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一生平庸

乐器用金属材料







乐器通常由振动体、传导体、共鸣体、支撑体、附件等组成。乐器各个部件使用的材料的性能对乐器的音量、音质（音色），特别是频率（音调）及其稳定性等有重要的影响。这种材料一般要求有适宜的内耗（或品质因素）、密度、弹性模量、耐蚀性和成型加工性能。中国商周时期（约公元前17～前3世纪）就有青铜制的铙和编钟等金属打击乐器。某些战国时期的编钟是由含锡15%～16%、铅1%～2%的铜合金制成的。

含锡10%～20%的青铜，称为响铜，用于制造锣、钹等打击乐器。现在的笙、芦笙等的簧片也都由响铜制成。这种古代就已生产的铜锡合金有良好的力学性能、物理性能和音响效果，所以沿用至今。如果合金中含锡量增高，会使乐器的音频过高，脆性增大，容易破裂；含锡量降低，则会使乐器音频过低，损害音响效果。铜管乐长笛也用铜锡合金制作。含锌30%（或10%）的黄铜和含镍30%的白铜具有音的衰减小、耐蚀性好以及可切削、弯曲、钎焊等性能好的优点，用于制造铜号等的管体，特别是喇叭出口部分。风琴、口琴的音簧要有适当弹性模量。弹性模量偏低，声音效果不好；弹性模量高时，频率稳定性好，可以通过控制簧片的长度和厚度把频率调节好，并使音量、音质和发音灵敏度获得改善。手风琴音簧一般用高碳钢薄带制成，薄带应有较高的尺寸精度和适宜的硬度。硬度过高，加工困难，容易折断；硬度过低，造成频率达不到规定的高度，且易随风压变化，高次谐波数少而弱，因而音色柔和有余，而明亮清脆不足。含碳0.85%、锰0.5%的碳素工具钢（同中国的T8MnA和T9MnA牌号相近）是制造琴钢丝（乐器丝）的典型金属材料。琴钢丝应具有较高的抗拉强度（一般为2 500～
3 500 N/mm2）、适宜的弹性模量（180 000～200 000 N/mm2），良好的耐疲劳性、韧性（一般要求弯曲8～20次，扭转20～30次）和耐蚀性，低的内耗值。材料抗拉强度过低，除容易断弦外，还会产生应力弛豫，频率不稳，抗拉强度过高，则会产生基频弱，谐波强度大、失谐过大，造成声音不纯。材料的弹性模量过高，内耗增大，会使音色不柔和，有生硬感；弹性模量过低，又会使音色过于柔和，有“闷”、“暗”感。琴钢丝直径通常为0.2～1.6 mm，椭圆度小于0.005 mm。椭圆度大了，会产生两个回转半径，引起两个非谐基频，使音色不纯。琴钢丝材料的生产，必须严格选用原料，采用炉外精炼工艺，保证化学成分准确、均匀和质地纯净（钢中夹杂物和硫、磷等元素含量低）；还要严格按制金属塑性加工工艺参数，使用高精度的模具和合理的金属热处理工艺。这样，才能获得外表光沽、尺寸精确、组织均匀、品质因素好的产品。

在乐器的金属支撑体中，最典型的是钢琴的框架。框架一般用灰口铸铁制造。支撑着琴内多达200根琴弦的总拉力{约(15～20)×104 N}，必须保证琴体结构不变形，对琴弦振动应有共振和传振能力。如果框架的材料抗拉强度低，会吸收过多的弦的振动，减少传到响板的能量。框架有不谐振动音会大大影响钢琴的音色。增加框架厚度虽能使琴体不变形，但会影响共振，减少音量。

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为什么说金属钛是金属家庭中的老三







答：在社会发展史上，铁是封建社会的时代标志，恩格斯曾经说过：“一切文化民族都在这个时期经历了自己的英雄时代：铁剑时代，但同时也是铁犁和铁斧的时代”。当然我们现在所处的时代仍然是钢铁时代。到了20世纪初，铝的使用也越来越普遍，有后来居上之势，享有“20世纪的金属”之美誉。然而，在最近二十几年来，钛又引起了人们的普遍重视。科学家预言：在21世纪里，钛将继铁、铝之后居金属家庭中的第三位。因此人们称钛为“金属家庭中的老三”。

