【元素家族——連載150】在手上會化掉的金屬

你見過這樣的金屬嗎？一塊方方正正的銀白色 「巧克力」，發出亮閃閃的金屬光澤，當你想仔細打量打量它，把它放在手心端詳一下，它卻馬上熔化了，攤成一片，在你的手心溜來溜去，好像荷葉上的露珠。

這可不是水銀哦，這可是地球上非常稀少的金屬元素：鎵。因為它的熔點只有29.8度，而人的體溫是37度，它在手裡當然會化掉。

【手中的「巧克力」金屬，小心化掉哦。】

這是什麼情況？教科書上不是告訴我們金屬晶體是很規整的網格，自由電子在網格中不停的跳樁子嗎？

把鎵和它同族的二哥——鋁對比一下吧，鋁原子最外層是兩個3s電子和一個3p電子，而鎵原子最外層是10個3d電子，兩個4s電子和1個4p電子。一般來說，內層電子會「屏蔽」掉原子核對外層電子的引力，但鎵原子中的3d電子畢竟是第三層的電子，屏蔽能力太弱了，因此最外層的4p電子受到更強的原子核電磁力吸引，這可從鎵原子半徑(122皮米)比鋁原子半徑(143皮米)還要小得到佐證。

【鎵原子的電子云示意圖，左右大塊的紫色啞鈴型就是4p電子，受原子核引力較大，甚至比綠色的4s電子還要更靠近原子核。】

由於這個原因，鎵的第一電離能甚至比鋁還大，也就是說它不願意貢獻出電子。我們知道，金屬晶體之所以能有金屬的特性，就是因為所有的原子都互幫互助，主動貢獻出電子。從這個意義上來說，鎵太不像金屬了。在這塊銀色巧克力內部，大部分鎵原子都是以共價鍵的形式結合在一起，組成一個又一個Ga2「分子」，然後再通過范德華力聯繫在一起，宏觀上就是一灘液體了。

【一滴又一滴鎵的液體珠子，不斷聚合到一起。】

神奇歸神奇，但這種「巧克力」金屬究竟有什麼用呢？如果用它來做材料，比如做餐具吧，放到熱水裡就熔化了，難道是用它來做「巧克力鎵湯」嗎？

【把鎵放到熱水裡，很快就熔化了。】

要把鎵進行工業化應用還遇到一個難題，那就是鎵還有一個不為人知的特性，液體比固體的密度大，當它從高溫下凝固時，會像水變成冰一樣膨脹。因此，只能把鎵保存在塑料瓶里，而不建議保存在玻璃瓶里。如果你要問我為什麼，那我要問你有沒有過把玻璃瓶裝上汽水封閉起來，放到冰箱的冷凍櫃里呢？最後有沒有被粑粑麻麻批評呢？

【建議將鎵保存在塑料瓶里。】

那你是不是又要問，既然不能保存在玻璃容器里，那能不能放在金屬容器里呢？比如鋼瓶？

鎵這哥們雖然自己沒個金屬的樣子，卻特別喜歡摻和到其他金屬里，鎵原子特別容易滲透到鋼、鋁、鋅等金屬的晶格中，讓這些金屬材料變得更脆。想想吧，如果你用鋼瓶來裝鎵，沒幾天就脆的和麥片一樣，這是什麼樣的視覺感受？

【鎵很容易和其他金屬形成合金，這是一塊鎵鍺合金，是用來做半導體的理想材料。】

在科學家眼裡，沒有無用的材料，根據材料的特性因材施教，總能給它找到合適的用途。既然這貨這麼容易跟其他金屬結合，那就把它做成合金好了。摻入鎵的合金有一個非常明顯的特性：低熔點。

有一種叫做「鎵銦錫合金」熔點可以低至-19度，這簡直跟水銀差不多了。長期以來，很多地方在用水銀，但又恐懼於水銀的毒性。鎵合金誕生之後，終於找到了替代品。比如現在的家用溫度計，看看上面是不是有提示：不含汞？麻麻們終於不用擔心自己的寶寶咬碎溫度計而導致汞中毒了。

前面提到鎵的第一電離能很大，要打破Ga2「分子」中的鎵鎵鍵可是很難。所以雖然它的熔點很低，沸點卻超級高，竟然高達2400度。要知道，水銀到300多度就沸騰了，所以用鎵溫度計可以測量很大幅度的溫度範圍，工業上也經常用到它。

【家用的無汞溫度計。】

2015年，中科院理化研究所團隊發表了一篇論文，其中提到：置於電解液中的鎵基液態合金可通過「攝入」鋁作為食物或燃料提供能量，實現高速、高效的長時運轉。這簡直就是一台「液態金屬機器」啊！

骨灰級科幻迷是不是會又腦洞大開了？還記得經典科幻片《終結者2》里，那個跟施瓦辛格唱對台戲的隨心所欲變成任何形狀、可以穿牆入室的機器人殺手嗎？不用提了，肯定是鎵合金。

未來的科學工作者肯定不會無聊到去製造殺手，這種鎵合金液態金屬機器可以在很多地方幫助到我們，比如修複電路，甚至在人體內修復神經，避免殘疾。

【《終結者2》中的機器人殺手，可自由變形。】

鎵真是太神奇了，天知道它在未來還可以給我們帶來什麼樣的驚喜。回到頭來，它元素的發現史同樣非常神奇，下一集，我們將請出大名鼎鼎的門捷列夫，敬請期待！

小測試：

1， 下面哪個不是鎵的特性？（ ）

A） 熔點低

B） 沸點高

C） 凝固膨脹

D）堅硬

2， 《終結者2》的主演是（ ）

A） 施瓦辛格

B） 史瓦西

C） 辛格

D）還珠格格

3， 鎵的熔點為什麼這麼低？（ ）

A） 因為它是巧克力做的

B） 鎵的第一電離能大，內部由Ga2二聚物通過范德華力聯繫在一起

C） 鎵不是金屬

D）我是來打醬油的。