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铜是人类使用最早并且用途最广的金属之一。大约在五千年前人类就有了使用铜的历史。铜的广泛使用使人类文明进入一个新时期。

世界上使用铜器最早的地方在幼发拉底河和底格里斯河流域。大约在公元前四千年，两河流域的苏美尔人和尼罗河流域的古埃及人就达到金石并用时期。被誉为“世界七大奇迹”之一的埃及金字塔中的胡夫塔是由230多块重达2.5T的巨石堆砌而成，这些巨形石块就是用铜制工具进行加工处理的。我国在公元前20世纪也进入了金石并用时期，大约在商代(公元前17世纪)进入青铜时期。这比两河流域和古埃及虽然晚一些，但我国青铜器的诞生和成长却有自己的民族传统和独特风格。1939年在河南安阳出土的商代青铜器“司母戊大鼎”，重875kg，高1.33m，是迄今世界上最大的青铜出土文物。这以后，青铜的冶铸技术得到很快的发展，从出土的刀、锥、环、凿等青铜器物以及历史文献可以得到证实。1965年在湖北江陵楚墓中发现的了越王勾践青铜剑，虽历经两千余年依然光彩照人，毫无锈蚀之迹。1973年在美国展出时令许多科学家大为吃惊。至于这柄青铜剑如何保存得如此完好，至今仍然是个谜。意大利水上名城威尼斯的圣·马克教堂的四匹青铜马，距今亦有两千年的历史，使这个旅游胜地平添了几分光彩。

在化学发展史上，被称为“自古已知”的金属有七种，它们是金、银、铜、铁、锡、铅和汞，而能够以游离态存在于自然界的只有金、银、铜和汞。金和银在自然界的含量较少，因此较难发现和利用；汞是液体，不能直接用来制造器物。而铜的硬度不太大，延展性又比较好。因此，人类首先使用了铜。铜的广泛使用，对人类文明的发展起到了一个积极的推动作用。

一、铜及其化合物

铜是IB族金属，元素符号Cu。由于塞浦路斯岛上的古铜矿最为有名，拉丁文Cuprum和英文名称Copper即源出于此。铜单质呈红色，导电导热好，密度8.42g／cm³，熔点1083.4℃。虽然地壳中铜只占0.01％，但在自然界含铜的矿物分布却很广泛，如黄铜矿(CuFeS₂)，辉铜矿(Cu₂S)，斑铜矿(Cu₃FeS₄)，赤铜矿(Cu₂O)，蓝铜矿(2CuCO₃·Cu(OH)₂)和孔雀石(CuCO₃·Cu(OH)₂)等。铜能与许多非金属元素形成盐类，比较重要的是CuSO₄，被广泛用来作为杀真菌剂和杀菌剂。如波尔多液就是CuSO₄与石灰的混合液。铜还能和许多金属元素形成合金。如前文提到的青铜就是铜与锡的合金，在我国商代至西周曾得到广泛应用，历史上称这一时期为“青铜时代”。被波斯(今伊朗)人称为“中国石”的白铜是铜和镍的合金，17世纪传到欧洲后，德国人首先学会了炼制，称之为德国银。18世纪70年代，瑞典人十分热心于中国的白铜，他们大量从英国东印度公司购入白铜，经过分析后才发现其中含有镍。而中华民族的祖先远在1751年瑞典冶金技师克隆斯塔得发现镍之前，就最先使用了这种后来被命名为“NiCKEL”的元素。黄铜是铜与锌的合金，也称为“假黄金”，象书籍封皮上的“烫金字”以建筑装潢材料表面的“镀金层”就是这种铜与锌的化合物。70％的锰和30％的铜组成的锰铜合金具有减震功能，其强度却不亚于钢，使用它可以大大降低锻造和冲压车间的有害噪声。此外，铜的配位化学也十分丰富。正是由于铜及其化合物的优良特性，铜的应用也十分广泛。

