如何给小朋友解释「铁会生锈」呢？ 第1页

（2019-06-14补充资料）

先审题再回答。给小朋友「科普」，把问题描述清楚是命题人的义务，也是答题人的责任。请家长与少年朋友一起阅读。

本题如果孩子问，可能是「我家菜刀为什么生锈」，前提是孩子认得「锈」，否则可能会问「妈妈的菜刀脏了为什么洗不干净」。虽不影响问题实质，但与孩子的期许和接受方式出入颇大。比如孩子真正在意的很可能是「我家的菜刀要是不生锈就好了」。记得孩子有段时间经常帮妈妈擦菜刀，因为刚刚得知保持清洁干燥菜刀就不会生锈，厨房的抹布看起来也会干净整洁，不需要天天使劲搓洗。不久家里换成更好的厨刀，孩子开始关注别的事情。

但你要实在想给孩子灌输「铁为什么生锈」的道理，请先弄明白下面这些问题。

一，地球上铁元素非常丰富，但没有「铁」制品。

首先，请你一定要告诉孩子，世界上绝对没有一把可以买卖的「铁」菜刀。商场、超市、电商、专卖店、厨师学校、酒店后厨都只能见到碳钢、合金钢、不锈钢、钛合金等金属菜刀，还有陶瓷菜刀和塑料菜刀，有时候铜合金菜刀也可以有。至于高锰铸铁锻刀，作冷兵器还不错，做菜刀太可惜，所以你也搞不到。只不过最后这位，最接近他们说的「铁刀」，但含铁量却比碳钢刀差远了。

事实上，地球上铁元素虽然很丰富，但目前还没有一件市售日用品是纯铁做的（不是做不出来，是没有使用价值）。少数国人口中的「铁」制品可能是指铸铁件，但绝大部分人说的实际是「钢」制品。所以必须先给孩子说清楚，铁是铸铁，钢是什么钢。铸铁不会用来做菜刀，而做菜刀的钢有很多是不容易生锈的。既然是科普，当然尽可能接近科学技术本质与实况，不能拿中学教科书或者少儿绘本糊弄孩子。

其次，无论是铸铁还是钢都有很多不同的牌号，它们虽然是直系亲属（成分），但长相（组织）与性格（性能）实在差别巨大，比如有些钢和有些铸铁就很难生锈。可以在家里随便找些这样的钢铁制品实物即可，若是找不到或不认得（家里总会有块磁铁吧），空口白牙你科普铁生锈干啥，讲牛郎织女几大行星多好，反正谁家也没有。

极少数人可能知道有一种含碳量超低的钢叫「工业纯铁」，它是一种工业原材料，主要做电机转子（矽钢片）等用。可暂时不主动告诉孩子，实在要追问再实话实说。因为铁（ferrum，Fe）、铸铁（cast iorn，Fe+多C）和钢（steel，Fe+少C）是三种密切相关又差别很大的材料，但在应试教育阶段，所有关于「铁」的作业题与考试题，差不多都默认是铁元素，可元素和实物怎能混为一谈。

二，「铁会生锈」是电化学问题，是金属材料问题，是腐蚀问题。但话题指向无一相关，如何引来专业回答？

一定有人会告诉孩子，「生锈」不是因为有「铁」，所有材料做的菜刀都可能「生锈」，只不过低合金工具钢菜刀更容易生锈（已很少生产），而不锈钢、陶瓷、塑料或其他菜刀「生锈」要慢一些而已（钢铁之外的生锈问题这里不论），不好好保养都会变得难看。

钢「生锈」的原因有两个：一个叫化学腐蚀，比如刀在干燥空气中慢慢氧化或高温快速氧化，即钢中的金属元素与空气中的发生化学反应生成各种颜色的金属氧化物（就是你看到的生锈）；一种叫电化学腐蚀，比如有水和氧共同参与的比较快的氧化（其实不是简单的氧化问题），因为有水的参与，这个反应比较复杂一些，例如锈斑颜色更丰富等等。

如果把刀浸入其他电解质溶液中，通常是看不到「生锈」现象的，刀中的金属会以「离子」形态「溶入」溶液，或者生成五颜六色的沉淀物混在溶液中。此刻把刀拿出来擦洗干净，刀只是变粗糙（手感发涩）而已，上面不会有任何秀色（这本来就是工业除锈的原理，当然也是电化学腐蚀）。哦不对，是「锈色」。不马上擦干的话，就会继续在空气中腐蚀，生成「锈斑」。

如果你家各种刀具比较多（可能合金元素种类会多一些），你看到的那种「锈斑」可能是「土黄、棕黄、中红、棕红、褐红、红黑、灰黑、蓝黑、灰蓝、褐绿、湖蓝、青绿、浅绿、浅红、粉白、灰白和纯白」一系列颜色中相近的一种，且颜色并非固定不变。因为这是电化学反应的一个必然结果（组织不均匀腐蚀微电池）。

