美丽“女神”敲门送来“金属维生素”

2019-04-20 22:36
3T比特

作为世界上使用最多的材料之一，钢具有弹性较大、抗磨损力强等优点。熟悉钢材的人都知道，只要在钢中加入2-5%的“金属维生素”，既耐高温又经受低寒，可广泛用于汽车、航空、国防工业等领域。在科技高度发达的今天，如果说钢是虎，那这种元素就是如虎添翼。
鲜为人知的是，“金属维生素”牌元素的名字来源于希腊女神，其发现过程颇富戏剧性，用前辈的话说，就是美丽“女神”送给某位科学家的礼物……
半途而废的研究
1831年春，瑞典斯德哥尔摩医学院化学和药物学教授贝采尼乌斯收到一封从德国柏林理工学校寄来的信和半块黑色矿石。信是学生弗里德里希·维勒写的。
维勒生于德国法兰克福市附近，毕业于海德堡大学，年轻时因人工合成尿素而闻名全国。他曾在贝采里乌斯的实验室工作，对这位老师的才华和心胸佩服得五体投地，遇到解决不了的难题就向这位名震欧洲的老师求教。

化学家维勒。（网络图）
原来，维勒两年前得到一块产自墨西哥的矿石。墨西哥矿物学家德尔里奥用此矿石的小部分进行分解，得到一种未知元素。他将此元素溶进盐溶液里，发现溶液变成鲜艳的红色，他遂将这种元素称为红色素。
考虑到自己对元素研究不甚专业，也想弄清这种元素的特性，于是把矿石寄给了同行维勒。
维勒得到这块矿石后，也割了其中小部分进行实验，同样制成红色的盐溶液，但他一则忙于尿素合成再利用的研究，二则不够充分重视此事，便把矿石搁在一边。
谁知这一搁就是两年。某次交流活动中，他无意提到此矿石，老师让他火速寄到斯德哥尔摩医学院。这才有了前文贝采里乌斯收到信件和矿石的一幕。
话说贝采里乌斯对学生寄来的矿石非常重视。经过实验分析，确定矿石里有一种新元素。他立刻翻出一篇论文，发现它与论文中所写的元素完全一样。
这篇论文发表于一个月以前，是贝采里乌斯的另一位外国学生尼尔斯·加布里埃尔·塞夫斯特朗写的。据说，塞夫斯特朗发现这种新元素只花了半年时间。

科学家、教育家贝采里乌斯。（网络图）
坚持半年的成果
塞夫斯特朗是瑞典人，生于1786年，年轻时便选择化学研究这条路，并有幸成为瑞典科学院院士兼常任秘书、欧洲化学权威贝采里乌斯的学生。
1830年夏，塞夫斯特朗无意间得到一块产自瑞典斯马兰德的铁矿。经过实验，他发现矿石有金属化合物；这些金属化合物呈现红、黄等美丽的颜色，其中红色最多。具有丰富化学分析经验的他敏锐地感觉到这里面应该有一种未被发现的元素。
所以，很快便投入到新的研究中：先从铁矿中提炼出像铁一样又不是铁的类金属，此金属很硬，没有磁性，遇水也不氧化。它到底是什么呢？
不甘心就这样放弃，于是继续研究。经过反复实验和分析，塞夫斯特朗终于从类金属中提炼出一种黑色的金属粉末。
“现在已发现的金属都会溶于酸。如果它溶于酸的话，那便是已知有色金属的成员。如果不溶于酸，那就可能是新元素！”塞夫斯特朗想到。
于是，他把部分黑色粉末倒入试管的酸性溶液里，几小时后，黑色粉末没有丝毫变化。为了确定这种元素并非目前已发现的金属元素，他找到并求教于老师贝采里乌斯。贝采里乌斯经过反复验证，认为这确是一种新元素。
回到瑞典后，塞夫斯特朗决定为此元素命名。这种元素的化合物五颜六色，十分漂亮，就用古希腊神话中美丽女神Vanadis（凡娜迪丝）来取名吧，根据这种想法，他把这种银白色的金属命名为Vanadium，英文符号为V。
若干年后，西学东渐，清末科学家引入元素周期表，将此元素译为“钒”，沿用至今。

银白色的钒。（网络图）
塞夫斯特朗经过多次实验，发现钒虽不溶于一般酸，但可溶于硝酸、氢氟酸和王水。他把发现并命名钒的过程，及钒的已知化学性质等内容整理成论文发表，并将样刊寄给了老师，才让贝采里乌斯有机会核对维勒的矿石。
耐人寻味的童话
话说贝采里乌斯一边读维勒的信，一边摇头叹息，因为他觉得，维勒只要多坚持一下，钒金属发现史上就留下他的名字了。手心手背都是肉，为了鼓励维勒继续努力，他提笔写了一封信，信中编了一个意味深长的童话故事。
故事是这样的。很远很远的地方有一位美丽的女神，名叫凡娜迪丝。她常常躺在摇椅上等着最倾慕的男人的到来。有一天，敲门声骤然响起。凡娜迪丝正准备起身开门，可是敲门声停了。从窗户里看去，是一位名叫维勒的男人的背影。
她躺在摇椅上没多久，敲门声再次响起。凡娜迪丝并没有立刻起身，而是等了一会儿才开门，这时她欣喜地看到了门外捧花而立的塞夫斯特朗先生。凡娜迪丝在送给了塞夫斯特朗荣誉的同时，也将给人类送来贵重的“礼物”。

古希腊神话中美丽女神凡娜迪丝雕像。（网络图）
维勒收到贝采里乌斯的回信后，为老师的一片苦心所感动，化感动为力量终其一生，他除了辗转各大学任教外，还进行各种化学实验，撰写化学论文，直到1882年在哥廷根去世。
“女神”送来的贵礼
话说塞夫斯特朗发现钒元素后，人们并未很快将它运用到生活中。主要原因有两点，一是对这种新发现元素的物理性质认识还不深，二是提纯非常麻烦且产量不高。
直到1882年，英国克鲁佐特钢铁公司用1.1%钒含量的炼钢炉渣制成钒的磷酸盐后，钒年产量提升到60吨。由此，钒为科学界所熟知，并很快运用到生产生活中。
钒最先被用于钢铁铸造，有效提高钢的强度、耐磨性等，很长一段时间，钒在钢铁工业中的消耗量占总量的85%以上，被誉为“金属维生素”。
上世纪三十四年代，科学家发现钒在钛合金中的改良作用后，便被应用于航空航天领域，并使航空航天取得突破性进展。上世纪七十年代后，五彩缤纷的钒化合物加入玻璃中制成彩色玻璃，还可制造各种颜色的墨水，于是钒在玻璃、光学、医药等领域又大展身手，成为现代工业、国防和科学技术发展不可或缺的材料，人称“现代工业的味精”。

各种颜色的钒化合物。（网络图）
目前，世界上98%的钒储量来自钒钛磁铁矿，其它的主要含在铀砂岩、粉砂岩、油页岩及沥青砂中。这或许是当年贝采里乌斯苦心编织童话故事时最想看到的吧。
——————————————————————————
【参考资料】
1、论文《超凡脱俗来话钒》，作者米文权，《金属世界》1999年第5期。
2、论文《引人注目的钒化学》，作者黄汉生，《国际化工信息》2002年6月刊。