有機世界的“主角”——碳C

碳在地球上雖不算太少，但也不算太多，按重量計算，占地殼中各元素總重量的千分之四，按原子總數(shù)計算不超過千分之一點五，然而，碳的足跡卻遍布全球。

在大自然中，有純凈的碳。比如說，金剛石便是非常純凈的碳——在純凈的氧氣中，金剛石居然會燃燒，變成二氧化碳！金剛石是最堅硬的東西，人們用它來裁玻璃，或者裝在鉆探機的鉆頭上，成為向地層深處進軍的開路先鋒。不過，天然的金剛石終究不多，不能滿足工業(yè)上的需要?，F(xiàn)在，我國已試制成功人造金剛石——在高溫高壓下，用石墨制造金剛石。

用石墨怎么能制造金剛石呢？這是因為石墨也是很純凈的碳。鉛筆的筆芯，就是用石墨做的。石墨與金剛石的脾氣大不一樣，它很軟，在紙上一劃，便留下一條黑道道，因此常用作鉛筆芯。石墨能耐3000℃以上的高溫，在工業(yè)上用石墨制造坩堝來熔煉鋼、銅。石墨還能導電，被用作電極，干電池里那個黑芯子，便是石墨。

金剛石和石墨都是碳，為什么性質截然不同呢？這是因為它們的晶體結構不同。在金剛石中，碳原子排列非常規(guī)則，在每一個碳原子周圍有四個等距離的碳原子，構成一個正四面體，所以金剛石比重大，堅硬。而是末的晶體結構則是層狀，層與層之間距離較大，容易滑動，所以石墨比重比金剛石小，而且軟、滑。金剛石與石墨，叫“同素異形體”。既有同一元素構成的兩種性質不同的物體。

木炭、煤、骨灰也是碳（含有一些雜質），叫做無定形碳。我國是世界上最早知道用煤作燃料的國家，早在三千多年前，我國便已用“黑石”（即煤）來取暖、燒飯。煤被譽為“工業(yè)的糧食”。正當我國人民以更加優(yōu)異成績慶祝黨的第十次全國代表大會勝利閉幕的時候，我國又新建成一座大型現(xiàn)代化露天煤礦并已投入生產(chǎn)。煤是最重要的工業(yè)燃料。經(jīng)過煉焦后，從煤焦油中還能得到苯、苯酚等五百多種工業(yè)原料。煙囪里的煙炱也是純凈的碳。煙炱用來制造墨、墨汁、油墨。在橡膠中加入煙炱，可以使它的機械強度增加十倍?，F(xiàn)在90%的煙炱，都是用作橡膠的“增強劑”。

木頭、煤、炭等燃燒后，生成了二氧化碳。二氧化碳是無色五味的氣體，比空氣略重，在空氣重的含量為萬分之三。一加壓力，二氧化碳很易變成無色的液體，溫度更低些，則變成白色、雪花般的晶體——干冰。二氧化碳易溶解于水，汽水里便溶有二氧化碳。二氧化碳不助燃，化學滅火劑噴出的氣體便是二氧化碳。任、動物、植物在呼吸時不斷吐出二氧化碳，據(jù)統(tǒng)計，全人類每年呼出的二氧化碳達十億八千萬多噸。而全世界工廠、火車、輪船的煙囪，每年要吐出一百多億噸二氧化碳。這樣下去，世界豈不成了二氧化碳的世界嗎？不，不會，原來大自然中有一個奇妙的循環(huán)：植物在光合作用時，吸收大量二氧化碳，吐出氧氣，這樣，二氧化碳才不致于越來越多。

煤不完全燃燒，會生成一氧化碳。一氧化碳是劇毒的氣體，“煤氣”中毒，這“煤氣”便是一氧化碳。一氧化碳在工業(yè)上是重要的燃料和原料。一氧化碳燃燒士產(chǎn)生藍色的火焰，爐膛的煤層上?？匆姕\藍色火苗，那便是一氧化碳在燃燒。

