The Periodic Table of Elements Issue
Introduction

为什么元素周期表比以往更重要

Portrait of Dmitri Mendeleev
Dmitri Mendeleev, inventor of the periodic table, circa 1880-82. Photographer: Andrei Osipovich Kareli/Alamy

美国发明家富勒 (Buckminster Fuller) 曾经将科技的进步形容为「昙花一现」。阳光和微风正在取代煤炭和石油作为能源,品牌比建筑物对企业更重要,而法定货币取代了黄金和白银。所以我们有理由断定,对铜、铁、汞、硫等物质进行粗略分类的元素周期表已经过时,就像打字机一样再无用武之地。

事实恰恰相反,重要的依然重要。在俄罗斯化学家门得列夫 (Dmitri Mendeleev) 编制元素周期表 150 周年之际,这张小小的表格从未像今天这样重要。 Read More

元素周期表已经 150 岁了

长期以来,科学家一直试图对已知元素进行分类:1789 年,法国化学家拉瓦锡 (Antoine Lavoisier) 根据它们的属性进行了分类。到了 1808 年,英国化学家道尔顿 (John Dalton) 根据原子量对它们进行了排列。1864 年,英国化学家纽兰兹 (John Newlands) 提出了一个元素八音律,认为每隔 7 种元素就会出现性质相似的元素。但直到俄罗斯化学家门得列夫 (Dmitri Mendeleev) 才创造出一个真正具有系统性和预测性的元素周期表。

门得列夫 1834 年生于俄罗斯托博尔斯克 (Tobolsk),是家中十多个孩子当中最小的一个。他 1855 年毕业于圣彼得堡 (St. Petersburg) 的主要教育学院 (Main Pedagogical Institute),然后前往德国海德堡 (Heidelberg) 和法国巴黎学习化学,获得博士学位后返国,成为圣彼得堡帝国大学 (Saint Petersburg Imperial University) 的教授。由于对俄罗斯现有的无机化学教科书感到不满意,他决定自己撰写。

门得列夫从 1869 年开始发表的著作已经列出元素的周期性,也给尚未发现的元素预留了空间。随着镓、钪和锗在 1875 年、1879 年和 1886 年被发现,这个周期表被证明是正确的。越来越多的科学家接受了这些理论,加速了对材料世界的研究以及在工业和商业化方面的应用。门得列夫也参与其中,在俄罗斯向现代化推动的过程中,他调查了和煤炭、石油,甚至芝士生产有关的流程。

自 1907 年门得列夫因流感去世以来,这个周期表发生了一些变化,但它的基本结构没变。每一种元素都有一个化学符号,由一个或两个字母组成,通常来源于它的常用名,但有时候也来自另外一种语言,比如说,黄金的化学符号「Au」就来源于拉丁语中的金 (aurum)。原子排序与原子核中的质子数相符。标准原子质量有时候会出现几位小数,如果是最长寿命的同位素 (isotope),这个数字就会写在括号里。同位素是指:某种特定化学元素之下的不同种类,同一种元素下的所有同位素都具有相同质子数目,但中子数目不同。

周期表中的纵列表示的是具有相似化学特性的元素。例如,从左边数第一列是碱金属 (alkali metals),其原子最外层只有一个电子,因此容易和卤素 (halogen) 结合在一起;从右边数第二列,原子最外层有 7 个电子,而且缺少达到稳定结构所需的单个电子。

利用这个理论,我们可以生成一些化合物,比如说,氯化钠 (sodium chloride),也就是食盐;还有碘化钾 (potassium iodide),可以保护甲状腺 (thyroid) 免受辐射影响。最右边的一列是惰性气体 (noble gases),其原子最外层的电子数量已满,从而使这一列的大多数元素都可以用来照明,因为它们不会和其他元素起反应。在大多数元素周期表中,镧系元素 (lanthanides) 和锕性元素 (actinides) 被横向放置在底部,免得表格变得太宽,用起来不方便。

门得列夫也有不正确的地方:他认为元素是独一无二的,而且不赞成它们具有相同构成要素。他还提出了一种复杂情况,认为醚 (ether) 是一种元素。但他的基本设计是正确的,这正是他今天被视为元素周期表发明者的原因,也正因为如此,今年被命名为国际化学元素周期表年,以庆祝它发明 150 周年。 —Joanna Ossinger

Hydrogen $0.01/liter, 99.95% Grade B gaseous

氢车上阵

在欧洲的电动汽车之都,这种燃料未来可期
The Raggovidda wind farm on the Barents Sea coast. Video: Rocco Rorandelli for Bloomberg Businessweek
The building for the electrolyzer being constructed close to the port of the town of Berlevag.
The building for the electrolyzer being constructed close to the port of the town of Berlevag. Photographer: Rocco Rorandelli for Bloomberg Businessweek
虽然看起来可能不太像,但挪威贝勒沃格港 (Berlevag) 附近正在建造的这座建筑物,将成为世界上性能最高的风力发电场的一部份。到明年初,它将安装一种叫做电解槽 (electrolyzers) 的设备,由挪威的风提供动力,为越来越多的铲车、汽车、货车和巴士生产氢燃料。位于挪威首都奥斯陆 (Oslo) 郊区霍维克 (Hovik) 的一个氢气站很快就能给它们加燃料了。
Hydrogen tanks inside the Scania regional service center of Trondheim. Photographer: Rocco Rorandelli for Bloomberg Businessweek

几十年来,人们总是说距离氢电池革命只有十年了。不过,作为欧洲电动汽车最普及的国家,挪威有望成为这种宇宙最丰富元素的领先采用者。支持者表示,随着可再生氢的供应不断增加,这种燃料将更具竞争力,它将成为一种重要元素,构建一个更加环保的未来。

氢燃料长期以来遇到的一个麻烦就是,它通常需要化石燃料来产生。但贝勒沃格风力发电场的情况就不一样了。瑞典汽车制造商斯堪尼亚汽车公司 (Scania) 的一名技术人员,他手中的氢电解槽和保存罐将由太阳能电池板提供燃料。这种氢气设备将为货车和铲车提供动力,该车队正在进行氢燃料测试,测试完毕后将交付给当地食品批发商 ASKO。

不过就目前而言,传统重污染制氢方式的成本还不到可再生制氢方式的一半。这令挪威政府头痛,该国政府计划到 2025 年停止销售化石燃料汽车,并预计几年后有 50 万辆氢能汽车在该国上路。这起码意味着在贝勒沃格将出现更多的电解槽。

Helium $0.95/liter, 200-liter cylinder

击中要氦

全世界的氦气储量正在减少。价格飞涨,将来不只是聚会时用的气球没有氦气可充。有两位地质学家说,他们偶然发现了一处氦气储藏区,它也许能让其所在国完全改变面貌 Read Story
Karim Mtili, a geology grad student, collects gas samples in Itumbula, Tanzania. Video: Adriane Ohanesian for Bloomberg Businessweek
Lithium $10.34/kg, 56.5% lithium hydroxide, China market

蓄电大战

如果说 20 世纪是内燃引擎时代,那么 21 世纪堪称属于电池时代。几十年之内,电池可能将成为驱动汽车和货车的主导动力来源,而且它们甚至还会在直升机和飞机上普遍使用。与之前高尔夫球场使用的电动车大不相同的是,现在的电动汽车能在达到极高速度的同时,排放的污染却远低于汽油车。它们的制造工艺也更简单,而且所用的电池还可以回收利用。

从通用汽车到宝马汽车的汽车制造商正在花费数十亿美元来实现环保运输。但这些努力本身往往也对环境造成危害,所以要确保这些公司能以负责任的方式采购关键材料的压力也越来越大。很容易掉进与石油业曾经遭遇的诸多相同陷阱,而电动车行业尤其应该避开它们。我们将了解一下电池里用到的锂、钴和锌等原材料,来看看它们的环保性能孰优孰劣。

合乎商业伦理的电池:生产过程却是耗水大户


丰度○○○○○
开采活动○○○○○
回收与再利用○○○○○

  • 用于: 锂电池用作驱动汽车、手机和电动工具的动力来源
  • 用途: 在电池的正负极之间传输能量
  • 致命伤: 如果锂价格持续偏低,那么其开采、勘探和回收业务将难以收回成本。这将导致整个行业比较依赖一种环境风险更大的方式,也就是咸水开采工艺,这种方式大量抽取地下咸水,然后通过蒸发方式提取锂元素。
Beryllium $500/kg, U.S. market

一辆超高级单车

A BE401 mountain bike manufactured by Beyond Bicycles and made with beryllium. Courtesy Chris Hinshaw

铍这种金属比钢硬度大、比铝轻,储量相当稀少,如果吸入人体会有毒;它一般会留作制造高科技设备,比如 X 光机、太空船以及核反应堆和武器。

但 1990 年代,前三项全能运动员欣肖 (Chris Hinshaw) 发现了一个市场机会: 单车。他设在美国加州圣荷西的公司 Beyond Beryllium Fabrications 用这种金属制作了大约 100 辆单车。其中大部份用了铝铍合金,售价在 1900 美元左右;小部份用了武器级铍制作,售价高达 3 万美元。顾客中包括美国棒球明星戴维斯 (Chili Davis)。

欣肖几年后停止生产铍材质单车,因为他的主要供应商——俄罗斯一家矿业开采和提炼企业变得很不稳定。他说,「苏联解体后,我们立刻意识到,我们的基础设施没有了,不仅没法制造产品,更没法依照单车行业制定的标准和期望值来制造。」

Boron $0.43/kg, average value of U.S. imports

早在 1956 年 10 月 20 日,本刊前身《商业周刊》(BusinessWeek) 就预言,硼元素将迎来「一大波令人激动的新应用」,特别是在航空燃油方面。几年后,科学家们意识到,以硼为基础生产的燃油毒性太强,容易发生自然灾害。幸运的是,硼不断被证明在越来越多的产品领域很有用,比如洗衣液、化肥和液晶显示屏等。最终来看,我们的结论是对的,虽然原因不是我们当时以为的那样。

Carbon $0.11/kg, minimum carbon price recommended by the UN Global Compact

万物皆原子

假如化学这门学科是公平的,那么在美国化学学会 (American Chemical Society) 的 CAS 数据库收录的 1.54 亿种化合物中,将平均分布着 118 种化学元素。然而事实并非如此,大约有 200 万种化合物的分子结构含有碳的原子。碳既是戒指上镶嵌的钻石,也是组成手指的重要元素。下面根据大小和发现日期,为你介绍几种包含碳的强大分子。
Nitrogen $0.10/kg, 99.99% Grade B liquid
Oxygen $0.17/kg, 99.6% Grade A liquid

倒出硝基泡沫

Nitro cold brew. Photo: iStock/Getty Images

虽然南瓜香料出现了,但泡一杯咖啡的方式却没什么可改变的——总是要将咖啡豆烤熟、研磨,然后用水冲泡。但近年来,你随手端起来的咖啡已经有了一次重要升级:将无味的氮气泵入煮好的咖啡中,以增添泡沫和甜味。一杯好的硝基冷咖啡看起来像是一杯诱人的啤酒,上面漂浮着一层柔软的泡沫。根据最受认可的起源说法,第一杯硝基咖啡于 2012 年在美国德州奥斯汀出现。自那以来,它已成为咖啡爱好者的常备品种,成为 41 亿美元规模的即饮咖啡市场的推动者。

Stumptown Coffee Roasters 是总部位于美国俄勒冈州波特兰 (Portland) 的全美连锁咖啡店,该公司在试推出几款产品后,于 2015 年正式推出罐装的硝基咖啡。目前这类咖啡每年销售约 200 万罐,是该公司增长最快的产品。公司首席咖啡师沃尔茨基恩斯基 (Brent Wolczynski) 表示,「在早期,这个过程非常简单。先将冷啤酒放入桶中,在高压环境下注入氮气,然后摇晃即可。」

现在的制造过程相当于一个奇妙的科学实验:每个罐子都配有一小部份塑料,用来封闭氮气。打开盖子后,咖啡暴露在大气压下,氮气被释放出来,并通过咖啡逸出。于是在你倒出来的时候就有一连串微小的气泡出现了。