孩子，你现在其实没必要知道这些锈层到底是什么东西，因为这个问题太复杂了。还需要学习很多物理、化学甚至生物学知识和材料生产的知识才能了解。比如说你家的「铁锈」吧，上面那个锈层色系的前八种颜色都很常见。锈层的成分除了金属氧化物，还有金属硫化物和复合氧化物。即便只是氧化铁红，也是先出现氧化亚铁、再变成氧化铁、再相互作用变成四氧化三铁、最后死心塌地地变成氧化铁，所以我们看到的铁锈都是它不同时期的长相，且大部分时候表里不一。而事实上，各种氧化铁里怎么可能没有其他氧化物、甚至硫化物、甚至更多的其他物质呢？因为锈层存在环境中的各种污染成分会继续与铁锈发生亲密关系，包括那个你刚刚了解的螨虫尸体也可能混入其中啊。

孩子，世界很复杂，每一种东西也都很复杂，万物之灵的人类就更复杂了。我们看到学到的往往只是事实的万分之一，我们要对任何言之凿凿的「常识」予以质疑，包括你家里的每一本书。但是我们也可以听之任之、不以为意，只要牠们不妨碍我们坚持自己的观察与思考。所以你从小就应该懂得，我们的大脑有时候需要严谨，有时候可以浪漫，有时候必须随性。科普的时候不要童话，玩耍的时候专心快乐，想象的时候忘乎所以。

顺便对比一下金属铝和银。纯铝表面的干空气氧化速度是钢的数百倍，只不过锈层薄而白，甚至不太影响表面光泽，所以不宜觉察。而一般铝合金制品表面都作专业阳极氧化处理，相当于在制品表面人为制造一层高质量的「锈层」（本质还是氧化铝，但既硬又亮，既致密又耐蚀耐磨），专做烧水壶的话，比一切不锈钢水壶安全。而纯银的湿空气氧化速度比铁铝都快。家用银器不用天天擦拭是因为和铝制品一样作了相应的表面处理。这里仅叙基本事实，不做解释。

还有，我们说「生锈」的时候，多半是说在刀的表面有可以看到的有色锈斑，而事实上这是一种比较快速但很温柔的「腐蚀」现象。还有很多腐蚀现象我们肉眼一点看不出「生锈」，但其恶劣性比生锈要严重得多，比如不锈钢的晶间腐蚀、小孔腐蚀和应力腐蚀等等。后面这几个名词你现在可以忽略，有机会带你看实物。

还应该有人告诉孩子，「生锈」概念强调的是金属制品在正常使用条件下发生腐蚀的倾向，与相应牌号材料的「腐蚀性能」数据病没有直接关系。比如，我们不会把菜刀长期放在什么溶液里使用，所以也不会用这个条件评价谁比谁容易生锈，更不会引用什么「金属活泼顺序」之类纸上谈兵的数据。（其实教科书中也有明确说明数据测试条件和状态）绝大部分成年人的争论都是自说自话，因为你在说腐蚀我在说生锈，你可能不知道我不懂陶瓷刀如何生锈，我不知道你可能真不知道65号钢是什么玩意儿。

孩子，本来还可以告诉你很多关于铸铁的事情，但确实不合题意，我们改时间再聊。本来也可以在这里比较一下各种不锈钢的「耐蚀性」和腐蚀机理，就是为什么会腐蚀，但也不太符合「生锈」的意思，所以咱们后会有期吧。你可以记住一点，「生锈」是一种最简单的「腐蚀」，「铁为什么生锈」有两个原因，一个是有氧无水的化学腐蚀，一个是水氧并存的电化学腐蚀。但「腐蚀」的原因则千奇百怪、五花八门，很多事情科学家还没有弄清楚呢。

比如多数非奥氏体不锈钢的晶间腐蚀、多数耐蚀钢耐热钢的应力腐蚀、部分压力容器钢的氢脆、大部分结构钢的腐蚀疲劳和腐蚀磨损、很多航空航天航海材料的气蚀与冲蚀破坏等等，目前都还没有太大进展，只能一个一个材料慢慢解决，甚至有些研究到底该交给哪些科学家研究都有颇多争议，我们就不在知乎呱噪了。

最后要有人告诉孩子可能关心的终极问题：尽量保持菜刀清洁干燥通风，最多稍微抹层食用油，就能长期保持不锈。天气潮湿也没有问题，只要「相对湿度」（这个问题我们前几天聊过哦）比梅雨季小点就可以放心。万一菜刀还是生锈了，也有很多简单办法令其「复原」。顺便鼓励一下孩子，知道刀为什么生锈不重要，能够不让刀生锈或者生锈了有办法解决才是聪明的孩子。

