ⅠB电气工业的主角铜.doc

趣味元素化学知识（二）金属（副族）B电气工业的主角铜纯净的铜是紫红色的金属，人们常把它叫做“红铜”。纯铜有很高的延展性。打个比方说，像一滴水那么大小的纯铜，可以拉成长达两公里的细丝，可以压制比床还大的几乎透明的铜箔，如果你吹一口气，它就能飘起来。纯铜最可贵的性质是导电性能特别好，在所有金属中只比银差一点，但铜比银便宜得多，因而成了电气工业的“主角”。在工业上到处需要铜和铜的合金。因为有许多机器的零件，不能用铁而要用铜和铜的合金来制造。一台火车头需铜公斤；一台拖拉机需铜公斤；一辆载重汽车需铜公斤；一架一万绽纺纱机需铜公斤；一百万发子弹需铜吨。在大自然中，常见的铜矿石是孔雀石。目前世界上产铜较多的国家是赞比亚和智利。天然的纯铜，在大自然中并不多，迄今为止，人们发现最重的一块铜为吨。铜是电气工业的主角，全世界每年生产出来的铜，有一半是用在电气工业上。可是铜有一个“倔脾气”，它不能“忍受”自己的身体中混进杂质。哪怕是混进了很少很少的杂质，它也会“消极怠工”。本来，它的导电本领在金属中除银之外是最好的，可是，一旦混进了一些磷、砷、铝、氧等杂质，它的本领就大大降低了。 铜还有很好的延展性，十分容易进行加工，可要是混进了一些铅、锑、铋后，铜就变得很脆，很难加工。只有当人们把它身体中的各种杂质都“赶”出去后，它才会高高兴兴地把自己的“看家本领”使出来，为我们人类服务。人们又是怎样把铜中的杂质“赶”出去的呢？在工业上常用的是电解法。把不纯的铜作为正极，纯铜作为负极，把硫酸铜溶液作为电解液。通上电流后，正极上不纯的铜逐渐熔解，纯铜就逐渐沉淀在阴极上，这样炼制的铜，在一万个铜原子只有一个杂质原子。硫酸铜是一种重要的铜的化合物，它是天蓝色的晶体，能够杀菌。在农业上，人们常把硫酸铜跟石灰粉按一定比例混和起来，这种混和药液，叫做“波尔多液”。关于波尔多液的发现，还有下面的一段小故事。在年时，欧洲流行一种葡萄霜霉病，这种病十分厉害，许多葡萄园都颗粒无收。但在法国的波尔多城附近却发生了一件怪事情：有一家葡萄园中的葡萄树都生了病，可靠近马路两边的葡萄树，却平安无事。这个现象引起了波尔多大学教授米拉特的兴趣，他特地去拜访了葡萄园的园工。园工们笑着告诉他：马路两旁的葡萄，常常被一些贪吃的行人摘掉。为了防止行人偷吃葡萄，他们就往这些树上喷了一些石灰水，又喷了一些硫酸铜。这样之后，葡萄树就像蓝白相间的金钱豹一样，行人见了，以为树害了什么病，就不敢再吃树上的葡萄了。于是米拉特根据这个线索钻研下去，经过几年持续不断的努力，终于在年制成了波尔多液，它有很强的杀菌能力，能杀死许多庄稼的敌人。由于这种混和液是在波尔多城发现的，并且从年起就在波尔多城普遍使用，所以人们就把它起名叫“波尔多液”。除了用来制造波尔多液之外，硫酸铜还有许多其他的用途。比如人们在游泳池中放人一些硫酸铜，可以杀死水中的各种病菌，在电解时，人们常用硫酸铜来作电解液。在化学上，还可以用硫酸铜来鉴别有机溶液中是否含水。例如，判断酒精是否含水，只需往酒精中放进一些无水硫酸铜，如果硫酸铜变蓝了，就说明这酒精中含水。原来，含结晶水的硫酸铜是蓝色的，而无水硫酸铜则是白色的粉末。当无水硫酸铜碰到水时，它会“急不可耐”地和水结合在一起，形成硫酸铜晶体，所以会显出蓝色。浆糊是一种常用的东西，比方说，书破了，用浆糊一粘，就又好了，要是作业本掉了页，抹一些浆糊，也可以粘上去。这种浆糊一般都是用淀粉做的，只能用来粘书。如果你拿来两块铁片，它是怎么也粘不到一块去的。可是，还有一种奇妙的金属“浆糊”，它能把两块金属粘在一起。不信你看，在铁片表面涂上这种“浆糊”，然后把它们压紧，过上两三天后，两块铁片就紧紧地粘在一起了。这种奇妙的“浆糊”是怎么做成的呢？人们先把磷酸和氢氧化铝混合加热，它们就变成了粘稠的液体，然后倒人氧化铜的粉末中，不断搅伴，就制成了黑色的金属“浆糊”。这种“浆糊”的粘合力十分惊人，它不但可以把两块金属粘在一起，还可以把陶瓷粘在一起，甚至还能把金属和陶瓷粘到一起。过去，车床刀具上的刀刃硬质合金，是用焊接的方法焊上去的，焊接时温度很高，往往会降低刀具的硬度，缩短使用寿命。而如果改用这种金属“浆糊”，不用加热就能牢牢地粘合在一起，可以把刀具的使用寿命延长一倍。而且，这种金属“浆糊”的主要原料是氧化铜。成本十分低廉，只有铜焊成本的十分之一，这真是既省事又省料的好东西。月亮般的金属银银，永远闪耀着月亮般的光辉，银的梵文原意，也就是“明亮”的意思。我国常用银字来形容白而有光泽的东西，如银河、银鱼、银幕等。银的发现要比金晚。最初由于人们取得的银数量很少，因此银的价值比金还高。在古代埃及，有一个奇怪的法律，它规定银的价值是金的两倍。甚至到了十七世纪，在日本，银和金的价值还是相等的。银的导电本领，在金属中是最强的。一些袖珍无线中常用银作导线。银还具有很高的延展性，人们可以把它压制成只有.厘米厚的透明箔，一克重的银粒就可以拉成约两公里长的细丝。银与金一样，也是金属中的“贵族”，被称为“贵金属”，过去人们只是用它作货币和装饰品，现在，银在工业上有了三项重要的用途：电镀、制镜和摄影。