提及超导性的有效应用，立即会联想到与磁性有关。电流通过绕线圈的铁心，可以产生强磁场；电流愈大，磁场愈强。可惜，在通常条件下，电流愈大，所产生的热愈多，因此对可以做的事情有一限制。然而用超导体线圈，电流通过不产生热量。似乎越来越多的电流都可以塞入线圈，以产生从未有过的强电磁铁，而所消耗的功率却只有正常条件下的一小部分，但是这里仍大有文章。
伴随超导性产生的其他性质包括磁性。在物质变成超导的同时，它也会变成完全的反磁性，也就是说它会排斥磁力线。这个现象是德国物理学家迈斯纳在1933年首先发现的，因此称为迈斯纳效应。通过制造够强的磁场，即使此时温度远低于它的转变点，还是会破坏物质的超导性，而超磁性的希望也就随之破灭了。正如一旦物质周围的磁力线聚集很多时，最终有一些磁力线会穿透物质，而超导体亦会发生相同现象。
人们已着手寻找承受高磁场的超导物质。例如具有高达绝对温度18K的锡-铌合金。它可以承受大约250000高斯的磁场，这个强度确实是高的。在1954年发现这一事实。但是到1960年才研究出制造这种通常脆性合金电线的技术。钒和镓的化合物可以做得更好，已建成场强达500000高斯的超导电磁铁。
在氦中发现了另一种令人吃惊的低温下的现象，称为超流性。
氦是目前人们知道的即使在绝对零度也不能被冻结成固体的惟一物质，有少量不能减少的内能，甚至在绝对零度，它也不可能消除（所以实际上该内能是零点能），但却足够使这些极其“不粘”的氦原子互相保持自由，因此呈现为液体。事实上，德国物理学家能斯脱在1905年已指出，在绝对零度下，并非物质的能量变为零，而是另一相关性质：熵为零。由于这项工作，能斯脱得到了1920年的诺贝尔化学奖。然而我并不是说在任何情况下固态氦都不存在。1926年，固态氦终于在低于绝对温度IK和大约25个大气压下制成了。
1935年W.H.凯索姆设法完成了氦的固化，而他在昂内斯实验室工作的姐姐A.P.凯索姆则发现液态氦低于绝对温度2.2K时，几乎完全导热。它导热非常快——事实上，相当于声速——致使氦的所有部分总是在相同的温度。它不会沸腾——其他一般液体因为有局部的热点会形成蒸气泡——因为在液氦中没有局部热点（如果液体在绝对温度2K下可以说热点的话）。当液氦蒸发时，它的顶层平静地逃逸——可以说是一层一层蒸发掉的。
俄国物理学家卡皮察继续研究这个性质，发现氦导热的原因是它非常容易流动，而且几乎是同时把热量由一部分带到另一部分，其速度至少是第二最佳热导体铜的200倍。液氦甚至比气体还容易流动，粘度仅为氢气的1/1000，且可流经气体无法通过的微小孔隙。另外，该超流液体在玻璃上形成薄膜，并且在其上的流动速度与它流经孔洞的速度一样快。如果装有这种液体的开口容器置于所装液体高度较低的大容器中，超流体将越过玻璃边缘而到达外面的容器，直到液体高度一样为止。
氦是惟一显示出超流现象的物质。事实上，超流体的性质与高于绝对温度2.2K的氦本身的性质大不相同，所以另外取了一个名字叫氦-Ⅱ，以区别于高于绝对温度2.2K叫做氦-Ⅰ的液氦。
因为只有氦才能允许从事接近绝对零度的研究，所以，它在纯科学和应用科学中变得非常重要。大气的供给量是可忽略的，最重要的来源是天然气，由地壳中铀和钍衰变所形成的氦有时会渗入天然气井。目前所知蕴藏量最富的天然气并在墨西哥，其产生的气体中有7.5%为氦。
低温学
由于受到绝对零度附近奇异现象的鼓舞，物理学家们想尽办法来接近绝对零度，并且扩展它们在今天称为低温学的有关知识。在特殊情况下，利用液态氮的挥发，可产生绝对温度0.5K的低温。（顺便说一下，在这种水平上的温度可以利用一些特殊的有关电的方法来测量——譬如利用热电偶所生电流的大小，利用某种非超导体金属所制成电线的电阻大小，利用磁性的改变，甚至可利用声音在氦中传递的速度。想要测量极低温比要得到它们还不容易。）事实上，低于0.5K的温度利用1925年荷兰物理学家德拜首先提出的方法已经测到。把顺磁物质（即能将磁力线集中起来的物质）几乎紧靠着液态氮，中间隔着氦气，然后把整个系统温度降到绝对温度大约1K。再把系统置于磁场中，顺磁物质的分子会平行排列，并放出热量。这一热量可由周围缓慢蒸发的氦气移去。这时若把磁场移走，顺磁性分子会马上呈现混乱取向。由有序到混乱取向过程中，分子必须吸收热量，而这惟一的热源就是液态氦。因此，液态氦的温度下降。