在另一个顶级品牌 La Colombe Coffee Roasters,他们在产品中加入了氮在元素周期表里的同伴——氧。该公司新开发的拿铁咖啡加入了一氧化二氮 (N2O)。这种化合物更广为人知的名称叫「笑气」,也被用于制作罐装生奶油。通过一个特制的阀门,热拿铁中常见的那种泡沫也出现在了冷咖啡中。N2O 气泡的持续时间比硝基气泡长,并产生更多的奶油质感,带有更明显的甜味。La Colombe 甚至为其包装罐申请了专利。

咖啡业的另一个大品牌星巴克 (Starbucks) 宣布,其硝基冷咖啡产品将在年底前在全美销售。毫不奇怪的是,产品将有多种口味和品种可供选择,例如一种带有「果肉茶冷泡沫」(cascara cold foam),另一种带有「甜忌廉」(sweet cream) 口味,甚至还会有一种南瓜忌廉冰咖啡。

Composition

夜视望远镜

今天的夜视技术已经很可靠了,获得广泛应用,从士兵到观鸟者都在使用它。虽然数码技术越来越受欢迎,但光强化技 术仍然是行业标准。当月光从物体反射进入这些以电池为电 源的双筒望远镜时,它穿过镜头进入一个图像增强管。然后,光电阴极将转换成电子,电子又被光电倍增管放大并导向磷 光质屏幕,产生可见的图像。—E. Tammy Kim

Photographer: Daniel Shea for Bloomberg Businessweek. Prop stylist: Anna Surbatovich. Product courtesy Night Owl Optics, First Texas Products LLC
Fluorine $1,528/kg, Swix high-fluoro wax

越野滑雪的肮脏小秘密

氟化蜡能让滑雪板移动得更快。但它对环境的伤害使得在欧洲将被禁用,美国很快也会跟进 Read Story
A bar of Swix high fluoro ski wax. Photographer: Evan Ortiz for Bloomberg Businessweek
Neon $2/liter, 200-liter cylinder

光光光

科学家们在 19 世纪末发现了大气中存在的氖。该元素及其同类惰性气体 (noble gases),包括氩、氪和氡,无色无味,并且大部份都是惰性的。但是当它们遇到电力时,它们会发出各种颜色。在 1920 年代,企业家们认识到了这一点在广告上的潜力,然后在几年内,霓虹灯广告牌就开始改变全世界城市的面貌了。他们最终定义了纽约市的时代广场和拉斯维加斯赌城大道等标志性地点的外观。
氖能够产生灯光中最常见的红橙色微光,其具体颜色取决于灯管中的灌装气体或气体组合。到了 1970 年代,香港已成为世界上最漂亮的霓虹城市之一。狭窄的街道上安装了密密麻麻的霓虹广告牌,餐厅、夜店和电影院都竭力在风格和尺寸上超过其他商家。 Video: Tommy Trenchard for Bloomberg Businessweek
Sodium $110/kg, 5-pound bag of Jacobsen pure flake finishing salt

美国盐业大王

雅各布森想改变人们对食盐的看法 Read Story
Ben Jacobsen, founder of Jacobsen Salt Co. Photographer: Shawn Records for Bloomberg Businessweek
Magnesium $4.74/kg, U.S. spot

闪光灯历史

Two children in a tenement room, circa 1910. Photographer: Jessie Tarbox Beals; Courtesy Community Service Society of New York/Rare Book and Manuscript Library/Columbia University

光一直是摄影师最关心的问题。但在 19 世纪中叶,捕捉和创造光的任务极其费时费力。1864 年,一位英国化学家的儿子布拉泽斯 (Alfred Brothers) 开始尝试一种原始的闪光灯,一种实质上燃烧金属的灯。

这其中的关键是镁,一种非常轻的银色金属。镁是第 12 号元素,在元素周期表的左上角,它是地球上最常见的元素之一,但它从不以纯粹的形式存在。镁本身燃烧时缓慢而清澈,发出明亮的中性光,没有蓝色或黄色的光泽。

布拉泽斯用一大块镁矿石浸泡在酸中,与盐混合,然后加以燃烧,最后收集蒸发出来的冷凝物。他将这种纯净的金属块打成薄片,然后将其切成可以像烛芯一样点燃的丝带。他把这个受控的火源放在他庞大的照相机旁边,并在他的工作室里照了一张相。一位伦敦记者在 Standard 上写道:「从此以后,凡人几乎都不可能将自己隐藏在摄影师的视线之外了。以前我们在日落之后很安全,但现在不同了。」不久,史密斯 (Charles Piazzi Smyth) 等冒险家在旅途中将镁带上,用来拍摄首批洞穴画面和胡夫金字塔 (Great Pyramid of Giza) 的内部。

Piazzi Smyth: Inside the Great Pyramids. Courtesy SSPL/Getty Images
Family around a piano, New York City, circa 1916. Photographer: Jessie Tarbox Beals; Courtesy Community Service Society of New York/Rare Book and Manuscript Library/Columbia University

B到了 1880 年代,镁光灯从探险家的工具箱里跳到了记者的工具箱中。然后,时任纽约《太阳晚报》(The Evening Sun) 摄影师的里斯 (Jacob Riis) 阅读了一篇关于德国闪光粉生产商的文章,「发出一声吓了我妻子一跳的大叫。……文章中写道,一种通过闪光灯拍摄照片的方式已经被发现了。」里斯买了一把 (在手枪内部点燃镁粉的) 闪光枪,并带着它拍摄了纽约下东区阴暗的公寓。如果没有镁,就不会有《另一半人的生活》(How the Other Half Lives) 这本书。

如果没有镁,也不会有贝尔斯 (Jessie Tarbox Beals) 的房屋图片出现。贝尔斯是一位教师转型的摄影师,主要拍摄 20 世纪初纽约人的肖像。就像历史学家弗林特 (Kate Flint) 在 Flash! 中所写的那样,她是「惊人地揭示日常生活面貌」的大师。在一幅特别著名的贝尔斯所摄照片中,一位无名妇女坐在厨房的椅子上,每只胳膊抱着一个赤裸的婴儿,脸上呈现出淡漠、疲惫的表情。与她和孩子一起出现在画面中的还有过大的婴儿床,一个破旧的苹果篮、铁炉、锅、水壶,以及堆放在开放式橱柜中的瓶子和盘子中。墙上挂着一幅日历和一块抹布,地板都是脏兮兮的瓷砖。还有比这个更具生活气息的房间吗?

在贝尔斯于 1942 年去世后的几十年中,镁光灯仅在形式上有所改进。它从闪光枪变成了闪光灯——就是我们现在印象中 20 世纪中期狗仔队拍摄时的突然大亮一下的样子。蒂德韦尔 (Dan Tidwell) 在镁光灯时代落幕时开始其摄影师生涯。1965 年,20 岁的他被聘请在加州萨克拉门托 (Sacramento) 附近记录一个历史性项目:美国太空总署 (NASA) 阿波罗计划的最后测试阶段。蒂德韦尔的首选相机是大画幅相机格拉菲 4×5 相机 (Graflex 4×5),右侧连接着一个大型闪光灯。他对我说:「如果这个玻璃灯泡当时爆炸了,那也不是什么稀罕的事。」

在他的一张照片中,四名穿著白色工作服、戴着头盔的男子站在一枚巨大的火箭前。在照片的右边,电线、管道和气球组成的一个圆锥体交叉缠绕成黑色和灰色的阴影。在左边,闪光灯已经将男士工作服,火箭的弧状箭身和机库的墙壁融合到一个白色的平面。

Apollo tests. Photographer: Dan Tidwell

那种闪光的美学现在已经不那么受欢迎了。(只有一家公司——爱尔兰的 Meggaflash ——仍在销售老式的闪光灯。)7 月,我在加州洛杉矶参加了一场在花园里举行的婚礼,仪式一开始,几乎每位客人都会拿起自己的智能手机。夜幕降临很久后,没有闪光,我们仍在继续拍摄。只有婚礼摄影师偶尔使用闪光来打断我们漆黑的环境。他将设备连接到相机上并按下快门。没有刺激的爆炸或金属烟雾,只是让人想起镁发出的炫目光亮。

Aluminum $2.54/kg, ingot, U.S. market

关于油墨的思考

本期封面上显示的金属色是彩通色卡上的 877 C (Pantone 877 C),其闪亮的质量来自混合在油墨中的铝片。

Photographs for Bloomberg Businessweek by Tommy Trenchard (Neon), Shawn Records (Sodium), Kiliii Yuyan (Neodymium), Carlotta Cardana (Gold), and Christie Hemm Klok (Berkelium)
Silicon $3.04/kg, silicon metal, U.S. market

向地下喷沙

(From left) Sandcastle sand and frac sand. Photo: Getty Images

在水力压裂工艺中,钻井工人在压力下将黏稠的砂砾浆泵送到井下,压裂地下的岩石,释放被包裹其中的石油和天然气。悬浮在压裂液中的「支撑剂」(proppant) 颗粒让向下的信道保持打开状态。最常见的支撑剂就是沙。

水力压裂施工现在是美国沙的最大消费者。而且不是任何沙都能胜任的:最好的沙是圆形、均匀的颗粒,有很高的硅含量,因为这会让它们足够坚硬,能够承受夹在巨型岩石之间的压力。支撑剂供应商 Hi-Crush 的一份宣传品上说:「美国石油生产的繁荣取决于能否开采到数以百万吨计的沙,并将其泵回地球的怀抱。」

采购

最受欢迎的压裂砂来自美国上中西部地区。北方白沙 (Northern White) 和渥太华白沙 (Ottawa White) 因不含杂质而备受推崇。货运列车和驳船将沙向南运送到二叠纪盆地油田,向东运送到马塞勒斯页岩油田。随着该行业的发展,试图降低运输成本的钻探商开始将目光放在更接近水力压裂现场的地方,挖掘质量较低的俄克拉荷马州沙,并开挖西德州的沙丘。

采掘

反铲挖掘机和装载机从浅坑中挖出沙。然后沙被洗涤,通过过滤器和离心机分选大小,再在旋转滚筒中干燥。有时沙会被涂上树脂以使其更加坚固。

混合

钻探商将沙存放在筒仓或其他容器中。在需要的时候,它会被掺入水、化学品和增稠剂,如瓜尔胶 (guar gum),在大型搅拌机中混合,然后再被泵入井中。

Phosphorus $0.07/kg, phosphate rock, f.o.b. (free on board; prices include shipping and loading)

生态肥料

Goats at Stone Barns. Courtesy Molly M. Peterson/Stone Barns Center for Food & Agriculture

自 1909 年被开发以来,化学肥料一直帮助人类生产更多的食物。但是,它对地球的破坏已引发人们越来越大的警惕。纽约州塔里敦的石仓食品和农业中心 (Stone Barns Center for Food & Agriculture) 的农民正在引领生态施肥方式。在洛克菲勒家族捐赠的约 160 公顷的土地上,奶牛、绵羊、山羊、猪和母鸡在不同的牧场周围打转,它们的粪便也四处分散,构成了牧场肥料的主要来源。石仓农场主管阿尔杰利 (Jack Algiere) 说,磷是动物粪便中的关键元素,也是他们在这里最严格监控的对象之一。他将磷称为植物世界的类固醇——与氮和钾结合后,磷可以将翠玉瓜变成一个极其出色的样本。

D巴伯 (Dan Barber) 是这处物业上的 Blue Hill at Stone Barns 餐厅厨师和共同持有人,他希望证明,如果农民们放弃他口中对磷和氮等「单一营养成分的迷恋」,他们仍然可以获利。与太多的东西一样,过量的磷也是有害的。含有肥料的水流会刺激藻类和杂草的过度生长,从而破坏水道。

石仓所属的纽约州韦斯特贾斯特县 (Westchester County) 已禁止使用商业磷肥,因其对哈德逊河 (Hudson River) 的生态造成威胁。由于天然来源的磷溶解性较差,没有被禁止,所以石仓的做法不受影响。

Sulfur $0.08/kg, elemental sulfur, f.o.b.

