自然科普:會哭的金屬
發布時間:2021-02-20
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有一種常見金屬比銀還軟,它就是錫。

會(hui) 哭的金屬

銀是白色的,錫也是白色的。區分它們(men) 的簡易方法,一是看光澤,銀白中帶灰,錫白裏透藍;二是看熔點,銀相對來說不易熔化,錫用打火機就能燒熔;三是看硬度,因為(wei) 錫比銀軟,兩(liang) 條同樣粗細的白色金屬放在你手裏,哪個(ge) 更容易掰彎,哪個(ge) 就是錫。

錫容易氧化,自然界中很少有純淨的金屬錫,倒是錫的氧化物二氧化錫特別常見。二氧化錫即錫礦石,它比鐵礦石容易還原得多,將一塊錫礦石放在木炭上燒,木炭就能把金屬錫從(cong) 二氧化錫中還原出來。

冶煉錫的技術門檻很低,所以人類用錫的曆史很久。距今五千年前,埃及、印度和如今伊拉克境內(nei) 的先民就學會(hui) 開采和利用錫了。錫太軟,不適合造兵器,但是先民們(men) 發現它跟銅的合金卻比較硬,於(yu) 是就發明了青銅器。

會(hui) 哭的金屬

青銅是銅錫合金以及銅錫鉛合金,熔點低,硬度大,易冶煉,易鍛造,無論做兵器還是做容器,都特別好用。我國還沒進入鐵器時代的時候,兵器基本上全用青銅來造,哪個(ge) 諸侯國碰巧有銅礦和錫礦,那裏必然能造出精良的兵器,在群雄爭(zheng) 霸中占盡優(you) 勢。

《天龍八部》中,段譽和喬(qiao) 峰初次相見,是在江蘇無錫一家酒樓。此後喬(qiao) 峰初次與(yu) 姑蘇慕容的家臣包不同相鬥,以及後來在杏子林外被人陷害,初次得知自己是契丹人後裔,這些情節都發生在無錫。據曆史記載,無錫曾經盛產(chan) 錫——無錫惠山的餘(yu) 脈叫做“錫山”,錫礦石儲(chu) 量豐(feng) 富,春秋戰國時被大量開采,與(yu) 銅製成兵器。傳(chuan) 說有樵夫上錫山砍柴,在一塊巨石上看到十二個(ge) 大字:“有錫兵,天下爭(zheng) ;無錫寧,天下清。”

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大意是此地出產(chan) 錫礦,引起諸侯爭(zheng) 戰,如果錫礦沒了,也就沒有人來爭(zheng) 奪了,天下就太平了。到了西漢初年,無錫的錫礦終於(yu) 被開采殆盡,天下也真的太平了。

《射雕英雄傳(chuan) 》第十五回,黃蓉對郭靖說,無錫泥人天下馳譽,雖是玩物,卻製作精絕,當地土語叫作“大阿福”,她在桃花島上就有好幾個(ge) 。假如這段情節發生在春秋戰國,那麽(me) 黃蓉在無錫買(mai) 到的特產(chan) 恐怕不是泥人,而是錫。

錫的柔韌性接近黃金,可以打成極薄的錫箔,用來包裝食物,或者在烤箱中墊底。但這些並不有趣,錫最有趣的特性是會(hui) 哭:當錫棒和錫板彎曲時,會(hui) 發出一種特別的仿佛是哭泣聲的爆裂聲。這種奇特的聲音是錫晶體(ti) 之間發出的摩擦引起的。當晶體(ti) 變形時,就會(hui) 產(chan) 生這樣的摩擦聲。奇怪的是,如果換用錫的合金,就不會(hui) 發出這種哭聲。

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因此,人們(men) 可以根據這一特性,來鑒別一塊金屬究竟是不是錫。順便說一下,元素周期表上排在錫前麵的金屬是銦,它比錫更軟,彎曲時也能發出哭泣聲。銦的顏色和光澤很像錫,為(wei) 了避免搞混,你可以用指甲在上麵掐一下,感覺更軟的是銦,不太軟的是錫。

