有趣的化学金属元素讲解

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表面。

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，比如像氧气、氮气、氢气等，因此它经常能帮冶金师傅的忙。

比如说，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，表面光滑，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？

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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”。

这个回答也对也不对。

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３２２公斤氘和６７６公斤锂，可以发电７０亿度，能把整个黑夜照得如同白昼。

由于锂的原子量很小，只有９、４，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页22 共页2 第

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１９４９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１０～２０克食盐，一年要吸收５～１０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”。原来表面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１８０７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，你再也不用担心看不见彗星了。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页22 共页3 第

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１９５９年１０月，苏联科学家向月球方向发射“月球３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劳呀。

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进，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１５公斤的碳酸钠，生产一吨黄金需要２７公斤，生产一吨铝需要５００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１５厘米，在室温经过３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１０％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，就好像蜂窝一样，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

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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办法，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。比如说，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

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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“察觉”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，谱线将毫无差错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１８６１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。

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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？你可以这样回答，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。虽然这种快慢的差别极小，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，比如毫秒（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，比如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

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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。

计算表明，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！

ⅡA

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１７９８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还原氧化铍和氯化铍，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，怪不得人们称誉它是“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，比如用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，比如炸药和雷管，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

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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传真上，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，达到每秒几万公里。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１５０００千卡，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？

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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１４００万次冲击，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。我国冶金战线的广大职工，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叙述：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供应足够，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

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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、纯净水，这些水固然纯净，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，镁对人体健康的贡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１８０９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芒。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，人们只是把它作为还原剂，用来制造其他金属；或用作脱水剂，制取无水酒精等。然而，钙的化合物却有着极为广泛的用途。

看了这个题目后，各位小朋友可能会十分惊讶，石灰石是一种钙的化合物，而诗歌是一种艺术形式，它们是“风马牛不相及”的两码事，怎么会放到一块儿呢？

的确，绝大多数的诗歌与石灰石是毫无关系的，但有一首例外，这就是明朝中期的著名大臣于谦

写的名诗——《石灰吟》：千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。粉骨碎身浑不怕，要留清白在人间。

石灰石的化学成分主要是碳酸钙，工业上生产水泥、生石灰等建筑材料所需的石灰石，一般都是从山岭中开采出来的，这不就是“千锤万凿出深山”嘛。

石灰石开采出来后，必须经过高温煅烧才能变成水泥和生石灰。为了早一些时间成为有用之材，它忍住了熊熊烈火的炙烤，真可谓“烈火焚烧若等闲”。

生石灰是一种白色固体，还必须让它跟水反应，变成粉末状的熟石灰，才能用它来刷墙。熟石灰能微溶于水，用它的混浊溶液刷完墙壁后，它会跟空气中的二氧化碳反应重新生成坚硬的碳酸钙，碳酸钙是白色的，所以用熟石灰刷过的墙壁十分洁白美观。这也正是“粉骨碎身浑不怕，要留清白在人间”

在建筑工地上，生石灰是一种常见的建筑材料。它的“学名”叫氧化钙，一般情况下，它是白色的块状固体。生石灰特别“喜欢”水，一碰到水，它就“吱吱”叫着，和水发生反应生成了熟石灰，同时放出大量的热。

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利用它这个奇怪的性情，在气候潮湿的地区，人们为防止花生、黄豆、饼干等食品吸水发霉，便常常把它们入在装有生石灰的坛子里，因为生石灰能吸收空气的水分，使这些食品保持干燥。去过建筑工地的小朋友会知道，在工地上常常能见到工人把很多的水浇到大堆大堆的生石灰上，石灰堆上不住地冒着热气。原来，生石灰在变成熟石灰时会放出大量的热，足以使水沸腾，这热气便是受热生成的水蒸气。要是往石灰堆里埋一个生鸡蛋，过不了多久，它就被煮熟悉。

利用生石灰与水反应以能放出许多热量的特性，人们制成了一种奇妙的自动加热的罐头食品。其实，这种罐头只是比一般罐头外面多了一层铝壳，在铝壳与罐头瓶之间放进石灰粉和一塑料袋水。在吃罐头之前，先用针在标明的针眼里刺一下，把塑料袋划破，水就会流出来，与生石灰反应，放出热量，对食品进行加热。这种新型的罐头，对于旅游者，野外工作人员和登山运动员来说是不可多得的食品。