在十六世纪初，西班牙的一个海员发现了一条流向南美洲东部海岸的大河，于是他和另外一些海员顺流而下，发现河两岸的居民有大量的银子，他们用欺诈的手段从当地人手中骗得了许多银子。十年后，这个海员已成了一名船长，他想起了十年前的经历，于是他召集了一批海员，带了充足的枪支弹药，又像十年前一样顺流而下。不过，这次他们不是骗，而是用枪逼着当地居民交出银子来。这一次，抢来的银子数量之多连他们自己也深感吃惊。于是，这个船长就把这条河叫做“里奥德拉普拉塔”。在西班牙语中，“拉普拉塔”就是“银”。回到西班牙后，这位船长很快发了大财，他四处向人们宜扬他的经历，这使那些做梦都想发财的人垂涎不已，他们纷纷打听这条河在什么地方，于是，很多西班牙人都知道在南美洲东部海岸有一条“拉普拉塔河”，后来，为了称呼起来方便一些，人们干脆把这条河所在的国家叫做“拉普拉塔”。到了十九世纪初，西班牙殖民者的统治被推翻了，为了忘记悲痛灾难的过去，这个国家的人民把国名从西班牙文的“拉普拉塔”改成了拉丁文的“阿根廷”。由此可知，阿根廷这个国家在以前是用“银”来命名的。公元前年，希腊联军侵入了印度。他们节节胜利，占领了许多地方。可就在这时，他们受到了一种找不到原因的奇怪的肠胃病的袭击，绝大多数的土兵都染上了这种病，很多人都死去了。可怪异的是，尽管生活在同样的环境里，大多数的军官却没有染上这种病。这是什么原因呢？这个臭秘就在于土兵使用的杯子是锡制的，而军官使用的杯子是银制的。原来，这种肠胃病是由一种传染性极强的细菌造成的。而军官在使用银杯时，有极少量的银会以银离子的形式溶解在水中。银离子能杀菌，每升水中只要含有一千亿分之二克的银离子，就足以使大多数细菌死亡。因而，那种传染性极强的细菌在银杯中不能存活，军官们自然就不会得病了。士兵们就不同了，由于他们使用的是锡制的杯子，不能杀死细菌，所以会有许多人患上场胃病。在我国内豪古一带的牧民，常用银碗盛马奶，可以长期保存而不变酸，也是因为银离子会杀死马奶里的细菌的缘故。古代的埃及人在两千多年前就已知道了这个道理，因而，他们经常把银片覆盖在伤口上，进行杀菌。现在，人们用银丝织成银“纱布”，包扎伤口，用来医治某些皮肤创伤或难愈的溃疡。很多年以前，在一个银库里发生了一起莫名其妙的白银失窃案。当时，守卫银库的人很多，打个比方说，即使从外面飞进一只苍蝇，也会有人知道。可是，在这样严密的防守下，几千两白花花的银子竟然不见了。是谁偷走了银子呢？上方下令，限期半月破案，到时要破不了案就要把银库主管革职查办。银库主管接到命令后派了许多手下出去调查，始终没有找到线索，急得他就像热锅上的蚂蚁，团团乱转。眼看期限就要到了，银库主管正在唉声叹气时，进来了一位手下，他说他知道是谁偷走了银子。主管一听，十分高兴，忙问盗贼是谁，那名手下如此这般对主管低声说了几句。于是主管带领几名手下来到了银库中，那名手下走到一处墙角开始挖了起来。呀！墙角下原来是一个很大的白蚁巢，主管命人搬来了一个火炉，那名手下把白蚁连同老巢一起投人了火炉中。不久，奇迹出现了，炉底竟露出了白花花的银子。白蚁是怎么偷走银子的呢？原来白蚁口中能分泌一种浓度很高的蚁酸，白银遇到蚁酸时会和它发生化学反应，生成粉末状的蚁酸银。所以，白蚁可以把蚁酸银吞进肚中，但它无法消化吸收。最终，蚁酸银会分解形成黑色粉末状金属，沉积在白蚁肚中。当在高温下灼烧时，它又可以变成白银。不怕火的金属黄金金是人类县早发现的金属之一。比铜、锡、铅、铁等都早。年，考古人员在陕西临潼秦代一座宫殿的遗址里发现了八块战国时代的金饼，其中金的含量达百分之九十九以上，这离我们已有两千多年的历史了。金之所以很早就被人们发现，主要是由于在大自然中的金矿就是纯金，加上它那独特的金黄色外表，人们很容易找到它。在古代，欧洲一些人用太阳的符号（）来表示金，因为金子像太阳一样，闪耀着金色的光辉。金在地壳中的含量大约是十亿分之五。这数字，比起铝、铁等金属，当然是少之又少，但比起许多稀有金属的含量就多得多了。海水中也含有大量的金，在一立方公里的诲水中，约有五吨的金。另外，秤学家们还发现，不但地球上有金，在太阳周围灼热的蒸气里也有金，甚至于来自宇宙的“使者”陨石中也含有徽量的金。金在地壳中的含量虽然不算太少，但是非常分散。直到现在，人们找到的最大的天然金块，只有一百一十二公斤重，而人们找到的最大的天然银块却重达十三点五吨（银在地壳中的含量只不过比金多一倍），最大的天然铜块竟重达四百二十吨。俗话说：“真金不怕火炼”、“烈火见真金”。这一方面说明金的熔点很高，达一千度以上，用一般的火很难把它烧熔；另一方面也说明，金的化学性质非常稳定，任凭火烧，仍然不会生锈。古代的金器传到现在已经好几千年了，依然金光闪闪，毫无锈迹。把金放在单独的盐酸、硝酸和硫酸中，它安然无恙，不会被腐蚀。可是，如果它们联合起来对金进行“围攻”，金就招架不住了。你看，把金放在由三份盐酸和一份硝酸（按体积算）混合组成的“王水”中，过一会儿它就会“无影无踪”。但耍是你蒸干溶液，就可以看到一种十分美丽的黄色针状的晶体，原来，金已经变成了化合物。在一般人眼里，黄金总是金黄色的。可是在有些时候，它也会变成其他颜色。黄金有极好的延展性，所以人们可以把它锤炼成十万分之一毫米甚至更薄的金箔，这样薄的金箔看上去的颜色不是金黄色，而是绿色或者浅蓝色的。