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第9章 谁是金属中的烈火金刚

钽在地壳中的含量要比金、银多得多,但是由于太分散以及和铌总是在一起,其提取和分离就很困难。

钽是灰白色的金属,相当坚硬。加热到400°C,呈天蓝色;到600°C,呈灰色,温度再高,它的表面就形成一层白色的氧化膜。钽很难熔化,是“不怕烈火”的黄金;耐高热的铂,温度超过1769°C时也熔融殆尽了。而钽的熔点高达2996°C,堪称“烈火金刚”。在高熔点金属中,按照熔点高低排列的次序是:钨、铼、锇、钽、钼、铌。

钽最突出的性能是具有极高的抗腐蚀性。它不怕硝酸、硫酸,甚至在王水和浓硝酸中,也不溶解。在200°C高温下,将钽浸在70%的硝酸中,它根本就不腐蚀;在200°C的硫酸中浸泡一年,钽被腐蚀的厚度不超过0.006毫米。

钽的化学稳定性超过玻璃、陶瓷,可同铂媲美,而钽的价格只有铂的1/7。因此,人们用钽来替代铂,用钽制造电极、蒸发皿,制造喷丝模具和耐腐蚀的钽丝过滤布。盐酸、硫酸、硝酸和醋酸以及过氧化氢、溴和氯气、强碱的生产,都得用钽来制造化学反应器、罐、塔、管道、阀门等。唯一能使它“投降”的腐蚀剂是氢氟酸。

钽也是电子工业的重要原料。钽整流器应用在铁路信号系统、电话交换机和火警信号系统中。钽电容器,使用的温度范围广。在无线电发报机、雷达、电子计算机、电视机和自动控制系统中,普遍使用着微型钽电容器。

全世界生产的钽半数用在冶金工业中。将钽放进钢中,成为钽钢,是一种耐热耐蚀的超强钢。

碳化钽的硬度接近于金刚石,被广泛用于硬质合金生产。用碳化钽制造的切削刀具,使用寿命比碳化钨硬质合金长,而且导热性也更好。

贵金属一家

铂系元素是个“贵族之家”,共有6个成员:铂、钯、铑、锇、铱、钌。它们产量稀少,用途重要,因此身价比黄金还贵重得多。

1735年,西班牙人德乌略亚在南美最早发现了铂。60多年后,1803年,英国化学家沃拉斯顿在天然铂里发现了一种银白色的金属。

当时,新发现一颗小行星智神星——巴拉斯。为了纪念这件事,把这个元素命名为“钯”。钯的拉丁语就是由小行星名演变来的。

同年,沃拉斯顿在天然铂里发现钯后不久,又发现了一个新元素,因为这种元素的盐类呈现美丽的粉红色,就定名为“铑”。铑的希腊语意思是“粉红色的”。

1804年,英国化学家坦南特在天然铂里发现了另外两种新元素。一种元素的氧化物的蒸气散发出类似烂萝卜的臭味,因此把它叫做“锇”。锇的希腊语是“有臭味的”意思。另一种元素的盐类溶液显现出各种不同的色彩,宛如彩虹般艳丽,因此把它定名为“铱”。铱的拉丁语意思是“彩虹的”。

这个贵族之家的最后一个成员“钌”,是俄国化学家卡尔?卡尔洛维奇?克劳斯于1844年发现的。早在1828年,俄国化学家奥桑用王水对乌拉尔的一些天然铂矿进行处理后说,其中有铀、钚、钌等3种未知元素。可是,瑞典化学家柏齐利阿斯对此有异议,于是奥桑决定重做实验,所得结果却没有能够证实起初的结论。

1841年,克劳斯对奥桑的工作很感兴趣,他从铂硬币制造厂要来了两磅废料,居然在这些废料中发现了10%的铂和少量的锇、铱、钯、铑,这一发现使科学家们大吃一惊,其废料也在突然间身价百倍。克劳斯又搞来了一批铂的“废料”,继续进行研究。他除了得到那些已发现的铂族元素外,又发现了铂族元素最后的一员——钌。钌的原文名称的意思为“俄罗斯”,克劳斯为了纪念他的祖国而这样命名。