再见,硫

硫氧化物的排放导致了酸雨,并引发了包括肺癌在内的一系列健康问题 Read Story
Sulfur crystals. Photographer: Susan E. Degginger/Science Source
Chlorine $0.33/kg, liquid contract, U.S. market

牵涉脱欧问题的鸡

Illustration: Steve Bell

在 2017 年,英国脱欧问题似乎曾取决于用氯洗过的鸡上。欧洲禁止使用这种消毒方法,但此举在美国很常见,美国坚称若脱欧后的英国不接纳其「氯洗鸡」,美国不会与其签署贸易协定。两年过去了,文翠珊已下台,英国却还没脱欧,而「氯洗鸡」可能到来的前景仍然让留欧派恼火不已。

Argon $0.48/liter, 200-liter cylinder

香港的霓虹招牌

这个城市的招牌一直在减少。香港政府已经严格取缔了它认为不符合建筑和安全法规的招牌。许多企业家用更便宜及大量生产的 LED 灯取代霓虹灯。另外一些店主选择取下他们的招牌,因为它们看起来过时了。「香港霓虹承光」计划 (Hong Kong Neon Heritage) 运行董事 Cardin Chan 说:「在 1980 年代,走在香港街上你会看到一路都是霓虹灯。」曾经时髦的美学标志如今在人们更多地想到与肮脏的酒吧和红灯区有关。
氩气是大气中第三丰富的气体,是霓虹灯中使用的第二大常见惰性气体。它发出淡紫罗兰色的色调,颜色强度弱于氖的红色 Photographer: Tommy Trenchard for Bloomberg Businessweek
Potassium $0.82/kg, potash, f.o.b.

钾矿

加拿大艺术家伯廷斯基 (Edward Burtynsky) 使用无人机和先进的相机捕捉到全球工业的恐怖,从砍伐森林和露天采矿,到大规模屠杀大象。这张 2017 年拍摄的照片来自俄罗斯别列兹尼基 (Berezniki) 的乌拉尔钾矿 (Uralkali mine),在那里开采出的钾盐含钾,一种商用肥料的关键成分。9 月 25 日,伯廷斯基将发布他的第三部纪录片《人类世:人类时代》(Anthropocene: The Human Epoch),这部纪录片记录了人类给地球带来的巨大且难以逆转的改变。 —James Tarmy
Uralkali potash mine in Berezniki, Russia. Photographer: Edward Burtynsky; Courtesy Howard Greenberg and Bryce Wolkowitz Galleries, New York/Nicholas Metivier Gallery, Toronto
Calcium $6.27/kg, China spot

进食后会怎样?

Calcium is a soft, gray alkaline earth metal. It’s the fifth-most abundant element in the Earth’s crust. Photographer: Charles D. Winter/Science Source
  • 谁会吃钙?
    几乎每一个人。由于它在乳制品中最为普遍,纯素食者要依赖绿叶蔬菜和补充剂来摄取钙质。
     
  • 味道如何?
    未加工的金属钙很不稳定且活性高,会腐蚀你的口腔内膜。我们大多数人都以白垩盐形式的一种摄入钙——磷酸氢钙 (如牛奶) 或碳酸钙 (补充剂)。
     
  • 它有什么作用?
    钙能强化骨骼和牙齿。如果你摄取量不足,可能会导致骨质流失,出现骨质疏松。如果摄取过多,你会便秘,也可能增加患肾结石的风险。 —Silvia Killingsworth
Scandium $5,592/kg, 99.95% total rare-earth mineral, China market

煤炭的新用途

Duke Energy coal ash ponds in North Carolina. Photographer: Will Warasila

美国为使稀土元素 (REE) 供应多元化所做的努力产生了一个不太可能的来源:煤炭。美国于 2014 年启动了一项计划,旨在让美国摆脱在 17 种难以提取的矿物供应方面对中国的依赖,这些矿物对包括武器在内的许多高科技应用至关重要。「我们目前的预测是,如果能够实现高稀土元素提取效率,美国国内将有充足的煤炭资源来满足需求,」美国能源部稀土元素技术经理阿尔文 (Mary Anne Alvin) 表示。管理人员称,该计划的 22 个项目都是利用现有的煤炭开采和消费资源,不会造成额外的环境危害。主要挑战是开发出能够达到可进行商业运作的分离和浓缩技术。有效地回收钪,而钪是一种特别昂贵的稀土元素,将有助于实现这一目标。

美国北达科他州的煤炭库存

该计划旨在从褐煤,即一种低等级的煤中提取稀土元素。北达科他州立大学该计划的技术负责人蒂克 (Nolan Theaker) 说,从褐煤中提取,比起从更高等级的煤炭中提取更容易。根据蒂克的说法,该原型提取流程每小时粉碎、筛选和化学处理约 20 公斤褐煤,生产三分之一盎司的稀土氧化物产品——约为电动车引擎所需量的百分之一。他说,该计划将在 2023 年进行试点,将把煤炭加工速度提高至每小时 0.5 吨。

肯塔基州的煤灰

在这个过程的最后阶段进行提炼的好处是,煤灰中稀土元素的含量是未燃烧煤炭的 6 至 10 倍,总部位于麻省安多弗 (Andover) 的 Physical Sciences 的前计划负责人乔希 (Prakash Joshi) 表示。该项目的试点工厂将于 2020 年完工,它将每天从肯塔基州福特一家发电厂的半吨煤灰中清洗出含有稀土元素的玻璃基质,然后用化学方法生产多达 17 盎司的干物质,其中至少含有 20% 的钪和钇。

Composition

电脑芯片

当然,硅谷的名字来自 14 号元素,这是电脑芯片的基本材料。在电脑业的早期,芯片的三个部份 (晶圆或基体、分布在顶层的晶体管、以及连接到电路板的电线) 只需要用到少量元素。如今,芯片制造商已经利用到元素周期表中的大片区域。 —E. Tammy Kim

Photographer: Daniel Shea for Bloomberg Businessweek. Prop stylist: Anna Surbatovich. Product courtesy advanced science research center at the graduate center, CUNY.
Titanium $9.10/kg, titanium sponge metal

金属信用卡悄然进化

Courtesy Apple

「钛在高温下比钢更坚固,它是以希腊神话中的泰坦巨人 (Titans) 命名的,」科学家奈伊 (Bill Nye) 说,「它不仅能吸收热量,还能反射热量。这就是人们想要与之打交道的金属——这也是为什么,正如 8 月苹果信用卡 (Apple Card) 发布时显示的那样,钛也是制作信用卡的「热门」材料。即便如此,苹果公司的激光蚀刻版信用卡也只是众多金属卡潮流中的一款。据评论网站 Credit Card Insider 的统计,目前市场上有 22 款金属信用卡,发卡公司宣称这些信用卡是用钛或不锈钢 (即铁、碳和铬的合金),甚至是 24K 黄金制成的。

在这轮金属信用卡热潮中,很少有人真正挑战冶金学的极限。摩根大通称其 J.P. Morgan Reserve card 为钯金卡,它实际上是用铂族金属制成的 。但发卡公司可能还会考虑:

  • VANADIUM CARD 钒卡
    比钛多一个质子
     
  • TIN CARD 锡卡
    迄今为止金属信用卡中的佼佼者
     
  • PROMETHIUM CARD 钷卡
    只有最稀有的稀土金属才能做到
     
  • TUNGSTEN CARD 钨卡
    真正的华尔街钨金信用卡
     
  • MERCURY CARD 汞卡
    终极流动资产
     
  • PLUTONIUM CARD 钚卡
    非常厉害
Vanadium $30.86/kg, vanadium pentoxide

福特的神奇金属

Ford Model T, 1908. Courtesy Library of Congress

早期汽车车型完全依靠重量来应对当时崎岖不平的路况,相关车型的制造成本高昂,价格不菲。「今天最需要的,」创办福特汽车的福特 (Henry Ford) 在 1906 年写道,「是一辆轻便、廉价的汽车。」

福特是这样描述他的顿悟时刻:一年前,在佛罗里达州棕榈滩 (Palm Beach) 举行的一场汽车拉力赛上,他亲眼目睹了一位法国车手撞车的场景。这辆车损坏很严重,但它的轻钢没有断裂。福特从这辆车的残骸中抢救出一部份进行进一步调查;他了解到,这种钢是一种钒合金。历史学家对这一说法持怀疑态度——当年没有在棕榈滩举行汽车拉力赛的记录,更不用说撞车了,这使一种不太浪漫的情境成为可能,即福特的工程师是从商业杂志上了解到有关钒钢的信息的。无论发生了什么,这一发现都是革命性的。福特向联合钢铁公司 (United Steel) 和刚刚起步的美国钒业公司 (American Vanadium) 订购了价值 75 万美元的钒钢。

1908 年 10 月,第一辆 T 型车下线。它是当时最轻、最便宜的汽车,一半的钢零件都使用的是钒合金,零售价为 850 美元。在早期的一则平面广告中,几十个孩子挤在一辆 T 型车上,广告词这样写道,「只有用钒钢制成的弹簧和车轴才能安全地承载这样的重量。」我们都知道接下来发生了什么:20 年内售出了 1500 万辆 T 型车 、规模化生产、汽车餐厅、汽车外卖窗口、公路旅行的兴起、州际公路、莫里亚蒂 (Dean Moriarty,即小说《旅途上》(On the Road) 的主人翁之一,他与另一位主人翁驾车在美国东西海岸间漫无目的地旅行)、电影《末路狂花》(Thelma and Louise)、雾、交通堵塞和温室气体。

所有这些都得益于一种鲜为人知的金属,它的首次发现还闹了一个乌龙。1801 年,西班牙矿物学家里奥 (Andrés Manuel del Río) 声称,在一种他称之为「棕色铅」的矿物样本中发现了一种新元素,但他的同行们说服他相信这只是铬的一种形式。30 年后,瑞典化学家塞夫斯特罗姆 (Nils Gabriel Sefstrom) 重新发现了这种元素,并以北欧神话中的女神凡娜迪丝 (Vanadis) 来命名它。这种元素以其在高温和各种价态下的稳定性著称,它最初被用来帮助固定织物和油墨中的黑色染料。踏入 1900 年后,它被用在制造工具和模具的合金中。

在被福特采用之后,它成为一种对所有人都不再那么神秘的成分。将少至 0.05% 的钒混合到一种合金钢中,其强度可提高多达一倍。科学家们现在知道,这要归功于钢冷却时碳氮化钒细末的沉淀。这减少了为某一个特定用途生产钢材的必要性,使其对铁路、钢筋等行业具有吸引力。

目前,它对汽车仍然是必不可少的。「汽车中使用钒的强度只会越来越高,」供应商 Motiv Metals 的总裁佩尔斯 (Terry Perles) 说,「这完全取决于政府推动的燃油经济性标准。」一个世纪以前,更轻的汽车意味着买得起的汽车。今天,它还意味着更省油的汽车。佩尔斯也对钒基电池的潜力感到兴奋,这种电池有望通过保存大量太阳能来减少碳排放。还需要解决一些重大问题,但福特 (Henry Ford) 的神奇金属的下一步可能是消除它帮助产生的过剩。

Chromium $0.31/kg, chromium ore
Manganese $0.01/kg, 46%-48% metallurgical ore, China spot
Iron $0.08/kg, iron ore

喀布尔的铁娘子

Nargis Nehan 正致力于改革是非缠身的矿业与石油部门,将阿富汗丰富的矿产资源开采出来 Read Story
Nargis Nehan, Afghanistan’s minister of mines and petroleum. Photograph by Kiana Hayeri for Bloomberg Businessweek
Cobalt $32.12/kg, London Metal Exchange cash spot
Nickel $15.88/kg, London Metal Exchange cash spot
Copper $5.68/kg, London Metal Exchange cash spot
Zinc $2.22/kg, London Metal Exchange cash spot

Storage Wars Continued

Assessing the raw materials in batteries to see how their green credentials compare.
*Based on December 2018 prices. Data: Bloomberg New Energy Finance

