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【元素家族——连载80】曾经的“最轻的有用金属”:镁

原标题:【元素家族——连载80】曾经的“最轻的有用金属”:镁

虽然镁的活性如此之强,它本身作为金属还可以为我们所用,它是第三常用的结构金属,仅次于铁和铝,BBC拍的一档节目《元素周期表》(The Periodic Table ofVideos)中称它为“最轻的有用金属”。

之所以如此,乃是因为镁很坚硬,而且又很轻,相对密度只有1.74,比铝还轻得多,铜铁就更不用提了。它不像铍的毒性那么大,跟锂、钠这些活泼的碱金属也不同,表面会形成一层氧化膜,但没有铝的氧化膜致密。要想让镁条燃烧,也不是那么容易的事呢,必须先用砂纸打磨掉它表面的氧化膜。总之,镁看起来还像是个传统金属,能用!而且轻便!

【用来做摩托车发动机的镁合金。】

镁的好处迅速被德国人发现,他们创造了一种含有90%镁和9%铝的镁合金,特别轻便而又坚硬!他们给这种镁合金取了一个商标“Elektron”,一直沿用到现在。第一次世界大战中,这种合金被德国空军在飞艇上使用,到了第二次世界大战,英德两国都使用这种合金降低飞机的重量。

可惜的是,镁的燃点和汽油的燃点非常接近,所以只能在少数关键部位使用,否则飞机很容易变成火凤凰。

【这家公司最早由英国皇家石油公司和德国的法本化工公司合资创立,经过多次并购,现在已经是一家英国公司,致力于镁合金的开发。】

这种合金还被用于赛车以降低自重。1955年梅赛德斯奔驰制造出了一辆“300SLR”,车体用“Elektron”镁合金制成。这辆赛车没有令人失望,1955年在一千英里传奇大赛上夺冠,平均时速达到了158km/h。之后300SLR又在其他赛事中多次获胜,直至1955年勒芒24小时耐力赛——那场汽车运动史上最严重的悲剧。

1955年6月11日,法国,勒芒。当一年中最伟大的赛车运动——勒芒24小时耐力赛在阳光明媚中起跑的时候,25万观众都不知道灾难即将发生。勒维驾驶的梅赛德斯300SLR以125英里每小时的速度撞墙并爆炸,在短短的几秒钟里死亡充满了整个看台,勒维当场身亡,还有83名观众死亡。这次重大事故被称为:“赛车史上最黑暗的时刻”,导致奔驰彻底退出勒芒赛车运动生涯达30年之久。

【Mercedes-Benz 300 SLR,承载了荣誉,也经历过灾难。】

无独有偶,日本人在镁合金赛车上走的更远,本田公司设计的Honda RA302从底盘到车体都由镁合金制成,准备用它参加1968年F1赛季第六站的法国大奖赛。本田车队的一号车手瑟蒂斯拒绝使用这辆新车,因为风险太大,他称这辆车为“潜在的恶魔禁地”。所以本田车队被迫聘请勇敢的“车坛斗士”施莱赛尔驾驶RA302参赛。

灾难果然发生了,仅仅第二圈,在下坡道的时候,车辆失控了,翻滚了起来,撞向了路边,施莱赛尔命丧火海。

本田车队也从此退出F1,一直到2005年,他们收购了英美车队,才重新回到F1赛道。

【1968年的又一起悲剧。】

这些严重的事故没有挡住工程师前进的步伐,他们希望通过继续研究把这些失败变为成功的妈妈。他们的开发方向是让镁合金耐高温,低蠕变,以及抗腐蚀等等,方法是掺入一些钙或者稀土金属。

到了现在,保时捷、雪佛兰、大众、三菱等著名车商都在他们的车里使用镁合金,宝马更是在他们著名的N52发动机中使用新型的镁合金,该发动机在常见的Z4,X3,X5里面都能见到。

【宝马N52发动机,你敢开吗?】

用镁合金做成的车轮毂可以很轻,一般铝合金的轮毂约为44公斤(四个一套),而镁合金轮毂可以做到22公斤,只有铝合金的一半。

【保时捷卡雷拉上的镁轮毂,你是不是想拥有一辆?】

在我们身边,镁的轻便更多的体现在电子消费品中,比如手机、便携电脑、平板电脑等,它们的框架原本都使用铝合金,如果要更加轻便,镁合金和碳纤维是两种选择,相对而言,镁合金更加便宜,导热性能更好。

【你的电脑是镁合金的吗?】

说到现在,你可能觉得镁不过是一种冷冰冰的金属吧,跟温暖的生命没啥关系吧?

当然不是!

在氧的篇章里,我们提到恩格尔曼发现叶绿体是光合作用的场所,叶绿体中主要有四种色素:两种叶绿素和两种类胡萝卜素,其中叶绿素最多,所以大多数树叶都体现出绿色。叶绿素分子也不是什么太复杂的结构,它由两部分组成:一部分是一个很长的脂肪烃侧链,另一端的核心部分是一个卟啉环,这个卟啉环的中央是一个镁原子。

原来,捕捉太阳能量的核心部件竟然是镁元素。

【叶绿素a的结构,绿色的是卟啉环中央的镁原子。】

最早发现镁元素是叶绿素核心的是德国生物学家韦尔斯泰特,这是第一次发现镁元素在生物体内发挥重要作用。韦尔斯泰特还总结出了叶绿素的经验公式,他因为对叶绿素的研究获得了1915年诺贝尔化学奖。

【1915年诺贝尔化学奖得主:韦尔斯泰特。】

科学家继续研究发现,镁元素在生物体内发挥的作用远不止于此。

话说美国生物学家麦科勒姆被誉为“维生素先生”,因为他发现了维生素A、B、D,他还建立了第一个庞大的“老鼠殖民地”,用于营养学研究,这让他饱受争议。

20世纪30年代初,他用老鼠和狗做实验,系统地观察了镁缺乏的反应。1934年他首次发表了人体发生镁缺乏的临床报道,证实了镁是人体的必需元素。

他对纽约时报的记者说到:“我们已经证实镁元素在人类食谱中非常重要,但只需要微小的数量,如果服用过多的镁元素会导致四肢乏力。我想说的是,离开了镁元素你不会有好的心情,但也没有证据表明你多吃一点会让你心情更好。”

【“维生素先生”麦科勒姆还在大学的小鲜肉期间。】

原来,镁离子是生物机体中含量较多的一种正离子,其量在整体中仅次于钙、钠、钾而居第四位;镁离子在细胞内的含量则仅次于钾离子而居第二位。

镁离子在生物体内的最重要之处在于它与ATP中磷酸的亲和性,而这正是每个细胞中的核酸化学反应的基础。大约有300种酶需要镁离子作为催化剂,这其中包括合成ATP和ATP释放能量的酶,还有核苷酸合成DNA和RNA的酶。把细胞放在显微镜下,找到了镁离子螯合物,基本上也就找到了ATP。

【镁离子被ATP中磷酸的氧原子的孤对电子螯合了。】

所以,镁元素对人体很重要,人的骨骼、心脏、肌肉、肠胃、神经系统都需要镁元素。如果缺乏镁元素,容易引起情绪不安、易激动、手足抽搐、反射亢进等症状。

【镁元素对人体的作用。】

一般来说我们不用过度重视去补充镁,植物体成熟以后,镁元素会富积在它们的种子里。所以,只要多吃一点植物的种子,比如谷物、豆类、瓜子和坚果,就可以了。另外,青叶蔬菜、香蕉中的镁也比较多。

【补充镁元素的食谱。】

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