“鋼镚兒”中的化學(xué)知識(shí)

薛斌

隨著時(shí)代的變遷，快捷方便的移動(dòng)支付日益成為主流，小到一分，大到一元的小面額硬幣作為人民幣輔幣的使用頻率越來(lái)越低。不過(guò)，這些被通稱為“鋼镚兒”的硬幣并沒(méi)有從我們的生活中消失，除了流通價(jià)值之外，它們還承載著悠久的貨幣文化，映照著昔日的美好回憶?；仡櫷?，不難發(fā)現(xiàn)，數(shù)十年來(lái)，我國(guó)發(fā)行、流通的硬幣不僅圖案各異，而且材質(zhì)也不盡相同。硬幣究竟是用什么材料制造的？下面，就讓我們從化學(xué)知識(shí)入手，來(lái)探究一下“鋼镚兒”的“身世”吧。

鋁鎂合金與“鋼镚兒”

中華人民共和國(guó)歷史上首次發(fā)行硬幣的時(shí)間是1957年。從這一年開(kāi)始，承擔(dān)我國(guó)貨幣發(fā)行職責(zé)的中國(guó)人民銀行發(fā)行了1分、2分、5分三種面值的硬幣，它們屬于第二套人民幣，至今仍在流通中。想必不少80后們對(duì)它們?nèi)匀挥洃洩q新，要知道在30多年前，幾分錢(qián)就能買到一小袋“唐僧肉”或者“無(wú)花果”。那時(shí)候，大家把這些小面額硬幣通稱為“鋼镚兒”，并且這種叫法一直沿用至今。其實(shí)，這些硬幣并不是鋼鐵材質(zhì)的，而是鋁鎂合金材質(zhì)。

金屬鋁（Al）和鎂（Mg）同屬銀白色輕質(zhì)金屬，密度分別為2.70g·cm-3和1.74g·cm-3，鋁的熔點(diǎn)為660℃，沸點(diǎn)為2519℃，鎂的熔點(diǎn)為650℃，沸點(diǎn)為1090℃。鋁暴露在空氣中時(shí)，表面會(huì)形成一層致密的氧化膜，相當(dāng)于穿了一副鎧甲，所以，其化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定；而鎂的化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡V粉、鎂條等在空氣中就可以燃燒。

鋁元素在地球上的含量?jī)H次于氧元素和硅元素，排在第三位，因此，金屬鋁較為便宜。不過(guò)，在金屬鋁的電解法提煉還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化之前，情況并非如此，鋁制品在當(dāng)時(shí)可是頂級(jí)的奢侈品，法國(guó)國(guó)王拿破侖三世便以使用鋁制餐具為榮，至于其他貴族，只能使用“普通”的金銀餐具。隨著技術(shù)的進(jìn)步，金屬鋁早已經(jīng)進(jìn)入尋常百姓家。在20世紀(jì)90年代以前，鋁制的飯盒、蒸鍋可是中國(guó)人家庭廚房中的“標(biāo)配”。

純金屬鋁的質(zhì)地較軟，可一旦與其他元素構(gòu)成合金，馬上“性情大變”，機(jī)械強(qiáng)度大增，成為赫赫有名的鋁合金。鋁合金具有分量輕、強(qiáng)度大、耐腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn)，從空間站、運(yùn)載火箭、飛機(jī)、汽車、儀器儀表等高科技領(lǐng)域到計(jì)算機(jī)、手機(jī)等電子信息產(chǎn)品領(lǐng)域，從冰箱、洗衣機(jī)、電視機(jī)等家電領(lǐng)域到門(mén)窗、吊頂?shù)冉ú念I(lǐng)域以及廚具、玩具、浴室掛件等日用品領(lǐng)域，鋁合金都在其中發(fā)揮著重要作用。

用來(lái)制造第二套人民幣硬幣的鋁鎂合金就是鋁合金中的優(yōu)秀代表，非常適合在市面上長(zhǎng)期流通使用。這是因?yàn)?，鋁鎂合金色澤鮮亮美觀，密度小，耐腐蝕，具有很強(qiáng)的承載能力和耐沖擊力，長(zhǎng)期使用不易變形，具有良好的抗磨、抗刮性能，因而不容易被刮花，這也使得其使用年限大大延長(zhǎng)。不僅如此，鋁鎂合金的鑄造性能好，穩(wěn)定性強(qiáng)，易回收，可以再次利用。

“第三套”中的“小銅板”