山上巨大的石灰?guī)r，也是碳的化合物——碳酸鈣。石灰?guī)r可以作建筑材料、鋪路、造橋。石灰?guī)r在石灰窯中灼燒后，可變成生石灰（氧化鈣），生石灰常用來做建筑粘合劑或粉刷墻壁。生石灰遇水后，變成熟石灰（氫氧化鈣），同時放出大量的熱。

石油，更是碳的化合物的“倉庫”。石油主要是各沸點不同的碳氫化合物的混合物。石油被譽為“工業(yè)的血液”，從石油中可提取汽油、煤油、柴油，是工業(yè)上最重要的液體燃料，用來開動各種內(nèi)燃機。用石油作原料，還可制造塑料、合成纖維、合成橡膠等三大合成材料。

天然氣常和石油礦“住”在一起。天然氣的主要成分是甲烷也是碳氫化合物，用作氣體燃料和化工原料。

碳，是生命的基礎。一切動、植物體中的有機質，都是碳的化合物——蛋白質、油脂、淀粉、糖以及葉綠素、血紅素、激素，都離不了碳。在工業(yè)上，碳的化合物也是非常重要的，象塑料、化學纖維、橡膠、香料、染料、制藥等有機化學工業(yè)，絕大部分都是生產(chǎn)碳的化合物。

 
宇宙中發(fā)現(xiàn)的碳的同素異形體--石墨烯與富勒烯

無機世界的“主角”——硅

如果說碳是有機世界的“主角”，那么無機世界的“主角”該是算硅了。硅是地殼中第二個含量最多的元素，占地殼總重量的26%，僅次于氧；而在地殼中，絕大部分硅是以二氧化硅SiO₂的形勢存在的，據(jù)統(tǒng)計，二氧化硅占地殼總重量的87%，這也就是說，硅和氧這兩種最多的元素所形成的無機化合物，幾乎“壟斷”了地殼。重要的巖石，如長石類、輝石類、角閃石類和云母類，都含有二氧化硅（或以其它形勢存在的硅的化合物）。砂子中也含有大量的二氧化硅。最純凈的二氧化硅要算是石英了。具有六面角柱形，頭上帶有六面角錐的透明無色的石英結晶，便是水晶。水晶硬而透明，特別是能很好的透過紫外線，折光率大，在光學上具有重要用途。水晶眼鏡，便是用水晶磨成的。水晶圖章，美觀而耐用。水晶中如含有一些雜質，則帶有顏色，如紫水晶、煙水晶。在大自然中，大的水晶不多，最大的有一米多高。

所有的植物都含有硅，特別是馬尾草和竹子中含硅最多。動物中含硅較少。在海綿、鳥的羽毛、動物的毛發(fā)中含有硅。人體中含硅量約為萬分之一。

人們早在遠古時代便和硅的化合物打交道。但是，純凈的硅直到1811年才第一次被制得。到1823年，硅才被確定為化學元素。粉末狀的純硅，是棕褐色的，在空氣中可燃燒變成二氧化硅。如果把粉末狀硅溶解在熔化了的金屬（如鋅、鎂、銀）中，慢慢冷卻，可制得以完整的八面體析出的結晶硅。結晶硅具有鋼灰色的金屬光澤，熔點為1414℃，具有顯著的導電性。純凈的結晶硅（含硅量達99.9999%以上），是現(xiàn)在最重要的半導體材料之一，與鍺Ge齊名。

硅和堿作用，能析出大量的氫氣。制備1立方米的氫氣只需0.63公斤硅，如果改用金屬的話，卻需2.9公斤的鋅或2.7公斤的鐵。在工業(yè)上，用焦炭在電路中還原二氧化硅SiO₂（石英）來制取純硅。