钛在发现的初期“怀才不遇”，开始发现钛时，由于很难将钛冶炼为纯净的单质，性质脆弱而用途不大。一百五十年后（1940年）人们首次用金属钢还原四氯化钛制得纯钛，纯钛坚硬而轻盈，耐腐蚀性极强，因此，钛的身价顿时倍增，成为金属材料中的佼佼者。

钛有“太空金属”之称。它密度小，强度大，密度是钢铁的一半而强度和钢铁差不多；钛既耐高温，又耐低温。在-253～500 ℃这样宽的温度范围内都能保持高强度。这些优点正是太空金属所必备的。钛的合金是制做火箭发动机的壳体及人造卫星、宇宙飞船的各种高压容器的好材料。

钛享有“海中蚊龙”的美誉。钛的合金有一流的抗腐蚀性，钛制的军舰、核潜艇，银光闪闪，用不着涂漆，在海中航行几年也不会生锈。

钛又被人们称为“亲生物金属”。钛在医学上有着独特的用途。在骨头损伤处，用钛片和钛螺丝钉固定好，过几个月，骨头就会长在钛片上和螺丝钉的螺纹里。新的肌肉就包在钛片上，这种“钛骨”就如真的骨头一样，甚至可以用钛制人造骨头来代替人骨治疗骨折。

钛在地壳中含量(0.6%)相当丰富，居所有金属的第十位，比常见的铜、银、锌都多。我国钛资源得天独厚，已探明储量居世界之首。预计21世纪的产量将超过钢，成为次于铁、铝之后的第三金属。

选自《答疑解难 初三化学》常文启主编，开明出版社

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金属分类







    黑色金属  通常指铁，锰、铬及它们的合金（主要指钢铁）。

    锰和铬主要应用于制合金钢，而钢铁表面常覆盖着一层黑色的四氧化三铁，所以把铁、锰、铬及它们的合金叫做黑色金属。这样分类，主要是从钢铁在国民经济中占有极重要的地位出发的。

    有色金属  通常是指除黑色金属以外的其他金属。

    有色金属可分为四类：（1）重金属，如铜、锌、铅、镍等；（2）轻金属，如钠、钙、镁、铝等；（3）贵金属，如金、银、铂、铱等；（4）稀有金属，如锗、铍、镧、铀等。

    轻金属  密度在4.5 g·cm-3以下的金属叫轻金属。例如钠、钾、镁、钙、铝等。周期系中第ⅠA、ⅡA族均为轻金属。

    重金属  一般是指密度在4.5 g·cm-3以上的金属叫重金属。例如铜、锌、钻、镍、钨、钼、锑、铋、铅、锡、镉、汞等，过渡元素大都属于重金属。

    贵金属  贵金属通常是指金、银和铂族元素。这些金属在地壳中含量较少，不易开采，价格较贵，所以叫贵金属。这些金属对氧和其他试剂较稳定，金、银常用来制造装饰品和硬币。

    稀有金属  稀有金属通常指在自然界中含量较少或分布稀散的金属。它们难于从原料中提取，在工业上制备及应用较晚。

    稀有金属跟普通金属没有严格的界限，如有的稀有金属在地壳中的含量比铜、汞、镉等金属还要多。稀有金属在现代工业中具有重要的意义，往往把黑色金属、有色金属和稀有金属并列为三大类。

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什么是合金







    由一种金属跟另一种或几种金属或非金属所组成的具有金属特性的物质叫合金。合金一般由各组分熔合成均匀的液体，再经冷凝而制得。

    根据组成合金的元素数目的多少，有二元合金、三元合金和多元合金之分；根据合金结构的不同，又可以分成以下三种基本类型：

    （1）共熔混合物。当共熔混合物凝固时，各组分分别结晶而成的合金，如铋镉合金。铋镉合金最低熔化温度是413 K，在此温度时，铋镉共熔混合物中含镉40％，含铋60％。