现在，利用先进的科学技术，人们可以把一盎司（.克）黄金压制成一百七十平方英尺的金箔。用一吨黄金抽出的金线可以从地球拉到月亮再绕回来。黄金并不坚硬，不信，试一试，用指甲都可以在它的表面划出痕迹。学过天文知识的小朋友就会知道，宇宙中的星球不外乎有两种，一种就像我们生活的地球，是由岩石构成的。另一种就像太阳，是由氢气和氦气浓缩而成的。然而，最近科学家们在宇宙中又发现了一种奇怪的黄金星球。原来，为了捺索宇宙中的奥秘，在十几年前，美国航空与字宙航行局，发射了一颗名叫国际紫外线的探测卫星。这颗卫星上袋有特殊设备，可以观测星球的短波紫外线辐射，并把拍到的照片发回地球。当天文学家检查卫星拍照到的一颗距离他域直七十五光年远的星球的光谱时，发现了一条极其黑的线，它位于光谱上代表黄金的位置上。这意味着这颗星的表层是由大量的黄金构成的，大约有一千亿吨。科学家们十分惊讶，因为他们以前还从未见过一个星球的表面是由黄金构成的，所以就把这个星球叫做“黄金星球”。在以前，人们都是从砂子中淘出金子来的。这是因为金子很重。一立方米的水只重一吨，而同体积的金却达十九吨重！人们利用金与砂的密度之间的差异，用水冲洗含金的砂，这就是常说的“砂里淘金”。但这种原始的淘金方法不但费时费力，而且对金砂的要求很高，只有那种含有大量的金的砂石，才能用这种方法淘出金来。对于含有少量金的砂石，这种方法就无能为力了。现在，人们有了一种简便易行的炼金方法。人们发现，氰化物的水溶液能溶解金，于是就用这种溶液来冲洗金砂，金子就会溶解在溶液中，然后把所得的溶液用锌处理，锌就会把金置换出来。这种化学的“砂里淘金”法，大大提高了淘金的效率。现在，只要砂中含有千万分之三或岩石中含有十万分之一的黄金，都已成了值得开采的金矿了。不过，氰化物有剧毒，在生产中应该采取严格的安全措施。否则，炼出了黄金，却丢了自己的性命，是得不偿失的。黄金虽然稀少，可是来出来的黄金不会像钢铁那样烂掉，所以世界上的黄金的储存量一年比一年多。据估计，在六千多年中，人类采集到的全部黄金可以组成每边长度为十五米半的立方体，总的质量是七万多吨。有史以来，全世界金的年产量最多的一年是年，共生产了多吨。黄金产量最多的国家是南非，在年，这个国家生产了多吨黄金，占当年全世界黄金总产量的百分之四十四。人人都知道黄金是财富的象征，可是对于“狗头金”，有些人就未必知道了。年，在黑龙江省呼马县兴隆乡的后金沟，发现了一块重克，外形不规则的自然金。无独有偶，年月日，同样是在黑龙江省呼马县兴隆乡，一位农民在河滩的砂砾石层中开采到一块外形不规则、看起来很像狗头的自然金。重克，含金量。这种天然产出的大金块被秤学家统称为“狗头金”。“狗头金”在我国其他地方也有发现。从年至年，四川省白玉县连续发现了重克的自然金块总数有个。年，人们在青海省发现了一块重克的“狗头金”。据历史记载，在年间，湖南益阳曾产出过一块重.千克的“狗头金”，它是我国有史以来发现的最大的自然金块。“狗头金”不独我国有，在国外也屡有发现。澳大利亚在年、年、年相继发现了重.千克、.千克、千克三块巨大的自然金。目前，世界上最大的一块自然金块，产自美国加利福尼亚州，重达千克。那么，这些狗头金是怎么形成的呢？狗头金都发现在砂金矿中，大部分产在高寒冻土地带。河滩上砂砾层中的自然金，都来源于附近岩石中的原生金矿。这些金矿中的金粒，经过分化作用，从含金岩石中分离出来，被水冲走。由于金的密度很大，到了水流缓慢的河床或海滨沙滩后，它就会沉淀下来，混在砂砾层中，形成砂金矿。由于金在有机酸、过氧化氢和硫化氢的溶液中是可以溶解的，而高寒冻土地带的土壤为黑土，里面含有丰富的有机质，那里流动的水又不多。因而水中含有大量腐蚀能力很强的有机酸，能使岩石中的金溶解后被水搬运，在原来细小的自然金粒表面上沉淀下来。就这样，溶解搬运沉积的过程反复地进行，使原来细小的砂金颗粒越“长”越大，从而形成了自然金块“狗头金”。可见，高寒冻土地带的山体岩石如果含金丰富，在山下河滩砂砾层中就有可能找到砂金矿乃至大金块。我国的西北、西南和东北山区具有这样的地质环境，因此，可以预言，在那里将会不断发现“狗头金”。B生命元素锌在过去，世界上都以为最早知道炼制金属锌的是英国，因为英国早在年就公布了蒸馏法炼制金属锌的专利文献。其实，这个说法是错误的。我国才是世界上最早发现并使用锌的国家。早在汉朝时，古代人民就开始冶炼黄铜，黄铜就是铜和锌的合金。到明朝时，我国就炼出了纯度高达百分之九十八的锌。这个事实，在明代人徐应星的自然百科全书天工开物的五金一章中有详细的记述。相比之下，炼锌要比炼铜、炼铁容易得多，因为锌的熔点只有四百多度，沸点也只有九百度，况且锌很容易还原。如果把锌矿石和焦炭放在一起，加热到一千度以上，金属锌就被从矿石中还原出来，并像开水一样沸腾起来，变成锌蒸气，再把这种蒸气冷却凝固，就可以制得非常纯净而又漂亮好看的金属锌的结晶体。这就是古代人民发明的蒸馏法。后来，到十六、七世纪时，西方殖民者把我国制造的大量纯净的锌运到欧洲，同时也把炼制锌的方法传了过去。直到现在，欧洲还有人把锌称作“荷兰锡”，这是因为锌最早是由荷兰人传到欧洲的，锌的外表又很像锡。