生石灰与水反应除了放出热量之外，还有一种膨胀力。它能使水泥构件和岩石发生破裂。因而，人们可以把生石灰制成化学破碎剂，用它来拆除旧的水泥搂房。同传统的爆破方法相比，它具有无爆炸声、无振动、无尘土等优点，还能保证施工人员的安全。

物质一般是有软硬之分的，比如棉花是软的，钢铁是硬的，甚至水也是有软硬的。

有的小朋友会说，水不都是液体吗，怎么还会分软硬呢？

在表面看来，河水、湖水、地下水，确实没什么区别，可实际上，它们中都含有许多钙离子，人们把钙离子的含量超过一定标准的水叫硬水，钙高子的含量低于标准时就叫软水。

硬水会给人们带来许多麻烦，用它烧开水，原来溶解在水中的碳酸氢钙受热会变成碳酸钙，沉淀在锅底，形成水垢。锅炉里的水垢太厚了，不仅浪费煤炭，甚至锅炉会因受热不均而引起爆炸，用它洗衣服，碳酸氢钙会和肥皂起化学反应，这样就浪费了许多肥皂。为了克服硬水的这些缺点，人们常在水中加入一些碳酸钠，使钙离子转变成碳酸钙沉淀出来，这样就把硬水变成了软水。神奇的金属——钡

早在十九世纪初，人们就发现了钡。它是一种银白色的相当柔软的金属。钡的化学性质很活泼，把它放在空气中，转眼间就变成了氧化钡。如果你在氧化钡上倒一些水，那可不得了，只听它“吱吱”叫着，身上还会冒出热气来，有时候它还会发红，这是怎么一回事呢？

原来，氧化钡跟水能激烈地发生化学反应，生成氢氧化钡，同时会放出大量的热，它身上冒出的热气是受热蒸发的水蒸气；如果产生的热量特别多而且来不及散发的话，就可以使固体热得

发红。

在医院里，当医生准备给患胃肠病的病人拍摄Ｘ光照片时，常常要给病人吃一种叫“重晶石”的天然矿石做成的“食物”，医生们常把这种“食物”称作“钡好”。

可是，病人吃了这种“钡餐”后，既不能消化，也不能吸收。它到底有什么用呢？

原来，这种天然矿石的主要成分是硫酸钡，硫酸钡是金属钡最为重要的化合物。钡原子很重，它能强烈地挡住Ｘ射线。因此，当病人把它吃下肚后，能清晰地拍出胃和肠的Ｘ光照片。要不然，拍出来的底片上；除了有几根骨头的黑影外，别无一物，这怎么能进行论断呢？

也许会有人说，坝的化合物绝大多数都是有毒的，病人服用这种“钡餐”会不会中毒呢？

不会的。因为硫酸钡既不溶于水，又不会溶解在胃酸中，因而人体无法吸收它，把它用作“钡餐”也就不会对人体造成什么损害。有时，当人们误食了其他的钡盐，发生中毒时，可以服用硫酸镁来解毒。因为硫酸镁能与钡离子生成不溶于水的硫酸钡，然后排出体外。

硫酸的用途很多，除了在医院里用作“钡餐”外，它还是一种有名的白色颜料。你看，无论在空气中放多久，它的表面依然是白皑皑的，因而人们在造纸时，就常常往里面加入一

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些硫酸钡，来使纸张变得更白。

夜光粉里的元素——镭

漆黑的夜里，伸手不见五指，然而，夜光表的指针却闪闪发出淡淡的光芒，告诉人们现在是几点钟。

夜光表为什么会发光呢？

原来，在指针和表盘的刻度上，涂有一种发光物质。这发光物质就是掺杂着镭的化合物的荧光份。镭是银白色的金属，十分柔软，它在空气中很不“安分”，极易挥发。镭最突出的本领是具有很强的放射性。铀是一种具有放射性的物质，但它比起镭来，放出射线的本领可就差得太远了。打个比方说，一克镭的放射功率就相当于几十吨的铀的放射功率总会。镭的射线能透过厚厚的纸包，使照相底片感光。因而，镭的拉丁文原意就是“射线。”

在镭射线的照射下，会发生一些奇妙的变化。

在镭射线的照射下，无色的玻璃会变成有色；无色透明的金刚石表面会变成黑色的石墨；水会分解成氢气和氧气；氨能分解成氮与氢；氯化氢会分解成氯气和氢气；而氧气会变成臭氧……近年来，出现了一门崭新的科学——“辐射化学”，便是专门研究这些奇妙的现象。

