PBS 地球的寶藏:金屬

金屬的發現推動了我們人類的進步,如果沒有金屬,我們就沒有摩天大樓,沒有汽車,也沒有電。金屬也有不同的種類,如金,銅,青銅,鐵,鋼,鋁等等。


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金是世界上最美麗的金屬,它很軟,不容易被氧化,很容易被加工成各種飾品。


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金不但外表美麗,而且非常稀有。金不容易氧化的原因在於金原子喜歡聚在一起,形成活動的原子團簇,這些原子團簇具有巨大的正電荷,正電荷緊緊地吸引了周圍的電子,如此造成的結果是使金很難與其他物質反應相結合。


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所以金很難被氧化,它的光澤可以保持幾千年。


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金是怎樣形成的呢?科學家們認為金屬的形成是兩個中子星相碰撞的結果,碰撞產生了大氣,金屬元素分散到這些大氣當中,4.5億年我們的太陽系便是這樣形成的,這個過程中便有一些彗星和小行星掉落到地球上。


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元素週期表中的大部分元素都來自太空,其中金屬元素所佔的比例最大。


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現在,人們又重新把金元素送到太空,望遠鏡哈勃2.0是最新的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡,它的表面是用兩盎司黃金做成的超薄金層。目前,它是人類製造的最大的空間望遠鏡,我們可以把它發射到幾百萬英里遠的太空以探索宇宙最原始的部分。


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銅也是一種重要的元素,人們通常把它做成工具,銅元素一般以礦的形式存在於孔雀石中。


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孔雀石在人類文明發展中起到很重要的作用,它是人類最先用來提煉銅的礦產。把孔雀石磨成粉,再把它放到火焰上,我們會發現火焰邊緣變成了綠色,而綠色的孔雀石粉卻變成了黑色。


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這些黑色的物質就是被氧化的銅元素,如果需要把銅從其氧化物中提煉出來,我們需要用到碳元素。把黑色氧化銅和碳放到反應皿中在微波爐中加熱,碳會與把氧化銅中的氧結合成二氧化碳氣體散發到空氣中,把黑色的氧化銅變成紅色的銅元素。


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銅除了可以做成工具外,它還有很多作用,其中一個被科學家證明的是其能夠殺菌:把在顯微鏡下呈綠色的超級病菌分別放到不鏽鋼和銅表面,我們可以觀察到銅表面的超級病菌逐漸從綠色變成黑色。


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銅能夠殺菌的原因在於銅原子能夠滲透到病菌的內部,破壞病菌的DNA,從而使病菌死亡。


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同還有另外一個重要作用是能夠導電,說明銅元素中的電子在電流作用下能夠移動。


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銅的可塑性很強,但在純銅中加入錫,可以鑄成堅硬的青銅。青銅可以用來鑄造工具和武器,青銅也是用來製造鐘的首選材料。這是因為錫原子加入到銅原子中,錫原子能夠限制銅原子的移動,使銅更加堅硬。


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鐵的廣泛應用提高了我們的生活水平,推動了工業革命的發展。


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人們在鐵的鑄造過程對其進行不斷敲打使其變得更堅硬,這個過程其實是鐵變成鋼的過程,鐵在熔化過程中摻入了碳原子,碳原子使鐵變得更加堅硬。


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科學家們做了一個實驗,把熟鐵與鋼一起做抗折試驗,而熟鐵的厚度是鋼的2倍,我們發現在相同的荷載下,熟鐵會彎曲後折斷,而鋼只會彎曲,試驗說明鋼的抗折性能要比熟鐵優越。


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北京的鳥巢就是鋼應用的一個很好的例子,它的屋頂全部用鋼做成,使得它在地震作用下可以彎曲從而釋放外力。


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在鋼中加入鈮元素,可以使鋼更堅韌,看起來更潔白,世界上最高的大橋米洛高架橋就是用這種材料建成的。


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金屬材料前景

金屬泡沫,金屬泡沫是用喜馬拉雅鹽,硅膠,dragon Skin和低溫熔化金屬混合而成。它在高於60℃時開始變軟熔化,低於60℃時會重新變回固態。


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金屬泡沫可以用到太空,也可以用於製成工具箱。


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石墨烯,石墨烯是一種很薄卻很堅硬的物質,在未來,石墨烯可能應用於醫藥和建築等行業。


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這部紀錄片主要講述了三種主要金屬材料(金,銅,鐵)的特點及其應用,另外也介紹部分新型金屬材料及其前景。


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