锡砖怎么会变成粉末？用锡焊的铁筒怎么又会有裂缝呢？经过分析，科学家们终于发现了其中的奥妙。原来，锡有3种同素异形体，即白锡、脆锡和灰锡。白锡在气温下降到13.2 摄氏度以下时，体积骤然膨胀，原子之间的空间加大，于是变成了另一种结晶形态的灰锡。如果温度急剧下降到零下33摄氏度时，就会产生“锡瘟”，晶体锡会变成粉末锡。

现在科学家已经找到了一种预防“锡瘟”的“注射剂”，其中一种就是铋。铋原子中有多余的电子可供锡的结晶重新排列，使锡的状态稳定，所以消除了“锡瘟”。锡不但怕冷，而且怕热。将白锡加热到161摄氏度以上时，它会变成具有斜方晶系的斜方锡，斜方锡很脆，敲打时也会变成粉末。

任何事情都是一分为二的，铁筒缝上的锡变成粉末这当然不是好事，但是如果将锡粉末加到铁粉或铜粉中，然后混合，通过成型和烧结的方法就可直接制造出产品，这就是一门新兴的粉末冶金技术，它是目前生产硬质合金和难熔金属的唯一方法。

课题2    金属的化学性质

课程目标：通过实验探究金属与氧气，金属与稀盐酸、稀硫酸以及与盐溶液的置换反应，认识金属的化学性质和金属的活动性顺序，并且能用金属活动顺序解释一些与日常生活有关的化学问题。

重点：通过实验探究认识金属活动性顺序

难点：运用金属活动性顺序对置换反应作出判断

教学过程：

    又如湖南出土的盛酒器“四羊方尊”，造型逼真，结构复杂，分布在四角的四支羊头上长着卷曲的羊角，还有突出的龙头，楼空的扉边。重34.5 kg，身高58.3 cm，口边长52.4 cm。它采用分铸和嵌铸等复杂的铸造工艺，充分反映出了殷代青铜器的高超熔铸技艺。

    青铜器除了礼器等外，更多是用于制造兵器，此外也有一些青铜农具出土。

    战国时期，齐国工匠已了解到随着用途不同，青铜器材料的性能也应有所变化，为此可以改变青铜中各种金属成分的比例。

    我国古代很早就认识到铜盐溶液里的铜能被铁取代，从而发明了“水法炼铜”的新途径，这一方法以我国为最早，是湿法冶金技术的起源，在世界化学史上是一项重大贡献。

    在现代，铜仍旧有着极其广泛的用途。铜的导电性仅次于银，居金属中的第二位，大量用于电气工业。

    铜易与其他金属形成合金，铜合金种类很多，例如，青铜质坚韧，硬度高，易铸造；黄铜广泛用于制作仪器零件；白铜主要用作刀具。

    铜和铁、锰、铝、硼、锌、钴等元素都可用作微量元素肥料。微量元素是植物正常生命活动所不可缺少的，它可以提高酶的活性，促进糖、淀粉、蛋白质、核酸、维生素和酶的合成，有利于植物的生长。

    铜在生命系统中有重要作用，人体中有30多种蛋白质和酶含有铜元素，现已知铜的最重要生理功能是人血清中的铜蓝蛋白，它有催化铁的生理代谢过程功能。铜还可以提高白细胞消灭细菌的能力，增强某些药物的治疗效果。铜虽然是生命攸关的元素，但如果摄入过多，会引起多种疾病。

      锡 瘟

1867年的冬天，俄国彼得堡十分寒冷，达零下38摄氏度。这一年冬天俄国彼得堡海军仓库里发生了一件怪事：堆在仓库内的大批锡砖，一夜之间突然不翼而飞，留下来的却是一堆堆像泥土一样的灰色粉末。同一年的冬天，从仓库里取出军大衣发给俄国士兵穿时，发现纽扣都不见了，再仔细看看，原来纽扣处也有着一些灰色粉末。

无独有偶，几十年过去了，在1912年，英国探险家斯科特率领一支探险队带了大量给养，包括液体燃料去南极探险，一去就杳无音信。后来发现他们都冻死在南极。带了那么多的燃料为什么还无济于事呢？

原来，斯科特一行在返回的路上发现，他们的第一个储藏库里的煤油已经不翼而飞。说明一点，盛煤油的铁筒是用锡焊的。没有煤油就无法取暖，也无法热点东西吃。好不容易克服千难万险，又找到了另一个储藏库，可是那儿的煤油筒同样是空空的，铁筒同样有裂缝，显然煤油都是由于铁筒漏了而流失掉的。

