雜說生活中的銅

馮大誠

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，埃及首次對銅進行鑄造；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%；在個別銅礦床中，銅的含量可以達到3%～5%。自然界中的銅多數以化合物即銅礦石存在。從銅礦中開采出來的銅礦石，經過選礦成為含銅品位較高的銅精礦或者銅礦砂，銅精礦需要經過冶煉提純才能成為精銅及銅制品。不過，仔細觀察各種家用銅器，比如燒水壺、樂器等，你會發現，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？

原因很簡單，因為純銅的質地太軟了。銅的固體是由銅原子堆積起來的晶體。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，金屬離子與自由電子共同形成了金屬鍵。當固體受到外力作用時，金屬離子能夠出現一定程度的滑動，而金屬鍵的個數與強度都不會發生變化，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（或離子和離子團）而形成合金的話，由于這些夾雜進去的原子或離子與原來的金屬離子大小不一、性質不同，所以會阻礙原來金屬離子的滑動，導致合金的可塑性變差，但同時可以提高合金的硬度。

對于銅而言，如果夾雜的其他原子的大小、性質和銅原子的相差太大，那么銅合金的硬度會增強，但韌性會變差，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，但質地要比青銅偏軟。正是因為黃銅有較強的韌性，耐磨且不易腐蝕，所以才被用于制作各種器物。

銅及銅合金具有優良的導電性、導熱性、延展性和可塑性，可用作導電和導熱材料，被廣泛應用于房屋建筑業、電子電器產品、工業機器和設備、交通車輛、日用品和軍用品等領域，銅還以各種化合物的形式應用于農藥、輕工、化工及醫療方面。

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

古人常把銅稱為金。賈誼在《過秦論》中寫道，秦國統一天下后，“收天下之兵，聚之咸陽，銷鋒鏑，鑄以為金人十二”。這里的“金人十二”實際是“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。”學者孟康注釋：“白金，銀也。赤金，丹陽銅也。”“丹陽銅”中的“丹陽”，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“中國古銅都，當代銅基地”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和物理性質。而在元素周期表發表之前的兩千多年，我國古人就把它們放在一起說，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，有散瘀、止痛、續筋接骨的功效，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。”雖然“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，常見于沉積巖、沉積礦石和煤層中，它的顏色和黃銅很像，不用經過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變性而殺滅微生物或細胞的作用，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、果樹和經濟作物等病害，這是因為其中的銅離子可以通過殺死孢子細胞而起到殺菌的作用。

銅還廣泛分布于生物組織中，大部分以有機復合物存在。雖然銅的化合物大多有毒，但毒性和攝入量有關。對于人體而言，銅是必需的微量礦物質，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，銅對于血紅蛋白的形成、維持神經系統的正常功能和增強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充銅，只要適當食用一些動物性食物、干果和粗糧，基本就能滿足人體對銅元素的攝取要求了。

【責任編輯】諶 燕