純硅的用途并不太廣，最重要的硅的化合物是二氧化硅，它是重要的工業(yè)原料。玻璃工業(yè)每年消耗幾百萬噸的砂子，因為玻璃是用砂子（主要成分二氧化硅SiO₂）、蘇打（碳酸鈉Na₂CO₃）和石灰石（主要成分碳酸鈣CaCO₃）作原料熔煉成得。用純二氧化硅——石英制成的石英玻璃，能耐高溫，即使劇烈灼燒后立即浸到水里也不會破裂。由于石英玻璃能很好的透過紫外線，所以常用來制造光學儀器。純凈的玻璃是無色的。加入不同的化學元素，可使玻璃產(chǎn)生不同的顏色：電焊工人所戴的藍色護目鏡片，是加了氧化鈰或氧化釹。加入氧化鐵Fe₂O₃，玻璃呈黃色。若加入氧化亞鐵FeO，則變成紅色。若加入極細的金粉Au、銅粉Cu或硒粉Se，玻璃呈紅色。若加入極細的銀粉Ag，則呈黃色。

粘土的主要成分是水化硅酸鋁。粘土大量被用來和石灰石一起煅燒，制成水泥。粘土也被用來燒制磚、瓦等建筑材料。純凈的粘土——高嶺土，是制造瓷器、陶器最重要的原料。玻璃、水泥、陶瓷、建筑材料等工業(yè)，均以硅為“主角”，被合稱為“硅酸鹽工業(yè)”。

硅和碳的化合物——碳化硅，俗稱金剛砂，是無色的晶體，含有雜質時為鋼灰色，它非常堅硬，硬度和金剛石相近。在工業(yè)上，常用金剛砂制造砂輪和磨石。它還很耐高溫，用來做耐火的爐壁。

硅和氯的化合物——四氯化硅SiCl₄，是無色的液體，很易揮發(fā)，在57℃就沸騰。在軍事上用來作煙霧劑，因為它一遇水，便水解生成硅酸和氯化氫SiCl₄＋3H₂O→H₂SiO₃＋4HCl，產(chǎn)生極濃的白煙。特別是海戰(zhàn)時，水蒸氣多，煙霧更濃。四氯化硅的成本比白磷P₄低廉的多。

硅雖然是無機世界的“主角”，但是近年來，它在有機世界中也成為引人注目的角色——人們制成了一系列有機硅化合物。有機硅有個特性——憎水。一些藥品瓶的內(nèi)壁，如青霉素瓶，便常涂著一層有機硅。這樣，在使用后瓶壁上就不會留有藥液。巍立在首都廣場上的人民英雄紀念碑，表面也涂著一層有機硅，這樣可以防塵防潮，保護那精美的浮雕。有機硅塑料具有很好的絕緣性能，如果用它作為電動機的絕緣材料，可以使電動機的體積和重量都減少一半，而使用壽命卻可以延長八倍多，并且在高溫、潮濕的情況下都能使用。有機硅橡膠，在冰天雪地之中（甚至低到-90℃），或在烈曰酷曬之下（甚至高達350℃），都不龜裂、不老化、保持彈性，用它來制造汽車輪胎非常合適。

馬口鐵的“外衣”——錫

錫是大名鼎鼎的“五金”——金、銀、銅、鐵、錫之一。早在遠古時代，人們便發(fā)現(xiàn)并使用錫了。在我國的一些古墓中，便常發(fā)掘到一些錫壺、錫燭臺之類錫器。據(jù)考證，我國周朝時，錫器的使用已十分普遍了。在埃及的古墓中，也發(fā)現(xiàn)有錫制的曰常用品。

在自然界中，錫很少成游離狀態(tài)存在，因此就很少有純凈的金屬錫。最重要的錫礦是錫石，化學成分為二氧化錫。煉錫此煉銅、煉鐵、煉鋁都容易，只要把錫石與木炭放在一起燒，木炭便會把錫從錫石中還原出來。很顯然，古代的人們?nèi)绻谟绣a礦的地方燒篝火烤野物時，地上的錫石便會被木炭還原，銀光閃閃的、熔化了的錫液便流了出來。正因為這樣，錫很早就被人們發(fā)現(xiàn)了。

