自然科普:會哭的金屬
發(fā)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。

會哭的金屬

銀是白色的,錫也是白色的。區(qū)分它們的簡易方法,一是看光澤,銀白中帶灰,錫白里透藍;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,因為錫比銀軟,兩條同樣粗細的白色金屬放在你手里,哪個更容易掰彎,哪個就是錫。

錫容易氧化,自然界中很少有純凈的金屬錫,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二氧化錫中還原出來。

冶煉錫的技術(shù)門檻很低,所以人類用錫的歷史很久。距今五千年前,埃及、印度和如今伊拉克境內(nèi)的先民就學(xué)會開采和利用錫了。錫太軟,不適合造兵器,但是先民們發(fā)現(xiàn)它跟銅的合金卻比較硬,于是就發(fā)明了青銅器。

會哭的金屬

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,哪個諸侯國碰巧有銅礦和錫礦,那里必然能造出精良的兵器,在群雄爭霸中占盡優(yōu)勢。

《天龍八部》中,段譽和喬峰初次相見,是在江蘇無錫一家酒樓。此后喬峰初次與姑蘇慕容的家臣包不同相斗,以及后來在杏子林外被人陷害,初次得知自己是契丹人后裔,這些情節(jié)都發(fā)生在無錫。據(jù)歷史記載,無錫曾經(jīng)盛產(chǎn)錫——無錫惠山的余脈叫做“錫山”,錫礦石儲量豐富,春秋戰(zhàn)國時被大量開采,與銅制成兵器。傳說有樵夫上錫山砍柴,在一塊巨石上看到十二個大字:“有錫兵,天下爭;無錫寧,天下清。”

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

《射雕英雄傳》第十五回,黃蓉對郭靖說,無錫泥人天下馳譽,雖是玩物,卻制作精絕,當(dāng)?shù)赝琳Z叫作“大阿?!保谔一◢u上就有好幾個。假如這段情節(jié)發(fā)生在春秋戰(zhàn)國,那么黃蓉在無錫買到的特產(chǎn)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。但這些并不有趣,錫最有趣的特性是會哭:當(dāng)錫棒和錫板彎曲時,會發(fā)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之間發(fā)出的摩擦引起的。當(dāng)晶體變形時,就會產(chǎn)生這樣的摩擦聲。奇怪的是,如果換用錫的合金,就不會發(fā)出這種哭聲。

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因此,人們可以根據(jù)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面的金屬是銦,它比錫更軟,彎曲時也能發(fā)出哭泣聲。銦的顏色和光澤很像錫,為了避免搞混,你可以用指甲在上面掐一下,感覺更軟的是銦,不太軟的是錫。

錫還有一個有趣的性質(zhì):它與銅的合金,也就是青銅,受熱會收縮,遇冷會膨脹,跟普通金屬熱脹冷縮的性質(zhì)剛好相反。正是因為銅錫合金具有熱縮冷脹的性質(zhì),古人方可在青銅器上鼓搗出清晰的銘文。具體過程如下。將青銅熔化,把熔液倒進提前準(zhǔn)備好的模子里,模子內(nèi)壁上密密麻麻排布著反刻的圖案和文字,統(tǒng)統(tǒng)被青銅熔液填滿。熔液冷卻,器物成型,因為熱縮冷脹的特性,成型時會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特別飽滿。

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《鹿鼎記》的主人公韋小寶曾經(jīng)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(jīng)過緩慢氧化,生成銅的各種鹽類化合物,呈現(xiàn)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。

下面要說到錫的最后一個趣味性質(zhì)——低溫變性。

1912 年,英國探險家斯科特率領(lǐng)一支探險隊去南極,出發(fā)時帶了大量給養(yǎng),包括液體燃料。但是這支隊伍一去不復(fù)返,后來發(fā)現(xiàn)他們都凍死在南極了。帶了那么多的燃料,為什么還無濟于事呢?原來斯科特一行在南極點返回的路上發(fā)現(xiàn),他們儲藏庫里的煤油不翼而飛。沒有煤油就無法取暖,也無法煮飯,所以他們只能凍餓而死。科學(xué)家們經(jīng)過反復(fù)研究,終于發(fā)現(xiàn)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(huán)境下,錫卻變成了粉末,煤油自然漏光。

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1867 年冬天,俄國彼得堡倉庫發(fā)生了一件怪事:倉庫里本來堆著很多錫磚,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。倉庫里還有一批軍大衣,拿出來發(fā)給俄國士兵穿時,軍大衣上那些錫制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,拿破侖率領(lǐng)六十萬大軍遠征俄羅斯,幾個月后打到莫斯科,但是俄國沙皇使出“堅壁清野”之計(當(dāng)年令狐沖率領(lǐng)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沖),讓遠離補給的法國遠征軍陷入糧荒,不得不在寒冬時節(jié)退出俄國。就在撤退的途中,他們軍服上的錫紐扣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),統(tǒng)統(tǒng)成了粉末,因為扣不住衣服,擋不住嚴(yán)寒,超半數(shù)士兵被活活凍死。

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錫為啥會在低溫下變成粉末呢?因為低溫改變了錫的晶體結(jié)構(gòu),使錫的體積急劇膨脹,將柔韌性極好的白錫變成異常松散的灰錫。這種反應(yīng)不需要其他元素加入,只要氣溫低于零下 33 度,錫的晶體結(jié)構(gòu)就會改變。更加奇妙的是,只要一塊白錫變成灰錫,跟它接觸的錫也會被“傳染”,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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