钴:带来道德问题


丰度○○○○○
开采活动○○○○
回收与再利用○○○○○

  • 用于: 钴是锂离子电池正极的部份材料。
  • 用途: 帮助电池维持其结构并在充电时维持低温。
  • 致命伤: 刚果是全球最大的钴产国,该国的钴开采带来大量社会和环境问题,采矿工人的工作环境恶劣有毒性,工人中不乏年仅 4 岁的童工。相关死亡人数节节上升,这个行业几乎没有出路。

镍:替代品


丰度○○○○○
开采活动○○○○○
回收与再利用○○○○○

  • 用于: 锂离子电池正极。
  • 用途: 提高能源密度以说明电动车行驶得更快更远,同时降低电池制造商对钴元素的依赖。
  • 致命伤: 生产流程未经考验。如果印尼的开采者无法稳定提供电池级别的廉价镍用于生产,那么市场很可能面临严重短缺,这有可能导致高镍电池匮乏,而这种电池被普遍认为是电动车未来发展的希望。

铜:确保万无一失


丰度:○○○○○
开采活动:○○○○○
回收与再利用○○○○○

  • 用于: 电动车引擎、充电站和电缆中的电线。
  • 用途: 铜的导电性极强,仅次于排在第一位的银,而价格是银的百分之一。
  • 致命伤: 那些认为气候变化是伪命题的人。如果电动车革新进展迅速,那么无论哪一种电池胜出,都将需要铜。电动车所需要的铜比普通汽车多出大约 80%。

锌:可能跑出的黑马


丰度:○○○○○
开采活动:○○○○○
回收与再利用○○○○○

  • 用于: 锌空气电池,这种电池用于可再生能源设备,也有可能用于电动车。
  • 用途: 用于电池负极,在放电过程中与空气发生反应,产生电能。
  • 致命伤: 投资。数十亿美元资金在源源不断地继续投入锂离子电池的开发之中,现有技术的进步仍在推动。锌空气电池若想占据市场占有率,则必须以明显较少的资金来证明自己。
Gallium $350/kg, high-quality refined
Germanium $1,300/kg, germanium metal
Arsenic $1.40/kg, arsenic metal, China market

最初的锗金属狂

有人为一种鲜为人知的准金属 (metalloid) 而痴迷,并说明这如何创建数码世界的 Read Story
Gordon Teal (right), working on a junction transistor, 1950. Courtesy Nokia Bell Labs
Composition

光纤

作为简陋的铜电话线的继承者,光纤 (Fiber Optics) 以光的形式在世界各地传输各种数据。专业光纤还用于激光和医学成像,以及可检测微弱的振动或监测温度和压力的地下传感器。 —E. Tammy Kim

Photographer: Daniel Shea for Bloomberg Businessweek. Product courtesy OFS Fitel, Furukawa Electric Co.
Selenium $44.09/kg, U.S. market

进食后会怎样?

Brazil nuts. Photo: Zoonar GmbH/Alamy
  • 谁会吃硒?
    你,如果你服用多种维生素的话。
     

  • 它的味道如何?
    它的味道可能有点像巴西坚果 (Brazil nuts),这种坚果所含的硒浓度最高,其次是海鲜和动物内脏。
     

  • 它有什么作用?
    这种矿物质是必不可少的抗氧化剂,但摄入过多会引起硒中毒,出现脱发、指甲脆弱和口腔内有金属味的情况。 —Silvia Killingsworth

Bromine $4.40-$5.40/kg, U.S. market

她拂溴而去

Arlene Blum 与旧敌的新斗争 Read Story
Arlene Blum hikes a trail in Tilden Regional Park in Berkeley, Calif. Photographer: Rachel Bujalski for Bloomberg Businessweek
Krypton $3/liter, 200-liter cylinder

香港的霓虹招牌

52 岁的 Choy Chun Wa 已经和 78 岁的霓虹灯师傅 Wong Kin Wah 共事了 30 年。他主要专注于霓虹灯招牌的最后加工。Choy Chun Wa 说,他一直担心生产玻璃管的中国工厂会因为缺乏需求而停止生产。「未来看起来不太好,」他说。「毫无疑问,对我们业务最大的威胁是 LED 灯。」Wong Kin Wah 的店舖位于香港旺角,曾经生意兴隆,雇用了不少助手来帮忙;1980 年代,他甚至与香港的肯德基餐厅签约,为其制作招牌。如今,有不到 12 位像 Wong Kin Wah 这样的霓虹灯师傅还在经营生意 。「我不知道有哪个年轻人在做这一行,」Wong Kin Wah 指出。
除了照明,氪没有任何商业用途。它发出黄白色的光,但这种气体在使用时通常不采用这种颜色。氪被用于机场进场灯光上,并少量用于霓虹灯。 Photographer: Tommy Trenchard for Bloomberg Businessweek
Rubidium $84,400/kg, 99.75%-grade ampoules

太空商品

去年底,位于科罗拉多州博尔德 (Boulder) 的美国国家标准与技术研究所 (National Institute for Standards and Technology,NIST) 的一个小组用受激铷和铯原子录制了一段英国殿堂级乐队 Queen 和已故英国摇滚巨星 David Bowie 演唱 的片段。NIST 的霍洛威 (Christopher Holloway) 说,这个项目源于对原子传感器的研究,它的潜在应用包括深空 (deep space) 通信。在一篇论文中,他的团队写下了激励他人和「帮助创造未来以量子为基础的劳动力大军的愿望。」我们想知道,这种情况会如何发展……

  • 2020 年:原辅音乐 (Atomic-music) 的粉丝涌入博尔德,又名量子谷
  • 2030 年:量子谷为外星人制作大量「rubstep」歌曲目录
  • 2031 年:不害怕缺乏市场,风投公司投资数十亿美元
  • 2047 年:与外星人接触:Rubstep 的广播开始
  • 2069 年:在木星的第八大卫星上存放 Calli 库存;获利激增
  • 2099 年:青少年发明软件免费分发 rubstep 音乐
  • 2120 年:不良资产专家瓜分量子谷的资产
Strontium $6.50/kg, 99% strontium metal f.o.b., China market

公开指责

五年前,微软公司成立了微软威胁情报中心 (Microsoft Threat Intelligence Center,简称 MSTIC,英文读音与 mystic 这个解作神秘主义者的词语相同),以追踪所谓的「高级及持续性威胁集团」,即通常与国家有关的高级黑客集团,它们的目的是窃取机密和金钱,干扰企业经营和选举。MSTIC 用化学元素名称为它跟踪的 70 多个集团命名。例如,对 2016 年民主党全国委员会黑客攻击事件负责的俄罗斯组织被 MSTIC 称为锶,该组织在其他地方被称为 Fancy Bear 或 APT28。为什么用化学元素来命名呢?「我不想用任何像『小猫』这样特别可爱的名称,」该团队的创办人兰伯特 (John Lambert) 说。虽然锶,一种碱金属,被广泛用于制作烟花,但名字是随机选择的。「并不是一说到惰性气体,就是暗指伊朗或其他类似国家,」 兰伯特说。2016 年,微软在美国一家法院对锶黑客集团提出诉讼,并帮助法庭查封 100 多个与该组织有关的网站域名 (website domains)。

锶 Strontium

  • 又名 Fancy Bear 及 APT28
  • 相关国家:俄罗斯
  • 已知攻击目标:德国、南非、英国和美国的政府、媒体和非政府组织
  • 近期行动:在 2018 年冬季奥运会前公布了国际奥委会与兴奋剂有关的电邮
  • 与命名元素相同之处:见光就失去光泽

磷 Phosphorus

  • 又名 APT35、Charming Kitten 及 Ajax Security Team
  • 相关国家:伊朗
  • 已知攻击目标:伊朗、英国和美国的持不同政见者、媒体成员、非政府组织和政府
  • 近期行动:利用类似微软和 Yahoo 的网站 ,对目标企业和政府机构采取行动
  • 与命名元素相同之处:会导致严重烧伤

钡 Barium

  • 又名 Winnti、ShadowHammer 及 Wicked Panda
  • 相关国家:中国
  • 已知攻击目标:印度、乌克兰和美国的游戏公司、航空公司和酒店
  • 近期行动:入侵一部服务器,并在华硕的软件更新程序中安装一个后门
  • 与命名元素相同之处:可产生清晰的内脏图片

铊 Thallium

  • 又名 Kimsuky、Hydra 及 BabyShark
  • 相关国家:北韩
  • 已知攻击目标:日本、英国和美国的政 府、非政府组织和媒体
  • 近期行动:发送电邮诱骗用户下载可以记录登录者验证资料的软件
  • 与命名元素相同之处:有毒且很难发现
Yttrium $32/kg, metal, Shanghai market

矿石开采场

至少有 8 种元素 (都是稀土元素) 的发现可以追溯到位于瑞典伊特比 (Ytterby) 的这个矿洞,照片于 1910 年拍摄。4 种元素以发现地点命名:钇、铽、铒和镱。其余的是钆、钬、钪和铥。
Courtesy Tekniska Museet
Zirconium $13/kg, unwrought import, China market

制造炸弹的智利酿酒商

Carlos Cardoen 向已故伊拉克前总统萨达姆出售武器,后来成为智利著名的酿酒商。美国希望引渡他
The 4th Tactical Fighter Wing ordnance disposal team detonates a cluster bomb during Operation Desert Storm in Iraq. Courtesy NARA

一个好的酿酒师应该知道一些化学元素。例如,富含铁的土壤赋予梅洛和玛律贝克葡萄酒烟草、石墨和蘑菇的香气。钙和镁使黑皮诺葡萄酒具有泥土、洋茴香和香料的味道。智利科尔查瓜 (Colchagua) 山谷的一位酿酒师卡登 (Carlos Cardoen) 对另一种元素非常熟悉,原因却是截然不同。

Cardoen with Hussein. Courtesy U.S. Department of Commerce

卡登是一名土木工程师,拥有金属科学的博士学位。1970 年代,他创办了一家炸药公司,原本打算为采矿业服务。随着地区紧张局势的升级,智利当时的独裁者皮诺切特 (Augusto Pinochet) 要求他开始制造炸弹和地雷。卡登的业务很快扩展到海外,伊拉克领导人萨达姆 (Saddam Hussein) 成了他添加了锆的集束炸弹的粉丝,该炸弹的设计宗旨是在撞击时爆炸并烧毁目标。

集束弹药从空中或地面发射,内装的弹药可以是小炸弹、化学品或生化武器。它们可以在广泛的地面造成局部杀伤,如果没有被引爆,它们在冲突结束后的很长时间内都很危险。包括智利在内的 120 个国家批准的《集束弹药公约》(Convention on Cluster Munitions) 禁止使用这种武器,但集束弹药在伊拉克战争期间很常见,造成数千平民死亡。

1993 年,美国政府指控卡登不当出口锆,实际上将他限制出境,要他留在智利。他继续在那里创建自己的商业帝国,涉及采矿业、农业、旅游业、可再生能源,当然还有葡萄酒等多个行业。在这个过程中,他与政界人士和各行各业的商人创建关系。在他帮助重建了 2010 年遭大地震摧毁的社区后,许多智利人将他誉为英雄和有远见卓识的人。他曾经沉寂的家乡圣克鲁斯 (Santa Cruz) 成为了一个国际旅游目的地,有一家豪华酒店、一个私人创办的历史博物馆、以及肥沃且富含多种矿物质的土壤闻名的酒庄,那里出产 carménère、赤霞珠 (Cabernet Sauvignon) 和丹魄 (Tempranillo) 等葡萄酒。这些酒被冠以不同的品牌,名称来自智利的土着民族:艾马拉 (Aymara)、马普切 (Mapuche) 及复活节岛 (Rapa Nui) 等。

对于葡萄酒爱好者来说,这里是世外桃源,而这对于 77 岁的卡登来说是幸运,今年 4 月,在美国提出引渡请求后,他被软禁在家。他拒绝对此案置评,但长期以来一直代表他的律师赫尔莫西拉 (Juan Pablo Hermosilla) 说,美国提出引渡请求「只是为了让红色警报一直有效到卡登死亡为止」。赫尔莫西拉推测,国际刑警组织在去年更新通知时,告诉美国它需要采取行动来追查此案——「这是他们 26 年前就应该做的事」。他补充说,「这表明他们在自欺欺人。他们一直都知道卡登在哪里。」

