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化学世界奇观
1.3.25 液态金属

液态金属

汞,又称水银,在各种金属中,汞的熔点是最低的,只有零下38.87℃,也是唯一在常温下呈液态并易流动的金属。比重13.595,蒸气比重6.9。它的化学符号来源于拉丁文,原意是“液态银”。

有关金属汞的生产很多,例如汞矿的开采与汞的冶炼,尤其是土法火式炼汞,空气、土壤、水质都有污染;制造。校验和维修汞温度计、血压计、流量仪、液面计、控制仪、气压表、汞整流器等,尤其用热汞法生产危害更大;制造荧光灯、紫外光灯、电影放映灯、X线球管等;化学工业中作为生产汞化合物的原料,或作为催化剂如食盐电解用汞阴极制造氯气、烧碱等;以汞齐方式提取金银等贵金属以及镀金、镏金等;口腔科以银汞齐填补龋齿;钚反应堆的冷却剂等等。

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水 银

汞的无机化合物如硝酸汞(Hg(NO3)2)、升汞(HgCl2)、甘汞(HgCl)、溴化汞(HgBr2)、砷酸汞(HgAsO4)、硫化汞(HgS)、硫酸汞(HgSO4)、氧化汞(HgO)、氰化汞(Hg(CN)2)等,用于汞化合物的合成,或作为催化剂、颜料、涂料等;有的还作为药物,口服、过量吸入其粉尘及皮肤涂布时均可引起中毒。此外,雷汞(Hg(ONC)21/2H2O)用于制造雷管等。

汞在自然界中分布量很小,被认为是稀有金属,但它的使用历史在金属中虽位于7种金属之末,却早于其他金属,这和汞比较容易从含有它的矿石中取得有关。把天然硫化汞放在金属中焙烧,就可得到汞。有时,单质汞还会从一些人们意想不到的地方冒出来,例如,在西班牙的一些山区,汞会在井底出现。人们曾在埃及的古墓中发现过一小管汞,据考证是公元前16~前15世纪的产物,也够久远的了。

这种奇特的可以流动的“液体的银”(亚里士多德语),使古人对它充满了敬畏,由此衍生出了许许多多的故事……

荒谬的雨露育就了化学之花

明朝成化年间,山西洪洞县有个富甲一方的王员外,家中白花花的银子多得不可胜数。一日,王员外府上来了一个道士,说是曾在中条山上拜异人为师,学得“炼银成金”之法,因王员外祖上积善有德,命里注定要发财,所以特来献宝。

王员外将信将疑地看他表演。道士取出袖中的一块银子供在桌上,默诵一通,焚化符咒一纸。然后,道士吩咐端来一只焰火正炽的炭盆。将银子投入。几个时辰过去了,炭火慢慢小了下去,又渐渐熄灭。道士扒开灰烬,众人凑上来一看;咦,银子不见了,在灰烬中的是一块黄澄澄的金子——银子果然变成了金子。王员外见了大喜,待道士如上宾,吩咐将家中的银子悉数交与道士去变黄金。不料,道士竟将银子全部卷走。王员外给活活气死,但他至死不解:不是亲眼看到银子变金子的吗,这又是怎么回事呢?这是道士利用汞搞的把戏。

汞被誉为“金属的溶剂”,因为它容易同金属结合成合金——汞齐。“齐”是古代对合金的称呼。金溶解于汞中形成的金汞齐,看上去银光闪闪,道士便是用它来冒充银子的。道士将表面涂有金汞齐的黄金投进炭盆后,汞受热蒸发,留下来的便是黄澄澄的金子了。

其实,古代的鎏金技术就是用的此法——将金汞齐涂在铜器表面,再经烘烤,汞蒸发后金就留在器物表面了。

金不怕酸碱,不怕火烧,可居然能溶于汞中,这当然要使古人以神秘的眼光来看待汞了。大约从汉武帝时起,汞及其化合物就成了金丹术的首选材料了。

据说,金丹术的始作俑者是西汉时的方士李少君。他见汉武帝一心想成仙,便从旁游说道,只要祭了灶神,朱砂(即天然硫化汞)就可炼成黄金;把这黄金做成了器具盛东西吃,就会遇到蓬莱仙岛的仙人,就能长生不老了。

于是汉武帝很有兴趣地看李少君折腾那些材料:将鲜红的石朱砂放在炉中烧成闪闪发光的水银;加入亮黄色的硫黄粉后水银变成了黑色;再加热又会变成红颜色……

李少君玩弄的那些把戏现在可从化学上得到很简单的解释:石朱砂一经用比较低的温度加热就可以分解出水银,而水银和硫黄很容易化合生成黑色硫化汞,硫化汞有黑色和红色两种类型,黑色的再加热使它升华就会变成红色……遗憾的是汉武帝不懂其中的道理,对这种操作看得津津有味,全然不知道这繁杂的变化过程中会放出有毒的汞蒸气,肯定会减少他的寿数。李少君搞的把戏后人称为“炼金术”。因这种法术几百年用下来仍未见效,方士渐渐失去了信心,又转为炼丹。就是用石朱砂、胆矾、云母、铅粉、铜、金等化学物质进行相互间的作用,变来变去,炼出一种红色的药丸——仙丹来。这种丹吃下去便能长生不老。由于石朱砂是炼丹的首选材料,因此也被称作“丹砂”。《西游记》里说孙悟空被太上老君关在炉里烧了九九八十一天,那炉子便是老头儿用来炼丹的。

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炼 丹

炼金术炼不出金来明摆着就失败了,炼丹就不一样了。不管怎样,那“仙丹”总是能得到的,至于吃下去后情况怎样,也不是能立竿见影的事。所以炼丹术兴起后,维持了一段较长的时间。

方士炼出的丹其实都是些含汞、铅、砷等有毒的物质,它不仅不能使人长生,相反的却使一些帝王过早断送了性命。仅仅在唐朝,就有太宗、宪宗、穆宗、敬宗、武宗、宣宗6个皇帝是被“仙丹”毒死的。这些悲惨的教训,终于使皇帝们放弃了寻求仙丹的努力,唐代后,金丹术便逐渐消沉下去了。

金丹术的目的是荒诞的。不过,历代金丹家在炼金、炼丹的过程中,亲自采集矿物、药物,做了许多实验,积累了许多关于物质性质和相互作用的宝贵知识,完成了不少化学转变,也在此过程中掌握了一些元素的性质,发现了一些元素。英国科学家李约瑟对中国金丹术在化学史上的地位作了充分肯定,他说:“整个化学最重要的根源之一。是地地道道从中国传出去的。”