自然科普:會(huì)哭的金屬
來(lái)源:賽因斯老師
發(fā)布時(shí)間:2021-02-20
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有一種常見(jiàn)金屬比銀還軟,它就是錫。

會(huì)哭的金屬

銀是白色的,錫也是白色的。區(qū)分它們的簡(jiǎn)易方法,一是看光澤,銀白中帶灰,錫白里透藍(lán);二是看熔點(diǎn),銀相對(duì)來(lái)說(shuō)不易熔化,錫用打火機(jī)就能燒熔;三是看硬度,因?yàn)殄a比銀軟,兩條同樣粗細(xì)的白色金屬放在你手里,哪個(gè)更容易掰彎,哪個(gè)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(jiàn)。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(lái)。

冶煉錫的技術(shù)門(mén)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(huì)開(kāi)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(huì)哭的金屬

青銅是銅錫合金以及銅錫鉛合金,熔點(diǎn)低,硬度大,易冶煉,易鍛造,無(wú)論做兵器還是做容器,都特別好用。我國(guó)還沒(méi)進(jìn)入鐵器時(shí)代的時(shí)候,兵器基本上全用青銅來(lái)造,哪個(gè)諸侯國(guó)碰巧有銅礦和錫礦,那里必然能造出精良的兵器,在群雄爭(zhēng)霸中占盡優(yōu)勢(shì)。

《天龍八部》中,段譽(yù)和喬峰初次相見(jiàn),是在江蘇無(wú)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(lái)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(wú)錫。據(jù)歷史記載,無(wú)錫曾經(jīng)盛產(chǎn)錫——無(wú)錫惠山的余脈叫做“錫山”,錫礦石儲(chǔ)量豐富,春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)被大量開(kāi)采,與銅制成兵器。傳說(shuō)有樵夫上錫山砍柴,在一塊巨石上看到十二個(gè)大字:“有錫兵,天下?tīng)?zhēng);無(wú)錫寧,天下清。”

會(huì)哭的金屬

大意是此地出產(chǎn)錫礦,引起諸侯爭(zhēng)戰(zhàn),如果錫礦沒(méi)了,也就沒(méi)有人來(lái)爭(zhēng)奪了,天下就太平了。到了西漢初年,無(wú)錫的錫礦終于被開(kāi)采殆盡,天下也真的太平了。

《射雕英雄傳》第十五回,黃蓉對(duì)郭靖說(shuō),無(wú)錫泥人天下馳譽(yù),雖是玩物,卻制作精絕,當(dāng)?shù)赝琳Z(yǔ)叫作“大阿?!保谔一◢u上就有好幾個(gè)。假如這段情節(jié)發(fā)生在春秋戰(zhàn)國(guó),那么黃蓉在無(wú)錫買(mǎi)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(lái)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(huì)哭:當(dāng)錫棒和錫板彎曲時(shí),會(huì)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(shí),就會(huì)產(chǎn)生這樣的摩擦聲。奇怪的是,如果換用錫的合金,就不會(huì)發(fā)出這種哭聲。

會(huì)哭的金屬

因此,人們可以根據(jù)這一特性,來(lái)鑒別一塊金屬究竟是不是錫。順便說(shuō)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(shí)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(jué)更軟的是銦,不太軟的是錫。

錫還有一個(gè)有趣的性質(zhì):它與銅的合金,也就是青銅,受熱會(huì)收縮,遇冷會(huì)膨脹,跟普通金屬熱脹冷縮的性質(zhì)剛好相反。正是因?yàn)殂~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(guò)程如下。將青銅熔化,把熔液倒進(jìn)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?yàn)闊峥s冷脹的特性,成型時(shí)會(huì)把模具上圖案和文字的凸凹處壓得更緊,鑄造出來(lái)的器物銘文會(huì)特別飽滿。

會(huì)哭的金屬

《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(shí)單用青銅就足夠了。青銅器剛鑄造好時(shí)是金黃色的,經(jīng)過(guò)緩慢氧化,生成銅的各種鹽類化合物,呈現(xiàn)出綠、藍(lán)、黃等顏色,同樣五彩斑斕,兼且古意盎然,無(wú)形中提升了神龍教的品位。

下面要說(shuō)到錫的最后一個(gè)趣味性質(zhì)——低溫變性。

1912 年,英國(guó)探險(xiǎn)家斯科特率領(lǐng)一支探險(xiǎn)隊(duì)去南極,出發(fā)時(shí)帶了大量給養(yǎng),包括液體燃料。但是這支隊(duì)伍一去不復(fù)返,后來(lái)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(wú)濟(jì)于事呢?原來(lái)斯科特一行在南極點(diǎn)返回的路上發(fā)現(xiàn),他們儲(chǔ)藏庫(kù)里的煤油不翼而飛。沒(méi)有煤油就無(wú)法取暖,也無(wú)法煮飯,所以他們只能凍餓而死??茖W(xué)家們經(jīng)過(guò)反復(fù)研究,終于發(fā)現(xiàn)其中奧妙,原來(lái)這支探險(xiǎn)隊(duì)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。

會(huì)哭的金屬

1867 年冬天,俄國(guó)彼得堡倉(cāng)庫(kù)發(fā)生了一件怪事:倉(cāng)庫(kù)里本來(lái)堆著很多錫磚,一夜之間全消失了,留下來(lái)的是一堆堆像泥土一樣的灰色粉末。倉(cāng)庫(kù)里還有一批軍大衣,拿出來(lái)發(fā)給俄國(guó)士兵穿時(shí),軍大衣上那些錫制的紐扣竟然也不見(jiàn)了,再仔細(xì)看看,原來(lái)紐扣也變成了灰色粉末。

1812 年 5 月,拿破侖率領(lǐng)六十萬(wàn)大軍遠(yuǎn)征俄羅斯,幾個(gè)月后打到莫斯科,但是俄國(guó)沙皇使出“堅(jiān)壁清野”之計(jì)(當(dāng)年令狐沖率領(lǐng)群豪攻打少林寺時(shí),嵩山派的左冷禪也用過(guò)同樣的計(jì)策對(duì)付令狐沖),讓遠(yuǎn)離補(bǔ)給的法國(guó)遠(yuǎn)征軍陷入糧荒,不得不在寒冬時(shí)節(jié)退出俄國(guó)。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?yàn)榭鄄蛔∫路?,擋不住?yán)寒,超半數(shù)士兵被活活凍死。

會(huì)哭的金屬

錫為啥會(huì)在低溫下變成粉末呢?因?yàn)榈蜏馗淖兞隋a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?dú)鉁氐陀诹阆?33 度,錫的晶體結(jié)構(gòu)就會(huì)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(huì)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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