硫化锌、硫化钙等硫化物，在镭射线的照射下，能发出浅绿色的荧光。夜光表上的发光物质，就是利用镭射线的这一本领制成的：人们在含有极少量铜化合物的硫化锌（或硫化钙）粉末里，加入约十万分之一左右的镭的化合物。这些镭的化合物能不断地放出射线，在这些射线的激发下，硫化锌就能发出浅绿色柔和的冷光。如果把这些发光粉掺入塑料中，就可以制出发光塑料，用发光塑料制成门上的把手，在夜里很醒目。用发光塑料制成的电灯开关、电铃按钮、街巷路牌、航标、路标等，在夜里会给人们带来很多方便。不久前，人们又制出了发光玻璃、发光粉笔、发光墨水、发光混凝土和发光布等许多奇妙的东西。

在以前，人们一提到癌症，往往“谈虎变色”。因为那时医疗水平十分有限，人体一旦患上癌症，无异于被宣判了“死刑”。怪不得他们十分恐惧，谈“癌”变色。

可是，横空出世的镭却给癌症患者们带来了上帝的福音。

这是因为镭的射线很厉害，它能破坏动物体，杀死细胞和各种病菌。有一次，法国科学家贝克勒尔出去演讲时，顺手在口袋里装了一管镭的化合物。当时讲演结束后，感到身上很疼，原来这些镭的化合物放出的射线严重地钓伤了他的皮肤。

现在，医学上就用镭射线来医治癌症。看到这里，有些小朋友会有些疑问，既然镭的射线会钓伤

人体，那为什么还要用它来治病呢，这不是治好了头，又烂了脚吗？

咱们中国有句古话叫“两害相取其轻”，意思是在迫不得已的情况下，你可以选择那种对人对已害处都比较小的作法。虽然大量的镭射线对人体是有害的，但恶性肿瘤比正常的细胞更容易被放射线所破坏。因而，用镭射线来治疗癌症，有很好的效果。另外，一些如癣、狼疮之类的皮肤病，也可以用镭射线来治疗。

在大自然中，镭主要存在于许多种矿物以及土壤与矿泉水中，现在人们又发现，海底的淤泥中镭的含量比较丰富。但是，与其他元素相比，镭在自然界中的含量实在是太少了，它仅占地壳中原子总数一百亿亿分之八！而且制取起来十分困难。

镭是在1898年被著名的科学家居里夫妇从沥青铀矿中发现的。然而，在沥青铀矿中，镭的最高含量也不过只有百万分之一！要用八百吨水、四百吨矿物、一千吨化学药品才能提炼出一克镭的化合物！他们当时工作的艰苦程度可想而知。在镭发现后，1910年，居里夫人还独自制得了世界上第一块纯净的金属镭。

镭发现后，居里夫人曾用自己的身体做过试验，证明适当地利用镭的放射性，可以治疗当时被人们视为绝症的恶性肿瘤。

这是医学上的喜迅，各个大资本家竞相用高价向居里夫人取得提炼镭的方法。但是，居页22 共页13 第

里夫人认为镭是自然界的物质，既然可以用来治病，就不应该从中牟利。结果，她没有要一分钱，就把提炼镭的方法向世界公布了。

ⅢA

地球上最多的金属——铝

许多人常常以为铁是地壳中最多的金属。其实，地壳中最多的金属是铝，其次才是铁。铝占整个地壳总重量的７.４５％，差不多比铁多一倍！地球上到处都有铝的化合物，像最普通的泥土中，就含有许多氧化铝。

说了这么多，铝到底是一种什么样的金属呢？

铝是一种银白色的轻金属，纯净的铝很软，可以压成很薄的箔，现在包糖果、香烟的“银纸”，其实大都是铝箔。

在生活中，我们到处都可以看到铝的“影子”。我们平常使用的硬币，是铝做的；在厨房里，我们还可以看到铝锅、铝盆、铝勺……然而，在一百多年前，铝却被认为是一种希罕的贵金属，价格比黄金还贵，甚至还被列为“稀有金属”之一。

