说起美国纽约的标志性建筑物,最有名的要数高举火炬的自由女神像,这个蓝绿色的巨型雕像,矗立在纽约海港内自由岛的哈德逊河口。这个雕像,是法国为庆祝美国独立战争胜利一百周年送来的礼物,1876年奠基动工,直到1886年10月28日方才落成。这件礼物最初是亮锃锃的铜色,和现在的颜色相去甚远,后来的“变身”,要归功于一系列化学反应。
铜会和空气中的氧气反应,铜原子被氧原子夺去电子,生成红色的氧化亚铜:4Cu + O2 ══ 2Cu2O。因为空气中的氧气过剩,所以氧化铜会进一步和氧反应,生成黑色的氧化铜:2Cu2O + O2 ══ 4CuO。接下去,氧化铜又和空气中的二氧化碳和水反应,生成绿色的碱式碳酸铜,这种物质是孔雀石的主要成分:2CuO + CO2 + H2O ══ Cu2CO3(OH)2。
也有可能生成碳酸根和氢氧根配比不同的碱式碳酸铜,呈蓝色:3CuO + 2CO2 + H2O ══ Cu3(CO3)2(OH)2。
在自由女神像刚修建起来的年代,纽约的空气污染比较严重,其中有大量烧煤产生的硫氧化物,氧化铜和空气中的硫氧化物、水经过复杂反应,会生成一种叫做水胆矾的物质,它呈现漂亮的翠绿色:4CuO + SO3 +3H2O ══ Cu4SO4(OH)6。
正是碱式碳酸铜和水胆矾,让自由女神像的外观由棕黄的铜色变为蓝绿色。第一次变绿时,有人提出要给它刷一层漆把颜色变回来,不过后来专业人士指出,其实这层铜绿就是一个非常好的保护层,能够恰到好处地把金属和空气隔绝开,所以并没必要去多此一举。于是重刷女神像外层的计划被搁置,事实上,大家也都接受并喜欢上了它的新外观。
女神像的铜壳历经一个多世纪风霜雪雨,只磨损了5%,是非常了不起的成就,从这一点来说,不能不赞叹其制造者的深思远虑。女神像最初的设计师是一位叫做巴托尔迪的大雕塑家,他做出了整个塑像的外观,但真正把像建成却要依仗另一位建筑工程师埃菲尔——没错,就是设计埃菲尔铁塔的埃菲尔。这位举世闻名的工程师当时面临的难题是:用什么把这个46米高81吨重的铜壳立起来?
作为一个空心像,它其实挺薄,强度不足以支撑自身,另外还要经受大风的考验,必须给它做一个支架。而在一百多年前,可以选择用来做支架的材料并不是那么多,最合适的几乎只有钢材这一种。事实上,建造者们最终确实选了不锈钢,在女神像内部做出类似铁塔的精巧结构。
这个结构能解决支架的问题,却带来了另一个隐患。外层的铜和里面的钢铁架放在一起,暴露于空气中,形成了一个天然的伏打电池,会发生叫做“伽伐尼腐蚀”的化学反应:电子从电负性高的金属(铁)传到电负性低的金属(铜)上,在这个过程中形成电流,而失去电子的金属(铁)则渐渐被腐蚀破坏。雕塑“变身”并非独此一家,图为德国勃兰登堡门上方变为蓝绿色的胜利女神像。
当然,伏打电池的工作原理发现于19世纪早期,埃菲尔不可能不知道这一点,为了防止腐蚀发生,他把一层覆盖着沥青的石棉隔在铜壳和铁架之间,形成绝缘层,认为这样就万无一失了。埃菲尔没想到的是,女神像落成后的几十年里,不断有人以保护的名义,在里头刷漆,一层层的漆越刷越厚,也把大量水分保存起来,变成铜和铁之间传递电子的通道。
以至于到了上世纪80年代初,法、美两国不得不成立修复委员会,花掉数年时间,动用大量技术人员,给它做了个除锈大手术,并替换掉绝大部分的铆钉、螺栓、肋梁,把原来的石棉层换成特氟龙……这才赶上了1986年自由女神像百年庆典时,让它以焕然一新的面目出现,并继续接受此后漫长时期的环境考验。