生活中的矿物——矿物的“妙用”
矿物资源是人类文明发展的重要物质基础,以及推动社会进步不可或缺的关键资源。矿物资源的应用与人类的衣食住行、科技医疗息息相关。 今天为大家介绍一些生活中常见的矿物,共同了解矿物的“妙用”。
石英:钟表核心元器件
在很长一段时间里,由于技术复杂性和材料成本的高昂,机械钟表的价格非常昂贵,属于奢侈品。直到石英钟表的诞生,改变了这一局面。石英钟表只需要纽扣电池供电,且石英矿资源丰富、开采成本低,使手表在大众消费市场中快速普及。
石英,化学成分SiO2,是地球上分布最广的矿物之一。石英之所以能够作为钟表核心元器件,关键在于其独特的物理性质:压电效应与稳定振荡。
石英晶体具有压电特性,即在机械应力作用下产生电荷(正压电效应),或在电场作用下发生形变(逆压电效应)。钟表中通过电池供电对石英晶体施加电场,使其产生规律的高频机械振动。
石英晶体被切割成特定形状后,在电路中会以32768Hz的频率振荡。该频率经过15级二分频(即32768÷2¹⁵)可得到1Hz的标准脉冲信号,直接对应秒针的步进。石英的振荡频率受温度、环境干扰影响极小,其振动误差控制在每日小于0.5秒,远高于机械表的精度(误差约±30秒/日)。
蒙脱石:止泻良药
家里有小孩的朋友,一定对药品蒙脱石散不陌生。蒙脱石作为蒙脱石散的主要组成成分,是一种由颗粒极细的含水铝硅酸盐构成的层状矿物。特殊结构决定了蒙脱石具有多种优良特性,如高分散性、悬浮性、膨润性、粘结性、选择吸附性、阳离子交换性等。
使用蒙脱石制成的蒙脱石散主要用于治疗腹泻。蒙脱石进入肠道后,能够凭借其强大的吸附能力,有效吸附有害成分,包括细菌毒素、病毒颗粒等,同时还能吸附过多的水分,减少肠道内容物的流动性,从而减轻肠道的蠕动和分泌,缓解腹泻症状。蒙脱石在肠道黏膜表面形成连续的均匀薄膜,紧密覆盖上皮细胞间隙,直接阻隔病原体与肠壁接触,同时促进黏液糖蛋白分泌,加速受损黏膜的修复过程。与普通止泻药不同,蒙脱石通过物理吸附发挥作用,安全性较高,物理惰性不被人体吸收,无代谢负担,尤其适用于儿童、孕妇等敏感人群。
硫磺(自然硫):从皮肤药膏到工业原料
硫磺,学名自然硫,是指斜方晶系的α-硫,属于自然非金属元素类的单质矿物。
以自然硫为原料制成的硫磺软膏、硫磺香皂,具有抗菌消炎、抑制霉菌生长,杀灭疥虫、螨虫等的效果,还具有制止皮脂溢漏等功效,能产生良好的止痒作用,对疥疮和脂溢性皮炎显示出明显的疗效,是“油痘肌”的福音。
此外,自然硫在工业领域也有着重要的用途,是制造硫酸、生产化肥(尤其是磷肥)、硫化橡胶、烟花爆竹及火药的重要原料。
高岭石:从陶瓷工业的原料到催化领域热点
陶瓷是人们日常生活中不可或缺的物品,应用极其广泛,从餐具到家居装饰品,再到卫生间的卫生用品,到处都有陶瓷的影子。在这背后,高岭石作为陶瓷制造的关键原料,其重要性不言而喻。高岭石不仅能显著提高陶瓷制品的硬度,增强耐磨性,还能增加产品的韧性,防止在使用过程中出现破损和裂纹。这对于打造高品质的陶瓷制品至关重要。
随着科技的不断进步,高岭石的应用领域已超越了传统的陶瓷工业。其独特的晶体结构赋予了高岭石多样化的应用特性。高岭石矿物内含有吸附水、层间水和结晶水,且表面富含活性基团如Al-OH键和Si-O键等,晶格边缘则分布着众多破碎的化学键。这些化学键的不平衡导致高岭石表面附着部分负电荷,进而提升了其溶解性、解离和吸附能力。因此,科学家们利用高岭石的高黏附性、大的比表面积、强耐酸碱性以及良好的离子吸附性,精心设计了基于高岭石的吸附-催化基底净化材料。该材料能通过静电作用力、分子作用力以及离子交换效应迅速锁定潜在污染物,并与污染物分子和水分子进行直接接触反应,促进污染物分子分解为无毒无害产物,同时将水分子化学转化为氢气,从而实现污染水体的净化。目前,高岭石因其低廉的成本和绿色环保的特性,已成为催化领域的研究热点。
石墨:从铅笔芯到石墨烯
大多数人的求学之旅都是从一根铅笔起步的。铅笔芯中其实并不含铅,而是一种名为石墨的矿物。石墨,外观呈黑色,质地柔软,轻轻划过纸张即可留下清晰印记。在放大镜下观察,会发现铅笔印实际上是由无数细小的石墨颗粒组成的。
石墨的用途可远不止用于制造铅笔,它以优良的性能在众多领域中发挥着不可或缺的作用。石墨熔点高达3652℃,沸点更是达到4827℃。石墨同时具备良好的导电性,化学性质也相当稳定,不易受到酸、碱等物质的腐蚀。石墨在工业上常被用作抗磨剂和润滑材料,同时也可以用于制作坩埚、电极以及干电池。石墨也是制造火箭发动机的理想材料。此外,高纯度的石墨还可以在核反应堆中作为中子减速剂,发挥着至关重要的作用。
石墨具有独特的晶体结构,在电子显微镜下展现出一层层的形态,这种结构特点使得科学家们能够通过剥离石墨薄片,直至达到无法再分离的程度,从而获得了一种崭新的材料——石墨烯。300万层石墨烯薄片叠在一起的厚度只有1毫米。尽管轻薄如纱,强度却超乎想象,甚至超过了自然界硬度最大的矿物——金刚石。这种被誉为“新材料之王”的石墨烯,以其超轻超硬的特性,在多个领域都展现出了广阔的应用前景。