贮气大王——钯

钯是银白色的金属,是铂族元素中延展性最大和最柔软的《界金属。钯金属很重,每立方米的钯重达12吨。在1555°C时,钯熔化成液态;到4000°C时开始沸腾。钯是贮藏气体的“仓库”,特别擅长吸收贮存氢气,是元素中的“储气能手”。

当钯吸收了大量氢气以后,还保持金属状态,只是体积增大,明显地发生形变,质地变脆,表面布满裂纹,甚至破裂成碎片。

海绵状的钯和胶状的钯,吸收氢气的能力不同。1体积海绵钯可吸收850体积氢气;1体积胶状的钯,则可吸收1200体积的氢气。

人们用X射线揭露钯吸收氢气的奥秘时发现,钯吸收氢气后,晶格发生膨胀。当氢气的溶解量不断增加,原来的晶格就转变成了另一种晶格。在钯中,被吸收的氢气很少以原子状态存在,而是以离子状态存在。这种含氢的钯实际上巳经成为一种合金了。

钯粉吸进了大量氢气后,裸露在空气中就会自燃。金属钯能吸收氢气,而钯的合金也有这种本领。贮藏氢气的钯,把它加热到40?50°C,钯吸收的气体就可大部分放出。再加热到较高温度时,氢气将全部被释放出来。

金属钯是催化加氢的能手。在化肥工业里,只需常温条件,用金属钯做催化剂,便可以由氢气、氧气和水很快生产出亚硝酸铵化肥。在钯的催化下加氢,可以使液态的油脂变成固态;使不饱和的烯、炔,变为饱和的烷;使不饱和的醇、酮、醛、酸,变为饱和的有机化合物。吸收气体的钯在工业上还可以做消气剂、还原剂。钯也用来做富集氢气的筛网和催化加氢的贮氢材料。

化学家的“宠儿”

钠约占地壳元素总重量的2.4%,分布广泛,不但有自己丰富的矿床,而且在土壤、水中都有它的踪迹。单质的钠在自然界是不存在的。

钠是银白色的金属,比水轻,密度为0.97。钠的熔点(97.7°C)和沸点(890°C)都很低。金属钠在97.7°C就变成液体。液体钠传热性能好,在工业中常用做冷却剂。金属钠喜欢同水作用,化学工业用它作为有机溶剂的脱水剂。它和汞做成的合金——钠汞齐,是化学工业上广泛应用的还原剂。金属钠以及金属钠和乙醇(酒精)作用而成的乙醇钠,在化学工业、制药工业中用做催化剂,使许多物质的化学结合加快,起“促媒”作用。

钠加热后导人不含二氧化碳的空气,就会同氧化合成一种叫过氧化钠的固体物质,这是一个绝妙的氧气“仓库”。

在原子能电站中,金属钠作出了重要的贡献。原来,电站中的热能必须借助导热剂将这些热传导出来,然后再使它变成电能。水是常用的导热剂,然而水有一个很大的缺点,就是它的沸点很低,所以,人们采用金属钠做导热剂,由于金属钠要到890°C才沸腾汽化,而钠蒸气的压力又不大,设备制造就简易多了。

上面说的只是金属钠的一些重要用途,至于钠化合物的用途就更广泛了。

食盐是最重要的钠化合物一氯化钠。海水中就蕴藏着取之不尽的盐。人们把食盐溶液电解,可以得到氯气、氢气和氢氧化钠(烧碱)3种重要的化工原料。

纯碱也是钠的化合物——碳酸钠(又叫苏打)。人们用食盐、硫酸和石灰石等来制造纯碱。

我国化学家侯德榜发明了侯氏制碱法,为纯碱和氮肥工业技术发展作出了杰出的贡献。碳酸氢钠,又叫“小苏打”,是治疗胃病的药物。在食品工业中,也常用小苏打来发酵。还有一种硫代硫酸钠,又叫“大苏打”,是摄影中的定影剂,硫酸钠又叫芒硝,是玻璃工业的原料,医药上用做泻药。钠在化学工业中的应用非常广泛,说得上是化学家的“宠儿”。

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