最早發(fā)現(xiàn)且利用的金屬元素-銅
化學(xué)先生 / 2019-05-17
人類最早發(fā)現(xiàn)井利用的金屬元素一一銅銅是人類發(fā)現(xiàn)最早的金屬之一，它的發(fā)現(xiàn)可以追湖到公元前4000年一 前500年。在新石器時(shí) 代晚期，人類最先使用的金屬就是“紅銅”(即“純”)。紅銅起初多來源于天然銅。在石器作為主要工具的時(shí)代，人們?cè)趻∈鞑牧蠒r(shí)，偶爾遇到天然銅。當(dāng)人們有了長(zhǎng)期用火，特別是制陶的豐富經(jīng)驗(yàn)后，就為銅的治準(zhǔn)備了必要的條件。
在發(fā)掘出的公元前5000年的中東遺跡中，就有銅打制成的最早的銅器。公元前4000年左右，銅的鑄造技術(shù)已普及，公元前3000年左右傳到印度，后來傳到中國(guó)。到公元前1600年左右的殷朝，青銅(銅、錫合金)器制業(yè)已很發(fā)達(dá)。
閃爍著耀眼光澤的金屬銅，是人們最熟悉和最早利用的金屬元素之一人類從石器時(shí)代進(jìn)到青銅時(shí)代，銅有著顯赫的功勛。從“黃帝采銅首山“禹鑄九鼎”的美妙傳說中，從大量的史料里，特別從那出土文物里精巧的青銅制品上，我們都可以看到曾雄踞于一個(gè)歷史時(shí)期的金屬銅對(duì)中國(guó)文明史的貢獻(xiàn)。
可是，銅在地殼中的含量并不多，只有0.007％，那么為什么它能夠捷足先登，最早被利用，成為“一代天驕”的金屬元老呢?這是因?yàn)樵诘貧ぶ写嬖谥兌仍?％以上的單體自然銅的緣故。當(dāng)時(shí)人們雖然還不夠了解銅的良好導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和機(jī)械性能，可是自然銅閃閃發(fā)光，色澤美麗惹人喜愛;硬度不大，容易加工;并且具有石料所沒有的延展性，可以不太費(fèi)力地制我國(guó)古代用青銅鑄造的鼎造出遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于石器的工具、兵器以及各種各樣的生活用品。但是，自然銅畢竟太少，銅元素大多以化合物的形態(tài)存在于藍(lán)銅礦、黃銅礦、赤銅礦以及孔雀石等礦石之中，人們?yōu)榱说玫匠渥愕你~，便發(fā)明了煉銅技術(shù)，只要以木柴做燃料，用鼓風(fēng)的方法就可以治煉出金屬銅。我國(guó)早在4000年前，就能夠制造形態(tài)優(yōu)美、花紋精細(xì)的青銅器了。
純銅導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕性都很好，美中不足的是比較軟。但是，如果和其他金屬組成合金，它的性能可以顯著提高。那堅(jiān)韌易鑄造的青銅是銅合金，黃燦燦的黃銅是銅鋅合金，堅(jiān)硬鋒利的白銅是銅鎳合金。
銅的合金和化合物顏色很迷人，如同春風(fēng)吹開的百花園，使人眼花繚亂。純銅呈紫紅色，在潮濕的空氣中生成綠色的銅銹，它的成分是堿式碳酸銅。銅的合金由于組成不同而顏色變化多端。加工性能及焊接性能良好、耐腐蝕的黃銅，顏色隨著鋅含量的不同而變化。當(dāng)鋅含量在3％以下時(shí)，呈紅色;含鋅量為10％的時(shí)候，呈漂亮的黃紅色;15％時(shí)，呈美麗的淡橙色:20％時(shí)，可愛的綠黃色;30％-35％時(shí)，呈金燦燦的黃色;含鋅量若為55％的時(shí)候，則呈淡黃色。耐磨性好，機(jī)械性能、彈性、焊接性能都優(yōu)異的錫青銅，其色澤也隨著錫含量的不同而變化。當(dāng)錫含量為11％時(shí)，呈紅黃色;含錫量為15時(shí)，呈橙黃色;含鋅量為26％時(shí)，呈蒼白黃色的白銅，則呈現(xiàn)閃閃的銀白色或者談淡的灰白。
銅的化合物也是色彩斑斕、變化多端，雖然銅鹽離子大都是藍(lán)色，但是在較濃溶液中顏色也不相同。氟化亞銅呈暗紅色，氯化亞銅和溴化亞銅呈白色，氟化銅呈白色、氯化銅呈棕黃色，溴化銅呈黑色。硫酸銅無(wú)色，遇水則呈現(xiàn)藍(lán)色，氫氧化亞銅呈淡黃色，而氫氧化銅則呈淡藍(lán)色。同樣是氧化亞銅，由于制造方法不同，晶粒大小不同，其顏色也多種多樣。有藍(lán)色的，有鮮紅的，也有深棕色的，了解銅、銅合金及化合物的顏色，對(duì)掌握銅的知識(shí)和應(yīng)用會(huì)帶來很大方便。
