人类重要的金属元素的使用史（从远古的铜而始）

威哥 2023-07-26 16:44:22 436

人类重要的金属元素的使用史（从远古的铜而始）在近代工业中，铜被广泛应用于电力、电子工业，到20世纪60年代，这两个工业中用铜量占据28%，到1997年，这两个行业仍是铜消耗的主要领域，占比25%。后来铜被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、交通运输等领域。铜的消费市场也由2000年前的欧美国家，转到2000年后的中国、俄罗斯、印度和巴西等发展中国家。就中国而言，在有色金属材料的消费中，铜仅次于铝。在我国，最早提取铜的方法是利用天然铜的化合物进行湿法炼铜获得，这既是湿法技术的起源，也是世界化学史上的一项发明。西汉《淮南子•万毕术》记载：曾青得铁则化为铜。曾青即硫酸铜。这种方法用现代化学式表示就是：CuSO4 Fe=FeSO4 Cu。另外，1933年，河南省安阳县殷虚发掘中，发现重达18.8千克的孔雀石，直径在1寸以上的木炭块、陶制炼铜用的将军盔以及重21.8千克的煤渣，说明了3000多年前我国古人从铜矿取得铜的另一种方法：即将

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铜的铜是人类最早发现的金属之一，也是人类最早开始使用的金属。考古学家在伊拉克北部发掘的由自然铜制造的铜珠，据推测已超过1万年。

人类重要的金属元素的使用史（从远古的铜而始）(1)

在我国，4000年前的夏朝已经开始使用红铜，即锻锤出来的天然铜。1957年和1959年两次在甘肃武威皇娘娘台的遗址发掘出铜器近20件，经分析，铜器中铜含量高达99.63%～99.87%，均为纯铜。而纯铜，在古代虽然可开采的矿藏相对稀少，但并不难从它的矿石中提取，在13世纪曾被瑞典法伦的铜矿所用的取铜方法正是烘烤硫化矿石，然后用水分离出其形成的硫酸铜之后流淌过铁屑表面铜就会沉淀，形成的薄层很容易分离。这正是当时瑞典法伦的巨大财富来源。

在我国，最早提取铜的方法是利用天然铜的化合物进行湿法炼铜获得，这既是湿法技术的起源，也是世界化学史上的一项发明。西汉《淮南子•万毕术》记载：曾青得铁则化为铜。曾青即硫酸铜。这种方法用现代化学式表示就是：CuSO4 Fe=FeSO4 Cu。另外，1933年，河南省安阳县殷虚发掘中，发现重达18.8千克的孔雀石，直径在1寸以上的木炭块、陶制炼铜用的将军盔以及重21.8千克的煤渣，说明了3000多年前我国古人从铜矿取得铜的另一种方法：即将一些鲜绿色的孔雀石CuCO3.Cu(OH)2和深蓝色的石青2CuCO3.Cu(OH)2等的矿石在空气中燃烧后得到铜的氧化物，再用碳还原，便可得到金属铜。

人类重要的金属元素的使用史（从远古的铜而始）(2)

但是当时鉴于炼铜制成的物件太软，易弯曲，且很快就钝，所以人们发现把锡掺到铜里去制成铜锡合金——青铜，这样其硬度就得到了很大程度的提升(假如把锡的硬度值定为5，那么铜的硬度就是30，而青铜的硬度则是100～150)。由于青铜器件熔炼和制作都较铜容易得多，且坚硬，易熔，易于铸造成型，在空气中稳定，因此在古代也得到了很好的应用，我国历史上的青铜器时代即是青铜被广泛应用而来的。同样，在公元前约280年，欧洲爱琴海中罗得岛上罗得港口矗立的青铜太阳神，高达46米，手指高度超过成人，也是青铜塑造的。

在近代工业中，铜被广泛应用于电力、电子工业，到20世纪60年代，这两个工业中用铜量占据28%，到1997年，这两个行业仍是铜消耗的主要领域，占比25%。后来铜被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、交通运输等领域。铜的消费市场也由2000年前的欧美国家，转到2000年后的中国、俄罗斯、印度和巴西等发展中国家。就中国而言，在有色金属材料的消费中，铜仅次于铝。

人类重要的金属元素的使用史（从远古的铜而始）(3)

金属是一种具有光泽（即对可见光强烈反射）、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。地球上的绝大多数金属元素是以化合态存在于自然界中的。这是因为多数金属的化学性质比较活泼，只有极少数的金属如金、银等以游离态存在。金属在自然界中广泛存在，在生活中应用极为普遍，是在现代工业中非常重要和应用最多的一类物质。

