天生我材之“任性”的金屬鉚鉍

說起金屬，大家想到的都是它們堅硬的軀體、明亮的光澤，或者是良好的導電導熱性能。其實，金屬家族龐大，彼此的“性格”迥異，金屬鉍就是其中十分“任性”的一種。它憑借著自身的特殊本領，常常表現得與眾不同，甚至與兄弟們背道而馳。

鉍，其名稱的由來可能與德語中的“白色團塊”一詞有關，因為它是銀白色的。雖然人們認識它的時間并不長，但其特殊的性質使之嶄露頭角，用途越來越廣。

金屬鉍的熔點很低，只有271℃，可以和鉛、錫等其他金屬制成易熔合金。一些消防設施中的自動噴水裝置就是用鉍制造的。如果發生了火災，溫度升高可以使它熔化，然后自動噴水滅火。工業上常用的焊接作業的原料——焊錫，也常常含有金屬鉍。

當然，人們之所以選擇鉍和錫做成合金，不僅僅是因為它的熔點低，還因為鉍有一個很奇怪的特點。絕大部分物質都是熱脹冷縮，但是鉍恰恰相反。當它受熱熔化成為液態的時候，會變得更加致密；反過來說，當它受冷凝固時，體積會膨脹大約3.32%。目前已知具有這種性質的物質很少，除鉍之外，還有銻、鎵等。這種性質有什么用途呢？很顯然，如果和其他金屬按照合適的比例制作成合金的話，鉍是熱縮冷脹，而其他金屬是熱脹冷縮，恰恰可以彌補體積的變化—用于制造精密模具或者精密儀器，豈不是可以大大減小溫度變化的影響？

“錫疫”的克星

在19世紀的俄國，發生過一樁離奇的案件。官兵們拿到剛剛發下的新軍裝，發現都沒有扣子，于是到沙皇那里告狀。沙皇得知此事之后非常氣憤，決定嚴辦相關責任人。后來經過調查發現，倉庫里儲藏的新軍裝也都沒有扣子，而且縫扣子的線還完好無損。科學家經過仔細研究發現，這些扣子原本是金屬錫做成的，因為天氣寒冷，全部凍成了粉末，并非軍需官貪污所致。

無獨有偶。1912年，英國探險家斯科特和幾位同伴前往南極探險，探險結束準備返程時，卻發現他們儲存燃料油的鐵桶破裂了，食物也被油污染了，饑寒交迫之下，他們全都不幸遇難。后經查實，原來他們的油罐是用錫焊接的，錫化了，桶也就破了。

錫為什么這么脆弱呢？科學研究發現：錫怕寒冷。通常情況下的錫性質穩定，稱為“白錫”。可是當溫度低于—13.2℃時，它就會變得極其脆弱，一碰就碎，如同煤灰一樣，稱為“灰錫”。更不可思議的是，一旦白錫沾染上一點灰錫，白錫也很容易變成灰錫，就像一場傳染性極強的瘟疫一般，所以人們把這種現象叫作“錫疫”。

科學家經過研究發現，錫之所以會患上這種奇怪的病癥，原因在于當溫度降低時，錫內部的原子會重新排列，形成了一種新的形態從而失去了金屬特性。倘若加入一定量的金屬鉍，就可以有效抑制這種現象。鉍原子中有多余的電子可以提供給錫，保證其穩定的狀態，從而徹底攻克“錫疫”頑疾。

綠色金屬

鉛，是世界上分布很廣的一種金屬，不僅容易提取，而且很柔軟，熔點低，容易加工，所以很早就被人們利用，常常與其他金屬做成合金，被應用在管道上。

但是，人們發現鉛有毒性，人體內鉛含量超標損害神經系統，特別是對兒童來說會造成智力衰退、記憶力下降等。

于是，科學家努力尋找替代金屬，性質類似的金屬鉍開始慢慢挑起了重擔。與鉛相比，鉍金屬的毒性小，不易被身體吸收，不損害人體細胞結構，進入人體內的大部分鉍都會在一段時間后通過尿液排出體外。所以，鉍有“綠色金屬”之稱，很多使用鉛的地方逐漸被鉍取代，比如一些飲料罐的焊接、自來水管、兒童玩具等。

鉍還有重要的藥用價值。生活中常見的一些胃藥、止瀉藥物中都含有少許的鉍。

鉍的來源

自然界中的鉍很少能單獨成礦，通常都是與鉛、鈷、銅、鋅、鉬、金、銀、鎢、錫等伴生在一起的。中國的鉍資源很豐富，總儲量約占世界鉍儲量的70%，產量占世界的四分之一。日本是金屬鉍消費大國。

目前，鉍的來源主要是輝鉍礦、鉍華、泡鉍礦、自然鉍等礦物。輝鉍礦，是提煉鉍的最主要礦物原料，主要產于花崗巖分布地區，該礦物晶體為長柱狀或針狀。鉍華和泡鉍礦都是輝鉍礦、自然鉍氧化后，所形成的次生礦物。自然鉍較為少見，一般為粒狀，有時也為致密的塊狀，新鮮的斷面為銀白色，稍微帶有淺黃，被氧化之后會帶有淺紅色。

如果在實驗室里，人工控制實驗條件，可以制造人工鉍晶體。當融化的高純度金屬鉍緩慢冷卻時，可以形成形狀復雜而規則的階梯狀晶體，而且表面被氧化后，會形成五顏六色的氧化物薄膜。它獨特的外觀、絢麗的色彩，吸引了很多人的目光。如今，它作為裝飾品，已成為時尚界及收藏界的新寵。