然而,一些狂热支持这位传奇人物的智利人希望此案能抚平独裁时代留下的伤口。在该政权下长大的现年 47 岁会计师阿维雷斯 (Rodrigo Avilez) 说,此案唤起了不好的回忆。「正义姗姗来迟,」他说,「但正义终将会到来。」

Niobium $75.75/kg, 98% China spot

「梦想着……有朝一日,我们也能拥有一个铌谷」

去年,全世界近九成的铌产自巴西。这种金属主要用于生产飞机、汽车和电子产品所使用的钢合金。长期以来,巴西总统博尔索纳罗 (Jair Bolsonaro) 一直高调宣扬这种金属的经济潜力。在 2016 年的一次宣传视频中,他描绘了自己希望创建「铌谷」的梦想。摄影师邦蒂斯 (Júlia Pontés) 拍摄了这个位于某个铌矿场附近的尾矿池,这个矿池在米纳吉拉斯州的阿拉沙市,属于巴西铌金属及合金生产商 Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração 及几家中国合作公司持有。邦蒂斯对这类计划的巨大规模进行了研究,以便让人们看到矿业勘探和消费产生的影响。对于铌谷梦,她认为,「只有当它是以造福当地社区为主要目标时,它才是一个伟大的计划。」她发现,采矿业回馈给阿拉沙居民的好处非常有限。 —Jeremy Keehn
Pit at a CBMM niobium mining operation in Araxá, Brazil. Photographer: Júlia Pontés for Bloomberg Businessweek
Molybdenum $24.89/kg, London Metal Exchange cash spot
Technetium Price not available

钼牛 Moly Cow

A NorthStar machine for producing technetium-99m from molybdenum-99. Courtesy NorthStar

这些元素周期表上的邻居也是亲戚。钼 99 是一种不稳定的同位素,比该元素中最常见的自然形态钼 98 多一个中子,钼 99 能够产生甚至更不稳定的锝 99m。锝 99m 在衰变时可以帮助医生透视人体,它释放出的伽玛射线可以用于心脏扫描、骨扫描和其他影像过程的专用相机捕获。

过去,这条不寻常的供应链需要利用海外的核反应炉,通过辐照获取高浓缩铀 (即核武器的原料),之后将快速衰变的钼 99 运回美国。去年,NorthStar Medical Radioisotopes 获得美国食品药物管理局 (FDA) 批准,可以以新方式获取锝 99m。稳定的钼片在美国密苏里州哥伦比亚市的一处核反应炉内经过辐照产生钼 99,之后这些钼 99 被放在用钨屏蔽的容器中运至专业药房。在那里,NorthStar 的机器会捕获锝 99m;这种设备早先被称为「钼牛」(Moly Cow)。

当有医院预订扫描时,这家药房会准备好一支装有锝 99m 的带有铅防护套的注射器,以及将与目标器官结合在一起的分子混合物。这种同位素的半衰期为 6 个小时,可以确保它几天之内便会从人体内消失。

Ruthenium $8,819/kg, Johnson Matthey spot
Rhodium $139,509/kg, Johnson Matthey spot
Palladium $47,320/kg, dollar spot

那些大涨大跌的金属元素

在大型产业中被少量使用的商品,价格往往倾向于经历大起大落,若这些商品是生产其他材料的副产品,则情况尤其如此。这类商品的供应并不直接对应于需求的变化,因此不会直接对技术、消费需求或贸易关系作出反应。其结果就是生产过剩或不足,成本也会随之相应变化。

包括钌、铑、钯和铱在内的铂族金属便是如此。这些金属在南非和俄罗斯分别作为铂和镍的副产品被开采出来,因其催化活性而备受追捧,最广为人知的用途是在汽车内将有毒材料转化为毒性较低的气体。

钌 Ruthenium

A约 2005 年,东芝、Western Digital 和希捷科技 (Seagate Technology) 等公司开始使用钌来提升硬盘机的保存空间。两年之内,钌价格飙升近 1500%,但到 2009 年,「节约行动」(使用较少材料以实现相同的效果) 让价格回落下来。2016 年云保存的兴起再度推高价格,然而随着不使用钌的个人电脑硬盘机开始流行,钌的价格进入平稳阶段。

Data: Compiled by Bloomberg

铑 Rhodium

铑曾是汽车制造商的最爱,被用在催化转换器之中。但 2003 年左右,汽车制造商们发现自己需要与索尼公司 (Sony) 等平板电视制造商相竞争。铑的价格在 5 年里飙升 2000%,在汽车制造商开始减少这种金属的使用量、而全球又爆发了金融危机之时,铑价只下跌 90%。2009 年至 2010 年期间,在投机者的炒作下,价格仅有短暂复苏。最近,投机者们重新押注在汽车行业上。

Data: Compiled by Bloomberg

钯 Palladium

在 1990 年代,由于钯价格远远低于铂,汽车制造商开始转而在汽油引擎内使用钯。2000 年左右,俄罗斯供应中断造成严重短缺和价格攀升,之后,随着苏联时代的库存被出售,价格得到抑制。汽车业需求上升,而自 2012 年开始,全球产量连续 7 年低于消费量。去年,钯期货价格上涨 60%,是彭博追踪的 35 种主要大宗商品中升幅最大的一个。

Data: Compiled by Bloomberg
Silver $552/kg, London Metal Exchange cash spot

进食后会怎样?

A silver pellet. Photo: SPL/Science Source
  • 谁会吃银?
    胶质银 (悬浮在液体中的细小银颗粒) 过去曾有时被宣传成了包治上百种疾病的万用灵丹。但美国食品药物管理局 (FDA) 于 1999 年警告称,它并不安全,且没有治病功效。
     

  • 它吃起来是什么味道?
    人们描述它的味道是「有一股微弱金属味道的水」。
     

  • 服用过多会怎样?
    服用过多会导致「银中毒」(argyria),皮肤会变成蓝紫色。 —Silvia Killingsworth

Cadmium $2.90/kg, metal, U.S. market

螃蟹和地衣

下面列出的产品在 2019 年曾因为镉元素含量较高而被媒体曝光。镉是一种环境中普遍存在的污染物质,长期接触会导致骨骼和肾损伤,并诱发某些癌症:

  • 协力厂商销售商在亚马逊平台上销售的毛绒铅笔盒和卡通人物背包;亚马逊已经下架这些商品,将货款退给顾客,并承诺加强监管
Blue crab. Photographer: Prarinya Thonghyad/Alamy
  • 澳大利亚麦觉理湖 (Lake Macquarie) 捕获的锯缘青蟹和蓝蟹
  • 品牌 River Island 的格子长裙和女士无袖衬衫上的仿造珍珠钮扣;该品牌已经收回这些服装
  • 英国各类啤酒、葡萄酒和白酒酒瓶上的装饰性瓷漆
  • 在葡萄酒和啤酒生产过程中,过滤时使用的硅藻土 (一种软沉积岩)
  • Xanthoparmelia scabrosa 野生地衣,在阿里巴巴网上有售 (据称有壮阳功效)
Xanthoparmelia scabrosa. Courtesy D.M.Wright/Lichen Herbarium
Indium $310/kg, free-market price
Tin $16.18/kg, London Metal Exchange cash spot

锡如何制造了世界

A bronze ingot from Cyprus. Courtesy Metropolitan Museum of Art

1982 年,在土耳其的乌鲁博朗海岸发现了一艘来自西元前 14 世纪的沉没商船。船体由雪松和栎木打造,长约 15 米,船上的货品种类之丰富令人惊讶。船上有至少来自九种文明的货物:玻璃、乌木、象牙、河马牙、松果、红花、陶瓷、10 吨铜——以及 1 吨锡。

从这艘沉船可以看出,跨大陆的贸易航线在青铜器时代就已经十分兴旺,把相隔千里之遥的不同文明链接起来。锡是催化剂之一。青铜器时代的名字来自于西元前 4 世纪金属锻造工匠在美索不达米亚和伊朗高原的发现,那就是在合金铜中加入另一种金属可以使其更加坚韧,更容易铸造,也更抗腐蚀。最早的合金铜里面加入了砷,但锡的优良属性——比如加热时不会产生有毒气体——最终使其成为了更可取的合金原料。

最强韧的合金铜仅含有 10% 的锡,不过锡很快成为古代世界最珍贵的物质之一。世界上第一批城市依靠青铜器建造起来,然后又被青铜武器摧毁。约西元前 1500 年发生在米吉多 (今天的以色列) 的世界第一场被详细记载的战争中,法老图特摩斯三世利用青铜武器打败了叛军迦南军队。《伊里亚德》(Iliad) 中记载,阿基里斯的盔甲是由希腊匠神赫淮斯托斯用铜和锡锻造而成的。古典的占星家把锡与最强大的行星木星联系在一起。

但是锡很稀有——在地壳中含量仅为铜的 30 分之一——而且分布不均。古代的锡是从哪里来的呢?没有记录显示在地中海东北部或古埃及有大量锡矿。苏美尔语的文本中提到了来自东方的锡,但也没有记录显示印度河流域文明有锡矿储藏,在今天的巴基斯坦也是如此。甚至在青铜器时代远去之后,古希腊历史学家希罗多德 (Herodotus) 的《历史》(Histories) 中仍然提到了印度丰富的黄金,阿拉伯的线香和香料,甚至还有埃塞俄比亚的乌木。然而它只提到了「锡岛,那是我们获得锡的地方」,再无其他信息。

到了西元 1 世纪,一些答案慢慢浮出水面。罗马帝国曾经在今天的康沃尔郡以及伊比利亚半岛发现了锡矿,可能为欧洲和地中海地区的大片区域供应了锡。文本记录和考古挖掘显示,人们把锡从阿富汗向西输送到美索不达米亚 (Mesopotamia),向东南输送到印度河流域。但是甚至在几十年前,人们掌握的情况也仅限于此,直到科学技术开始更加准确地追踪古代的贸易网络。

通过分析已知古代开采地点的矿石样本中不同铅同位素的含量比率,研究人员开发了可以与一些手工艺品中的金属进行匹配「指纹」。铅同位素分析技术自从 1960 年代就已经出现,但一直很难应用到锡元素上,因为青铜器时代的矿石样本几乎不存在,该金属的原始矿石锡石并非普遍含有大量的铅元素。

Data: Berger et al 2019

然而近几年来,铅同位素分析方法的进展,再加上锑、铟、银等元素的研究成果,使科研人员得以把在克里特岛发现的西元前 16 世纪中叶的锡锭,与阿富汗和塔吉克斯坦斯坦的锡矿联系起来。

至于乌鲁博朗的沉船,这些研究人员遗憾地表示,船上的锡锭腐蚀太严重,无法进行可靠的分析。他们根据锡锭样本中铟含量较低至多可以判定,这些锡不太可能来自康沃尔郡。随着科技的进步,我们未来可能会找到更多答案——目前唯一确定的是,这种金属在交易商眼中弥足珍贵,值得运输到如此遥远的地方。

Antimony $8.60/kg, metal

爆炸性液滴

Three large fireworks demonstrate the brocade effect and, below that, the glitter effect. Courtesy Thomas H. Handel

这个词来自内华达州的生物学教授和业余烟火制造商威诺克 (Robert Winokur)1978 年撰写的一篇重要论文,描述的是在燃烧时能够发光的含有三硫化碲的液体熔融颗粒。「随着颗粒从空中降落,化学反应持续进行,」目前已经退休的威诺克说。「然后,燃烧的颗粒会产生一系列燃烧产物。」不存在获得最佳发光效果的神奇配比,威诺克说——典型的搭配含有 10% 的三硫化锑,这样「增加了液滴形成和发光反应之间的延迟时间。」他还表示,如今,使用更廉价的含硫更多的混合物可以实现类似的效果。

Glitter-effect diagrams. Courtesy Robert Winokur
Tellurium $50.50/kg, 99% metal, Rotterdam market

进食后会怎样?

