其实大都是铝箔。纯铝的导电性很好，又轻盈，人们常用它来代替铜，制造电线，特别在远距离送电时，多用铝线来代替铜线，可以减少电线杆等设备。无产阶级文化大革命以来，我国大力发展“以铝代铜”，攻克了“以铝代铜”的技术关键——铝的焊接技术，制成了各种马力的铝线电机，节约了大量的铜。纯铝也大量用于化学、半导体与电子学的研究及光学仪器的生产上。纯铝能很好的反射光线，所以探照灯的灯罩常常用纯铝做。
不过，纯铝太软了些，平常人们总是往里加入少量的铜Cu、镁Mg、锰Mn等，制成坚硬的铝合金——“硬铝”。铝和铝合金美观、轻盈而又不易锈蚀，用途很广。例如前些年有人统计，一架飞机中约有五十万个用铝做的铆钉！机身、机翼、机尾、螺旋桨、引擎也离不了铝和铝合金，据统计，铝和铝合金占飞机总重的70%左右。如果火车的车皮都用铝做，重量将大大减轻，机车牵引效率也可提高。铝制的舰艇，不仅速度快、不被海水浸蚀，而且没有磁性，不为磁性水雷所发现，军事上十分重要。最近几年铝合金又成为制造人造卫星、火箭的重要材料。此外，在运输部门，铝也被用来制造高速度的机车、桥梁、输油车的油罐以及船只和汽车中的某些零件；在建筑工业上，用铝作骨架、铝梁、空心铝壁板以及各种铝制构件。
铝是银白色的，可是铝制品用没多久，表面常变得白蒙蒙的，这是什么缘故呢？这便是铝生锈了。铝的表面与空气中的氧化合，生成一层薄薄的氧化膜——氧化铝。这层氧化铝非常致密，它紧紧的贴在铝的表面，防止里头的铝继续和氧化合。这层氧化铝不怕水浸，不怕火烧，熔点高达2050℃，怪不得铝制品很难锈蚀，经久耐用。这层氧化铝甚至不怕硝酸的浸蚀，所以硝酸厂里常用铝罐来装浓硝酸。不过，这层氧化膜却怕碱，碱能溶解它，盐酸和硫酸也能溶解它。因此，铝制品不能用来盛碱性物质，脏了也不要用草木灰来擦，草木灰是碱性物质，用它擦铝制品，会缩短使用寿命的。另外，也不要把酸性的菜蔬等方在铝锅里过夜。
别看氧化铝薄膜那么白蒙蒙的，自然界里坚硬而美丽的宝石——刚玉，也是氧化铝呢！他是一种晶态无水氧化铝。刚玉的硬度仅次于金刚石，常被用来制造金属制品的磨轮，手表里的轴承就装在这耐磨的刚玉上。常听人们谈起手表里的“钻数”，这钻数就是指表里刚玉的颗数。除手表外，天平、时钟、电流计、电压表里也要用到刚玉。现在，人们从铝土矿里提取纯净的白色氧化铝粉末，放在炽热的电炉里加热熔化，制取人造刚玉，它甚至比天然的刚玉还要坚硬。

3.大理石里的金属——钙
在首都天安门广场，巍立着用汉白玉雕成的人民英雄纪念碑。华表和白玉桥，也都是用汉白玉雕成的。汉白玉是大理石中的一种。在这些洁白如玉的石头里，住着一种金属——钙。
不光是大理石里住着这种金属。瞧瞧你的周围：那砌墙的石灰、刷墙的白垩、脚下的水泥地、雪白的石膏象……，里头都住着钙。当然，这钙是成化合物的状态存在着。
金属钙是英国化学家戴维和瑞典化学家柏齐利乌斯在1809年制得的。钙是银白色的金属，比锂、钠、钾都要硬、重；在815℃熔化。
金属钙的化学性质很活泼。在空气中，钙会很快被氧化，蒙上一层氧化膜。加热时，钙会燃烧，射出砖红色的美丽的光芒。钙和冷水的作用较慢，在热水中会发生激烈的化学反应，放出氢气(锂、钠、钾即使是在冷水中，也会发生激烈的化学反应)。钙也很容易与卤素、硫、氮等化合。
在工业上，金属钙的用途很有限，如作为还原剂，用来制备其他金属；用作脱水剂，制造无水酒精；在石油工业上，用作脱硫剂，在冶金工业上，用它去氧或去硫。然而，钙的化合物，却有着极为广泛的用途，特别是在建筑工业上。
还是从大理石说起吧。大理石是很名贵的建筑材料；因盛产于我国云南省大理县而得名，别的地方也出产，但也叫“大理石”。大理石是石灰石中的一种。石灰石的化学成分是碳酸钙。石灰石大都是青灰色，坚硬、很脆。在大自然中，常常一大片地区的地层都是由石灰岩组成的。石灰石被用来修水库、铺路、筑桥。如河南林县著名的“红旗渠”，就是用当地盛产的石灰石彻成的。