可以一次又一次地重复该过程，每次都降低液氦温度——此技术是由美国化学家吉奥克完成的。结果他得到了1949年诺贝尔化学奖，1957年以这种方法达到了绝对温度0.00002K。
1962年，德国血统的英国物理学家伦敦和他的合作者提出使用一种新装置达到更低温度的可能性。氦以两种类型存在：氦-4及氦-3，平常它们完全混合在一起。但是当温度低于绝对温度0.8K时，就会分开，氦-3在上层，部分的氦-3与氦-4在底层。以类似一般冷冻剂例如氟里昂的液体和蒸气互相变换的方式，能逐步降低温度。利用该原理制成的冷冻装置，于1965年在苏联首先被设计出来。
1950年，苏联物理学家波马伦库克提出了利用氦-3其他的性质深冷的方法；早在1934年，匈牙利血统的英国物理学家库提也提出过利用类似吉奥克所利用的磁性，但这种磁性与原子核——原子的量内层结构——有关，而不是与整个原子和分子有关。
应用了这些新技术的结果，温度低到绝对温度0.000001K。既然物理学家们发现他们已经达到绝对温度0.000001K，难道就不能摆脱剩下的一点滴而最后达到目标本身吗？
不能，正如能斯脱在他关于这一问题而获得诺贝尔奖的论文中所证明的那样（有时也称为热力学第三定律），绝对零度是不可能达到的。无论我们如何降低温度，也只能将部分的熵移去。在一般情况下，无论熵的总量如何，若欲移去一个体系中一半的熵，其困难程度相同。从绝对温度300K（大约为室温）降至150K（比南极所能达到的温度还低），与从绝对温度20K降至10K，其难度是一样的。从绝对温度10K降至绝对温度5K或5K降至2.5K等等亦然。现在已达到高于绝对零度百万分之一的低温，但若想从百万分之一度降至其一半的温度，就像从绝对温度300K降至150K一样困难。如果达到了，要从其百万分之一的一半温度再降到百万分之一的四分之一，仍然同样地困难。这样继续下去无论怎样似乎接近，但绝对温度还是处在无穷远的距离。
用该方式探求绝对零度的最后阶段，导致对极稀有物质氦-3的仔细研究。氦本身在地球上并不常见；而且当它被分离出来时，每1000万个原子中只有13个是氦-3。其余全是氦-4。
氦－3比氦－4原子稍微简单，且只有最常见变体质量的3/4。氦-3的液化点在绝对温度3.2K，比氦-4整整低了1度。更有甚者，起初认为氦-4在低于绝对温度2.2K可变为超流体，而氦-3（虽然简单，但却是较少对称的分子）没有一点迹象。它是惟一需要继续试验的。在1972年，发现低于绝对温度0.0025K时，氦-3会变成超流体氦-Ⅱ。
高压
液化气体的工作开创了一个新的科学领域，更引起了大家对于产生高压的兴趣。似乎把很多种类的物质（不仅气体）放在巨大压力下，都可以显示出物体性质的基本信息，同时也显示出地球内部的基本信息。例如，在地表下11公里（7英里）深处，压力是1000大气压；644公里（400英里）深处是20万大气压；而在3200公里（2000英里）深处，则是140万大气压；到64000公里（4000英里）深的地心，就高达350万大气压。（当然，地球是较小的行星。土星的中心压力，估计高于5000万大气压；至于更大的木星，则高达1亿大气压。）
在19世纪的实验室里顶多能做到3000大气压左右，这是19世纪80年代由阿玛加特达到的。但是在1905年，美国物理学家布里奇曼开始设计新的方法，立即达到2万大气压，把实验用的小金属室给炸裂了。他采用更坚固的材料，终于成功地产生了50万大气压。由于在高压方面的工作，他获得了1946年的诺贝尔物理学奖。
