奇妙缤纷“铬舞会”
Chrome's Wonderful Party
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第一联系人: § 2017级本科生
收稿日期: 2020-07-10 接受日期: 2020-07-23
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Received: 2020-07-10 Accepted: 2020-07-23
通过拟人化舞会场景的设置,介绍铬及其化合物的相关性质和应用。
关键词:
Through the setting of anthropomorphic dance scene, the properties and applications of chromium and its compounds are introduced.
Keywords:
本文引用格式
戴玮璇, 张来英, 朱亚先.
Dai Weixuan.
有人轻轻拍了拍他的肩膀。
他转过头,映入眼帘的是一座堂皇富丽的大厅。
“这里是铬国王与王后举办的舞会现场,先生。”拍他肩膀的人提醒道,“舞会就要开始了。”
1 序曲
“铬?”他打量着四周,这才发现大厅帷幔莫名的熟悉,有些像老师课上讲过的卢瑟福提出的原子结构模型。他数了数,24个小行星绕着一个中心缓缓运动着。
一位有着银白色眼睛和头发的少女走过来:“我是24号元素铬,住在元素王国第4周期、VIB族。”
她轻轻提起银白色的波浪般的裙摆,向他行了一个屈膝礼:“请允许我带您参加这一场舞会吧。”
“1797年法国化学家沃克兰在西伯利亚红铅矿中发现了我们。”她悠悠地转了一圈,“1798年,他给我们命名为铬,来自希腊语,意为颜色。”
他有点困惑:“颜色?可是你们好像只有一种颜色……”他看向大厅中站着的铬小姐们——那实在很好认,她们都穿着美丽的银白色的礼服。
少女回答道:“先生莫急,等参加完舞会,您自然就会明白了。”
正说着,人群鼓起掌来,原来是铬国王与王后来到了大厅。国王举起银白色的权杖,在透明的地面上划下一个个巨大而神秘的图案:“我宣布,舞会开始!”
他蹲下来摸了摸地面,惊讶道:“地面是玻璃,铬这么容易就能在玻璃上画画吗?”
“那当然了!”少女骄傲地说道,“我们可是世界上最硬的金属!你知道莫氏硬度吗?我们有8.5哦!因此,本小姐经常被镀在其他金属的表面作为保护层呢!”
侍从补充道:“铬小姐的用途可广泛啦。由于她机械强度好,且有抗腐蚀性能,钢铁合金中常有她的身影。比如您日常生活中经常用到的不锈钢,有很好的耐热性、耐磨性和耐腐蚀性,这其中铬小姐的贡献可不小哦!她在不锈钢中的含量可达20%左右呢[1]。还有,您生活中经常见到的光亮的物体,比如门把手,就是镀铬层哦……”
2 色彩缤纷
四下响起了悠扬的乐曲声,铬小姐挽着有不同浓度的酸先生、碱先生等众多化学界名流,随着乐声的节拍跳起探戈。突然间一个转身,她们的裙子全都变了颜色!有深邃的灰蓝色、类似潮水的灰绿色、像天空的蓝绿色,还有亮绿色、紫色、橙红色、柠檬黄色……像是无数道交织在一起的彩虹,缤纷而绚丽,直叫他眼花缭乱。
他挠挠头,羞赧而不解道:“我一直以为金属的颜色就是银白色,很单调,没想到色彩这么丰富。”
默默跟在他身后的侍从说:“铬是副族元素,d轨道上的电子未充满,二价铬、三价铬离子的电子吸收可见光发生d–d跃迁,呈现蓝色、绿色等不同的颜色;虽然六价铬没有d电子,但有效核电荷大,可以发生荷移跃迁,呈现黄色、橙色。”
看着满脸惊奇的他,少女指着身着五彩裙子的铬离子小姐们,问道:“猜猜看,这几位姐姐是几价铬?”
“二价?三价?”他猜道。
“我们都是三价铬哦。”铬小姐们笑开了,“神奇吧!我们和不同离子一起,会显现出不同的颜色哦。硫酸铬是红棕色的,硝酸铬是绿色的,氯化铬是紫色的[1]……”
少女看着他听得入神:“还有啊,三价铬盐和水姐姐是好朋友,她们和水姐姐一起时色彩缤纷。比如,硫酸铬小姐独舞时穿的是棕红色的裙子,和六个水姐姐一起时呈现出美丽的绿色,如果拉上十八个水姐姐就变成漂亮的紫色啦[2]……”
“好神奇!”