1980年，中國(guó)人民銀行發(fā)行了第三套人民幣硬幣，包括1角、2角、5角和1元共四種面值的硬幣。這套硬幣的材質(zhì)是銅合金，其中，1角、2角和5角硬幣均為金燦燦的銅鋅合金（黃銅），1元硬幣則為銀白色的銅鎳合金（白銅）。該套硬幣于2000年7月1日起退出了流通，目前市面上已很難見(jiàn)到。

銅（Cu）是人類最早認(rèn)識(shí)并加以利用的金屬之一。這是因?yàn)樽匀唤缰写嬖谥烊唤饘巽~，使得人類可以方便地獲得銅并由此熟悉了銅的性質(zhì)；所以，人類文明發(fā)展的早期階段之一被命名為青銅器時(shí)代，李時(shí)珍的《本草綱目》中也有關(guān)于自然銅的記載。自古以來(lái)，金屬銅就是用來(lái)制造錢(qián)幣的主要原料，歷史上的方孔銅錢(qián)，近代的銅元、銅板，現(xiàn)當(dāng)代的人民幣硬幣身上都可以看到銅的身影。無(wú)怪乎，時(shí)至今日，蘇浙滬等吳語(yǔ)方言區(qū)仍用“銅鈿”泛指金錢(qián)。因此，銅與金（Au）和銀（Ag）并稱為貨幣金屬。有趣的是，這三種元素在化學(xué)元素周期表上同屬于第一副族（IB）。這也表明，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)和性質(zhì)上具有相似性。

純粹的金屬銅是紅色的，俗稱為紅銅，在空氣中形成氧化膜后，顯示為玫瑰紅色，因此又被稱為紫銅。銅的熔點(diǎn)為1085℃，沸點(diǎn)為2562℃，密度為8.96g·cm-3，屬于重金屬，其導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性僅次于銀，在眾多金屬中遙遙領(lǐng)先?？紤]到成本因素，電線電纜中使用的導(dǎo)線通常是銅，而不是銀。金屬銅在含有二氧化碳的潮濕空氣中會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成綠色的銅銹—堿式碳酸銅，這也是我們看到古代的銅錢(qián)、銅鏡表面覆蓋著一層綠色物質(zhì)的原因。

金屬銅非常容易與其他金屬形成合金。與金屬鋁的情況類似，金屬銅形成合金后，其機(jī)械強(qiáng)度也得到明顯提高。常見(jiàn)的銅合金有青銅、白銅和黃銅等。

青銅是以錫（Sn）、鉛（Pb）為主要合金元素的銅合金。在距今4000年前的夏代，我國(guó)就已經(jīng)進(jìn)入青銅器時(shí)代，以后母戊鼎、四羊方尊為代表的大量出土青銅器表明我們的祖先掌握了高超的青銅冶煉和制造工藝。青銅在古時(shí)被稱為“金”或“吉金”，因?yàn)閯倓傝T造完的青銅器呈金色；但出土后，由于時(shí)間流逝和氧化而產(chǎn)生銹蝕，變?yōu)榍嗑G色，故名。

真金白銀不可少

除了上述普通硬幣之外，人民幣硬幣中還包含普通紀(jì)念幣和貴金屬紀(jì)念幣。中國(guó)人民銀行從1984年開(kāi)始發(fā)行普通紀(jì)念幣以來(lái)，迄今使用過(guò)6種材質(zhì)，分別是銅鎳合金、銅鋅合金、鋼芯鍍鎳、紫銅合金、鎳包鋼和雙色銅合金。其中，紫銅合金的主體材質(zhì)為金屬銅，同時(shí)包含砷（As）、銀和碲（Te）等微量合金元素，色澤紫，抗氧化能力相對(duì)較差，易變色。鎳包鋼材質(zhì)與鋼芯鍍鎳材質(zhì)類似。雙色銅合金是白銅和黃銅材質(zhì)的組合體，觀賞性較強(qiáng)，2015年開(kāi)始發(fā)行的第二輪生肖普通紀(jì)念幣的雙色銅合金材質(zhì)組合為內(nèi)圓白銅，外圈黃銅。

貴金屬紀(jì)念幣的材質(zhì)是金屬金和金屬銀。金和銀在古代社會(huì)是常用的貨幣金屬，由于造價(jià)較高，近代以來(lái)逐漸被取代，現(xiàn)今在日常生活中通常作為首飾、工藝品、投資理財(cái)產(chǎn)品出現(xiàn)。