石灰石在石灰窑中，和焦炭混合在一起燃烧后，制成生石灰(图40)。生石灰的化学成分是氧化钙。生石灰是白色的石头，它很有趣，一遇水会发生激烈的化学反应，变成白色的粉末——熟石灰，同时放出大量的热(图41)。在建筑工地上，你常可看见人们往生石灰中加水。这时，如果往里放个鸡蛋，足以把它煮熟。熟石灰的化学成分是氢氧化钙，能溶于水。石灰水，就是氢氧化钙溶液、石灰水刷在墙上，起初，并不怎么白、过了一会儿，却会越来越白。这是一场有趣的循环：熟石灰和空气中的二氧化碳作用，又重新变成了碳酸钙；然而，人们在石灰窑中，却是用石灰石(碳酸钙)来烧成生石灰。燃烧时，石灰石放出了塞氧化碳，变成氧化钙。
硫酸钙也是钙的重要化合物，俗名石膏。在工业上，人们用石膏做成各种模型，来浇铸金、银、铝、镁、铜以及这些非铁金属的合金。石膏还大量用来制造各种石膏象。不过，天然的石膏矿并不是雪白色的致密固体，外貌倒是象石蜡，它是含水结晶体。生石膏燃烧后，才变成熟石膏。
天然水，如河水、湖水、江水中，常含有一些可溶性的钙化合物，如碳酸氢钙。这种水，被称为硬水。硬水给人们带来不少麻烦，用它烧开水，原先溶解在水中的碳酸氢钙受热会转化成不溶性的碳酸钙，沉淀出来，变成锅垢。工厂里的锅炉如果锅垢太厚了，不仅浪费燃料，甚至会因受热不均匀而引起爆炸；用它洗衣服，碳酸氢钙会和肥皂起化学作用，成硬脂酸钙沉淀出来，浪费了肥皂。为了克服硬水的这些缺点，人们常要把硬水软化，如加入苏打(碳酸钠)，便可以使碳酸氢钙变成碳酸钙沉淀出来，滤掉。也有的用煮沸的方法使硬水软化。
钙是人体和动物必不可缺的元素。人和动物的骨骼的主要成分，便是磷酸钙。血液中也含有一定量钙离子，没有它，皮肤划破了，血液将不易凝结。据测定，人一昼夜需摄取O.7克钙。在食物中，以豆腐、牛奶、蟹、肉类含钙较多。婴儿比成年入更需要钙，因为婴儿在不断发育中，骨骼不断在长大。这样，大夫常给婴儿、孕妇吃些钙糖片。植物也很需要钙，尤其是烟草、荞麦、三叶草等，更是需要钙。
在大自然中，钙是存在最普遍的元紫之一，占地壳原子总数的1.5％。在所有的化学元素中，钙在地壳中的含量仅次于氧、铝、硅、铁，居第五位。

