2022年有趣的化学金属元素 .pdf

第 1 页 共 22 页趣味元素化学知识一金属主族身轻如燕的金属锂金属在我们的印象里总是沉甸甸的，比木柴啦，水啦砂石啦，都重得多。但是，有一种金属却轻得出奇，它就是稀有金属锂。纯锂的比重跟干操木材差不多，等于号称轻金属的铝的比重的五分之一，几乎只有同体积水的重量的一半。即使把锂扔到汽油里，它也会像软木塞一样轻轻地浮起来。锂不仅是自然界最轻的金属，而且也是在普通温度条件下呈固态的一般材料中最轻的一种。除了体重特别轻之外，锂的另一个特点是非常软，富有延展性， 可以打薄成片，可以拉伸成丝，压制加工都很方便。如果有人说，有一种金属可以用小刀切开成片时，你听后也许会不信。但是，确实有一种金属可以用小刀来毫不费力地把它切开，这种金属就是锂。锂有一副漂亮的能发出耀眼的银白色光辉的外表。它的个性活泼， 有很强的化学反应能力，一接触潮湿空气，外表就会黯然失色锂跟空气中的氧、氮等气体迅速化合，生成一层淡黄色或黑色的薄膜覆盖在外表。在自然界中， 锂还算是含量比较多的一种元素，它占地壳总原子数的万分之二。在盐层、海水、盐湖、矿泉中，含有许多可溶的锂的化合物。锂的化学性质非常活泼，它特别爱跟各种气体交朋友，比方像氧气、氮气、氢气等，因此它经常能帮冶金师傅的忙。比方说， 经过锂脱气的铸铜或铜线，导电性能大大加强。向铬镍不锈钢中加入极少量的锂钙合金，就可以增加它的硬度、强度和加工性能。经过锂处理的金属或合金，它们的“体格”都变得非常强壮，不但能耐高温，而且不怕酸碱溶液的腐蚀，所以常被用来加工制造具有特殊要求的精密元件。锂不但可用在冶金工业中，还可以用在其他部门。例如，在玻璃中加进锂和锂的化合物，可以增强玻璃的强度和韧性。有些含锂的特种玻璃，外表光滑， 坚固耐用， 不怕腐蚀， 受热，膨胀也不太厉害，常常用到化工、电子和光学仪器上。电视机的荧光屏就是一种锂制被璃。锂在日常的机械工业部门里也有它的踪迹。大家都知道， 大大小小， 各种各样的机器都要用润滑油来降低摩擦。但一般的润滑油都很“娇气”，热了会蒸发分解，冷了又会冻在一起。怎么办呢？人们用锂的化合物制造了一些特种的润滑材料，它们的能耐很大， 在零下五十度的低温里不会冻结， 在二百度的高温下不会变成气体。不管在烈日炎炎的赤道，还是在千里冰封的两极地区，它们都能胜任。糖块能点燃吗？试试看：划亮一根火柴，把糖块放在火焰上，可以看到糖开始熔化，却并不燃烧。这是怎么了，题目写错了吗？让我们再试试看， 再划着一根火柴， 把糖块放在火焰上， 然后再往糖块上撤一些香烟灰，这时糖块就会像纸一样燃烧起来！为什么往糖块上撤一些烟灰就可以燃烧呢？原来在烟草中， 含有许多锂的化合物，当烟草烧成灰烬后，锂就剩在灰烬中。锂不但化学性质很活泼，还能当催化剂，用来加快一些化学反应，糖块能燃烧就是一个例子。狼是一种凶猛的野兽，经常以牛、 羊等家富为食， 使牧人们伤透了心。如果有一天狼能不吃羊，对牧人来说将是一件天大的喜事。那么，狼能不吃羊吗？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 22 页第 2 页 共 22 页有些人会说，狗改不了吃屎，狼怎么会改掉自己凶恶的本性呢？先让我们看看科学家的实验吧。科学家们发现， 不管是人还是动物，只要吃了氯化锂药丸，都可以造成短时期内的消化不良。利用氯化锂的这一特性，科学家便经常把这种药丸塞进羊肉里喂狼。经过几次实验后，狼就倒了胃口，不再吃羊了。一旦狼改了食性，可以遗传给后代。因为狼吃了什么东西，它的奶汁就会有什么味道。如果这样下去，很可能出现狼不吃羊的事情。小朋友，你们相信吗？氢弹里装的是什么呢？也许有人会说： “氢弹里无非装的就是氢呗，这有什么问的”。这个答复也对也不对。说它对，是因为早期的氢弹都是用氘和氚的混合物作“炸药”，它们虽不是普通的氢，但仍属于氢的一类。说它不对，是因为当今的氢弹里的“爆炸物”多数是氘化锂和氢化锂。为什么氢弹里不用氘和氚呢？原来氘和氚很难生产出来，一个工厂一年也生产不了多少，而氘化锂生产起来却比较容易，而且氘化锂爆炸时放出的能量特别巨大。举例来说， 用几十公斤氘化锂放出的能量挖沟，足可以挖通一条巴拿马运河。把氘化锂用在人造太阳上，每年消耗公斤氘和公斤锂，可以发电亿度，能把整个黑夜照得如同白昼。由于锂的原子量很小，只有、，因此，单位重量的锂携带的电荷很多，可以说得上是电极材料之王。