金屬鋅

金屬鋅

鋅(中文讀音:xīn)化學符號是Zn,它的原子序數是30,相對原子質量為65。鋅是一種藍白色金屬。密度為7.14克/立方厘米,熔點為419.5℃。在室溫下,性較脆;100~150℃時,變軟;超過200℃後,又變脆。鋅的化學性質活潑,在常溫下的空氣中,表面生成一層薄而緻密的鹼式碳酸鋅膜,可阻止進一步氧化。當溫度達到225℃後,鋅氧化激烈。鋅在空氣中很難燃燒,在氧氣中發出強烈白光。焰色反應,發出藍綠色火焰。

簡介

鋅

鋅(中文讀音:xīn)化學符號是Zn,它的原子序數是30,相對原子質量為65。鋅是一種藍白色金屬。密度為7.14克/立方厘米,熔點為419.5℃。在室溫下,性較脆;100~150℃時,變軟;超過200℃後,又變脆。鋅的化學性質活潑,在常溫下的空氣中,表面生成一層薄而緻密的鹼式碳酸鋅膜,可阻止進一步氧化。當溫度達到225℃後,鋅氧化激烈。鋅在空氣中很難燃燒,在氧氣中發出強烈白光。焰色反應,發出藍綠色火焰。因為鋅表面有一層氧化鋅,燃燒時冒出白煙,白色煙霧的主要成分是氧化鋅,不僅阻隔鋅燃燒,會折射焰色形成慘白光芒,所以實驗室燃燒鋅塊沒有藍綠色火焰。鋅易溶於酸,也易從溶液中置換金、銀、銅等。鋅的氧化膜熔點高,但金屬鋅熔點卻很低,所以在酒精燈上加熱鋅片,鋅片熔化變軟,卻不落下,正是因為氧化膜的作用。鋅是一種常用有色金屬,是古代銅、錫、鉛、金、銀、汞、鋅等7種有色金屬中提煉最晚的一種,是第四常見的金屬,僅次於鐵、鋁及銅。能與多種有色金屬製成合金,其中最主要的是鋅與銅、錫、鉛等組成的黃銅等,還可與鋁、鎂、銅等組成壓鑄合金。鋅主要用於鋼鐵、冶金、機械、電氣、化工、輕工、軍事和醫藥等領域。

白鐵皮的“外衣”——鋅

我國是世界上最早發現並使用的國家。據王璡在1922年對我國古錢的化學成分進行化學分析,證明其中含有鋅。接著,章鴻釗於1923年對我國古代用鋅問題進行專門研究,連續發表了《中國用鋅的起源》及《再論中國用鋅之起源》。他根據對我國古代文獻的考證及對漢錢的分析,認為我國在漢初(公元前一世紀)已知道用鋅。
我國用鋅是從煉製黃銅開始的。黃銅即銅鋅合金。我國在漢朝時,便有過這樣的法律——不準使用“偽黃金”。據考證,這“偽黃金”就是黃銅。在我國南北朝(公元四世紀)時的一些著作中,有“鍮石”一詞。據考證,我國古代稱黃銅為“鍮石”。在唐朝的一些文獻中,則記載著用“爐甘石”(碳酸鋅)煉製黃銅。《唐書·食貨志》中說:“玄宗時(712—755年)天下爐九十九,每爐歲鑄三千三百緡(即絲),黃銅二萬一千二百斤”。明宋應星著的《天工開物》一書,便更具體,詳細地記載了煉製黃銅的方法:“每紅銅六斤,入倭鉛四斤,先後入罐熔化,冷定取出,即成黃銅。”這裡所說的“紅銅”即銅,“倭鉛”即鋅。

