铜是最早被人类使用的金属元素之一。早在公元前8000年的新石器时代,铜就作为石头的替代品被首次使用:公元前4000年,埃及首次对铜进行铸造;公元前3500年,人们用火与木炭将矿石治炼成金属,并有意地添加锡做成青铜合金。 铜是一种存在于地壳和海洋中的金属,在地壳中,铜的含量约为0.01%;在个别铜矿床中,铜的含量可以达到3%~5%。自然界中的铜多数以化合物即铜矿石存在。从铜矿中开采出来的铜矿石,经过选矿成为含铜品位较高的铜精矿或者铜矿砂,铜精矿需要经过冶炼提纯才能成为精铜及铜制品。不过,仔细观察各种家用铜器,比如烧水壶、乐器等,你会发现,这些铜器大多由黄铜(铜锌合金)或白铜(铜镍合金)制作而成,很少会用到纯铜。为什么家用铜器多用铜合金而较少用纯铜呢? 原因很简单,因为纯铜的质地太软了。铜的固体是由铜原子堆积起来的晶体。铜原子紧挨在一起,外层能量高的电子形成自由电子,为晶体所共有。这样一来,金属离子与自由电子共同形成了金属键。当固体受到外力作用时,金属离子能够出现一定程度的滑动,而金属键的个数与强度都不会发生变化,所以金属都具有一定的可塑性。 铜及铜合金具有优良的导电性、导热性、延展性和可塑性,可用作导电和导热材料,被广泛应用于房屋建筑业、电子电器产品、工业机器和设备、交通车辆、日用品和军用品等领域,铜还以各种化合物的形式应用于农药、轻工、化工及医疗方面。 对于合金而言,由于组分金属的原子性质不同、排列不均,所以原子或原子团之间的作用力也不均。这样,当温度尚未达到某一种晶体的熔点时,合金就会软化。因此,合金一般没有固定的熔点,它成为熔融体的温度一般都低于组分金属的熔点。正因为如此,我们也就能理解为何古人最早使用的是熔点较低的青铜(熔点为700~900°C),而不是熔点较高的纯铜(熔点约为1083°C)。另外,合金的电阻率通常大于纯金属,所以合金的导热率较差。因此,电线最好用纯铜丝制作,良好的导电性能才能降低事故的发生率。 重金属离子一般都有使蛋白质变性而杀灭微生物或细胞的作用,所以重金属离子一般都是有毒的。石灰和硫酸铜按一定比例混合后得到的溶液被称为波尔多液,波尔多液可用于防治大田作物、蔬菜、果树和经济作物等病害,这是因为其中的铜离子可以通过杀死孢子细胞而起到杀菌的作用。 铜还广泛分布于生物组织中,大部分以有机复合物存在。虽然铜的化合物大多有毒,但毒性和摄入量有关。对于人体而言,铜是必需的微量矿物质,也是治疗某些疾病的重要元素。人体中许多重要的酶都需要微量铜的参与和活化,铜对于血红蛋白的形成、维持神经系统的正常功能和增强身体的免疫功能都起着重要的作用。正常情况下,人们并不需要特别补充铜,只要适当食用一些动物性食物、干果和粗粮,基本就能满足人体对铜元素的摄取要求了。 |
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