Tellurium. Photographer: Bjorn Wylezich/Alamy
  • 谁会食用碲?
    极少数人,它其实是在炼银厂工作的人面临的一种职业危害。
     

  • 它是什么味道?
    如果接触或食用,这种非金属元素会立即代谢产生具有强烈大蒜气味的化合物,臭味可持续数周。
     

  • 它会造成什么影响?
    碲暴露会导致体重减轻和嗜睡,严重中毒会导致呼吸放缓以及血液循环暂停。 —Silvia Killingsworth

Composition

激光

激光的种类与用途很多,其高能量光束可用于给眼睛做手术,也可精密切割各种金属,以为商店提供扫描条码服务。激光的种类与用途很多,其高能量光束可用于给眼睛做手术,也可精密切割各种金属,以为商店提供扫描条码服务。激光将能量用于介质——例如晶体晶圆、液态溶剂或气体——其粒子受到刺激并发光。镜子捕获发出的光,并将其放大成强光束。 —E. Tammy Kim

Photographer: Daniel Shea for Bloomberg Businessweek. Product courtesy Trumpf Lasers
Iodine

给地球加点盐

Data: Iodine Global Network

虽然无碘海盐在美国越来越受欢迎,碘盐已成为全球公共卫生领域的成功案例。它可确保身体和大脑健康发育,预防甲状腺肿大和甲状腺功能减退症等。由各国政府、非政府组织和行业伙伴组成的联盟「碘全球网络」(Iodine Global Network) 估计,每 1 美元的捐款可以为 100 位参与计划人士提供足够碘盐。 —Jeremy Keehn

Xenon $25/liter, 200-liter cylinder

香港的霓虹招牌

香港理工大学的设计学助理教授郭斯恒过去六年一直致力于记录和保护香港的霓虹灯。他说,政府应该捍卫那些更具代表性的霓虹标志,就像保护这座城市的其他艺术和文化遗产一样。他参与开发了香港最后的霓虹标志的交互地图,并且举办了实地的参观和博物馆交流活动,以引起人们对这些成果的关注。「如果没人记录它们,我们会失去视觉文化的一个重要部份,」他说。「但我们必须赶快行动——这是一场与时间的赛跑。」
氙能够散发出明亮的淡紫色的光。虽然很少单独使用,但人们有时将它与其他惰性气体结合,产生各种各样的彩色灯光。该气体还被用于制作闪灯和相机的闪光灯。 Photographer: Tommy Trenchard for Bloomberg Businessweek
Cesium $78,700/kg, 99.98% metal basis

食物链中的切尔诺贝利

1986 年切尔诺贝尔 4 号反应堆爆炸释放的一些粒子已经不再具有辐射性,但是这不包括同位素铯-137。事故发生后,这种物质被风吹到乌克兰、白俄罗斯和俄罗斯附近的干地上;含有毒物质的云把更多铯元素带到了远至爱尔兰的地方。这种元素混进雨水,渗进了土地:「降雨最多的时候,沉积最为严重,」英国兰卡斯特生态与水文中心 (Centre for Ecology & Hydrology) 教授贝雷斯福德 (Nick Beresford) 说。植物和真菌吸收土壤中的铯,如果动物食用了它们,动物的肉就被污染。食用大量被污染的肉可能导致患癌机率轻微升高,不过,正在工厂旁边做农作物实验的朴茨茅斯大学教授史密斯 (Jim Smith) 很快指出,与其他的环境危害相比,铯对于受影响的人类来说并不算是一种「巨大风险」。

挪威

Photo: Alamy

科学家们在夏季监测了 30 多个城市约 9 万只羊,每周采集一次母羊的羊奶样本,检测放射性物质的含量。挪威辐射与核安全局 (Norwegian Radiation and Nuclear Safety Authority) 的科学家耶尔斯维克 (Runhild Gjelsvik) 说,如果含量过高,羊群会从山上带下来,用未受污染的饲料喂养,直到它们可以被安全屠宰为止。自 1986 年以来,羊体内的铯- 137 含量已经大大减少,但由于野生蘑菇大量生长,该同位素的水平去年出现上升。

瑞典

Photo: Alamy

根据瑞典狩猎和野生动物管理协会 (Swedish Association for Hunting and Wildlife Management) 的扎卡里松 (Per Zakariasson) 的说法,猎人最多支付约 83 美元就可以对他们在风险较高区域内捕获的野猪进行检测,然后再进行屠宰。去年乌普萨拉县的野猪被发现铯金属含量超标一倍。「人们的焦虑是一个问题,尤其是当优质的肉被白白扔掉时,」扎卡里松说。当局还一直在监测土着萨米人饲养的驯鹿体内的辐射水平。萨米人吃很多驯鹿肉。

乌克兰和白俄罗斯

Photo: Alamy

在乌克兰和白俄罗斯的所谓禁区,农业和林业仍被明令禁止,但史密斯说,最近的研究显示不同地带的污染程度差异较大。绿色和平组织的研究人员最近发现,在距离切尔诺贝尔核电站 200 公里之外一个安置区,一些私人家庭和农场生产的牛奶中的放射性物质水平是乌克兰法定标准的六倍。2017 年,法国拒绝接收从白俄罗斯运来的一批蘑菇。这批货物显示出了与切尔诺贝尔有关的放射性痕迹。

Barium $62.55/kg, barium sulfate

吞咽研究

A colored barium-swallow X-ray of a 65-year-old’s abdomen shows a gastric ulcer at lower center. Photo: Zephyr/Science Source

Bracco Diagnostics 公司生产了一款名为 Varibar 的产品,这是一种硫酸钡液体悬浮液,有多种口味和浓度:包括果汁味、蜂蜜味和布丁味。钡本身对人体有毒,但以这种形式出现不会溶解,可作为造影剂。它在 X-ray 下会显示为白色,在你吞咽时医生可以观察你的消化道。别吐出来就行。

Lanthanum $5.03/kg, metal, Shanghai market
Cerium $4.89/kg, metal, Shanghai market
Praseodymium $98.40/kg, metal, Shanghai market
Neodymium $56/kg, metal, Shanghai market
Promethium Price not available
Samarium $1.77/kg, 99.9% samarium oxide, China market
Europium $32.56/kg, 99% europium oxide, China market
Gadolinium $26.97/kg, 99.99% gadolinium oxide, China market
Terbium $744/kg, metal, Shanghai market
Dysprosium $326/kg, metal, Shanghai market
Holmium $55.57/kg, 99.5% holmium oxide, China market
Erbium $24.85/kg, 99% erbium oxide, China market

格陵兰金银岛

格陵兰岛环境恶劣的荒野成为贸易战的新战场 Read Story
Video: Kiliii Yuyan for Bloomberg Businessweek
Thulium $12,000/kg, 99.95% pure sample on Amazon.com

(几乎) 无用

A sample of the rare-earth metal thulium. Photo: SLP/Science Source
  • 它的外貌?如果保存在氩气等惰性气体的安瓿中,它会发出明亮的银色光泽。
  • 为什么是几乎没价值?铥在地壳中的含量为百万分之 0.5,开采起来又贵又费事。
  • 它有什么用途?弧光灯使用铥来提供柔和的绿光。出于安全目的,欧元纸币中含有微量的铥和其他在紫外线照射下会发光的元素。伦敦红绿蓝公司 (Red Green & Blue) 创办人惠特比 (Max Whitby) 说,他曾听说含有铥的牙膏,但一直没有找到那个牌子。该公司销售含有元素样品的元素周期表。
  • 我能买到它吗?当然可以。亚马逊网站上 99.95% 纯度的样本售价 1 2 美元。一盏 Sunmaster Full Nova 315 瓦特的灯,在其电弧成份中包括铥及镝,售价 109.85 美元。
Ytterbium $15.50/kg, 99.99% ytterbium oxide, China market
Lutetium $609/kg, 99.9% lutetium oxide, China market

如何测量万亿分之一秒?

计时的未来可能创建在镥元素的基础上 Read Story
The lutetium-based atomic clock at the National University of Singapore. Photographer: Ore Huiying for Bloomberg Businessweek
Hafnium $775/kg, hafnium, unwrought
Tantalum $245/kg, 99.95% tantalum metal f.o.b., China market
Tungsten $200/MTU (metric ton unit), 88.5% tungsten APT, Rotterdam
Rhenium $2,844/kg, Engelhard spot

金属猎人

Anthony Lipmann 主要从事稀有金属业务,他走遍各地寻找这些金属的踪迹 Read Story
Anthony Lipmann, managing director of Lipmann Walton & Co. Photographer: Cristobal Olivares for Bloomberg Businessweek
Osmium $12,860/kg, Engelhard spot
An osmium disc. Photographer: Aaron Wojack for Bloomberg Businessweek

76 号钻石

善变的珠宝 Read Story
Iridium $47,583/kg, Johnson Matthey spot
Platinum $27,521/kg, Johnson Matthey spot

大升大落的更多元素

铱 Iridium

铱主要用于火嘴和培养晶体以制造 LED 的坩埚,铱市场的规模远远不及其他铂族金属;2018 年铱金属消耗量仅 7 吨,铂消耗量为 214 吨。但铱价仍出现过大涨——从 2010 年到 2011 年初,铱价上涨了 150%,当这种金属在电话和其他科技产品中的应用大大增加。从 2013 年起,铱价大跌,原因是回收的铱金属满足了电话生产商的需求,之后随着在清洁产品和其他化学品中的使用增加,价格又再度攀升。

Data: Compiled by Bloomberg

铂 Platinum

2005 年左右,铂价直在线升,原因是在汽油和柴油引擎中的使用增加导致铂金属短缺。2008 年初铂价创下纪录高位,然而金融危机来袭,汽车生产商减少了铂的使用,投机者纷纷抛售持有的铂金属。短缺再次出现,价格又一次上涨,持续了数年时间,直到 2012 年左右,铂金珠宝的需求下滑。2015 年,大众汽车 (Volkswagen) 排放测试作弊丑闻进一步打击了柴油车的疲弱市场,导致铂金属出现更大的过剩情况,价格再度下行。

Data: Compiled by Bloomberg
Gold $48,413/kg, London Metal Exchange cash spot

从垃圾堆回收的宝藏

2020 年东京夏季奥运会的组委会利用了日本民众对于资源回收的热情来收集贵金属,用来制作将在明年赛事中颁发的奖牌。为期两年的回收行动已于 3 月份结束,得到近 7.9 万吨消费电子产品。从废弃电子设备中回收金属的进程耗费了大量人力,获得了 32 公斤黄金、3500 公斤白银以及 2200 公斤铜和锌——足以制造逾 5000 块奖牌。
为东京奥运会设计的金牌于 7 月公布,其中的黄金含量仅为 6 克,这是国际奥林匹克委员会 (International Olympic Committee) 发布的指导规则要求的最低限度。金牌的其余部份为白银。 Courtesy Tokyo 2020
Mercury $48.85/kg, 99.999% metal, China market
Images from advertisements for skin-lightening products. Photo Illustration by 731. Photographs: AP Photo. Getty Images (2)

没有人知道世界上有多少美白霜被汞污染

全球各地的男男女女们都在使用含汞的乳霜和香皂 Read Story
Thallium $4,000/kg, U.S. market

(几乎) 无用

A vial containing a sample of thallium.
  • 它长什么样子?蓝灰色,无光泽,在空气中会迅速氧化,因此要保存在油中。很软,用锋利的指甲就能切开。
  • 为何几乎无用?有毒。铊曾经是灭鼠药和杀虫剂的流行成份,1972 年,美国政府禁止了该成份在灭鼠药中的商用,其他国家也纷纷跟进。铊的毒性很强,能透过皮肤进入人体内,克里斯蒂 (Agatha Christie) 也在小说《白马酒馆》(The Pale Horse) 的情节中采纳了铊的这一特性。
  • 它有何用处?与硫结合,可用于提高光反应传感器等产品的导电性。与氧气结合,可增强数码相机镜头和光纤电缆中玻璃的折射系数。在心脏负荷试验中,注射少量放射性的 Tl-201,可为检测机照亮心脏组织。(公平地说,在替代材料出现以前,铊有一些不无问题的用途。)
  • 我能买到它吗?大概能。每年的铊产量不足 8000 公斤,但据估算,仅全球煤炭储量中就含有 6.3 亿公斤的铊。NovaElements 出售装在氩气胶囊里的小块铊,价格 49.9 欧元 (约 55.4 美元)。但 1930 年代的那种 5 美元一罐的含铊乳霜已经买不到了,据说那种乳霜可用于褪去多余的体毛。无独有偶,铊中毒的一个主要症状就是脱发。
Composition

