金屬之最

金屬之“最”一經為人們發現，很快就會在科學技術的太空中，爆開五彩繽紛的禮花!你看，當人們發現了最難熔的金屬——鎢之後，1910年第一個鎢絲燈泡就問世了，成為人類征服黑暗的一個劃時代成就。1947年，比強度(強度和比重的比值)最高的金屬——純鈦被較多地提煉出來後，天空很快出現了飛行速度超過音速2、3倍的飛機，接著又出現了探索宇宙奧秘的飛船……所以，探討一下金屬之“最”，它的超群特性是很有意思的。

基本介紹

• 中文名：金屬之最
• 密度最大：鋨
• 密度最小：鋰
• 地殼中含量：鋁
• 人體中含量：鈣
• 年產量最高：鐵
• 硬度最高：鉻
• 導電性最好：銀
• 熔點最高：鎢
• 熔點最低：汞
• 金屬性最強：銫
• 延展性最強：金
• 最昂貴：鐦

密度最大的金屬—鋨

鋨(Os)是一種銀白帶淺藍色的金屬，硬而脆。鋨是密度最大的金屬單質，為22.59g/cm³（密度第二大的為它的鄰居銥，22.56g/cm³）（在過去一段時間，最廣為套用的銥的密度值是22.65g/cm³，而鋨的密度則是22.61g/cm³，這使得銥成為密度最大的元素，但這些數字是完全錯誤的）。金屬鋨極脆，放在鐵臼里搗，就會很容易地變成粉末，鋨粉呈藍黑色。鋨的蒸氣有劇毒，會強烈地刺激人眼的黏膜，嚴重時會造成失明。

鋨

鋨在工業中可以用做催化劑。合成氨或加氫反應時用鋨做催化劑，就可以在不太高的溫度下獲得較高的轉化率。如果在鉑里摻進一點鋨，就可做成又硬又鋒利的手術刀。利用鋨同一定量的銥可製成鋨銥合金。銥金筆筆尖上那顆銀白色的小圓點，就是鋨銥合金。鋨銥合金堅硬耐磨，銥金筆尖比普通的鋼筆尖耐用，關鍵就在這個“小圓點”上。用鋨銥合金還可以做鐘錶和重要儀器的軸承，十分耐磨，能使用多年而不會損壞。

密度最小的金屬—鋰

鋰（Li）是一種銀白色的金屬元素，質軟，是密度最小的金屬，密度僅為0.534g/cm³。因為鋰原子半徑小，故其比起其他的鹼金屬，壓縮性最小，硬度最大，熔點最高。自然界中主要的鋰礦物為鋰輝石、鋰雲母、透鋰長石和磷鋁石等。在人和動物機體、土壤和礦泉水、可可粉、菸葉、海藻中都能找到鋰。

鋰

1kg鋰燃燒後可釋放42998kJ的熱量，因此鋰是用來作為火箭燃料的最佳金屬之一。1kg鋰通過熱核反應放出的能量相當於二萬多噸優質煤的燃燒。若用鋰或鋰的化合物製成固體燃料來代替固體推進劑，用作火箭、飛彈、宇宙飛船的推動力，不僅能量高、燃速大，而且有極高的比衝量，火箭的有效載荷直接取決於比衝量的大小。

純鋁太軟，當在鋁中加入少量的鋰、鎂、鈹等金屬熔成合金，既輕便，又特別堅硬，用這種合金來製造飛機，能使飛機減輕2/3的重量，一架鋰飛機兩個人就可以抬走。鋰－鉛合金是一種良好的減摩材料。

鋰電池是二十世紀三、四十年代才研製開發的優質能源，它以開路電壓高，比能量高，工作溫度範圍寬，放電平衡，自放電子等優點，已被廣泛套用於各種領域，是很有前途的動力電池。用鋰電池發電來開動汽車，行車費只有普通汽油發動機車的1/3。由鋰製取氚，用來發動原子電池組，中間不需要充電，可連續工作20年。要解決汽車的用油危機和排氣污染，重要途徑之一就是發展像鋰電池這樣的新型電池。

