2007年3月17日 星期六

熱縮冷脹的物質

在自然界,絕大多數物質是「熱脹冷縮」的,但也有極少數物質,如銻、鉍、鎵等金屬和在0℃~4℃之間的水,具有遇熱收縮、受冷膨脹的現象。若非特別介紹,知道的人可能不多,底下就網路上相關說明,整理如下,僅供教學參考,若有錯誤請指正,謝謝。


可以用來治療疾病的金屬--銻(Sb)


銻在自然界中主要以化合態的形式存在,含銻的主要礦物是輝銻礦(三硫化二銻)和方銻礦(三氧化二銻)。 大陸湖南、廣東、廣西、雲南、貴州等省都有銻礦分佈,特別是新化縣的錫礦山,它的銻儲藏量佔世界第一位。 確切地說應該是銻礦山,當時人們不認識銻,發現銻礦以為是發現了錫礦,所以叫錫礦山,這樣錫礦山這個名字就沿用下來了。
銻的化合物有許多用途。 我們經常用的火柴盒兩側就塗有三硫化銻、五硫化銻。 銻化鋁是很好的半導體材料。 酒石酸銻鉀注射液可治療血吸蟲病。 橡膠經五硫化二銻處理後能染上鮮豔的紅色,中國古代就已經用銻的化合物製作化妝品和顏料,而且沿用到今。
一般的金屬是熱脹冷縮,而銻卻熱縮冷脹。印刷書刊的鉛字如果採用純鉛澆鑄,由於鉛熱脹冷縮,鑄出的字不清晰,而且質軟不耐磨。如果在鉛裏加入一些銻,澆鑄出的字筆劃十分清楚,經久耐用。
銻的一些化合物可以用來治療疾病。如酒石酸銻鉀注射液常用於治療血吸蟲病。沒食子酸銻鈉是中國大陸首創的藥物,主要用於治療慢性血吸蟲病。葡萄糖酸銻鈉針劑供靜脈或肌肉注射,可以治療黑熱病。
銻的一些化合物如銻化銦、銻化鋁,是很好的半導體材料。它們能感受到人眼看不見的紅外線,因此,可做紅外線探測器,在軍事上用來探測夜間敵人的動向。


牙科醫生用它來修補牙齒--鉍(Bi)


鉍和銻性質很相似,也是熱縮冷脹的金屬,也可以用來製造活字和某些鑄件。 但它們之間還是存在一些差異。
鉍的熔點很低,只有271.3℃,鉍和其他金屬的合金熔點更低,比如:伍德合金在70℃時就熔化了,也就是說,這種合金只要用開水一泡就熔啦。利用鉍合金熔點低,可以用來做電器設備的保險絲和鍋爐的安全塞。國外有人將保險櫃鑰匙孔用鉍合金堵塞,盜賊即使偷到鑰匙,一時也沒法打開保險櫃。
別以為鉍合金熔點低就很脆弱。其實它跟普通合金一樣堅硬,牙科醫生用它來修補牙齒,外科醫生用它來接骨整型;考古學家用它來修補歷史文物。 


放在手裡便熔化的金屬—鎵(Ga)


金屬鎵的熔點只有29.8℃,低於人的體溫—37℃,倘若你把它放在手心裡,它將會很快地熔化,成為一顆銀白色的液滴。常溫下鎵是固體,很
軟,可以用小刀切割,也可以拉成細絲或壓成薄箔。另外,鎵還具有「熱縮冷脹」的特性,常被用來製造鉛字合金,使字體清晰。當鎵從液體凝成固體時,體積要膨脹百分之三。因此,鎵通常都是裝在富有彈性的塑料袋或橡膠袋裡,以防鎵凝固時脹破容器。
鎵的熔點雖低,沸點卻很高,竟達2000℃以上。這就是說,從29.8℃到2000℃之間,鎵一直是液態,而水銀在360℃就沸騰了。這樣,鎵被用來
製造高溫溫度計,可以測1500℃以下的溫度。另外,液體鎵可用於原子能反應維,作為熱傳導介質。鎵與許多金屬,如鉍、鉛、錫、鎘,銦、鉈等,生成熔點低於60℃的易熔合金。其中如含銦25%的鎵銦合金(熔點16℃),含錫8%的鎵錫合金(熔點20℃),可以用在電路熔斷器和各種保險裝置上,溫度一高,它們就會自動熔化斷開,起到安全保險的作用。
鎵同玻璃合作,有增強玻璃折射率的效能,可以用來製造特種光學玻璃。因為鎵對光的反射能力特別強,同時又能很好地附著在玻璃上,承受較高的溫度,所以用它做反光鏡最適宜,鎵鏡能把70%以上射來的光反射出去。
鎵的一些化合物,如今與尖端科學技術結下了不解之緣。砷化鎵是近年來新發現的一種半導體材料,性能優良,用它作為電子元件,可以使電子設備的體積大為縮小,實現微型化。人們還用砷化鎵做元件製成了激光器,這是一種效率高、體積小的新型激光器。鎵和磷的化合物—磷化鎵是一種半導體發光元件,能夠射出紅光或綠光,人們把它做成了各種阿拉伯數字形狀,在電子計算機中,就利用它來顯示計算結果。


其他合金--鍺和的錳


日本理化學研究所的竹中康司等人組成的研究小組,發現了一種在室溫附近「熱縮冷脹」的新物質。據說這是利用鍺和的錳氮化物(含有鋅和鎵)發生置換反應,用鍺來置換其中的鋅和鎵並調節置換比例而達到「熱縮冷脹」的效果。和已經實用化的「負膨脹物質」——鎢酸鋯(ZrW2O8)和硅氧化物(Li2O-Al2O3-nSiO2)等物質相比,新發現的物質具有負膨脹率大、機械強度高、導熱性好、導電性好、價格低廉等優點。目前被看好的用途是用於製造金屬精密加工的切削工具。


鑄造塑像的青銅


銅與錫的合金叫青銅,因色青而得名。青銅一般具有較好的耐腐蝕性、耐磨性、鑄造性和優良的機械性能。用於製造精密軸承、高壓軸承、船舶上抗海水腐蝕的機械零件以及各種板材、管材、棒材等。青銅還有一個反常的特性——“熱縮冷脹”,用來鑄造塑像,冷卻後膨脹,可以使眉目更清楚。


熱脹冷縮、熱縮冷脹也可以的水


水在攝氏0-4度間有熱縮冷脹的現象,即凝結成冰時的結構使得體積稍微較水分子增加。換句話說,水在攝氏4℃以上,熱脹冷縮(符合一般物質情況); 水在攝氏4℃以下,熱縮冷脹(觀察製冰盒邊緣有鼓脹的現象,冰塊邊緣有鼓起的現象)物理上叫超膨脹,亦稱反常膨脹。 水在4℃時的密度最大,而結成冰時,密度就只有0.9。這意味著,冰將會浮在水面。江河湖海裡的水在結冰時,因為冰的體積膨脹,比重比水小,總是浮在水面上;而水到了4℃,密度最大,總是沉在下面。這樣,冰塊就成了一層天然的防寒屏障,使江河湖海不至於一凍到底,使大量的水下生物得以生存。


 參考網址:


1.維基百科-銅
2.貴金屬、稀有金屬介紹
3.大連教育學院
4.洪恩在線