MRI Machine

The room-filling magnetic resonance imaging machine, or MRI, is a diagnostic tool used to locate internal injuries and other abnormalities. Giant magnets act upon the hydrogen atoms in the body, spinning the protons in one direction. A radio-frequency current runs through this arrangement, disrupting those protons and, with the help of a computer, measuring the displacement. What results is a 3D image of organs, bones, and tissue. —E. Tammy Kim

Photographer: Daniel Shea for Bloomberg Businessweek. Product courtesy advanced science research center at the graduate center, CUNY.
Lead $2.06/kg, London Metal Exchange cash spot

铅王之王

Lead sample. Photo: Jacana/Science Source

铅被视为导致罗马帝国衰落的元凶,也被视为令文艺复兴时期的艺术家发疯的祸首。它是子弹和含铅汽油中的材料。近年来它引发美国密歇根州弗林特市 (Flint) 和新泽西州纽瓦克市 (Newark) 的公共卫生危机,它污染供水系统,令儿童血铅浓度升高——其中大量儿童都来自贫困和少数族裔社区。

当铅与蛋白质结合取代人体内必需的金属时,或产生灾难性后果。「对于化学家而言,铅的美妙在于它有多种结合方式,」加拿大多伦多大学化学助理教授威尔逊 (Mark Wilson) 表示,「对于生物学家而言,铅是危险在于它有多种结合方式。」

但正如化学家可能指出的那样,铅并非十恶不赦。以铅为基底的衬里可在 X 光下保护你的器官,也能保护环境免受某些危险物质的损害。铅能让水晶酒杯结实而明亮,能让汽车电池重复充电。

铅的实用性部份解释了它为何无所不在。当铅工业协会 (Lead Industries Association) 于 2002 年破产时,由于没有诉讼保险,无人负责主张其积极的一面。有鉴于此,本刊访问广告公司 Wieden + Kennedy 的创意总监索雷尔 (Matt Sorrel),讨论了铅的益处能否在某种程度上实现对它的救赎。以下为访谈纪要。

 

在接受铅以前,你需要了解什么?

你想要教育民众吗?还是有什么铅业大佬要清仓?

让我们从品牌更新开始,然后聊聊销售的事。

这样的话……我们应该采取前瞻性策略。比如立个这样的口号?「铅就是人生 (Lead Is Life)。」「铅王之王 (Lead With Lead)。」「铅:别想太多 (Lead: Try Not to Think About It Too Much)。」

第二个变成铅字可能不好理解。

也许可以简单地加个重音符号什么的,这样可以表示不同的发音,令其体现出某种前瞻性。

请帮我们解读一下何为「铅就是人生」。

铅能保护人的身体,能保护人的生殖器! 从这个角度看,或许正是铅创造了人的生命。

铅有很多积极面:便宜、可塑性高、难以腐蚀。你知道宇宙一直在创造更多的铅?

这倒不知道。既然它不会消失,或许我们也不该漠视它。

它还是序号最高的稳定元素。正因如此,它才能发挥强大的防辐射作用。

没错!它的分数很高,它的序号很高,但它离超级有害只有一线之隔,稍不留神会酿成危害。

广告史上有很多问题产品的例子,比如香烟。更坦白地承认铅的黑暗面又有什么坏处呢?

用广告业的话说,公众形象会不太好。

但说服人们购买对自身无益的产品不正是广告公司的终极挑战吗?

推销卖不出去的东西吗?我觉得这是一种油腻、老派的做法。Marlboro Man 和 Joe Camel 都是很诡异的流行文化,人们如果不把道德抛在一边,此类文化根本不可能存在。

你是说广告行业已经变了吗?

两边都在变;大众的认知也有变化。如今,信息唾手可得,人们总会知道它对身体有害。所以为何要藏着它?也许我们应该拥抱它。现在人们确实有种世界末日来临的感觉。或许拥抱冷对末日的东西是种不错的思路?人们可能会喜欢上对他们有害的东西。「铅:显露自己 (Lead: Expose Yourself)。」或「铅: 伤害骨头 (Lead:Bad to the Bone)」。或「铅:疼痛如此美妙 (Lead:Hurts So Good)」。

我们在聊获奖广告吗?

时下的奖项都热衷于剑走偏锋或引人想起不快的东西。大有希望啊。

那么你愿意接受铅这位客户吗?

你是说梳理了各种利弊之后还愿意吗?绝对不愿意。

Bismuth $10.80/kg, U.S. market

进食后会怎样?

Malaysian bismuth. Photo: Biophoto Assoc/Science Source
  • 谁会吃铋?
    腹泻、恶心或胃部不适的患者。
     

  • 它是什么味道?
    药物 Pepto-Bismol 是最常见的一种铋,也称「粉红铋」,吃起来像石灰,有点药味。
     

  • 它有何用?
    其活性成份碱式水杨酸铋主要用作抗酸剂,但也有消炎和杀菌效果,可治疗腹泻。它会让你的舌头和大便发黑。—Silvia Killingsworth

Polonium $86, 1-inch radioisotope disk

进食后会怎样?

Polonium. Photographer: Richard Treptow/Science Source
Litvinenko Photographer: Alistair Fuller/AP
  • 谁会吃钋?
    2006 年,俄罗斯间谍和叛逃者利特维年科 (Alexander Litvinenko) 在伦敦吃了钋。
     

  • 它是什么味道?
    溶在茶中,就是茶的味道。
     

  • 它有何用?
    钋会带来致命的辐射。利特维年科最初被诊断患有肠胃炎;几天后,其血液系统和骨髓失效,毛发脱落,黏膜溃烂。最终器官衰竭,丧失知觉,一命呜呼。 —Silvia Killingsworth

Astatine $39.95, uranium + decay

(几乎) 无用

Uranium is typically found in varying concentrations in an ore called pitchblende, or granite. Courtesy U.S. DOE
  • 它长什么样子?没人知道。我们顶多能找来一块铀矿碎片,想像其衰变的过程会产生一百个左右的砹原子。
  • 为何几乎无用?据元素收藏家格雷 (Theodore Gray) 的网站,当你拿到肉眼可见的砹时,「你必死无疑,而在你尸骨未寒之际,它就会消失不见。」幸运的是,除了放射性极强外,砹还是自然界中最稀有的元素,一定时间内,地壳中的铀或钍只会衰变出不足 30 克的砹。
  • 它有何用处?科学家正在实验一种砹的同位素 At-211,其低强度的 α 粒子辐射或许能杀死孤立的癌细胞,并确保周围的健康组织不受损伤。
  • 我能买到它吗?恐怕不能。您可以在亚马逊上以 39.95 美元的价格买来铀矿石的样本,并观看其衰变过程。但还有更刺激的,20 世纪早期有一种经铀或镭矿石处理过的陶瓷制水缸,名叫 revigator。人们当时认为那些放射性物质能让水变得更健康。事实并非如此。
Radon $380/kg, thorium oxide + decay

(几乎) 无用

An NIH radon test kit. Courtesy NIH
  • 它长什么样子?它是一种无色无味的气体。
  • 为何几乎无用?其最稳定的同位素的半衰期只有不到 4 天,首先衰变为钋,最终衰变为铅。
  • 它有何用处?T勘探矿藏。地质学家可检测水中的氡含量,然后追踪铀和钍的沉积物。
  • 我能买到它吗?买一间建造不良的房子就可以了。地下的铀或钍衰变产生的氡可通过地基或管道裂缝扩散;美国国家环境保护局 (EPA) 称这是美国不吸烟人士患肺癌的首要原因。爱冒险的人可以在淘宝上花 380 美元购买一公斤的氧化钍粉末,然后将少量粉末装入玻璃胶囊中,随着钍的衰变,其中永远会有微量的氡气。只是千万别让玻璃破了。
Francium $39.95, uranium + decay

(几乎) 无用

Interior of the Francium Trapping Facility at Triumf, Canada’s national particle accelerator center, in Vancouver. Photographer: Michael Kossin/FrPNC collaboration
  • 它长什么样子?无法描述。根据其在元素周期表中的位置,科学家推测钫会像其他碱金属一样有金属光泽。但它是地球上第二稀有的元素,人工制造的钫从未超过几十万个原子的量。「如果你看到一块肉眼可见的钫,你的命也就到尽头了。」伦敦元素销售商 Red Green &Blue 的惠特比 (Max Whitby) 表示。「它会发生爆炸,威力不亚于一颗小型核弹。」
  • 为何几乎无用?当锕 (铀矿石中很不稳定的一种微量元素) 以特定方式衰变时,可产生一种最稳定的钫,但即使是这种钫的半衰期也只有 20 分钟。它也具有很强的放射性;1939 年,佩雷 (Marguerite Perey) 发现了钫,之后数年,她一直待在附近的辐射中心。她最终死于骨癌。
  • 它有何用处?几乎只能作为知识竞答的题目。(「有两种元素都以一个西欧国家的国名命名,请问是哪两种元素?」答案:钫和镓,后者源于法国的古罗马称呼高卢/Gaul。)「它甚至不能用作医用同位素,」惠特比说。「你要怎么运输它呢?几分钟就衰变了。」
  • 我能买到它吗?不能。你只能依靠那个旧把戏:想像一块衰变的铀中钫原子的出现和消失。
Radium $100m/kg, in 1921

居里夫人留下的烂摊子

诺贝尔奖得主居礼夫人去世 80 年后,法国人仍在清理她的实验室 Read Story
Curie at her Paris lab in 1925. Photo: Science Source
Actinium Price on request

(几乎) 无用

A sample of actinium-225 at Oak Ridge National Laboratory’s Radiochemical Engineering Development Center. Courtesy Oak Ridge National Laboratory
  • 它长什么样子?在日光下,它是银色的,像铅一样柔软;在黑暗中,它会散发出淡蓝色的光芒。
  • 为何几乎无用?它具有可怕的放射性,所以会发光。
  • 它有何用处?Xofigo 是拜耳股份公司 (Bayer) 治疗前列腺癌的药物,其活性成份来源于一种锕同位素。科学家们已经申请了用锕放射性核素对抗癌症的专利,但这些治疗方法尚未接近成熟。
  • 我能买到它吗?有难度。最稳定的同位素 Ac-227 的半衰期约为 21 年,但极为罕见——一吨铀矿石里仅含十分之一毫克。世界上大部份 Ac-227 是由位于田纳西州的橡树岭国家实验室 (Oak Ridge National Laboratory) 出于研究目的生产的;该物质有小玻璃瓶装可供特别订购。橡树岭应要求提供价格。
Composition

Catalytic Converter

Four decades ago, this flask-shaped device became standard in cars and trucks. Nondescript on the outside, it transforms the vast majority of poisonous raw engine exhaust into less harmful emissions, without needing additional power. —E. Tammy Kim

Photographer: Daniel Shea for Bloomberg Businessweek. Prop stylist: Anna Surbatovich. Product courtesy Magnaflow
Thorium $72/kg, thorium compounds, India market

铀的同类,但比铀更好

The Molten Salt Reactor Experiment control room, circa 1965. The experiment achieved its first self-sustaining nuclear reaction on June 1, 1965. Courtesy Oak Ridge National Laboratory

问题

依赖铀的核反应炉容易发生重大事故,产生难以安全处理的废料,还能制造用于武器的可裂变物质。

解决方法

钍更加丰富,放射性更低,产生的废物更少,并且不能被转化为核武器。用于钍电的领先技术——熔盐反应堆,还能在正常大气压下运行。因此,不同于使用水来缓和安全壳内核反应的反应堆,这种反应堆如果出现问题,压力不可能增大到爆炸的程度。1960 年代,美国各实验室已演示过这项技术,据世界核协会 (World Nuclear Association) 称,中国和法国正在重新研究该技术。

