网剧里的冰夷族神石,现实中真的存在!

摘要:在一部名为《大梦归离》网剧中有块石头十分出彩,据说它是“冰夷族世代相传的神物”,也是“女娲补天的最后一块石头”。

在一部名为《大梦归离》网剧中有块石头十分出彩,据说它是“冰夷族世代相传的神物”,也是“女娲补天的最后一块石头”。它可以“修复云光剑,也是封印镇压的容器”。它颜色绚丽,即便碎成一地,其内部的独特的结构也让人感觉与众不同。来源见水印这便是被称为“五色石”的神秘石头。这种五彩斑斓又形状独特的石头到底是什么?又有什么神奇之处?历史渊源从“五色石”破碎残片的结构推断,这可能是一种叫做自然的金属物质。在元素周期表里金属元素铋的元素符号是Bi,原子序数为83,英文名为Bismuth。这个名字来自希腊语“Bismuthos”,意思是“不同的金属”。相对于其它金属,铋的确显得与众不同。它长得奇奇怪怪,光怪陆离的色彩搭配螺旋状的阶梯构造,有一种外星文明的味道,充满了科技感。其实,早在古希腊和古罗马时期,古人就能从辉铋矿中提炼铋金属。当时的矿工误把铋矿当成银矿,将其命名为tectumarenti,意为“制造中的银”,并荒诞地认为铋矿是铅向银转变的中间物质,并常常用其制作盒子和箱子的底座。在15世纪的德国修士Basil Valentine的著作中,这种元素被称为Wismut,意为“白色物质”。之后,矿物学家Georgius Agricola认识到了铋的独特性质,将其拉丁化为bisemutum,并描述了如何从矿石中提取它。到了18世纪中叶,铋被确认为一种特定的金属。1739年德国化学家Johann Heinrich Pott以及1753年法国人Claude-François Geoffroy分别发表了关于铋化学性质的研究著作。颜色和结构的奥秘在自然界中,新鲜的自然铋呈银白色,但是被曝露在空气中以后,则逐渐被氧化。由于氧化膜(Bi2O3)的厚度不均匀,在光线照射下产生干涉便呈现出五颜六色的效果,通常呈现为浅红色的晕彩(Irisdescent)——锖(qiāng)色自然铋氧化前 | 来源:见水印在自然界中,铋通常发现于热液矿脉中,与石英以及由钴、银、铁和铅等金属形成的矿物共生,或者发现于花岗岩侵入体与石灰岩接触带。常见的化合物有辉铋矿(Bi₂S₃)和铋华(Bi₂O₃)。

铋元素一般很难以游离态单独存在,铋晶体也相当罕见。铋晶体最为人所熟悉的是错综复杂的漏斗状结构,这种结构呈现出阶梯状的空心金字塔形态,仔细品又发现非常契合中国传统纹样。

这种形态是通过实验室人工培育的,即将铋熔化后让其缓慢冷却。在此过程中,晶体的边缘和角落生长速度比晶面快,从而形成了特有的空心几何形状-螺旋形阶梯状,而且这种铋晶体属于最常见的人造晶体。自然铋人工培育冷却结晶过程 | 来源:B站@十五的月亮廿九圆比盐还安全的百变金属铋元素的原子系数为83,在周期表里和铅(原子系数82)是邻居,虽然也属于重金属,却常常低毒或无毒,其毒性甚至低于食用盐NaCl,因而铋成为公认的绿色金属元素。很早人们已经使用铋来治疗胃溃疡等胃病,我们所熟悉的药品比如铝酸铋、果胶铋、次枸橼酸铋等。一般金属都有放射性,那金属铋如何呢?铋金属最常见的同位素铋-209,被认为是最稳定的素核,半衰期长达1.9×1019年,超过了190亿亿年,比推算的宇宙年龄(138亿年)还长得多,这意味着太阳辐射比铋金属强多了,说明铋金属是非常安全的。我们生活中的众多领域也都有诸多铋元素的参与。

颜料与妆发

除了在医疗领域有广泛应用以外,由于铋金属拥有近于魔幻的色彩,常常用来制作首饰、工艺品、化妆品或者颜料。如眼影、法胶、指甲油等化妆品的珠光效果就是氯氧化铋(BiOCl)呈现的效果。2017年度流行色“樱草黄”颜料的主要成分是钒酸铋(BiVO4)。此外,铋又具有密度高、毒性低的特性,可作为铅的良好替代品。例如用绿色的铋代替有毒的铅来制作猎枪子弹。“樱草黄”颜料-钒酸铋(BiVO4

移动式小型核电源

液态铅铋合金作为冷却剂的快中子核反应堆——铅铋合金反应堆,不仅服务于百万千瓦级的大型电厂,还被设计成兆瓦级小型模块化核电源,甚至家用轿车都有望能装载移动式小型核电源。将来车载核能梦,“铋”将实现。

柔性穿戴设备

碲化铋及其衍生物是目前广泛应用的近室温热电材料,具有优秀的热电性能,在柔性热电器件中具有巨大潜力。利用铋制备的超薄柔性铋基霍尔传感器,可以在不损失磁性或电学性能的情况下,实现在手指上或手腕上的弯曲。这种穿戴设备有望在电子皮肤、可穿戴生理监测治疗装置等方面获得应用。

磁悬浮列车

金属铋本身虽然没有磁性,但是对磁场有强烈的抗性,是强烈的抗磁性材料。只要在一个稳定的磁场中,铋就可以神奇的悬浮起来,因而被应用于磁悬浮列车的制造。

其它特性和应用

德国马普固体物理和材料研究所曾在《Nature》期刊上介绍:“铋可能是元素周期表中最奇特且被低估的元素之一”。世界铋科学研究在诸多领域已形成了研究热点,这种绿色金属的潜力正在不断呈现。铋金属熔点很低(271.4℃),沸点很高(1564℃),常被用于制作低熔点合金。如伍德合金,其标准组成中就有着50%的铋,熔点仅为70℃,可用于制作保险丝、自动灭火装置的感温探头等。铋金属是为数不多的冷胀热缩材料,固化时体积会膨胀3.3%左右,可用于有较高要求的精密铸造。铋及其化合物、复合物具有良好的光电响应,在发光材料、光电探测、太阳能电磁等领域都有应用。例如铋基钙钛矿太阳能电池作为铅钙钛矿太阳能电池的替代品,被誉为“光伏领域的新希望”。铋元素还有很多应用……金属铋在影视剧中是传奇的“五色石”。在现实生活中,早期被误解为“制造中的银”,后续认识到它是“不同的金属”。人工铋晶体长得光怪陆离,又带有科幻色彩,吸引着一波爱好者。因为独特的物理化学性质,它在日常生活以及工业生产中被大量应用,还在许多新兴领域焕发出勃勃生机……这样说来,铋确实算得上一种“世代相传的神物”了!

参考文献:

[1] 天音.元素周期表中最奇特和最被低估的元素-铋.石头科普工作室. 2024.9.14.

[2] 金属铋:自然界的彩虹金属. 探秘自然. 2023.6.15.

[3] 稀有金属RareMetals. 人类“铋”需?走近稀有金属铋.2023.9.4.

[4] 缪煜清. 华美的登场的战略金属-铋. 铋科学研究中心团队。2023.5.11.

[5] Cao Tianyi, Shi Xiao-Lei, Li Meng, et al. 2023. Advances in bismuth-telluride-based thermoelectric devices: Progress and challenges. eScience.3(3), 100122.

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来源:中科院物理所

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