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人類使用金屬的歷史

分類: 教育/科學 >> 科學技術

解析:

人因為會制造和使用工具而從壹般動物中分離出來,而成為唯壹的智能群體。在人類文明發展史上,經歷了壹個由石器時代到金屬時代的過渡。金屬時代(包括青銅時代和鐵器時代)的到來為人類文明帶來了新的曙光,人們發現了七種至今仍然廣泛應用著的七種金屬,它們是金銀銅鐵錫鉛汞。下面講講這七種金屬的發現過程及對人類發展的影響。

黃金時代

大約在5000多年前,即公元前3000年,四大文明古國的埃及已經建立起來,首都開羅已經是壹個繁華的城鎮了。每逢趕集的時候,這裏的人群熙熙攘攘。壹天中午,安靜而有序的城鎮卻出現了騷亂,人們爭相湧向壹個地方,透過圍得密密的人群,人們發現開羅有名的旅行家裏希爾正拿著壹塊黃燦燦的東西,裏希爾說這是神賜予人類的寶物,他把它稱作黃金。很快,開羅城擁有黃金的人都變得富有起來。人們紛紛去尋找金子,河灘上的沙地裏站滿了尋找金子的人群,開始只有很少幾個幸運兒找到成塊的金子,後來人們註意到沙子中混著壹些金常?嗣薔頭⑾至恕芭?程越稹鋇姆椒ā:罄慈嗣怯址⑾至似降鼐蚓?繕澆鸕姆椒ǎ?溝媒鸌擁牟?扛?罅恕?

就在裏希爾發現金塊後不久,他又發現了銀子。壹個寒冷的夜晚,裏希爾和同伴圍著壹堆篝火聊天。第二天,就在他們快要啟程的時候,裏希爾扒拉壹下火堆,他是壹個細心的旅行家,每次出發前他總是要檢查自己住的地方以免有東西丟失,這次檢查他不但沒有發現丟失的東西,火堆裏的扒拉出來壹些亮閃閃的東西卻引起了他的註意,壹個偉大的發現意外地產生了。裏希爾發現這種新的金屬與金子的特性十分類似,也是沈重而柔軟,用手捏捏就能使它變形,他把這種金屬命名為白銀。後來人們沿用了裏希爾意外發現的這個方法,即用篝火灼燒銀礦石而得到銀,這實際上是壹個簡單的化學還原反應,木炭把銀礦石中的硫化銀還原成銀。

青銅時代

1939年正值我國抗日戰爭最艱苦的壹年,這時考古界的壹件重要發現在戰火中誕生了,在安陽市武官村出土了壹個殷代的龐然大物:司母戊大方鼎。這個大家夥重達875公斤,需要十二個強壯的成年男子才能擡得起來,可見當時鑄造之不易。司母戊鼎是目前世界上出土的最大的青銅器。經檢測,銅占84.11%,錫占11.64%,鉛占2.79%。這個青銅器是我國青銅冶鑄鼎盛時期的產物,從它的紋飾、構造等都反映了這個時代青銅冶鑄的高超技術。

人類對銅的使用並非是從青銅而是從純銅開始的。考古學家在伊朗西部的壹些地區發現了大約公元前7000年前使用的小型銅器件,如小針、小珠和小錐等等。大英博物館裏收藏有5000年前蘇美爾人鑄造的銅牛頭和3500年前埃及人制作的銅鏡和銅制工具。在西亞地區,銅礦石裸於地表,人們在銅礦石上燃燒炭火,便會還原出與綠色礦石顏色不同的紅色銅來。

由於純銅硬度低,並不太適合於制作生產工具,後來,人們就有意識地在煉制銅礦石時摻入其他礦石,以制成銅的合金來提高工具的硬度。在我國,先秦的古籍《考工記》中記載了有名的“六齊”規則,即是青銅的六種配方,這套配方規定了銅和錫的不同比例造成的青銅的不同用途,其實質是比例不同硬度不同。據考古推測,這時人們已經能夠制得純鉛和純錫了。從商代的墓葬中先後發現了鉛爵、鉛戈和鉛斛等純鉛制品。

