【元素家族——連載148】為什麼受傷的總是我

1790年，義大利解剖學教授伽伐尼正在潛心思考和研究肌肉運動，他認為，人腦中會分泌一種特殊的「神經流體」，和電流類似，通過神經被送往人體各個不同的部位，在肌肉中被貯存起來，正是這種「神經流體」產生了肌肉運動。

在一次實驗中，他偶然發現，青蛙剛剛死後，取一段腿部神經和一塊腿部肌肉，分別接觸一個鋅片和一個銀片（或銅片），將這兩塊金屬片通過導線連接起來後，肌肉產生劇烈的痙攣，死去的腳竟然開始運動，難道這隻青蛙鬼上身了嗎？

伽伐尼的解釋是，由於金屬可以導電，因此肌肉中神經流體的能量釋放出來，導致痙攣。

【義大利博洛尼亞，伽伐尼雕像。】

另一個義大利人伏特認為，伽伐尼的「神經流體」純粹是多此一舉，在他看來，就是電流導致了痙攣，這是正常的生理現象，「觸電」而已嘛。至於為何用兩種金屬可以導致這樣的現象，那是因為每種金屬導體都有特定的電勢，這種電勢極其微弱，平時難以察覺，但將兩種不同的金屬連接起來後，電勢平衡，分開後就可以用足夠精密的靜電計測量出來其中的電量。

他嘗試將鋅和銀接觸，分開後接到靜電計上，果然發現鋅帶正電，銀帶負電。當鋅和銀分別置於青蛙腿的肌肉和神經上時，鋅就變成了正極，銀為負極，電流通過肌肉和神經，就導致了肌肉痙攣。

【伏特（右）在給拿破崙（中）介紹他的伏打電堆。】

相對於「神經流體」假設，伏特的解釋簡單明了，伽伐尼對此大為質疑，他提出，既然你說是兩種金屬的電勢差導致這種現象，我有時候用一種金屬也可以使肌肉痙攣啊。伏特經過實驗指出，同一種金屬確實也有這種效應，但只有在用不同的合金的情況下，比如青銅和白銅，才會有這種效果。

為了以無可辯駁的方式證明確實產生了這種電流，他設計了這樣的實驗：他找了50塊同樣大小的鋅片、銅片和經鹽水浸泡的皮革片，輪流按照鋅、銅、皮革的順序疊放。這樣就變成了一根柱子，50塊銅片和鋅片相互接觸，中間由一塊潤濕的皮革片隔開。如果用兩隻手分別接觸柱子兩端的銅片和鋅片，就會感覺到強烈的電流。真是奇妙，這些普普通通的金屬擺放在一起竟然也能讓人觸電。

後來他又增加了鋅片、銅片的數目，讓柱子變得更長，他發現電流強度和鋅片銅片的數量成正比。

【伏特柱的結構，每一個單元由：鋅（Zinc）、銅（Copper）、介質組成。】

在這場電化學創始的論戰里，伏特無可辯駁的勝出，伽伐尼只能「玩」青蛙，而伏特依靠反覆實驗，更簡單的假設和科學方法創造了最早的人造電池，也稱「伏打電堆」。

1800年，伏特在《哲學彙刊》上發表了他的論文，從此伏打電堆廣為人知，伽伐尼和伏特堪稱電化學的始祖，大帥哥戴維也好，二元論一代宗師貝采尼烏斯也好，電磁學泰鬥法拉第也好，使用的電池都是伏打電堆的改良版。難以想像，如果沒有伏打電堆，19世紀這些跨時代的發現將如何誕生。

【最早的伏打電堆，現已陳列在博物館。】

在大量實驗的基礎上，伏特確定了一個金屬序列：鋅、鉛、錫、鐵、銅、銀、金、石墨。只要按這個順序將任意的兩種金屬接觸，排在前面的那種金屬將帶正電，排在後面的那種金屬將帶負電，這就是著名的伏打序列。

用現在的眼光來看，這個序列的實質是比較那種金屬更容易失去電子。鋅排在最前面，意味著鋅在這幾種金屬里最容易失去電子，也就是說鋅的化學性質最活潑。確實，在戴維發現那幾種顛覆人常識的鹼金屬和鹼土金屬之前，鋅一直是最活潑的金屬。因此鋅在一開始就成為一種「電池金屬」，因為不管你把鋅和其他什麼金屬放在一起，就會有電產生。

【英國化學家丹尼爾（左）和法拉第（右）在一起，前者也是電化學早期的創始人之一，可以看到他們桌上有很多伏特柱。】

伏特之後就是戴維、貝采尼烏斯、法拉第他們的故事，他們用含鋅元素的電池做出了太多的發現和發明，這裡我們就不贅述了。事實上，一直到現在，鋅電池的使用也不在少數。平時我們最常用的乾電池就是碳鋅電池，也叫做鋅錳電池。它用鋅筒包裝，內部用一根石墨棒插在黑乎乎的二氧化錳、氯化銨、氯化鋅混合物中。由於鋅比錳活躍，鋅失去電子被氧化，錳得到電子被還原。

【碳鋅電池的內部結構，大家可以自己在家裡切割觀察。】

大家如果仔細觀察，把用了較久的乾電池外表剝開之後，會發現鋅筒腐蝕的很厲害，有發白的腐蝕斑紋。

【隨著使用時間加長，乾電池外表的鋅筒腐蝕的越來越厲害。】

鋅容易失去電子，化學性質活潑，但在空氣中它會與氧氣、二氧化碳反應，生成一層鹼式碳酸鋅保護膜，防止內部的鋅繼續和空氣反應。所以它易於保存，不會像鹼金屬那樣過於活潑，必須泡在煤油里才能安靜。在現代工業中，鋅僅僅排在鐵、鋁、銅之後，是第四常用的金屬。

由於鋅保護膜的特性，人們經常在鋼板表面鍍一層鋅，這就是常說的「鍍鋅板」。這層鋅保護了內部的鋼鐵不受腐蝕，在不鏽鋼出現之前，這是最常見的防腐方法，即使是現在，由於鍍鋅板十分便宜，仍然廣為使用。

在英語里，鍍鋅就是「伽伐尼化」的意思，足見那兩個義大利人對電化學創始的貢獻之大。

【鍍鋅的鐵釘。】

由於鋅比鐵、銅都要活潑，它做不了結構性金屬，但很多地方還缺少不了它。正因為它的活潑性，經常會用它來做犧牲陽極。這是一種常見的陽極保護方法，經常用於埋在地下的鋼管、水閘以及船舶底部，由於這些地方不可預料到的情況太多，依靠塗裝、電鍍來防腐往往會碰到意外。那麼工程師們就想，既然肯定會腐蝕，就犧牲掉一部分金屬吧。經過前面的介紹，你應該可以想到了，這個倒霉蛋就是「鋅」。

寫到這裡不僅為鋅鳴不平：你讓我做電池吧，最後是我爛掉；我有保護膜，卻讓我成為鍍層，去抵抗磨損；我反應活潑，更要犧牲我；明明有比我更活潑的，卻因難以保存而不用他們！為什麼受傷的總是我？

【船舶底部，雖然刷了紅色的防腐塗料，為了確保防腐，還得安裝一塊又一塊銀白色的鋅片。】

小測試：

1，電化學的創始人伽伐尼和伏特是（ ）人

A） 德國

B） 英國

C） 義大利

D）美國

2，最早的伏打電堆使用的是銅和（ ）

A） 金

B） 銀

C） 鋅

D）鐵

3，現代工業中，第四常用的金屬是（ ）

A） 鋁

B） 鎂

C） 鋅

D）鉻