低调的金属钼

2015-08-13 04:14
少年科学 2015年8期
关键词:虎王豆科植物辉钼矿

金属大家族的各个成员虽性格迥异,却都身怀绝技,各显神通:有些很“张扬”,走到哪里都会被人争抢,比如金、银;有些很常见,对人类贡献极大,应用广泛,数量庞大,比如铁、铝;有些则十分“低调”,很多人甚至都没见过它们,但生活中又必不可少,金属钼就是其中的一个。

坦克,号称“陆战之王”,自其发明以来,已成为陆上作战的主要武器,在两次世界大战中都发挥了重要作用。第一次世界大战期间,英国就开始使用坦克了。为了在攻击敌人的同时保护好自身,一些坦克身上安装了75毫米厚的锰钢板,但这种笨重的坦克在战争中表现得并不怎么样。后来,英国人通过试验,将锰钢板换成钼钢板,厚度减小到25毫米—不仅大大减轻了重量,使得坦克更加机动灵活,而且也增加了抗击打能力。

在第二次世界大战期间,坦克更是大展神威。那时,最著名的坦克莫过于德国的虎王坦克(又名“虎Ⅱ坦克”)。这种坦克重达70吨,其装甲厚100~180毫米,据说当相距2.5千米时,敌人的坦克仍然可以被它正面击穿,可谓所向披靡,无可抵挡。苏联人对俘获的两辆虎王坦克测试后认为,虎王坦克并不像传说中的那样坚不可摧,虽然它装甲很厚,但是防护效果并未有较大提升,主要原因在于它的装甲中没有钼,降低了装甲的强度和延展性。之所以出现这种情况,是由于德军占领的挪威克纳本钼矿在1943年被盟军轰炸,从而导致德军失去了金属钼的来源。

而此前,德军的“虎Ⅰ坦克”都采用了钼钢。钼熔点很高,达2623℃,仅次于天然元素碳、钨、铼、锇、钽,排名第六。将其加入钢铁中制成合金,不仅可以改善钢的耐腐蚀性,而且具有良好的导热性能和较小的膨胀系数,在高温条件下仍然具有较高的强度。比如,德国的重型火炮中也用到了钼钢,可抵御长时间的连续发射炮弹产生的热量,以免熔化炮塔。

钼,这种银白色的金属,因其独特的性质,80%以上都用于制造合金,在航空、航天、机械、汽车等多个领域用途广泛,特别是在军事上具有重要意义。因此,有人称其为“战争金属”。

据说有一年,新西兰的一个牧场遭遇了干旱,大量牧草枯萎而死,但有一条矿工经常踩踏的小路边上生长着茂密的绿草。这是为什么呢?原来这里的矿场是钼矿,矿工们每天工作,身上难免会沾上矿渣,当他们走路时不经意间将矿渣撒落在小路上,就如同上天赐予的“大补丸”,给路边的小草提供了丰富的养料。

钼是许多生物体内不可缺少的重要元素。例如,中国种植的大豆亩产量提高得比较慢,与中国很多土壤缺乏钼具有一定的关系,通过施加含钼肥料,可以在一定程度上促进豆科植物增产增收。

农民都知道,在种植大豆、花生等豆科植物时不需要施加氮肥,这是为什么呢?因为绝大多数豆科植物的根系上都生有根瘤菌,它们可以将大气中的氮气转化为含氮化合物,供植物吸收利用,从而促进植物的生长。而我们的空气中78%都是氮气,天然氮肥的原料可谓极其丰富。根瘤菌合成氮肥的过程很复杂,且需要一种催化剂,名为固氮酶。金属钼正是固氮酶的重要成分。如果缺少了钼,就会影响这个化学过程,从而影响植物的生长。

不仅植物需要钼,我们人体内也需要,只不过需量极少,成人体内大约只有9毫克,主要存在于一种酶中,用于合成尿酸。我们不用担心体内会缺少钼,通过正常饮食就能满足钼的摄取了。

地球上的钼含量较少,较为分散,属于稀有金属。钼也不是以单质的形式存在,而主要是与硫结合成化合物,形成辉钼矿,或者与铅组合生成钼铅矿。

一向“低调”的钼像是一位沉默寡言的人,总是遭到别人的误解。最初,人们发现辉钼矿的时候,看到它为铅灰色,具有金属光泽,矿物集合体类似于鳞片,而且薄片较柔软,具有挠性*,摸起来还有种油腻的感觉。这和石墨的性质有些相似,所以误以为是石墨。后来,人们在寻找铅矿的时候,发现这种矿物外观类似于方铅矿,于是又一次误会了。古希腊语中的辉钼矿就是铅的意思。

一直到1754年,才有科学家研究发现,辉钼矿中并没有铅。1778年,一位瑞典化学家卡尔·威尔海姆·舍勒证实了这种矿物既不是方铅矿,也不是石墨,而是一种新的矿物,含有新的元素。他为其命名为钼。直到1781年科学家才将其从矿石的化合物中分离出来。

此后的一百多年里,全世界金属钼的总产量只不过几吨而已。由于第一次世界大战对武器装备的需求,钼的产量飙升至100吨左右,而到了二战时期,又增长至1万吨。现在,全世界钼的年产量已经超过13万吨,美国、智利、中国、加拿大、俄罗斯是最主要的产地。中国在辽宁、陕西和河南拥有三大钼业基地,年产量位居世界前列。2014年,中国新疆某地新发现一处特大型钼矿,储量为57.3万吨,经济价值超过600 亿元,可谓是前景一片光明。

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