可怕的锡疫,金属在低温下碎成粉末,让拿破仑输掉战争

抒情君 34

最近我看到这样一则故事,说衣服扣子消失竟是1812年拿破仑东征俄罗斯失败的原因之一。这该从何说起呢?原来,当时法国士兵的衣服扣子都是用锡做成的,到了俄罗斯后,扣子一个个碎成了粉末,在极寒的环境中衣服四处漏风,自然使法国部队丧失了不少战斗力。这个故事虽然听起来有些扯,却有着一定的科学道理,因为在低温环境中,金属锡真的会自我毁灭。

拿破仑东征俄罗斯

在自然界中,锡有三种同素异形体,分别是白锡、灰锡和脆锡。我们最常见到的是具有银白色光泽的白锡,常温下展性极好,可以做成我们常用的锡箔纸。

白锡

锡的展性极好

但是,一旦温度低于零下13.2摄氏度,锡就像是受了刺激,开始膨胀、分裂、最后变成煤灰般松散的粉末。不仅如此,这种疾病还会传染,将这些粉末与正常的锡板接触,很快,锡板也会产生灰色斑点并逐渐腐烂,因此,人们便将这一现象称为锡疫

锡疫

而之所以发生这一变化,是因为锡的晶格产生了改变,常温环境中的白锡是正方晶系的晶体结构。例如,将一小块白锡来回弯曲,能听到一阵嚓嚓声,这就是因为晶体结构在弯曲时发生了相互摩擦。而低温环境中转变而成的灰锡是一种无定形结构,因此,我们只能看到一堆粉末。

白锡到灰锡的结构转变

不过不必担心浪费金属资源,因为不论是灰锡还是白锡,它们本质都是锡元素,只需将粉末加热,就能变回闪闪发光的样子了。而向锡中加入锑或铋元素,可以直接防止锡疫的发生,因为铋原子中有多余的电子可供锡的结晶点阵,从而使锡的晶体结构一直保持稳定。

加热后常温冷却 变回白锡

除此之外,锡元素的神奇之处还有许多。例如,在显微镜下观察氯化亚锡与锌的置换反应,就会惊喜地发现,生成的锡晶体极其规整,如拔地而起的森林一般。

置换反应

生成的锡晶体如森林一般

而作为五金之一,早在远古时代,人们就开始使用锡了。除了一些锡器,在我国古代,锡还常常被用来制作青铜。说到这里,就联想到了无锡这座城市,关于名字的由来,有一个民间说法是有锡争,无锡宁即,早些时候,无锡出产锡,曾名有锡县。后来,因为锡可以用来制作青铜兵器,便遭到了抢夺,甚至还引发了战争,待锡采完后,也就变成了安宁的无锡。

青铜兵器

无锡

时过境迁,来到21世纪,这种传统的金属也迎来了新的可能。和之前讲过的石墨烯相似,物理学家制得了只有一个原子厚的锡烯。它是一种拓扑绝缘体,常温下,电子不能通过材料的中心,只能在网格边缘行进,因此材料内的杂质无法阻碍电子的流动,电流也就不会以热的形式被浪费。有科学家预测,锡烯的导电率可达100%。不过,至今为止,它的制取都还是难题,导电性能也仍待证实。

锡烯

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