在他的超高压力下，布里奇曼曾迫使物质的原子和分子更紧密地排列，这种排列有时在除掉压力后，仍可被保留下来。例如，他把普通非导电体的黄磷，变成了可导电的黑磷，甚至还使水产生惊人的变化。普通冰比水的密度要低，利用高压，布里奇曼制造出一系列的冰（冰-Ⅱ、冰-Ⅲ等等），它们的密度不仅比液体水还高，而且温度也比正常水的冰点高。冰-Ⅶ在温度高于水的沸点时是固体。
所有高压技术中最引人注目的就是金刚石。它是一种结晶碳，就像石墨也是一种结晶碳一样。当一个元素以两种不同的形式出现时，称为同素异形体，金刚石和石墨是该现象最引人注目的例子。臭氧和普通氧是另一个例子。在前段曾经提到过的黄磷和黑磷（还有红磷）也是一例。
同素异形体在外观、性质上似乎可以完全不同。大概，除了煤和金刚石以外，再没有比石墨与金刚石更令人震惊的例子了。（在化学上来说，无烟煤是一种含水分多的石墨型式）。
金刚石只不过是石墨（或煤）以不同的原子排列方式形成的，乍看之下，这个观点似乎令人难以置信，但是金刚石的化学本质早在1772年就由拉瓦锡及其他一些法国化学家证实了。他们合资买了金刚石，然后把它加高温燃烧，发现所产生的气体是二氧化碳。后来，英国化学家坦南特证明，所测得的二氧化碳总量，只有在金刚石为纯碳时才有可能产生。这点和石墨是一样的；在1799年，法国化学家莫尔弗把金刚石变成一堆石墨，证明这种说法是正确的。
莫尔弗所做的不是一件合算的事，但是为什么事情不能反过来呢？金刚石密度比石墨高了55%。为什么不能对石墨加压，使它形成较密堆积的金刚石呢？
经过多方的努力，像炼金术士那样，许多实验者都报告取得了成功。最有名的就是法国化学家穆瓦桑。在1893年，他把石墨溶于熔融的铸铁中，并报导说，冷却后在里面发现了些小金刚石。其中大部分的物质是呈黑色而又不纯的微小东西，但是有一颗却是无色的而且几乎有1厘米长。该结果广为大家所接受，而且在很长一段时间里，穆瓦桑甚至被认为己制造出了人造金刚石。然而，他的结果从来没有人成功地重复过。
在合成金刚石的研究方面不是没有意外收获的。1891年，美国发明家艾奇孙在他认为可制成金刚石的情况下加热石墨，偶然发现了碳化硅，他给它的商品名为金刚砂。经证明。除了金刚石外，它比当时所知的任何物质都硬。这种物质已成为一种广泛使用的研磨剂，即作为磨碎、磨光之用的物质。
研磨剂的效率取决于它的硬度。研磨剂可以抛光或磨蚀比它较软的物质，而作为最硬的一种物质的金刚石，它在这方面可说是相当有用的。各种物质的硬度通常以莫氏硬度来量度。这个硬标是由德国矿物学家莫斯在1818年提出的。它按矿物编号，定滑石为1，而金刚石为10。具有某一标号的矿物能够在标号比它小的任何一种矿物上划出刻痕。在莫氏硬度上，金刚砂给以标号9。但刻度间隔并不相等。在绝对尺度上，标号10（金刚石）与标号9（金刚砂）的差比标号9（金刚砂）和标号1（滑石）硬度差大4倍。
对所有这些原因是不难看出的，在石墨中，碳原子以层状排列。在每一单层中碳原子都是以棋盘格六角形排列，像浴室里贴在地板上的瓷砖。每个碳原子以相同的方式与其他三个碳键连；因碳属于小原子，所以与近邻键连坚固而紧密。这种棋盘形状的布置很难拉断，但很薄易断开。这种棋盘形状布置，上层和下层的距离较大，所以层与层之间的键连较弱，一层能够容易地在下一层上滑动。由于这一原因，石墨不仅不特别硬，而且实际上可以用作润滑剂。
然而金刚石中碳原子却全部都是绝对三维的对称排列。每个碳原子与四个等距离的其他原子键连，四个碳的每一个都处在中心为一个碳原子的四面体的顶点上，这是非常紧凑的排列，所以金刚石实质上比石墨紧密。除在不可抗拒的力之下以外，在任何方向也不会被拉断。其他原子也会采取金刚石结构，但其中以碳原子最小，键连最紧。因此，金刚石比地表上的任何其他物质都硬。