    中国商代早期的大型青铜器还很粗陋，器壁厚，外形多模仿陶器，花纹多为线条的兽面纹。1939年在安阳市出土的礼器“司母戊鼎”是殷代前期青铜器的代表作，是商王为其母铸造的，重达875 kg，高133 cm，横长110 cm，宽78 cm。经检测，铜占84.11％，锡占11.64％，铅占2.79％，是世界上最大的出土青铜器。

    液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物等各种合金。合金元素如A1、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善钛的性能，以适应不同部门的需要。例如，Ti-A1-Sn合金有很高的热稳定性，可在相当高的温度下长时间工作；以Ti-Al-V合金为代表的超塑性合金，可以50％～150％地伸长加工成型，其最大伸长可达到2 000％。而一般合金的塑性加工的伸长率最大不超过30％。

    由于上述优异性能，钛享有“未来的金属”的美称，钛合金已广泛用于国民经济各部门，它是火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料。船舶、化工、电子器件和通讯设备以及若干轻工业部门中要大量应用钛合金，只是目前钛的价格较昂贵，限制了它的广泛使用。

铜是人类认识并应用最早的金属之一。我国是最早使用铜器的国家之一。到目前为止，发现的中国最早的青铜器出自新石器时代后期，相当于中原夏代的一些文化遗址中。在商代早期遗址中出土了较大型的青铜器。

    钛的另一重要特性是密度小。其强度是不锈钢的3.5倍，铝合金的1.3倍，是目前所有工业金属材料中最高的。

    纯钛机械性能强，可塑性好，易于加工，如有杂质，特别是0、N、C等元素存在，会提高钛的强度和硬度，但会降低其塑性，增加脆性。

    钛是容易钝化的金属，且在含氧环境中，其钝化膜在受到破坏后还能自行愈合。因此，钛对空气、水和若干腐蚀介质都是稳定的。钛和钛合金有优异的耐蚀性，只能被氢氟酸和中等浓度的强碱溶液所侵蚀。特别是钛对海水很稳定，将钛或钛合金放入海水中数年，取出后，仍光亮如初，远优于不锈钢。

钛是周期表中第ⅣB类元素，外观似钢，熔点达1 672 ℃，属难熔金属。钛在地壳中含量较丰富，远高于Cu、Zn、Sn、Pb等常见金属。我国钛的资源极为丰富，仅四川攀枝花地区发现的特大型钒钛磁铁矿中，伴生钛金属储量约达4.2亿吨，接近国外探明钛储量的总和。

    青铜是人类使用历史最久的金属材料，它是Cu-Sn合金。锡的加入明显地提高了铜的强度，并使其塑性得到改善，抗腐蚀性增强，因此锡青铜常用于制造齿轮等耐磨零部件和耐蚀配件。Sn较贵，目前已大量用A1、Si、Mn来代替Sn而得到一系列青铜合金。铝青铜的耐蚀性比锡青铜还好。铍青铜是强度最高的铜合金，它无磁性又有优异的抗腐蚀性能，是可与钢相竞争的弹簧材料。

    白铜是Cu-Ni合金，有优异的耐蚀性和高的电阻，故可用作苛刻腐蚀条件下工作的零部件和电阻器的材料。

    K金是在黄金中添加少量银、铜、锌等金属，以增强黄金的强度和韧性。为了表示K金中的黄金含量，常用K值来表示。1K的含金量约为4.166％。24K的含金量约为99.99％所以就是纯金。用作金首饰的材料一般为22K（含金量约为91.65％），20K（含金量约为83.32％）、18K（含金量约为74.98％）和14K（含金量约为58.2％）等几种。K金首饰款式易翻新，能够镶嵌各种钻、翠、珠、宝和雕锯凿搂出各种精美的图案。镶嵌钻石的钻戒，多用18K金的。金笔的笔尖上写着“14K”或“14开”，是指这种金笔笔尖是14K金的。

    镀金首饰是在铜、银或合金制成的首饰表面上镀一层24K金，其外表和纯金首饰一样。但镀的金属不耐久，佩戴时间长了就会被磨损。

    包金首饰是用金箔包在由铝、锌、铅的合金制成的首饰表面，然后加温，用工具把金箔牢牢地压在产品上制得的。包金首饰的质地比纯金首饰要硬，不易变形，耐磨性强。从表面上看能与24K金的首饰相媲美。

    仿金首饰是选用特殊的镀层工艺，制成的近似K金的首饰。这种首饰是以铜，锌或铝等金属为原料，制成半成品，然后放入一种特殊镀液中，经过处理，在表面镀上一层象黄金一样赤黄光亮的镀层。虽然这种首饰不含一点黄金，但却酷似纯金制品。目前在国内外已有许多精致的仿金首饰代替纯金首饰做装饰品。