鋰的密度小於水（圖片中液體為石蠟）

地殼中含量最高的金屬—鋁

鋁(Al)是一種銀白色的輕金屬。鋁元素在地殼中的含量僅次於氧和矽，居第三位，是地殼中含量最豐富的金屬元素。鋁具有良好的延展性。商品常製成棒狀、片狀、箔狀、粉狀、帶狀和絲狀。在潮濕空氣中能形成一層防止金屬腐蝕的氧化膜。鋁粉和鋁箔在空氣中加熱能猛烈燃燒，並發出眩目的白色火焰。易溶於稀硫酸、硝酸、鹽酸、氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液，難溶於水。航空、建築、汽車三大重要工業的發展，要求材料特性具有鋁及其合金的獨特性質，這就大大有利於這種新金屬鋁的生產和套用。

鋁

人體中含量最高的金屬—鈣

鈣(Ca)是一種銀白色的金屬元素。鈣在人體中含量最高，是人體不可缺少的元素之一。99%的鈣分布在骨骼和牙齒中，1%的鈣分布在血液、細胞間液及軟組織中。保持血鈣的濃度對維持人體正常的生命活動有著至關重要的作用。缺鈣會降低軟組織的彈性和韌性。皮膚缺彈性顯得松垮，衰老；眼睛晶狀體缺彈性，易近視、老花；血管缺彈性易硬化。

鈣

動物的骨骼、蛤殼、蛋殼都含有碳酸鈣。可用於合金的脫氧劑、油類的脫水劑、冶金的還原劑、鐵和鐵合金的脫硫與脫碳劑以及電子管中的吸氣劑等。它的化合物在工業上、建築工程上和醫藥上用途很大。

鈣在自然界分布廣，以化合物的形態存在，如石灰石、白堊、大理石、石膏、磷灰石等；也存在於血漿和骨骼中，並參與凝血和肌肉的收縮過程。

年產量最高的金屬—鐵

鐵(Fe)是一種銀白色的金屬，質軟。鐵是年產量最高的金屬，2014年全球粗鋼產量達到16.62億噸。同時，鐵也是是地殼含量第二高的金屬元素。

鐵

在我們的生活里，鐵可以算得上是最有用、最價廉、最豐富、最重要的金屬了。鐵是工業部門不可缺少的一種金屬。鐵與少量的碳製成合金——鋼，磁化之後不易去磁，是優良的硬磁材料，同時也是重要的工業材料，並且也作為人造磁的主要原料。鐵是碳鋼、鑄鐵的主要元素，工農業生產中，裝備製造、鐵路車輛、道路、橋樑、輪船、碼頭、房屋、土建均離不開鋼鐵構件。鋼鐵的年產量代表一個國家的現代化水平。2014年我國粗鋼產量約為8.23億噸，占全球粗鋼產量的49.5%。

另外，鐵元素也是構成人體的必不可少的元素之一。它是血紅蛋白的主要成分，幫助氧氣在人體中運輸。

硬度最高的金屬——鉻

鉻(Cr)是一種銀白色金屬，質極硬而脆。鉻是硬度最高的金屬，莫氏硬度為9，僅次於鑽石。鉻具有很高的耐腐蝕性，在空氣中，即便是在熾熱的狀態下，氧化也很慢。鉻鍍在金屬上可起保護作用。

鉻是不鏽鋼中的關鍵成分，只有當鉻含量達到一定值時，鋼才有耐蝕性。因此，不鏽鋼一般Cr（鉻）含量至少為10.5%，在某些不鏽鋼合金中鉻要占到重量的1/4。鉻具有非常好的發光性和抗腐蝕性，外表與銀相似，所以便宜的“銀餐具”一般是由以鉻為主要成分的不鏽鋼製成的。

鉻

鉻是動物和人體必不可少的微量營養素之一。其主要作用是幫助維持身體中所允許的正常葡萄糖含量。飲食中供鉻不足與葡萄糖和類脂同化作用的改變有關。腸胃中鉻的吸收與食品中元素的化學結構有關。研究表明，飲食中攝人的無機鉻只有1%被吸收，鉻一旦被吸收，便迅速離開血液分布於各個器官中，特別是肝臟，有3價鉻存在。在所有細胞組織中鉻的濃度都隨著年齡的增加而下降。

