雜說(shuō)生活中的銅

馮大誠(chéng)

銅是最早被人類使用的金屬元素之一。早在公元前8000年的新石器時(shí)代，銅就作為石頭的替代品被首次使用：公元前4000年，埃及首次對(duì)銅進(jìn)行鑄造；公元前3500年，人們用火與木炭將礦石治煉成金屬，并有意地添加錫做成青銅合金。

銅是一種存在于地殼和海洋中的金屬，在地殼中，銅的含量約為0.01%；在個(gè)別銅礦床中，銅的含量可以達(dá)到3%～5%。自然界中的銅多數(shù)以化合物即銅礦石存在。從銅礦中開采出來(lái)的銅礦石，經(jīng)過(guò)選礦成為含銅品位較高的銅精礦或者銅礦砂，銅精礦需要經(jīng)過(guò)冶煉提純才能成為精銅及銅制品。不過(guò)，仔細(xì)觀察各種家用銅器，比如燒水壺、樂(lè)器等，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，這些銅器大多由黃銅（銅鋅合金）或白銅（銅鎳合金）制作而成，很少會(huì)用到純銅。為什么家用銅器多用銅合金而較少用純銅呢？

原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)榧冦~的質(zhì)地太軟了。銅的固體是由銅原子堆積起來(lái)的晶體。銅原子緊挨在一起，外層能量高的電子形成自由電子，為晶體所共有。這樣一來(lái)，金屬離子與自由電子共同形成了金屬鍵。當(dāng)固體受到外力作用時(shí)，金屬離子能夠出現(xiàn)一定程度的滑動(dòng)，而金屬鍵的個(gè)數(shù)與強(qiáng)度都不會(huì)發(fā)生變化，所以金屬都具有一定的可塑性。

在某種金屬固體中夾雜其他原子和原子團(tuán)（或離子和離子團(tuán)）而形成合金的話，由于這些夾雜進(jìn)去的原子或離子與原來(lái)的金屬離子大小不一、性質(zhì)不同，所以會(huì)阻礙原來(lái)金屬離子的滑動(dòng)，導(dǎo)致合金的可塑性變差，但同時(shí)可以提高合金的硬度。

對(duì)于銅而言，如果夾雜的其他原子的大小、性質(zhì)和銅原子的相差太大，那么銅合金的硬度會(huì)增強(qiáng)，但韌性會(huì)變差，也就是變得易脆易折。比如，錫原子和鉛原子的大小與銅原子的相差較大，而鋅原子的大小和銅原子的相差較小，所以，由鋅、銅組成的黃銅就比由錫、鉛、銅組成的青銅韌性更強(qiáng)，但質(zhì)地要比青銅偏軟。正是因?yàn)辄S銅有較強(qiáng)的韌性，耐磨且不易腐蝕，所以才被用于制作各種器物。

銅及銅合金具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和可塑性，可用作導(dǎo)電和導(dǎo)熱材料，被廣泛應(yīng)用于房屋建筑業(yè)、電子電器產(chǎn)品、工業(yè)機(jī)器和設(shè)備、交通車輛、日用品和軍用品等領(lǐng)域，銅還以各種化合物的形式應(yīng)用于農(nóng)藥、輕工、化工及醫(yī)療方面。

對(duì)于合金而言，由于組分金屬的原子性質(zhì)不同、排列不均，所以原子或原子團(tuán)之間的作用力也不均。這樣，當(dāng)溫度尚未達(dá)到某一種晶體的熔點(diǎn)時(shí)，合金就會(huì)軟化。因此，合金一般沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，它成為熔融體的溫度一般都低于組分金屬的熔點(diǎn)。正因?yàn)槿绱?，我們也就能理解為何古人最早使用的是熔點(diǎn)較低的青銅（熔點(diǎn)為700～900°C），而不是熔點(diǎn)較高的純銅（熔點(diǎn)約為1083°C）。另外，合金的電阻率通常大于純金屬，所以合金的導(dǎo)熱率較差。因此，電線最好用純銅絲制作，良好的導(dǎo)電性能才能降低事故的發(fā)生率。

古人常把銅稱為金。賈誼在《過(guò)秦論》中寫道，秦國(guó)統(tǒng)一天下后，“收天下之兵，聚之咸陽(yáng)，銷鋒鏑，鑄以為金人十二”。這里的“金人十二”實(shí)際是“銅人十二”。《漢書·食貨志》中寫道：“金有三等，黃金為上，白金為中，赤金為下?！睂W(xué)者孟康注釋：“白金，銀也。赤金，丹陽(yáng)銅也?！薄暗り?yáng)銅”中的“丹陽(yáng)”，指的是如今的安徽省銅陵市。銅陵市因銅得名、以銅而興，素有“中國(guó)古銅都，當(dāng)代銅基地”之稱。在元素周期表中，金、銀、銅位于同一族，它們有著相似的化學(xué)和物理性質(zhì)。而在元素周期表發(fā)表之前的兩千多年，我國(guó)古人就把它們放在一起說(shuō)，這真是一件很有趣的事。

古書中的“金”往往指的是銅，而古書中的“銅”卻不見(jiàn)得指的都是銅。有一種名叫“自然銅”的中藥材，它味甘、性平，歸肝經(jīng)，有散瘀、止痛、續(xù)筋接骨的功效，用于治療跌打損傷、筋骨折傷、瘀腫疼痛等。《本草綱目》中記載：“自然銅接骨之功，與銅屑同，不可誣也。但接骨之后，不可常服，即便理氣活血可爾?！彪m然“自然銅”的名稱中帶“銅”，但其成分并不是銅，而是黃鐵礦（主要成分為二硫化亞鐵）。黃鐵礦是地殼中分布最廣泛的硫化物，常見(jiàn)于沉積巖、沉積礦石和煤層中，它的顏色和黃銅很像，不用經(jīng)過(guò)人工冶煉便可從自然界獲得，故名“自然銅”。

重金屬離子一般都有使蛋白質(zhì)變性而殺滅微生物或細(xì)胞的作用，所以重金屬離子一般都是有毒的。石灰和硫酸銅按一定比例混合后得到的溶液被稱為波爾多液，波爾多液可用于防治大田作物、蔬菜、果樹和經(jīng)濟(jì)作物等病害，這是因?yàn)槠渲械你~離子可以通過(guò)殺死孢子細(xì)胞而起到殺菌的作用。

銅還廣泛分布于生物組織中，大部分以有機(jī)復(fù)合物存在。雖然銅的化合物大多有毒，但毒性和攝入量有關(guān)。對(duì)于人體而言，銅是必需的微量礦物質(zhì)，也是治療某些疾病的重要元素。人體中許多重要的酶都需要微量銅的參與和活化，銅對(duì)于血紅蛋白的形成、維持神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能和增強(qiáng)身體的免疫功能都起著重要的作用。正常情況下，人們并不需要特別補(bǔ)充銅，只要適當(dāng)食用一些動(dòng)物性食物、干果和粗糧，基本就能滿足人體對(duì)銅元素的攝取要求了。

【責(zé)任編輯】諶 燕