不小心就會熔化的金屬——鎵

李曄明

化學元素鎵在地殼中的含量非常少，僅占約0.001%，直到140年前，人類才發現它。說到它的發現，科學史上還有著一段有趣的故事。

著名化學家門捷列夫在建立化學元素周期表時，鎵這一元素還沒有被人類發現，但是門捷列夫根據元素周期表的規律性，預測在第四周期鋁元素的下面存在著一個未被發現的元素，并給它起名為“鋁下元素”或“超鋁”，同時還預測了這一元素包括熔點、密度等在內的各項特征。盡管門捷列夫對這一元素的預測極其詳細，但科學家們確實沒有發現這種元素的存在，門捷列夫的預測顯得空口無憑，直到1875年的一天。

當時，法國人布瓦博德蘭在研究礦物的光譜時，無意中看到了一小段陌生的光帶。他沒有放過這個小細節，并不斷地對這一光帶進行了研究，而這竟讓他的名字永遠留在了科學史上。沒錯，這一段光譜就是由門捷列夫所說的“超鋁”發出的。但布瓦博德蘭將它命名為“鎵”（Ga），即他的祖國法國高盧的拉丁文。1878年，他得到了一款很純的鎵，并公布了鎵的熔點、密度等數據。

布瓦博德蘭的發現在當時學術界引起了廣泛關注，因為這是自門捷列夫提出元素周期后，人類發現的第一個新元素。不過，對于布瓦博德蘭的發現，門捷列夫略有微詞。雖然新元素的發現證實了自己的預測，可布瓦博德蘭卻不承認這是在他的預測指導下發現的，而且布瓦博德蘭還擅自給新元素命名。不過，在和布瓦博德蘭爭執的過程中，門捷列夫也有很得意的一個地方。那就是當他看到布瓦

博德蘭給出的新元素的密度和質量時，他自信地指出，這些數據肯定有問題。布瓦博德蘭在仔細檢驗后竟發現，自己真的算錯了，而真實的結果與門捷列夫的預測相差無幾。

不過，后世并沒有因此而否認布瓦博德蘭的貢獻，直到今天大家仍稱這一元素為鎵，而不是門捷列夫所起的拗口名字。同樣，門捷列夫也憑借自己的精準預測，令學術界對他的元素周期表刮目相看。

鎵的發現充滿了傳奇色彩，而它的特性更富有戲劇性。

金屬鎵是銀白色稀有金屬，沸點很高——2 403℃，但熔點卻很低，只有29.78℃。因此，在室溫下將固態的鎵湯匙放入溫水里，它就會化成一滴滴的液態鎵。把它放在手心，也很快就會變成液態鎵。

把液態鎵滴在固態的鋁制易拉罐上時，它會逐漸融入鋁形成合金，破壞易拉罐的結構，讓它變得像墻皮那樣一摳就破，簡直像是拍電影時用的特制道具。

把鎵放置于硫酸與重鉻酸鹽的混和溶液中時，它會如心臟般跳動，甚至像電影中的外星生物一樣延展、活動。這是因為表面張力變大時，鎵的形狀會發生改變，所以看上去就像有生命一樣。

當然，鎵的用途可不只是會變魔術或者惡作劇這么簡單。鎵的高沸點使得它可以用作高溫溫度計，還可以和一些金屬形成具備超導性的合金，讓它在半導體應用領域占有一席之地。

今年3月，清華大學醫學院研發出世界首個可自主運動的可變形液態金屬機器，這一研究成果引起了全球學術界的廣泛關注，同時也讓鎵的應用上升到更高的水平。因為和固態金屬相比，可變形液態金屬機器能通過更多復雜的區域，在救災、醫療、軍事等領域等有極大用途，從而為研制實用化智能馬達、血管機器人、柔性執行器乃至更為復雜的液態金屬機器人奠定了理論和技術基礎。也許，科幻電影《終結者》中的液態機器人T-1000，在不遠的將來可能真的會實現。而液態金屬的關鍵成分，就是鎵。

在常溫下，能保持流動液態的金屬中，常用的只有汞、銫、鎵3種。但是汞的毒性太大，而且易揮發；銫太活潑，容易和空氣中的水形成易爆炸的氫氣，它們應用起來局限性都太大。但是，鎵卻相對穩定和安全，所以它已成為未來液態金屬機器研究的不二之選。