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第7章 谁最先发现了锰

谁最早发现了锰元素?化学界一直把这份功劳归于瑞典化学家舍勒和加恩。

但也有人认为,最早得到金属锰晶粒的是凯姆,他于1770年发表的论文中就谈到了锰,只是没完成研究。

软锰矿(又叫二氧化锰)是人类自古以来就熟悉的一种黑色矿石,早先在玻璃制造中发挥了惊人的作用。16世纪,意大利科学家比林古乔在《烟火制造术》一书中说,软锰矿可呈棕色……如果在其中加人透明的物质,就会染成美丽的紫罗兰色。玻璃工人用它给玻璃着色,陶瓷工人用它为自己的工艺品绘出紫罗兰图案。此外,软锰矿还有一种特殊的性能:当它和熔融的玻璃熔合时,能使玻璃净化,并把玻璃变成无色透明,而不是变成绿色或黄色。

中世纪时,人们叫它“玻璃肥皂”。在希腊语中,锰是“净化”的意思,也就是它有能使玻璃脱色的能力。它还有一个名字叫“黑镁”。原来,在小亚细亚有个马格内西亚镇,那里盛产两种矿藏:黑镁和白镁。黑镁就是软锰矿,白镁就是氧化镁。

瑞典化学家伯格曼在凯姆之后进行了实验,指出黑镁是一种新的金属氧化物,它不能和焙烧的石灰混合,也不能和白镁混淆在一起。可是,他没有能从中提炼出锰来。

锰是银灰色的金属,它像铁,但比铁要软些,表面还极容易生镑,变得灰蒙蒙的没有光泽。因此,锰和铁一样,被称为“黑色金属”。

纯净的锰既容易生镑,又比铁的熔点低,机械强度不如钢铁,而价钱却比钢铁贵得多,没法在实际中应用。100多年过去了,锰不为人们重视,一直默默无闻。

在锰的历史上,1882年是一个里程碑。这一年,英国的冶金学家罗伯特?哈德菲尔德研制出了一种含锰13%的锰钢,从此锰的身价大增,并且在工业建设中大显身手。

战争金属和宇宙润滑剂

几个世纪以前,人们用辉钼矿来制造石笔。直到现在,希腊还把铅笔叫做“莫利博多斯”。

希腊人很早就知道方铅矿了,人们把这种方铅矿叫“莫利博德纳”。可是,这种矿物中还夹杂着辉钼矿,由于辉钼矿同方铅矿十分相似,人们就认为这是完全一样的“莫利博德纳”。

钼是银白色的金属,又硬又重,密度10.2,熔点高达2620°C,难以熔融。从舍勒发现钼到1895年莫瓦桑制得纯态的钼,中间经过了整整一个世纪。

含有氧、氮等杂质的钼很脆,经受不住机械加工。可是,纯净的钼不仅硬度高,延展性好,而且也容易轧制和锻造。钼的化学性质很稳定,除了在硝酸、王水和热浓硫酸中会被腐蚀外,其他酸碱溶液奈何不了它。

钼大部分用来炼制合金钢。钼钢有很好的弹性、韧性和硬度,用来制造车轴、装甲板、枪炮筒。在生铁中添加少量的钼,可以使铸铁增加强度和耐磨性。

金属钼用来制造真空管里的栅极、阳极。白炽电灯常用钼来做钨丝的托架。纯度99.999%的钼丝,可用做集成电路的导线。用钼丝可以制高温热电偶,测量2000°C以下的高温。钼还可用来制造大功率的真空电阻炉。

钼的化合物有许多用处。二氧化钼在石油炼制和煤的汽化等化学工业中,是一种重要的催化剂。钼酸盐有五彩缤纷的颜色,可用于陶瓷、塑料、毛皮、纺织和制革工业。在熔化的玻璃中添加钼,可以制造出一种会变色的玻璃,白天呈蓝色,夜晚变成透明的。

人们用硫化钼和石墨来做固体润滑剂,效果都很好。用硫化钼做润滑剂,加在汽车底盘润滑油里,可使行车里程提高3倍;用在鼓风机轴承里,一年只要补加一次硫化钼。而用普通润滑油,每隔几天就得添加一次。

唯一能够在真空环境中担任这种任务的是硫化钼,人们称它为“宇宙润滑剂”。

最难熔的金属

在很早以前,人们在用矿石炼锡时发现,每当矿石中含有一种褐色或黄灰色的重石时,锡产量就会急剧下降。原来,这种重石就像狼吞食羊一样的会吞食锡。因此,它就被叫做“狼嘴里的白沫”。

钨在地壳中约占十万分之一。自然界中有黑色钨锰铁矿(又叫黑钨矿)和黄灰色的钨酸钙矿(又叫白钨矿)。我国的南岭,是世界上钨矿最丰富的地带,特别是江西南部,被称为“钨乡”。