碳化硅中有一半的碳原子被硅取代。因为硅原子比碳原子大得多，不能把近邻的原子拉得那么紧，因此键连就比较弱。这样，碳化硅不像金刚石那么硬（虽然对很多用途，它已经算足够硬了）。
在地表的环境下，碳原子的石墨比金刚石排列更稳定。因此，金刚石有自发转变成石墨的趋势。然而，你没有某早上醒来发现灿烂夺目的金刚石戒指隔夜变成毫无价值的石墨的危险，即使在不稳定的碳原子排列中，仍然连接得如此紧密以致可能需要几百万年才会发生变化。
这种稳定性的不同，使石墨变成金刚石更加困难。直到20世纪30年代，化学家才经过努力达到把石墨变成金刚石需要的压力，至少需要1万大气压以上才可出现转变，甚至有此高压，它的转变仍极其缓慢，不能实现。升高温度虽会加速转变，但也提高了压力的需求。在1500℃，至少需要3万大气压。所有这些都证实穆瓦桑和他的同代人在他们所使用的条件下制造出金刚石的可能性不会比炼金术士制造出黄金的可能性大。（有某种证据说明，事实上，穆瓦桑是他的一个助手的受骗者，该助手厌倦于这项冗长的实验，决定把一颗真金刚石放在铸铁混合物中，以结束这个实验。）
借助布里奇曼原先达到实验所需的高温与高压所做的工作，1955年，通用电气公司的科学家们终于完成了这项业绩。产生10万以上大气压以及高达2500℃高温，此外还有少量的金属，例如铬等，用于石墨上形成液体薄层。在该薄层上石墨转变成金刚石。在1962年，可达到20万大气压和5000℃的温度。于是石墨直接转变成金刚石，而且没有使用催化剂。
合成的金刚石用作宝石太小且不纯，但目前生产的是商业上的磨料和切削工具等，合成金刚石确实是这类产品的主要来源。到60年代末，偶然生成少量具有宝石等级的小金刚石。
使用这些方法所制成的一些较新的产品，可以弥补金刚石的消耗。硼与氮的化合物（氮化硼），在性质上非常类似石墨（只不过氮化硼是白色的而不是黑色的）。经受把石墨转变成金刚石的这种高温和高压后，氮化硼会发生类似的转变。氮化硼的原子可以从类似石墨的结晶排列转变成类似金刚石的排列。它的新形式称为金刚石型氮化硼。其硬度约为金刚砂的4倍。此外，主要的优点是更抗热。在900℃左右可将金刚石烧掉，但氮化硼却不变化。
硼比碳少1个电子；氮又比碳多1个电子，两者相互组合，会形成一种很类似碳-碳排列的情形，但离金刚石完美的对称性尚有一段微小的差距；因此，金刚石型氮化硼不完全像金刚石那么坚硬。
当然，布里奇曼关于高压的工作不是最后的定论。20世纪80年代开始，卡内基技术学院的P.M.贝尔利用一种在两块金刚石间塞入物质的装置，已设法达到大约150万大气压，超过了地心压力的2/5。他相信这套仪器在金刚石崩溃以前，或许可以达到1700万大气压。
加利福亚理工学院利用冲击波制造出的瞬间压力，大约高达7500万大气压。
金属
在周期表中大部分元素都是金属。事实上，102种元素中，只有大约20种可明确地看成非金属。然而，在人类历史上，金属的使用却比较迟。其中一个原因是除了少数金属外，金属在自然界都与其他元素结合成化合物，而且不容易辨认与提取。原始人起初只使用那些经过简单加工，如刻、削、砍和磨，就能使用的材料。这样他们的材料只限于兽骨、石块和木头。
最初，人们可能是通过发现陨石、小块黄金或含有铜矿的石头在燃烧后的灰烬中留下的金属铜，才认识了金属。无论是哪一种情况，好奇（或幸运）的人们发现这些陌生的新物质，研究使用它们的方法，发现它们有许多优点。金属不同于岩石，当磨光时，它有吸引人的光泽。它可打成薄片和拉成丝，还可以被熔化，灌入模子中凝固。它比岩石漂亮多了，可塑性较强，适于作装饰品。很可能远在金属得到其他应用以前它们就已经被用来铸成装饰品了。
因为金属稀有而且吸引人，又不会随着时间而改变，所以这些金属在它们变成公认的交换媒介之前就已被当作珍贵的东西以物易物了。起初一块块的金属（金、银或铜）在买卖交易上，必须分开称重。但到了公元前700年，在小亚细亚的赖狄亚王国和爱琴海上的厄吉那岛，发行了一种铸有官方政府标记且具标准重量的金属，这就是沿用至今的硬币。