真是怪事，铝怎么比金子还贵？

这件事说起来也不奇怪。因为铝的价值贵贱，完全取决于炼铝工业的水平。在一百多年前，人们是用钠还原法来制造铝的，当时钠的价格十分昂贵，所以铝的价格就更加贵了。

据说有一次法国皇帝拿破仑三世举行了一次宫廷宴会，来宾都用金碗喝酒，唯独皇帝一人在用铝碗，来宾都对皇帝的铝碗羡慕不已。

然而到了十九世纪末，人们发明了大量生产铝的方法，这时铝的价格一下子跌了许多，人们才开始普遍使用铝制产品。

月亮也可以用人工制造吗？

是的。月亮本身不会发光，但它能把太阳光反射到地球上来，所以在晚上我们看见月亮是亮的。如果人类能制造出一个非常巨大的圆盘，把它放在天空，那就会是一个人造小月亮。

那么用什么东西来制造这个圆盘呢？

重要的是这种东西要有良好的反射光线的能力，要不然，圆盘制好后也只是一件废物。

铝能够满足这个要求。铝的反射能力比银还强，它常被用来制作高质量的反射镜。只要人们制作一个面积达几十平方公里的巨大的反射镜，并在镜面镀一层铝，把它发射到天空，人造小月亮做成了。

通过它把太阳光反射给地球，可以使地面上夜晚的亮度为农历十五晚上月亮的１０～１００倍，人们到时可以不用照明灯，直接在室外读书写字、娱乐和工作。

在厨房里我们经常可以看到很多铝制的东西，比如铝锅啦，铝盆啦，铝勺啦，等等，为什么不用其他金属来制作这些东西呢？

这是因为铝制品很耐用。铝本来是银白色的，可是铝制品用不了多久，表面就变得白蒙蒙的，这是什么缘故呢？原来铝生锈了，铝的表面与空气中的氧发生反应，生成了一层薄薄的氧化铝，这层氧化铝别看很薄，却“天衣无缝”，它紧紧地贴在铝的表面，防止里面的铝继续和氧反应。这层氧化铝不怕水浸，不怕火烧，很难锈蚀。对于里面的铝来说，它是一件十分耐用的“外套”。如果换用金属铁，这些东西的寿命就会大大缩短。有人会问，金属铁不是也有一层“外衣”吗，怎么会用不久呢？

原来，金属铁的“外衣”和铝的不一样。铝的“外衣”很细密，空气呀，水呀都钻不进去，而铁的“外衣”却布满了小孔，空气和水很容易就钻了进去，所以铁制品会一直生锈下去，直到整个东西变成了废品。

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然而，在厨房里我们也会看到一些铁制的东西，这又怎么解释呢？

说来也很简单，这些东西已经不是纯粹的铁制品了，人们往铁中加入了一些其它的金属，使得铁不会在空气中生锈，所以就可以用它来制造东西。但是这样一来，这些东西比铝制品要贵好多，因而在生活中人们用的很多厨具是铝的。

在含有少量泥沙的水中，如果加入三价铝离子，过一会儿，你就会看到一个有趣的现象：很多白色的小圆球纷纷沉落水底。

这是怎么回事？

如果你把其中的一个小圆球放在“放大镜”下，还会发现这竟是一个微型的“汤元”呢！

你看，中间是“馅”——一颗小泥砂；外面是“皮”，白色的皮，多怪呀！

原来，这是三价铝离子水解造成的：三价铝离子与水中的氢氧根离子结合，最终成为氢氧化铝——一种白色的沉淀。由于有泥砂颗粒，氢氧化铝遇到它们后就紧密地结合在上边，并且越结越大，最后由于重力的作用，沉落到水底。

放在手中能熔化的金属——镓

好端端的一块银白色的金属，如果你想放在手心看个仔细，唷，却一下子熔化了，成了一颗银白色的液滴，在手里滚来滚去，看起来就好像荷叶上滚着的水珠。

这奇妙的金属，就是镓。它的熔点还不到３０℃，低于人体的体温——３７℃，因此，放在手心，很快就变成了液体。

在常温下，镓是固体，它非常软，用小刀就能把它切开。更奇妙的是，当镓从液体变为固体时，体积反而还会膨胀，简直跟水一样。这样，人们平常都是把镓装在富有弹性的塑料袋或橡胶袋里。如果你要把它装在玻璃瓶中，千万别装满。

镓在地壳中的含量与锡差不多，不算太少，然而，锡是人们常用的“五金”之一，锡器十分普遍，而人们对镓却十分生疏。

这是为什么呢？

原来在大自然中，镓非常分散，几乎没有什么“镓矿”。现在人们大都从煤灰中提取镓，花的功夫不少，可得到的镓却不多，所以镓只用在一些特殊的工业部门中，一般的人们当然就见不到它了。

镓的发现有一段有趣的故事。

你们大概知道，１８６９年，俄国化学家门捷列夫发现了元素性质变化的规律——元素周期率。根据这个规律，他把当时已经知道的六十三种元素排列到一张表里，人们把这张表叫作元素周期表。