銅元素在周期表中和金、銀同屬第一副族。由于化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，常被用來當(dāng)貨幣，是“貨幣金屬”之一。銅原子最外層雖然只有一個(gè)電子，但是它的次外層的一個(gè)電子常常不費(fèi)勁地偷越層界來串門，所以銅離子既有一價(jià)的，也有兩價(jià)的。銅原子由于失去電子需要稍大些的能量，和第一主族元素鈉、鉀等相比，化學(xué)性質(zhì)不太活潑。
銅是人體中必不可少的元素，在人體內(nèi)大約含0.005％。在人體內(nèi)的總量雖然只有100～150毫克，但它遍布于全身的組織和器官，也是血液中一種不可缺少的重要成分。銅是生物系統(tǒng)中一種特殊的催化劑，有著奇特的功能。大家知道，醇在生物體內(nèi)有著舉足輕重的地位，而銅元素則是30多種酶的話性分，對(duì)人體的新陳代謝起著重要調(diào)節(jié)作用。有人認(rèn)為，冠心病與銅缺乏有關(guān)銅能調(diào)節(jié)心律。也有的學(xué)者認(rèn)為，脫發(fā)病是和體內(nèi)銅代謝有關(guān)的一種獲病“白發(fā)病”也與體內(nèi)黑色素合成中缺銅有關(guān)。不過，大家也不必?fù)?dān)心體內(nèi)銅，這是因?yàn)樵谪悮ゎ悺?dòng)物內(nèi)臟、豆類、魚肉蛋類、粗糧、菜以及茶中都含有足夠量的銅，一般人每天攝人2毫克的銅就足夠，食物完全可以滿是人體對(duì)銅的需要。只有很少數(shù)喂牛奶的墨兒，才會(huì)因?yàn)槿便~而導(dǎo)致貧血和發(fā)育不良。但是，過量的銅對(duì)身體也不好，特別是一些可溶性銅鹽，如一次進(jìn)入人體過多，會(huì)引起中毒。
銅也是其他動(dòng)物和植物必需的微量元素。奶牛缺銅，產(chǎn)奶量就會(huì)顯著下降，生殖能力降低。母綿羊缺銅，性欲減退，流產(chǎn)率高達(dá)50％，甚至陽(yáng)羊死亡。羊羔如果缺銅，會(huì)引起神經(jīng)系統(tǒng)素亂，得“運(yùn)動(dòng)失調(diào)癥”，嚴(yán)重的通常在18個(gè)月內(nèi)便會(huì)死亡。也有的牲畜由于缺銅而食欲不振以及貧血、毛質(zhì)低劣等等。在植物體內(nèi)，銅也參與了關(guān)鍵的生理過程，植物的呼吸、光合作用以及葉綠素的合成都和銅元素有關(guān)。銅還會(huì)影響植物細(xì)胞壁的通透性以及硝基氮的還原過程。農(nóng)作物缺銅會(huì)減產(chǎn)。如谷物缺銅會(huì)導(dǎo)致發(fā)育不良、葉端枯菱，花失去繁殖能力，而產(chǎn)量下降、質(zhì)量低劣等。因此，缺銅的植物也需要補(bǔ)充銅。
銅是寶貴的工業(yè)材料，在電力、石油、化工、機(jī)械、國(guó)防工業(yè)、輕工業(yè)農(nóng)業(yè)部門有著廣泛的應(yīng)用，它的用途僅次于后來居上的鋼鐵以及姍姍來遲的鋁。銅在金屬世界里是導(dǎo)電神手，它的導(dǎo)電性能出類拔萃，雖然僅次于銀，可是銅比銀便宜得多，所以用于電器、電機(jī)等行業(yè)的導(dǎo)電金屬首推為銅。目前，世界上一半以上的銅是用在電力和電訊工業(yè)上。如果說電的發(fā)現(xiàn)給人類帶來光明時(shí)代的話，那么電的推廣則全于銅的貢獻(xiàn)。那聯(lián)系著千家萬(wàn)戶的輸電線帶去了萬(wàn)家燈火，那用銅做的銅線條條電話線傳送著彼此心聲大的如發(fā)電機(jī)、變壓器，小的如電視機(jī)、錄音機(jī)、收音機(jī)以及旋鈕、商標(biāo)等都離不開銅。
銅和銅合金可以制成管、棒、線、條、帶、板、箱等各種型材。它可用來制造各種耐腐蝕設(shè)備，耐磨裝置，傳熱器件。在精密儀器、醫(yī)療器械以及航行、導(dǎo)彈等方面都能大顯身手。古老的銅也是現(xiàn)代化建設(shè)中的重要材料。的化合物也廣泛地用于化學(xué)試劑、油漆、顏料、農(nóng)藥、防腐劑等方面。例如，制造玻璃搪瓷用的顏料離不開氧化亞銅，醋酸銅可作為油漆顏料和殺蟲劑、。毒性較小的硫酸銅是常用的催吐劑，還廣泛地用于試劑、醫(yī)藥、顏料。在水池中加人一些硫酸銅，可以阻止藻類生長(zhǎng)。
我們高興地看到，古老的金屬在現(xiàn)代化建設(shè)中正在煥發(fā)青春。
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