实际上，这“荷兰锡”的真名应该叫作“中国锌”。白铁皮的“外衣”过去，没有自来水的时候，人们经常是到河里提水或从井里打水。提水用的小铁桶，常常是用白铁皮做的，在它的表面有冰花状的结晶，这就是银白色的锌。在白铁皮上镀了锌，主要为了防止铁生锈。然而，奇怪的是，锌反而比铁更容易生锈：一块纯净的金属锌，放在空气中，表面很快就变成了蓝灰色生锈了。这是由于锌与氧气化合生成了氧化锌的缘故。这层氧化锌十分致密，它能严严实实地覆盖在锌的表面，保护里面的锌不再生锈，这样，锌就很难被腐蚀。正是由于这样，人们才用锌来保护铁。据统计，世界上生产的锌，有十分之四用来制造各种白铁皮的“外衣”。在铁皮上镀锌要比镀锡耐用得多。要是铁皮表面的锡碰破一点，铁皮很快就会烂掉，而白铁皮即使擦破了一大块，也不容易锈蚀。这是由于锌的化学性质比铁活泼，当外界的空气和水分向白铁皮发动“进攻”时，锌“挺身而出”，抢先与氧气化合，从而保护了铁的安全。美中不足地是白铁皮要比镀锡的铁皮贵。变色温魔计一般的温度计只有一种颜色，可是，有一种奇妙的温度计，它能随温度的高低而改变自己的颜色。这种特殊的温度计是用氧化锌制成的，氧化锌人们一般叫作“锌白”，是常用的白色颜料，人们用它来制造白色的油漆。它有一个奇怪的习性，在受热后，它就会变成黄色，遇冷后，又会重新显出白色。人们利用它这个怪异的脾气，把它装在温度计中，就制成了变色温度计，只要根据它的颜色变化，就能知道温度的高低。氧化锌还是一种良好的粘接剂。把它和丁香油混合在一起，就是牙医生用来补牙的最赏用的材料。因为它能在很短的时间内凝结得很坚硬。祛除感冒的能手春秋两季，天气变化较大，人们很容易患感冒。有趣的是，人种不同，感冒的情况也不一样。一般的常识是，白种人不易得感冒；然而一患上感冒，就很难治愈，有时还会威胁到人的生俞；黑色人种很难得感冒，而黄色人种呢，十分容易患感冒，但也十分容易治好。可见，世界上的人都会得感冒，但直到现在还没有一种特效感冒药出世。经过不断地研究，人们发现用锌制成的葡萄糖锌片可以缩短和缓解感冒的发病过程。据试验，在流感蔓延的季节，服用过葡萄糖锌片的人，可以使发病率降低三分之一。为什么葡萄糖锌片能有这么大的作用呢？原来，锌是人体中必需的十几种微量元素中重要的一种，平常就有“生命元素”的称号。人体中约有一百余种酶与锌有关，缺少锌后这些酶的活性会降低，而且会直接或间接地影响到各种营养要素的吸收。因而，适当增加一些锌元素，就能增强人体对各种疾病的抵抗力。黑暗中的夜光在黑漆漆的夜中，周围什么也看不见。这时你想知道时间，于是捋起袖子，奇怪，手表里竟然还会发出微弱的淡绿色的光，借着这点光，你就知道时间了。 手表怎么会发光呢？原来，人们在夜光表的表盘和指针上涂了一层锌的硫化物，它在光线的照射下，会隐约地射出浅绿色的光线，这种光叫冷光。可是，黑暗中没有光线呀？为解决这个问题，人们又在硫化锌中加入了一点点放射性物质，它们会发出我们肉眼看不见的射线，刺激硫化锌发出光来。锌与胎儿畸形全世界每天都有数以万计的婴儿出生，在这些新生儿中，总有几十个甚至几百个是畸形的，这是什么缘故呢？科学家们在调查研究后发现，这是由于他们母亲的血液中的锌含量偏少而引起的。锌是人体必需的微量元素之一，它在人体中的总重量不过克，正常成年人每日的需求量仅为毫克，老年人需要更多一些。虽然人体内的锌微不足道，但它却是与生命攸关的元素，如没有锌，人的生命就无法维系。因而人们把锌叫做“生命元素”。科学家们发现，如果孕妇体内缺锌，就会引起胎儿发育畸形。妇女在刚怀孕时血液中缺锌，就会生出无脑儿或脊柱裂的畸形儿，而当妇女已怀孕六七个月时，体内缺锌就会使生出来的胎儿体重不足。孕妇怎样及时补充锌呢？这不能依赖药物，而重要应从食物中摄取。植物性食物一般含锌较少，动物性食物才是锌的主要来源：如牛肉、羊肉、猪肉每千克含锌可达毫克。因而，怀孕的妇女不应该吃素，而要加强营养，注意锌的补充。对光线敏感的金属镉镉是一种灰色的柔软金属，它也很喜欢跟氧气化合，把它放在空气中，表面马上就变成了另外一种物质。镉红、镉黄是有名的绘画颜料，硝酸镉常被人们用来制造光学玻璃和荧光粉等。在人们的印象里，合金总是坚硬能耐高温的，殊不知用镉和其他几种稀有金属制造的合金，熔点只有五十度，只要人们往它的身上倒一些开水，就能把它烫得“皮开肉绽”。镉更特别的地方是，它对光线十分敏感，只要光线照射到它身上，即使是极其徽弱的光线，也能使它产生电流，这就是著名的“光电效应”。因此，镉和镉的化合物一下子成了人们的“掌上名珠”，人们把它做成光电管，就可以用在各种自动控制设备中。特别是对人造卫星、洲际导弹、宇宙火箭来说，自动控制系统更加重要。射程八千公里，而误差只有千分之一，这就是在自动控制系统操纵下的洲际导弹的杰作。镉是年被人们发现的。说起来，镉还是因为一件冤案才被人们发现了真面目。事情是这样的。在年早些时候，德国有许多药房制造的感冒药，都被政府的药物检查官证明是假药。因为一般来说，感冒药都是用氧化锌制造的，而药物检查官在检查中却发现，这些药房在制药时用碳酸锌冒充了氧化锌。当他把碳酸锌加热之后，就变成了一种黄色物质；或者把碳酸锌溶解在酸中再通人硫化氢气体，也会产生一种黄色沉淀。