身怀绝技的金属元素？

我是卓言，我们一起终身学习，第215天。

每天一本书，今天我们来读《决战元素周期表》（上）

关于作者

大卫·S.亚伯拉罕，美国自然资源战略专家，曾为美国白宫管理与预算办公室提供自然资源与地缘政治咨询。长期为《纽约时报》《洛杉矶时报》《华尔街日报》供稿。

关于本书

我们的世界，是依靠很多金属元素在支撑运转的。作者通过大量的实地采访，带着我们进入了两个陌生的世界：一个是元素周期表后半段的稀有金属世界，包括：钽、钇、镓、锗、铌、镝……这些金属我们很陌生，但科学技术已经激发了它们的潜能。另一个是人类政商博弈的隐秘世界，上百亿美元的资金暗流涌动，支撑着整个世界的稀有金属贸易。

核心内容

作者从人类战争的角度，梳理了武器升级的规律：谁能操纵更稀有的金属元素，谁就能获得更强的战力。在这个过程里，作者向我们介绍了多达几十种金属元素的神奇功能，让每个读者都深深地体会到：人类的未来，是建立在对稀有金属元素的开发和利用上的。

前言

首先，我邀请你回想一下高中都学过的元素周期表。可能对大多数人来说，只能记住表里前1/3的内容。背到这，大多数人就进行不下去了，后面好像还有很多奇怪的，金字边的，不认识的字。我还记得，我当时去问我的初中化学老师，后面这些元素都是干嘛的，老师给我的回答是：这些元素数量都很少，而且它们在平时的生活里，基本用不着。

而这本书告诉我，后面那些元素太重要了。甚至可以说，它们决定着人类的未来。

本书的题目《决战元素周期表》，这个决战指是什么呢？简单回答就是，决战是一个比喻，指的是人类怎么使用和争夺，位于元素周期表后半段那些我们不太认识的金属元素的。

人类历史上打仗就是打金属

这本书里有这么一句话：一个种族使用元素周期表上元素的能力，直接能转化它的军事成就。这话什么意思，我帮你从地球还没有人类的时候开始分析。

我们先锁定一个相对低等的文明：比如一群狼。狼是社群动物，也可以算是文明的雏形。狼能掌握的东西，无非就是狼的各种器官，狼牙，狼爪，也就是一个生物体用自身的肉体所裹挟起来的元素，比如碳、氢、氧、氮、磷。所以狼和其他生物没什么区别，因为掌握的元素有限，它们绝对统治不了这个行星。

这时候，如果来了一群拿着石器的原始人，狼肯定打不过。表面上看，因为原始人拿着更先进的武器，但在本质上，是原始人手里拿着狼掌握不了的元素，这就是地壳里的各种硅酸盐，俗称石头。硅酸盐的硬度比起生物的骨骼高得多，所以原始人比狼群厉害。

时代继续进步，这时候，如果来了一群手持金属武器的文明，手握石器的原始人一定打不过他们。

书里举了“赫梯人”征服中东的例子。公元前6000年左右，有一个叫“赫梯人”的种族从高加索地区南下，进入了今天的土耳其地区。赫梯人的战斗力非常强，很多上古史书把他们描写得像战神一样。为什么？因为赫梯人掌握了一种神秘的技术。他们发现，把一种特殊的石头放在炭火上加热，就能得到另外一种极其坚固的东西。其实这就是铁元素，原子序号26。铁元素是宇宙里超新星爆发的产物，需要报废一颗8倍以上太阳质量的恒星才行。凡是原子序号在26之后的元素，全都必须在超新星爆发中才能生产。当然，赫梯人不知道这些，他们只知道这东西很硬。他们打造的铁质盾牌，铁质武器，就是当时地球上最高科技的武器。同时期的阿拉伯人只有木质弓箭，那当然打不过。赫梯人强大的本质，是他们能操纵元素周期表上排位更靠后的铁元素。

随着人类的科技进步，铁元素也普及了，成了全世界人的武器，甚至成了战争的代言词。那个著名的俾斯麦，被称为铁血宰相，就是因为他发动了很多战争。在一个大家都用铁打仗的时代，你要想高人一等，就必须掌握元素周期表后面那些罕见的元素。

我们来看一个一战里发生的例子：1918年，炮弹突然在巴黎市区从天而降，一下炸死了几百人。巴黎人都蒙了，因为离巴黎最近的德军阵地也在100多公里开外，当时大炮的射程只有十几公里。照理说，德军的炮弹根本打不过来。原来，德军使用了一种新式武器，绰号就叫“巴黎大炮”，射程达到了当时让人震惊的130多公里，相当于一炮从深圳打到广州。

