有哪些普通人很少聽說,但在生活中很重要的化學元素?

時間 2021-05-08 13:14:15

1樓:零度君

@Resazurin Lee 已經提到了V作為催化劑的廣泛用途,和稀土作為「工業維生素」相似,釩氧化物有個暱稱叫做「工業麵包」......不過我不是這方向的,還是說說老本行金屬裡的釩吧。

鋼是我們最常見的金屬,在鋼中V是一種常用的新增元素。因為V本身化學性質活潑,在鋼中會搶奪C、N、O等元素形成穩定的化合物(主要是碳化物,V在鋼中是強碳化物形成元素)從而提高合金的強度和硬度。

比如對加工至關重要的高速切削工具鋼,這玩意是用來做刀具的......這可不是你家切菜的刀,是用來切金屬的刀,比如車床的車刀。高速鋼中通常含有不少的V以獲得較大的硬度。

鈦合金

鈦合金是另乙個大熱門金屬,而V是鈦合金中一種重要的新增元素。鈦本身有兩種晶體結構,分別是按密排六方堆垛的α-Ti和體心立方堆垛的β-Ti。α-Ti在882℃下可以傳變為β-Ti,而後者是高溫相。

V是β-Ti穩定元素,可以讓β-Ti形成溫度降低,甚至穩定到室溫。

釩合金

實際上除了在別的合金中發光發熱之外,V本身也可以作為合金的基體。V雖然比較貴、還難冶煉,但是人家有幾個大本事:

V的熔點高達1900+℃,在耐高溫上蔑視絕大多數結構材料(鎢,我就笑笑不說話),天生具有較高的抗蠕變能力。

V的中子吸收截面比多數金屬小,被中子活化後產物的半衰期也比較短(意味著放射性會很快衰退)。

2樓:荊哲

4、鈹。少見的原子序數小、原子半徑小的金屬。這導致它的性質和很多普通的金屬不一樣,導致它在一些領域有暫時不可替代的應用,即使它又毒又貴還是得用。

比如鈹原子半徑小,摻到銅的晶格裡填充縫隙,做成鈹銅,又硬又韌,物理效能優異。再比如鈹中的音速很快,氧化鈹的導熱性能很好,又防火。

31、鎵。熔點低成那樣的金屬本來就少見,單質狀態無毒又不會見水就炸的也就只剩鎵了。和性質相近的銦、錫等做成合金,可以常溫下就呈液態,這種液態金屬自然有很多應用,如散熱、無汞體溫計等。

試想用水銀做的溫度計,不小心打破後汞蒸氣毒倒了多少人!更不用說鎵的另一應用,做半導體了。掃雷大神張砷鎵就是以半導體材料砷化鎵作為名字的。

46、鈀。別管鈀在漫威裡面的「應用」,它在現實中也是應用廣泛的催化劑,乙個很重要的就是汽車尾氣處理器中的催化劑。沒有鈀,我們可能要忍受更多的一氧化碳和氮氧化物的汙染。

這樣的金屬,用於首飾,簡直大材小用了。

55、銫。別一想到銫就想到用它來扔水裡當炸彈,銫還有更多有用的用途,比如原子鐘就要用銫,沒有銫,我們只能用相對沒那麼好的銣來定義1s了。還有,銫鹽濃溶液是一種密度非常大的水溶液,密度比水的兩倍還大。

所以可以用在石油鑽井裡。

3樓:阿虛

強答一波(雖然我是個普通高中生)

提名一下鈹。

化學元素中的阿卡林,在多數普通人眼中毫無存在感。

明明是4號元素的說,為什麼總被視而不見

鈹極為稀有。一般來說金屬是越重越稀有,但鈹是個反例:它是第二輕的金屬(最輕的是鋰),卻比鉛、銅等很多重金屬還稀有。

稀有的原因是恆星聚變時氦直接聚變成碳,完美的避開了鈹。鈹原子幾乎都是宇宙射線和其它原子反應產生的。

因為鈹中的音速高達12000m/s,它被用於製造高檔音箱和耳機的振膜。(雖然聽起來和鋁膜差不多……強行對角線效應)

