2016年01月13日 星期三

来自星河的礼物——金

来源:地调局指挥中心 作者:冯李强 发布时间:2023-07-03

金是人类文明史上已知并使用最早的金属之一。作为一种贵金属,很多世纪以来金都被用作货币、保值物及珠宝。同时,因其出众的导电性、抗腐蚀性、延展性以及特殊的光学性质,金在电子产品、航天科技、化工技术、医疗技术和国防工业等领域也发挥着不可替代的作用,是重要的战略性矿产之一,素有“金属之王”的美誉。

一、金的介绍

金的元素符号为Au,源于拉丁语中的黄金词语“Aurum”,意思是“灿烂的黎明”。Au位于元素周期表第一副族,原子序数79,相对原子量196.97,密度19.32 g/cm³,硬度2.5~3,熔点1063.69~1069.74℃,沸点2530~2947 ℃(常温常压)。金在地球上的分布并不均匀,90%以上金都分布在了地核里,而地壳中的只有不到1%(丰度仅为0.0011 ppm)。只有位于地壳上部的金才有机会被人类开采,金也因此稀缺而珍贵。

金元素的性质(图片源自网络)

二、金的形成

从起源上来讲,金元素的形成需要很苛刻的条件,在太阳系内部包括我们地球上无法形成金元素。目前认为金元素的形成方式有两种。一种是超新星爆发。在早期的宇宙中,最初的夸克汤冷却到足以积聚物质后,就形成了氢和氦。当这些物质块在引力作用下聚集在一起时,第一批恒星就形成了。恒星的核心,是核聚变熔炉。它们把氢聚合成氦,又把氦聚合成碳。依此类推,较轻的元素耗尽后就继续用较重的元素聚合更重的元素,直到聚合成铁元素为止。当那些从宇宙初期就存在的、比太阳的质量大上成千上百倍的恒星,在生命的最后一刻会通过一场无比绚丽的超新星爆炸结束自己的一生,并释放巨大的能量,在这个过程中铁原子核会继续发生核聚变,产生比铁更重的元素,金元素也由此诞生。

然而,超新星爆发并不足以产生宇宙中全部的金。根据天文学家的估算,超新星爆发产生的黄金只占宇宙中黄金总量的10%。那么剩下的90%的金,又是怎么来的呢?这不得不提到另一种形成金元素的方式——中子星的并合。当超新星发生爆炸时,恒星其内部的核心被强大的重力挤压,内部的质子和电子被迫熔合形成中子,从而将核心变成中子星。作为宇宙中密度仅次于黑洞的天体,中子星的密度超过1亿吨每立方厘米。当两颗互相缠绕旋转的中子星在超越时间的速度中互相接近,彼此凝望,最后在互相触碰的一瞬间撼动时空,在宇宙中绽放出一朵巨大的“烟花”。金元素便在这个过程中产生,并伴随爆炸挥洒到无穷无尽的宇宙空间中。在经历了漫长的旅行和岁月的洗礼后,其中极小的一部分随着小天体降落地球,并经过几十亿年的不断积累,成为人类珍贵的财富。今天,当我们看到黄金的熠熠光芒,也许正在见证着宇宙历史的辉煌瞬间。

三、金的用途

国家的稳定与金有着千丝万缕的联系,现代的工业与科技发展也离不开黄金。金的主要用途包括三大类:(1)用作国际储备。目前许多国家,包括西方主要国家的金融储备中,黄金仍占有相当重要的地位。(2)用作珠宝装饰。作为一种装饰品来说,黄金饰品可以给佩戴者的穿搭提升质感。(3)在工业与科学技术上的应用。电子技术、通信技术、宇航技术、化工技术、医疗技术都离不开金。例如,在宇宙飞行员的衣服上和救生索上镀上一层不到万分之二毫米厚的黄金,就能使宇航员免遭辐射和太阳热量的危害。

镀金层可以保护宇航员免受阳光伤害(图片源自网络)