用锂做成的电池，体积小、重量轻、输出功率大，工作温度范围宽，可以在零下五十五度的低温至七十五度的高温环境下使用，储存期长达十年，寿命是一般电池的十倍。据悉， 日本已研制成功可以充放电一千次的锂碳电池，它的直径只有两厘米，厚度就更小了，只有两毫米，看上去小巧玲珑。如果用锂电池来开动电动汽车、既轻便又干净， 而且充电时间只需十几分钟，行程却达几十万公里以上。随着能源日益紧缺以及汽车废气排放规定的严格执行，锂动力电池车辆将会迅速增加。最近， 日本又研制出一种比纸还薄的锂电池，长和宽各是四毫米，厚度只有千分之三十四毫米，电池的负极就是金属锂。这种电池可使用在计算器、电子表上，一次充电可工作二三百个小时，而且可以反复充电达两千次，性能依然保持不变。现在，通信、潜艇、人造卫星、宇宙飞船等也都开始用锂电池作为电源，使产品和设备向微型化方向发展，展现了诱人的前景。锂不仅是一种高能金属，而且具有其他多种独特的本领。现在， 全世界有超过一半的人晚上都要看电视，但电视机在播出精彩的节目时，同时会产生一些X 射线， 它会暗暗地损害人体健康。这怎么办呢？锂可以帮助人们，它具有吸收X射线的能力，只要在显像管中加入适量的锂，大量的X 射线就会被吸收，人们在看电视时就可以高枕无忧了。用氧化锂单晶体还可以制成天文透镜，既能透过可见光， 又能透过紫外线清楚地洞察茫茫宇宙的奥秘。在制灯泡的原料中加入锂辉石，制出的灯泡会更加明亮、耐用。用氢氧化锂配的锂基润滑脂。既不怕热， 也不怕冷， 可以在较大的温度范围内工作，因而是一种良好的润滑剂。此外，锂还可以制成药品，医治多种疾病。锂不仅在其他领域大显神通，而且在医疗事业中也有用武之地。各位小读者知道，精神病是一种严重的社会疾病，据统计， 目前全世界患精神病的人数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 22 页第 3 页 共 22 页达几百万。患精神病的人生活不能自理，是家庭的沉重负担。因此，人们在很早以前，就在寻找一种能治疗精神病的“灵丹妙药”。功夫不负有心人，到了本世纪四十年代，这种“灵药”终于问世了。人们是怎么发现它的呢？在美国有一位著名的精神病医生，他小时候看到精神病人在发作时十分痛苦。就暗自下决心，长大后一定要找到一种能治疗精神病的药物，来缓解病人的痛苦，他当了医生后，就专门研究精神病。为了弄清楚精神病的病因，他把病人的尿液注射到小白鼠的身体中，小白鼠也得了精神病。由于尿液中的主要成份是尿酸，于是他推想也许尿酸是导致精神病的“罪魁祸首”。为了证实这一点，他就用尿酸来代替病人的尿液进行实验。但是尿酸几乎不溶于水，很难把它移入小白鼠体内，因此他改用易溶于水的尿酸锂。可当他把尿酸锂注入小白鼠体内时，却奇怪地发现，小白鼠的精神病非但没有加重，反而大大减轻了。这大大鼓舞了这位医生，他继续用锂盐进行实验，最终发现， 碳酸锂对精神病的疗效最好。有的小朋友也许要问， 为什么锂盐能治疗精神病呢？这是因为锂离子能消除患者身体中的尿酸毒性，使病人狂躁的心情平静下来。自年这位医生发现锂盐能治疗精神病以来，有几十万的精神病患者告别了痛苦的过去，这不愧是医学上的伟大发现。躲在食盐里的金属钠食盐和我们的关系太密切了。我们每个人天天都要吃盐，不吃盐就没有劲儿。据统计，每个正常的人一天要吸收克食盐，一年要吸收公斤食盐。但你知不知道，在这雪白的盐里，还躲藏着一种金属呢？这就是钠。在许多人看来，金属都硬棒棒、沉甸甸的。可是金属钠，却是软绵绵的，比水还轻，用一把普通的小刀，就可以轻易地把它切开。钠的化学性质非常活泼，很不安分。 它特别“喜欢” 空气和水， 一块银光闪闪的金属钠，只要在空中呆一会儿，就会失去光泽，周身披上一件灰白色的“外衣”。原来外表的钠已与氧气和水蒸气发生了化学变化，生成了灰白色的氧化钠和氢氧化钠。把一小块钠放在水中就会有气泡产生，过上一会儿， 钠就不见了。 它躲到哪儿去了呢？原来它与水反应生成了氢氧化钠和氢气，氢氧化钠溶解在水中，我们当然就看不见了。钠既不能放在空气中，也不能放在水中， 那把它放在哪儿呢？人们发现钠对煤油不感兴趣，于是，就把它放在煤油中。钠元素是地球的主要成员之一，分布十分广泛。 人们在食盐、 土壤、水甚至高层大气中，都可以发现它的踪影。然而，它的发现却比较晚，直到年，人类才第一次看到了钠的“庐山真面目” 。你见过彗星吗？人们观看彗星一般是在晚上，只见它拖着一条明亮的“大尾巴”，从天边摇曳而过。人们看到彗星的时候并不多，著名的“哈雷彗星”，人们每过七十二年才能看到一次。