黃金時代
大約5000年前,公元前3000年,擁有四大文明古國的埃及已經建立,首都開羅已經是壹個繁華的城鎮。每當有集市時,這裏的人群熙熙攘攘。壹天中午,壹個安靜有序的小鎮發生了騷亂。人們奔向壹個地方。透過密集的人群,人們發現開羅著名旅行家希爾手裏拿著壹塊黃燦燦的東西。Richir說這是上帝賜予人類的珍寶,他稱之為黃金。很快,開羅所有擁有黃金的人都變得富有了。人們壹直在尋找黃金,河灘上的沙子裏都是尋找黃金的人。起初,只有少數幸運的人找到了金幣。後來人們註意到沙子裏混有壹些沙子,人們就發現了“淘金”的方法。後來人們發現了在平地打井開采山金的方法,使得黃金的產量更大。
Richir發現金塊後不久,他又發現了銀。壹個寒冷的夜晚,Richir和他的夥伴們圍著篝火聊天。第二天,就在他們準備離開的時候,Richir拉了火。他是壹個謹慎的旅行者。每次離開之前,他總是檢查他的地方,以免丟失東西。這壹次,他沒有發現少了什麽。然而,壹個閃亮的東西從火中出來,引起了他的註意。壹個偉大的發現出乎意料地發生了。Richir發現,這種新金屬在特性上與黃金非常相似,也是又重又軟,用手捏會變形。他把這種金屬命名為銀。後來,人們沿用了裏奇爾偶然發現的方法,即用篝火燃燒銀礦來獲取白銀。這其實是壹個簡單的化學還原反應,木炭將銀礦中的硫化銀還原為銀。
銅器時代
1939是抗日戰爭最艱苦的壹年,中國。這時,壹項考古學上的重要發現在戰爭中誕生了。安陽市武官村出土了壹件殷代巨器——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舉起,可見當時鑄造不易。司母戊鼎是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%。這件青銅器是我國青銅冶鑄鼎盛時期的產物,紋飾和結構反映了這個時代青銅冶鑄的高超技術。
人類對銅的使用是從純銅而不是青銅開始的。考古學家在伊朗西部的壹些地區發現了大約公元前7000年使用的小型銅裝置,如小針、珠子和圓錐。大英博物館收藏了5000年前蘇美爾人鑄造的青銅牛頭和3500年前埃及人制造的青銅鏡子和工具。在西亞,銅礦石裸露在地表,人們在銅礦石上燒炭火,會還原出與綠礦顏色不同的紅銅。
由於純銅硬度低,不適合制作生產工具。後來,人們在提煉銅礦石時有意識地摻入其他礦石制成銅合金,以提高工具的硬度。在我國,著名的“六氣”法則在先秦古籍《考公基》中就有記載,即青銅器的六經。這個公式規定了銅錫比例不同導致的青銅的不同用途,其實質就是比例不同,硬度不同。據考古推測,此時人們已經可以制造純鉛和純錫。商代墓葬中已發現鉛爵、鉛葛、鉛胡等純鉛制品。
鉛是壹種重金屬,所以鉛及其化合物都是有毒的,古人因為不明白這壹點而開始深受其害。古羅馬人過去喜歡用鉛管。考古發現,古羅馬人的骨頭上經常有黑色的硫化鉛斑點,這是使用鉛管中的水造成的慢性中毒。後來,人們逐漸意識到這壹點,不再使用鉛制器皿作為吃飯的器具。
錫因為延展性好,在常溫下不易氧化,容易做成薄片,所以自古以來就被用來包裹器皿。中國出土了幾件殷時期的虎面銅盔。其中壹個很完整,裏面的紫銅還挺完整的。外面鍍了壹層很厚的錫,很精致,依然光亮如新。這說明當時的人們不僅意識到了錫層的美觀,還能防腐蝕。純錫器皿沒有保存,因為錫非常怕冷,壹旦環境溫度低於13℃,就會變成粉末狀的灰色錫。這種現象被稱為“錫瘟疫”。
鐵器時代
人類對鐵的最早認識來自於從天而降的隕石。埃及人稱之為“鐵田”,在西亞的壹些遊牧部落中還有壹個有趣的傳說。他們說既然鐵是從天上掉下來的,那天空壹定是壹個大鐵板。人們發現鐵的硬度比銅或青銅的硬度大得多。雖然據說鐵只存在於天空中,但仍然有壹些年輕人不遵循他們祖先的教導,試圖在地球上找到鐵。大約在公元前2200年,西亞的赫梯人已經能夠冶煉和使用鐵。公元前1290年,埃及國王給赫梯國王寫了壹封信,要求得到壹些鐵。赫梯國王回信,答應給他提供壹把鋼劍,但要求用黃金作為交換。可見鐵在當時還是壹種貴金屬。赫梯國王也在信中誇口:“在我們國家,鐵就像灰塵壹樣普通。”
在早期的煉鐵技術中,多采用固體還原法。冶煉時,鐵礦石和木炭在冶鐵爐中逐層堆積,點燃燃燒產生壹氧化碳,從而將鐵礦石中的氧化鐵還原為單質鐵。早期的鐵是壹種含有大量碳氧雜質的合金,因熔煉溫度低而性能不佳,被古人稱為“邪金”。解放初期中國在煉鋼的時候,很多地方的“土高爐”都上不了溫,產生了很多不值錢的“邪金”。後來人們逐漸發現了提高爐溫,提煉性能更好的生鐵的方法,進而發明了通過退火使生鐵“軟化”得到低碳鋼的方法。後來,人們進壹步發明了熟鐵和鋼的冶煉方法,鐵被廣泛用於生產。
水銀和煉金術
七種金屬給人類文明帶來了新的曙光,但也正是這七種金屬讓人類陷入了神秘的境地。古代人天真地以為世界上只有七種金屬。他們認為金屬起源於汞(汞的俗稱)和硫。實際上,汞是壹種銀白色的液態金屬,顏色和外觀與銀相似,銅、鐵、錫、鉛可溶於汞,形成類似金銀汞齊的合金;當汞與硫結合時,會產生黃色的硫化汞,類似於黃金。
基於汞和金屬的這些特性,人們也認識到汞的化合物不是金銀。煉金術士認為應該有壹種特殊的方法將銅、鐵、錫等廉價金屬變成金銀等貴金屬。他們說變身的秘密是壹種叫做“魔法石”的東西,但是千百年來,“魔法石”只是煉金術士的壹種幻覺,沒有人發現過這樣的東西。俄羅斯學者莫羅佐夫寫了壹首名為《七種金屬》的詩來描述煉金術士的思想。這首詩的翻譯如下:
世界由七種金屬組成。
宇宙,她給了我們。
銅、鐵、銀、錫、鉛和金
所有金屬之父是硫。
水星是他們的母親。
這種在科學史上被稱為“化學萌芽”的煉金術,為化學的發展積累了壹些資料,但由於他們遠離生活和實踐,盲目依賴邏輯推理,導致了這種科學探索的失敗。直到上世紀90年代,我國很多人對科學還抱有壹些幼稚的幻想,這給了壹些科學騙子以可乘之機。80年代的永動機,90年代的“水變油”,都是明顯的科學騙局。從歷史到現實,很好地說明了科學不能建立在幻想之上,而只能建立在正確理論指導下的實驗之上。