他的眼睛又被铬小姐们佩戴的饰品深深地吸引了,祖母绿、翡翠、翠榴石、沙弗莱石、碧玺、红宝石……光彩夺目。
铬小姐被他看得有点不好意思,说不出话来。
红宝石说:“我们原本是无色透明的,美丽的铬姐姐的到来才带给我们这么鲜亮的迷人色彩。”
“这是因为舞伴们的性格、结构不同,带来的能量差不同,铬小姐电子跃迁吸收的能量不同,呈现的互补色就不一样啦。”少女补充道。
“咦,”他似乎又发现了新大陆,“怎么有几位铬小姐的裙子好像没有变颜色?和她们跳舞的是谁?”
“那几位是浓硫酸、浓硝酸和王水先生。”侍从轻声说道,“铬小姐和这类强氧化性酸在室温下不会发生明显的反应,这种现象叫做铬的钝化。”
还没等他回过神来,大厅中央出现了一位亭亭玉立、穿着红色长裙的三氧化铬小姐,舞台一侧走来了穿着白色礼服的氢氧化钠先生,另一边水姐姐也朝大厅缓步走来。
三人手一拉,现场沸腾了起来。红色的长裙染上了斑斑点点的橙色和黄色,渐渐地,色块越来越大,变成黄色,裙边甚至缭绕着棕黄色缥缈的雾气。
他看得云里雾里,不得其解。
就在这时,身着绿色和棕黑色礼服的二位妹妹从他们身边走过。
“这位是?”
“是三氧化二铬和二氧化铬姐妹。”侍从低声告诉他。
3 舞会的主角
一位穿橙红色套裙的小姐姗姗来迟。
“这位是铬家族的掌门大小姐——重铬酸钾,大家叫她‘红矾’姐。”侍从适时地告诉他。
“各位,抱歉,我来迟了,一位酒后驾车的帅哥把我给耽搁了……”红矾姐向大家招了招手。
少女看出了他心中的不解:“红矾姐个性刚强,她能将乙醇氧化成乙酸,颜色由橙色变绿色,改变十分明显。人类用她的这一特性来判断司机是否酒后驾车。”
“噢,原来如此。”
“红矾姐旗下的公司做跨国贸易,产品主要分为两大类:铬酸盐与重铬酸盐,被广泛应用于基准物质、颜料等,油漆、油墨、橡胶与陶瓷也都有她们的身影,产品遍布世界各地呢!”
“下面由红矾姐给大家表演她的拿手好戏。”主持人说道。
只见红矾姐施施然来到舞台中央,牵起氢氧化钠先生的手,伴着节拍轻轻旋转,她的橙红色的裙子变成了黄色;一曲罢,她交换了一位舞伴,与酸先生共舞,翩然舞动中,飘飞的裙裾又恢复成了橙红色。
“这是六价铬在不同介质的奇妙存在形式。”少女在纸上写下了方程式:
一曲终了,人群围成一圈,一位和红钒姐穿着同样橙红色裙子的少女,将为大家表演一个“火山爆发”的小魔术。只见她将喷灯对准自己的裙摆的一角,开始把它点燃。
“哇!”他惊叫道。
少女微笑着说道:“那是重铬酸铵——红钒姐的妹妹。注意看,奇迹就要发生了!”
只见她漂亮的裙子,从下摆开始燃烧起来,嘶嘶作响,暗绿色的固体从燃烧处被气体冲起来,像火山爆发一样,源源不断地洒落并覆盖在裙摆上。
他惊奇地拍起了手。
“这表现了重铬酸盐的不稳定性,六价铬直接氧化铵根离子,生成绿色的三氧化二铬固体和氮气。”少女解释着并写下了反应的方程式:
他挠了挠耳朵:“想起来了,老师上课时有讲过……”
圆舞曲又响起来,铬小姐们再次与舞伴跳起舞来,舞会现场五颜六色,不断变幻着——橙红、橙黄、黄、黄绿、绿、蓝绿、蓝、紫……
4 水中芭蕾
“我领你去水下舞场看看吧!”于是,他们钻进一个透明的泡泡,游走在水中。
只见双氧水款款而至,乙醚先生也快步走来,硫酸先生请来了红矾姐,四个人手拉手跳起了水中芭蕾。乙醚先生体态轻盈,浮在水上像铺了一层无色透明的水毯,红矾姐和双氧水钻了进去,就像被施了魔法似的,无色透明的毯子一下子变成了蓝宝石色。
而他们刚刚经过的水相却变成了灰绿色,还不停地冒着气泡。他们在气泡的推动下摇曳着,更像是一个个舞动的小天鹅。
他被深深地吸引了。
少女道:“重铬酸钾和过氧化氢在酸性环境中发生过氧链转移,生成了宝蓝色的过氧化铬。过氧化铬虽然美丽,但是性格暴躁,只有乙醚、戊醇先生等有机溶剂可以使她安静下来。”
“可是,为什么水中是灰绿色的呢?气泡又是什么呢?”
