“锰”元素现形记

曾经，一则关于电水壶的消息在网站、微博、微信朋友圈中疯传。大致内容是，一种由高锰钢材料制成的不锈钢电水壶，在加热过程中会使“锰”析出，长期使用会对身体造成伤害甚至变傻，建议市民在选用此类产品时认准“304不锈钢”材质。于是，有的网民在宣传怎么选壶，有的网民则长篇累牍地解析这则消息的可靠性，一时之间闹得不可开交。其实，高锰钢中所含的锰元素，是人体必需的微量元素之一，对人体骨骼的正常生长发育有重要作用，但人体长期超标摄入锰，会造成一定损害，如记忆力减退、嗜睡、精神萎靡不振、神经功能紊乱等症状。作为与医学精神科联系最紧密的元素之一，锰元素真正被人们所认识只有240多年历史……

“假化石”说起

公元1770年夏天，维也纳城人凯姆对朋友处得来的几块“假化石”入了迷。他本是城里的一名教师，业余喜欢捣鼓矿石等东东。他得到的“假化石”，石面上有树枝状的印痕，密密麻麻的，咋一看还以为真的化石呢。

经验丰富的凯姆很清楚，这些“假化石”看起来像化石，但不是化石，而是一种黑色矿石。“假化石”主要由沼泽、湖海等形成的沉积物形成。这种矿石已经被人们运用了上千年。作为人类自古以来就熟悉的黑色矿石，“假化石”在玻璃制造中发挥惊人的作用。凯姆出生的两百多年前，意大利科学家比林古乔（注一）在《火法技艺》一书中说，如果在“假化石”中加入透明的物质，就会染成美丽的紫罗兰色。玻璃工人用“假化石”给玻璃着色，陶瓷工人用它为自己的工艺品绘出紫罗兰图案。此外，“假化石”还有一种特殊的性能：当它和熔融的玻璃熔合时，能使玻璃净化，并把玻璃变成无色透明，而不是变成绿色或黄色。

可以给玻璃着色的“假化石”（网络图）

“这个可以以假乱真的家伙，到底是由什么化学元素组成的？”那时，世界上大多数科学研究者都对化学元素研究感兴趣，凯姆也不例外。

为了弄清“假化石”的奥秘，善于思考的凯姆进入实验状态。他把一块“假化石”和两份炭黑的混合物放在坩埚里加热，得到了一种有光泽面的晶状脆性金属。他发现，这种金属的断面有从蓝到黄等各种色调的虹彩。

凯恩断定，这种晶状脆性金属是由一种很有用的元素构成，但具体是什么元素，金属块是单质还是化合物，这些问题他一直没弄清。后来，他把实验过程和结果写成论文，发表在维也纳的一份科学杂志上。

黑白镁之辨

一年多后，在离维也纳城不远的瑞典国内，化学家伯格曼看到凯恩那篇关于“假化石”的论文时，一拍大腿，跳了起来。他一边在实验室来回踱步，一边自言自语：“‘假化石’就是黑镁，肯定没错！”

伯格曼口中的黑镁，是当时许多化学家醉心研究的矿石之一。小亚细亚的马格仙西亚镇盛产两种矿藏：黑镁和白镁。尽管人们都知道黑镁具有让玻璃脱色的功能，但没有人认为它就是“假化石”。

经过多次实验，结合凯恩的论文，伯格曼确定白镁是氧化镁，而“假化石”就是黑镁；黑镁中含有一种新元素。同时他还指出，作为一种新型的金属氧化物，黑镁不能和焙烧的石灰混合，也不能和白镁混在一起。很显然，凯恩只是对“假化石”提出质疑，而伯格曼已经确认“假化石”含有新元素。

马格仙西亚镇盛产的白镁：氧化镁（网络图）

伯格曼的研究到此为止。因为探求新元素不是他的研究方向。不过，他在当年发表的论文中提到的马格仙西亚镇的拉丁文，managnese，将继续发挥作用。

元素终现形

伯格曼有个很要好的朋友，就是大名鼎鼎的瑞典化学家舍勒（注2）。正醉心研究新元素的舍勒毫不犹豫地接过朋友的大旗，决心让这种新元素现形。公元1774年，舍勒向斯德哥尔摩科学院提交了一篇名为《“假化石”元素的性质》的论文，里面正式提出“假化石”中含有一种新金属元素的观点。