鈹輕、堅硬而有光澤,因此被用來製造太空望遠鏡的反射鏡面。

因為鈹原子核並不穩定,被中子照射之後會變成氦並釋放更多中子,鈹板在核工業中有非常重要的應用,從核彈到反應堆都需要消耗鈹。

4樓:Jeffrey

97 Berkelium

雖然現實中沒什麼用,但卻是我校嘲諷隔壁palo alto junior college的必備良品

5樓:Schrodinger1.2

答一波~ 元素釓gá(讀起來怪怪的)

另外強烈種草這個系列的書《視覺之旅:神奇的化學元素》(共兩冊)書中所附的精美小冊子

作者西奧多·格雷Theodore Gray是個收集了大量跟元素相關標本的怪蜀黍。在其中介紹了大量諸如釓這樣不為人所熟知的元素~另外插圖很精美,讀起來賞心悅目,書的手感也很好(看我奇怪的關注點)~~

作者Theodore Gray

6樓:陸仁依

提名氬有段時間用氬氣比較多一天一瓶的燒,氬氣的火焰是很美的青色當然在日常生活中不太重要,但是在食品安全,環境等檢驗檢測行業氬氣還是很活躍的,和他的兄弟氫氣,氮氣(液氮和合成空氣),氧氣一起。屬於沉默的守護者那種。

另外提名碳,屬於雖然大家都知道,但是沒想到它那麼重要,重要到離了他,地球上都沒有我們所熟知的生命了這種。

7樓:博麗靈夢

作為第五週期、VIB族的過渡元素,42號元素鉬的單質是一種銀灰色的金屬。Mo是合金鋼的一種重要新增劑,可用於提公升合金在溫度驟變下的機械效能。事實上,Mo的絕大多數產量均用於合金鋼的製造中。

Mo單質

在初高中的化學課程中,學生最多需要掌握到第四週期的元素,而生物教材中只是在必需微量元素中提及了Mo;即使是大學基礎教材裡,Mo也基本只是在無機化學的描述性化學部分,和分析化學中用於測定磷含量的磷鉬雜多酸/磷鉬藍中出現。

如果不進一步深入研究,或者從事合金領域的工作,可能此後就永遠地與Mo擦肩而過了。

十二鉬磷雜多酸根[PMo12O40]3-結構示意圖

但事實上,Mo的化合物和地球上的每乙個人,甚至是每乙個動植物個體永不分離,並深刻地影響了整個生物圈。

固氮酶整體結構,其中FeMo和Fe4S4簇被標記出來

在具有固氮能力的植物中,Mo和Fe一同構成了的Mo-3Fe-Mo原子簇,和Fe4S4簇共同形成了植物固氮酶的核心組成部分。而這一核心可以在常溫常壓下開啟氮氣分子的氮氮三鍵。

其總反應如下:

N2 + 8 H+ + 8 e + 16 MgATP → 2 NH3 + H2 + 16 MgADP + 16 Pi

N2 + 14 H+ + 12 e + 40 MgATP → 2 NH4+ + 3 H2 + 40 MgADP + 40 Pi

固氮酶中的FeMo原子簇

N2在固氮酶中的斷鍵歷程

而這一鍵能高達942 kJ/mol的超穩定共價鍵,在人類的手中,只能用高溫高壓下的Haber-Bosch合成氨法才開啟。而且受到轉化率和效率限制,N2和H2需要經過多次迴圈使用才能充分轉化。

(順便,由於H2的分子過小,在高壓下易於穿透金屬,因而常常使用含有釩/V的特種合金鋼製作反應釜,而釩也是乙個不常見的元素,同樣也具有生理活性,同時在部分細菌中存在釩固氮酶……)

而這可能是高中生最常見的幾個化學反應方程式之一,基於此的熱力學平衡計算仍然讓我印象深刻:

