“變色龍”金屬鉻

有一種金屬，不僅能使鋼鐵堅(jiān)不可摧，而且能使歷經(jīng)千年的古劍光潔如新；不僅可以讓紅寶石像火焰一樣鮮紅，還可以讓祖母綠像青草一樣翠綠。為何如此神奇呢？接下來，就讓我們走近金屬鉻，揭開它的秘密。

千年不銹之謎

1965年，考古學(xué)家在一座春秋時(shí)期的古墓中，發(fā)現(xiàn)了一把長(zhǎng)55.6厘米的古劍。擦去劍身覆蓋的泥土，拔劍出鞘，竟見其寒光四射，渾身上下無蝕無銹，依舊鋒利無比。這就是著名的越王古劍！這一發(fā)現(xiàn)在全國(guó)范圍內(nèi)引起了轟動(dòng)，經(jīng)過科學(xué)家的研究，終于揭開了古劍未曾生銹的原因。原來，這把古劍的表面被鍍上了一層含有金屬鉻的薄膜。

無獨(dú)有偶。中國(guó)考古學(xué)家在西安秦皇陵兵馬俑墓葬坑中，也發(fā)現(xiàn)了依舊明光閃閃的弩箭和利劍。它們由青銅制作而成，雖然被埋藏兩千多年，卻仍未被腐蝕，這也得益于外層鍍上的金屬鉻薄膜。

以上事實(shí)足以證明：中國(guó)的古代人民已經(jīng)認(rèn)識(shí)并利用金屬鉻了。與20世紀(jì)西方國(guó)家才申請(qǐng)發(fā)明專利的現(xiàn)代鉻化處理技術(shù)相比，中國(guó)的這項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)先了兩千多年，但古人的鍍鉻技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)的？迄今為止，這依然是未解之謎。

金屬鉻能夠在自身表面形成一層氧化物薄膜，雖然這層薄膜只有幾個(gè)原子那么厚，小于1微米，但是十分密集，可以有效阻止氧氣向內(nèi)部擴(kuò)散，從而保護(hù)內(nèi)部物質(zhì)不被氧化和腐蝕，化學(xué)領(lǐng)域稱這個(gè)過程為“鈍化”。另外，鉻不僅熔點(diǎn)高，達(dá)1890℃，而且硬度大，莫氏硬度為9，僅次于最硬的礦物金剛石，號(hào)稱是“最硬的金屬”。

色彩斑斕的大家族

有趣的是，鉻的英文名稱源自希臘語(yǔ)，原來的意思是“顏色”，因?yàn)槠浠衔锞哂形宀拾邤痰念伾喝趸t為深綠色、三氧化鉻為橙色、重鉻酸鉀為橙色、重鉻酸銨為橙紅色、鉻酸鈉黃色……幾乎鉻的每種化合物都有自己特殊的顏色。它就像“變色龍”一樣，讓化學(xué)物質(zhì)的世界變得絢麗多彩。

1761年7月26日，德國(guó)地質(zhì)學(xué)家戈特勒布·萊曼在西伯利亞的一座礦山中發(fā)現(xiàn)了一種橙紅色的礦物，給其命名曰“西伯利亞紅鉛”。其實(shí)，那就是如今的“鉻鉛礦”，又名“紅鉛礦”。1770年，德國(guó)博物學(xué)家彼得·西蒙·帕拉斯又來到這座礦山，發(fā)現(xiàn)這種顏色鮮艷的礦物磨成粉末之后為橘黃色，可以用于制作顏料。于是，鉻鉛礦開始成為一種時(shí)尚的顏料。與其他物質(zhì)相比，鉻鉛礦制成的顏料可長(zhǎng)時(shí)間保持鮮艷、醒目，不易褪色。如今，美國(guó)的校車、德國(guó)的郵政汽車等還在使用這種顏料。

自從坦克被發(fā)明以來，就在戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮了重要作用。但如何在攻擊敵人的同時(shí)隱蔽好自身，也是一大難題。最常見的做法就是在坦克上涂抹偽裝色，深綠色的三氧化二鉻就是一種很好的選擇。由于它耐高溫和日曬，不溶于水，難溶于酸，而且具有和綠色植物類似的光譜反射特征，如果將外表涂有這種顏料的坦克隱藏于綠色叢林中，敵人的紅外偵察可就被迷惑了。

對(duì)于寶石而言，鮮艷的色彩必不可少。比如，純凈的剛玉是無色的，但其中會(huì)含有極少量的鉻元素，從而讓剛玉搖身一變成了名貴的紅寶石；還有綠柱石，它們大多為淺綠色，但是當(dāng)它們含有鉻的時(shí)候，就會(huì)表現(xiàn)出鮮艷的翠綠色，從而變成了名貴的“綠寶石之王”—祖母綠。同樣是鉻元素，竟然可以有這么多變幻莫測(cè)的色彩，真是令人驚嘆不已。

鉻從哪里來

鉻元素，在地殼中的含量百分比排名第22位，位列鈦、錳、鋇、鍶、鎢、釩等元素之后。1797年，法國(guó)化學(xué)家路易·尼古拉·沃克朗從鉻鉛礦和鹽酸反應(yīng)的產(chǎn)物里，提煉出三氧化鉻，后來又想方設(shè)法提取出了金屬鉻。但是，由于鉻鉛礦較為少見，產(chǎn)量太低，不足以達(dá)到商業(yè)化生產(chǎn)，直到人們尋找到了新的礦物—鉻鐵礦，金屬鉻才大批量生產(chǎn)，并應(yīng)用于商業(yè)。鉻鐵礦是一種暗棕色、鐵黑色礦物，具有弱磁性，外表類似于磁鐵礦。如今，鉻鐵礦不僅是金屬鉻的主要來源，也常常用于制造高溫耐火材料，世界上主要的產(chǎn)地是南非、印度、哈薩克斯坦、俄羅斯和土耳其等，中國(guó)的鉻鐵礦較少，僅在西藏、新疆等地有少量礦床。