发现有些金属可做成比石头更锐利的切削工具，即使用来砍毁石斧砍不动的东西仍能保持锋刃后，全属才站住了脚。此外，金属很坚韧，你使用力打击，木棍或石斧破裂了，类似大小的金属物体却只稍微变形。这些优点，大大补偿了金属比石头重且较难得到的缺点。
较大量得到的第一种金属是铜。这种金属在公元前4000年就已被使用了。铜本身制成的武器或铠甲太软（尽管它能制成美丽的装饰），但发现它通常与少量砷或锑形成的合金却比纯金属还硬。在铜矿样品中，且发现含有锡。铜-锡合金（青铜）对做武器是足够硬的。人们很快就学会有意地往铜里加锡。大约公元前3000年在埃及与西亚，和公元前2000年的东南欧，青铜时代取代了石器时代。荷马史诗中的《伊利亚特》和《奥德赛》成为这时期文化的纪念。
很早以前人们就知道铁和青铜一样，但在一段很长的时间内，陨石是它惟一的来源。直到发现了冶炼铁矿的方法可大量获得生铁后，铁才不再是一种贵重的金属。困难在于怎样处理足够热的炉火，怎样用适当的方法把碳加入铁中、以及怎样使它变得更坚硬成为现在所谓的钢。约在公元前1400年，于小亚细亚的某处首先出现了熔铁技术，后来才慢慢发展传播开来。
因为用铁铸成的剑可以砍断青铜制品，所以一个以铁器武装的军队可以击溃以青铜器武装的军队、小亚细亚的赫梯族首先在某种程度上使用铁制武器，曾统治西亚较长一段时间。在公元前800年，亚述人才继之而起。他们有完全使用铁制武器的部队，统治西亚、埃及长达两个半世纪。大约在同时，多利安人入侵希腊，打败抱住青铜武器不放的阿凯亚人，把铁器传入欧洲。
铁和钢
铁基本上是由铁矿（通常是二氧化二铁）和碳加热而得到的。碳原子夺去三氧化二铁中的氧，而留下块状的纯铁。在古代所用的温度不足以使铁熔化，因此产品是一种坚韧而可借助锤击做成所需形状的金属——这就是熟铁。在中世纪才大规模炼铁。当时使用了一种专门的炉子和较高的熔化铁的温度。这种熔融的铁，可灌入模子，形成铸体，又称铸铁。它比熟铁更便宜也更硬，但它很脆不能锤击。这两种铁需要量的增加，导致大规模森林的砍伐，例如英国就曾把它的森林消耗在炼铁炉里。1780年，英国铁匠达比指出，焦炭（碳化了的煤）效果与木炭（碳化了的木材）一样好，甚至更好。在这方面减轻了对森林的压力，从而开始了长达一个多世纪的煤为主要能源的时期。
迟至18世纪，多亏法国物理学家列奥米尔，化学家们才认识到，原来是碳的含量支配着铁的韧度和硬度。要增强这些性质，碳的含量应该在0.2%～1.5%之间，于是制成了钢。钢的硬度、韧度一般都比铸铁或熟铁强。但是，直到19世纪中期，才能借助小心增加适量的碳到熟铁（它本身比较贵）中这种繁杂的过程制造出高品质的钢。因此，钢仍然是一种奢侈的金属，只能用在不能找到代替品的地方——如剑和弹簧等。
英国工程师贝色麦引进了钢的时代。起初他对大炮和射弹很有兴趣。为了使大炮能射得更远、更准确，他发明了膛线系统。法国拿破仑三世对此也相当有兴趣，并且提供了进一步实验的经费。但是后来一位法国炮兵指出，贝色麦所构想的膛线系统会损毁当时所使用的铸铁大炮。贝色麦很懊恼，便转而研究如何生产更高强度铁的问题。他完全不懂冶金学，因此带着一种很好奇的心理来接触这个问题。由于铸铁的碳含量关系，所以是脆的。因此，问题在于如何来减低碳的含量。
为什么不能使用边熔化铁边送气的方法把碳燃烧掉呢？乍看起来，这似乎是个非常荒谬的观念。吹空气难道不会使熔融的金属冷却而凝固吗？贝色麦努力以各种方式去尝试，发现实际上完全相反。当空气使碳燃烧时，燃烧放出热量，铁的温度会上升，而不是下降。假如这样，碳就恰好烧掉了。通过适当地控制，可以制造出大量的钢，价格也较便宜。