    变色金首饰是用一种新颖的、经过特殊加工后的K金材料制成的首饰。如在K金表面注入钻原子，可呈现出一层美丽的蓝色；把一种很细的金属微粒电镀在K金表面，可显示出黑色。日本还研制出含金量为78％、含铝量为22％的光采夺目的紫色合金首饰。现在，红、黄、白、紫等色彩都进入了K金家族。目前，这种神奇变幻的变色金首沛已经在国内外流行，并且颇受青睐。

     铝制品的表面虽然有致密的保护膜，不易被氧化，但是当有较活泼的元素（如卤素）的离子存在时，氧化膜将这些离子吸附在表面，取代了膜中氧形成新的化合物。例如，有氯离子存在时，就会使一部分保护膜变成氯化铝，氯化铝易溶于水，因而使保护膜的结构遭到破坏，产生了孔隙，有害物质就可能渗入内部，加速铝制品的腐蚀。

    食盐的成分是氯化钠，其中还含有少量氯化镁，在水中溶解后能电离生成氯离子，因此会破坏保护膜。氯化镁在溶解时会发生水解，使溶液呈酸性，使铝制品腐蚀的更快。因此不能用铝制品盛含盐的蔬菜及食品。

记忆合金

有记忆功能的合金材料是在一次试验中被偶然发现的。1963年，美国海军军械实验室奉命研制一种新式装备。在一次试验中他们需要一些镍-钛合金丝，他们领回来的镍-钛合金丝是弯曲的，使用不方便。于是他们就将这些细丝拉直。试验中，当温度升到一定值的时候，这些已经被拉直的镍-钛合金丝，突然又全部恢复到原来弯曲的形状，而且和原来一模一样。他们反复作了多次试验，结果都一样。

科学家们进行深入研究和试验后发现很多合金都有这种本领，他们把这种现象叫做"形状记忆效应"。目前发现的有"记忆"能力的金属都是合金，在这种金属里，金属原子按一定的方式排列起来，这些金属原子受到一定的外力时，可以离开自己原来的位置而到另一个地方去。将这些金属加温后，由于获得了一定的能量，这种金属里的原子又会回到原来的地方。这就是这种金属在加热到一定的温度后又恢复原状的原因。

形状记忆合金的最早应用是在管接头和紧固件上。用形状记忆合金加工成内径比欲连接管的外径小4％的套管，然后在液氮温度下将套管扩径约8％，装配时将这种套管从液氮取出，把欲连接的管子从两端插入。当温度升高至常温时，套管收缩即形成紧固密封。这种连接方式接触紧密能防渗漏，远胜于焊接，特别适合用于航空、航天、核工业及海底输油管道等危险场合。

记忆合金最令人鼓舞的应用是在航天技术中。1969年7月20日，“阿波罗”Ⅱ号登月舱在月球着陆，实现了人类第一次登月旅行的梦想。宇航员登月后，在月球上放置了一个半球形的直径数米大的天线，用以向地球发送和接受信息。数米大的天线装在小小的登月舱里送上了太空。天线就是用当时刚刚发明不久的记忆合金制成的。用极薄的记忆合金材料先在正常情况下按预定要求做好，然后降低温度把它压成一团，装进登月舱带上天去。放到月面上以后，在阳光照射下温度升高，当达到转变温度时，天线又“记”起了自己的本来面貌，变成一个巨大的半球形。

目前，形状记忆效应和超弹性已广泛用于医学和生活各个领域。如制造血栓过滤器、脊柱矫形棒、接骨板、人工关节、妇女胸罩、人造心脏等等。还可以广泛地应用于各种自动调节和控制装置。形状记忆薄膜和细丝可能成为未来超微型机械手和机器人的理想材料。特别是它的质轻、高强度和耐蚀性使它备受各个领域青睐。

Cu与Zu的合金称黄铜，其中Cu占60％～90％、Zn占40％～10％，有优良的导热性和耐腐蚀性，可用作各种仪器零件。再如在黄铜中加入少量Sn，称为海军黄铜，具有很好的抗海水腐蚀的能力。在黄铜中加入少量的有润滑作用的Pb，可用作滑动轴承材料。

    纯金首饰是由纯金制成的。俗话说“金无足赤”，就是说纯金的含量也达不到100％，实际上金含量达到99％、99.9％的都称为纯金制品。这种纯金首饰质地柔软，色泽赤黄，永不泛色。但容易变形，容易磨损，不能镶嵌各种精美的宝石。