4.“鬼火”——磷P
磷，是德国汉堡的炼金家勃兰德在1669年发现的。按照希腊文的原意，磷就是“鬼火”的意思。
游离态的纯磷有两种——白磷P4（又叫黄磷）和红磷P（又叫赤磷）。虽然他们都是磷，可是，脾气却相差很远：白磷软绵绵的，用小刀都能切开。它的化学性质非常活泼，放在空气中，即使没点火，也会自燃起来，冒出一股浓烟——和氧气化合变成白色的五氧化二磷4P＋5O2→2P­2O5。这样，平常人们总是把白磷浸在煤油或水里，让它跟氧气隔绝；红磷比白磷要老实得多，它不会自燃，要想点燃它，也得加热到100℃以上。白磷剧毒，红磷对人却并无毒性。
白磷和红磷，可以变来变去：如果隔绝空气，把白磷加热到250℃，就会全部变成红磷；相反的，如果把红磷加热到很高的温度，它就会变成蒸气，遇冷凝为白磷。白磷和红磷，也是同素异形体。此外，磷的同素异形体还有紫磷和黑磷。黑磷是把白磷蒸气在高压下冷凝得到的。它的样子很像石墨，能导电。把黑磷加热到125℃则变成钢蓝色的紫磷。紫磷具有层状的结构。
人体里有很多磷，据测定，约有一公斤左右。不过，这许多磷既不是白磷，也不是红磷，而是以磷的化合物的形式存在于人体。骨头中含磷最多，因为骨头的主要化学成分便是磷酸钙Ca3(PO4)2。在人的脑子里，也有许多磷的化合物——磷脂。在人的肌肉、神经中，也含有一些磷。动物骨头的主要成分，也是磷酸钙。在坟地或荒野，有时在夜里会看见绿幽幽或浅蓝色的“鬼火”。原来人、动物的尸体腐烂时，身体内所含的磷分解，变成一种叫做磷化氢H3P的气体冒出；磷化氢有好多种，其中有一种叫“联膦”，它和白磷一样，在空气中能自燃，发出淡绿或浅蓝色的光——这就是所谓的“鬼火”。
磷在工业上，被用来制造火柴。火柴盒的两侧，便涂着红磷。当你擦火柴时，火柴头和火柴盒摩擦生热，并从盒上沾了一些红磷。红磷受热着火，先点燃了火柴头上的药剂——三氧化二锑Sb2O3和氯酸钾KClO3，然后又点着了火柴梗。
磷还被用来制造磷酸H3PO4。磷酸可以代替酵母菌，以比它快几倍的速度烤制面包；在优质的光学玻璃、纺织品的生产中，也要用到磷酸。把金属制品浸在磷酸和磷酸锰Mn3(PO4)2的溶液里，可以在金属表面形成一层坚硬的保护膜——磷化层，使金属不致生锈。
磷在军事上有个用处：把磷装在炮弹里可制成“烟雾弹”，在发射后，白磷燃烧生成大量白色的粉末——五氧化二磷，象浓雾一样，遮断了对方的视线。
磷的最大的用途还是在农业方面，因为磷是庄稼生长的不可缺的元素之一。它是构成细胞核中核蛋白的重要物质。磷对于种子的成熟和根系的发育，起着重要的作用。在庄稼开花期间追施磷肥，往往能收到显著的增产效果。一旦缺乏磷，庄稼根系便不发达，叶呈紫色，结实迟，而且果实小。要长好庄稼，每年需要磷肥的数量是很大的。从哪儿获得这么多的磷肥呢？
在二十世纪前，人们只能从鸟粪、鸡粪、骨灰中，获得一点儿磷。现在，化学工业帮助我们从石头——磷灰石中，成吨成吨地制取磷肥。这样，磷灰石被誉为“农业矿石”。最常见的磷肥，是过磷酸钙（俗称普钙，是Ca(H2PO4)2和2CaSO4的混合物），它是灰色的粉末。每100斤过磷酸钙中，含有15斤左右的磷。1斤过磷酸钙所含的磷，相当于30斤到100斤厩肥，100-150斤人粪尿或140-200斤紫云英绿肥中所含的磷。过磷酸钙常被制成颗粒肥料，同厩肥、堆肥等有机肥料混合，用作基肥。有时也用作追肥。此外，磷酸铵(NH4)3PO4也是常见的磷肥，它易溶于水，而且不仅含磷，还含氮。我国近年来还发展了一种新磷肥——钙镁磷肥，它是用磷灰石、白云石、石英一起混合煅烧而成的，生产比较简易，便于推广。