很明显，在门捷列夫制定这张表的时候，还有许多元素没有被人们发现。

这怎么办呢？

门捷列夫经过深思熟虑之后，大胆而巧妙地解决了这个问题。他给这些未发现的元素留下了一些空格，并且根据元素性质的规律性，对这些未发现元素的性质作了科学的预言。

结果怎么样呢？预言正确吗？

在元素周期表里，铝的下面，第三十一号位置上，有一个空格，门捷列夫认为这是一个尚末发现的类似铝的元素，于是给它起名叫“亚铝”，并且预言了它的各种性质。

过了四年，法国一位化学家在研究比利中斯山锌矿的时候，发现了一种新元素，他把它命名为“镓”。他仔细测定了镓的各种性质，并把结果发表在杂志上。

门捷列夫偶然看到了这篇论文，真是喜出望外，原来这位化学家所发现的镓，不是别的，正是他在四年前就预言的元素“亚铝。”这位化学家测定的镰的各种性质，除了比重有较大的差异外，其他各种性质几乎与预言的完全一致。

比重不对，是预言错了，还是测定的结果有误差？

门捷列夫相信自己根据元素周期率作出的预言是正确的，于是他给这位化学家写了一封页22 共页15 第

信，指出“镓的比重应该是５.９０左右，而不是４.７０”。他在信上还建议那位化学家再次进行测量。

当时世界上只有这位化学家的实验室里有一块金属镓，难怪他看了门捷列夫的来信后感到很惊奇，甚至简直有点不敢相信。

但是，科学的实事求是的精神还是使他回到了实验室里。这次他先对金属镓进行了提纯，然后测定镓的比重。结果使他目瞪口呆：镓的比重果然不是4.70，而是５.９４，恰恰在门捷列夫预言

的５.９０左右！

多么神奇的预言！

在日常生活中，经常会发生一些火灾，顷刻之间，房屋财产一烧而光，给人们带来极大的损失。现在，科学家们研制出了一种自动灭火龙头，发生火灾时即使人不在，它也会自动把火扑灭，这多么好呀。

它为什么会具有这么好的性能呢？

原来，镓与许多金属，如铋、铅、锡等，可以制成熔点低于６０℃的易熔合金。它们可以用在电路熔断器和各种保险装置上，温度一高，它们就舍自动熔化断开，起到安全保险的作用。一旦失火，它们很快就会熔化，这时信号装置就发出火警信号，同时自动打开水龙头，喷出水去灭火。小朋友，放学后、晚饭后你会做什么呢？

也许你会打开收音机，收听音乐台播放的流行金曲；也许你会打开电视机，欣赏精彩的电视剧；有些小朋友可能还会玩电子游戏。

可是，你们想过收音机、电视机、电脑是由什么做成的吗？

有些小朋友可能想过，也知道它们都是由半导体材料做成的。

那么半导体材料又是由什么做成的呢？

说来话长，人们开始是用锗来制造半导体材料的。可是，锗的脾气实在太“倔”了，人们必须把它提纯到很高的纯度，才能用它来制造半导体，如果一百万个锗分子中混进一个其他的分子，那么制出的半导体材料就会是次品。

后来人们发现硅也可以用来作半导体，它的脾气很“随和”，所以人们现在使用的半导体材料大多都是硅做的。

现在，人们又发现镓及其化合物能用来做半导体材料。

镓在高温条件下能与很多金属、非金属发生化学变化，形成化合物，比如砷化镓、锑化镓、磷化镓等。它们都有良好的半导体性能，并能在高温的环境下工作，被人们认为是最有发展前途的半导体材料。

举例来说，用砷化镓制成的固体微波器件，在雷达应用，可使雷达的体积大大缩小，即制成所谓超小型固体雷达。人们还用砷化镓做元件制成了激光器，这是一种体积小，效率高的新型激光器。磷化镓是制作半导体发光元件的优质材料。用磷化镓二极管能放出红光和绿光，你们在电脑上看到的红光和绿光，就是由它放出的。

大家都知遭，人造卫星靠太阳能电池供给电源。用镓的化合物半导体做成的太阳能电池，能把太阳能直接转变成电能，效率高达百分之十八，而且抵抗辐射的能力比硅电池强一倍。这不仅对宇宙航行有现实意义，而且也标志着人类在直接利用无穷无尽的太阳能方面迈进了一步。