導電性最好的金屬—銀

銀塊

銀(Ag)是一種美麗的銀白色的過渡金屬。銀在自然界中很少量以游離態單質存在，主要以含銀化合物礦石存在。銀的化學性質穩定，活躍性低，不易受化學藥品腐蝕；質軟，價格貴，其導電性和傳熱性在所有的金屬中都是最高的。銀具有最好的反射性，反光率極高，可達99%以上。銀具有很好的延展性，因此可以碾壓成只有0.00003厘米厚的透明箔，1克重的銀粒就可以拉成約兩公里長的細絲。

在所有金屬中，銀的導電性是最好的。在常溫下（20℃）銀的電導率為6.301×10^7 S/m。而排名第二的銅的電導率僅為5.9×10^7 S/m。但銅比銀便宜很多，所以電線一般用銅製作。

銀具有誘人的白色光澤，較高的化學穩定性和收藏觀賞價值，深受人們(特別是婦女)的青睞，廣泛用作首飾、裝飾品、銀器、餐具、敬賀禮品、獎章和紀念幣。銀首飾在開發中國家有廣闊的市場，銀餐具備受家庭歡迎。銀質紀念幣設計精美，發行量少，具有保值增值功能，深受錢幣收藏家和錢幣投資者的青眯。20世紀90年代僅造幣用銀每年就保持在1000～1500t上下，占銀的消費量5%左右。但銀的主要問題是會氧化，這使得它的地位低於金。

銀手鐲

熔點最高的金屬—鎢

鎢(W)是熔點最高的金屬，它的熔點高達3380℃，沸點是5927℃。在2000℃-2500℃高溫下，蒸汽壓仍很低。鎢的硬度大，密度高，高溫強度好。

鎢

鎢最早用於製作白熾燈絲，而鎢大部分用於生產硬質合金的鎢鐵。鎢與鉻、鉬、鈷組成耐熱合金用於製作刀具、金屬表面層硬化材料、燃氣輪葉片和燃燒管等。鎢與鉭、鈮、鉬等組成難熔合金。鎢銅和鎢銀合金用作電解觸點材料。高密度的鎢鎳合金用作防輻射的防護屏。金屬鎢的絲、棒、片等用於製作電燈泡、電子管的部件和電弧焊的電極。鎢粉要可燒結成各種孔隙度的過濾器。鎢的一些化合物可作螢光劑、顏料、染料，並用於鞣革和製作防火織物等。

現代的超硬質合金，是由碳化鎢和一些其他元素的碳化物，用燒結方法生產的。它是把難熔金屬（鎢、鉭、鈦、鉬等）的碳化物的硬質顆粒，跟一種或幾種鐵族元素（鈷、鎳或鐵）的粉末混合後壓製成型，再經燒結製成。

熔點最低的金屬—汞

汞(Hg)俗稱水銀，是熔點最低的金屬，也是常溫常壓下(常溫也叫一般溫度或者室溫，一般定義為25攝氏度。我國工程上常溫是按20攝氏度計的（俄羅斯工程常溫為10攝氏度），這是我國大多數地方春秋天的溫度。又如鼓風機設計溫度是20攝氏度。鍋爐設計計算書中常溫也是20攝氏度。)唯一以液態存在的金屬（從嚴格的意義上說，鎵(Ga，31號元素）和銫（Cs，55號元素）在室溫下（29.76℃和28.44℃）也呈液態）。汞是銀白色閃亮的重質液體，化學性質穩定，不溶於酸也不溶於鹼。汞常溫下即可蒸發，汞蒸氣和汞的化合物多有劇毒（慢性）。

汞

需要注意的是，微量的液體汞吞食一般是無毒的（有資料稱它在生物體內會形成有機化合物），但汞蒸氣和汞鹽（除了一些溶解度極小的如硫化汞）都是劇毒的，口服、吸入或接觸後可以導致腦和肝損傷。汞可以在生物體內積累，很容易被皮膚以及呼吸道和消化道吸收。水俁病是汞中毒的一種。汞破壞中樞神經系統，對口、黏膜和牙齒有不良影響。長時間暴露在高汞環境中可以導致腦損傷和死亡。儘管汞沸點很高，但在室內溫度下飽和的汞蒸氣已經達到了中毒劑量的數倍。使用溫度計一般用酒精取代汞，中華人民共和國境內（不包括港澳台地區）使用的溫度計仍然在使用汞。中國計畫在2015年前逐步禁止汞溫度計的使用。