錫還有一個(ge) 有趣的性質:它與(yu) 銅的合金,也就是青銅,受熱會(hui) 收縮,遇冷會(hui) 膨脹,跟普通金屬熱脹冷縮的性質剛好相反。正是因為(wei) 銅錫合金具有熱縮冷脹的性質,古人方可在青銅器上鼓搗出清晰的銘文。具體(ti) 過程如下。將青銅熔化,把熔液倒進提前準備好的模子裏,模子內(nei) 壁上密密麻麻排布著反刻的圖案和文字,統統被青銅熔液填滿。熔液冷卻,器物成型,因為(wei) 熱縮冷脹的特性,成型時會(hui) 把模具上圖案和文字的凸凹處壓得更緊,鑄造出來的器物銘文會(hui) 特別飽滿。

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《鹿鼎記》的主人公韋小寶曾經得到神龍教的五龍令,那是一條五色斑斕的小龍,用青銅、黃金、赤銅、白銀、黑鐵鑄成,其實單用青銅就足夠了。青銅器剛鑄造好時是金黃色的,經過緩慢氧化,生成銅的各種鹽類化合物,呈現出綠、藍、黃等顏色,同樣五彩斑斕,兼且古意盎然,無形中提升了神龍教的品位。

下麵要說到錫的最後一個(ge) 趣味性質——低溫變性。

1912 年,英國探險家斯科特率領一支探險隊去南極,出發時帶了大量給養(yang) ,包括液體(ti) 燃料。但是這支隊伍一去不複返,後來發現他們(men) 都凍死在南極了。帶了那麽(me) 多的燃料,為(wei) 什麽(me) 還無濟於(yu) 事呢?原來斯科特一行在南極點返回的路上發現,他們(men) 儲(chu) 藏庫裏的煤油不翼而飛。沒有煤油就無法取暖,也無法煮飯,所以他們(men) 隻能凍餓而死。科學家們(men) 經過反複研究,終於(yu) 發現其中奧妙,原來這支探險隊保存煤油的鐵桶是用錫焊的,平常用著挺方便,到了南極的極端低溫環境下,錫卻變成了粉末,煤油自然漏光。

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1867 年冬天,俄國彼得堡倉(cang) 庫發生了一件怪事:倉(cang) 庫裏本來堆著很多錫磚,一夜之間全消失了,留下來的是一堆堆像泥土一樣的灰色粉末。倉(cang) 庫裏還有一批軍(jun) 大衣,拿出來發給俄國士兵穿時,軍(jun) 大衣上那些錫製的紐扣竟然也不見了,再仔細看看,原來紐扣也變成了灰色粉末。

1812 年 5 月,拿破侖(lun) 率領六十萬(wan) 大軍(jun) 遠征俄羅斯,幾個(ge) 月後打到莫斯科,但是俄國沙皇使出“堅壁清野”之計(當年令狐衝(chong) 率領群豪攻打少林寺時,嵩山派的左冷禪也用過同樣的計策對付令狐衝(chong) ),讓遠離補給的法國遠征軍(jun) 陷入糧荒,不得不在寒冬時節退出俄國。就在撤退的途中,他們(men) 軍(jun) 服上的錫紐扣發生化學反應,統統成了粉末,因為(wei) 扣不住衣服,擋不住嚴(yan) 寒,超半數士兵被活活凍死。

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錫為(wei) 啥會(hui) 在低溫下變成粉末呢?因為(wei) 低溫改變了錫的晶體(ti) 結構,使錫的體(ti) 積急劇膨脹,將柔韌性極好的白錫變成異常鬆散的灰錫。這種反應不需要其他元素加入,隻要氣溫低於(yu) 零下 33 度,錫的晶體(ti) 結構就會(hui) 改變。更加奇妙的是,隻要一塊白錫變成灰錫,跟它接觸的錫也會(hui) 被“傳(chuan) 染”,一塊接一塊地變成灰錫,就跟得了瘟疫似的,故此得名“錫瘟”。


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