这两种物质看起来很像硫化亚砷。大家知道，砷的化合物都有剧毒，所以检查官认为药物中掺进了一些毒物，于是把这些药房生产的药物全部没收。后来，一些医学家和化学家对这种黄色的沉淀物进行了仔细的研究，结果发现它并不是硫化砷，而是一种人们还没有发现的新元素，他们把它命名为“镉”。从此，不但为各大药房洗清了罪名，而且元素大家庭中也多了一个成员。看过西游记的小朋友就会知道，在唐僧师徒取经途中有一个女儿国，这个国家上至国王，下至平民百姓，都是清一色的女性，而且她们生出来的孩子，也全是女的。当然，这只是神话传说中的故事罢了。但是，在我国四川省的某一个偏僻的小山村里，却出现了与西游记中“女儿国”差不多的情况。有很长一段时间内，这个村出生的婴儿几乎都是女孩，因此人们给这个村起了个名字叫“女儿村”。凑巧地是，在英国北部的一个小村镇里，有一段时间出生的孩子也都是女孩。这究竟是怎么一回事呢？科学家们对当地的环境和人们的食物等进行了调查研究，同时对村民们的身体进行了细致的检查，终于找到了原因。原来当地的水源已被金属镉严重污染了，人们由于长期饮用这种水质，造成人体内的镉大大超过了正常的标准，已经达到了镉中毒的程度。有些小朋友可能会问，为什么镉中毒的人只会生女孩子呢？科学家们在试验中发现，动物体内镉的含量过度会损害精子的成熟和活动能力。而生男生女主要取决于男性精子的性染色体的性质。男性性染色体一般有两种，即X型和Y型。含X染色体的精子与卵子结合后生出来的是男孩。由于人体内金镉含量超过正常的标准，这就会使带有Y型染色体的精子失去与卵子结合的能力，所以只剩下X型染色体的精子与卵子结合，结果出生的晏儿当然就是女孩了。镉跟铅一样，是一种慢性中毒的金属。当它在人体内的含量很少时，它就“悄悄”地躲起来，对人体几乎没有什么危害，可当它的含量达到一定程度，它就在人体内“兴风作浪”，引起“骨疼病”和“高血压”等各种慢性病。这时人们虽然已经发现了它的危害，可是中毒已深，治疗起来很不容易。镉，真是人类潜在的一大威胁。科学家们发现，婴儿在出生时，体内并不含有镉，随着他逐渐地长大，开始吸收镉。镉在进入人体后，只有少量才能随尿排出体外，大部分就在人体内慢慢积聚起来。到了一定程度后，镉就能破坏人体内的钙，使受害者的骨头逐渐变形。起初，受害者会感到腰、背和腿偶尔有些疼，以后疼痛会越来越厉害，而且在走路时还会像鸭子一样左右摇摆。因此人们把这种病称为“骨疼病”。高血压也是由于镉的污染而引起的。在高血压病人的尿中，镉的含量常常比正常人要高出几十倍。人们曾做过这样一个有趣的实验。在大白鼠的食物中加入大量的镉，很快就能使大白鼠患上高血压，如果降低大白鼠身体中的含量，它的血压在几分钟内就能恢复正常。镉几乎无处不有，人们平常吃的食物中有它，喝的水中有它，呼吸的空气中也有它，很难阻止它进入人体。特别是在经济发达国家，镉的污染更加严重。所以，在这些国家中，高血压是一种最常见的慢性病。水一样的银子汞在金属中，汞很有“个性”，其他的金属在常温下都是固态，可它偏偏就是液态，这使人们很为难，本来金属元素的部首郁写成“金”旁，可写它时，只好改成了“水”。汞是非常重的液体，一立方米的汞重达十三点六吨。它的内聚力也很大。洒一些水银到平整的桌面上，会散成一粒粒的银珠，就好像荷叶上滚动的水珠。汞的颜色很像银子，所以人们通常把它叫做水银。李时珍在本草纲目中就说：“其状如水，似银，故名水银”。有趣的是，汞的拉丁文名字的意思也是“液态的银”。汞还有一个绰号叫“金属的溶剂”，因为它能溶解许多金瞩，形成柔软的合金。锌、铅、金、银等大部分金属投入汞中，都会被它“吃”掉，找不到踪影。但不知为了什么原因，汞对铁却十分厌恶，见了铁很“冷淡”，不会生成合金，所以人们常用铁罐来装汞。黄金是一种价格昂贵的金属，在常人眼中，它就是财富的象征，衡量一个国家是穷是富的标准，就是看这个国家的黄金储备是多还是少。因而，提炼黄金一直是人们梦寐以求的事情，而点汞成金更是古今中外人们的幻想。在古代，有许许多多的人试图把汞或其他的廉价金属转变为珍贵的黄金。大家知道，汞和金是两种原子结构不同的元素，而用化学方法要改变原子结构是根本不可能的，他们的努力注定是要失败的。可是，在科学技术发达的现代，把汞变成金子，并非是一件不可能的事。早在年，秤学家们就以中子为炮弹轰击汞原子核，后来得到了一点点黄金。现在，从日本也传来了同样令人惊奇的消息，有位科学家用一种射线对准水银整整照射了七十天，然后经过六年的自然冷却，终于得到了七百四十四克黄金。为什么这种射线能使汞变成黄金呢？原来，当这种射线射到原子核上时，原子核就可能失去一个质子，变成元素序号小一个的新元素。而汞的元素序号是八十，金的元素序号是七十九。因此，汞在这种射线的照射下会变成黄金。人们了解到点汞成金的奥秘后，是不是就能马上制造出大量的黄金来呢？不是的。用这种方法来制取一克黄金需要二十万日元，代价比制出来的黄金要大得多。温度计是大家熟悉的一种用品。当你到医院检查身体时，医生会让你在嘴里含一个体温计，有些小读者的家里还会有一个气温计，要想知道气温有多高，只要一看刻度就能知道。可是，温度计是怎样测出气温的呢？