金屬金為黃色，熔點(diǎn)為1064℃，沸點(diǎn)為2856℃，密度為19.3g·cm-3，是密度較大的金屬，質(zhì)地軟，延展性極好，1克金可以抽拉成長(zhǎng)達(dá)3千米的細(xì)絲，或者壓延成厚度約0.0001毫米的薄片，化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定，耐酸堿，在任何溫度下都不被空氣或氧氣氧化。

與金屬銅一樣，金屬金是人類最早認(rèn)識(shí)并加以利用的金屬，自然界中也存在著天然金，至今還不時(shí)能看到幸運(yùn)兒拾獲天然金塊—“狗頭金”的報(bào)道。大多數(shù)情況下，天然金混雜在巖石當(dāng)中，伴隨著風(fēng)或流水的侵蝕，含有天然金的巖石變成了小顆粒狀的砂礫，所謂“吹盡黃沙始見(jiàn)金”就是最簡(jiǎn)單的一種獲得天然金的方法。當(dāng)然，也可以用流水來(lái)淘洗含金的砂礫，這就是“淘金”一詞的來(lái)歷。

自古以來(lái)，金屬金一直以其稀缺性、美觀性和穩(wěn)定性成為財(cái)富和地位的象征，無(wú)數(shù)人為之癡迷和追逐。有趣的是，正是西方古代文明中企圖點(diǎn)石成金的“煉金術(shù)”促成了化學(xué)的誕生。金屬金不僅僅是用來(lái)觀賞和收藏的，它在科技領(lǐng)域也有很多應(yīng)用。比如，計(jì)算機(jī)中的中央處理器（CPU）和內(nèi)存條上就鍍有金；金還是很好的催化劑，可以促進(jìn)很多化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行；新冠病毒抗原檢測(cè)中用到的膠體金也是納米尺寸的金顆粒。金屬金是那么珍貴，這些應(yīng)用會(huì)不會(huì)造成成本極其高昂呢？這個(gè)擔(dān)心大可不必，因?yàn)榇蠖鄶?shù)場(chǎng)合下發(fā)揮作用的金的用量微乎其微。

金屬銀為銀白色，熔點(diǎn)為962℃，沸點(diǎn)為2162℃，密度為10.5g·cm-3，質(zhì)地較軟，延展性僅次于金屬金，反光能力極強(qiáng)，是導(dǎo)電性最好的金屬，其化學(xué)性質(zhì)不活潑，一般不與氧氣反應(yīng)。

我國(guó)古代社會(huì)的貨幣體系是“銀本位”，也就是把白銀作為主要貨幣，世界各國(guó)的達(dá)官貴人們還會(huì)使用銀質(zhì)的餐具、燭臺(tái)。金屬銀具有抗菌的活性，銀質(zhì)餐具除了能彰顯高貴，也有利于健康。雖然同為貴金屬，相比于金，銀的價(jià)格要便宜許多，尋常人家也用得起銀質(zhì)首飾。金屬銀的鍍層是很好的反光鏡面，日常生活中，很多鏡子都是鍍銀的。放射醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用到的膠片也含有金屬銀，只不過(guò)其中銀的顆粒非常小且呈黑色。盡管化學(xué)性質(zhì)不太活潑，但金屬銀在空氣中還是會(huì)和含硫的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成黑色的硫化銀；因此，長(zhǎng)久保存的純銀制品會(huì)逐漸變得灰暗而失去往日銀光閃閃的風(fēng)采。這種性質(zhì)在古代中國(guó)常被用于檢驗(yàn)毒藥砒霜。砒霜的化學(xué)成分是三氧化二砷，本不與金屬銀發(fā)生反應(yīng)；但是，砒霜中常伴隨有硫化物雜質(zhì)，金屬銀與它們接觸后會(huì)發(fā)黑，間接達(dá)到了驗(yàn)毒的目的。這在科學(xué)技術(shù)不太發(fā)達(dá)的古代，也不失為一種有效的法醫(yī)檢驗(yàn)方法。

沒(méi)想到身邊的硬幣中竟然有這么多有意思的化學(xué)知識(shí)吧。讓我們用心去觀察、去探索，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)身邊更多的化學(xué)奧妙，也就更能體會(huì)出“萬(wàn)物皆化學(xué)”的真諦。

（文中人民幣硬幣和紀(jì)念幣圖片來(lái)源：中國(guó)人民銀行官網(wǎng)和中國(guó)金幣網(wǎng)）