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可怕的“锡疫”——金属在严寒中碎成尘土——使拿破仑付出了战争的代价

 炫叶楓雪 2022-04-25

我最近读了一篇关于“衣服扣子消失”是拿破仑1812年对俄罗斯的十字军东征失败的原因的文章。 从哪里开始呢? 原来,当时的法国士兵衣服上的钮扣是锡做的,当他们到达俄罗斯时,钮扣被打碎成粉末,衣服在严寒中到处都漏了,这自然使法国军队失去了许多战斗力。 拿破仑决定把军队全部撤军,但他又担心这些扣子不能再穿了。于是他想出一个办法:让战士们把扣子从身上取下来放在自己的口袋里,然后就可以穿着了。 这个故事听起来可能有些牵强,但它有一定的科学道理,因为金属锡在低温环境确实可以“自我毁灭”。

拿破仑对俄罗斯的讨伐

在自然界中,锡有三种同素异形体:白锡、灰锡和脆锡. 这三种同素异形体都属于金属锡,但它们之间存在着很大差异。白锡和灰锡是白色或灰白色,熔点较低,化学性质比较稳定;而脆锡则为黑色或者灰色。 最常见的是银白色的白锡,在室温下,锡罐的延展性非常好,是我们常用的锡箔纸。

但是一旦温度低于摄氏零下13.2度,锡就会受到刺激,开始膨胀、破裂,最终变成像煤灰一样的松散粉末。 而在寒冷的冬天里,锡粉是不允许被使用的,因为它会使人体和牲畜患上一种叫传染性支气管炎(IB)的病。这种病对人的危害非常大。甚至有可能致命。 不仅如此,“疾病”还会传染,使粉末接触到正常的锡板,很快就会出现灰色斑点,并逐渐““腐烂””。

这种变化是由于锡晶格的变化造成的,锡晶格是室温下正方晶系的晶体结构。 例如,通过来回弯曲一小块白锡,可以听到刮痕的声音,因为晶体结构弯曲时相互摩擦。 如果把一块白铅片反复弯折多次后发现其内部没有明显的位错存在的话,那就说明它已经发生了形变。 灰锡在低温环境变成一种无定形结构,这是我们所能看到的粉末。

从白锡锡结构过渡到灰锡结构

但是没有必要担心金属资源的浪费,因为灰锡和白锡本质上都是锡元素,只需要加热粉末使其恢复到起泡状态。 锡在地壳里含量很低,但却具有非常重要的作用:它既是制造各种金属产品的基本原料,又是生产各种半导体和光学材料的关键成分;同时还是一种优良的催化剂。 在锡中加入锑或铋元素可直接防止锡疫的发生,因为铋原子有多余的电子可用于锡的结晶点阵,从而保持锡的晶体结构稳定。

除此之外,还有锡元素的魔力。 它具有很强的还原性能,可以和很多金属发生化学反应;而且,锡还具有很好的导电能力,能够使电路中电流增加几十倍甚至几百倍。因此,锡被广泛应用于各个领域。 例如,当我们在显微镜下观察氯化亚锡与锌的置换反应时,我们惊喜地发现所产生的锡晶体是非常规则的,就像从地面升起的森林。

锡作为“五金”之一,人们早在远古时代就开始使用。 在中国古代,除了一些锡器,锡还经常被用来制造青铜。 在今天的无锡市区附近,还有一座历史悠久、文化灿烂、名闻遐迩的历史名城——无锡。她就是闻名遐迩的江南名城无锡。那么,无锡到底产锡吗?答案自然是肯定的! 民间有一句关于城名的来历的说法,“有钖有争议,无锡就没有锡”,也就是说,早先无锡出产的锡,曾被称为“有锡县”。 后来,由于锡可以用来制造青铜兵器,它被掠夺,甚至引发战争,而当锡被收集后,它就成了一个和平的“无锡”。

青铜兵器

无锡

时代变了,21世纪为这种传统金属带来了新的可能性。 最近,美国科学家又一次将目光投向了这一领域——石墨烯基纳米结构。石墨烯(Graphene)是由碳原子组成的二维蜂窝状晶体。 与之前描述的石墨烯相似,物理学家已经制造出只有一个原子那么厚的“锡烯””(tinenes)。 它是一个“拓扑绝缘体”,电子在室温下不能通过材料的中心,并且只能在栅极的边缘运动,所以材料中的杂质不能阻挡电子的流动,电流也不会以热能的形式浪费。 一些科学家预测锡烯的导电率率可以100%。 然而,迄今为止,它的制取一直很困难,其导电性尚未得到证实。

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