原来，温度计里装的是汞，在摄氏零至二百度的范围内，水银的体积膨胀很均匀，也就是说，温度升高一度，水银的体积就增加一点，所以我们只须量出水银的体积，就能知道当时的温度。如果在汞中加入一些铭，可以使汞的凝固点低到零下六十度，用它还可制成低温温度计。每天，日光灯都陪着我们看书、学习，但是，日光灯为什么会发光呢？这是因为在日光灯管中，装着水银蒸气。而水银蒸气一受到电流的刺激就会射出紫外线来，照射在玻璃壁上那白色的涂料硫化锌上，就使它产生了白色的冷光，也就是日光灯的“日光”。人们利用水银蒸气的这个性能还制造出了高压水银灯，它发光的本领比日光灯可强多了，一个诺大的广场，只需几盏灯就能照得十分明亮。很久以前，在俄罗斯，人们发现了一个奇异的湖泊。那湖水就跟镜子一样明亮，四周还有秀丽的风景，更奇怪的是，那湖面还会不断地冒出微蓝色的蒸气，就好像仙境一般。消息很快传开了，许多游人都想一饱眼福，纷纷赶到了那儿。可是，只见有人去，却不见他们回来。于是人们传说，那个湖里住了个妖怪，专门杀害游人。从此，再也没有人敢去那儿游玩了。过了许多年后，来了一位画家，听到了人们的传说，他不禁十分惊奇，就想冒险去游览一下。几天后，他到了那儿，果然，那儿美极了。银色的水面与红色的岩石相映成趣，风景十分秀美。他十分高兴，立即拿出画板进行绘画，他一连画了好几个小时，刚画完，他突然感到恶心、头晕，呼吸也很急促，他意识到要发生意外，于是拿上画稿，匆匆离开了那里。回到家后，他大病了一场，还差点丢了性命。他病好后，来了一位科学家，在交谈中，他说起了水妖湖，还请科学家欣赏他的画。科学家好奇地问是不是写生画，他回答说这幅画完全是照当时的情景画出来的。这位科学家再三思索，也无法解开这个“水妖”的秘密。后来，这位科学家找了一位帮手，他们带了防毒面具来到了水妖湖。经过实际研究分析，终于揭开了“水妖”的真面目。原来，在溯底下有一个巨大的硫化汞矿，经过漫长的时间，硫化汞已分解成几千吨的金属汞，并汇合在一起，就形咸了这个传说中的“水妖湖”。水银很容易挥发，形成水银蒸气，水银蒸气是有剧毒的。游人在湖上莫名其妙地死去，就是被水银蒸气毒死的。原来这“水妖”正是人们看不见的水银蒸气呀。B稀土“十七姊妹”稀土金属如果你使用打火机，只要用大拇指把打火机上的可动部分一按，“咔嚓”一声，小转轮底下进出了火花，就把可燃气体给点着了。打火机打火，关键在于金刚砂转轮底下的那一小块打火石。打火石不是普通的石头，而是一种稍加摩擦或敲打就很容易氧化并发火燃烧的金属，是一种镧、铈等稀土金属与铁的合金制成的。说到稀土金属的大家族，成员可真不少，心的小朋友可能已经知道了，它们总共十七个，被称为“稀土十七姊妹”。稀土金属大都有一副朴素的银灰色的外表，只有少数几种是淡黄色或浅蓝色。它们的外貌相似，性格一样，而且经常共生，十分团结，牢牢地联在一起。从第一个稀土金属钇发现于1794年算起，过了一百五十多年，直到1947年发现了钷，人们才算把稀土家族的全部成员找齐。可是，稀土金属好像很不乐意为人类服务，这不，直到本世纪五十年代，才有少数几种稀土金属进入了工业生产，又过了十多年，其他的稀土金属才开始与人们“合作”。稀土金属大家族的成员们真是十分“团结”。人们很难把它们分开，即使今天，我们仍然很少有机会看到单一的稀土金属。工业生产上的往往是混合稀土金属，也就是说包含有多种稀土金属的合金。但是，如果要说它们的化合物，那么人们在很早以前就开始应用了。1879年电灯泡出世以前，当时最新的灯是烧煤油的汽油灯。人们用浸过硝酸钍或硝酸铈溶液的织物作罩纱，经过汽油灯一烧，织物烧光了，留下由硝酸钍或硝酸铈变成的氧化钍或氧化铈，在高温下发出强烈的光辉。玻璃工人师傅也早就利用稀土金属的氧化物来给玻璃着色。你看，铈化合物加到玻璃里呈黄色，镨加入玻璃时呈绿色，钕加入时呈紫色，铒加入时呈红色，钕与硒合作还可配出娇嫩的玫瑰色利用稀土金属人们就可以生产出五彩缤纷，各种各样的玻璃来。稀土金属又可以来使玻璃脱色，叫玻璃变得更加透光明亮、晶莹洁白，还能提高玻璃的强度和耐热性能。人们用铈、镨、钕等稀土的混合物用作玻璃的脱色剂，这种玻璃经过长期曝晒，依旧“面不改色”，透明度仍然很好。玻璃陶瓷工业至今还是稀土金属的主要“用户”，“十七姊妹”在这里大显身手，发挥了特殊而重要的作用，生产出了各种工业用特种玻璃和特种陶瓷。有些稀土金属加到玻璃中，能使玻璃具有吸收紫外线和通过红外线的能力。举例来说，含铈的玻璃在核辐射的长期照射下不变黑，可以用来防护原子反应堆发出的放射线。有一种含铈和钒的玻璃，经阳光照射会变成红色，可以用它来测定阳光照射的强度。一般的光，不管是多么强烈的阳光或灯光，都不能透过一块薄薄的木板。但是激光，这种亮度极高的光，却能在极短的时间之内把钢板击穿。甚至像金刚石这样最坚硬的天然物质，在激光的照射下，也会迅速地化成一缕青烟。这是怎么一回事呢？当产生激光的物质受到外来能量的激发，比如用闪光灯照射或通上电流之后，它们的原子或分子就从低能级上升到高能级，不过并不稳定，接着很快又过渡到中间的能级。当中间能级的粒子积聚得很多的时候，如果再受到激发，又会跌落到原来的低能级状态，并且放出光子。