多么让人可惜呀！现在好了， 科学家可以制造出彗星来，让人们大饱眼福， 你再也不用担忧看不见彗星了。科学家们在宇宙火箭上装着一种特制的钠蒸发器，这种蒸发器能使金属钠迅速地蒸发，在宇宙空间几乎近于真空和没有重量的情况下喷出钠云。钠云在日光的照射下可以变得很亮，同时由于逐渐扩散可以形成像彗星那样的形状。钠云， 不但可以模仿彗星，还可以帮助科学家进行研究。科学家用照相或光电测量的方精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 22 页第 4 页 共 22 页法，可以测量到钠云扩散的全过程，从而能计算周围物质的密度。同时，在预定时刻发出钠云，使得人们能够直接对宇宙火箭进行光学观测，确定出它的位置和运行路线。在年月，苏联科学家向月球方向发射“月球号” 火箭时， 他们做了安排，让这颗卫星放出钠云做为可见的信号，说明它已进入预定的轨道。当科学家们发射人造卫星时，大多数情况下都可以看到人造彗星，当你在观看时， 可千万不要忘了这是钠的一大功绩呀。人在太空中怎么呼吸呢？有的人会说，只要带上足够的液态氧就可以了。实际上这个问题要复杂得多。因为液态氧只能装在钢瓶里，这样，液态氧只能提供氧气，却不能使空气中的二氧化碳减少。要知道， 即使空气中的氧气含量很丰富，但如果人呼出的二氧化碳越来越多时，人最后还会中毒甚至死亡。那怎么办呢？人们请来了金属钠，它能帮助人们在太空中进行呼吸。原来钠在加热的情况下导入不含二氧化碳的空气，它就会和氧气生成一种叫作过氧化钠的固体物质，这是一个绝妙的“氧气仓库”。当需要使用氧气时，只要把它暴露在空气中就行。过氧化钠一遇上空气中的二氧化碳，就会和它发生化学反应，生成碳酸钠并放出氧气，空气中的二氧化碳越多，它就作用得越快，放出的氧气也越多。人们再也不用害怕二氧化碳中毒了。衣服脏了，手脏了，该怎么办呢？你肯定会说：用肥皂、洗衣粉洗洗就干净了。那么肥皂和洗衣粉是由什么做成的呢？它们为什么能把衣服洗干净呢？原来肥皂和洗衣粉是用碳酸钠制成的，它可以和很多物质发生反应。我们穿的衣服过几天后，上面就沾满了尘土、油污和许多其他的杂质，它们大多都不溶于水，所以光用自来水洗不干净。当我们往水里加进洗衣粉后，洗衣粉里面的碳酸钠就与这些杂质发生了化学变化，把他们变成了一些能溶于水的物质，这样，用水一冲，衣服就干净了。最初， 人们是从一些海生植物的灰中提取碳酸钠，但这样做起来很麻烦，而且产量也很少。现在，人们用食盐、硫酸和石灰石作原料来制作。我国著名的化学家侯德榜，对这种制造方法进行了重大的改良，创造了“联合制碱法”，大大提高了碳酸钠的产量。碳酸钠不但可以制造肥皂和洗衣粉，还可以用在其他工业部门中。据估计， 生产一吨钢需要公斤的碳酸钠，生产一吨黄金需要公斤，生产一吨铝需要公斤，许多化学药品中，也要用到碳酸钠。水银是一种在常温下呈液态的金属，它很容易挥发。 水银蒸气有毒， 如果吸入大量的水银蒸气，就会发生中毒事件，严重时会使人死亡。但科学家在做实验时经常要用到它，那怎么才能防止水银挥发掉呢？起初， 人们往装水银的瓶里倒人一些水，还是不能防止水银的挥发。有人做过这样一个实验：在一个密闭的容器里放上一些水银，再在上面加水，水层厚厘米，在室温经过小时后，测得水面上的空气中已有一定量的水银蒸气。那怎么办呢？人们经过多次实验，发现食盐水可以防止水银挥发。只要在装水银的容器中加人浓度为的食盐水来盖住水银，就完全可以阻止水银的蒸发。生活在北方的人天天都要吃馒头，当你们咬一口馒头时会发现什么呢？你们会看到馒头里有很多气孔，就好似蜂窝一样，这些气孔是怎么形成的呢？原来，人们在蒸馒头的面团里要加进一种叫“小苏打”的东西，它的学名叫碳酸氢钠。馒头揉好后，人们把它放在蒸笼里放在火上，开始加热。碳酸氢钠非常怕热，一加热，它就精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 22 页第 5 页 共 22 页会分解，放出二氧化碳气体。二氧化碳气体跑不到外面去，就会在馒头里形成很多气孔。能在水中燃烧的金属钾钾跟钠一样， 也是银白色的金属，非常柔软， 用小刀可以像切面包一样，把它切成一个个小块。钾的熔点很低，只是63，就是说，只要温度升高到63，金属钾就变成水银般的液体了。钾的比重很小，它比水还轻。“金属比水轻” ，这在它刚被发现时简直不可思议。当时很多人认为它压根就不能算是金属，直到后来，人们才改变了态度。