黑色金属
说黑不黑的三兄弟 铁、锰、铬


文章出自:博物 2009年第05期 作者: 丛恒将 

标签: 化学实验   

话说从重工业兴起以来,各种各样的金属按照“颜色”被划分为两大派别,一派是人丁兴旺的“有色金属”,它们吸纳了大多数金属家族的成员;而另一派“黑色金属”就多少有点可怜,只有三个成员——铁、锰、铬。

“黑色金属”这名字很容易让人误会,因为这个家族里面没有一个成员是“黑头黑脑”的——纯铁和纯锰是银白色的,纯铬是灰白色的,这些白白净净的家伙为何上了“黑名单”?

天降宝物
人们发现很多天体上都有铁的存在,而陨星中有些种类称为“陨铁”,它里面除了含有一点镍以外,其余几乎全部是铁元素,于是就有了用陨星炼成宝剑的传闻。

没有经过电镀的铁表面容易与空气中的氧发生反应,生成深色的氧化物。为了防止生锈,钢铁经过发黑处理后就会在表面形成黑色四氧化三铁为主的保护层,人们印象中钢铁的颜色经常是枪管一样的黑色,因此铁就成了黑色金属里的老大。

绿玻璃,紫玻璃——铁与锰的较量
几百年以前,人们一直认为玻璃是绿色的,是无法改变的。后来发现绿色来自原料中少量的铁,二价铁的化合物使得玻璃显绿色。在加入二氧化锰以后,原来的二价铁变成三价铁显黄色,而四价锰被还原成三价锰呈紫色。光学上,黄色和紫色在一定程度上可以互补,混合在一起成为白光,玻璃就不偏色了。不过若干年后,三价锰被空气继续氧化,紫色会逐渐增强,所以那些古老房屋的窗玻璃会略微带点紫色。
厨房的黑色金属工业
生铁含碳多于1.7%,又脆又硬,一敲就碎,可做成铁锅;熟铁含碳少于0.2%,软而韧,可制成炒菜用的铁勺;钢的含碳量则在两者之间,可制成切菜刀,硬韧合适,再加入些铬等元素,更是寒光逼人;在器皿表面镀铬,立刻变得锃明瓦亮,百“毒”不侵。

锰和铬这两个元素加入“黑帮”则有些冤枉——钢铁工业中铁是主角,经常加入不同比例的元素制成各种钢,其中比较出名的就是锰钢和铬钢。拿锰钢来说,就是在普通钢中加入一定量的锰,制成既坚硬又富有韧性的高锰钢,比如铁路钢轨交叉处、挖掘机的铲斗,都要用这种异常坚硬的钢。铬钢也是合金钢的明星,在钢中掺入一定量的铬,这就是传说中的不锈钢了。而如此一来,由于锰铬和钢铁的关系密切,人们就把他俩也称为“黑色金属”了,于是乎钢铁工业也被人们称为“黑色金属工业”。

黑金之厦
钢铁的坚固让人们联想到不朽和永恒,于是人们也一直热衷建造完全钢铁材质的建筑,比如法国有铁塔,中国有鸟巢。为了造铁塔,人们把一万多个的钢铁部件加固在一起,然而鸟巢和铁塔不同,弯曲的结构对钢材抗冲击能力和强度都有很高的要求。于是为了建造鸟巢,人们特地选用了韧性最好、强度最强、个头最大的特种钢材,24根大钢柱就完成了鸟巢的主体结构。

元素档案

Ferrum,本身就是拉丁语“铁”的意思,可见人类对铁的认识由来已久。在我国从战国时期到东汉初年,铁器的使用开始普遍起来,成为了我国最主要的金属。铁的化合物四氧化三铁就是磁铁矿,是早期司南的材料,而另一种化合物黄铁矿则是一种古老的宝石,因为它色泽金黄,也被称为“愚人金”。

责任编辑 / 张超 

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