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化学元素中的锌与镓


实验室k / 2018-12-11

       古人学会铸造的第一种金属可能是铅(82)或者可能是被称为青铜的铜(29)合金。在近代历史中对一个儿童而言更为普通的是从铅或锡(50)开始学习铸造:那是制作“锡兵”的原料(直至它们都转用塑料制造之前)。以前年代在家铸造锡兵是一个非常普遍的业余爱好。

锌的基本数据

       能找到的唯一熔点低到能在厨房的灶台上熔化的金属就是锌了(得自废弃的屋顶遮雨板,后来自1983年起则得自分币)。作为一种铸造性好,不易生锈,易回收的金属,锌的用途相当广泛,也很实用。实际上,许多价格便宜,所需机械强度不高的部件,如仪表、汽车零件外壳等都是用以锌为主要成分的合金制造的。

       现在的分币主要用锌而不是铜来制造的原因非常简单:美分的价值不断下跌,以至于ー个分币中所含的铜的价值超过了一美分,这显然是一种完全不能维持的状况。大约是在2008年,轮到一个分币中所含锌的价值可能超过一美分的威胁临近了,从而促触发了将锌改为铝——低价值硬币的最后避难所——的严肃讨论。(当然,更好的解决方法是彻底废除美分。)

       廉价的锌基合金或许不受人尊重,但如果想想锌被用作保护性阳极时所受的屈辱,或许要好过些。这些纯锌的块或板被电气性地连接在钢铁结构上,例如桥梁、铁轨以及大轮船的外壳。锌的任务就是缓慢地使自己溶解直至无影无踪,它的牺牲所产生的微小电势保护了价值更高的铁(26)免于生锈。当阳极牺牲了它必须牺牲的一切后,一个新的阳极便贸贸然地接替了它的位置。

       继续向下移,那里的镓是一个有趣得多的元素!


       一般认为汞(80)是在常温下唯一呈液态的元素,但这实际上是气候学上的一种偏见。在世界上更为临热的、空调更少的地区,镓和铯(55)也应该被列入那个名单:它们分别会在29.76℃和28.44℃那样让人感到舒适的温度下熔化。

镓的基本数据

       甚至在阿拉斯加,镓也会在你的手心熔化——那是多么不同寻常的体验啊,虽然你不愿意去重复这样的体验:镓虽然没有已知的毒性,但它会将皮肤染成深棕色,因此,最好把镓放在塑料袋里。

       镓的低熔点在一种称为Galinstan的专利合金中得到了实际应用。Galinstan名字来自镓(gallium)、铟(indium)(49)和锡(50)(拉丁名字是stannum)的第一个音节。这种合金在-19℃那样低的温度下还是液体。如果你今天买了一支看上去像是水银体温表的温度计,它最可能含的是Galinstan,因为汞被禁止用于这种用途已经很多年了。

       但镓最重要的现代用途是半导体晶体。(在称为准金属元素的对角线上或附近的大多数元素都是半导体。)硅半导体在数千兆赫就停止工作了,但砷化镓电路在频率高达250000兆赫时仍能运作,这已经是微波频率范围的上限了。

       镓的身影也以砷化镓、氮化镓、氮化铟镓、氮化铝镓以及众多的其他形态出现在几乎所有的发光二极管中。

       但与硅(14)在半导体中的基本的,普遍的应用以及它们共同的邻居锗的历史性作用相比,镓在半导体中的应用还是显得苍白了些。


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