而德军之所以能造出这种大炮，因为他们的炮管里加入了一种叫“钼”的元素，你看，已经出现不认识的字了。钼合金炮管的强度和耐热程度都极大提升，所以能打得更远。

而到了二战期间，在坦克的炮管里添加各种稀有金属，已经成了标配。炮管要不是合金制成的，那你肯定打不过别人。二战初期，德军坦克所向披靡，很大原因就是德国科学家掌握了更先进的合金技术。

但是，真正终结二战的，是两种排位更靠后的金属——著名的钚和铀。它们就是两颗原子弹的原料，属于放射性金属。原子弹的威力超过了任何一种人类热兵器武器。甚至可以说，二战的终结者其实是两种金属。

而到了21世纪，人类的高科技武器就更依赖稀有金属了。这些金属，清一色是我们不认识的奇怪字。

比如美军的 M1A2 主战坦克有先进的火控系统，这能让它在战场上率先发现敌人，率先开火。它的火控系统里要加入稀土金属“钇”。同时这款坦克的夜视仪里，含有“锗”“镧”元素。现代潜艇和战舰，都需要在钛金属里加入金属“铼”元素，强化舰体。美军著名的“宙斯盾”系统核心部分的 SPY-1 相控雷达里，也含有各种稀土元素。

最典型的例子是美国的 F-35 战斗机，用作者的原话说，F-35 飞过了整个元素周期表：飞机的螺母和螺栓都加入“铍”，雷达的信号加强需要金属“镓”，电容里需要金属“钽”。一架 F-35 战斗机，总共需要使用400千克的稀土。

书里引用了一位美国少将，也是一个材料学博士拉蒂夫少将的话，他说：“如果没有某些稀有金属，人类武器会退回20世纪六七十年代的水平。”

所以，纵观生物的进化史和人类的战争史，我们能清晰看到，从牙齿到石头，再从铁质武器到 F-35，是一个在人类在元素周期表里升级的过程。我们手持的金属元素越靠后，我们的战力就越强。

这是我们要说的第一部分内容，打仗就是打金属。听到这，你会不会觉得好奇，这些金属元素怎么能发挥这些神奇的功能呢？在下面一个小节里，我来给你解开这个秘密。

稀有金属的三个应用场景

稀有金属有三个应用场景，分别是制造合金、打造永磁体和金属铌的亲生物应用。

第一种用法：制造合金。我们来看“铝”的例子。

首先我们都知道，铝这种金属很软，用石头都能在纯铝板上刻下划痕。铝的熔点也很低，只有600多度，稍微一烧就软了，用脚跺几下都能踩扁。不过铝有两大优点：第一，很轻；第二，导电性很好。

怎么才能发挥铝的优点，规避铝的缺点呢？答案就是：合金。

比如，往铝里添加0.2~0.3%的金属钪。注意，这个比例就和我们做饭放盐的比例差不多。但新形成的钪铝合金简直像换了一个人一样：高温强度、结构稳定性、焊接性能、抗腐蚀性、避免脆化等等全面提升。同时，还保留了铝轻、导电性好、价格便宜的所有特点。钪铝合金，是人类最前沿的材料，在飞机、航天工业里都有大用。而让铝金属完成这次升级的，就是那么一点微量的稀有金属钪。这就是为什么有人把稀有金属比作工业食盐。

我们再来看一个例子，这就是“金属铌”参与制备的合金。在汽车工业里，有一个永恒的难题，就是怎么能在不降低汽车的安全性的前提下，减轻汽车的重量。其实答案很简单：使用特种合金，比如加入铌。只要在1吨钢材里加入100克金属铌，大概就是一个蚕豆那么大一块的铌，就能让钢材的性质发生重大改变，强度大幅提升。这就带来一个重大的好处：1吨的钢材就能当2吨钢材使。现在很多人都在为地球变暖发愁，从这个角度说，要达成“节能减排”这个目标有一个办法，就是在汽车工业里大量使用含铌合金，环保的难题就可以被转化成，金属铌的供给问题。

我们总爱说，点石成金。今天的人类，其实已经掌握了类似的技术。

可以说，在今天，金属单体，也就是纯铁、纯铜和纯铝这些金属纯净物，都只能算工业原料。如果你不是合金，那根本不可能承受今天人类工业的各种苛刻要求。无论是桥梁的钢索、汽车的防撞梁，还是航天飞机的外壳，都是经过人类测试多年之后的合金。

