“钢镚儿”中的化学知识

薛斌

随着时代的变迁，快捷方便的移動支付日益成为主流，小到一分，大到一元的小面额硬币作为人民币辅币的使用频率越来越低。不过，这些被通称为“钢镚儿”的硬币并没有从我们的生活中消失，除了流通价值之外，它们还承载着悠久的货币文化，映照着昔日的美好回忆。回顾往昔，不难发现，数十年来，我国发行、流通的硬币不仅图案各异，而且材质也不尽相同。硬币究竟是用什么材料制造的？下面，就让我们从化学知识入手，来探究一下“钢镚儿”的“身世”吧。

铝镁合金与“钢镚儿”

中华人民共和国历史上首次发行硬币的时间是1957年。从这一年开始，承担我国货币发行职责的中国人民银行发行了1分、2分、5分三种面值的硬币，它们属于第二套人民币，至今仍在流通中。想必不少80后们对它们仍然记忆犹新，要知道在30多年前，几分钱就能买到一小袋“唐僧肉”或者“无花果”。那时候，大家把这些小面额硬币通称为“钢镚儿”，并且这种叫法一直沿用至今。其实，这些硬币并不是钢铁材质的，而是铝镁合金材质。

金属铝（Al）和镁（Mg）同属银白色轻质金属，密度分别为2.70g·cm-3和1.74g·cm-3，铝的熔点为660℃，沸点为2519℃，镁的熔点为650℃，沸点为1090℃。铝暴露在空气中时，表面会形成一层致密的氧化膜，相当于穿了一副铠甲，所以，其化学性质相当稳定；而镁的化学性质非常活泼，镁粉、镁条等在空气中就可以燃烧。

铝元素在地球上的含量仅次于氧元素和硅元素，排在第三位，因此，金属铝较为便宜。不过，在金属铝的电解法提炼还没有实现大规模工业化之前，情况并非如此，铝制品在当时可是顶级的奢侈品，法国国王拿破仑三世便以使用铝制餐具为荣，至于其他贵族，只能使用“普通”的金银餐具。随着技术的进步，金属铝早已经进入寻常百姓家。在20世纪90年代以前，铝制的饭盒、蒸锅可是中国人家庭厨房中的“标配”。

纯金属铝的质地较软，可一旦与其他元素构成合金，马上“性情大变”，机械强度大增，成为赫赫有名的铝合金。铝合金具有分量轻、强度大、耐腐蚀等诸多优点，从空间站、运载火箭、飞机、汽车、仪器仪表等高科技领域到计算机、手机等电子信息产品领域，从冰箱、洗衣机、电视机等家电领域到门窗、吊顶等建材领域以及厨具、玩具、浴室挂件等日用品领域，铝合金都在其中发挥着重要作用。

用来制造第二套人民币硬币的铝镁合金就是铝合金中的优秀代表，非常适合在市面上长期流通使用。这是因为，铝镁合金色泽鲜亮美观，密度小，耐腐蚀，具有很强的承载能力和耐冲击力，长期使用不易变形，具有良好的抗磨、抗刮性能，因而不容易被刮花，这也使得其使用年限大大延长。不仅如此，铝镁合金的铸造性能好，稳定性强，易回收，可以再次利用。

“第三套”中的“小铜板”

1980年，中国人民银行发行了第三套人民币硬币，包括1角、2角、5角和1元共四种面值的硬币。这套硬币的材质是铜合金，其中，1角、2角和5角硬币均为金灿灿的铜锌合金（黄铜），1元硬币则为银白色的铜镍合金（白铜）。该套硬币于2000年7月1日起退出了流通，目前市面上已很难见到。

铜（Cu）是人类最早认识并加以利用的金属之一。这是因为自然界中存在着天然金属铜，使得人类可以方便地获得铜并由此熟悉了铜的性质；所以，人类文明发展的早期阶段之一被命名为青铜器时代，李时珍的《本草纲目》中也有关于自然铜的记载。自古以来，金属铜就是用来制造钱币的主要原料，历史上的方孔铜钱，近代的铜元、铜板，现当代的人民币硬币身上都可以看到铜的身影。无怪乎，时至今日，苏浙沪等吴语方言区仍用“铜钿”泛指金钱。因此，铜与金（Au）和银（Ag）并称为货币金属。有趣的是，这三种元素在化学元素周期表上同属于第一副族（IB）。这也表明，它们在结构和性质上具有相似性。

纯粹的金属铜是红色的，俗称为红铜，在空气中形成氧化膜后，显示为玫瑰红色，因此又被称为紫铜。铜的熔点为1085℃，沸点为2562℃，密度为8.96g·cm-3，属于重金属，其导电性和导热性仅次于银，在众多金属中遥遥领先。考虑到成本因素，电线电缆中使用的导线通常是铜，而不是银。金属铜在含有二氧化碳的潮湿空气中会发生化学反应，生成绿色的铜锈—碱式碳酸铜，这也是我们看到古代的铜钱、铜镜表面覆盖着一层绿色物质的原因。