“过氧化铬不喜欢水先生,在水中就会大发脾气,把双氧水的电子抢过来,生成三价铬离子与氧气。”
“可是,美丽的红钒姐不见了。”他遗憾地说。
这时,氢氧化钠先生走过来,“莫急,莫急!”他转身跃入水中,拉起了三价铬离子与双氧水,说变就变,灰绿色的溶液转变为黄色。
“你看,双氧水也不示弱,在氢氧化钠先生帮助下,又把电子夺回来了,铬又回到六价喽。现在考考你,下一步如何把红钒姐重新请出来?”
他脑子里浮现出刚才红钒姐的表演,“看我的!”他一边说着一边游过去,把氢氧化钠先生推上岸,然后跃起来把酸先生拉下水,于是,红钒姐笑盈盈地又回来了。
“我能试着和红矾姐一起跳舞吗?”
“恐怕不行。”少女道。
载着他们的气泡慢悠悠地上升,带他们走出了水下会场。
5 亦正亦邪
走出水下会场,他们拐入一条长长的走廊。走廊两边的墙壁上,是截然不同、格格不入的两幅画面。左边是人类从出生到成长,神采奕奕,飞禽走兽自由自在,生机勃勃;而右边,则是成吨的废水、废渣倾倒,污染了水源,大批牛羊死亡,人们居住的村庄也变成了“癌症村”,触目惊心。
“这是……?”他问道。
少女意味深长地说道:“这就是铬的两面性,是一把锋利的双刃剑。所以,刚才我不让您与她们跳舞。”
“人类为什么制造那么多含铬的废水和废渣呢?”
“那是因为铬的用途广泛啊。”少女得意地继续说。
“铬的光泽度好,抗腐蚀性强,硬度大,熔、沸点都非常高,极耐磨损,广泛用作电镀保护涂层。它的化合物也应用在我们生活的方方面面:氧化铬是铬绿,铬酸铅叫铬黄,作为颜料人们已经使用了很多年;铬氧化物的铁磁性质使它在记录磁带制造业占有重要地位;重铬酸钾和重铬酸钠既用来制备铬酐、其他铬盐和铬黄颜料,也用于制造安全火柴、烟火、炸药、油脂漂白剂等;而铬钾矾则广泛用于皮革鞣制和染色。”
侍从看着展现铬污染的那一面墙壁,喃喃道:“早年间啊,铬污染事件时有发生。污染源主要来自生产加工含铬化合物时排放的铬渣,金属电镀、皮革鞣制、印染等生产也会排放出大量含六价铬的废物。若不好好处理,就会发生这样惨痛的事件,无数生命都会受到不可逆的伤害啊。”
“好在近些年来,六价铬的污染治理已经有很多方法,如化学法,包括化学沉淀法——通过氧化还原、离子置换、络合反应等反应使水体中的铬产生沉淀而去除;氧化还原法——通过投加还原性试剂将六价铬还原成三价铬,再控制pH沉淀,加热制备出铬绿;铁氧体法——使铬离子形成铁氧体沉淀析出等;又或者是利用离子交换法,根据废料中铬的存在形式,利用相应的阴阳离子交换剂对铬进行离子交换[5]。这样既处理了铬污染,又得到了有用的物质,变废为宝,使铬更好地在生活中发挥它的长处,展现它的光芒。”
少女接过话头:“是呀,铬小姐正和人类友好合作,富铬酵母(铬酵母)的开发利用就是一个很好的例子。铬酵母可以指导糖尿病患者合理摄取铬微量元素,是目前最安全、最有效的方法。”
说着说着,他们又转回到了舞会大厅。
三价铬小姐和三个吡啶甲酸正在一起舞蹈,形成了玫瑰红色结晶状的吡啶甲酸铬。
“吡啶甲酸铬是稳定的络合物,是脂溶性的,可顺利通过细胞膜直接作用于组织细胞,是动物的好朋友,很容易被动物吸收哦。她可调节血糖,增强胰岛素活性,改善人体糖代谢,从而预防和改善糖尿病乏力、多尿、口渴等症状,可防止糖尿病合并症的产生呢[6]。”
少女真是位博学多才的神奇女神。
舞会结束了,各种神奇变幻吸引着他的眼睛,但其中隐含的知识更是牵动了他的心……
参考文献
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