天生我材之“任性”的金屬鉚鉍

說起金屬，大家想到的都是它們堅(jiān)硬的軀體、明亮的光澤，或者是良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能。其實(shí)，金屬家族龐大，彼此的“性格”迥異，金屬鉍就是其中十分“任性”的一種。它憑借著自身的特殊本領(lǐng)，常常表現(xiàn)得與眾不同，甚至與兄弟們背道而馳。

鉍，其名稱的由來可能與德語中的“白色團(tuán)塊”一詞有關(guān)，因?yàn)樗倾y白色的。雖然人們認(rèn)識(shí)它的時(shí)間并不長，但其特殊的性質(zhì)使之嶄露頭角，用途越來越廣。

金屬鉍的熔點(diǎn)很低，只有271℃，可以和鉛、錫等其他金屬制成易熔合金。一些消防設(shè)施中的自動(dòng)噴水裝置就是用鉍制造的。如果發(fā)生了火災(zāi)，溫度升高可以使它熔化，然后自動(dòng)噴水滅火。工業(yè)上常用的焊接作業(yè)的原料——焊錫，也常常含有金屬鉍。

當(dāng)然，人們之所以選擇鉍和錫做成合金，不僅僅是因?yàn)樗娜埸c(diǎn)低，還因?yàn)殂G有一個(gè)很奇怪的特點(diǎn)。絕大部分物質(zhì)都是熱脹冷縮，但是鉍恰恰相反。當(dāng)它受熱熔化成為液態(tài)的時(shí)候，會(huì)變得更加致密；反過來說，當(dāng)它受冷凝固時(shí)，體積會(huì)膨脹大約3.32%。目前已知具有這種性質(zhì)的物質(zhì)很少，除鉍之外，還有銻、鎵等。這種性質(zhì)有什么用途呢？很顯然，如果和其他金屬按照合適的比例制作成合金的話，鉍是熱縮冷脹，而其他金屬是熱脹冷縮，恰恰可以彌補(bǔ)體積的變化—用于制造精密模具或者精密儀器，豈不是可以大大減小溫度變化的影響？

“錫疫”的克星

在19世紀(jì)的俄國，發(fā)生過一樁離奇的案件。官兵們拿到剛剛發(fā)下的新軍裝，發(fā)現(xiàn)都沒有扣子，于是到沙皇那里告狀。沙皇得知此事之后非常氣憤，決定嚴(yán)辦相關(guān)責(zé)任人。后來經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，倉庫里儲(chǔ)藏的新軍裝也都沒有扣子，而且縫扣子的線還完好無損?？茖W(xué)家經(jīng)過仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，這些扣子原本是金屬錫做成的，因?yàn)樘鞖夂洌績龀闪朔勰?，并非軍需官貪污所致?/p>

無獨(dú)有偶。1912年，英國探險(xiǎn)家斯科特和幾位同伴前往南極探險(xiǎn)，探險(xiǎn)結(jié)束準(zhǔn)備返程時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)他們儲(chǔ)存燃料油的鐵桶破裂了，食物也被油污染了，饑寒交迫之下，他們?nèi)疾恍矣鲭y。后經(jīng)查實(shí)，原來他們的油罐是用錫焊接的，錫化了，桶也就破了。

錫為什么這么脆弱呢？科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：錫怕寒冷。通常情況下的錫性質(zhì)穩(wěn)定，稱為“白錫”?？墒钱?dāng)溫度低于—13.2℃時(shí)，它就會(huì)變得極其脆弱，一碰就碎，如同煤灰一樣，稱為“灰錫”。更不可思議的是，一旦白錫沾染上一點(diǎn)灰錫，白錫也很容易變成灰錫，就像一場傳染性極強(qiáng)的瘟疫一般，所以人們把這種現(xiàn)象叫作“錫疫”。

科學(xué)家經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，錫之所以會(huì)患上這種奇怪的病癥，原因在于當(dāng)溫度降低時(shí)，錫內(nèi)部的原子會(huì)重新排列，形成了一種新的形態(tài)從而失去了金屬特性。倘若加入一定量的金屬鉍，就可以有效抑制這種現(xiàn)象。鉍原子中有多余的電子可以提供給錫，保證其穩(wěn)定的狀態(tài)，從而徹底攻克“錫疫”頑疾。

綠色金屬

鉛，是世界上分布很廣的一種金屬，不僅容易提取，而且很柔軟，熔點(diǎn)低，容易加工，所以很早就被人們利用，常常與其他金屬做成合金，被應(yīng)用在管道上。

但是，人們發(fā)現(xiàn)鉛有毒性，人體內(nèi)鉛含量超標(biāo)損害神經(jīng)系統(tǒng)，特別是對(duì)兒童來說會(huì)造成智力衰退、記憶力下降等。

于是，科學(xué)家努力尋找替代金屬，性質(zhì)類似的金屬鉍開始慢慢挑起了重?fù)?dān)。與鉛相比，鉍金屬的毒性小，不易被身體吸收，不損害人體細(xì)胞結(jié)構(gòu)，進(jìn)入人體內(nèi)的大部分鉍都會(huì)在一段時(shí)間后通過尿液排出體外。所以，鉍有“綠色金屬”之稱，很多使用鉛的地方逐漸被鉍取代，比如一些飲料罐的焊接、自來水管、兒童玩具等。

鉍還有重要的藥用價(jià)值。生活中常見的一些胃藥、止瀉藥物中都含有少許的鉍。

鉍的來源

自然界中的鉍很少能單獨(dú)成礦，通常都是與鉛、鈷、銅、鋅、鉬、金、銀、鎢、錫等伴生在一起的。中國的鉍資源很豐富，總儲(chǔ)量約占世界鉍儲(chǔ)量的70%，產(chǎn)量占世界的四分之一。日本是金屬鉍消費(fèi)大國。

目前，鉍的來源主要是輝鉍礦、鉍華、泡鉍礦、自然鉍等礦物。輝鉍礦，是提煉鉍的最主要礦物原料，主要產(chǎn)于花崗巖分布地區(qū)，該礦物晶體為長柱狀或針狀。鉍華和泡鉍礦都是輝鉍礦、自然鉍氧化后，所形成的次生礦物。自然鉍較為少見，一般為粒狀，有時(shí)也為致密的塊狀，新鮮的斷面為銀白色，稍微帶有淺黃，被氧化之后會(huì)帶有淺紅色。

如果在實(shí)驗(yàn)室里，人工控制實(shí)驗(yàn)條件，可以制造人工鉍晶體。當(dāng)融化的高純度金屬鉍緩慢冷卻時(shí)，可以形成形狀復(fù)雜而規(guī)則的階梯狀晶體，而且表面被氧化后，會(huì)形成五顏六色的氧化物薄膜。它獨(dú)特的外觀、絢麗的色彩，吸引了很多人的目光。如今，它作為裝飾品，已成為時(shí)尚界及收藏界的新寵。