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黃金珠寶首飾與化學

作者:王摩爾
黃金珠寶首飾與化學

一、玻璃

玻璃最美妙的特性是透明,不生鏽、抗腐蝕,這些優點是其他材料,如各種優良的金屬、磚石及木材等望塵莫及的。從埃及古墓中發掘出來的玻璃項珠,在地下埋了四千多年,至今仍然像當年制成的那樣閃耀着美麗的光澤。

玻璃的主要成分是石英石即二氧化矽(SiO2),它十分堅硬,此外,它具有透明的特性,它被廣泛用作窗玻璃、光學儀器玻璃,以及各種化學和生活容器。

人們在化學上的各種實驗,總希望能直接看到容器内的化學反應,這隻有玻璃才能勝任,因為它透明,而且還能抗各種化學物質的腐蝕。一般的金屬遇到酸就要發生化學反應,連最穩定的“金屬之王”的金子,在遇到由硝酸和鹽酸混合成的“王水”時,也被馴服而溶解了。唯獨玻璃不怕鹽酸、硫酸、硝酸甚至王水的侵蝕。隻有苛性堿才能略微腐蝕玻璃的一層表皮。是以玻璃成了化學家的寵兒,甚至成了化學家的“玻璃試管專家”。

玻璃雖易碎,但卻很硬,它承受的壓力遠遠超過了生鐵。有人做過這樣的實驗;在同樣大小的生鐵塊和玻璃塊上加壓重物。當重量達到一百斤時,生鐵塊就被壓碎了,而玻璃卻安然無恙。一直加壓到一百八十斤以上時,玻璃塊才破碎。

面對這樣堅硬的脾氣,我們用普通鋼材做的刀、剪、錐、鋸都不能動他分毫,隻有用進階合金鋼做的刀和金鋼砂輪才能在玻璃上刻劃出痕迹來。

玻璃這樣堅硬,我們怎樣才能友善地在上面加工出各種美麗的花紋呢?我們不用着急,正如俗話說的那樣:鹵水點豆腐,一物降一物"。有一種酸----氫氟酸,這種化學物質卻能輕易地降服堅硬的玻璃,而能在玻璃上“雕刻”出美麗的花紋、人物等各種圖案,真可謂一個“雕花”能手。

氫氟酸為什麼具有這麼巨大的本領呢?

原來,氟是最活潑的非金屬元素。氟和氫能輕易地結合生成氫氟酸。氟幾乎能和所有的元素發生反應,氫氟酸繼承了它的秉性,也具有了很強的腐蝕性,能和大多數金屬、非金屬發生反應。

當氫氟酸遇到玻璃時就會和玻璃的化學成分發生化學反應:

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O

玻璃中的主要成分二氧化矽與氫氟酸發生反應,生成了能揮發的四氟化矽氣體和水,于是玻璃被腐蝕,成為毛玻璃,這也就是雕花的秘密。

美麗的玻璃花就成了一門工藝點綴了人們的生活。

如果人們要制造量筒、量杯上的刻度時,隻要先将量筒放在溶化了的石蠟中浸一下,再用力刮去刻度位置上的蠟,再塗上氫氟酸(或放在氟化氫氣體中)進行腐蝕。由于氫氟酸不能與石蠟發生化學反應,被腐蝕的隻是量筒上刻去石蠟的玻璃,是以等脫去多餘的氫氟酸和石蠟後,量筒等儀器上便會顯出蝕成的刻度線來,于是量筒便制好了。

由于氫氟酸會腐蝕玻璃,是以氫氟酸不能儲放在玻璃瓶内,而要放在聚乙烯塑膠瓶中,我們在做實驗時,可将它放在銅制的器皿中。因為銅制的器皿經氫氟酸腐蝕後會在表面生成一層氟化鉛PbF2,保護鉛不再被腐蝕。

我們要注意,氫氟酸有毒,實驗一定要有通風的條件。

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二、常見珠寶的化學成分

珠寶是珍珠與寶石的總稱。珍珠是砂粒微生物進入貝蚌殼内受刺激分泌的珍珠質逐漸形成的具有光澤的美麗小圓體,化學成分是碳酸鈣及少量有機物,除作飾物外,還有藥用價值。

寶石一般來說是指,凡硬度在7度以上,色澤美麗,受大氣及藥品作用不起化學變化,産量稀少,極為寶貴的礦物。

性優者如:金剛石、鋼玉、綠柱玉、貴石榴石、電氣石、貴蛋白石等;

質稍劣者如:水晶、玉髓、瑪瑙、碧玉、孔雀石、琥珀、石榴石、蛋白石等。

現對一些常見寶石的化學成份介紹如下:

金剛石

亦名金剛,俗稱金剛鑽、鑽石或水鑽,成分為C,是碳元素的一種同素異形體,常為無色透明,硬度為10,是礦物中最硬的。人工制造的又叫人造金剛石。

剛玉

透明晶體,硬度為9,僅次于金剛石,主要成分為Al2O3,有無色、紅色、藍色、星彩的。無色透明的也叫白玉;含Ti4+或Fe2+、Fe3+呈藍色的叫青玉,也叫藍寶石;含Cr3+呈紅色的叫紅玉,也叫紅寶石;呈現星彩的又叫星彩寶石。