1856年，贝色麦公布了他的鼓风炉。铁匠们都兴致盎然地采用这种方法。后来他们发现这样只能生产次等钢，就很生气地放弃了它。贝色麦发现工业用的铁矿中含有磷（而磷在他自己的矿石样品中是没有的）。虽然贝色麦向铁匠们解释是磷辜负了他们，但他们仍拒绝再次受骗。因此，贝色麦只好借钱，然后在设菲尔德建立自己的钢铁工厂。他从瑞典进口不含磷的铁矿，快速生产钢，再以低于其他铁匠的价钱出售。
1875年，英国冶金学家托马斯发现，在鼓风炉里衬以石灰石和镁砖，便可容易地把磷从熔融的铁中除去。此后，几乎任何铁矿均能用来炼钢。1868年，德国出生的英国发明家西门子研究出平炉法，在平炉里将生铁与铁矿一起加热，这种过程也能够控制磷的含量。
于是人类进入了钢铁时代，钢铁时代不再只是说说而已。若没有钢，摩天大楼、吊桥、大船、铁路和许多其他现代建筑物的建造几乎是不可思议的。尽管其他金属不断增加，但在许多日常用途中，从汽车车身到刀子，钢仍被认为是较好的金属。
（认为任何个别的进展都能导致人类生活方式发生巨大的改变是错误的，这种改变总是全部彼此有关的进展相互结合的结果。例如，如果没有常见的电梯装置，世界上所有的钢也不能建成实用的摩天大楼。1861年美国发明家奥蒂斯取得一种水压电梯的专利。1889年，他创办的公司在纽约商业大楼内装置了第一座电动电梯。）
由于钢廉价又平常，因此有可能进行往钢里加入其他金属(合金钢）的实验，看是否还能进一步改进。英国的冶金学家哈德菲尔德首先开创了这个研究方向，他于1882年发现把锰加入钢达到13%的含量，可制成一种较硬的合金。它可以用来制造干粗活的机器，如碎石机。1900年又发现一种含钨和铬的合金，在高温下，甚至炽热时，仍保持它的硬度。这种合金成为高速机床有用的东西。现今，有无数像钼、镍、钴和钡一类金属的其他合金钢供特殊工作使用。
钢的主要困难是容易腐蚀——铁还原成原矿石状态的过程。防止该现象的方法之一是将金属涂上或镀上一层不易被腐蚀的金属——如镍、铬、钢和锡。最有效的方法是制造一种不腐蚀的合金。
1913年，英国冶金学家布里尔利意外地发现了这种合金。他本来想寻找一种适合做枪身的钢合金。在他认为不太适合而抛弃的样品中有一种镍铬合金，几个月后，他偶然发现，在这堆废料堆里，这些特殊的合金块明亮如前，而其余的都生锈了。不锈钢就是这样诞生的。它用在大规模的构件中太软太贵，但极适合于刃具和小工具那些防锈比硬度更重要的地方。
全世界每年大约要花上10亿美元来防止铁和钢的腐蚀，但并不大成功。因此，人们在继续不断地寻找一种普遍的防锈剂。一种值得注意的最近发现是高锝酸盐（含有锝的化合物），可防止铁生锈。当然。这种稀有的人造元素绝对不够用在相当大的规模上，但是它提供了非常宝贵的研究工具。它的放射性使化学家能跟踪它的结局，并观察它在铁表面上发生的情况。
铁最有用的一个性质是它的强大的铁磁性。铁本身是软磁体的一个实例。它在电场或磁场的感应下容易被磁化——也就是它的磁畴（见第五章 ）容易排列整齐。当磁场移去时，它容易退磁，其磁畴再变成混乱的排列。这种易去磁性的性质是可以利用的，像在电磁铁中，电磁铁的铁心通电时容易被磁化，而断电时也应该容易退磁。
自从第二次世界大战以来，已经研制出一种新品种的软铁磁体，就是铁氧体。例如，镍铁氧体（NiFe2O4）和锰铁氧体（MnFe2O4），它们用作计算机中各种容易磁化和迅速退磁的元件。
硬磁体的磁畴不易排齐取向，但一旦排齐，则有磁性，而且可以保持一段长时间。各式各样的钢合金是最常见的例子。但是强的硬磁体已在含有少量铁或不含铁的合金中发现。最著名的例子是1931年发现的吕臬古（alnico），它主要是由铝、镍、钴再加一点铜制成的（英文名称取自各物质前面的两个字母）。
在20世纪50年代提出了用铁粉做成磁铁的技术。这些铁粉非常细小，以致可形成许多单个的小磁畴。可以让这些磁畴在熔融的塑料中定向，然后使塑料固化，磁畴的定向排列便保留下来。这样的塑料磁铁非常容易成形塑造，而且强度相当好。