N2 + 3 H2 → 2 NH3

Haber-Bosch合成氨反應器

順便,人類對於固氮的追求孜孜不倦,從合成氨的工業技術到微觀下的反應歷程,已經產生了3個諾貝爾獎:1918/Haber——合成氨工業、1932/Bosch——反應的改進(Haber-Bosch過程)、2007/Ertl——合成氨催化劑的表面吸附歷程。

Ertl的工作——合成氨表面催化反應歷程的計算模擬

目前,在合成氨領域的前沿工作中,人類仍然在模仿天然固氮酶的核心結構,以試圖從另乙個方向突破異相催化的效率上限。最新的工作中,基於Mo的核心能夠將N2轉化為NH3,但這一過程仍然不可逆

人工仿生固氮催化劑的催化歷程

即使如此,人類合成氨的反應條件和效率也遠未達到酶催化的效果……

甚至,生物圈中植物的總固氮量也遠遠超越了人工合成氨的總量,而這構成了生物圈氮迴圈的重要組成部分。而同樣含有Mo的硝酸還原酶(硝酸→亞硝酸)完成了另一部分的氮迴圈工作。

我們完全可以認為,如果沒有基於Mo的固氮酶,全球的氮迴圈的效率將大大降低。相對而言,糧食危機只是小事,生物圈的消費者——大多數動物將面臨著前所未有的大滅絕,站在食物鏈上層的人類是否還能正常生存,都變成了乙個問題。

此外,作為重過渡系元素中唯一的必需微量元素,每個人的體內均含有毫克量級的Mo,在體內的生理活動中發揮著重要作用。

含有Mo的其他生物酶類,例如黃嘌呤氧化酶、DMSO還原酶和亞硫酸鹽氧化酶等等,也廣泛分布在動植物體內,起到分解代謝廢物的功能。患有鉬缺乏症的病人可表現為尿中尿酸、黃嘌呤、次黃嘌呤排洩增加,最終生長發育遲緩甚至死亡。

相對而言,Mo在工業中的應用都變得無足輕重。

可以說,沒有了Mo,每乙個人的日常飲食與代謝的基礎將不復存在,甚至生物圈都可能因此消失,更不必說人類的日常生活了。

最後,有乙個小故事:

鉬的礦產主要以輝鉬礦(molybdenite, MoS2)為主,而六方MoS2的結構為層狀晶體,片層間無原子,可以相對滑動,且為灰黑色,與石墨的結構和外形十分類似。因而,在那個年代輝鉬礦往往被當成石墨。

事實上,根據其結構特徵和性質,MoS2和石墨一樣,都可以用作固體潤滑劑。

輝鉬礦石墨礦,還是有點像的

雖然至遲在2023年左右,Mo就出現在合金鋼的刀具之中,但直至2023年,Scheele(氧元素的發現者之一)發現硝酸對石墨無反應,而和輝鉬礦反應形成了白色固體(鉬酸),從而發現了二者的不同,並試圖製備了Mo的單質。後來在2023年,由當地礦場主首次得到了Mo的單質。

時間來到了21世紀,Andre Geim和Konstantin Novoselov通過膠帶把石墨一分為二,多次重複後終於得到了石墨的單層——石墨烯。石墨烯的諸多優異性質以及巨大的潛在應用使得他們獲得了2023年的諾貝爾物理學獎。

石墨烯單層

此時,MoS2又一次出現了。與石墨類似,而又有所不同,MoS2具有雙層結構,且本身為半導體,但同樣可以剝離出準二維的「單層」。

二維MoS2示意圖

二維MoS2作為一種帶隙可觀的半導體,相對於無帶隙的石墨烯而言,在微電子領域具有更大的優勢,且與其他二維材料(SnS2、WSe2等)的組合,可以進一步挖掘其應用潛力,未來很可能取代一部分石墨烯,在晶元、MOSFET等微電子技術以及光催化等領域發揮著重要作用。

三維與二維MoS2的能帶,可見其1.84 eV的帶隙

總而言之,無論在生物圈的自然演化,還是人類發展的過程之中,甚至在未來科技的前沿,鉬從幕後到台前,其地位舉足輕重。

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