電化學(xué)的應(yīng)用
——金屬?zèng)_刻字跡的顯現(xiàn)

吳 翔 張曉翠

（1.中國(guó)刑事警察學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 110854；2.東北育才學(xué)校 遼寧 沈陽(yáng) 110164）

一、金屬?zèng)_刻字跡

金屬?zèng)_刻字跡是指在成型的金屬表面沖壓、電刻形成的凹陷文字或標(biāo)記［1］?，F(xiàn)實(shí)社會(huì)中，一些不法分子為達(dá)到某種犯罪目的，往往會(huì)對(duì)金屬表面沖刻的凹下字跡進(jìn)行銼削，常見(jiàn)于各類(lèi)車(chē)輛的車(chē)架號(hào)［2］或公安部門(mén)統(tǒng)一編制的槍支序號(hào)［3］中，如圖1 所示。針對(duì)此類(lèi)案件，法庭科學(xué)的一項(xiàng)重要任務(wù)就是顯現(xiàn)被銼削的金屬?zèng)_刻文字。顯現(xiàn)金屬?zèng)_刻字跡的方法主要有電解法、電化學(xué)腐蝕法、熱顯法和磁顯法［4］，其中基于電解及原電池的電化學(xué)方法由于操作簡(jiǎn)單、顯現(xiàn)效果好被廣泛應(yīng)用于日常的辦案中。

在公安院校，教學(xué)往往偏重實(shí)際應(yīng)用，忽視了對(duì)于原理的認(rèn)知。法庭科學(xué)是公安領(lǐng)域中的一門(mén)應(yīng)用學(xué)科，金屬?zèng)_刻字跡顯現(xiàn)作為法庭科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，由于其結(jié)合電化學(xué)知識(shí)，內(nèi)容往往讓人難于理解，特別是對(duì)于化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)薄弱的公安基層干警。本文從電化學(xué)原理和實(shí)踐方面對(duì)金屬?zèng)_刻字跡顯現(xiàn)進(jìn)行了探討，努力將基礎(chǔ)的電化學(xué)內(nèi)容更好融入到法庭科學(xué)，使教學(xué)內(nèi)容更豐滿(mǎn)，更通俗易懂。

二、金屬?zèng)_刻字跡顯現(xiàn)原理

在金屬表面刻字，即金屬被沖刻后，其表面不僅會(huì)形成凹下的文字，而且在凹形文字下方還形成了塑性變形的沖刻文字潛像［1］，這種文字潛像的存在是能夠進(jìn)行金屬?zèng)_刻字跡顯現(xiàn)的基礎(chǔ)，如圖2所示。

圖2 金屬?zèng)_刻字跡潛像及可恢復(fù)深度示意圖

一般情況下，若金屬表面被銼削，且程度不算嚴(yán)重的話，未破壞沖刻字跡潛像，沖刻字跡的凹面到字跡潛像的距離被認(rèn)為是可恢復(fù)的深度，如圖2 所示。也可理解為，只要金屬?zèng)_刻字跡未被銼削到可恢復(fù)深度以下，均能被顯現(xiàn)。所以將被銼削的金屬?zèng)_刻字跡表面作用于電解質(zhì)溶液，由于沖刻字跡和未沖刻字跡溶解速度不一致，即便被銼削，基于可恢復(fù)深度，沖刻字跡仍能被顯現(xiàn)。

從理化性質(zhì)考慮，金屬表面被沖刻后，其正常的晶格結(jié)構(gòu)被破壞，原子間距變小，內(nèi)部能量增加，化學(xué)活性增強(qiáng)。即便被銼削，其沖刻部位和未沖刻部位仍存在著化學(xué)活性的差別，在相同電解質(zhì)溶液作用下，金屬?zèng)_刻部位和其他部位溶解速度不一樣，沖刻部位溶解速度要快，基于這種速度上的差異，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的處理，沖刻文字潛像即被顯現(xiàn)。

三、電化學(xué)原理

電化學(xué)主要涉及電能和化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)換，傳統(tǒng)電化學(xué)主要包括原電池和電解池，實(shí)際生活中經(jīng)常會(huì)接觸到，如金屬的電化學(xué)腐蝕，高純金屬的工業(yè)制備等［5］。被銼削的金屬?zèng)_刻字跡之所以能夠顯現(xiàn)就是基于電化學(xué)的基本原理。