这时候数不清的光子在激光器里来回共振，调整了方向和步伐，最后突然一齐发射出来，就好像无数密集的“炮弹”，在同一个短暂的瞬间集中轰击一个目标，结果就会产生惊人的威力。”比如压力达到每平方厘米上百万公斤，温度超过摄氏一二十万度。在这样的高温高压下，几乎任何坚硬难熔的物质都难得幸免。激光从出世到现在总共不过三十多年的历史。历史虽然不长，可是发展却很快。它给国防军事、工业生产、医学卫生和科学研究的发展带来了新的强大武器。利用激光能量集中、光色单纯、方向性好等特点，在焊接、切割、精密测量、测距、跟踪、通信等各个方面都有广泛的应用。举例来说，利用激光对压制化学纤维的喷丝头打孔，效率可以提高一百多倍，这就是说如果以前用一百台机器打孔的话，现在只要用一台激光器就行了。特别是在手术时，如果一个人眼睛里的视网膜出现了裂孔，那就很麻烦，先用麻醉剂麻醉，使病人失去知觉，动手术时又要特别小心，因为眼睛对一个人来说太重要了，稍有差错就会贻误人的一生。可是换用激光来修理，作用时间只有几千分之一秒，病人不经麻醉也不会感到疼痛，而且激光的准确率极高，往往达到百分之九十九以上，这多么让病人放心呀。军事上利用激光制成激光雷达，它的反应可比无线电雷达灵敏多了。爱看电影的小朋友会看到这样的场面，敌人的坦克横行无阻，一般的枪炮打在它身上一点事也不顶，最多只能用炸药包炸坏它的履带，但它趴在那儿，照样能发出炮弹，这场面看了多让人心急呀！现在好了，人们利用激光制成了激光枪，只要扣动枪击，就可以把坦克击穿、烧毁，它再也神气不起来了。把激光用在摄影上，就有了一种新型的照像技术全息照像，这样，人们就可以制做出立体电影和立体电视，当你在观看时，可不要害怕哟。虽然能够用来制造激光器的物质很多，可其中功劳最大的是稀土金属，尤其是钕，最受人们“宠爱”。目前，掺钕的化铝石榴激光器和掺钕的玻璃激光器，是很受人们欢迎的激光器。我国使用的各种玻璃激光器全都是国产的钕玻璃，它比较容易加工，而且价格很便宜。核燃料的原料钍在一些偏僻的小山村，如果没有电灯的话，每逢夜间演戏或开村民会时，总在广场上点几盏耀眼的煤气灯。煤气灯虽然有“煤气”两个字，其实并不是用煤气点的，而是用煤油作燃料。煤气灯的灯罩十分有趣：刚买来时，它是柔软、洁白、闪耀着蚕丝般光彩的苎麻纱罩。可是，点过一次后，它竟变成一个硬绷绷的白色网架子，用手指一触，就会被碰得粉碎。然而，它却能被点十次、百次，不会烧坏。这是怎么回事呢？原来，这苎麻纱罩做好后，是在饱和的硝酸钍溶液里浸过的。就是因为有了硝酸钍，才使灯罩有了奇妙的本领。硝酸钍是钍的盐类。钍是瑞典化学家贝采利乌斯在1828年发现的。它是银白色的金属，密度跟铅差不多，也很柔软。在常温下，钍的性情很“懒”，在空气中不会被氧化，在酸碱溶液中也不会被腐蚀。但在高温下，它就活泼起来，能跟许多非金属起反应。二氧化钍是钍的最重要的化合物。奇妙的是，它在高温下受到激发，会射出白色的光。人们正是利用它的这一特性，来制造煤气灯罩。浸过饱和硝酸钍溶液的苎麻灯罩，在高温下，苎麻纤维马上就烧掉了，硝酸钍分解，放出二氧化氮，剩下的就是二氧化钍。煤气灯之所以那么亮，也是与二氧化钍发出的白光分不开的。钍还有放射性，这是居里夫人在1898年发现的。钍在“原子锅炉”中受到中于”炮弹”的轰击后，会转变成铀（233）。这种特殊的铀的同位素在自然界中是找不到的。它可以作为核燃料，用于“原子锅炉”中。因而，钍本身虽然不能作为核燃料，但却是制造核燃料的原料。钍在地壳中含量约为百万分之六，差不多比铀多三倍，而且比铀集中，容易提炼。正因为这样，钍在近些年来已引起了许多科学家的兴趣。B“大显神通”的金属钛如果有人问，飞机是用什么制造的？你一定会毫不犹豫地回答：是铝镁合金。是的，铝镁合金又轻又结实，在飞机制造业上耐实立下了汗马功劳，直到现在，它还是制造许多飞行工具的主要材料。但是，随着航空工业的发展，飞机的飞行速度越来越快，与飞机表面相接触的一层空气，由于摩擦生热而使飞机表面的速度越升越高。这时候，铝镁合金就吃不消了，强度将迅速降低。事实证明，允许最高工作温度仅摄氏二百度左右的铝合金，根本不能用来制造飞行速度超过音速两倍半的喷气式飞机；而用耐热的不锈钢来制造又太笨重。那究竟用什么材料呢？唯一的选择就是我们下面要结识的主角钛和它的合金。一般来说，飞行速度超过二三倍音速的飞机，就要用钛合金来制造，其他的金属很难胜任。那么，钛都有哪些优异的性能呢？钛最珍贵的特点是比重小，强度大，这方面它的性能比铍还要优越。举例来说，钛比铁强韧得多，比重却只有铁的一半多一点，而且不会生锈。钛比铝稍微重一点，强度却比铝大三倍，它的耐热本领也远远大于铝。钛的比强度强度和比重的比值是不锈钢的三倍半，铝合金的一点三倍，镁合金的一点六倍，是目前所有金属材料中最高的。钛合金既能经受住摄氏四五百度以上高温的锻炼（这点铝合金和不锈刚差远了，铝在摄氏一百五十度、不锈钢在摄氏三百一十度时都会丧失原来的优良性能），又能抗得起摄氏零下一百多度低温的考验。因此，钛和钛合金已经成为制造飞机、枪炮、船舰等现代武器不可映少的材料。比如，现代超音速喷气式飞机的发动机以及机身中的防火壁、机架、舱盖等，大部分就是用钛合金来制造的，一架巨型喷气式运输机上有上百万个紧固件，其中用钛量可达几吨甚至几十吨。