【元素家族——连载186】五金之末——锡
发布时间 : 2024-08-26 06:22:02中国有“五金”的说法——金银铜铁锡,锡被列为五金之末。但实际上,人类利用锡比铁还早。锡在自然界多以锡石(二氧化锡)和黄锡矿(铜铁锡的硫化物)的形态存在,因为锡的熔点太低了,才232度,远远低于铁和铜,所以比铜铁更容易冶炼出来。在我国商代的殷墟里,曾经发现过成块的锡,还有锡制的戈,甚至有铜面镀锡的物件;此外,在古埃及第一王朝(公元前3200年)的坟墓中也发现过锡制器具,这都说明锡在青铜时代已经被人们熟知了。
【天然的、较好看的黄锡矿(左)和锡石(右)。】
青铜时代最早的一批青铜器中锡的含量不到2%,专家们推测这是古人无意为之,碰巧有锡和铜的矿物混合在一起(比如黄锡矿)。后来人们发现将锡掺入炼铜工艺中,可以让铜的熔点大幅降低,这可是一件天大的好事,要知道在古代,能源可是十分有限的,工匠通过种种设计才能达到当时的“高温”。
所以人类最早使用青铜,不仅是因为它坚硬,也不光是因为它耐用,更不是因为它好看,最主要是因为柴火有限,只能炼出这种低熔点金属。
【早期冶炼工艺,能降一度是一度。】
上一期提过,锡的弱点很明显,耐高温和低温性能都很差,单独用作材料力有不逮,只能和其他金属结合成合金使用,大多数锡都用来做了青铜。
但锡也有它的优点,它不易腐蚀,能长久保持银白色的金属光泽,所以《说文解字》中解释“锡,银铅之间也。”
前面提到商代人将锡镀在铜器表面,可能是为了美观,但铜毕竟不是一种易腐蚀的金属,实用价值不大。镀在铁器表面,保护易腐蚀的铁,才是正途。
镀锡薄板的技术最早掌握在波西米亚人(现捷克)手里,后散播到德国的萨克森地区。在当时,铁匠铺叫做黑作坊(blacksmith),而生产镀锡薄板的作坊叫做白作坊(whitesmith),足见这种金属在当时堪称黑科技之流了。
17世纪,一个英国人来到萨克森窃取了这项技术,将它带回英国。当时正好赶上了工业革命,镀锡薄板技术一下子散播开来,进行工业化生产,并远销全球。仅仅1805年,英国出口了5万件镀锡铁盒,而到了1860年,这个数字增长到了170万。
【1840年,英国特雷夫里斯特印铁制罐厂。】
这种好东西当然会流传到中国来,有人说它是从澳门进入国内的,所以根据澳门的英文名“Macau”得名“马口铁”;也有人说因为从西藏的马口地区输入中国而得名。
马口铁最主要用来做罐头的包装,这种包装绝不透光,保护维生素不受光化学反应的影响;密闭性好,有效防止氧化;而且由于微弱的电化学效应,会有微量的铁被氧化成二价铁离子进入食品内,帮助人们补铁。现在虽然铝罐越来越多,但马口铁的罐头仍有一定市场。
【美观耐用的马口铁罐头。】
锡的展性特别好,可以被打制成极薄的锡箔,用来包装香烟、巧克力、糖果等等。我们常说的“锡箔纸”最早真的是锡,现在基本都已经被铝取代了,但锡的金属光泽明显比铝更加光亮。
锡的延性却很差,无法被拉成很长的细丝,这又约束了它的用途。
【包装巧克力、糖果的锡箔纸,现在基本都是铝箔。】
上一集我们提到斯科特被焊锡坑的事情,为什么非要用锡来焊接呢?其实,这正是利用到锡的优点——熔点低,焊锡在各种管道连接和电子线路板里广为使用。
我们大学电子电路的实验课里,用小小的电热器就能够将锡加热至熔融,然后将一小块一小块电路焊接在一起,利用的就是锡熔点低的特性。
最早的焊锡用63%锡和37%铅的合金,由于铅对人体有害,现在禁止使用含铅的焊锡料,大多使用锡铜合金。
【电子线路板的连接大多数靠焊锡。】
小测试:
1, 下列金属哪个不属于我国的“五金”?
A) 金
B) 铁
C) 锡
D)铂
2, 五金之末——锡可以用到哪里?(多选)
A) 锡箔
B) 马口铁
C) 焊锡
D)青铜