新金属
在最近几十年，我们看到出现了许多有用的新金属——其中一些新金属过去曾被看作几乎是没有用的，甚至有些在一个世纪前尚未问世，有些到我们这一代才知道。最显著的例子是铝，它是所有金属中最普遍的——比铁还普遍60%。但是从矿石中提取铝也非常困难。1825年，奥斯特（他曾发现电和磁之间的相互关系）从矿石中分离出了少量不纯的铝。此后，许多化学家都尝试着分离纯铝，都没有成功。直到1854年，法国化学家圣克莱尔德维尔终于设计出可较大量获得纯铝的方法。铝的化学性质是如此活泼，他不得不使用金属钠（更加活泼）来破坏铝的邻近原子之间的紧密键连。有一个时期，0.454公斤（l磅）铝卖100美元，实际上使铝成为一种贵重的金属。拿破仑三世沉迷于铝制的餐具，还给他的幼儿制造了一种会嘎啦响的铝制玩具；在美国，人民为了对华盛顿表示敬意，于1885年铸造了一座华盛顿纪念像，就是用坚固的铝平板复盖在其顶部的。
1886年，在奥贝兰学院攻读化学的年轻学生C.M.霍尔，有一次被教授的谈话深深打动。教授说不管谁只要能找到一种便宜的制铝方法，必能致富。因此，他决定试试看。在他存放木柴的家庭实验室里，C.M.霍尔开始利用戴维早期的发现，把电流通过熔融的金属可以使金属沉积在阴极板上，以此来分离金属离子。他在找一种能溶解铝的材料时，偶然发现了冰晶石，这种材料仅在格陵兰大量存在（今天可得到人造冰晶石）。C.M.霍尔把氧化铝溶解在冰晶石中，再将混合物熔融，然后通过电流。果然，在阴极上得到了纯铝。C.M.霍尔急忙带着几块他的首批金属铝锭去见他的教授。（至今，这些铝锭仍为美国铝业公司所收藏。）
碰巧，一位正好与C.M.霍尔同龄的法国化学家埃鲁，也在同年发现了同样的方法。（完全巧合，C.M.霍尔和埃鲁两人都在1914年逝世。）虽然，霍尔-埃鲁方法使铝成为一种便宜的金属，但是，它仍然无法像钢一样便宜。因为有用的铝矿比有用的铁矿少，而且电（炼铝的关键）比煤（炼钢的关键）贵。然而，铝有两大优点超过钢：第一，它轻，只有钢的1/3重；第二，铝受到腐蚀时只在其表面形成一层薄而透明的薄膜，这层薄膜起保护作用，使深层免遭腐蚀，且不影响铝的外观。
纯铝相当软，但制成合金后就可以得到改善。1906年，德国冶金学家威尔姆在铝中加入少许的铜与微量的镁，制成一种坚韧的合金，他把专利权卖给了德国的杜仑金属工厂，他们称该合金为杜拉铝。
工程师们很快就认识到这种轻而坚固的金属在飞机上的价值。第一次世界大战期间，德国人把杜拉铝用于飞机，英国人由分析飞机碎片的合金知道了它的成分，这种新金属的用途普及全世界。因为杜拉铝不像铝本身那样抗腐蚀，所以冶金学家又在它外层复盖上一层薄薄的纯铝，这种产品称为铝衣合金。
如今，有些铝合金比某些同重量的钢还坚固，凡是认为轻巧与抗腐蚀比自然强度更重要的地方，有以铝代替钢的趋势。众所皆知，目前它几乎成为一种普遍的金属了，用于飞机、火箭、铁路、火车、汽车、门、荧光屏、房屋挡板、油漆、厨房用具、铝箔、包装纸等。
现在我们已有镁，一种比铝还轻的金属。如你可预料的那样，它主要用于飞机，德国已经把镁-铝合金用于此用途了。在第一次世界大战以后，镁-铝合金的用途逐渐增加。
因镁的丰度大约只有铝的1/4，化学活性也较活泼，较难从矿物中获得。但是很幸运，镁在海洋中有很丰富的来源。镁不像铝或铁，它大量存在于海水中。海洋可溶解占它本身重量3.5%的物质，这些溶解的物质中，有3.7%是镁离子。因此，总的来说海洋中含有约20000000亿吨的镁，也就是说可供我们使用到无期限的未来。
问题在于如何提取。过去选用的方法是把海水抽入大水槽，再加入氧化钙（也可从海中即从牡蛎壳中取得）。氧化钙与水和镁离子反应形成氢氧化镁。氢氧化镁不溶于水而从溶液中淀沉出来。以盐酸处理氢氧化镁把它转变成氯化镁，再利用电流把氯分开，就可以得到镁金属。
