理论教育 「奇妙的钴」:颜料、电池、艺术品和晴雨花的源头

「奇妙的钴」:颜料、电池、艺术品和晴雨花的源头

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:常温下,致密的金属钴在空气中稳定,高于300℃时,钴会被氧化。图50-3 钴基合金制作的人体骨骼用碳酸锂与氧化钴制成的钴酸锂是现代应用最普遍的高能电池正极材料。500多年前,我国大量生产的景泰蓝就是用蓝色的钴颜料烧制而成的,这种金属艺术品至今仍享誉世界。这种奇妙的晴雨花是用浸有氯化钴的滤纸做成的,晴天,它是蓝色的;即将下雨时,它变成了紫色;到了下雨天,它又变成了鲜艳的玫瑰红。

「奇妙的钴」:颜料、电池、艺术品和晴雨花的源头

数百年前,在德国萨克森州金属矿床开采中心,一个矿工突然发现了一块外表美丽的矿石。他以为自己发财的机会来了,就瞒着矿主,和几个伙伴偷偷地进行熔炼。可能由于技术上的原因,这一次他们什么也没得到。第二天,他们又找到更多的这种矿石,利用夜晚的时间继续进行熔炼,结果这几个人却发生了中毒事件。当矿主将他们救醒后,他们说出了真相。人们认为是由于这几个人私心太重,“地下恶魔”在惩罚他们。但在后来的日子里,大多数工人都中了毒。矿主慌了,他领着工人们在教堂里诵读祈祷文,希望摆脱“地下恶魔”的迫害。

其实,这个“地下恶魔”就是工人们找到的那块外表美丽的矿石。它是含有硫元素的辉钴矿(见图50-1),工人们在冶炼这种矿石时,由于生成了二氧化硫气体,因此造成了中毒事件。这个事件在化学界引起了很大的反响,许多化学家亲自跑到这个矿床开采中心,以期解开工人中毒的秘密。他们在看到这种亮闪闪的矿石时立即意识到,这种矿石中也许还隐藏着更多的奥秘。

1753年,瑞典化学家波朗特从这种矿石里分离出一种灰色金属。1780年,瑞典化学家伯格曼确定这种金属为钴元素。

钴是银灰色有光泽的金属,具有延展性和铁磁性。常温下,致密的金属钴在空气中稳定,高于300℃时,钴会被氧化。

钴在海洋中的总储量约23亿t,自然界已知含钴的矿物有近百种,但没有单独的钴矿物,大多伴生于镍、铜、铁、铅、锌、银和锰等硫化物矿床中,主要矿物有砷钴矿、方钴矿、辉砷钴矿、铜钴矿、硫钴矿和钴华(见图50-2)等。扎伊尔和赞比亚是最大的钴生`产国,其产量约占世界总产量的70%。

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图50-1 辉钴矿

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图50-2 钴华

金属钴主要用于制造合金。钴基合金是钴和铬、钨、铁、镍中的一种或几种金属制成的合金的总称,其特点是耐高温。现在许多煤粉燃烧器和水泥热工设备均采用钴基合金来制造。

1930年以后,英国和美国将钴基合金用在了人体植入物(见图50-3)方面。

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图50-3 钴基合金制作的人体骨骼

用碳酸锂与氧化钴制成的钴酸锂是现代应用最普遍的高能电池正极材料。(www.daowen.com)

钴元素不仅是制造合金钢的重要金属,而且是各种高级颜料的重要原料,如图50-4所示。500多年前,我国大量生产的景泰蓝(见图50-5)就是用蓝色的钴颜料烧制而成的,这种金属艺术品至今仍享誉世界。

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图50-4 含钴颜料

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图50-5 景泰蓝

氯化钴在无水状态时呈蓝色,一旦吸水形成含水的晶体后就会变为玫瑰红色(见图50-6),人们利用这种特性可以制成晴雨花(见图50-7)。这种奇妙的晴雨花是用浸有氯化钴的滤纸做成的,晴天,它是蓝色的;即将下雨时,它变成了紫色;到了下雨天,它又变成了鲜艳的玫瑰红。人们利用这种“花”颜色的变化便可预知天气,因此称它为“晴雨花”。

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图50-6 氯化钴晶体

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图50-7 晴雨花

钴可用来合成维生素B12,人体和动物如果缺少了这种物质就会出现脱发或脱毛等现象。在南美的一个牧场里,曾发生过一个有趣的事情。一个牧民将羊群赶到新牧场后,发现除了一只羊外,其他的羊都得了脱毛症。经过仔细地观察,牧民发现这只未脱毛的羊吃饱喝足后总是去舔一块石头。莫非这石头里有什么文章?牧民将这块石头砸碎,混在牧草里让其他的羊吃下去,过了没几天,这些羊的脱毛症全好了。原来这块石头中含有钴元素,而这片新牧草由于缺少钴,所以发生了羊群脱毛的情形。

1992年11月19日,山西省忻州市一位农民张某在忻州地区环境检测站宿舍工地干活,看到一个亮晶晶的小东西,便捡起来放进了上衣口袋里。几小时后,他出现了恶心、呕吐等症状。十几天后,他便不明不白地死去了。没过几天,在他生病期间照顾他的父亲和弟弟也得了同样的病而相继去世,他的妻子也病得不轻。后来,经过医务工作者的调查,才找到了真正的病因,原来那个亮晶晶的小东西是废弃的钴60,其放射性强度高达10居里!

大家都知道铀具有放射性,但其放射性与镭比起来却小得多。而钴有一种同位素钴60,其放射性比镭的放射性还要强得多,是镭的60倍。但这种放射性钴如果使用得当,不但不会对人体健康造成损害,而且还是癌症的克星,它放出的射线能够破坏癌细胞的快速繁殖,还能抑制癌细胞的活动能力。

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