钾也是一个非常活泼好动的金属元素，刚刚切开的金属钾穿着一件银白色的“外衣”，非常漂亮，可你一转身，它就变得灰头上脸的，就像换了一个“人”。原来钾与氧气发生化学反应，变成了氧化钾。其实，钾最感兴趣的是水。如果你把它放进水里，那可不得了。只听它“吱吱”叫着，一会儿浮上来，一会儿沉下去，周身还冒出火焰，看起来，它跟水真是十分要好。过上一会儿，你再一看，水里已没有钾的影子了。原来，它跟水发生变化生成了氢氧化钾，氢氧化钾溶解在水中，所以就看不到了。因此，跟钠一样，人们把钾放在煤油中，免得它到处惹生非。在古代时，经常发生战争。在一天的中午，有一位将军带着队伍去打仗，走在半路上，士兵们都非常口渴。可是附近一点水也没有，怎么办呢？这位将军想出了一个好方法，他对士兵们说，他知道这儿的地形，在前面不远处，有一个梅园，到那儿可以搞梅子吃。听了将军的话， 士兵们顿时来了劲，口也不觉得渴了。 后来人们把这个故事总结为一个成语，叫 “望梅止渴”。那么望梅为什么能够解渴呢？原来，梅子中含有钾元素。人们觉得口渴， 是由于体内的盐分特别多，造成钠离子过剩，而钾离子能使人体内多余的钠排出体外，所以当人们感到口渴时，吃一些梅子， 苹果就可以止渴。这样过上两三次后， 吃梅子止渴就变成了人的习性，而人在吃梅子时一般都要分泌唾液，这也成了人的习惯。只要有人说到梅子，在条件反射的作用下，虽然没有吃到梅子，但口里也分泌出一些唾液。唾液可以湿润咽喉，使人不觉得口渴。故事中的士兵们没有吃海子，却止住了口渴就是这个道理。钾是植物的好朋友，它对植物的生长有很大的帮助。钾能帮助植物合成碳水化合物。谷类作物如果没有钾的帮助，结的谷粒就很少，而且其中淀粉的含量不多。缺了钾，植物的幼苗就会发育不良，茎杆柔弱无力，风一吹就会倒下，还会生出许多病来。钾还帮助植物吸收氮，形成蛋白质。 比方说， 豌豆幼苗在没有钾的帮助下，蛋白质的含量只有 50，而有了钾的帮助，蛋白质的含量会提高到70。科学家们研究发现，在植物体中，钾与蛋白质的分布是一致的，蛋白质多的地方，钾离子也很多，这也说明钾和蛋白质的关系很“亲密” 。所以， 在植物的生长过程中需要大量的钾。平均起来， 每收获一吨小麦或马铃薯，就等于从土壤中取走五公斤钾；收获一吨甜萝卜，相当于取走二公斤钾。全世界平均每年要从土壤中取走2500 万吨钾！ 有人才有出， 这就是说， 全世界每年至少要往土壤中施用2500 万吨的钾肥。但是，如果你问农民叔叔的话，他会告诉你说平常不往地里施用钾肥。这又是什么缘故呢？原来， 农民一般都要向地里施用农家肥料，包括草木灰和家畜的粪便。草木灰里含有大量的钾。这是因为植物本来就从土壤中吸收了很多钾。那么，把它烧成灰后，灰中当然也就精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 22 页第 6 页 共 22 页含有钾。在每吨粪便中，也大约含有六公斤的钾，因此农民叔叔不用再施钾肥。长“眼睛”的金属铷十九世纪五十年代的开头，住在汉堡城里的德国化学家本生，发明了一种燃烧煤气的灯，这种本生灯现在在我们的化学实验室里还随处可见。他试着把各种物质放到这种灯的高温火焰里，看看它们在火焰里究竟有什么变化。变化果真是有的！火焰本来几乎是无色的，可是当含钠的物质放进去时，火焰却变成了黄色； 含钾的物质放进去时，火焰又变成了紫色连续多次的实验使本生相信，他已经找到了一种新的化学分析的方法。这种方法不需要复杂的试验设备，不需要试管、 量杯和试剂，而只要根据物质在高温无色火焰中发出的彩色信号，就能知道这种物质里含有什么样的化学成分。但是，进一步的试验却使本生感到烦恼了，因为有些物质的火焰几乎亮着同样颜色的光辉，单凭肉眼根本没法把它们分辨清楚。这时，住在同一城市里的研究物理学的基尔霍夫决心帮本生的忙。他想既然太阳光通过三棱镜能够分解成为由七种颜色组成的光谱，那为什么不可以用这个简单的玻璃块来分辨一下高温火焰里那些物质所发出的彩色信号呢？基尔霍夫把自己的想法告诉了本生，并把自已研制的一种仪器分光镜交给了他。他们把各种物质放到火焰上去，叫物质变成炽热的蒸气，由这蒸气发出来的光，通过分光镜之后， 果然分解成为由一些分散的彩色线条组成的光谱线光谱。蒸气成份里有什么元素，线光谱中就会出现这种元素所特有的跟别的元素不同的色线：钾蒸气的光谱里有两条红线， 一条紫线； 钠蒸气有两条挨得很近的黄线；锂的光谱是由一条亮的红线和一条较暗的橙线组成的；铜蒸气有好几条光谱线，其中最亮的是两条黄线和一条橙线，等等。