铜人类最先使用的金属是铜。古代埃及人在约公元前5000年开始利用红铜(即自然铜),公元前3500年会制青铜。中国约在公元前3000年的新石器时代晚期开始使用红铜和青铜。
铜的化学符号为Cu。钢在自然界中分布极广,在地壳中含量居第22位。自然界存在的铜矿有3种:自然铜、硫化铜矿和氧化铜矿,大都是含铜1%左右的低品位矿。
铜为淡红色金属、质地坚韧,有延展性,导电性导热性极好、其电导率为银的94%,因此广泛用于电气工业中。铜合金中,黄铜可作各种零件;青铜用作加工制品和异形铸件;白铜用于精密机械、船舶制造等方面。
铜的化学性质不活泼.在干燥空气和水中无反应。铜与含有二氧化碳的潮湿空气接触时表面逐渐形成绿色的铜锈。在空气中加热时表面形成黑色氧化铜。铜与盐酸、稀硫酸无反应,但遇氧化性强的硝酸或浓硫酸时能够溶解生成铜盐。铜具有抗腐蚀性,可用作电镀层以保护内部其他金属不被腐蚀。在日常生活和工业生产中广泛应用的有各种各样的铜合金。
如果把铁钉放入硫酸铜溶液中,铁钉就会变成“金钉”。二千多年前我国人民就知道这种“点铁成金”的技术。因为铁的化学性质比铜活泼,它能把硫酸铜里的铜顶替出来,自己变成硫酸亚铁。被顶替出来的铜附在钉子表面,铁钉就变成金黄色的“金钉”了。在化学上,这叫置换反应。
在欧洲,直到17世纪70年代,才由西班牙人用类似的方法——浸岩来炼铜。
到了19世纪中,人们从矿山流出的酸矿水中发现了许多细菌,其中有一种名叫硫化杆菌。它们有一种“绝技”:一面将低价铁氧化成高价铁,从而使硫酸亚铁变成硫酸铁;一面又将元素硫或硫化物氧化成硫酸。这样形成的硫酸铁溶液和硫酸溶液便能将铜矿石中的铜浸出。因此,现代就让细菌当采铜的“矿工”,只要把硫酸铁、硫酸和细菌浸出剂注入铜矿里,就可以提炼出铜来。现在世界上每年用细菌法浸提的铜,占铜总产量的五分之一以上。现代工业生产铜的最常用方法,是电解法。
在工业上,到处需要铜和铜的合金。纯铜的导电性能非常好,仅次于银,被广泛用于电气工业。黄铜是铜和锌的合金,可制成金粉、金箔和金漆。
古代的兵器,差不多都是用青铜做的。青铜是铜和锡的合金。秦始皇在统一中国之后,把天下所有的兵器都收集起来,熔铸了12个“金人”,这些“金人”实际上是铜人。青铜中加入5—12%的铝,可制成铝青铜,它和青铜一样,极为耐磨,可制成工业上有名的耐磨轴承。
不仅有像金子一样的黄铜,也有像银子一样的白铜。白铜是铜和镍的合金,它不易生铜绿,常被用来制造精密仪器和装饰品。白铜导电导热性能很差,是电阻箱、热电偶等电工仪器上的理想材料。
钨
耀眼的电灯光,是灯泡里灯丝通电后发热发光的结果。电灯发光时,灯丝的温度高达3000℃以上而不熔化,是因为灯丝是由钨制成的。钨是一种金属化学元素,化学符号是W。自然界中,钨以白钨矿和锰铁钨矿的形式存在。钨矿的主要产地在中国,约占世界钨矿的50%。块状钨为银白色,熔点高达3410℃,是所有金属中熔点最高的。钨不仅熔点高,密度也很大,与金差不多。“钨”的瑞典语原意便是“重”的意思。
钨是从瑞典出产的一种白色矿石——当时称之为“重石”的矿物中被发现的。在很长时期内,人们并不认识这种含钨的矿石,以为是锡矿石或铁矿石。直到1781年,瑞典化学家舍勒证明这种矿石中并不含有锡和铁的成分,而是除主要含有石灰外,还有一种很特殊的成分。当用热硝酸分解这种矿石时,析出一种鲜黄色的沉淀。这种沉淀烘干后,很难熔化,也不升华,于是推断它是一种新金属的氧化物,舍勒称此物质为“钨酸”,并宣称还原钨酸可能获得一种新金属。1783年,西班牙的两位化学家埃尔亚尔兄弟共同研究白钨矿和钨锰铁矿,首次获得金属钨。
钨除了制作灯丝外,还能制作其他电器元件,在冶金工业中用来制备钨钢。钨和硅的化合物可制作半导体器件,钨和铼的合金可用于火箭发动机、人造卫星的结构元件等。钨的氧化物和硫化物可以作化学反应中的催化剂。
金
金在自然界中以单质状态存在,光亮美丽而又稀少,所以十分贵重,被称为贵金属。公元前3000年古代埃及人已采集黄金制作饰物,中国古代用金银合金做装饰品,河南安阳出土的商代金箔薄到0.01毫米。金的化学符号为Au,原意是“光辉的黎明”。
金在地球上分布很广。通常因矿石含金量太低,而没有开采价值。游离态金存在于石英砂金中,海水中也含有浓度很低的金,每吨海水含金约10微克。金是热和电的良导体,延展性特别好,易于被做成厚0.0001毫米的半透明金箔和拉成极细的丝。在装饰品中金的品质以K表示,纯金为24K。将24K乘以含百分数即为饰品金质的K值。例如含金75%的饰品为18K金饰品。金是化学性质稳定的贵金属之一。在空气中不被氧化、亦不变暗,能长期保持“灿烂”的光泽。金不溶于水、酸、碱、但能溶于王水,金箔对辐射有很强的反射性。故用于制造宇航员的飞行衣、面罩等。著名的红宝石玻璃中就含有金。金的最大用途是作为国家的黄金储备、装饰品和货币。占生产总量的75%。一个国家黄金储备量的多少,反映了这个国家的经济实力。
由于金在自然界中主要以游离态存在于石英砂中,最古老的提取办法是漂洗法。常称为“沙里淘金”。金还可用氰化物法提取。在电解法炼铜过程中也可制得较为纯净的金。
金的贵重曾吸引无数古代炼金术士守侯在炼金炉旁。企图把铜、汞等普通金属转变为金,结果都成泡影。1941年,一些科学家用中子轰击汞,首次制得金。日本科学家松木高明后来5000万电子伏特的γ射线照明汞70天,得到74千克黄金。但这些方法产生的黄金比天然开采的要贵得多,制作起来并不合算。也许若干年后,科学家们能找到便宜的黄金生产方法,到那时黄金就不再是贵金属了。