    （2）固溶体。各组分形成固溶体的合金。固溶体是指溶质原子溶入溶剂的晶格中，而仍保持溶剂晶格类型的一种金属晶体。有的固溶体合金是在溶剂金属的晶格结点上，一部分溶剂原子被溶质原子所置换而形成的，例如，铜和金的合金；有的固溶体合金是由溶质原子分布在溶剂晶格的间隙中而形成的。

    （3）金属互化物。各组分相互形成化合物的合金。

    一般说来，合金的熔点都低于组成它任何一种成分金属的熔点。例如，用作电源保险丝的武德合金，熔点只有67 ℃，比组成它的四种金属的熔点都低。合金的硬度一般都比组成它的各成分金属的硬度大。例如，青铜的硬度比铜、锡大，生铁的硬度比纯铁大等。合金的导电性和导热性都比纯金属差。有些合金在化学性质方面也有很大的改变。例如铁很容易生锈，如果在普通钢里加入约15％的铬和约0.5％的镍，就成为耐酸、碱等腐蚀的不锈钢。

    “齐”也是合金的意思。含汞的合金常叫做汞齐。例如钠汞齐是钠和汞组成的合金，锌汞齐是锌和汞组成的合金。

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金属活动性顺序







    金属的活动性顺序是指标准状态下金属在酸溶液中活动性相对大小的顺序。

    1865年，贝开托夫（Beketob）在实验的基础上，根据金属和金属离子间互相置换能力的大小，以及金属跟酸、水等反应的剧烈程度，首先确定了金属活动性顺序，在这个顺序里包括了氢。因为氢可以被位于它前面的金属从稀酸里置换出来，而氢也可以把位于它后面的金属，从它们的盐溶液里置换出来，而氢后面的金属不能从酸中置换出氢。这就是说，贝开托夫当时区分金属的活泼与不活泼，是以氢作为标准的。当然，早期的化学家把金属跟酸、水等反应的剧烈程度作为衡量金属活动性大小的标志，是不严格的。准确的方法是以金属的标准电极电位来比较金属的活动性大小，而标准电极电位是以氢电极定为零作为标准来测定的。标准电极电位为负值的金属比氢活泼；标准电极电位为正值的金属活动性小于氢。

    金属的活动性是反映金属在水溶液里形成水合离子倾向的大小，也就是反映金属在水溶液里起氧化反应的难易，它是以金属的标准电极电位为依据的。从能量角度来看，金属的标准电极电位除了与金属元素原子的电离能有关外，同时还与金属的升华能（固态单质变为气态原子时所需的能量）、水合能（金属阳离子与水化合时所放出的能量）等多种因素有关。

    金属活动性顺序常用于判断置换反应发生的可能性。一般地说，排在前面的金属可以把后面的金属从它们的盐溶液中置换出来，反之则不能。例如，铁可以从铜盐的溶液中置换出金属铜，铜就不能从亚铁盐或铁盐的溶液中置换出金属铁。但是，上述顺序只有在标准态和酸溶液中才是正确的。对于在非标准态或无水条件下的置换反应，用上述顺序去判断可能会得出错误的结论。

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21世纪的金属







    有人将铜、铁、铝分别称为第一、二、三代金属，它们的接班人，即第四代金属，就是后起之秀——钛了。钛的拉丁文名称“Tanium”是希腊神话中的大力神“泰但”之意。

    钛具有不寻常的综合优点。在航空工业中称霸已久的铝，面对钛只能是自愧不如了。钛比铝重一些，比钢轻一倍，而强度和硬度可与钢媲美，同时又具有良好的可塑性、超凡的韧性、惊人的抗腐蚀性，并能在-253 ℃～500 ℃的温度范围内保持高强度，可以说是性能极其优越。当飞机的速度超过音速的2.2倍时，飞机和空气的剧烈摩擦产生的温度会超过300 ℃，铝合金的强度会急剧下降，而钛却泰然自若。难怪在美国的新式战斗机中钛用量达全机重量的90%以上。从20世纪60年代起，钛就成了卫星、火箭、宇宙飞船的重要材料。目前每年用于航天工业的钛已超过千吨。