这样就给人们找到了一种可靠的探索和分析物质成份的方法光谱分析法。光谱分析法的灵敏度很高，能够“发觉”出几百万分之一克甚至几十亿分之一克的不管哪一种元素。分光镜扩大了人们的视野。你把分光镜放在光线的过道上，谱线将毫无过失地告诉你发出这种光线的物质的化学元素的成分是什么。本生拿着分光镜研究过很多物质。在年，他在一种矿泉水里和锂云母矿石中，发现了一种产生红色光谱线的未知元素。这个新发现的元素就用它的光谱线的颜色铷来命名在拉丁语里，铷的含意是深红色。铷的发现，是用光谱分析法研究分析物质元素成分取得的第一个胜利。大家知道， 我们平常所用的电大多是用火力或水力生产出来的。烧煤的热能或水流的动能，先推动汽轮机或水轮机变成机械能，然后再带动发电机发出电来。从热能或水能到机械能再到电能，中间几经周折，能量损耗不少，效率当然很低。那么，有没有一种操作简便而效率却很高的发电方式呢？当然有。 人们发现， 铷原子的最外层电子很不稳定，很容易被激发放射出来。利用铷原子的这个特点，科学家们设计出了磁流体发电和热电发电两种全新的发电方式。磁流体发电是使加热到二三千度高温的具有导电能力的气体，以每秒六百到一千五百米的速度通过磁极，凭借电磁感应而发出电来。热电发电是从加热一头的电极发出电子，而由另一头的电极接受，在两个电极之间接上导线，就会有电流不断产生和通过。这样的发电方式多么简单，多么直截了当！ 热能直接变成电能，省掉了水力和火力发电时的机械转动部分，从而大大提高了能量的利用率。当然，为获得磁流体发电所需要的高温高速的导电性气体也好，为进一步提高热电发电的电子流速度也好，都少不了要用到最容易发射电子，也就是最容易变成离子的金属铷。铷在这方面的广泛应用，一定会给发电技术和能量利用带来一场新的重大的技术革命。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 22 页第 7 页 共 22 页最软的金属铯如果有人问，自然界里最软的金属元素是什么？你可以这样答复，铯就是最软的金属，它甚至比石蜡还软。铯具有活泼的个性，它本来披着一件漂亮的银白色的“外衣”，可是一与空气接触，马上就换成了灰蓝色， 甚至不到一分钟就自动地燃烧起来，发出玫瑰般的紫红色或蓝色的光辉，把它投到水里，会立即发生强烈的化学反应，着火燃烧，有时还会引起爆炸。即使把它放在冰上，也会燃烧起来。正因为它这么地“不老实”，平时人们就把它“关”在煤油里，以免与空气、水接触。最有意思的是， 铯的熔点很低， 很容易就能变成液体。一般的金属只有在熊熊的炉火中才能熔化。，可是铯却十分特别，熔点只有摄氏二十八度半，除了水银之外，它就是熔点最低的金属了。大家都知道，我们人体的正常温度是摄氏三十七度，所以把铯放到手心里，它就会像冰块掉进热锅里那样很快地化成液体，在手心里滚来滚去。在自然界里，铯的分布相当广泛，岩石、土壤、海水以至某些植物机体，到处都有它的“住地”。可是铯没有形成单独的矿场，在其他矿物中含量又少，所以生产起来很麻烦。一年下来，生产出的铯很少，“物以稀为贵” ，现在铯比金子还贵。用铯可以做成最准确的计时仪器原子钟。一说到钟，你们自然明白这是一种计量时间的工具。人类的生活和生产活动离不开计时，想想看，如果有一天起床后，世界上所有的钟表都不翼而飞了，世界会变成什么样子呢？过去， 人们确定时间都拿地球的自转作为基准。地球是个天然的计时器，它每昼夜绕轴自转一周， 寒来暑往， 年年如此。 人们把地球自转一周所需要的时间定为一天二十四小时，它的八百六千四百分之一就是一秒，秒的时间单位就是这样来的。但是，后来人们发现， 由于潮汐力等许多因素的影响，地球不是一个非常准确的“时钟”。它的自转速度是不稳定的，时快时慢。虽然这种快慢的差异极小，但累计起来，误差就很大了。有没有一种更准确的计时仪器呢？人们开始打破旧的传统习惯，大的一头不行，往小的一头探索。人们发现：铯原子的第六层即最外层的电子绕着原子核旋转的速度，总是极其精确地在几十亿分之一秒的时间内转完一圈， 稳定性比地球绕轴自转高得多。利用铯原子的这个特点，人们制成了一种新型的钟铯原子钟，规定一秒就是铯原子“振动” 九十一亿九千二百六十万一千七百七十次即相当于铯原子的最外层电子旋转这么多圈所需要的时间。这就是“秒”的最新定义。利用铯原子钟， 人们可以十分精确地测量出十亿分之一秒的时间，三百年来积累起来的时间总误差不超过五秒，精确度和稳定性远远地扭过世界上以前有过的任何一种表，也超过了许多年来一直以地球自转作基准的天文时间。