由于金属的电子倾向脱离，因此具有良好的导电性，且金属元素在化合物中通常带正价电，但当温度越高时，因为受到了原子核的热震荡阻碍，电阻将会变大。金属分子之间的连结是金属键，因此随意更换位置都可再重新建立连结，这也是金属伸展性良好的原因。

在自然界中，绝大多数金属以化合态存在，少数金属例如金、银、铂、铋以游离态存在。金属矿物多数是氧化物及硫化物，其他存在形式有氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐。

人类重要的金属元素的使用史（从远古的铜而始）(4)

属于金属的物质有金、银、铜、铁、锰、锌等。在一大气压及25摄氏度的常温下，除汞（液态）外，其他金属都是固体。大部分的纯金属是银白（灰）色，只有少数不是，如金为黄赤色，铜为紫红色。

通常将具有正的温度电阻系数的物质定义为金属。使用的含112

人类重要的金属元素的使用史（从远古的铜而始）(5)

种元素的元素周期表中，金属元素共90种。

除锡、锑、铋等少数几种金属的原子最外层电子数大于或等于4以外，绝大多数金属原子的最外层电子数均小于4，主族金属原子的外围电子排布为ns1或ns2或ns2 np(1-4)，过渡金属的外围电子排布可表示为(n-1)d(1-10) ns(1-2)。主族金属元素的原子半径均比同周期非金属元素（稀有气体除外）的原子半径大。

有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。有色合金是以一种有色金属为基体(通常大于50%)，加入一种或几种其他元素而构成的合金。

人类重要的金属元素的使用史（从远古的铜而始）(6)

中国在1958年将铁、铬、锰列入黑色金属，并将铁、铬、锰以外的64种金属列入有色金属。这64种有色金属包括：铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡、铜、铅、锌、锡、钴、镍、锑、汞、镉、铋、金、银、铂、钌、铑、钯、锇、铱、铍、锂、铷、铯、钛、锆、铪、钒、铌、钽、钨、钼、镓、铟、铊、锗、铼、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇、硅、硼、硒、碲、砷、钍。

有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，电阻比纯金属大、电阻温度系数小，具有良好的综合机械性能。常用的有色合金有铝合金、铜合金、镁合金、镍合金、锡合金、钽合金、钛合金、锌合金、钼合金、锆合金等。

有色金属中的铜是人类最早使用的金属材料之一。现代有色金属及其合金已成为机械制造业、建筑业、电子工业、航空航天、核能利用等领域不可缺少的结构材料和功能材料。

由两种或两种以上化学元素，且其中至少有一种是金属元素所组成具有金属特性的物质称为合金。由两种元素组成的合金统称为“二元合金”，由三种以上元素组成的合金通称为“多元合金”。合金的结构和性质，决定于组成合金的组分间相互作用的特性。

人类重要的金属元素的使用史（从远古的铜而始）(7)

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合金的晶体由不同类的原子组成，根据组成元素的相互作用不同，具有不同的晶体结构和性质。镍铬合金具有较高的电阻率和耐热性(1000℃～1200℃)，常用作电炉丝;铝合金单位重量的强度高的接近于优质钢;铍青铜具有极高的硬度和强度，且有较好的弹性，抗腐蚀性强，可焊性和切削加工性良好，常用于制造特殊轴承、弹性元件、不发生火花的工具。由于合金的机械性、物理和化学性能往往优于纯金属，因此，工业上应用的金属材料几乎都是合金。

金属分为活性金属和钝性金属两种。根据金属活动性顺序，氢前金属称为活性金属，氢后金属就是钝性金属。

钾钙钠镁铝锌铁锡铅 (氢) 铜汞银铂金

金属元素是化学元素的主体是人们生产和生活的主要物质资源。

地壳中含量最高的金属元素：铝（含量为7.73%）

人体中含量最高的金属元素：钙（含量为1.5%）

目前世界年产量最高的金属：铁

密度最小的金属：氢(2016年1月英国科学家在爱丁堡大学首次制成金属态氢，氢成为密度最小的金属)

密度最大的金属：锇（22.48×10³㎏/m³）

最硬的金属：铬（莫氏硬度约为9）

最软的金属：铯（莫氏硬度约0.5）

导电性最强的金属：银

导热性最强的金属：银