1.電化學(xué)腐蝕法

現(xiàn)今機(jī)械設(shè)備上很多零件由含有多種元素的鋼鐵等金屬材料制成，眾所周知，鋼鐵在潮濕的空氣中易被腐蝕。這是由于鋼鐵與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，鐵和其中含有的雜質(zhì)碳形成了原電池。在這些原電池反應(yīng)里，鐵是負(fù)極，碳是正極，鐵失去電子而被氧化，這種腐蝕就是電化學(xué)腐蝕。若在酸性電解質(zhì)中，其電極反應(yīng)如下:

基于此原理，若金屬?zèng)_刻字跡被銼削，只需鑷子夾住棉球蘸取酸性電解質(zhì)溶液作用于相關(guān)部位即可，相當(dāng)于一個(gè)快速的溶解過(guò)程。

2.電解法

以金屬銅為例，由于其在空氣中不活潑，在電解質(zhì)溶液中難以自發(fā)形成原電池，以電解精煉銅實(shí)驗(yàn)作為啟發(fā)點(diǎn)，為了使陰極析出氣體，可用稀硝酸作為電解質(zhì)溶液，其電極反應(yīng)如下:

基于此原理，可通過(guò)導(dǎo)線將被檢金屬和電源的陽(yáng)極相連接，金屬鑷子和電源陰極連接，鑷子夾取棉球蘸取電解質(zhì)溶液反復(fù)擦拭即可實(shí)現(xiàn)金屬?zèng)_刻字跡的顯現(xiàn)。

四、教學(xué)實(shí)踐

通過(guò)上述對(duì)于原理的探討，針對(duì)不同材質(zhì)的金屬?zèng)_刻字跡，無(wú)論是構(gòu)建原電池或電解池，其本質(zhì)都在于選擇合適的電解質(zhì)溶液對(duì)金屬進(jìn)行一個(gè)快速溶解過(guò)程，而沖刻部位和未沖刻部位溶解速度不一致。將電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)融入法庭科學(xué)教學(xué)中，可幫助學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)電化學(xué)的基本原理，從而將其應(yīng)用到日常生活和工作中，實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用。

例如，在某案件審理過(guò)程中，當(dāng)事人汽車(chē)車(chē)架號(hào)被銼削，要求顯現(xiàn)沖刻字跡，如圖3（a）所示。基于上述原理，此車(chē)架為鋼鐵材質(zhì)，可以選擇稀鹽酸作為電解質(zhì)溶液，操作過(guò)程如下:用鑷子夾住棉球均勻蘸取電解質(zhì)，在沖刻字跡金屬表面反復(fù)涂擦，直到顯出文字，可以在操作過(guò)程中及時(shí)更換棉球，便于去除反應(yīng)生成物。如圖3（b）所示，原車(chē)架號(hào)被成功顯現(xiàn)，顯現(xiàn)效果很好。此過(guò)程極為簡(jiǎn)單，很利于公安基層辦案使用。

圖3 某汽車(chē)車(chē)架號(hào)

五、結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，將多學(xué)科的知識(shí)和教法融合起來(lái)實(shí)施教學(xué)，更易于學(xué)生接受和理解。目前，在法庭科學(xué)教學(xué)中，基于電化學(xué)的金屬?zèng)_刻字跡顯現(xiàn)內(nèi)容相對(duì)繁瑣且難以理解。本論文通過(guò)結(jié)合鋼鐵腐蝕及電鍍等基礎(chǔ)電化學(xué)知識(shí)點(diǎn)，深入探討金屬?zèng)_刻字跡顯現(xiàn)原理，將其相互融合，能收到事半功倍之效。

同時(shí)，基于傳統(tǒng)電化學(xué)（原電池、電解池）方法作用于金屬?zèng)_刻字跡的顯現(xiàn)，對(duì)于中學(xué)化學(xué)和法庭科學(xué)教學(xué)相輔相成。在法庭科學(xué)教學(xué)中，讓學(xué)生和公安辦案人員認(rèn)識(shí)到基礎(chǔ)化學(xué)原理的重要性；在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，可以豐富教師的教學(xué)素材，拓寬化學(xué)的教學(xué)思路。最終讓學(xué)生體會(huì)化學(xué)的社會(huì)價(jià)值，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并提升學(xué)生的實(shí)踐能力。