二、铜的广泛使用

铜和金、银一起被称为“货币元素”。在我国古代，铜被铸成刀形、铲形、圆孔形等多种形状，并饰以文字和花纹，作为货币进行流通。这种形式一直延续到清朝末年。

从出土文物可以看出，铜在古代主要用于制造生产工具、兵器、礼器和生活用具三大类。生产工具如凿、锥、小刀、锄等，兵器如戈、矛、斧、剑以及铜炮等。现在保存在中国历史博物馆的“铜将军”是至顺三年(1332年)铸造的，它是已经发现的世界上最古老的铜炮。礼器主要是一些用来祭祀和随葬的铜器，也有一些实用的生活用具，如各种酒器、乐器，车马器，鉴镜等。这些都充分地说明了铜在我国古代的广泛应用。值得一提的是铜镜，公元前11世纪，我国就已经使用了铜镜。到秦汉之后，铜镜大大发展并畅销国内外，至今仍然是世界文明史的珍品。唐太宗李世民有句名言，“人以铜为镜可以正衣冠，以古为镜可以见兴替，以人为镜可以知得失”，这里的“铜”即指铜镜。尤为著名的是我国西汉时期铸造的所谓“透光镜”。这种青铜镜反射面平滑，背面饰以凸凹花纹或文字。当用反射面把日光反射到墙上时，墙上可以显现出背面的饰文。我国古代还对凹面镜和凸面镜对光的反射及其成像进行过深刻研究，并于公元前二世纪制成世界上最早的潜望镜。这在《墨经》和汉初的《淮南万毕术》中有所记载，在此不再赘述。

铜的硬度不大，但与镍、锡、锌等元素形成合金之后，硬度发生改变，并且有很好的可塑性和耐腐蚀性，因此广泛用于铸造与雕塑。世界各地一些著名的塑像大都是铜的作品。公元前三世纪初，爱琴海罗得岛的港口树起了一尊高达32m(的青铜塑像)。这是当时当地居民为了庆贺抵抗侵略的胜利，用缴获的军械熔铸而成的。这就是被称为世界七大奇迹之一的阿波罗神像。阿波罗是人们假想的太阳神，铸造阿波罗神像充分表达了人们对和平与自由的热爱与追求。遗憾的是它只保存了50年，在一次地震中倒塌了，而倒塌后的废墟却作为废铜烂铁卖给了叙利亚。矗立在纽约港口的自由女神像是铜的又一杰作，她那微红色的身躯和亲切的笑容招揽着世界各地的游客。这其实也不过是阿波罗神像的一个复制品。此外，人们还塑造一些栩栩如生的动物，如前文提到的威尼斯的青铜马，颐和园昆明湖畔的铜牛等等。铜还可用于凹版印刷，一些精美的邮票画册等，为了使其形象逼真，往往采用铜版印刷。

铜是有色金属，铜的化合物也大都有美丽的颜色。如表所列：

因此铜的化合物广泛用于绘画，印染，装潢、化妆以及硅酸盐工业。意大利至今保存着许多文艺复兴时期的名画，许多人对画中天空是翠绿色表示迷惑不解。其实这是由于使用了含有CuS之类的蓝色颜料，天长日久，蔚蓝的天空也就变为翠绿色了。可用如下反应表示。

CuS＋H₂O＋CO₂→CuCO₃·Cu(OH)₂＋H₂S

在中国画颜料中也大量采用铜的矿石。古代亚历山大港的妇女崇尚于用铜绿涂眼圈，令人感兴趣的是今天青年女性的眼影化妆依然选择了铜绿色。在玻璃中加入铜的化合物可使之呈现出不同的颜色，如加入Cu₂O可制红色玻璃，加入CuO可制蓝色玻璃，这为建筑业提供了良好的装饰材料。陶瓷是我国人民对化学工业发展的一项重大贡献，我国陶瓷的历史，可以推溯到三千多年前的商代。瓷器之所以引人注目的一个重要原因是它具有五彩斑斓的颜色，如晋之“缥瓷”，唐之“千峰翠色”，柴周的“雨过天青”，元之“青花釉里红”等，这主要归功于含有铜、铁等金属元素的釉药。值得一提的是宋代的钧窑窑变，它巧妙地利用还原铜的呈色作用，烧出了红、蓝、紫色瓷器，打破了以往青白瓷的单纯色调，是瓷器发展史上的一次飞跃。唐代丝绸之路开通以后，瓷器才远销世界各地，从此经久不衰。

铜是热和电的良导体。铜的导电性是铁的5倍，铝的L.5倍，锌的3倍，钛的35倍，在金属单质中仅次于银。因此，铜是电气化工程中最重要的金属。世界上每年消耗的铜有一半以上是用来制铜导线，电机、远程输电以及一些与传输电流有关的电工设备通常都用经过电解精炼的精铜。在1986年兴起的超导研究中，铜成为其中重要的超导材料元素。1986年苏黎世的两位科学家Georgbednory和K·Alexmüller发现镧、钡和铜的混合氧化物在30K显现超导现象。从而揭开了超导研究热的序幕，他们也因此而获得1987年的诺贝尔奖。日本新近研制出一种几乎不含氧的铜导线，可以较好地避免声音在传送和录制过程中的失真现象。此外，铜广泛用于印刷电路极、变压器、汽车发动机以及许许多多的电子元件中。