1941年1月，道化学公司第一次从海水中生产出镁锭，而在大战期间，镁的产量大约增加了10倍。
事实上，可从海中提取的任何元素都可视为无限制的供给，因在使用之后，终究还会再回到海里去。据估计，若每年从海水提取100万吨的镁，经过1万年，海洋中镁的含量将会从原先的0.13%降至0.12%。
如果钢是19世纪中叶“令人惊奇”的金属，20世纪轮到铝，20世纪中叶轮到镁，那么下一个令人惊奇的新金属是什么新金属呢？这种可能性是有限的，在地壳中只有7种真正称得上是常见的金属。除了铁、铝、镁之外，它们是钠、钾、钙和钛。钠、钾和钙作为结构金属化学性质太活泼了（例如，它们会和水产生剧烈反应）。剩下来的就是钛了，它的丰度大约是铁的1/8。
钛具有不寻常的综合的优良品质。它大约只是钢的一半重；比等重的铝或钢坚固；它抗腐蚀，能够耐高温。由于所有这些原因，钛现在已被用于航空、船舶，而且如果能很好地利用这些性质，还可用作定向导弹。
为什么这么晚才发现钛的价值呢？理由大致与发现铝、镁相同：钛容易与其他物质反应，而它的不纯形式——与氧或氮化合——是一种不吸引人的金属，易碎，似乎没有什么用途。它的强度与其他特性只有当它经过分离而成为真正纯钛（这样的分离在真空或惰气中进行）时才显现出来。冶金工作者的努力已成功地把0.454公斤（1磅）钛的价格从1947年的3000美元降至1969年的2美元。
但是，已经不需要再去寻找新的令人惊奇的新金属了，因为我们可以把旧的金属（和某些旧的非金属）改造得比现在更“惊人”。
在O.W.霍姆斯的诗《执事的杰作》中，讲述了一辆精心制作的没有最薄弱之点的“单马轻便马车”，这一单马马车最后突然粉碎成粉末。但这已经是100年以后的事了。
金属和非金属晶态固体的原子结构颇像单马轻便马车的情况。金属的晶体具有亚微观的裂隙和裂痕，在加压下，断裂会从这些薄弱点开始，并传遍整个晶体。如果能像执事的奇异的单马轻便马车，使晶体没有薄弱之点，那么它将具有很高的强度。
这种没有弱点的晶体在晶体表面上确实形成像细纤维一样的东西，称为晶须。已发现碳晶须的抗拉强度高达217吨/厘米2（1400吨/英寸2），是钢的抗拉强度的15～70倍。如果能设计出大量制造这种无缺陷的金属的方法，我们就会找到惊人强度的材料。例如1968年，苏联科学家制成细小的无缺陷的钨晶体，它能经受253吨/厘米2（1635吨/英寸2）拉力，而最好的钢只能经受33吨/厘米2（213吨/英寸2）。即使得不到无缺陷的块状晶体，将无缺陷的纤维加入普通金属中也会使金属加固和强化。
迟至1968年才发现把金属结合起来的方法。具有历史意义的两种方法是合金法和电镀法。合金法把两种或更多的金属熔化在一起，形成一种近乎均匀的混合物；而电镀法是把一种金属牢固地粘结到另一种金属上（通常是把较贵的金属薄层镀在大体积的便宜金属表面，如此一来，该表面就好像金子般漂亮，且具有抗腐蚀性，但它的整体则像铜一样便宜）。
美国冶金学家N.C.库克和他的助手试图在铂表面上镀一层硅。他们使用熔融的碱性氟化物当作液体，把铂浸在液体中，来发生预期的电镀。显然发生了熔融的氟化物把最抗腐蚀的金属的薄层氧化物去掉了，而使铂表面裸露的对着硅原子。硅原子不是把它们自身结合到氧原子另一侧的表面上，而是使它们自身进入表面。其结果是铂的薄外层变成了合金。
N.C.库克遵循这个新方向，发现许多物质可以用这种方式结合，在纯金属（或其他合金）上形成合金的“镀层”。库克称此方法为电解电镀法，并迅速地显示了它的用途。这样，在铜中加入2%～4%的铍形成一种普通合金，会变得非常坚硬。假如铜被铍化，以少得多的比较稀有的铍为代价铍化，可以得到相同的结果。此外，钢以硼来电解电镀（硼化）也会硬化，而加入硅、钴和钛也可以产生许多有用的性质。
换句话说，令人惊奇的金属若不能在自然界被发现，仍然可以由人类的智慧创造出来。
（郝润蓉 译）
注释：
①原文为颜料。——译注
