從營養液到戰略金屬：鉬元素現形記

探索 08-01

通過三年不懈努力，鉬元素終於在科學家們的相互合作的研究中現形！

1958年，紐西蘭某牧場牧草枯黃，遍地萎死，牧民們叫苦不迭。但是，驚奇地發現橫穿牧場的一條道路邊，卻長滿了茂盛的綠草。科學家對綠草帶進行觀察並帶回樣品進行實驗，終於找到答案。原來，牧場東邊的礦工們上下班抄近路橫穿牧場，鞋上的金屬粉掉在地上，讓枯草變綠了。科學家就把這種金屬粉溶進了肥料，讓牧民灑到草場。不久，枯黃的草場變得綠油油。

綠草如茵的紐西蘭牧場。（網路圖）

科學家們進一步研究發現，這種金屬元素是生物營養液配置的基本元素，植物生長、人體都離不開它。另一方面，它在工業、軍事等方面都有很大用途，已被多個國家列為戰略金屬。其實，這種金屬元素的現形，是科學家們密切合作、攜手共進的結果；它的大範圍應用，則與戰爭相關……

慧眼識出新元素

「這東西既不是石墨，也不是鉛，為什麼要叫它molybadenite（鉛的希臘名）呢？」1779年的一天，瑞典科學家舍勒在實驗里，一邊仔細研究軟的黑色礦物molybadenite，一邊自言自語。舍勒是當時知名的科學家，他不但發現了氧氣，對其他氣體都有深入研究，還喜歡研究礦石，發現了白鎢礦。

化學家舍勒（網路圖）

原來，molybadenite與方鉛礦、石墨都很相似，歐洲各國商人把它們混淆著售賣，不少市民用還它代替石墨製作鉛筆芯。認真觀察molybadenite、方鉛礦和石墨後，經驗告訴他：這幾種東西雖然外觀相似，但硬度、光澤等各有不同，應該含有不同的元素。

猜想對不對，實驗來證明。舍勒在實驗中發現，硝酸與石墨相遇時完全不起化學反應，硝酸與鉛反應生成硝酸鉛、氧化氮和水，而硝酸與molybadenite化學反應後生成硫酸和一種白色固體。這種白色固體很難溶於水，顯然不是硝酸鉛，那它是什麼呢？

為了弄清這種白色固體，他找到同為化學家的好友貝格曼。貝格曼是烏布薩拉大學化學分析教授，雖然沒直接發現某種元素，但培養了一大批對化學元素的發現做出貢獻的學生，其中包括發現鎢元素的德魯雅爾兄弟、發現錳元素的甘恩、對molybadenite感興趣的埃爾姆等。

還原命名又三年

未知元素是什麼？為了找到答案，他們用爐子對molybadenite進行還原。可惜爐火最高溫度才500多度，molybadenite根本不為所動，三年實驗都沒有成功。

輝鉬礦（網路圖）

眼見研究無果，舍勒把白色固體寄給貝格曼的學生、瑞典化學家埃爾姆。埃爾姆的另一身份是礦場場主，擁有多個實驗用的高溫爐。讓他把molybadenite和炭粉混勻，再與亞麻仁油一起調成糊狀，最後放進密封的坩堝里用大火進行煅燒。亞麻仁油被炭化後，產生上千度的高溫，從而把白色固體還原成銀白色的金屬粉末。

「這金屬的熔點居然達2600度！」埃爾姆盯著高溫儀錶，不敢相信自己的眼睛。

他立馬讓人通知舍勒。舍勒來到埃爾姆處，簡單交流後，他們一起重複做了還原molybadenite的實驗。為了便於記錄和傳播，舍勒決定為這種銀白色的金屬取個名字。聯想到此前人們稱含此未知元素的礦物叫molybadenite，舍勒決定將它命名為Molybdenum，元素符號為Mo。若干年後，中國科學家將它譯成「鉬」。

通過三年不懈努力，鉬元素終於在科學家們的相互合作的研究中現形！

一波三折建奇功

被科學家們慧眼發現的鉬元素，真正運用到生產中已經100多年後的事兒了。因為它與鈦、鎢等戰略金屬一樣，工業生產對它的純度要求很高，而提純難度很大。1893年，科學家莫思森通過炭和三氧化鉬進行高溫反應，終於製得純度達96%的固態鉬。

固態鉬率先被運用于軍事中。由於鉬的強度很高，熱膨脹係數低，導熱性能強，固態鉬被加入到合金鋼、不鏽鋼等合金中，用於製造各種軍事設備；固態鉬做成的純鉬絲則被用作高溫電爐和切割加工的材料。

一戰期間，鎢的用量劇增，遠遠滿足不了戰爭。科學家們發現鉬比鎢輕一半，強度比鎢更高，於是用鉬代替，用於製造戰艦、火炮內膛等。鉬元素第一次大顯身手。

有趣的是，一戰結束後，隨著戰爭的減少，鉬需求量也銳減。科學家們開始探索鉬及其化合物的新用途。他們發現，二硫化鉬的分子顯層狀結構，層與層之間易滑動，因而它可以作固體潤滑劑。這些效果超過潤滑油脂的二硫化鉬潤滑劑，被廣泛運用於機械工業和航空航天領域。

運用於機械工業的二硫化鉬潤滑劑。（網路圖）

通過20世紀50年代末的紐西蘭牧草事件，人們認識到鉬是植物必需的元素。科學家們進一步研究發現，鉬也是人體必需的微量元素，可用於配置人體營養液，心臟的肌肉中含有一定量的鉬，它與一些酶共同維持心肌的能量代謝。換言之，心肌梗塞患者的病因之一就是心臟肌肉缺乏或缺少鉬。據專家研究，鉬含量較高的食物主要有大豆、牛肉、葡萄等。自此，鉬元素在醫學領域也佔了一席之地。

戰略金屬倍珍貴

二戰爆發後，鉬元素再次大顯身手，被當作合金材料用於戰艦、裝甲車等武器製造中。

鉬元素真正被各國重視是在二戰後。鑒於鉬在製造軍工武器方面的特殊用途，戰後各國紛紛將其列為戰略金屬，並建立相應的戰略礦產儲備制度給予保障。

之所以各國建立鉬礦產儲備制度，還有一方面原因是鉬在地殼中的含量極少。作為典型的親銅元素，鉬主要存在於以二硫化鉬為主要成分的輝鉬礦中。前文舍勒所研究的molybadenite就是輝鉬礦。全世界的輝鉬礦主要集中在中國、俄羅斯、加拿大等地，全球鉬資源儲量約為1100萬噸（2015年）。