綠柱石

亦稱綠玉、綠寶石。透明至半透明晶體,硬度為7,多為翠綠、淡綠、亦有無色或藍、黃、白、粉紅色者,主要成分為3BeO•Al2O3•6SiO2。其中,含CrO3呈翠綠者叫綠柱玉,又叫翠玉或祖母綠;含鐵呈透明藍色的叫海藍寶石;含铯呈玫瑰色者叫玫魂綠柱石。

黃玉

亦名黃晶,外形類似水晶,常為黃色,透明,硬度為8,主要化學成分為Al2SiO4(F,OH)2。

硬玉

與軟玉通稱為玉,成分為NaAl(SiO3)2,結晶或緻密塊狀,有濃綠、淡綠或白色,綠色者常名翡翠,略透明,硬度為6.5~7,較軟玉難溶解。軟玉的成分為Ca(Mg,Fe)3(SiO3)4,硬度為5.5~6。

石榴石

是一熒矽酸鹽,成分不定,有以下式子:3RO•R2CO3•3SO2,其中R代表鈣、鎂、鐵或錳,又代表鋁、鐵、鉻或钴,硬度為6.5~7.5,透明至微透明,時或光性異常,呈雙折射現象,色澤一般美麗。組成為Fe3Al2Si3O12者名為貴石榴石,常為血紅或粉紅,外觀略帶黑色。

蛋白石

含水、二氧化矽,硬度遜于石英,表面常呈葡萄狀,有白灰、黃褐等色,光澤似脂肪或珍珠,不透明至微透明。若為美麗乳房狀,常呈紅或綠色,光澤強,剖面能顯各種美色之反光者,常稱為貴蛋白石。

水晶

六方柱狀純石英晶體,無色透明,折射率大,其含有機構而顯煙陶色者叫煙水晶(俗名茶晶),顯黑者為黑煙水晶(俗名墨晶)。含氮的有機物呈褐色或黃色者叫褐石英或黃水晶。含錳而色紫者叫紫水晶。

玉髓

透明或半透明,成分為SiO2,硬度為7。有肉紅、淡紅、濃綠、血紅等,不透明者即為瑪瑙。

碧玉

是由矽質物質沉積而成,化學成分為SiO2,并含Fe2O3,因含有鐵質,故常呈各種顔色。其濃綠者極似濃綠玉髓,質緻密不透明,

琥珀

成分為碳氫化合物(C10H16O),非晶體,透明至半透明,有赤褐等色,硬度為2~2.5,摩擦能生電。

孔雀石

成分為Cu2(OH)2CO3,由含銅礦物受碳酸及水的作用而形成,光澤似金剛石,色翠綠,間有呈孔雀尾之彩絞

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三、真金辨識

随着人們生活水準的不斷提高,穿戴金飾品的人越來越多了,購買時,人們總想買純一點的,全純的叫足金即真金。

真金金光閃閃,沉甸甸,比重19.3(克/厘米3),不怕腐蝕,千百年後其色紋絲不變。

真金雖然閃閃發光,但閃金光的不一定是真金,如愚人金和人造仿金(如氮化钛等。)

愚人金是指能閃耀金黃色的黃鐵礦(FeS2)或黃銅礦(CuFeS2)的礦石,它們常以迷人的姿色愚弄缺乏礦物知識的人而得其诨名。

愚人金、仿金跟真金色澤無二,真假難辨。但它們一碰到試金石,其“廬山真面目”便暴露無遺。試金石不過是自然界極普通的石頭,色呈灰黑,狀如鵝蛋大,因久經風化逐成鵝卵狀。檢驗時,隻要把受試物在試金石上一劃,便原形畢露:黃鐵礦劃出的條痕是黑色的;黃銅礦劃出的條痕是墨綠色的;而真金呢?在試金石上留下的劃痕,再出其“廬山真面”金黃色。

“金無足赤”。天然黃金尚且不盡絕對純,更何況黃金稀貴,是以,不少金飾品都是在金裡添加一些銅、銀,把它做成合金。人們選購時,這就面臨一個如何鑒定黃金的純度,确定其成色(含金量)的問題。

憑借試金石的“火眼金睛”,不僅能分辨黃金的真僞;還能識破黃金的優劣(以“K”為機關,以24K…100%為優;18K…75%為次;12K…50%為劣)這是因為不同成色的金飾品,顔色稍有差别。

人們事先按比例精制出不同含金量的标準金條,一一在試金石上劃出确知含量的色痕,再拿待測的金飾物在同一試金石上劃痕,兩相比較,最後由經驗豐富的行家判定成色。此法簡單易行,但有一定的誤差,必須尋找更精确的方法,選用“目光更為敏銳”的儀器。

随着科學技術的發展,國外已發明一種雷射試金儀。把雷射束照射金、合金或仿金,分别化為蒸氣,顯現不同光譜線及其強度,進而甄别無誤,操作簡捷,也不用擔心損耗黃金,檢驗時,用雷射打的痕迹比針尖還小,樣品損失不足十億分之一克,真是微乎其微,頗受顧客和珠寶商的歡迎,這種撩開形形色色“廬山真面”的金飾品的儀器,堪稱名副其實的“試金石”。