金属铜非常容易与其他金属形成合金。与金属铝的情况类似，金属铜形成合金后，其机械强度也得到明显提高。常见的铜合金有青铜、白铜和黄铜等。

青铜是以锡（Sn）、铅（Pb）为主要合金元素的铜合金。在距今4000年前的夏代，我国就已经进入青铜器时代，以后母戊鼎、四羊方尊为代表的大量出土青铜器表明我们的祖先掌握了高超的青铜冶炼和制造工艺。青铜在古时被称为“金”或“吉金”，因为刚刚铸造完的青铜器呈金色；但出土后，由于时间流逝和氧化而产生锈蚀，变为青绿色，故名。

后母戊鼎

真金白银不可少

除了上述普通硬币之外，人民币硬币中还包含普通纪念币和贵金属纪念币。中国人民银行从1984年开始发行普通纪念币以来，迄今使用过6种材质，分别是铜镍合金、铜锌合金、钢芯镀镍、紫铜合金、镍包钢和双色铜合金。其中，紫铜合金的主体材质为金属铜，同时包含砷（As）、银和碲（Te）等微量合金元素，色泽紫，抗氧化能力相对较差，易变色。镍包钢材质与钢芯镀镍材质类似。双色铜合金是白铜和黄铜材质的组合体，观赏性较强，2015年开始发行的第二轮生肖普通纪念币的双色铜合金材质组合为内圆白铜，外圈黄铜。

贵金属纪念币的材质是金属金和金属银。金和银在古代社会是常用的货币金属，由于造价较高，近代以来逐渐被取代，现今在日常生活中通常作为首饰、工艺品、投资理财产品出现。

金属金为黄色，熔点为1064℃，沸点为2856℃，密度为19.3g·cm-3，是密度较大的金属，质地软，延展性极好，1克金可以抽拉成长达3千米的细丝，或者压延成厚度约0.0001毫米的薄片，化学性质极其稳定，耐酸碱，在任何温度下都不被空气或氧气氧化。

与金属铜一样，金属金是人类最早认识并加以利用的金属，自然界中也存在着天然金，至今还不时能看到幸运儿拾获天然金块—“狗头金”的报道。大多数情况下，天然金混杂在岩石当中，伴随着风或流水的侵蚀，含有天然金的岩石变成了小颗粒状的砂砾，所谓“吹尽黄沙始见金”就是最简单的一种获得天然金的方法。当然，也可以用流水来淘洗含金的砂砾，这就是“淘金”一词的来历。

自古以来，金属金一直以其稀缺性、美观性和稳定性成为财富和地位的象征，无数人为之痴迷和追逐。有趣的是，正是西方古代文明中企图点石成金的“炼金术”促成了化学的诞生。金属金不仅仅是用來观赏和收藏的，它在科技领域也有很多应用。比如，计算机中的中央处理器（CPU）和内存条上就镀有金；金还是很好的催化剂，可以促进很多化学反应的进行；新冠病毒抗原检测中用到的胶体金也是纳米尺寸的金颗粒。金属金是那么珍贵，这些应用会不会造成成本极其高昂呢？这个担心大可不必，因为大多数场合下发挥作用的金的用量微乎其微。

金属银为银白色，熔点为962℃，沸点为2162℃，密度为10.5g·cm-3，质地较软，延展性仅次于金属金，反光能力极强，是导电性最好的金属，其化学性质不活泼，一般不与氧气反应。

我国古代社会的货币体系是“银本位”，也就是把白银作为主要货币，世界各国的达官贵人们还会使用银质的餐具、烛台。金属银具有抗菌的活性，银质餐具除了能彰显高贵，也有利于健康。虽然同为贵金属，相比于金，银的价格要便宜许多，寻常人家也用得起银质首饰。金属银的镀层是很好的反光镜面，日常生活中，很多镜子都是镀银的。放射医学领域用到的胶片也含有金属银，只不过其中银的颗粒非常小且呈黑色。尽管化学性质不太活泼，但金属银在空气中还是会和含硫的物质发生反应生成黑色的硫化银；因此，长久保存的纯银制品会逐渐变得灰暗而失去往日银光闪闪的风采。这种性质在古代中国常被用于检验毒药砒霜。砒霜的化学成分是三氧化二砷，本不与金属银发生反应；但是，砒霜中常伴随有硫化物杂质，金属银与它们接触后会发黑，间接达到了验毒的目的。这在科学技术不太发达的古代，也不失为一种有效的法医检验方法。

没想到身边的硬币中竟然有这么多有意思的化学知识吧。让我们用心去观察、去探索，你就会发现身边更多的化学奥妙，也就更能体会出“万物皆化学”的真谛。

（文中人民币硬币和纪念币图片来源：中国人民银行官网和中国金币网）