我國煉製黃銅始於漢初

據考證,至遲當在明朝。明《天工開物》一書《五金》一章,十分詳細地講述了如何用“爐甘石”升煉“倭鉛”,亦即用碳酸鋅煉製金屬鋅。煉鋅要比煉鐵、煉銅容易,因為鋅的熔點只有419℃,沸點也不過907℃,況且鋅又較易被還原。如果把鋅礦石和焦炭放在一起,加熱到1000℃以上,金屬鋅被焦炭從礦石中還原出來,並象開水一樣沸騰起來,變成鋅蒸氣。再把這種蒸氣冷凝,便可製得非常純淨而又漂亮的金屬鋅結晶。在過去,世界上都以為最早會煉製金屬鋅的是英國,因為英國在1739年公布了蒸餾法制金屬鋅的專利文獻。其實,經過我國化學史工作者的考證,證明這個方法是英國人在1730年左右從中國學去的。據考證,在十六、七世紀,我國製造純度高達98%的金屬鋅,被以東印度公司為代表的西方殖民者從我國大量運至歐洲,後來,連我國煉鋅的方法也被他們傳至歐洲。至今,歐洲仍有人稱鋅為“荷蘭錫”,這是因為東印度公司是由荷蘭、英、法、葡萄牙等國開設的,鋅的外表又酷似錫,那鋅被稱為“荷蘭錫”便不言而喻了。實際上,這“荷蘭錫”的真名應該是“中國鋅”。
鋅是銀白色的金屬。提水的小鐵桶,常常見用白鐵皮做的,在它的表面有著冰花狀的結晶,這就是鋅的結晶體。在白鐵皮上鍍了鋅,主要是為了防止鐵被繡蝕。然而,奇怪的是,鋅比鐵卻更易生鏽:一塊純金屬鋅,放在空氣里,表面很快就變成藍灰色——生鏽了。這是因為鋅與氧氣化合生成氧化鋅的緣故。可是這層氧化鋅卻非常緻密,它能嚴嚴實實地覆蓋在鋅的表面,保護裡面的鋅不再生鏽。這樣,鋅就很難被腐蝕。正因為這樣,人們便在白鐵皮表面鍍了一層鋅防止鐵生繡。每年,世界上所生產的鋅,有40%被用於製造白鐵皮,製成各種管子、桶等等。
白鐵皮要比馬口鐵耐用:馬口鐵碰破一點,很快會爛掉;可是白鐵皮即使碰破一大塊,也不容易被鏽蝕。這是因為鋅的化學性質比鐵活潑,當外界的空氣和水份向白鐵皮“進攻”時,鋅首先與氧氣化合,而保護了鐵的安全。不過,白鐵皮要比馬口鐵貴。
金屬鋅除了用來製造白鐵皮外,也用來製造乾電池的外殼(圖31)。不過乾電池外殼的鋅是較純的。此外,鋅也與銅製成銅鋅合金——黃銅。
最重要的鋅的化合物是氧化鋅,俗名叫“鋅白”,是著名的白色顏料,用來製造白色油漆等。在室溫下氧化鋅是白色的,受熱後卻會變成黃色,而再冷卻時,又重新變成白色。現在,人們利用它的這個特點,製成“變色溫度計”——用它顏色的變化來測量溫度。
鋅,還是植物生長所不可缺少的元素。硫酸鋅是一種“微量元素肥料”。據測定,一般的植物里,大約含有百萬分之一的鋅,有些個別的植物含鋅量卻很高,如車前草含萬分之一的鋅,芹菜含萬分之五的鋅,而在某些穀類的灰中,竟有12%的鋅。
在人體中,也含鋅在十萬分之一以上。含鋅最多的是牙齒(0.02%)和神經系統。有趣的是,魚類在產卵期以前,幾乎把身體中的鋅,全部轉移到魚卵中去。
鋅在地殼中的含量約為十萬分之一。最常見的鋅礦是閃耀著銀灰色金屬光澤的閃鋅礦,它的化學成分是硫化鋅。現在,工業上常用閃鋅礦來煉鋅。據不完全統計,1971年鋅的世界年產量達370萬噸。
順便提一句,鋅常被人誤為鉛,如鍍鋅鐵絲被誤稱為“鉛絲”,鍍鋅的白鐵皮被誤稱為“鉛皮”,用白鐵皮做成的桶被誤稱為“鉛桶”,這是應該糾正過來的。

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