液体金属

趣话化学史陶与金属烧着烧着就出来

发布时间:2023/10/26 12:45:05   
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上一期说到,人类掌握了火和取火技术,使得人类最终和其他动物分离出来,变得更加智慧。这种智慧不只表现在在对火的利用,而且还表现在新工具的制作方面。新石器时代,人们不断制造和打磨新的工具,使这些器具比旧石器时代更加细致精美耐用。

新石器时代的工具

在今天,我们的日常生活中,我们需要用到器皿,这些器皿采用不同材质制作而成,但是盛放物品极为方便。然而在石器时代,器皿只能靠对石头材料打制而成,十分复杂,而且一旦凿裂,则不可复原。那么,有什么办法能方便地制作出盛放物品的器皿呢?否则饮水只能像野兽一般,到附近河水处趴下饮一气。

原始社会,不像今天有什么娱乐活动,大家都是日出而作,日落而息。白天,大人出去打猎收集野果,孩子们没有事做,只能闲着。虽然没有手机上网,也没有任何娱乐项目,但他们一样可以找到能够玩耍的材料——被雨水冲刷后的泥土湿润松软,刚好可以抓来玩耍。他们会把这些泥土抓在手上,随意地捏成什么形状,就这样,一天天的时光被打发。到了晚上该休息了,这些被捏成的形状就丢在一边,任凭风吹雨打日晒。等到几天以后,当孩子们再找到前几日他们捏好的泥蛋,发现已经难以再分开了。经过几天的日晒,泥蛋早已变得像石头一般坚硬。这一现象,被人们发现,引起了一些人的重视:原来,湿的泥土经过日晒变得坚硬,那么能不能在它们松软的时候捏成我们想要的形状,等待晾晒以后,再变成我们可用的器皿呢?于是就有人实验,结果成功了!如此,泥做的器皿从此诞生。但是,等待日晒的功夫实在漫长,于是有人突然想起,在打造工具的时候,人们经常会用到火烤,为的是把木棒烧出尖端,这样容易制成狩猎用的标枪,或者其它用具。而烧制的时候,人们往往不经意间带上泥土。在烧制完毕后,这些被烧烤后的泥土变得坚硬,再放进水里也难以冲刷分离。那么能否利把这些泥土放在火上烤制,这样不就可以缩短时间了?于是大家试验,结果发现经过火烤的器皿变得更加坚固不怕水,人类自己制作的陶器终于诞生了。

人们知道了用火烤可以使泥土变硬,从而成为陶。然而,陶的烧制不是每次都非常理想,有的质地坚硬耐用,有的就比较易碎。道理在哪里呢?细心的人类发现,如果能让烧制的温度更加高一些,对烧制陶器还是很有帮助的。那么如何把烧制的温度提高呢?于是,人们用土垫高,防止热量发散,就这样,最原始的炉灶也就诞生了。

这时候,爱美的女性突发奇想,如果把不同颜色的泥土涂在泥塑的表面,结果又会如何?于是,逐渐这种陶器上也出现了不同色彩和形状。考古学家在我国发现新石器时期大量的陶器,其中最具代表的就是我国古代的仰韶文化和龙山文化。其中,仰韶文化以彩陶为主,龙山文化以黑陶为主。

我国古代陶器代表——仰韶文化我国古代陶器代表——龙山文化

在使用火的时候,经常会留下黑色的不完全被燃烧的木炭,但这并不妨碍下一次继续燃烧,但这种燃烧并不发出火焰,但温度比木枝的燃烧所产生的更高。在制陶的时候,人们不仅烧制泥土,也会把一些石块放在火力烧制,目的是为了得到一些彩色的颜料。从山上捡来的绿色石头,质地坚硬,于是人们思考,如果放在火上,会发生什么变化呢?于是,把这些绿色的石头放在火上,和木炭一起烧制。结果,意想不到的事情发生了:绿色的石头首先变成了黑色,并产生水汽跑了出来。再继续烧下去,黑色的表面发生了变化,变成了红色,好像还比较软,又变成了液体,但太热,谁也不能去用手拿。等到冷下来,大家看到,这是一块发亮的从来没见过的“石头”,又变硬了,颜色变成了灰色。于是人们恍然大悟:原来不只是凉水能把材料变软,热的条件下也能使某些材料变软,融化。那就趁热锤打吧,人们拿起石锤敲打,发现这种材料延展性极好。虽然做不成陶器,但这样打制出来的材料硬度极好,制成刀具,比石刀要锋利好用。那么,如果用浇铸的办法把这些液体倒在某个模具上,是不是也会出现不同形状的器具呢?于是再一次,大家的好奇心得到满足,于是,以这种金属为材料的青铜器出现。

出土的铜刀三足青铜鼎商代文物司母戊鼎

熟知化学的人知道,铜的熔点在标准大气压下超过℃,然而树枝燃烧的火焰温度也就只有℃左右。那么,在这种条件下,铜怎么可能是液体呢?这是因为此时大家所发现的铜不是纯单质铜,里面混有铅、锡等其它金属元素。正是由于这些元素的混入,它们和铜在一起形成了低熔点共熔物,因此大大降低了铜的熔点,使其熔点下降到℃作用,因此最终形成了青铜合金,也正因为此,铜的发现开辟了人类文明的新时期——青铜器时代。铜的发现就是人类首次冶炼金属的活动,学过初中化学的人会明白,孔雀石和铜锈一样,都是碱式碳酸铜。而碱式碳酸铜在加热时会放出二氧化碳和水,留下黑色的氧化铜。黑色的氧化铜和木炭中的碳元素反应,生成二氧化碳,最终形成金属铜。

丹麦出土的青铜工具

正是由于青铜的发现,使更多的青铜工具被制造出来,这些青铜工具由于可塑性高,更加耐用,而且因其特殊的金属延展性和韧性,因此可以任意弯折、塑形,最终这些精巧趁手的青铜器取代了新石器时期的笨拙、粗糙而又不耐用的石制工具,也正是由于这些青铜器工具大大地提高了生产效率,因此,在没有“化学”这一概念的古代,因为火的掌握和使用,最终给人们带来了更多陶器和青铜器的礼物馈赠,这不仅提升着人类的生产效率,还不断激发人们的艺术灵感,不断创作出原始的艺术品。

被网上拍卖的青铜饰品

陶器和青铜器的出现,极大地方便了人类的生活和生产,也正是这种新工具代替了旧工具,生产效率极大地提升,于是有了剩余产品。而剩余产品的不断丰富,私有制进而出现,最终导致了原始社会的土崩瓦解,人类社会进入了奴隶社会。普遍认为,中国的奴隶社会始于夏朝,鼎盛发展时期为商朝,而商朝正是青铜器大量使用的时期。因此,可以说,此时期的化学尽管处于萌芽时期,但依然催动了社会的变化与发展。

然而,人类发现的金属不仅只有铜,地壳中含量最高的金属元素是铁。那么,为什么人类利用铜打造工具的历史早于用铁的时期?铁的使用给人类社会又带来什么样的影响?化学处于萌芽时期,人们又有哪些新的发现?敬请大家

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