有一種金屬,不僅能使鋼鐵堅不可摧,而且能使歷經千年的古劍光潔如新;不僅可以讓紅寶石像火焰一樣鮮紅,還可以讓祖母綠像青草一樣翠綠。為何如此神奇呢?接下來,就讓我們走近金屬鉻,揭開它的秘密。
千年不銹之謎
1965年,考古學家在一座春秋時期的古墓中,發(fā)現了一把長55.6厘米的古劍。擦去劍身覆蓋的泥土,拔劍出鞘,竟見其寒光四射,渾身上下無蝕無銹,依舊鋒利無比。這就是著名的越王古劍!這一發(fā)現在全國范圍內引起了轟動,經過科學家的研究,終于揭開了古劍未曾生銹的原因。原來,這把古劍的表面被鍍上了一層含有金屬鉻的薄膜。
無獨有偶。中國考古學家在西安秦皇陵兵馬俑墓葬坑中,也發(fā)現了依舊明光閃閃的弩箭和利劍。它們由青銅制作而成,雖然被埋藏兩千多年,卻仍未被腐蝕,這也得益于外層鍍上的金屬鉻薄膜。
以上事實足以證明:中國的古代人民已經認識并利用金屬鉻了。與20世紀西方國家才申請發(fā)明專利的現代鉻化處理技術相比,中國的這項技術領先了兩千多年,但古人的鍍鉻技術是如何實現的?迄今為止,這依然是未解之謎。
金屬鉻能夠在自身表面形成一層氧化物薄膜,雖然這層薄膜只有幾個原子那么厚,小于1微米,但是十分密集,可以有效阻止氧氣向內部擴散,從而保護內部物質不被氧化和腐蝕,化學領域稱這個過程為“鈍化”。另外,鉻不僅熔點高,達1890℃,而且硬度大,莫氏硬度為9,僅次于最硬的礦物金剛石,號稱是“最硬的金屬”。
色彩斑斕的大家族
有趣的是,鉻的英文名稱源自希臘語,原來的意思是“顏色”,因為其化合物具有五彩斑斕的顏色:三氧化二鉻為深綠色、三氧化鉻為橙色、重鉻酸鉀為橙色、重鉻酸銨為橙紅色、鉻酸鈉黃色……幾乎鉻的每種化合物都有自己特殊的顏色。它就像“變色龍”一樣,讓化學物質的世界變得絢麗多彩。
1761年7月26日,德國地質學家戈特勒布·萊曼在西伯利亞的一座礦山中發(fā)現了一種橙紅色的礦物,給其命名曰“西伯利亞紅鉛”。其實,那就是如今的“鉻鉛礦”,又名“紅鉛礦”。1770年,德國博物學家彼得·西蒙·帕拉斯又來到這座礦山,發(fā)現這種顏色鮮艷的礦物磨成粉末之后為橘黃色,可以用于制作顏料。于是,鉻鉛礦開始成為一種時尚的顏料。與其他物質相比,鉻鉛礦制成的顏料可長時間保持鮮艷、醒目,不易褪色。如今,美國的校車、德國的郵政汽車等還在使用這種顏料。
自從坦克被發(fā)明以來,就在戰(zhàn)爭中發(fā)揮了重要作用。但如何在攻擊敵人的同時隱蔽好自身,也是一大難題。最常見的做法就是在坦克上涂抹偽裝色,深綠色的三氧化二鉻就是一種很好的選擇。由于它耐高溫和日曬,不溶于水,難溶于酸,而且具有和綠色植物類似的光譜反射特征,如果將外表涂有這種顏料的坦克隱藏于綠色叢林中,敵人的紅外偵察可就被迷惑了。
對于寶石而言,鮮艷的色彩必不可少。比如,純凈的剛玉是無色的,但其中會含有極少量的鉻元素,從而讓剛玉搖身一變成了名貴的紅寶石;還有綠柱石,它們大多為淺綠色,但是當它們含有鉻的時候,就會表現出鮮艷的翠綠色,從而變成了名貴的“綠寶石之王”—祖母綠。同樣是鉻元素,竟然可以有這么多變幻莫測的色彩,真是令人驚嘆不已。
鉻從哪里來
鉻元素,在地殼中的含量百分比排名第22位,位列鈦、錳、鋇、鍶、鎢、釩等元素之后。1797年,法國化學家路易·尼古拉·沃克朗從鉻鉛礦和鹽酸反應的產物里,提煉出三氧化鉻,后來又想方設法提取出了金屬鉻。但是,由于鉻鉛礦較為少見,產量太低,不足以達到商業(yè)化生產,直到人們尋找到了新的礦物—鉻鐵礦,金屬鉻才大批量生產,并應用于商業(yè)。鉻鐵礦是一種暗棕色、鐵黑色礦物,具有弱磁性,外表類似于磁鐵礦。如今,鉻鐵礦不僅是金屬鉻的主要來源,也常常用于制造高溫耐火材料,世界上主要的產地是南非、印度、哈薩克斯坦、俄羅斯和土耳其等,中國的鉻鐵礦較少,僅在西藏、新疆等地有少量礦床。