在机械制造业中，也大量地使用铜极和铜材。它们用来制造各种开关、轴承、油管、换热器、高强度和高韧度的铸件等。此外，铜还是国防工业中不可缺少的重要原材料，各种子弹、炮弹、飞机、舰艇的制造都需要大量的铜。

和其他一些金属元素一样，铜也具有一些重要的生理功能，这主要因为铜与动植物体内多种有催化作用的蛋白酶有关。软体动物蜗牛的血是蓝的，它是利用含铜的蛋白质一血蓝蛋白来输送氧。在澳大利亚，羊毛和羊毛制品的生产是整个国家的经济命脉，而牧草缺铜却是人们最头痛的事。由于牧草缺铜，羊长大后会得一种“羊羔踹跚症”，并且会影响羊毛的质量。因此，当地居民很注意对牧场的综合治理。波兰科学家发现在含铜量高的水中鲤鱼长得肥些，这可能因为铜能杀死一些霉菌。养殖场也常常用硫酸铜来防止藻类的生长。不过，鲨鱼却有些惧怕铜，美国研制出一种含铜量较高的特效药，可以有效地防止鲨鱼的袭击。一个成年人体内含铜约为0.10～0.15g，它与多种有催化作用的蛋白酶有关。铜缺乏症是比较少见的，其症状是贫血、骨骼缺陷和心血管受损等。我们可以从干果、荚豆、壳鱼、肝、葡萄干等食物中获得铜元素。铜在人体内积累过多就可能得一种“威尔逊病”，不过服用青霉素胺是一种行之有效的治疗方法。尼泊尔人对铜的崇拜到了迷信的程度，他们认为铜是最神圣的金属，连病人喝水的杯子里也要放上几枚铜币。

三、铜的冶炼开辟了冶金史的新纪元

铜能够以游离态存在于自然界。它们往往藏在地表岩石的缝隙里，只要加热岩石然后用水迅速冷却使其裂开，就可获得铜。但是，这些铜矿大多数被开采完毕，因为人类很早就开始使用铜。于是，人类的祖先便开始用冶炼的方法获得铜。铜的冶炼，写下了金属冶炼史的新篇章，为铁及其他金属的冶炼提供了宝贵的经验。

起初人们使用的是火炼法。火炼法是把矿石和炭在一起直接加热的方法，这大概是人们在铜的硫化物或氧化物的矿地里烧火，却获得了光亮的铜，从而得到了启示。水炼法是中国人民对人类文明发展的又一重大贡献。《梦溪笔谈》中载道：“信州铅山县有苦泉，流以为涧，挹其水熬之，则成胆矾(加铁片)烹胆矾则成铜，熬胆矾铁釜，久之亦成铜。水能为铜，物之变化固不可测。”这里的信州铅山县在今江西省上饶一带。其实这是很简单的铁与铜的置换反应。古人不知这里的“苦泉水”是天然硫酸铜溶液，自然会产生“物之变化固不可测”的慨叹了。在《读史方舆纪要》中更为详细地描述了水法炼铜的场面。”有沟槽七十七处，各积水为池，随地形高下深浅，用木板闸之，用茅席铺底，取生铁击碎，入沟排砌，引水通流浸染，候其色变，锻之则为铜。余水不可再用。”这种水法炼铜在我国曾得到很快的发展。随着科学的发展，特别是电气工业的发展，对铜的精度要求越来越高，铜的冶炼也越来越复杂。为了获得高纯度的铜，必须经过电解精炼的方法。电解精炼法炼铜不仅能提高铜的纯度，还可以综合回收铜矿中的贵金属杂质，如金、银、硒、碲等。近年来为了从矿渣等铜废料中获得铜，还发展了生物冶铜法。这些在有关资料中都有详尽介绍，限于篇幅，不再赘述。

我国的铜产量一直比较缺乏。在我国的江西、云南、甘肃、浙江、安徽、西藏等地都有丰富的铜资源。解放后我国加速了铜资源的开发与利用，一些大型铜基地如大西北白银有色金属公司、湖北大冶以及安徽铜陵有色金属公司等相继得到发展。1985年我国第一座闪速炉在江西省贵溪冶炼厂安装成功，标志着我国铜工业的进一步发展。

铜是仅次于铝和铁的第三种用途最广泛的金属，全世界铜的年消耗量在六百万吨以上。虽然铜的开采与冶炼得到很大的发展，但人类仍然潜在着铜的危机。为了更好地利用铜资源，世界各国都在开发与研究，其中也包括寻找一些新材料以替代铜。随着科学技术的不断进步，铜将在人类文明发展中继续担当着重要角色。