元素发现史：彩色宝石世界里神奇的铬元素

众所周知，我们生活中的不锈钢杯子、饭锅、水龙头、医疗器械、手术刀、剪刀、针头等等都涂上了明亮的“克罗米”。此外，近年央视曝光的“毒胶囊事件”和“皮奶事件”也是产品中“cromet”含量超标导致人体中毒的原因。

克罗姆米是最硬的金属，在自然界中约占壳的1/10000，也是冶金、化工等领域的“大老板”。200多年前，一位细心的化学家花了三次时间找到了这种元素，最后在老师的帮助下给它命名。

矿石分析失败了两次。

路易斯·尼古拉斯·沃克林是18世纪末19世纪初法国著名的科学家。1795年秋天，一个朋友送了一颗红色矿石给他，他当时是法国的采矿检查员和巴黎综合技术学院的教授，声称它是从俄罗斯西伯利亚的贝雷佐夫矿区开采出来的。矿石不是拿来展示的。沃克林开始查阅资料和研究。数据显示，30年前，德国科学家莱曼用盐酸溶解矿石，得到了一种美丽的绿色溶液。因此，矿石被认为含有铅、砷和镍元素，因此被归类为西伯利亚红丹。

沃克林图像(网络图)

沃克林是一名技术高超的实验化学家和分析化学家。经过简单的化学实验，得出结论，矿石中含有铅、铁、铜等元素，但这与莱曼的分析大相径庭。“它包含哪些元素？”沃克林想冷静下来试一试，但是因为当时他手头有很多工作，各种研究都已经到了写总结论文的阶段，所以他不得不暂时停下来。

第二年夏天，一直在考虑研究西伯利亚红丹矿石化学成分的沃克林，在他有空的时候再次进行了测试。他将矿石和碳酸钾以1:2的比例在水中煮沸，得到白色的碳酸铅和黄色的钾盐溶液。但是我不知道钾盐溶液是由什么元素组成的。因此，他在这种溶液中加入了汞盐溶液，生成了美丽的红色沉淀物。向该溶液中加入铅盐溶液以获得橙黄色沉淀。他隐约觉得这种钾盐溶液中含有未知元素，但要弄清这种元素的性质并不容易。不幸的是，在这个时候，他接到通知去视察各个地方的采矿情况，而研究工作又被放弃了。

西伯利亚红铅矿和碳酸钾生产的铬酐。(网络图)

三个等级的努力工作被联合命名

沃克林一直担心找不到西伯利亚红铅矿的未知元素。又一年过去了，他下定决心这个问题必须解决。经过反复试验，他用盐酸处理矿石粉末，产生氯化铅沉淀和其他化合物。过滤掉沉淀物，蒸发滤液至干，得到未知元素的氧化物。然后，将氧化物与碳粉混合，放入碳坩埚中，在炉中强烈加热，最终得到银白色针状金属。然后，通过实验，他终于发现了金属的本质:不溶于水，易碎但坚硬，熔点高达2000摄氏度。

“我终于抓到你了！”沃克林搜索了当时所有的化学物质，确定它是一种未知元素。谦虚地说，他写了一篇关于研究过程的论文，交给了福柯和阿尤伊老师，希望他们能对元素的命名提出建议。两人对此非常重视。经过一番讨论，三人决定将新发现的金属元素命名为“铬”(希腊文的意思是“颜色”)和化学符号“铬”。几年后，1872年西学东渐，晚清科学家徐寿在西学中引入了元素周期表，并将其翻译为“铬”。

金属铬块(网络图)

尽管铬的中文名字已经诞生了100多年，但为了便于交流，许多市民仍然喜欢称它为“铬”(类似于铬的英文发音)。

美丽的颜料不是优点和缺点。

希腊语中铬的“颜色”非常合理。虽然金属铬是银白色的，但它产生的复合硫酸铬是绿色的，铬酸镁是黄色的，重铬酸钾是橙色的...在沃克林1797年的研究实验中，黄色钾盐溶液实际上是一种含有重铬酸铅的溶液，它与铅盐溶液反应生成橙黄色铬酸铅。铬酸铅，也称为铬黄，可溶于酸和碱，不溶于水，在加热到沸点之前不会分解。二十年后，经过美国科学家对铬的开发，铬黄已成为一种价格低廉、不透明性强的颜料，广泛应用于涂料、油墨、橡胶等行业。

美丽的铬化合物。(网络图)

铬再次引起了科学家的注意。150年后(1948年)，经过实验，科学家们认识到铬是动物和植物的一种成分。进一步的研究证明，铬广泛存在于自然环境中，主要以三价铬和六价铬的形式存在。又过了十年，人们证实铬是人类和哺乳动物必需的微量元素，主要分布在骨骼、皮肤、大脑和肌肉中。科学家默茨证实，铬的生化作用主要是作为胰岛素的增强剂。根据中国营养学会的数据，正常人体的铬含量约为6000微克，成年人每日适宜的铬摄入量为50微克。

不得不说，关于铬是否会致癌还没有科学的结论，但是人们早就知道六价铬会导致肺癌。它的科学原理是，强氧化剂六价铬与蛋白质结合，产生不溶于水的有害物质，这些物质在肺部积聚，导致癌症。这就是前面提到的“毒胶囊事件”和“皮奶事件”的真相。

铬对人体的影响。(网络图)

广泛使用的一次性合金

随着人们对铬对人体影响的日益关注，铬的工业价值逐渐体现出来，并广泛应用于冶金、化工、耐火、高端技术等领域。

铬在冶金工业中约占90%，主要用于不锈钢产品。铬的主要特征是耐腐蚀性。通过在铁中加入一定比例的铬，可以生产各种各样的不锈钢材料。

不锈钢餐具(网络图)

除不锈钢产品外，铬主要用于合金铸造冶金工业。添加不同比例的铬可生产不同用途的合金:添加1.5%的铬后，滚珠轴承钢变得坚硬耐磨；含25%-30%铬的铬钢能承受1000摄氏度的高温。由铬、锰和锑组成的合金材料的磁性可以随着温度的变化而变化，这种材料用于自动装置中。

在化学工业中，铬铁矿可以加工成各种铬盐。作为无机盐的主要种类之一，铬盐可用于电镀、燃料、医药等。1796年，当沃克林研究铬时，西伯利亚红丹矿石和碳酸钾反应产生的化合物之一，三氧化铬，也称为铬酐，可用作氧化剂、催化剂、木材防腐剂、织物媒染剂等。在耐火材料方面，科学家利用铬制造铬砖、铬镁砖和其他材料，其原理是铬铁矿的熔点高达1900-2050摄氏度，在高温下保持其体积不变，并且不会与其他炉渣发生化学反应。

———————————————————

[参考]

1.刘·和赵·合著的论文《铬和铍的发现者——沃克林教授》，化学教育，1997年第8期。

2.由黄凤和其他人翻译的《化学元素发现史》可以在商务印书馆找到。

3.亚洲金属网，一个专业的金属知识网站。