杂说生活中的铜

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。

在某种金属固体中夹杂其他原子和原子团（或离子和离子团）而形成合金的话，由于这些夹杂进去的原子或离子与原来的金属离子大小不一、性质不同，所以会阻碍原来金属离子的滑动，导致合金的可塑性变差，但同时可以提高合金的硬度。

对于铜而言，如果夹杂的其他原子的大小、性质和铜原子的相差太大，那么铜合金的硬度会增强，但韧性会变差，也就是变得易脆易折。比如，锡原子和铅原子的大小与铜原子的相差较大，而锌原子的大小和铜原子的相差较小，所以，由锌、铜组成的黄铜就比由锡、铅、铜组成的青铜韧性更强，但质地要比青铜偏软。正是因为黄铜有较强的韧性，耐磨且不易腐蚀，所以才被用于制作各种器物。

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。

古人常把铜称为金。贾谊在《过秦论》中写道，秦国统一天下后，“收天下之兵，聚之咸阳，销锋镝，铸以为金人十二”。这里的“金人十二”实际是“铜人十二”。《汉书·食货志》中写道：“金有三等，黄金为上，白金为中，赤金为下。”学者孟康注释：“白金，银也。赤金，丹阳铜也。”“丹阳铜”中的“丹阳”，指的是如今的安徽省铜陵市。铜陵市因铜得名、以铜而兴，素有“中国古铜都，当代铜基地”之称。在元素周期表中，金、银、铜位于同一族，它们有着相似的化学和物理性质。而在元素周期表发表之前的两千多年，我国古人就把它们放在一起说，这真是一件很有趣的事。

古书中的“金”往往指的是铜，而古书中的“铜”却不见得指的都是铜。有一种名叫“自然铜”的中药材，它味甘、性平，归肝经，有散瘀、止痛、续筋接骨的功效，用于治疗跌打损伤、筋骨折伤、瘀肿疼痛等。《本草纲目》中记载：“自然铜接骨之功，与铜屑同，不可诬也。但接骨之后，不可常服，即便理气活血可尔。”虽然“自然铜”的名称中带“铜”，但其成分并不是铜，而是黄铁矿（主要成分为二硫化亚铁)。黄铁矿是地壳中分布最广泛的硫化物，常见于沉积岩、沉积矿石和煤层中，它的颜色和黄铜很像，不用经过人工冶炼便可从自然界获得，故名“自然铜”。

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。

本文节选自《百科知识》2023.12B

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