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四、形形色色的鍋

廚房裡有各種各樣的鍋:煮飯鍋、炒菜鍋、蒸鍋、高壓鍋、奶鍋、平鍋……,不過,從制造的原料來看,一般隻有鐵鍋和鋁合金鍋這兩種。

過去,人們還使用過銅鍋。人類發現和使用銅比鐵早得多,首先用銅來做鍋,那是很自然的。在出現了鐵鍋以後,有的人還是喜歡用銅鍋。銅有光澤,看起來很美觀。在金屬裡,銅的傳熱能力僅次于銀,排在第二位,這一點勝過了鐵。用銅做炊具,最大的缺點是它容易産生有毒的鏽,這就是人們說的銅綠。另外,使用銅鍋,會破壞食物中的維生素C。

随着工業的發展,人們發現用銅來做鍋實在是委屈了它。銅的産量不多,價格昂貴,用來做電線,造電機,以至制造槍炮子彈,更能發揮它的特點。于是,鐵鍋取代了銅鍋。

在農村,爐竈上安的大鍋是生鐵鑄成的。生鐵又硬又脆,輕輕敲不會癟,使勁敲就要碎了。熟鐵可以做炒菜鍋和鐵勺。熟鐵軟而有韌性,磕碰不碎。鐵鍋的價格便宜。三十多年前,在廚房裡的鍋,幾乎全是鐵鍋。鐵鍋也有它的缺點,比較笨重,還容易生鏽。鐵生鏽,好像長了癫瘡疤,一片一片地脫落下來。鐵的傳熱本領也不太強,不但比不上銅,也比不上鋁。

現在廚房裡的用具很多都是鋁或鋁合金的制品,鍋、壺、鏟、勺,幾乎全是鋁合金的。但是,在一個世紀以前,鋁的價格比黃金還高,被稱為“銀白色的金子”。

法國皇帝拿破侖三世珍藏着一套鋁做的餐具,逢到盛大的國宴才拿出來炫耀一番。發現元素周期律的俄國化學家門捷列夫,曾經接受過英國皇家學會的崇高獎賞—— —隻鋁杯。這些故事現在聽起來,不免引人發笑。今天,鋁是很便宜的金屬。和鐵相比,鋁的傳熱本領強,又輕盈又美觀。是以,鋁是理想的制作炊具的材料。

有人以為鋁不生鏽。其實,鋁是活潑的金屬,它很容易和空氣裡的氧化合,生成一層透明的、薄薄的鋁鏽——三氧化二鋁。不過,這層鋁鏽和疏松的鐵鏽不同,十分緻密,好象皮膚一樣保護内部不再被鏽蝕。可是,這層鋁鏽薄膜既怕酸,又怕堿。是以,在鋁鍋裡存放菜肴的時間不宜過長,不要用來盛放醋、酸梅湯、堿水和鹽水等。

鋁合金是在純鋁裡摻進少量的鎂、錳、銅等金屬冶煉而成的,抗腐蝕本領和硬度都得到很大的提高。用鋁合金制造的高壓鍋、水壺,已經廣泛在市場上出賣。近年來,商店裡又出現了電化鋁制品。這是鋁經過電極氧化,加厚了表面的鋁鏽層,同時形成疏松多孔的附着層,可以牢牢地吸附住染料。是以,這種鋁制的飯盒、飯鍋、水壺等,表面可以染上鮮豔的色彩,使鋁制品更加美觀,惹人喜愛。

鋁鍋也有它的壞處,吃多了鋁,容易得老年癡呆。是以大家最好用不鏽鋼的鍋。

在農村裡還很流行用鉛壺裝酒。大家千萬要注意,如果吃了以後先會肚子疼,去醫院醫生很可能看不出你的病因。其實這就是所謂的“鉛中毒”。

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五、石墨的妙用

誰都知道,鉛筆是用來寫字的,但它另有一絕招——能醫鏽鎖。

生鏽的鎖打不開,在進鑰匙的孔内加一點鉛筆芯粉末,往往就能打開鏽鎖。

鉛筆芯怎麼會有這種絕招呢?原來,鉛筆芯裡含有石墨,而石墨有潤滑性。用手摸摸鉛筆芯的粉末,會有一種滑膩的感覺。是以,鉛筆芯能潤滑鏽鎖。

石墨熔點很高,達三千多度。作為潤滑劑,它特别适用于在高溫狀态下工作的機器。在高溫下,一般機油會分解,然而,石墨卻“安然無恙”,繼續發揮潤滑作用。

有一種軸承,它在成型時加進了石墨粉。這種軸承能長期工作而不必加油滑潤,它自身有石墨在起潤滑作用。這是多麼巧妙的軸承啊。

在直升飛機機艙的門紐上,已經大量使用新型高精度的純石墨軸承。這種軸承既耐低溫又耐高溫,特别令人驚歎的是,在真空條件下,它仍能保持良好的潤滑性。

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