下面是不锈钢菜刀除锈的一个参考方法，其他小朋友也可以试试哦。而且实验的时候你一定还会有发现：原来菜刀生锈是发生了腐蚀，现在把锈渍去掉还是用腐蚀的办法耶！对，就是这样。「腐蚀」还可以完成许许多多好玩而伟大的工作呢，像制作铜版画，不锈钢镜子，电子芯片以及各种科学研究等等。

工业生成中，钢材（制品）在做进一步加工前经常需要除锈，有效方法之一就是酸洗（溶解锈层，同时腐蚀钢材），而且会造成更严重的腐蚀（氢脆）。于是要想办法避免酸洗氢脆，由此又带来对钢材新的伤害。由此不难想象，生活中用到的东西从根本上都是不完美的，我们一方面需要努力做出更好的东西，一方面也要积极地保养正在使用的东西，让它们多多发挥作用。爱惜东西，节约材料，保护资源。

再见啦，孩子们！

一些碎碎念（家长备课参考）

关于铁制品。之所以强调市售、可以买卖，是因为现在人们富裕了，为了超凡脱俗可能会委托专业人士定制一把纯铁刀。这对可以接触到工业纯铁的人来说易如反掌。

关于腐蚀。理解腐蚀原电池和电化学腐蚀是掌握金属材料腐蚀与防护的基本入口之一。而这个理解最好先有一点电化学基础，不是中学化学，是真正的电化学基础。

关于电化学基础。如果你的孩子已经明白了分子、原子和电子，肯定就会明白电流和电子运动，然后就能接受所谓化学反应就是面对面交换电子，而电化学反应则是异地电子交易。由此可入电化学门槛。

关于金属材料。世界上除了买不到铁棍，也买不到铝棍铜棍。请喜欢「模拟」实验的家长或其他成年人，真的要去商店看看问问，你到底要买什么牌号的铁棍/铝棍/铜棍，否则预算会超支哦。

关于少儿科普。六岁以前抓紧吧，有效果的话可以延伸到小三。以后九年（小四到高三）还是以应试教育为主吧，别因为科普耽误孩子混文凭。上大学以后就再没人能给他们科普了，高校老师忙着搞科研呢。所以我国家庭很少有人买大部头的《大百科全书》，因为其功能仅对十岁以下少儿和家长有效。另外，不建议购买任何少儿百科全书，唯一例外是孩子特别喜欢。

关于中学化学。说实在的，中学化学除了基本规律（定理）大致不谬，大部分定义和几乎所有实例都不靠谱，几乎所有考试题目中的应用题有且仅有可能在试卷习题中发生。原因很简单，为了塞进学生脑子里上面规定的东西，只能简化现实，复杂化习题考题，比如绝对纯的物质、绝对真空或绝对惰性气体环境，或不问具体反应条件反应速度反应程度，以及制造各种匪夷所思的反应连环套。所以如果孩子们在没有忘记中学化学之前能到三体世界游玩几天，极有可能发现一些自己熟悉的东西和现象；再比如忽略真实世界复杂性，一切不同都是截然不同，一切铁铜铝都是元素铁铜铝，而世界上正在使用的材料中有上百种铁、上千种钢、近百种铝和数百种铜。

关于爱惜东西。惜材爱物是人类文明基本特征，但每个人的做法大不一样。有些人是东西不坏不舍得扔，但平时购物与使用并不上心，能用即可。这个还真算不上惜材爱物，反而给假冒伪劣提供了生存空间。还有一些人购物时精挑细选，使用中仔细保养，为此不断支付学习新知识、提供新就业成本的庞大费用，若干年后东西仍完好如初。这才是真正的惜材爱物，我们在博物馆看到的那些人类杰作，都是这样保存到今天的。衷心希望每个小朋友都能把你们心爱的东西保养好，一直到可以收入家庭博物馆。衷心希望每个家庭都有很多自己祖上存下来的物件或是自己打算留给子孙的玩意儿，而不是有钱了去买一些假古董附庸风雅。

关于金。这完全是题外话，但看到有人科普「真金不怕火炼」，实在荒谬。

首先金很怕火。金的熔点刚过千摄氏度，比银略高，与紫铜相当，壁炉烧柴就可以熔化金银铜。但几乎所有成百上千种钢铁的熔点都比金银铜高几百摄氏度。

其次金也很容易腐蚀（当然速度慢）。除了如雷贯耳但基本没人玩过的「王水」（专业人士除外）可以溶金之外，大部分常用氧化性无机酸可以常温溶解金箔金粉，这是国际通用的贵金属回收（例如柔性印刷电路板，FPCB）的一个基本工艺环节。从实验角度看，还有大量强氧化剂溶液、氧化性有机酸和非氧化性无机酸可以或快或慢地溶解金。如果使用高压釜的话……嘿嘿，你懂的。

2019-05-12改定，感谢浏览。