镓的化合物是目前应用比较广、发展比较快的一种半导体材料，在锗和硅之后，人们把镓的化合物称为第三代半导体材料。

脱发元素——铊

铊是一种很有意思的金属，它是白色的，可是却会发出蓝色的光！把它放在空气中，不页22 共页16 第

长时间就会变得灰暗无色。它很喜欢跟各种酸液相处，十分容易与硝酸和硫酸反应。但当你把它放进碱液中，它却很冷淡，把它捞出来后，就会发现它“毫发未损”。

对于人们来说，铊是一种十分讨厌的元素，原来它最擅长的本领就是使人们脱发。当然，它也有很多好处，比如人们可以用它的化合物来制造备种农药，杀灭害虫，它在这方面也很有“一手”，原来用它制成的农药无臭无昧，很容易使各种害虫上当受骗。

一个人的头发有几十万根之多，如果谁有一头乌黑发亮的头发，不但能御寒防晒，而且看上去会更加潇洒，增加美感。但头发的寿命可不能跟人相比，只有三至五年。平时掉几根头发是十分正常的事，然而成片成片地脱发就不正常了，人们把这种症状叫作“秃头”，更有意思的叫法是“鬼剃头”。

有一年的夏天，在贵州某市附近的一个小村庄里，一位马上就耍出嫁的姑娘正对着镜子梳妆时，突然发现自己的头发成片成片地脱落，甚至露出了青灰色的头皮，美丽的长发姑娘顿成了一个秃头的尼姑，这怎么能受得了，她不由得放声大哭起来。真是祸不单行，福不双至。这个村庄在此后的几个月内，竟然又有七八十人得了类似的怪病。迷信的人们就说，这是鬼给他们剃了头。世上是没有鬼的，他们的头发又是为什么而脱落的呢？

科学家们仔细研究了村子周围的环境，终于发现了这个“鬼”发师。

原来村民们饮用的水源中含有大量的铊离子，它的浓度大大超过了正常的标准。材民们喝水时，铊离子就进入人体中，从而使很多人掉了头发。

铊离子又是怎样进入水源的呢？

原来在水的上游有一家化工厂，经常排放一些工业废水，这些废水中含有大量的铊离子，因而使

得村民们的饮用水中含有许多铊离子。

在１８６１年，英国化学家克鲁克斯在分析一些工业残渣时，从分光镜上发现了两条从来也没见到过的绿线，他知道这残渣里一定有一种人们还没有发现的新元素，就把它起名叫铊，即“绿树枝”的意思。在１８６２年时他把自己提炼出的这种东西送到国际博览会上，还获得了一笔奖金。不久之后，法国化学家拉密也发现了铊元素，并制出了纯净的铊。他在报刊上发表文章说，克鲁克斯发现的不是铊，而是一种铊的硫化物。

克鲁克斯反驳说，他早就制出了金属铊。二人开始是写文章争论，后来越吵越凶，以至于打起了官司。

后来，法兰西学院组织了一个委员会专门来调查这件事。最后这个委员会宣布，克鲁克斯是第一个用分光镜发现铊元素的人，但他没有制出单质铊，纯净的铊是由拉密制出来的。这才平息了他们之间的争吵。

这个夜晚十分漆黑，伸手不见五指。敌人趁着黑夜想发动一次偷袭，占领我军阵地。他们鬼鬼祟祟地接近了我军的阵地，越来越近，这时，只听指挥员一声令下，万枪齐发，打得敌人鬼哭狼嚎，抱头鼠窜。

指挥员是怎么知道敌人的企图的呢？

原来在阵地上有一只“神眼”在观察敌情，就像猫头鹰白天睡觉，晚上抓田鼠吃一样，它也是白天休息，晚上工作，天越黑它“看”得越清楚。

这是怎么一回事呢？

这只“神眼”是由氧化铊制成的，氧化铊有一个特异功能，它对人眼看不见的红外线很敏感。所以人们用它制成了光电管，来侦察敌情。到晚上时，先放出大量的红外线，红外线遇到阻挡之后就被反射回来，光电管就会接收到这些红外线，同时显示出阻挡红外线的物体的形状。

敌人的行动就是被它发现的。

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ⅣA

半导体工业的“粮食”——锗

大家也许知道，许多金属、盐和酸的水溶液以及大地。人体等等，都能导电，叫做导体；玻璃、木材、檬胶、陶瓷这一类东西，不能导电，叫做绝缘体；半导体的导电能力位于导体和绝缘体之间。