人类创造性的劳动得到了收获。大家知道，在我们日常生活里，只要知道年、月、日以至时、分、秒就可以了。但是现代的科学技术却往往需要精确地计量更为短暂的时间，比方毫秒千分之一秒 、微秒百万分之一秒等等。有了像铯原子钟这样一类的钟表，人类就有可能从事更为精细的科学研究和生产实践，比方对原子弹和氢弹的爆炸、火箭和导弹的发射以及宇宙航行等等，实行高度精确的控制，当然也可以用于远程飞行和航海。为了征服宇宙，必须有一种崭新的、飞行速度极快的交通工具。一般的火箭、飞船都达不到这样的速度，最多只能冲出地月系；只有每小时能飞行十几万公里的“离子火箭”才能满足要求。有的小朋友可能会问：我们只知道原子、分子， 怎么又出来一个离子？离子是什么呀？简单说吧， 大家都知道， 正常的分子、 原子等粒子是电中性的，表现不出带有什么电荷；而离子却是带电正电或负电的粒子，分子、原子等带一电荷就成了离子正离子或负离精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 22 页第 8 页 共 22 页子 。前面我们已经说过，铯原子的最外层电子极不稳定，很容易被激发放射出来，变成为带正电的铯离子，所以是宇宙航行离子火箭发动机理想的“燃料”。铯离子火箭的工作原理是这样的：发动机开动后， 产生大量的铯蒸气，铯蒸气经过离化器的“加工” ，变成了带正电的铯离子，接着在磁场的作用下加速到每秒一百五十公里，从喷管喷射出去，同时绘离子火箭以强大的推动力，把火箭高度推向前进。计算说明， 用这种铯离子作宇宙火箭的推进剂，单位重量产生的推力要比现在使用的液体或固体燃料高出上百倍。这种铯离子火箭可以在宇宙太空遨游一二年甚至更久！A 住在绿宝石里的金属铍有一种翠绿晶莹、光耀夺目的宝石叫绿柱石。它过去是供贵族玩赏的宝物，今天成了劳动人民的珍品。为什么我们也把绿柱石当做珍品呢？这倒不是由于它有一副漂亮诱人的外表，而是因为它那里面含有一种珍贵的稀有金属铍。第一次发现铍是在年，人们在研究翡翠的成分时认识了它。在拉丁文里，“铍”的含意就是 “绿宝石”。过了差不多三十年，人们用活泼的金属钙和钾复原氧化铍和氯化铍，制得了纯度不高的第一块金属铍。又过了将近七十年，人们才对铍进行小规模的加工生产。近三十年来，铍的产量逐年激增。现在，铍的“隐性埋名”时期已经过去，人们每年要生产好几百吨的铍。看到这里， 有的小朋友可能会提出这样的问题：为什么铍的发现时间这么早，而在工业上的应用却这样晚呢？关键卡在铍的提纯工作上，要从铍矿石中把铍提纯出来很困难，而铍又偏偏特别喜欢 “清洁” ，铍中只要含有很少一点点杂质，就会使它的性能发生很大的变化，失去许多优良的品质。现在的情况当然大有改观了，我们已经能够采用现代的科学方法生产出纯度很高的金属铍。铍的许多特性我们都“了如指掌”：比重比铝轻三分之一；强度跟钢差不多，传热本领是钢的三倍，是金属中良好的导体；透X 射线的能力最强，有“金属玻璃”之称。曾有这么多优异的性能，怪不得人们称赞它是“轻金属中的钢”哩！起初，因为冶炼技术不过关，炼出来的铍里含有杂质，脆性大，不好加工，加热时又容易氧化，所以少量的铍只是在特殊情况下使用，比方用X 射线管的透光小窗、霓虹灯的零件等等。后来，人们给铍的应用开辟了一个广阔而又重要的新领域制造合金，特别是制造铍铜合金铍青铜。大家知道， 铜比钢铁要软得多，弹性和抵抗腐蚀的能力也不强。但是， 铜中加进一些铍后，铜的性能发生了惊人的变化。含铍百分之一到三点五的铍青铜，机械性能优良，硬度加强，弹性极好，抗蚀本领很高，而且还有很高的导电能力。用铍青铜制成的弹簧，可以压缩几亿次以上。百折不挠的铍青铜，最近又被用来制造深海探测器和海底电缆，这对海洋资源的开发具有重要的意义。含镍的铍青铜还有一个可贵的特点受到撞击的时候不会产生火花。这个特点对炸药厂很有用。你想，易燃易爆的材料怕得就是火，比方炸药和雷管，一见火就会发生爆炸。而铁制的锤子、钻头等工具在使用时都会冒出火花，这怎么得了。很明显，用这种含镍的铍青精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 22 页第 9 页 共 22 页铜来制造这些工具，是最合适的了，另外，含镍的铍青铜也不会被磁铁所吸引，不受磁场磁化，所以又是制造防磁零件的好材料。前面不是说过，铍有“金属玻璃”的外号吗？近年来，比重小、强度高、弹性好的铍，已经作为反射镜用到高精度的电视上，效果果然不错，发送一张照片只需要几分钟。