5.白铜里的金属——镍
镍，一直被认为是瑞典矿物学家克朗斯塔特在1751年首先发现的。然而，实际上我国是最早知道镍的国家。据考证，我国早在克朗斯塔特前一千八百多年的西汉(公元前一世纪)，便已懂得用镍与铜来制造合金——白铜。我国古代把白铜称为“鋈”。我国古代还用白铜制造墨盒、烛台、盘子等。在明朝李时珍著的《本草纲目》和宋应星著的《天工开物》中，则更有详细的关于用砒矿炼白铜的记载。这种云南出产的砒矿，即现在矿物学上所说的“砒镍矿”。1929年，王琎曾分析过我国一古代白铜文具的化学成分；证明其中含有6.14％镍，62.5％铜以及少量锡、锌、铁、铅等。
我国古代制造的白铜器件，不仅销于国内各地，还远销国外。踞考证，在秦汉时，在新疆西边的大夏国，便有白铜铸造的货币，含镍达20％，而从其形状、成分及当时历史条件等分析，很可能是从我国运去的。至今，波斯语(伊朗一带)、阿拉伯语中，还把白铜称为“中国石”，可见我国古代白铜曾远销亚洲西部一带地区。到了十七、十八世纪，东印度公司则更是从我国广州购买各种白铜器件，运销至德国、瑞典等欧洲国家。过去有人把白铜称为“德银”，其实那完全是弄颠倒了——那是德国人在十七、十八世纪从中国学会了炼白铜的技术，大量进行仿造，以致使一些人误以为白铜是德国发明的。同样的，据考证，中国炼制白铜的技术在当时也传入瑞典，这样以至使一些人以为镍是瑞典克朗斯塔特首先发现的。
镍是银白色的金属，很硬，难熔，熔点高达1455，比黄金还高。镍在空气中不易被氧化，化学性质很稳定，仅易溶于硝酸。镍的性能，在很多方面都超过了铜，然而奇怪的是，镍的希腊文原意竟是“不中用的铜”，这大抵是由于最初炼得的镍不纯，含有许多杂质的缘故。
在大自然中，最主要的镍矿是红镍矿(砷化镍)与辉砷镍矿(硫砷化镍)。此外还有镍黄铁矿(硫铁化镍)和针硫镍矿(硫化镍)。古巴，是世界上最著名的蕴藏镍矿的国家。在多米尼加也有大量的镍矿。有趣的是，“天外来客”——陨石，常含一些镍(主要是铁)。据推测，在地心也存在较多的镍。
纯镍银光闪闪，不易锈蚀，主要用于电镀工业。自来水笔笔插、外科手术器械等银光闪闪，便是因为表面镀了一层镍(也有的是镀铬)，既美观、干净，又不易锈蚀。极细的镍粉，在化学工业上常用作催化剂，如油类的氢化。
镍大量用于制造各种合金：在钢中加入镍，可提高机械强度。如钢中含镍量从2.94％增加到7.04％时，抗拉强度便由52.2公斤／毫米2增加到73.8公斤／毫米2。镍钢用来制造机器承受较大压力、承受冲击和往复负荷部分的零件，如涡轮叶片、曲轴、连杆等。含镍36％、含碳0.3—0.5％的镍钢，叫“不变钢”(又叫“因瓦”钢)。它的膨胀系数非常小，几乎不热胀冷缩，用来制造各种精密机械、精确量规，如钟表零件、各种测量仪器的刻度标等。含镍46％、含碳0.15％的高镍钢，叫“类铂”，因为它的膨胀系数与铂、玻璃类似。这种高镍钢可熔焊到玻璃中，在灯泡的生产上很重要，用作白热电灯泡中铂丝的代用品。一些精密的透镜框，也用这种类铂钢做，因为它的膨胀系数与玻璃差不多，透镜不会因热胀冷缩而从框中掉出来。由68％镍、28％铜、2.5％铁、1.5％锰组成的合金，化学性质很稳定，用来制造化工仪表。由67.5％镍、16％铁、15％铬、1.5％锰组成的合金，具有很大的电阻，用来制造各种变阻器与电热器。镍具有磁性，能象铁一样被吸铁石吸引，而用铝、钴与镍制成合金，磁性更强了。这种合金受到电磁铁吸引时，不仅自己会被吸过去，而且在它下面吊了比它重六十倍的东西，也不会掉下来。这样，可用它来制造电磁起重机。此外，镍还经常与铬一起，用来制造耐腐蚀的铬镍钢。
镍的盐类大都是绿色的。氢氧化镍是棕黑色的，氧化镍则是灰黑色的。氧化镍常用来制造铁镍碱性蓄电池。




杰夫实业
许彪
销售部

东莞市杰夫阻燃材料有限公司
地址:广东省东莞市大朗镇水平工业区杰夫工业园
Zip: 528770
Tel: 0086-769-83120165
FAX: 0086-769-83101592
Mobile:13929211059
EMAIL: xubiao_1996(at)hotmail.com
samjiefu(at)gmail.com

Jiefu Chemical industry LTD . (Our imports and exports company )
公司网址: http://www.jiefu.com
blog: http://jiefuantimonytrioxide.blogspot.com