为什么合金有这么神奇的作用呢？这是因为加入其他金属改变了原有金属的原子结构。

在纯金属的内部，原子排列是比较规整的。你可以把它想象成一张很均匀的纸，每层原子层之间相互滑动起来比较容易，专业名词叫“金属原子的流动性很好”。一种金属的流动性越好，它的物理属性就越软。而在添加了其他金属元素之后，相当于在原来的纯净物里增加了一些杂质，增加了金属原子组织的不均匀性，就好像在一张纸里加入了很多植物纤维，很多梗，那这张纸就会变得更强韧，金属的“流动性”就降低了。同时，金属的一系列性质，比如热导性、导电性、磁性都会发生变化。这个改变非常之大，以至于几乎像变了一种物质一样，有的科学家甚至把合金称为“亚元素”，意思是，它的性质几乎变成了另外一种元素。

第二种用法，制造永磁体。比较典型的元素叫镝。

永磁体，这是一个陌生概念。我们先说，为什么永磁体这东西这么重要。人类很有前途的两个工业方向都需要永磁体，一个是风能发电，一个是电动汽车。

我们的高中物理都学过，要把动能转化成电能，或者把电能转化成动能，都需要磁场。而“永磁体”就是提供这个磁场的。一般磁铁的磁场会慢慢变弱，但永磁体的磁场变弱非常慢，所以得名永磁体。永磁体，其实在我们身边大量存在。

比如新疆有一个地方，叫达坂城。达坂城有我国最大的风力发电机组。如果你开车从那里经过，太壮观了，简直是一个风车的世界。在迎风的山岗上，站着无数像巨人一样的风车。而每一个风车里，都有永磁体。它在里面，默默地帮助人类把动能转化成电能。

还有，如果你买了宝马或奔驰的电动汽车，那你就每天都和永磁体为伴。世界目前主流电动车驱动，就是靠永磁体推动的。这里我们顺便说一下，很多人以为汽车是靠马达，也就是电动机推动的，其实不是。如果用普通电动机驱动汽车，会遇到很多问题。比如说，汽车在拐弯儿的时候，两边轮子的转速是不一样的，这个问题电动机就解决不了。目前人类找到的最主流的解决方案，就是用永磁体来驱动车轮。

说了这么多永磁体，其实是为了推出金属镝元素。要造永磁体，必须用到金属镝。我们刚才说了，合金的性质会发生改变。人类发现，在一种叫“钕铁硼系永磁体”里面，加入金属镝，就能极大地增加这种磁体的电磁性质。目前，人类还没有找到另外一种替代品，镝是目前人类找到的最优解。

所以，只要人类希望实现“动能和电能之间的转换”，我们就会大量需要金属镝。

下面，我们再来认识一种更厉害的金属：铌。铌元素的英文缩写是 Nb，你听这个名字感觉就很牛。铌的功能也很多，可以用来制备合金、制造超导体，但是铌最独特的属性，是它的亲生物性。

一般来说，有机物和金属之间是相互排斥的。人体很容易对金属过敏，比如戴眼镜的人可能有过这样的经历，眼镜的金属腿把耳朵那个位置弄得很痒，这就是皮肤对金属过敏。我们为什么要戴纯银的配饰，就因为银是少有的一种，人体皮肤不过敏的金属。但是，金属铌对人体的友好程度远远超过银。

用术语说，铌有很好的“抗生理腐蚀性”和“生物相容性”，说白了就是不生锈，不排异，也不和人体里的各种体液发生作用。甚至更神奇的是，肌肉居然能够在铌条上生长，就像在真正的骨头上生长一样。有人给铌起了一个外号，叫“金属肉”。

如果人的头盖骨损伤了，最佳的替代物是铌片的人造头骨。铌丝，可以用来缝合神经和肌腱。把铌做成纱状或网状的结构，可以用来补偿肌肉组织。如果人体骨折，用“铌合金”打造人造骨骼是最好的。你可能会说，人造骨骼不都是钛合金吗？是。原因很简单，铌太少也太贵了，一般人用不起。

铌的亲生物性，是元素周期表里，一种非常稀缺的特性。甚至，我们稍微开一点脑洞。有人认为，人机合一是未来的趋势，那铌就太重要了。假设未来人类会在身体里连电线，安U盘，甚至装强化骨骼和造金属组织，铌一定是首选。可能到那时，铌将会超过钙和铁，成为人类含量第一的金属元素。

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来源：卓言日知录