书城科普读物有趣的化学
33516000000005

第5章 神奇的化学元素(5)

钨是一种有色金属,也是重要的战略金属,钨矿在古代被称为“重石”。白钨矿是在1781年的时候由瑞典化学家卡尔·威廉·舍勒发现的。1783年西班牙人德普尔亚发现黑钨矿并从中提取出钨酸,同年,用碳还原三氧化钨第一次得到了钨粉,并命名该元素。现在已发现的含钨矿物有20种。钨矿床一般伴随着花岗质岩浆的活动而形成。钨是现在为止发现的熔点最高的元素。钨的化学性质很稳定,常温时不跟空气和水反应。常温下,钨可以迅速溶解于氢氟酸和浓硝酸的混合酸中,但在碱溶液中不起作用。有空气存在的条件下,熔融碱可以把钨氧化成钨酸盐,在有氧化剂存在的情况下,生成钨酸盐的反应更猛烈。高温下能与氯、溴、碘、碳、氮、硫等化合,但不与氢化合。

钨的应用

目前世界上开采出的钨矿,约50%用于优质钢的冶炼,约35%用于生产硬质钢,约10%用于制钨丝,约5%其他用于用途。钨可以制造枪械、火箭推进器的喷嘴、切削金属的刀片、钻头、超硬模具、拉丝模等等。钨的用途十分广泛,涉及矿山、冶金、机械、建筑、交通、电子、化工、轻工、纺织、军工、航天、科技、各个工业领域。18世纪50年代,化学家曾发现钨对钢性质的影响。然而,钨钢开始生产和广泛应用是在19世纪末和20世纪初。1900年在巴黎世界博览会上,首次展出了高速钢。因此,钨的提取工业从此得到了迅猛发展。这种钢的出现标志着金属切割加工领域的重大技术进步。钨成为最重要的合金元素。1900年,俄国发明家首先建议在照明灯泡中应用钨。

1927~1928年采用以碳化钨为主要成分研制出硬质合金,这是钨的工业发展史中的一个重要阶段。这些合金各方面的性质都超过了最好的工具钢,在现代技术中得到了广泛的使用。

铂——亮丽的白金

铂金

铂,俗称纯白金、正白金或真白金。铂的元素符号是Pt,色泽呈银灰白色。铂是一种有六种自然同位素的稀有元素,在地壳的平均含量约为5毫克/千克。铂是最不活泼的一种金属,其化学性非常稳定,除王水以外不受酸、碱腐蚀。铂通常伴生于在铜、镍矿中。全世界80%的铂由南非出产。

物理特点

铂是一种过渡金属,密度大,可延展,色泽银白,具有金属光泽,硬度为4~4.5,相对密度为21.45。熔点高为1773℃。铂的延展性极强,可拉成很细的铂丝,轧成极薄的铂箔;1克铂金即使是拉成1.6公里长的细丝,也不会断裂。其强度、韧性均远高于其他贵金属如金、银、等,但金的可塑性要优于铂。

纯铂比较柔软,加入钌、铑、钯等金属会增加其硬度。铂具有很强的抗磨损性和沾污性,因此适合制作精美饰品。

化学特点

铂的化学性质极稳定,通常不溶于强酸强碱,且在空气中不氧化。目前仅发现王水和碱金属氰化物能够溶解铂。

王水(硝酸和盐酸以1∶3(体积比)混合的混合物):尽管王水能溶解铂,但这与铂的状态有关,致密的铂在常温下的王水溶解速度非常慢,直径1毫米的铂丝要四五个小时才能完全溶解。铂黑(铂粉)在加热时能与浓硫酸反应,生成Pt(SO4)2、SO2和水。氯铂酸的制法是把铂金属溶解在王水中。这个反应的产物是H2PtCl6,而非以前认为的含氮铂化合物。

金——金属之王

黄金因为稀少、特殊和珍贵,自古以来被人们视为五金之首,有“金属之王”的称号,其显赫地位几乎永恒。它曾是财富和华贵的象征,它在金融储备、货币、首饰等领域中的应用仍然占主要地位。

金的发现

在45亿年前地球形成的时候,很多宇宙中的小天体带有一些金,在撞击地球时小天体被熔化,金子也被留了下来。

金是人类最早发现的金属之一。1964年,我国考古人员在陕西临潼秦代栋阳宫遗址里发现了八块战国时代的金饼,其含金达99%以上。在古代埃及,很早也发现了金。由于在大自然中金矿就是纯金,再加上金子金光灿烂,很容易被人们找到,所以被人发现的较早。欧洲的炼丹家们用太阳来表示金,因为金子像太阳一样闪耀着金色的光辉。

金在地壳中的含量

据光谱分析,在太阳周围灼热的蒸汽里存在金元素,来自宇宙的陨石也含有微量的金,这表明其他天体上同样有金。金在地壳中的含量大约是一百亿分之五,在地壳中的含量还不算是太少,但非常分散。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。