我國有豐富的錫礦，特別是云南崮舊，是世界聞名的“錫都”。此外，廣西、廣東、江西等省也都產(chǎn)錫。1800年，全世界錫的年產(chǎn)量僅四千噸，1900年為八萬五千噸，1940年為二十五萬噸，現(xiàn)在已超過六十萬噸。

錫是銀白色的軟金屬，比重為7.3，熔點低，只有232，你把它放進煤球爐中，它便會熔成水銀般的液體。錫很柔軟，用小刀能切開它。錫的化學性質很穩(wěn)定，在常溫下不易被氧氣氧化，所以它經(jīng)常保持銀閃閃的光澤。錫無毒，人們常把它鍍在銅鍋內(nèi)壁，以防銅溫水生成有毒的銅綠。牙膏殼也常用錫做(牙膏殼是兩層錫中央著一層鉛做成的。近年來，我國已逐漸用鋁代替錫制造牙膏殼)。焊錫，也含有錫，一般含錫61％，有的是鉛錫各半，也有的是由90％鉛、6％錫和4％銻組成。

錫在常溫下富有展性。特別是在100℃時，它的展性非常好，可以展成極薄的錫箔。平常，人們便用錫箔包裝香煙、糖果，以防受潮（近年來，我國已逐漸用鋁箔代替錫箔。鋁箔與錫箔很易分辨——錫箔比鋁箔光亮得多)。不過，錫的延性卻很差，一拉就斷，不能拉成細絲。

其實，錫也只有在常溫下富有展性，如果溫度下降到13.2℃以下，它竟會逐漸變成煤灰般松散的粉末。特別是在-33℃或有紅鹽(SnCl₄·2NH₄Cl)的酒精溶液存在時，這種變化的速度大大加快。一把好端端的錫壺，會“自動”變成一堆粉末。這種錫的“疾病”還會傳染給其他“健康”的錫器，被稱為“錫疫”。造成錫疫的原因，是由于錫的晶格發(fā)生了變化：在常溫下，錫是正方晶系的晶體結構，叫做白錫。當你把一根錫條彎曲時，?？梢月牭揭魂囙赅曷暎@便是因為正方晶系的白錫晶體間在彎曲時相互摩擦，發(fā)出了聲音。在13.2℃以下，白錫轉變成一種無定形的灰錫。于是，成塊的錫便變成了一團粉末。

錫不僅怕冷，而且怕熱。在161℃以上，白錫又轉變成具有斜方晶系的晶體結構的斜方錫。斜方錫很脆，一敲就碎，展性很差，叫做“脆錫”。白錫、灰錫、脆錫，是錫的三種同素異性體。

由于錫怕冷，因此，在冬天要特別注意別使錫器受凍。有許多鐵器常用錫焊接的，也不能受凍。1912年，國外的一支南極探險隊去南極探險，所用的汽油桶都是用錫焊的，在南極的冰天雪地之中，焊錫變成粉末股的灰錫，汽油就都漏光了。

錫的化學性質穩(wěn)定，不易被銹蝕。人們常把錫鍍在鐵皮外邊，用來防止鐵皮的銹蝕。這種穿了錫“衣服”的鐵皮，就是大家熟知的“馬口鐵”。1噸錫可以覆蓋七千多平方米的鐵皮，因此，馬口鐵很普遍、也很便宜。馬口鐵最大的‘主顧”是罐頭工業(yè)。如果注意保護，馬口鐵可使用十多年而保持不銹。但是，一旦不小心碰破了錫“衣服”，鐵皮便很快被銹蝕，沒多久，整張馬口鐵便布滿紅棕色的鐵銹斑。所以，在使用馬口鐵時，應注意切勿使錫層破損，也不要因它受潮、受熱?！榜R口鐵”這名字，是由于它是從西藏阿里部馬口地方輸入(英國經(jīng)印度從馬口輸入)而得名的。