最危險的汞有機化合物是二甲基汞[（CH3）2Hg]，僅幾微升（10-9m3或10-6dm3或10-3cm3）二甲基汞接觸在皮膚上就可以致死。

汞使用的歷史很悠久，用途很廣泛。在中世紀鍊金術中與硫磺、鹽共稱鍊金術神聖三元素。

金屬性最強的金屬—銫

銫(Cs)是一種金黃色，熔點低的活潑金屬。

銫的化學性質極為活潑，銫在空氣中極易被氧化，生成一層灰藍色的氧化銫，不到一分鐘就可以自燃起來，發出深紫紅色的火焰，生成很複雜的銫的氧化物。在潮濕空氣中，氧化的熱量足以使銫熔化並燃燒。銫不與氮反應，但在高溫下能與氫化合，生成相當穩定的氫化物。銫能與水發生劇烈的反應，如果把銫放進盛有水的水槽中，馬上就會發生爆炸。甚至和溫度低到-116℃的冰均可發生猛烈反應產生氫氣、氫氧化銫，生成的氫氧化銫是無放射性的氫氧化鹼中鹼性最強的。與鹵素也可生成穩定的鹵化物，這是由於它的離子半徑大所帶來的特點。銫和有機物也會發生同其他鹼金屬相類似的反應，但它比較活潑。

融化的銫

銫在自然界沒有單質形態，銫元素以鹽的形式極少的分布於陸地和海洋中。銫也是製造真空件器、光電管等的重要材料。放射性核素Cs-137是日本福島第一核電站泄露出的放射性污染中的一種。

延展性最強的金屬—金

金(Au)是延性及展性最高的金屬。一克金可以打成一平方米薄片，或者說一盎司金可以打成300平方英尺。金葉甚至可以被打薄至半透明，透過金葉的光會顯露出綠藍色，因為金反射黃色光及紅色光能力很強。

金的單質（游離態形式）通稱黃金，是一種廣受歡迎的貴金屬，在很多世紀以來一直都被用作貨幣、保值物及珠寶。在自然界中，金以單質的形式出現在岩石中的金塊或金粒、地下礦脈及沖積層中。黃金亦是貨幣金屬之一。金的單質在室溫下為固體，密度高、柔軟、光亮、抗腐蝕。

金

金是一種過渡金屬，在溶解後可以形成三價及單價正離子。金與大部分化學物都不會發生化學反應，但可以被氯、氟、王水及氰化物侵蝕。金能夠被水銀溶解，形成汞齊（但這並非化學反應）；能夠溶解銀及賤金屬的硝酸不能溶解金。以上兩個性質成為黃金精煉技術的基礎，分別稱為“加銀分金法”（inquartation）及“金銀分離法”（parting）。

最昂貴的金屬—鐦

鐦(Cf)是一種放射性金屬元素，是世界上最昂貴的元素，1克價值2000萬美元。

能夠利用的鐦的數量非常少，使其套用受到了限制，可是，它作為裂解碎片源，被用於核研究。鐦是一種人造元素，其同位素鐦－252被用於近距離治療。這種同位素首次發現於氫彈爆炸後的塵埃，是能夠產生豐富中子的唯一核素。鐦在核醫學領域可用來治療惡性腫瘤。由於鐦-252中子源可以做得很小很細，這是其它中子源所做不到的，所以把中子源經過軟管送到人體腔內器官腫瘤部位，或者植入到人體的腫瘤組織內進行治療。特別是對子宮癌、口腔癌、直腸癌、食道癌、胃癌、鼻腔癌等，鐦-252中子治療都有相當好的療效。1968年醫用鐦源被用來治療首例病人，中子近距離治療法由此誕生。中子治癌是最先進的癌症治療方法之一，治療效果優於當前被廣泛使用的放療。它無須讓病人全身接受放射性射線，而是利用特製的施源器將中子源送入人體或腫瘤內進行腔內、管內或組織間照射，放射反應輕且能夠徹底殺死癌細胞。