有些超音速远程截击机，用钛量占它结构总量的百分之九十五，所以得到了“钛飞机”的称号。既轻便又强韧的钛和钛合金，还可用来制造自动步枪、迫击炮以及装甲车、坦克的某些零件。这样做有很多好处，比如用钛合金代替钢材制造坦克的悬吊装置和履带之后，一下子就可以减轻重量百分之四十，这对提高坦克的作战机动能力不是太有用了吗？飞机之外，火箭、导弹、宇宙飞船等对制作材料提出了更多更高更严格的要求。在这方面，又是既轻又强韧，并且在高、低温条件都具有良好性能的钛发挥了作用。这些年来，人们研究和试制了许多新型的钛合金，抗拉强度都在每平方毫米一百公斤之上。这类高强度的钛合金究竟用来干什么呢？现在，钛和钛合金主要用来制造火箭、导弹的燃料和氧化剂的储存箱以及其他高压容器。另外，大量的钛被用来制造火箭，导弹的外壳，及宇宙飞船的船舱等。你们也许知道，对于上天的火箭、导弹和宇宙飞船来说，重量实在是特别需耍精细计算的。在火箭、导弹、宇宙飞船上使用钛和钛合金代替钢材后，体重可以减轻几十到几百公斤，这样一点点的“减轻”就能很好改善它们的飞行性能。比如，远程导弹每减轻一公斤，可以增加射程七点七公里，末级火箭每减轻一公斤，可以减少三十到一百公斤的发射总重量，射程可增加十五公里以上。由于重量减轻，还能节省大量昂贵的高级燃料，降低建造和发射的费用。这样你就明白了，把钛称之为“空间金属”是当之无愧的。你们手上都戴着手表，表壳闪闪发亮，无论多久也不会黯然失色。这是为什么呢？原来表壳是用抗蚀性很强的镍铬不锈钢做的。钛的抗蚀本领比不锈钢强多了。在常温下，钛可以安然无恙地躺在各种强酸强碱的溶液中。就连最凶猛的酸王水，也奈何不了它。特别在对海水的耐蚀性方面，钛的能力更强，可与大名鼎鼎的白金相媲美。有人曾经把一块钛片沉到海底，五年以后取出来一看，上面粘了许多小动物和海底植物，却一点也没生锈，依旧亮闪闪的。钛耐腐蚀，所以在化学工业上常常要用到它。过去，化学反应器中装热硝酸的部件都用的是不锈钢。不锈钢也怕那强烈的腐蚀剂热硝酸，每隔半年，这种部件都要统统换掉。部件本身倒不贵，但每次更换时所花的费用和因停工而带来的损失，要比部件的价格高许多倍。现在，用钛来制造这些，虽然成本比不锈钢贵一些，但是它可以连续不断地工作五年，计算起来反而划算得多。大家都看过电影，可你们知道吗，在电影的底片和正片制作中，要经过多道工序，需用多种强酸强碱药物，它们对洗印设备腐蚀十分严重。年西安电影制片厂首先在洗印设备上试用钛材，结果，过去几个月就被腐蚀平的送片齿轮，改用钛制齿轮后，运转一年多时间，丝毫没有腐蚀。大家都知道，船舰终年航行在茫茫的大海上，水下部分必须是除锈涂漆的，否则很快就会变成“破铜烂铁”。而如果用钛和钛合金来制造军舰、潜艇、船舶的部件，那就可以避免这类麻烦和损失。用钛制造的潜水艇，重量减轻了，可比不锈钢制造的潜水艇潜水的深度增加百分之八十，达到四千五百米以上。钛对液体和固体的东西都不感兴趣，王水也奈何不了它，然而，钛对气体却十分投缘，喜欢跟氮、氧、氢、二氧化碳、水蒸气、甲烷等许多气体相结合。这个“怪脾气”可以为我们服务。你不是已经不止一次地欣赏过节日夜晚五光十色的焰火吗？这里就有钛的一份功劳。当钛粉和氧气迅速结合而燃烧的时候，能够产生强烈的高温和光辉。焰火不但可以在节日里增强欢乐的气氛，而且可以作为军事上的信号弹，用来指示目标或传达命令。在弧光灯中加进适量的钛的化合物，可以增加它的亮度。利用钛对空气的强大吸收力，可以除去空气，造成真空。比如说，利用钛制成的真空泵，可以把空气抽到只剩下十万万万分之一。在冶金工业中，加少量的钛到钢或其他金属里，“吃掉”里面的气体和杂质，能够起到很好的脱氧除氮的作用，还能消除硫的有害影响，从而改善钢和其他合金的机械性能，提高它们的抗蚀能力。教室的墙壁是白的，雪是白的，纸张是白的，世界上有很多东西是白的，可你们知道世界上最白的东西是什么吗？世界上最白的东西是二氧化钛，它是一种雪白的粉末，是最好的白色颜料，俗称钛白。以前，人们开采钛矿，主要目的便是为了获得二氧化钛。钛白有很强的粘附力，在常温下很稳定，永远是雪白雪白的，特别可贵的是钛白无毒，不会对人体造成伤害。一克二氧化钛可以把四百五十多乎方厘米的面积涂得雪白。它比常用的白颜料锌钡白还要白五倍，因而是调制白油漆的最好颜料。世界上用作颜料的二氧化钛，一年多到几十万吨。二氧化钛可以加在纸里，使纸变白而且不透明，因此，钞票纸和美术用品纸中都要加二氧化钛。在橡胶工业上，二氧化钛还被用作为白色的橡胶的填料。喜欢读课外书的同学也许会知道：在海洋里，鱼类一般都是成群结队地游来游去。当渔民驾驶着渔船来到时，它们便躲到了水下，然而，渔民却对它们躲的地方清清楚楚，准确地撒下了鱼网。那么，渔民是怎么知道鱼群躲的地方呢？说来也简单，渔民有一个“宝贝”，它有一双锐利的“水下眼睛”，能透过海水“看到”鱼群的位置，再把这个消息报告给渔民，它的名字叫鱼群探测仪。为什么鱼群探测仪会有这么一双锐利的“水下眼睛”呢？原来，鱼群探测仪里有一种叫作钛酸钡的物质，钛酸钡的晶体有这么一个特别的脾气：当人们把它放在超声波中时，由于超声波对物体会产生一定的压力，它受到压力