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金屬冶煉

       用火燒制陶器的發(fā)展，引致金屬冶煉等化學活動的產(chǎn)生。在金屬冶煉歷史上，首先進行的是銅的冶煉。銅有天然銅存在于自然界，將它采集后放在陶器中燃燒加熱熔化，就得到純度較高的金屬銅。天然的銅礦石色彩鮮艷，容易尋找。例如翠綠色的孔雀石和深藍色的藍銅礦，主要成分都是堿式碳酸銅。在炭火中燃燒這些礦石，會進行分解反應(yīng)，脫水，放出二氧化碳變成氧化銅，再被木炭還原成金屬銅。銅的熔點為1083℃，一般的炭火就可完成冶煉和進行熔鑄。硫化銅類礦石則先要長時間焙燒脫硫，使它轉(zhuǎn)化為氧化銅，再用炭火還原制得金屬銅。

       純銅質(zhì)地較軟，不適合于制造工具，銅中加入錫形成的合金稱為青銅。青銅的硬度較純銅高而堅韌，熔點較純銅低。在含錫25％的青銅的熔點只有800℃，適用鑄造和鍛造器皿、禮器、兵器和農(nóng)具。

       我國的青銅鑄造技術(shù)在殷商及西周時期達到了鼎盛時代。1939年河南安陽市出土的“司母戊”鼎是殷代前期的代表作，是商王為其母“戊”鑄造的，它重達875公斤，通高133厘米，橫長110厘米，寬78厘米，經(jīng)化學分析檢測合金的組成，銅占84．11％，錫占11．64％，鉛占2．79％，是世界上最大的出土青銅器。圖3．2．3示出“司母戊”鼎。

       銅和鋅的合金呈現(xiàn)黃色金屬光澤，稱為黃銅。由于鋅的冶煉較難，公元前后幾十年間才在世界上開始出現(xiàn)。

       鋼鐵的發(fā)展較青銅晚。早期人們用隕鐵加熱、鍛打、制造鐵器。隕鐵來自天外，數(shù)量有限。用火燒制陶器以及銅合金的冶煉，促進了用鐵礦石冶煉鋼鐵的技術(shù)，初期小規(guī)模的冶煉，用以制造農(nóng)具、刀斧和寶劍。根據(jù)歷史文獻記載，大約在公元前一千多年，西亞地區(qū)冶鐵業(yè)普遍興起。我國在春秋時代已發(fā)展了冶鐵技術(shù)，生產(chǎn)生鐵和鑄鐵，春秋晚期已開始制鋼，到戰(zhàn)國時期，煉鋼技術(shù)已廣泛應(yīng)用于制造兵器和工具。

       黃金是人類最早發(fā)現(xiàn)和利用的金屬之一。金在自然界中以自然金的形式出現(xiàn)在河沙和山巖之中，數(shù)量較少。揀到金塊和金沙，無需化學冶煉，直接加熱熔化即可得金光燦爛而又穩(wěn)定的金屬，用以制作裝飾品和工藝品，以后逐漸用它制造金幣。

       銀在自然界中常以硫化銀（輝銀礦）與鉛礦共生在一起。在冶煉時和鉛一起被還原出來，再從中分離金屬銀和金屬鉛。銀白色的金屬銀常用來制作工藝品和首飾，以后利用以制作銀幣。鉛主要制作器皿。

       冶金事業(yè)的開始和發(fā)展，使人們認識了銅、錫、鐵、金、銀和鉛等化學元素的性質(zhì)，積累了許多化學知識。

煉丹

       從公元前4世紀到公元17世紀初的兩千年間，社會上生產(chǎn)的發(fā)展、人民生活的改善、醫(yī)藥的探索、戰(zhàn)爭對武器的需求等各個方面，推動著化學活動的進行。

       為了求藥治病，尋找長生不老藥，煉丹術(shù)在這期間幾乎不停地進行著。這方面的工作主要是在丹爐中以各種礦物和金屬為原料煉制丹藥，對它們進行化學變革，希圖得到新的物質(zhì)。這過程對一些元素及其化合物的認識得到提升。汞（水銀）以及硫化汞（HgS，丹砂）、氧化汞（HgO，紅色，三仙丹）、氯化汞（HgCl2，升汞，粉霜）、氯化亞汞（Hg2Cl2，甘汞）等都曾采集并煉制出來，用作藥物治病。金屬鉛、一氧化鉛（PbO，黃丹）、四氧化三鉛（Pb3O4，鉛丹）、醋酸鉛和碳酸鉛等化合物也煉制出來。將金屬鉛或鉛粉在空氣中加熱，容易生成一氧化鉛，因為色澤金黃，稱為黃丹或玄黃，夸張地說它有“概括天地，衍生萬物”的威力。將黃丹進一步以猛火焙燒，即成為紅色四氧化三鉛，稱為鉛丹，秦始皇兵馬俑身上用鉛丹作紅色顏料。鉛丹等作為藥物被認為久服能通神明。砷及其氧化物和硫化物的冶煉和制備工作進行了很多。砒霜是三氧化二砷（As2O3），已深入普遍地了解到它是劇毒藥物。雄黃（四硫化四砷，As4S4）和雌黃（三硫化二砷，As2S3）都呈現(xiàn)黃色，稱為雌雄雙黃，用作藥品和顏料。用砒霜與草木灰等混合密閉燒煉，可制得到銀白色的砷。