錫，也被大量用來制造錫銅合金——青銅。

錫與硫的化合物——硫化錫，它的顏色與金子相似，常用作金色顏料。

錫與氧的化合物——二氧化錫。錫于常溫下，在空氣中不受氧化，強熱之，則變?yōu)槎趸a。二氧化錫是不溶于水的白色粉末，可用于制造搪瓷、白釉與乳白玻璃。1970年以來，人們把它用于防止空氣污染——汽車廢氣中常含有有毒的一氧化碳氣體，但在二氧化錫的催化下，在300℃時，可大部轉化為二氧化碳。

錫和氯可形成兩種化合物：1．二氯化錫(又稱氯化亞錫)，具有很強的還原能力，工業(yè)上常利用氯化亞錫使別種金屬還原，是化學上常用的還原劑之一；在染料工業(yè)上，也可用做媒染劑。2．四氯化錫：在二氯化錫溶液里通入足量的氯氣，便可得到四氯化錫，四氯化錫是沸點為114的無色液體?！鏊魵饩退?，冒出強烈的白煙，形成白色的濃霧，軍事上用它裝在炮彈里，制成煙霧彈。四氯化錫能與氯化銨化合，生成一種復鹽(SnCl₄·2NH₄Cl)，是重要的媒染劑。

（礦物錫石主要成分二氧化錫是提取金屬錫的主要原料）

蓄電池的“主角”—鉛

鉛的“資格”夠老的了，人們早在幾千年前便已認識鉛了。我國在殷代末年紂王時便已會煉鉛。古代的羅馬人喜歡用鉛作水管，而古代的荷蘭人則愛用它作屋頂。

鉛是銀白色的金屬(與錫比較，鉛略帶一點淺藍色)，十分柔軟，用指甲便能在它的表面劃出痕跡。用鉛在紙上一劃，會留下一條黑道道。在古代人們曾用鉛作筆?！般U筆”這名字，便是從這兒來的。鉛很重，一立方米的鉛重達11.3噸，古代歐洲的煉金家們便用旋轉遲緩的土星來表示它，寫作“h”。鉛球那么沉，便是用鉛做的。子彈的彈頭也常灌有鉛，因為如果太輕，在前進時受風力影響會改變方向。鉛的熔點也很低，為327℃，放在煤球爐里，也會熔化成鉛水。

鉛很容易生銹——氧化。鉛經(jīng)常是呈灰色的，就是由于它在空氣中，很易被空氣中的氧氣氧化成灰黑色的氧化鉛，使它的銀白色的光澤漸漸變得暗淡無光。不過，這層氧化鉛形成一層致密的薄膜，防止內(nèi)部的鉛進一步被氧化。也正因為這樣，再加上鉛的化學性質又比較穩(wěn)定，因此鉛不易被腐蝕。在化工廠里，常用鉛來制造管道和反應罐。著名的制造硫酸的鉛室法，便是因為在鉛制的反應器中進行化學反應而得名的。

金屬鉛的重要用途是制造蓄電池。據(jù)不完全統(tǒng)計，197l年，鉛的世界年產(chǎn)量達308.3萬噸，其中大部分是用來制造蓄電池。在蓄電池里，一塊抉灰黑色的負極都是用金屬鉛做的。正極上紅棕色的粉末，也是鉛的化合物—一氧化鉛。一個蓄電池，需用幾十斤鉛。飛機、汽車、拖拉機、坦克，都是用蓄電池作為照明光源。工廠、碼頭、車站所用的“電瓶車”，這“電瓶”便是蓄電池。廣播站也要用許多蓄電池。