这次我们要结识的锗就是一种重要的半导体材料。

大家都知道，在日常生活中最常见的温度计就是水银温度计了，用它可以来测气温。可以测人的体温，对我们帮助可真不少。

可是，水银温度计的“感觉”太“迟钝”了，它只能测量一些特别大的东西和离它挨得很近的东西的温度，比如说吧，如果你不把它放在口中，它就测不出你的体温，这真是有些美中不足啊。现在，人们已做成了一种“感觉”十分灵敏的温度计。它的灵敏度有多高呢？举个例子你就知道了，有一天你出去到一公里以外的公园里去玩，虽然把它这个“机灵鬼”放在家里，可它照样知道你的体温。

有的少朋友可能会问，这么灵敏的温度计是用什么做成的呀？”

它是人们用锗作成的。在通常情况下，锗的电阻是很高的。我们可以拿水银来跟它作比较。假定

水银的导电率是１，那么锗的导电率只有０.００１，也就是说，锗的导电能力只有水银的千分之一。因此，我们可以用锗作成薄片电阻，涂到玻璃、石英或者陶资上，在雷达等设备里应用。更重要的是，作为半导体材料，在不同的外因条件和杂质等因素的影响下，锗的导电能力会发生很大的变化。利用它的这个脾气，人们可以做成许多重要而有用的半导体元件。

锗的导电能力会随着温度的变化而灵敏地改变：温度变化几百度，导电能力改变了几百万倍。导电能力的改变是可以通过仪器很准确地测量出来的，所以人们利用锗的这个特性，做成了对温度变化感觉十分灵敏的半导体温度计——热敏电阻。

它的本领实在太高了，不但可以察觉到一公里以外人体的温度，还能测出摄氏万分之五度的温度变化。人们用它可以做成温度自动控制器、定时继电器等等，广泛地应用到生产实践中。

用锗不但可以做成灵敏的半导体温度计，而且可以来发电。

原来，温度对锗的另一个影响是产生“温差电效应”。半导体经过适当的组合，在它的一头加热，两头就有了温度差，这时就会产生电流。

可是，这有什么用处呢？

用处可大了。利用“温差电效应”，我们就能用锗做成温差电池，直接把热能变成电能，而不需要许多笨重、复杂。经常受到磨损和需要维护修理的锅炉、汽轮机、发电机等设备。

比如，把具有良好的温差电效应的锗硅合金用于温差发电机，结构简单，不用维修，使用寿命长达五到十年，而且还能成倍地提高发电效率。你看，这多么经济省事啊！

锗还可以用来制造光电池。太阳发出的光线照射到经过特殊加工的锗半导体上，就会不断地放出电来。光照越强，发出的电力越大。这样，我们就可以从太阳光那里取得无穷无尽的廉价电力。也许你就有一台半导体收音机，没事时一按开关，就可以听到美妙的歌曲，激动人心的体育节目，关心国家大事的同学还可以从中听到最新的时事报导。

但你们知道收音机是由什么做成的吗？

原来，收音机的主要元件是晶体管——二极管和三极管，它们多数是用锗做成的。据统页22 共页18 第

计，目前全世界每年生产的锗晶体管超过五亿只。

与电子管相比，晶体管既不需要真空抽气，又不需要灼热灯丝，它体积小，重量轻，寿命长，用电省，而且非常结实，在碰撞和震动的情况下也能长期使用。

当收音机刚出现时，由于它能使人们收听到远在千里之外的播音员的声音，因此人们曾亲切地称呼它叫“千里耳”。

用锗制成的晶体管还可用来制造“电脑”。一台每秒能运算一千万次的巨型电子计算机，它比人们的计算速度要快千万倍。如果使用电子管作元件，得装满一憧大搂，而如果用晶体管代替电子管，体积就可以大大缩小，几个不大的房间就可装得了，而且节省电力。现在，人们改用超大规模集成电路来制造“电脑”，它的体积越发小了。

传说以前有个身患肺痨的人，经过长期治疗毫不见效，病情反而愈加重了。在生命所剩不多的时间里，他毅然离家，搬进了深山老林，终日与山鸟为伴。这样过了几年后，他又完全健康地回到了家里，当人们见到他时，都十分惊讶，纷纷问他吃了什么“仙丹灵药”。他回答说，吃的食物跟以前一样，只是一日三餐坚持吃一些大蒜……”虽然人们都弄不清楚大蒜为何能治疗痨病，但却都在每顿饭时食用一些蒜泥。从此往后，这儿的人很少再得痨病。

