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第11章 最轻的金属

1817年,瑞典化学家阿尔弗德松在实验室里对一种锂长|界石(这是在斯德哥尔摩附近乌托矿发现的一种矿物)反复进行了实验,发现了一种新的碱土金属,给它取名叫锂,希腊文是“岩石”的意思。

不久,瑞典化学家柏齐利阿斯在卡尔斯温泉和马里安温泉的矿泉中也发现了锂。

1855年,德国化学家本生和英国物理学家马西森分别用熔融的氯化锂以电解法提出了纯锂。

锂是银白色的金属,化学性质很活泼,正是由于锂的这种活泼的特性,通常人们把它放在凡士林里,或者给它包上石蜡外衣,防止它同外界的水汽和空气接触,发生变化。

在自然界,巳发现有20多种矿物含有锂,其中最重要的是锂辉石,呈板状,晶体非常大,最大的有15米长。伟晶岩中也含有锂。大西洋的咸水里,陆上的盐湖里、河水里、清澈的泉水里,处处有锂。茶里,牛奶里,葡萄里,烟草里,海藻里,人的血液里,动物的肌肉里也有锂,甚至在太空飞来的流星里也找到了锂。

锂不像普通金属那样用来制造各种物体,在它被发现以后的许多年中,很少派上用场。最早,锂主要用来制作药物医治痛风病。第一次世界大战时,德国在工业生产中急需锡,却缺少锡的矿物原料。人们不得不努力地去寻找代用品,锂开始大显身手了。铅锂合金是一种很好的减少摩擦的材料,可用来制造轴承。从那以后,又不断发现锂合金,如锂和铝、镁、铍制成的合金,既轻又坚硬,还有耐酸碱的性能。

锂具有高活性和低熔点,锂化合物的密度轻,被大量的运用到冶金工业。锂的化合物还有巨大的吸水能力。用锂化合物可以净化潜水艇里的空气,还可制造飞机上的呼吸保护器、防毒面具、空气调节器等。锂还是生产搪瓷、颜料和高质量瓷器的材料,在制造陶瓷时被用做釉药。锂盐可用来制焰火和曳光弹,在空中散射出明亮的蓝绿色的光芒。

大显身手的锂

现代技术所需要的光学材料,不仅仅要能通过可见光,还《界要能透过紫外线、X射线。同时,还要有良好的热稳定性,高的电阻率和低的介质损耗。锂质玻璃具有这种宝贵的光学性能;所以,电视机的荧光屏用的是锂玻璃,它对X射线的穿透力特别大。

普通的望远镜很难捕捉遥远星体的辐射光,因此在天文观测中很少使用。而用氟化锂晶体制成的透镜,装在天文望远镜上,由于氟化锂对紫外线有最高的透明度,天文学家用它来窥测星空,可以洞察到隐蔽在银河系最深处的奥秘。

锂是制造高能电池的重要原料。1977年,国际上出现了一种硬币形的锂电池,直径23毫米,厚2.5毫米,还不到5分硬币那么大,很适合微型、薄型化的电子仪器使用。这种锂电池用于耗电量低的液晶显示的桌式电子计算机,可以连续使用5~10年而不必更换。用锂电池来开动汽车,费用低,不会污染大气。

碱性蓄电池组的电解溶液是氢氧化钠,如果在里面加人几克氢氧化锂后,蓄电池的使用寿命可以增加两倍,蓄电池适用温度的范围也扩大了。当温度降低到-20°C时,电解液不会凝固;当温度升高到40C时,也不会放电。

锂的一些有机化合物,如硬脂酸锂、软脂酸锂等,在环境温度变化时,性能可保持不变,是理想的润滑剂。即使在南极大陆-60C的冰原上,锂润滑剂照样能让汽车纵横驰骋,不会结冻。另外,锂是理想的火箭燃料。火箭需要很大的功率来克月艮地球引力,才能飞向外层空间。

镉闯进了人类生活

镉的化学性质十分像锌,而且在自然界里,它总是同锌聚合在一起。随着锌矿的开发,镉也闯进了人类生活之中。镉没有自己单独的矿床,是炼锌或炼其他金属时的副产品。

镉和锌一样,是常用的电镀材料。从化学性能来说,镉不如锌活泼,因此镀镉比镀锌更强,更耐腐蚀,特别耐碱,还耐高温。轮船在雾浓度较高的海洋上航行,飞机在湿热地带上空飞行,它们的许多零件大多要进行镀镉处理。

制造阳光电池,需要用到半导体材料,像碲化镉、磷化铟等,叫做金属间化物半导体。可是这种一般的阳光电池只利用了太阳的可见光部分,而那些红外线、紫外线却白白地浪费了。于是人们又采用多层阳光电池,以提高光能变电能的效率。镉混合其他金属可制成各种合金。在铜里加进适量的镉,能增加韧性,却不会降低铜的导电性。铜镁镉合金适合制造轴承材料。在铁铝合金中加进一些镉,可以减少膨胀,是制造钟表零件的理想材料。

镉的熔点较低,在焊料中加进一些镉,可进一步提高焊料质量。银镉焊料适合铜合金,可用于散热器和电机整流子的焊接。锌镉焊料能使焊处天衣无缝。镉汞齐加热时变软,常温下很硬,具有塑料般的特点,常用做镶牙材料。

镉还是制造原子能反应堆的控制棒材料。镉的化合物可以制造出各种色彩缤纷的涂料。镉黄是颜料工业的“名角”,硬脂酸镉是重要的塑料稳定剂。

镉是宝贵的工业原料,是炼锌过程中的副产品,但是有毒。如果使用不当,就会污染环境,影响人类健康。

有翼的金属

铝合金成了20世纪飞行时代的骄子。没有铝,人类要征服天空、遨游太空是不可能的。在制造飞机、导弹火箭和宇宙飞船的金属中,铝是最主要的金属,它占一架飞机的净重量的2/3~3/4,或者一枚导弹的净重量的1/20~1/2。

铝,被人们誉为“有翼的金属”。最早用铝合金来制造的飞行器是德国的齐格林飞艇。

人造地球卫星的外壳是用铝合金制造的。宇宙飞船的外壳也是用铝合金制造的。人类首次登上月球的登月舱外壳就是用铝和钛的合金制成的。铝还可以用来制造各种航天装置的零件,如支架、坚固件、框架壳体和工具箱等。

现代,有些潜艇和远洋船也是用铝合金制造的。无线电讯号反射卫星一“回声1号”,是一个巨大的圆球,直径约30米,是用铝汽化蒸镀聚酷薄膜制成的。它的容积大得惊人,但重量却很轻,只有60多千克。

银白色的铝反射紫外线的能力很强,因此铝成为制造冷藏车、冷藏设备的理想材料。宇宙空间强烈的紫外线和其他辐射对人体有害,而铝可制作宇宙航行所需的器材。有种宇宙服的内层就是由镀有金属铝的11层化学纤维织物制成的。

超薄铝涂层织品已研制成功。这种铝织布用做窗帘,夏季可把热量挡在室外;冬季把窗帘的金属表面面向室内悬挂,可以保持室内温度。

铝在建筑中正在大显身手。铝有抗腐蚀的良好性能,世界上第一个铝屋顶是1897年建造的,至今完好无损。现在,铝合金已经用于建造桥梁、大厦、飞机库和水下建筑物等方面。

铝还可以染上金黄、大红、翠绿、宝蓝等各色外衣,制成金色笔套、彩色打火机等铝制品。因此,可以说铝是继钢铁之后轰动世界的金属。

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