金屬鉛還有一個奇妙的本領——它能很好地阻擋X射線和放射性射線。在醫(yī)院里，大夫作X射線透視診斷時，胸前常有一塊鉛板保護著；在原子能反應堆工作的人員，也常穿著含有鉛的大圍裙。鉛具有較好的導電性，被制成粗大的電纜，輸送強大的電流。鉛字是人們熟知的，書便是用鉛字排版印成的，然而，“鉛字”并不完全是鉛做的，而使用活字合金澆鑄成的。活字合金一般含有5一30％的錫和10一20％的銻，其余則是鉛。加了錫，可降低熔點，便于澆鑄。加了銻，可使鉛字堅硬耐磨，特別是受冷會膨脹，使字跡清晰。

保險絲也是用鉛合金做的，在焊錫中也含有鉛。

鉛的許多化合物，色彩繽紛，常用作顏料，如鉻酸鉛是黃色顏料，碘化鉛是金色顏料(與硫化錫齊名)。至于碳酸鉛，早在古代就被用作白色顏料。考古工作者發(fā)掘到的古代壁畫或泥俑，其中人臉常是黑色的。經(jīng)過化學分析和考證，證明這黑色的顏料是鉛的化合物——硫化鉛。其實，古代涂上去的并不是黑色的硫化鉛，而是白色的碳酸鉛。只不過由于長期受空氣中微量硫化氫或墓中尸體腐爛產(chǎn)生的硫化氫的作用，才逐漸變成了黑色的硫化鉛。這件事一方面說明碳酸鉛作為白色顏料的歷史很悠久，另一方面也說明碳酸鉛作白色顏料有很大的缺點——變黑?，F(xiàn)在，我國已不大用碳酸鉛作白色顏料，而是用白色的二氧化鈦——俗稱“鈦白”。鉛的最重要的有機化合物是四乙基鉛，常用作汽油的防爆劑。

鉛和鉛的化合物有毒?？脊殴ぷ髡邆冊诎l(fā)掘古羅馬的墓時，曾發(fā)現(xiàn)尸骨上常有一些黑斑。經(jīng)化學分析，確定是硫化鉛。骨頭里怎么會有硫化鉛呢?經(jīng)考證，原來古羅馬人是用鉛管做自來水管。水中總溶有少量的氧氣，它能與鉛作用，生成微溶于水的氫氧化鉛。這種自來水被喝進人體后，鉛就把骨骼中的鈣取代出來，積存于骨骼。久而久之，鉛越積越多。人死后，尸體腐爛時產(chǎn)生硫化氫氣體，與骨骼中的鉛生成黑色的硫化鉛。達件事說明鉛不僅有毒，而且是積累性的。鉛最易積累于人的牙床。這樣，中了鉛毒的人，牙床邊緣便變成灰色。鉛中毒使人腹痛，嚴重的會發(fā)展到神經(jīng)錯亂。正因為這樣，用鉛做茶壺、酒壺，是不適宜的。在煉鉛工廠中，要特別注意做好預防鉛中毒的工作。

我國是世界上最早會煉鉛的國家之一。我國著名的煉丹著作《周易參同契》中，便說： “胡粉投火中，色壞還為鉛”。據(jù)考證，胡粉即氧化鉛。“投火中”后，氧化鉛被炭還原成金屬鉛，于是“色壞”，從黃色“還為鉛”?！吨芤讌⑼酢肥俏覈兰o時魏伯陽的著作，可見我國很早便會煉鉛了。不過，在我國古籍中，常把鉛與錫并稱而又互相混用?！豆茏印分姓f：“上有陵石者下有鉛錫。”《博物志》中說：“燒鉛錫成胡粉。”《太平寰宇記》中引《爾雅》說：“錫之善者曰鉛?！倍际侨绱?。這是由于鉛與錫不僅都是易被木炭還原的金屬，幾乎同時被人們發(fā)現(xiàn)，而且它們的外貌、性質十分類似，容易被混為一談。

鉛占地殼總原子數(shù)的十萬分之一。在大自然中，最重要的鉛礦是方鉛礦。我國有豐富的鉛礦。

 
(方鉛礦PbS）