铍虽然有很多用处，但在众多元素中，它仍是一个默默无名的“小人物”，受不到人们的重视。但在本世纪五十年代时，铍的“命运”却大为好转，一时成了科学家们的抢手货。这是为什么呢？原来是这样的：在无煤的锅炉原子反应堆里，为了从原子核里解放出大量的能量，需要用极大的力量去轰击原子核，使原子核发生分裂，就像用炮弹去轰击坚固的炸药库，使炸药库发生爆炸一样。这个用来轰击原子核的“炮弹”叫中子，而铍正是一种效率很高的能够提供大量中子炮弹的“中子源”。原子锅炉中光有中子“点火”还不行，点火以后，还要使它真正“着火燃烧起来”。中子轰击原子核，原子核分裂，放出原子能，同时产生新的中子。新中子的速度极快，到达每秒几万公里。必须使这类快中子减慢速度，变成慢中子， 才容易继续去轰击别的原子核而引起新的分裂，一变二、二变四持续不断地发展“链式反应”，使原子锅炉里的原子燃料真正“燃烧”起来，正因为铍对中子有很强的“制动”能力，所以它就成了原子反应堆里效能很高的减速剂。这还不算， 为了防止中子跑出反应堆，反应堆的周围需要设置“警戒线” 中子反射体，用来勒令那些企图“越境”的中子返回反应区。这样，一方面可以防止看不见的射线伤害人体健康，保护工作人员的安全；另一方面又能减少中子逃跑的数量，节省“弹药”，维持核裂变的顺利进行。铍的氧化物比重小，硬度大， 熔点高达摄氏二千四百五十度，而且能够像镜子反射光线那样把中子反射回去，正是建造原子锅炉“住房”的好材料。现在，几乎各种各样的原子反应堆都要用铍作中子反射体，特别在建造用于各种交通工具的小型原子锅炉时更需要。建造一个大型的原子反应堆，往往需要动用二吨多金属铍。航空工业的发展要求飞机飞得更快、更高、 更远， 重量轻、 强度大的铍当然也可以在这方面显一下自己的本领。有些铍合金是制造飞机的方向舵、机翼箱和喷气发动机金属构件的好材料。现代化战斗机上的许多构件改用铍制造后，由于重量减轻， 装配部分减少， 使飞机的行动更加迅速灵活。有一种新设计的超音速战斗机铍飞机，飞行速度可达每小时四千公里，相当于声速的三倍多。在将来的原子飞机和短距离起落的飞机上，铍和铍的合金一定会得到更多的应用。进入二十世纪六十年代以后，铍在火箭、导弹、宇宙飞船等方面的用量也在急剧增加。铍是金属中最好的良导体。现在有许多超音速飞机的制动装置是用铍来制造的，因为它有极好的吸热、散热的性能，“刹车”时产生的热量很快就会散失。当人造地球卫星和宇宙飞船高速穿越大气层的时候，机体与空气分子摩擦会产生高温。铍作为它们的“防热外套”，能够吸收大量的热量并很快地激发出去，这样就可防止温度过度升高，保障飞行安全。铍还是高效率的火箭燃料。铍在燃烧的过程中能释放出巨大的能量。每公斤铍完全燃烧放出的热量高达千卡，是一种优质的火箭燃料。人在工作、 劳动一段时间后会感到疲劳，这是一种正常的生理现象。然而， 许多金属和合金也会“疲劳” ，不同的是，人们歇一会儿之后疲劳就自动消失了，人们又可以继续进行工作，但金属和合金就不行了，它们疲劳过度后，用它们造成的东西就不能再用了。这多么可惜呀！怎么来治疗金属和合金的这种“职业病”呢？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 22 页第 10 页 共 22 页科学家已找到了医治这种“职业病”的“灵丹妙药”，它就是铍，如果在钢中加入少量的铍，把它制成小汽车用的弹簧，可以经受万次冲击，也不会出现疲劳的痕迹。金属也会有甜味吗？当然没有，那为什么题目却是“甜味金属”呢？原来，有些金属的化合物是带有甜味的，于是人们就把这种金同叫做“甜味金属”，铍就是其中的一个。但是千万不要接触铍，因为它具有毒性。每一立方米的空气中只要有一毫克铍的粉尘，就会使人染上急性肺炎铍肺病。我国冶金战线的广阔职工，向铍毒发动进攻，终于使一立方米空气中的铍的含量降低到十万分之一克以下，已经圆满地解决了铍中毒的防护问题。跟铍相比， 铍的化合物的毒性更大，铍的化合物会在动物的组织和血浆中形成可溶性的胶状物质， 进而与血红蛋白发生化学反应，生成一种新的物质，从而使组织器官发生各种病变，在肺和骨骼中的铍，还可能引发癌症。铍的化合物虽然甜，却是“老虎的屁股”，千万摸不得。人体健康必需的重要元素 -镁人类开始对镁的生理作用的研究，是从本世纪七十年代末、八十年代初开始的，而对人体镁缺乏症，直到最近几年才引起注意，1995 年在美国举行的一次营养学会议上专家们估计，美国人患镁缺乏症的人数占总人数的20以上，个别地区竟达80以上，这个数字实在令人震惊! 