书城科普读物探索未知-趣说无机化学
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第23章 镍元素的“未知数”是什么

一代伟人毛泽东说过,知道一个事物的过去,就可推知它的现在,知道它的现在,也就可推知它的将来。为了阐述镍元素的“未知数”,我们得从镍元素的“已知数”说起。

我国劳动人民是最早发现和使用镍元素的。云南省人民早就用一种叫白铜的矿石(内含镍614%)炼出铜来。可惜,我国过去并未将镍元素单独地提炼出来。

直到1751年,德国化学家克隆斯塔特收到一批奇怪的矿石,矿石表面蒙上一层绿油油的结晶,他决定用实验的方法,叫这种结晶露出原形来。于是,他刮下这些绿色晶体,把它放在木炭中锻烧,突然,炭中出现银白色的金属,他不禁惊喜若狂,肯定自己发现了一种新的元素。于是,他把这种新元素取名为镍(Nickel)——骗人的意思。因为它常混到铜矿中,使人误认它为铜的缘故。

克隆斯塔特虽然提炼得镍元素,但不知它有何用处,使得这“英雄”长期来处于无用武之地的处境。几十年后,英国一位名叫布里尔利的化学家“慧眼”识英雄,才使镍“身价”

十倍。

布里尔利目睹钢铁生锈给人类带来巨大损失,他力图能制造出一种不会生锈、能抗腐蚀的钢铁——不锈钢。但是,许多年过去了,他的试验一次又一次地失败了,把炼坏的材料都扔到垃圾堆里。有一天,一个倒垃圾的工人,在清除布里尔利的实验室的垃圾时,突然发现一块明晃晃的东西,并立即送给布里尔利看,他一见此物,惊喜若狂,大呼成功了,他查阅自己这一次实验记录,知道这块不锈钢是铬,镍和铁的合金,含镍9%,从此,镍成为制造不锈钢必需原料,用到各种军事工业、化学工业上。镍的身价大振,产量猛增。

那么,什么才是镍元素“未知数”呢?是镍元素在人体中的作用。

近年来,生物化学家发现,镍在许多微生物体内,有着必不可少的作用,例如在一种细菌中发现了尿酶,其分子中就存在镍元素,尿酶能使尿素分子分解成二氧化碳和氨。又如,科学家发现一种叫氢氧细菌,在它体内就依靠镍元素和蛋白质结合成络合物,来催化氢和氧化合成水。更为奇怪的是,醋酸菌能利用镍作催化剂,使二氧化碳通过一系列化学反应,最后合成醋酸。从这些例子看,镍在许多微生物体内是必不可少的。

镍在人体中扮演的是什么角色?是否也象铁,铬那样也是微量的必需元素呢?

这还是一个需要求解的“未知数”。

硼锰合金为何不会“热胀冷缩”

一种物质的膨胀系数是指该物质在固态时,当温度改变1℃其长度变化和它在0℃时的长度比值,不同物质结构不同,膨胀系数也各不相同。通常,膨胀系数越大的物质,当它受热时,变形也越厉害。金属的膨胀系数较大,因此,对制造某些精密仪器是不利的,例如钟表中的摆和游丝,它的膨胀系数必须很小,否则钟表走时的误差就会大。为此,化学家正千方百计地寻找膨胀系数小的合金。

最近,日本京都大学的可知教授,终于找到了一种膨胀系数几乎等于零的合金——硼锰合金。

可知教授把硼和锰元素,按一定比例混合在一起,然后均匀地放在坩锅内,加热到1200℃再经过加压,硼元素就均匀地分散于锰中。这样就得到了硼锰合金。硼锰合金性能优越,它在25℃~300℃之间膨胀系数几乎等于零。它的硬度又可与金刚石比拟,而且导电和导热性能也十分良好。预计一旦大规模生产,它将在各个制造领域发挥重要作用。

那么,硼锰合金为什么膨胀系数几乎等于零?而硬度又如此之大呢?它为什么不受“热胀冷缩”规律制约呢?