鉛屬於重金屬,因而鉛及其化合物都有毒,古人開始因不了解這壹點而大吃苦頭。古羅馬人曾經就喜歡用鉛制的水管,考古發現古羅馬人的屍骨上常常有黑色的硫化鉛斑點,這就是由於使用了鉛管裏的水而導致的慢性中毒。後來人們漸漸認識到這壹點,就不再使用鉛制的器具作為飲食用具了。

錫由於其延展性好而易制成薄片,而且在常溫下不易氧化,所以自古以來就被用來包裹器具。我國曾出土國幾具殷代的虎面銅盔,其中壹具很完整,內部紅銅相當完好,外面鍍了壹層很厚的錫,錫層精美,至今仍光亮如新。這說明當時的人們不但認識到錫層美觀,而且可以防腐。純的錫器沒有保存下來的,這是因為錫很怕冷,周圍溫度壹旦低於13℃就會發生相變,變成粉末狀的灰錫,這種現象被稱為“錫疫”。

鐵器時代

人類對鐵的最早知識來源於從太空降下來的隕鐵,埃及人稱它為“天鐵”,在西亞的壹些遊牧部落裏還有壹種有趣的傳說,他們說鐵既然是從天上降下來的,那麽天空壹定是個大鐵盤。人們發現鐵的硬度要比銅或青銅都大得多,盡管四處傳說鐵只有天上才有,但還是有壹些不遵從祖訓的年輕人企圖在人間發現鐵。大約在公元前2200 年,西亞的赫梯人已經會冶煉和使用鐵器了。公元前1290年,埃及國王致信赫梯國王要求提供壹些鐵,赫梯國王回信答應給他提供壹把鋼劍,但要求用黃金來交換,可見當時鐵還是壹種貴重的金屬。赫梯國王還在信中炫耀說:“在我們的國土上,鐵和塵土壹樣平凡。”

早期的冶鐵技術也大多是采用固體還原法,冶煉時,將鐵礦石和木炭壹層壹層地堆放在煉鐵爐中,點火燃燒,產生壹氧化碳,從而使鐵礦石中的氧化鐵還原為單質鐵。早期的鐵由於冶煉溫度很低而性能很差,是含大量碳氧雜質的合金,古人稱之為“惡金”。我國在解放初期大煉鋼鐵的時候,由於地方上不少“土高爐”溫度上不去,而生產了不少沒有價值的 “惡金”。後來人們逐漸發現了升高爐溫的方法而煉出了性能較好的生鐵,繼而發明了用退火的方法“柔化”生鐵而得到低碳鋼。後來人們進壹步發明了熟鐵和鋼的冶煉方法,鐵在生產中從得以廣泛應用。

汞和煉金術

七種金屬為人類文明帶來了新的曙光,但也是這七種金屬,使人類陷入了某種神秘的境地,古代的人們天真地認為世界上只有這七種金屬。他們認為金屬起源於水銀(汞的俗名)和硫磺,實際上,水銀是壹種銀白色的液體金屬,顏色和外觀與銀類似,銅鐵錫鉛都能溶於水銀形成與金銀類似的合金——汞齊;水銀與硫磺化合後會生成黃色的硫化汞,與黃金類似。

基於水銀和金屬的這些特性,同時人們也認識到水銀的化合物並非金銀,煉金家們認為應該有壹種特別方法可以使便宜的金屬銅鐵錫等變成貴重金屬金銀,他們稱轉變的秘方是壹種叫“哲人石”的東西,但千百年來,“哲人石”只是煉金家的壹種幻想,誰也沒有發現這種東西。俄國學者莫洛佐夫寫了壹首題名為《七種金屬》的詩歌來描述煉金家的這種思想,詩的譯文如下:

世界由七種金屬造成

宇宙啊,她賦予我們

銅鐵銀 錫鉛金

各種金屬之父是硫磺

水銀則是他們的母親

這種被科學史界稱為“化學萌芽”的煉金術雖然給化學發展積累了壹些資料,但由於他們遠離生活和實踐,壹味地靠邏輯推理,從而導致了這種科學探索的失敗。壹直到九十年代的今天,在我國仍然有不少人存在著壹些關於科學的天真幻想,這就給壹些科學騙子以得逞的機會。八十年代的永動機,九十年代的“水變油”,就是很明顯的科學騙局。從歷史到現實,都很好地說明了,科學不能以幻想為基礎,而只能以正確理論指導下的實驗為基礎。