论文发表没多久，舍勒得知本国另一位化学家加恩也做过类似的实验。原来，加恩在坩埚的内壁用湿木炭粉涂敷，然后在坩埚中放进油和“假化石”粉末的混合物，一起加热。3小时后，他在坩埚中发现了一颗颗金属晶粒。

为了早日弄清“假化石”的奥秘，舍勒于当年5月16日寄给加恩一些纯净的“假化石”。同时寄去的，还有一封信：“我焦急地等待着你用‘魔火’加热‘假化石’后得到的结果，我希望你能尽快送给我一小块这种金属。”

让锰最终现形，并为锰元素命名的科学家舍勒画像（网络图）

一个多月后，加恩回寄给舍勒一部分“魔火”提炼出来的金属。舍勒迅速写信给加恩，感谢他送去的“假化石”：“我认为‘假化石’中所含的金属元素，是一种区别于其它所有半金属的新元素。”舍勒经过研究，得出含这种新元素的金属的共性：这种银灰色的金属像铁，但比铁要软些，熔点比铁低，表面还易生锈，变得灰蒙蒙的没有光泽。他与加恩见面后，提出的这些观点，加恩也表示赞同。

后来，经过仔细的思考，舍勒决定用马格仙西亚镇的拉丁语（Managnese）来命名“锰”，元素符号则取其缩写“Mn”。他进一步提出，“假化石”应该叫软锰矿，其主要成分是二氧化锰。

经过几国科学的不懈努力，“锰”元素终于现形于世！

“假化石”的主要成分：二氧化锰（网络图）

后记

话说舍勒给锰命名后相当长一段时间，软锰矿及锰元素的用途并不大。当时的科学家认为，纯净的金属锰在人们的眼中没有多少用途，因为它比铁还容易生锈，在潮湿的空气中， 不一会儿就变得灰头灰脑的；此外，锰的熔点也没有铁高，机械强度也远不及钢铁，而价格却比钢铁贵得多。

100多年后的1882年，英国治金学家罗伯特▪哈德菲尔德研制出含锰13%的锰钢。锰钢是一种高强度的钢材，主要用于需要承受冲击、挤压、物料磨损等恶劣工况条件，破坏形式以磨损消耗为主，部分断裂、变形。从此，锰的身价大增，在工业建设中大显身手。当然，哈德菲尔德的研究之路颇为曲折。

高强度，承重压的锰钢铸件（网络图）

后世科学家继续努力，终于弄清了锰的化学性质：作为地壳中广泛分布的元素之一，锰常含少量的水及二氧化硅、氧化铁及硬锰矿；它通常呈柱状、针状、纤维状、粒状等晶体。

标有五星食品级的高锰钢水壶（网络图）

当然，人们更需要明白的是，锰本来是一种高度不溶解元素，如果存在于容器材料中的锰如果不与酸性溶液接触，就不会“从锅里跑到饭菜里”；再者，由于人体消化系统对于锰的吸收概率只有1%—5%，绝大部分通过饮食进入到胃肠的锰会排出体外。因为只有明白了这些，才能明白“长期使用高锰钢水壶会让人变傻”这不过是一句谎言而已！

注：

1、 比林古乔（1480～约1539），意大利冶金学家。青年时期曾周游意大利和德国，考察冶金作业，后在铁矿、锻造厂和兵工厂工作。1513年主管造币厂，此后他在威尼斯和佛罗伦萨共和国铸造火炮和修建城堡。1540年，他逝世一年后，著作《火法技艺》才出版。

2、 卡尔·威尔海姆·舍勒（1742～1786），瑞典著名化学家，1775年当选为瑞典科学院成员。他对氧气、氯化氢、二氧化碳、二氧化氮等多种气体都有深入研究。还发现过钼、钨、锰等金属元素。他也发现了一种与巴氏消毒法很相似的消毒方法。据载，他喜欢亲自“品尝”自己发现的化学元素并因此中过毒。