经过无数人的不断研究,终于在1850年,化学家维勒制得纯净的金属钨。

1864年,英国人马谢特第一次在钢中添加5%的钨,炼成一种能保持高硬度不变的合金钢。用这种钢来做刀具,可使金属的切削速度从原来每分钟5米,增加到每分钟7.5米。由于不断研制出含钨量不同的高速钢,使切削速度逐步提高,经过40多年,钨钢刀把金属切削速度增加到每分钟35米,使切削能力提高了6倍。

能不能实现更高的切削速度呢?看来出路还得从钨身上去找。因为钨在各类金属中,是最难以熔化、最不容易挥发的金属,称为“高熔点金属”。钨的熔点高达3380°C,沸点是5927C。

1907年,一种以钨、铬和钴为基础的合金——“斯特利”硬质合金研制成功,为达到更高的切削速度创造了条件。

现代的超硬质合金,是由碳化钨和一些其他元素的碳化物,用烧结方法生产的。它是把难熔金属(钨、钽、钛、钼等)的碳化物的硬质颗粒,跟一种或几种铁族元素(钴、镍或铁)的粉末混合后压制成型,再经烧结制成。其中的碳化物非常硬,硬度接近金刚石。

孪生兄弟锆和铬

早在公元前300多年前亚历山大时代,古希腊人巳发现一《界种色泽美丽的矿石,介于金黄、橘黄和粉红色之间,被认为是一种贵重的宝石。它的名字叫“红锆石”、“橘红色宝石”。

锆是由阿拉伯文“扎昆”演化来的,它的意思就是“金黄”。

古时候,人们不仅将锆石当做装饰品,而且还用做“护身符”。据说,佩戴了它“能给人带来欢快,增进人的智慧”。

1789年,德国化学家克拉普罗特在分析各种锆矿石时,发现了一种新元素,给它取名为“锆”。锆的希腊文的意思是“风信子石”,这是一种锆矿的名字。

1824年,瑞典化学家柏齐利阿斯第一次成功地提炼出了游离态的锆。可是,当时要保持纯净的锆是不可能的。以致长期以来对锆的性质很不了解,它默默无闻地耽搁了几十年,没法施展自己的才能。

锆在地壳中的含量约为十万分之三,比铜、镍、铅和锌的含量更多。在技术应用中,锆也的确是一位“稀客”。

到了20世纪,科学家们从锆矿中提炼出游离的金属锆,并仔细地研究了这种金属的性能。人们发现,在大自然中,锆几乎总是同铪伴生在一起,而锆和铪的性质又很相似,很难分开,这给冶炼纯净的锆带来很大困难。

铪和锆的化学性能十分相似,仿佛是一对孪生兄弟。

在原子能反应堆中,铀充当核燃料,而锆是制造铀棒护套的理想材料。锆容易被中子穿透,还能经受住高温,是比较好的护套材料。可是,锆也有缺点,因为中子只有在最纯的锆中才能通过。要解决这个问题,就得用到铪了。铪对待中子的态度同锆对中子的态度不同,铪对中子的吸收率要比锆高500倍。在锆中加进极微量的铪,就能使中子透明度减小,让藏在原子核里的巨大的能量逐渐释放出来。

“地球之神”之子

20世纪60年代以来,建筑工程师们在建造纪念塔、纪念碑时,表面装饰材料竞相采用金属钛。这是有道理的。因为钛是一种耐久性的材料,有高度的抗腐蚀性,能够将被纪念者的丰功伟绩,长留人间。

联合国教科文组织为了纪念电子通讯国际联合会成立100周年,在日内瓦国家广场建造了一座纪念碑,高10.5米,由两个混凝土构架组成,表面也用抛光的钛板做装饰。当人们沿着一条特殊的通道经过两个构架之间时,可以听到自己的脚步声、说话声,还可以在建筑物上的两个圆盘的中心看到自己的影像在不断向后退。

钛的化合物二氧化钛、四氯化钛得到了应用。二氧化钛是雪白的粉末,用来制造“钛白”,是很好的白色颜料,没有毒性,比铅白(碳酸铅)、锌白(氧化锌)都好。二氧化钛还可用在油漆、造纸、塑料、纺织品的染色以及玻璃制品、瓷器和搪瓷的着色等方面。四氯化钛能形成浓密的白烟,在霜冻季节里,人们用它来熏蒸农作物防霜;在战时作为人造烟雾剂。

纯净的钛是银白色的金属,它密度小,强度高,耐高温,抗腐蚀性强。同钢相比,钛的强度与钢相似,而重量只有钢的一半。甚至多才的铝也被迫将一些工作让给钛,因为钛的重量是铝的1.5倍,而强度却比铝高5倍。

钛一向被当做“稀有金属”,其实,经过人们勘探,发现钛的储藏量非常丰富,在地壳中的含量仅次于铝、铁、钙、钠、钾、镁,比铜、铅、锌、锡等常用的有色金属储量的总和还多十几倍。

现在,钛——“地球神之子”,在科技世界中扮演着奇特而又重要的角色。

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