最早發(fā)現(xiàn)且利用的金屬元素-銅
化學先生 / 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 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代，人們在揀取石器材料時，偶爾遇到天然銅。當人們有了長期用火，特別是制陶的豐富經(jīng)驗后，就為銅的治準備了必要的條件。
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。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。
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代進到青銅時代，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歷史時期的金屬銅對中國文明史的貢獻。
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?這是因為在地殼中存在著純度在9％以上的單體自然銅的緣故。當時人們雖然還不夠了解銅的良好導電性、導熱性和機械性能，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，可以不太費力地制我國古代用青銅鑄造的鼎造出遠遠優(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，用鼓風的方法就可以治煉出金屬銅。我國早在4000年前，就能夠制造形態(tài)優(yōu)美、花紋精細的青銅器了。
純銅導電、導熱、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。那堅韌易鑄造的青銅是銅合金，黃燦燦的黃銅是銅鋅合金，堅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。當鋅含量在3％以下時，呈紅色;含鋅量為10％的時候，呈漂亮的黃紅色;15％時，呈美麗的淡橙色:20％時，可愛的綠黃色;30％-35％時，呈金燦燦的黃色;含鋅量若為55％的時候，則呈淡黃色。耐磨性好，機械性能、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。當錫含量為11％時，呈紅黃色;含錫量為15時，呈橙黃色;含鋅量為26％時，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。硫酸銅無色，遇水則呈現(xiàn)藍色，氫氧化亞銅呈淡黃色，而氫氧化銅則呈淡藍色。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，對掌握銅的知識和應(yīng)用會帶來很大方便。
銅元素在周期表中和金、銀同屬第一副族。由于化學性質(zhì)比較穩(wěn)定，常被用來當貨幣，是“貨幣金屬”之一。銅原子最外層雖然只有一個電子，但是它的次外層的一個電子常常不費勁地偷越層界來串門，所以銅離子既有一價的，也有兩價的。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，對人體的新陳代謝起著重要調(diào)節(jié)作用。有人認為，冠心病與銅缺乏有關(guān)銅能調(diào)節(jié)心律。也有的學者認為，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，大家也不必擔心體內(nèi)銅，這是因為在貝殼類、動物內(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銅的需要。只有很少數(shù)喂牛奶的墨兒，才會因為缺銅而導致貧血和發(fā)育不良。但是，過量的銅對身體也不好，特別是一些可溶性銅鹽，如一次進入人體過多，會引起中毒。
銅也是其他動物和植物必需的微量元素。奶牛缺銅，產(chǎn)奶量就會顯著下降，生殖能力降低。母綿羊缺銅，性欲減退，流產(chǎn)率高達50％，甚至陽羊死亡。羊羔如果缺銅，會引起神經(jīng)系統(tǒng)素亂，得“運動失調(diào)癥”，嚴重的通常在18個月內(nèi)便會死亡。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)。銅還會影響植物細胞壁的通透性以及硝基氮的還原過程。農(nóng)作物缺銅會減產(chǎn)。如谷物缺銅會導致發(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充銅。
銅是寶貴的工業(yè)材料，在電力、石油、化工、機械、國防工業(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電神手，它的導電性能出類拔萃，雖然僅次于銀，可是銅比銀便宜得多，所以用于電器、電機等行業(yè)的導電金屬首推為銅。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)給人類帶來光明時代的話，那么電的推廣則全于銅的貢獻。那聯(lián)系著千家萬戶的輸電線帶去了萬家燈火，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、變壓器，小的如電視機、錄音機、收音機以及旋鈕、商標等都離不開銅。
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。
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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