在生物学上， 镁的作用极为重要，因为它是叶绿素分子的核心原子，叶绿索结构以镁原子铗状结合为其分子的母核，此镁原子铗状结合具有强力催化剂的作用。叶绿素中镁的功能是一般镁离子的数万倍。人体内到处都有以镁为催化剂的代谢系统，约有一百个以上的重要代谢必须靠镁来进行，镁几乎参与人体所有的新陈代谢过程。在人体细胞内，镁是第二重要的阳离子(钾第一 )，其含量也次于钾。镁具有多种特殊的生理功能，它能激活体内多种酶，抑制神经异常兴奋性，维持核酸结构的稳定性，参与体内蛋白质的合成、肌肉收缩及体温调节镁影响钾、钠、钙离子细胞内外移动的“通道”，并有维持生物膜电位的作用。最近， 日本学者通过调查发现，饮食中， 镁、钙的含量与脑动脉硬化发病率有关科研结果显示当血管平滑肌细胞内流入过多的钙时，会引起血管收缩，而镁能调解钙的流出、流人量，因此缺镁可引起脑动脉血管收缩。脑梗塞急性期病人脑脊液中镁的含量比健康人低，而静脉注射硫酸镁后，会引起脑血流量的增加血中钙离子过多也会引起血管钙化，镁离子可抑制血管钙化，所以镁被称为天然钙拮抗剂。实验还证实， 脑脊液和脑动脉壁中保持高浓度镁是血管痉孪的缓冲机制。美国学者在研究高血压病因时发现：给患者服用胆碱(维生素B 群中的一种 )一段时间后，患者的高血压病症，像头痛、头晕、耳鸣、心悸都消失了。根据生物化学的理论，胆碱可在体内合成，而实际合成中，仅有B6 不行，必须有镁的帮助，B6 才能形成B6PO4 活动形态。在高血压患者中往往存在严重的缺镁情况。糖尿病是由于吃过多的动物性蛋白质及高热量所致。我们来看美国一位生化博士对糖尿病原因的表达：当人体吸收的维生素B6 过少时，人体所吸收的色氨酸就不能被身体利用，它转化为一种有毒的黄尿酸，当黄尿酸在血中过多时，在四十八小时就会使胰脏受损，不能分泌胰岛素而发生糖尿病，同时血糖增高，不断由尿中排出。只要B6 供给足够，黄尿酸就减少，镁可减少身体对B6 的需要量，同时减少黄尿酸的产生。凡患糖尿病的人，血中的含镁量特别低，因此，糖尿病是维生素B6、镁这两种物质缺乏而引起的。除上述几种常见病外，缺镁还会引起蛋白质合成系统的停滞，荷尔蒙分泌的减退，消化器官的机能异常，脑神经系统的障碍等等，这些病症有许多是直接或间接和镁参与的代谢系精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 22 页第 11 页 共 22 页统变异有关。体内镁的来源及镁缺乏的原因镁在人体中正常含量为25 克，属常量元素。人对镁的每日需要量大约300-700 毫克，其中约40来自食物，食物中以绿色蔬菜含镁量最高，镁离子在肠壁吸收良好。约60由含有镁离子的饮用水提供。蔬菜短缺、蔬菜摄入量不足、蔬菜加工程序复杂致使含镁量大减。经常食用磷过剩食品，如：肉、鱼、蛋、虾等，动物蛋白食物中的磷化合物能使肠道中的镁吸收困难，而这些磷过剩的食物却是我们推祟的高蛋白营养物。靠雪水生活的地区，经常饮用纯水 的人们。“纯水”包括蒸馏水、太空水、纯洁水，这些水固然纯洁，但它在除去有害物质的同时，也除去了包括镁在内的有益营养物质。饮酒、咖啡和茶水中的咖啡因也会使食物中的镁在肠道吸收困难，造成镁排泄增加。食用食盐过量会使细胞内的镁减少。身心负荷 超载 引起应激反应，可使尿镁排泄增加。消除了影响人体缺镁的因素，人们只要做到多吃绿色蔬菜(最好能生吃蔬菜或空腹喝新鲜菜汁 )，常喝硬水，如自来水，矿泉水等，多食一些富镁食品，这些食品有：各种麦制面粉、胡萝卜、莴苣、豆类、果仁等，人体就可获得镁的正常需要量。总之， 镁是人体所必需的一种重要元素，它与生命的维持、身体的健康有着极其密切的关系。随着科学研究的不断发展，镁对人体健康的奉献将会得到进一步的认识。大理石中的金属钙在首都天安门广场，屹立着用汉白玉雕成的人民英雄纪念碑。故宫里的许多栏杆，也是用汉白玉雕成的，汉白玉是大理石的一种。在这些洁白如玉的石头里，还住着一种金属哩，这就是钙。不光是大理石里住着这种金属。瞧瞧你周围： 那砌墙的石灰、刷墙的白垩、 脚下的水泥地、雪白的石膏像里面都住着钙。当然，在它们中，钙是以化合物的状态存在着。金属钙是在年被人们发现的，它实在太活泼了，这不， 刚把它拿到空气中，它就被氧化了。把它加热时，它会燃烧，发出砖红色的美丽的光辉。钙也很容易跟其他的非金属元素发生反应。但金属钙在工业上的用途很少，人们只是把