困难

设计反应堆是第一个挑战,使用一种未经试验的燃料让这项工作的难度增加不少。

Protactinium Price not available

(几乎) 无用

This sample of protactinium-233 (dark circular area in the photo) was photographed in the light from its own radioactive emission (the lighter area) at the National Reactor Testing Station in Idaho, circa 1969. Courtesy U.S. DOE
  • 它长什么样子?在空气中,它一开始是明亮的,银色的,一段时间后表面会逐渐被一层黑色氧化膜覆盖。
  • 为何几乎无用?镤最持久的同位素相当稳定,半衰期约为 32700 年,但它很稀有。在铀矿石中,它出现的频率最高为百万分之三。1961年,英国从 60 吨废铀燃料中提取出 125 克的镤,这是长期以来世界镤储备的主要组成部分。 现在,镤也是钍裂变反应堆的副产物。
  • 它有何用处?几乎没有用途。地质学家可以通过比较镤和钍的浓度,确定海洋沉积物样本的年代,但是该方法仅适用于年龄小于 175000 年的样本。
  • 我能买到它吗?不能。连橡树岭国家实验室冗长的放射性元素目录里都没有镤。
Uranium $85.54/kg, average purchase price, U.S. civilian nuclear power reactors

中国 ❤️ 核电

过去 30 年来,由于成本上升、新技术产生的问题以及切尔诺贝尔和福岛发生的灾难,核电一度被视为可靠无碳电力的光明前途变得暗淡了。不过它在中国的前途还是相当光明的。国际能源署 (International Energy Agency) 预计,从 2017 年到 2040 年,中国的核能发电量将增长 111 吉瓦 (GW,1 吉瓦等于 109 瓦特),而世界其他地区将下降 7 吉瓦。

自 1991 年中国第一座核电站开始运行以来,中国从未发生过任何严重的核事故,世界核协会称赞中国「对世界最高核安全水准的追求是空前的」。但是,卡内基国际和平基金会 (Carnegie Endowment for International Peace) 核政策项目的高级研究员希布斯 (Mark Hibbs) 去年发表的一份报告指出了几个潜在的挑战。如果中国建造太多类型的反应堆——中国正在开发三种反应堆,并在试验包括钍燃料反应堆在内的其他反应堆——监管者可能会发现很难制订标准和进行检查。中国还喜欢用那些低成本国内制造业生产的零件,这也是一种风险,因为一个典型的核电站需要 3000 个核级阀门、250 个泵、44 英哩管道、300 英哩电线和 9 万个电气零件。希布斯写道:「 如果不严格追查,这个问题很有可能导致事故。」

在福岛事故发生之前,有人估计中国的核能发电量最高将达到 500 吉瓦,几乎是目前预测的五倍。但是,在海啸袭击日本核电站的一周内,中国政府暂停了对新核电项目的批准。随后,中国政府调低了核电站建设目标,加强了监管,并规定反应堆模型必须采用新技术才能获批。2016 年末,中国政府再次暂停批准核电计划,不过,有报道称这种长期不批准的局面将在今年结束。 —With Feifei Shen

Data: World Nuclear Association
Neptunium
Plutonium
Americium
Curium
Berkelium
Californium
Einsteinium
Fermium
Mendelevium
Nobelium
Lawrencium
Rutherfordium
Dubnium
Seaborgium
Bohrium
Hassium
Meitnerium
Darmstadtium
Roentgenium
Copernicium
Nihonium
Flerovium
Moscovium
Livermorium
Tennessine
Oganesson $5.1 million, cost to build Berkeley’s 88-inch cyclotron, 1962
Inside the Lawrence Berkeley National Laboratory. Photographer: Christie Hemm Klok for Bloomberg Businessweek

制造新元素,得不偿失?

由于超重元素的商业化途径十分有限,因此曾发现 15 种超重元素的美国实验室已停止尝试 Read Story

影视作品中虚构的超级元素

当然,你是通过电影《黑豹》(Black Panther) 认识吸震金属 (vibranium) 的。但那并不是唯一一种为了纯娱乐价值而虚构出来的元素。我们在互联网上深挖细掘,完成了这篇百分之百科学的分析,研究元素正是这些最有创意、完全非天然的奇迹。如果你想论证其中的一些元素是化合物、合金或者其他什么东西,那就放下虚拟元素 Jerktonium,去编造一些秘银元素 (mithril) 吧。

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Adamantium 亚曼德合金Marvel Comics

Photo: 20th Century Fox/Everett Collection

它几乎坚不可摧,最广为人知的是,狼人 (Wolverine) 的骨骼和爪子里就被注入了这种合金。据漫威网站 (marvel.com) 称,「狼人的突变愈合因子使他能够在这个过程中活下来并诱导这种金属的分子变化,将其转化为一种全新的金属,名叫亚曼德合金 Beta 版。」

Bo


BologniumThe Simpsons 《辛普森一家》

在 1998 年的剧集《Lisa Gets an ‘A’》当中,bolognium 出现在热狗公司 Oscar Mayer 提供给春田小学 (Springfield Elementary) 的一张元素周期表宣传单上。春田小学的老师克拉巴佩尔太太问:「现在,谁能告诉我 bolognium 的原子重量?」普林斯 (MartinPrince) 说:「噢,美味吗?」克拉巴佩尔太太:「正确。」

Bm


BombastiumWalt Disney

Photo: Walt Disney Company/Everett Collection

有一篇剧情介绍这样写道,在 1957 年的一集漫画中,史高治叔叔 (Uncle Scrooge) 在他的一大堆财富中找到一块「大萝卜那么大的」东西。没有人知道它的作用——只知道它必须保持冷冻状态。这篇简介继续写道:「史高治叔叔很害怕他买来的这个东西在给他带来利润之前溶化,于是拉着唐老鸭 (Donald Duck) 和他的外甥们前往南极,以保障他的投资安全。」

Ct


Cobalt Thorium GDr. Strangelove 《奇爱博士》

Photo: Everett Collection

钴和钍都是实际存在的元素,但把它们合二为一就是荷李活的一种创作了,后面带的这个字母 G 可能是让它具有放射性同位素的特点。在这部影片中,那位苏联大使说:「如果你拿出 50 枚 1 亿吨级的氢弹,把钴钍 G 包裹在上面,那么当它们爆炸的时候,就会带来世界末日。」

Di


Dilithium 二锂Star Trek 《星际迷航》

Photo: Paramount/Everett Collection

尽管它实际存在,指的是两个锂原子以共价键连接在一起的分子,但每个粉丝都知道,二锂是一种稀有的水晶物质,能够帮助驱动星舰的曲速引擎。

En


Energon 超能量体Transformers 《变形金刚》

Photo: Paramount/Everett Collection

超能量体 (Energn) 是变形金刚赛车的首选燃料。它有多种形式,但变形金刚最常用的是液态,这些液体保存在许多不同的介质中,其中最著名的就是能量块。

Fi


FeminumWonder Woman 《神奇女侠》

Photo: Everett Collection

在这部电视剧中,神奇女侠佩戴的手镯 (Bracelets of Submission) 就是用这种金属打造而成的,出现在 1976 年 11 月播出的两集电视剧,就是《女性的奥秘》(The Feminum Mystique) 第一部和第二部。

Jt


JerktoniumSpongeBob SquarePants 《海绵宝宝》

Jerktonium 是一种绿色物质,比坚尼海滩的居民如果摄入了它,就会变成坏人。受感染的受害者会长出粗大的黑色眉毛,眼睛周围出现黑色的眼袋,嘴巴周围还有一圈黑色的胡须。」

Mi


Mithril 秘银The Lord of the Rings 《魔戒》

秘银 (Mithril) 这种轻巧的银色金属可塑性很强,可以做成珠宝或者抵御半兽人的铠甲。

Un


Unobtanium 难得素Avatar 《阿凡达》

在潘朵拉星球上发现的这种银灰色金属矿物难得素 (Unobtanium) 是一种超级导体,每公斤的价值高达 4000 万美元。但在这部电影诞生前,它已经是一个开玩笑用的术语,指的是一种理论上存在的物质—— 在某种用途上具有完美属性—— 但出于政治或技术方面的原因,它既不存在也不可能被开采出来。

Up


Upsidaisium 反重力金属Rocky and His Friends

反重力金属原产于一个漂浮矿,是波波鹿 (Bullwinkle) 的叔叔赠予他的遗产),人人都想得到它:美国政府,还有间谍伯里斯 (Boris) 和娜塔莎 (Natasha)。

The Elements ● Published August 28, 2019 ● Issue edited by Jeremy Keehn ● Design direction: Chris Nosenzo and Alexander Shoukas in collaboration with Folder Studio ● Development: Folder Studio, James Singleton, Michael Frazer, Andrew LeClair ● Photo: Jane Yeomans, Aeriel Brown, Donna Cohen, Dietmar Liz-Lepiorz ● Video: Diana Suryakusuma, Alexander Shoukas ● Graphics: Dorothy Gambrell, Evan Applegate ● Web production: Emily Engelman, Thomas Houston, Bernadette Walker, Justin McLean, Alexander Shoukas, Andrew LeClair ● Editors: Jim Aley, Ramsey Al-Rikabi, Kristine Aquino, Bret Begun, Max Chafkin, Howard Chua-Eoan, Tina Davis, Daniel Ferrara, Robert Friedman, Eric Gelman, Jillian Goodman, Jeremy Keehn, Dimitra Kessenides, Silvia Killingsworth, Cristina Lindblad, Stephen Merelman, Jeff Muskus, Alaric Nightingale, Sam Potter, Kristin Powers, David Rocks, Lynn Thomasson, Stuart Wallace, Joel Weber ● Copy editors: William Elstrom, Mark Leydorf, Wendy Marcus, Marc Miller, Nicholas Mullan, Anne Newman, David Purcell, Lourdes Valeriano, Brennen Wysong


Periodic table image credits, by atomic number: Photograph by Rocco Rorandelli for Bloomberg Businessweek. Photograph by Adriane Ohanesian for Bloomberg Businessweek. Science Source (16). Courtesy Chris Henshaw. Getty Images (21). Courtesy NASA. Photograph by Evan Ortiz for Bloomberg Businessweek. Photograph by Tommy Trenchard for Bloomberg Businessweek (4). Photograph by Shawn Records for Bloomberg Businessweek. Courtesy Molly M. Peterson/Stone Barns Center for Food and Agriculture. Illustration by Steve Bell. Edward Burtynsky. Courtesy Apple. Courtesy Library of Congress (2). Francesco Bandarin/Unesco. Mauricio Lima/The New York Times/Redux. Alamy (14). Courtesy Nokia Bell Labs. Photograph by Rachel Bujalski for Bloomberg Businessweek. Courtesy Tekniska Museet. Nara. Photograph by Júlia Pontés for Bloomberg Businessweek. Courtesy NorthStar. Courtesy Metropolitan Museum of Art. Courtesy Thomas H. Handel. Photograph by Kiliii Yuyan for Bloomberg Businessweek. Courtesy Department of Energy (4). Photograph by Ore Huiying for Bloomberg Businessweek. Photograph by Cristobal Olivares for Bloomberg Businessweek. Photograph by Aaron Wojack for Bloomberg Businessweek. Photograph by Carlotta Cardana for Bloomberg Businessweek. Photo illustration by 731; source images: Getty Images (2), AP Photo (1), Alamy (1). Courtesy NIH. Michael Kossin/FrPnc Collaboration. Courtesy Oak Ridge National Laboratory (4). Courtesy Lawrence Berkeley National Laboratory (8). Smithsonian Institution Archives. Courtesy National Nuclear Security Administration/Nevada Site Office. A. Zschau/GSI Helmholtzzentrum fur Schwerionenforschung. Smithsonian Institution Archives. AP Photo. Shutterstock. Courtesy JINR. Courtesy LLNL (2) ● Introduction video: Peter Coy; Diana Suryakusuma; Alexander Shoukas; Arthur Woo; Allie Ames