半个世纪才现形的“镁”丽元素 曾惊吓慈禧

作者:魏德勇来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-10-17

惊吓慈禧太后的镁光灯是什么东西?

1903年夏,大清最高统治者慈禧太后接见了留法归来的皇族子弟裕勋龄。裕勋龄带回不少西洋的高科技产品,其中包括一套先进的摄像设备。听说这东西拍出的照片比绘画效果更逼真时,慈禧忍不住想试试。

“呯!”裕勋龄动手指按下按钮,伴随着耀眼的白光,发出一声巨响。慈禧太后吓得打颤,连声高呼“此必洋人妖术,摄哀家魂魄!”裕勋龄忙上前奏道:“太后宽心,这并不是妖术。”不到一盏茶功夫,慈禧太后的黑白肖像照冲洗出来了。她看到照片后,惊叹不已,从此喜欢上拍照。裕勋龄也成为了清朝廷首位专职宫廷摄影师。

为慈禧拍照

镁光灯助力拍摄的慈禧太后照片。(网络图)

摄影发烧友都知道,耀眼白光拜镁光灯所赐,是镁粉与氢酸钾混合燃烧发出的。在反映近现代历史的影视剧中,类似裕勋龄拍照的情景时常出现。

惊吓慈禧太后的镁光灯是什么东西?除了镁光灯外,金属镁还有什么用途?科学家们是怎样发现镁元素的呢?……这些问题的答案的源头,在250多年前的英国。

寻镁接力赛

1755年,英国化学家约瑟夫·布莱克(Joseph Black)在研究一种叫碳酸盐岩的化石,加热碳酸盐岩后,发现会生成含杂质的石灰石,这种石灰石里有一种叫苦土的东西。英、法等国医学家用苦土来治疗疾病。

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苦土(网络图)

欧洲的科学家普遍认为苦土是不可再分的物质,但布莱克例外。某次研究化学元素的实验时,他发现苦土接近火苗发出白光。这让他更加坚信苦土不是单质而是化合物。他查阅了很多资料,得知希腊一个叫Magnesium (美格利亚)的城市盛产苦土,古罗马人把这种用来治病的矿物称为“美格尼西•阿尔巴(magnesia alba,汉译即白色的美格利亚)”。由于各种原因,布莱克未能继续研究苦土。不过,他把自己的发现结果写进论文并公开发表。

转眼到了1892年,英国化石研究者安顿·鲁普雷希特偶然间读到布莱克的论文,就动手做了一个实验:通过加热苦土和木炭的混合物,得到一种未知金属。由于未知金属的量非常少,而他又忙着研究其它元素,此事便不了了之。

7年后的1899年,一位名叫托马斯·亨利(Thomas Henry)的科学家在论文中称,海泡石接近火苗会发出强烈白光,它可能与苦土含有同一种未知金属元素。但是他的设想没有实验作支撑,论文未引起科学界的重视。

海泡石

海泡石(网络图)

分离与命名

元素的发现,与电池的发明紧密相连。电池问世后,化学家们把它运用到实验中,作为分解化合物的有力武器,加快了元素发现的速度。

英国大科学家汉弗里·戴维开辟了用电解法制取金属元素的新途径。1808年,他通读以前的化学资料后,对布莱克和亨利论文提到的未知金属产生了浓厚的兴趣,决心通过电解法找出它。

戴维把苦土与汞混合在一起,再放进伏打电池中。通电后,他得到汞与未知金属的混合物。最后把汞蒸馏,得到一种银白色的未知金属。点燃这种未知金属,立刻发出强烈的白光。

镁在空气中燃烧,发出白光。

镁在空气中燃烧,发出白光。(网络图)

“这是一种未知的金属元素!”戴维禁不住叫出声来。接着,为抢占发明权,具有丰富经验的戴维决定为未知的金属元素命名。既然Magnesium盛产苦土,而苦土又是未知元素的主要来源,何不用Magnesium来命名呢?于是,他发表论文,把这种元素称为Magnesium,简称为Mg。多年后,元素周期表传入中国,Mg译成中文“镁”。

戴维在论文中还提到金属镁的两种化合物的化学构成,苦土其实是氧化镁,海泡石其实是酸镁。

摄影显身手

话说镁元素虽被戴维发现并命名,但很长一段时间也没引起人们的重视。一是通过实验获得的量比较少,且含有杂质;二是科学家没真正弄清镁的用途。

1831年,法国科学家布鲁图斯·巴斯(Brutus  Bussy)用氯化镁与钾反应,终于制得大量的高纯度镁。由此,科学界拉开镁特性的研究之旅。

镁金属最先受到摄影师的青睐。原来,由于科学技术有限,早期的摄影师们一直为拍摄暗处的物体而头痛,因为运用自然曝光生成较暗物体的照片一般要30分钟以上。虽然后来科学家们把多种光源运用到摄影机中,还发明了氢氧焰燃烧制成的闪光灯,但拍摄较暗物体曝光也要5分钟,摄影技术提升一直没有实质性突破。

正在点燃镁粉火药的摄影师,场面十分壮观

正在点燃镁粉火药的摄影师,场面十分壮观。(网络图)

1859年,科学家依据“镁粉燃烧发出耀眼的白光”的原理,用燃烧的镁粉代替其它光源做成镁光灯。为了加快燃烧速度,科学家在镁粉里掺入强氧化剂氯酸钾,终于有效解决了拍摄较暗物体的问题。这种情况一直持续了100年。20世纪60年代氩光灯出现,镁光灯才淡出历史舞台。

于是这才有了前文慈禧太后拍照时被镁光灯惊吓的一幕。

用途超想象

步入20世纪,科学家们并没有停止研究和实验镁金属的其他特性。1934年,迈克勒姆( E·V·McCollum)把狗和其它动物进行试验,观察它们体内缺乏镁的反应。他把狗圈养起来,每天喂它不含镁或含镁量少的食物,如鸡蛋、火腿肠等;同时给狗灌一定量的酒,以排除其体内的少量镁。这样过了一段时间,狗表现出全身乏力、行走易摔跤等特点。

迈克勒姆再用老鼠、猴子等动物进行类似试验,终于得出“镁是人体必需元素”的结论。科学家们也进一步证实,镁具有调节肌肉与神经活动、增强耐久力的功能,并有助于防治心脏病、冠心病和糖尿病等。

科学家经过研究,还发现镁具有切削性强、密度小、易于回收等优点,镁及其合金被运用于汽车行业,有效实现了节能减排、降低污染的目的。据统计,欧洲汽车制造中,镁用量占了总消耗量的14%以上。未来,从环境保护方面看,镁及其合金前途无量。

镁的用途

镁的用途广泛。(网络图)

此外,镁及其合金还被运用作轻型结构材料及3C产品(计算机、通讯、消费类电子产品)的外壳。各国对镁及其合金的生产和开发都非常重视。我国“十二五”计划也明确提出“充分利用我国镁资源优势,顺应节能和低碳经济的总趋势……提高镁材料技术水平,推动镁合金应用快速发展”的要求。相信随着科学的发展,这种科学家花半个世纪发现、曾经惊吓慈禧太后的“镁”丽元素,定会为人类做出更多更大的贡献。

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【参考资料】

1、论文《镁合金应用前景及相关表面处理技术》,作者苏焕超。

2、论文《镁的性质与镁的制法》。

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