    钛除有“空间金属”的美称外，同时又兼有“深海金属”的美名。因为，一般舰船是用钢铁制成的，会因海水腐蚀而锈损。虽然人们想了许多诸如涂上防腐漆之类的办法，还是不能从根本上解决问题，使得舰船要定期大修，而钛有惊人的抗腐蚀性能。另一方面，海水中深度每增加10 m，压力就会增加一个大气压，因此潜水艇的船体材料就要求高强度、耐腐蚀，钛恰好可以从容胜任。钛不仅强度高，且表面有致密的氧化膜，长期在海水中也不会被腐蚀。

    1977年，前苏联用3 500多吨钛建造了当时世界上航行速度最快的核潜艇。美国海军也制成了以钛合金为材料的深海潜艇，能在4 500 m的深海中航行。

    钛还有一个奇特的性能，即是一种“亲生物金属”。植入人体后不会引起过敏反应，加之它与骨骼密度相仿，因此可用来制造人造骨。

    总之，在原来使用钢材、铝材的地方，几乎都能用钛取而代之。而一些钢材、铝材难以胜任的地方，钛也能应付自如。故人们称钛为“未来的钢铁，21世纪的金属”。

    钛，在地壳中的含量并不太少。钛矿分布很广，仅次于铝、铁、钙、钠钾、镁，而比铜、锡、锰、锌多得多，约占地壳重的0.6%。

    1910年人们首次得到纯钛。1947年才开始在工厂里炼钛，当年产量仅2吨。到1972年，钛的年产量即达20万吨。直到目前，大规模生产高纯度的钛，仍是冶金工业追求的目标。相信随着这一目标的实现，钛将很快脱颖而出，成为金属材料界居于统治地位的金属。

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老年痴呆症的罪魁祸首







    金属铝在现代工业中大显身手的同时，也渗入到了我们的家庭。为此有人开始研究铝对人体健康的影响。
    长期以来，人们一直认为铝是一种对人体无害的金属元素，治疗胃酸过多的药——胃舒平的主要成分就是氢氧化铝。然而，近代科技的发展，对“铝无害论”提出了异议。l975年，美国佛蒙特医院雷弗教授等用电子显微镜和X射线衍射光谱测定法分析了多名老年痴呆症患者的神经元，结果发现这些人的神经元中，铝的含量比正常人多了2～4倍。

    后来，美国科学家达伦用原子吸收光谱分析了老年痴呆症人的大脑，发现他们脑中铝的含量竟是正常人的5倍。美国的一个医疗小组到世界上饮水含铝量最高的关岛调查，最后发现那里患老年痴呆症的人数比正常地区多了3～5倍。这些都证实铝是老年痴呆症的罪魁祸首。

    那么，铝为什么会导致老年痴呆症呢？这个问题还在争论中。一般的观点认为由于三价铝离子有空的电子轨道，易与碱基对中含未成对电子的原子结合，并进入神经元细胞中，使神经细胞释放的传递物质如乙酚胆碱等不能顺利通过，从而导致神经传递系统受阻，引起铝的过量摄入往往是由于不正确使用铝制品引起的。大家知道，铝在空气中会形成一层致密的氧化铝，可保护它免受进一步的腐蚀，但这层保护膜并非坚不可摧，在酸性或碱性溶液中易被破坏。因此我们平时应养成科学使用铝制品的习惯，如不用铝制品存放酸、碱食物，尽量缩短食物在铝制品中的存放时间，尽量不用铝锅炒菜，让比铝硬的金属制品（如铁勺）与铝制品接触，不用硬质抹布如百洁布擦洗铝制品，等等。当然，平时加强体育锻炼，增强身体活力，也是防止铝元素在体内存积的好办法。