金的密度很大,1立方米的水只重1吨,而同体积的金却达19.3吨重。人们可以利用金与砂比重悬殊的性质,用水冲洗含金的砂,这就是“砂中淘金”。

金的性质

由于金原子的最外层的三个电子之间的相互作用非常紧密,原子体积被压缩,电子不容易被氧化剂夺取。因此金比较稳定,不容易与其他元素发生化学反应,能够在地层中形成比较稳定的单质,即黄金。

金的延展性极高,1克金可以拉成长达4000米的金丝。金也可以被捶成比纸还薄的金箔,厚度只有五十万分之一厘米,看上去几乎透明。金很柔软,用指甲可以在它的表面划出痕迹。金的熔点较高,火不易烧熔它。金不怕火烧,也不会被锈蚀。把金放在盐酸、硫酸或硝酸(单独的酸)中,仍然安然无恙。

金的种类

金按其来源的不同和提炼后含量的不同,可以分为生金和熟金等种类。

生金就是从矿山或河底冲积层开采出,没有经过熔化提炼的黄金。生金分矿金和沙金两种。矿金,也称合质金,产于矿山、金矿。沙金是产于河流底层或低洼地带,与石沙混杂在一起,经过淘洗出来的黄金。

熟金是生金经过冶炼、提纯后的黄金,一般纯度较高。常见的有金条、金块、金锭和各种不同的饰品、器皿、金币以及工业用的金丝、片、板等。人们习惯上根据成色的高低分为纯金、赤金、色金3种。

纯金是经过提纯后达到相当高的纯度的金,一般指达到99.6%以上成色的黄金。国际市场出售的黄金,成色达99.6%的称为赤金。

金的主要用途

由于黄金的优良特性,在历史上黄金充当货币的职能。目前许多国家的国际储备中,黄金仍占有相当重要的地位。黄金还被用作珠宝装饰。华丽的黄金饰品一直是一个人的社会地位和财富的象征。

由于金具备有独一无二的完美的性质,它被广泛用于最重要的现代高新技术产业中去,如电子技术、通讯技术、宇航技术、化工技术、医疗技术等。

黄金储备

黄金储备指一国货币当局持有的,用以平衡国际收支,维持或影响汇率水平,作为金融资产持有的黄金。它在稳定国民经济、抑制通货膨胀、提高国际资信等方面有着特殊作用。黄金储备的管理意义在于实现黄金储备最大可能的流动性和收益性。作为国际储备的主要形式之一,黄金储备在流动性上有其自身存在局限性,因此应考虑其适度规模的问题。

西方经济学家凯恩斯曾形象地概括了黄金在货币制度中的作用,他说:“黄金在我们的制度中所具有的重要作用,它作为最后的卫兵和紧急需要时的储备金,还没有任何其他更好的东西可以替代它”。

就黄金而言,对一个国家来讲,黄金是作为具有无限权威性的储备资产。

可以说,拥有黄金的国家不必惧怕外国政府做出任何有关变更黄金价值和改变黄金使用条件的决定。对任何一个国家的货币或任何一种国家货币来说,这两种情况都是有可能发生的。此外,由于军事、政治等方面的因素,同样也会引起纸币价值的不稳,并促进物价上涨,而黄金对这些似乎并不怎样敏感。黄金是一种并不建立在借贷关系基础上的储藏手段,黄金的持有者不会因国际银行体系发生变化而受到影响。

镭——癌症患者的福音

镭的发现

镭是居里夫妇发现的一种化学元素,它是碱土金属的成员和天然放射性元素。1898年玛丽·居里和皮埃尔·居里从沥青铀矿提取铀后的矿渣中分离出溴化镭,1910年又用电解氯化镭的方法制得了金属镭,它的英文名称来源于拉丁文radius,含义是“射线”。除镭223、镭224、镭226、镭228是天然放射性同位素外,其余都是用人工方法合成的。镭存在于所有的铀矿中,每2.8吨铀矿中含1克镭。

镭是银白色有光泽的软金属。在空气中不稳定,易与空气中氮和氧化合。与水作用放出氢气,生成氢氧化镭。溶于稀酸。化学性质与钡十分相似。镭能生成仅微溶于水的硫酸盐、碳酸盐、铬酸盐、碘酸盐。镭的氯化物、溴化物、氢氧化物溶于水。

镭存在于多种矿石和矿泉中,但含量极稀少,较多的来源于沥青铀矿中。在处理沥青铀矿提取铀时,镭经常与钡一起在不溶于酸的残渣中以硫酸盐形式回收,当时居里夫妇用了3年9个月时间仅提炼出0.1克镭。

镭的用途

镭能放射出α和γ两种射线,并生成放射性气体氡。镭放出的射线能破坏、杀死细胞和细菌。因此,常用来治疗癌症等。此外,镭盐与铍粉的混合制剂,可作中子放射源,用来探测石油资源、岩石组成等。