大蒜为什么会有这样的奇效呢？

原来，大蒜中含有许多天然抗癌元素硒和锗。微量元素硒，能够清除人体内极为有害的自由基，保护细胞的结构和功能，它还能刺激免疫球蛋白产生抗体，增强人体对疾病的抵抗力。

浙江有个盛产茶叶的村庄，那里的人都酷爱饮茶，长寿的人很多，几乎没有癌症，被誉为“无癌

村”、“长寿庄”，经过种学家们的分析，茶叶中含有大量的硒，是那里无癌长寿的主要原因。

至于微量元素锗，作用就更大了，它能促进人体血液循环，增强人体的抵抗力，还能使衰老或丧失功能的细胞恢复功能。更重要的是，锗可以通过生物电位，抑制癌细胞的繁殖，它还能诱发人体内的干扰素，将巨噬细胞诱变为抗癌性巨噬细胞，所以有防癌抗癌作用。

传说中那个患有肺痨（很可能就是肺癌）的人，长期食用大蒜，治好了病，这是有充分的科学道理的。

当然，补充徽量元素硒、锗的途径很多，但都不如食用大蒜，因为它没有任何毒副作用。大蒜的食用方法很多，可以做成蒜泥等。

除了能防治癌症之外，大蒜还可以抑制胆固醇的合成，有效地防止高血压病。已患有高血压的病人，长期食用大蒜，也可以稳定病情，降低血压。

会哭的金属——锡

锡是一种银白色而又柔软的金属，它与铅、锌很相似，但看上去要更亮一些。它的硬度比较低，用小刀就能切开它。它具有良好的延展性，特别是在温度１００℃时，能展成极薄的锡箔，厚度可以薄到０.０４毫米以下。

锡也是一种低熔点的金属，它的熔点只有２３２℃，因此，只要用蜡烛火焰就能把它熔化成像水银一样的流动性很好的液体。

纯锡有一种奇特的性能：当锡棒和锡板弯曲时，会发出一种特别的仿佛是哭泣声的爆裂声。这种声音是由晶体之间发出的摩擦引起的。当晶体变形时，就会产生这样的摩擦。奇怪的是，如果换用锡的合金，在变形时，却不会发出这种哭声。因此，人们常常根据锡的这一特性来鉴别一块金属究竟是不是锡。

金属锡的主要用途之一就是用来制造镀锡铁皮。锡铁皮就人们常说的“马口铁”，这是一种镀了锡的铁皮。别看上面的锡层很薄，但它是非常有用的“外衣”。铁皮穿上了这件外衣，不仅很美观，而且获得了很多优良的性质。

那么，锡作的“外衣”有哪些优良的性质呢？简单地说，就是：既能抗蚀，又能防毒。

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为什么镀锡铁皮会有这么优良的性质呢？这是和锡的性质分不开的。原来，锡的化学性质是十分稳定的。它与水不会发生化学反应，即使让它长期与潮湿空气接触，也只会在它的表面逐渐形成一层密密的氧化物薄膜，这层薄膜能防止锡的继续氧化，这正是镀锡铁皮抗腐蚀的原因。

另外，锡与无机酸的作用很缓漫，与有机酸几乎不发生作用，而且锡的盐类一般都是无毒的，所以，镀锡铁皮常被用来作为食品包装材料，例如食品罐头盒、饼干盒等。

制造镀锡铁皮时消耗的锡是很少的，如果锡层厚度以１.５４微米计算，那么一吨锡就可以覆盖四万四千多平方米的铁皮。所以，镀锡铁皮的价格是很便宜的。现在，世界上用锡来制造镀锡铁皮的数量约占锡总消耗量的４０％左右。镀锡铁皮虽然有前面说的种种优点，但事物总是一分为二的，不会是十全十美的，它也有它的缺点。那就是它上面的镀锡层不能碰破了，如果不小心碰破了镀锡层，下面的铁皮就露了出来，那么整块铁皮很快就会生锈。这一点，它就不如白铁皮了。你们看过战争片吗？看过的人都知道，在发起进攻之前，人们往往要发射一种特制的炮弹，霎时，只见浓烟滚滚，什么都看不清楚，而进攻的部队就在烟雾的掩护下，向敌人发动了猛烈的进攻。可是，你们想过没有，这种炮弹究竟是用什么材料制成的呢？

原来这种特制的炮弹叫烟雾弹，它里面装的不是炸药，而是一种叫做四氯化锡的无色液体。在常温下，锡会跟盐酸发生反应生成二氯化锡，在二氯化锡的溶液中通人氯气，二氯化锡就会转变为四氯化锡。四氯化锡的“脾气”很特别，它一般很“老实”，但一遇水蒸气就会马上发生水解，