銫金屬的發(fā)現(xiàn)與用途
化學先生 / 2019-05-20
1860年，德國化學家本生和基爾霍夫在對礦泉水進行研究時，先分出鈣、銀、鎂、鋰等元素后，將母液在火焰上，用分光鏡進行光譜分析時，發(fā)現(xiàn)其焰光有兩條不知來源的藍線，他們證明是一種新元素。
.jpg "銫金屬的發(fā)現(xiàn)與用途")
20年后1881年，同樣是德國化學家的塞特貝格首次用電解法分離出金屬銫。新元素被命名為 Caesium(絕)，源自拉丁語“天空的藍色”之意。如果有人問，自然界里最軟的金屬元素是什么?你可以這樣回答，就是最軟的金屬，它甚至比石蠟還軟。
銫具有活潑的個性，它本來披著一件漂亮的銀白色的“外衣”，可是一與空氣接觸，馬上就換成了灰藍色，甚至不到1分鐘就自動地燃燒起來，發(fā)出攻瑰般的紫紅色藍色的光輝;把它投到水里，會立即發(fā)生強烈的化學反應，著火燃絕原子結構圖燒，有時還會引起爆炸。即使把它放在冰上，也會燃燒起來。正因為它這么地“不老實”，平時人們就把它“關”在煤油里，以免與空氣、水接觸。
最有意思的是，銫的熔點很低，很容易就能變成液體。一般的金屬只有在熊熊的爐火中才能熔化，可是銫卻十分特別，熔點只有28.5℃，除了水銀之外，它就是熔點最低的金屬了。大家都知道，我們?nèi)梭w的正常溫度是37℃，所以把絕放到手心里，它就會像冰塊掉進熱鍋里那樣很快地化成液體，在手心里滾來滾去。
在自然界里，銫的分布相當廣泛，巖石、土壤、海水以至某些植物機體到處都有它的“住地”?？墒墙^沒有形成單獨的礦場，在其他礦物中含量又少，所以生產(chǎn)起來很麻煩。一年下來，生產(chǎn)出的銫很少，“物以稀為貴”，現(xiàn)在銫比金子還貴。用銫可以做成最準確的計時儀器一一原子鐘。一說到鐘，你們自然明白這是一種計量時間的工具。人類的生活和生產(chǎn)活動離不開計時，想想看，如果有一天起床后，世界上所有的鐘表都不翼而飛了，世界會變成什么樣子呢?
過去，人們確定時間都拿地球的自轉作為基準。地球是個天然的計時器，它每晝夜繞軸自轉一周，寒來暑往，年年如此。人們把地球自轉1周所需要的時間定為1天24小時，它的1/86400就是1秒，秒的時間單位就是這樣來的但是，后來人們發(fā)現(xiàn)，由于潮沙力等許多因素的影響，地球不是一個非常準確的“時鐘”。它的自轉速度是不穩(wěn)定的，時快時慢。雖然這種快慢的差別極小，但累計起來，誤差就很大了。
有沒有一種更準確的計時儀器呢?人們開始打破舊的傳統(tǒng)習慣大的一頭不行，往小的一頭探素。人們發(fā)現(xiàn):銫原子的第六層，即最外層的電子繞著原子核旋轉的速度，總是極其精確地在幾十億分之一秒的時間內(nèi)轉完一圈，穩(wěn)定性比絕原子鐘圖地球繞軸自轉高得多。利用銫原子的這個特點，人們制成了一種新型的鐘銫原子鐘，規(guī)定1秒就是銫原子“振動”9192601770次(即相當于銫原子的最外層電子旋轉這么多圈)所需要的時間。這就是“秒”的最新定義。
利用銫原子鐘，人們可以十分精確地測量出十億分之一秒的時間，300年來積累起來的時間總誤差不超過5秒，精確度和穩(wěn)定性遠遠地超過世界上以前有過的任何一種表，也超過了許多年來一直以地球自轉作基準的天文時間。
人類創(chuàng)造性的勞動得到了收獲。大家知道，在我們?nèi)粘Ｉ罾铮灰滥?、月、日以至時、分、秒就可以了。但是現(xiàn)代的科學技術卻往往需要精確地計量更為短暫的時間，比如毫秒(1/1000秒)、微秒(1/10000秒)等。有了像銫原子鐘這樣一類的鐘表，人類就有可能從事更為精細的科學研究和生產(chǎn)實踐，比如對原子彈和氫彈的爆炸、火箭和導彈的發(fā)射以及字宙航行等，實行高度精確的控制，當然也可以用于遠程飛行和航海。為了征服宇宙，必須有一種耕新的、飛行速度極快的交通工具。一般的火術、飛船都達不到這樣的速度，最多只能神出地月系;只有每小時能飛行十幾萬千米的“離子火箭”才能滿足要求。
有的人可能會問:我們只知道原子、分子，怎么又出來一個離子?離子是什么呀?簡單說吧，大家都知道正常的分子、原于等粒子是電中性的，表現(xiàn)不出帶有什么電荷;而離子卻是帶電(正電或負電)的粒子，分子、原子等帶一電荷就成了離子(正離子或負離子)。前面我們已經(jīng)說過，銫原子的最外層電子極不穩(wěn)定，很容易被激發(fā)放射出來，變成為離子火箭帶正電的絕離子，所以是宇宙航行離子火箭發(fā)動機理想的“燃料”。絕離子火箭的工作原理是這樣的:發(fā)動機開動后，產(chǎn)生大量的絕蒸氣絕蒸氣經(jīng)過離化器的“加工”，變成了帶正電的銫離子，接著在磁場的作用下加速到150千米/秒，從噴管噴射出去，同時銫離子火箭以強大的推動力，把火簡高速推向前進。
計算表明，用這種銫離子作宇宙火箭的推進劑，單位重量產(chǎn)生的推力要比現(xiàn)在使用的液體或固體燃料高出上百倍。這種絕離子火箭可以在字宙太空游一兩年甚至更久!
.jpg "銫金屬的發(fā)現(xiàn)與用途")
閩ICP備15011996號-4
|
閩公網(wǎng)安備35040002000218號
|
