在元素周期表中，金屬占據(jù)118 種元素中的94 個(gè)位置。其中不僅包括金、銀、銅、鐵、錫等眾所周知的金屬，還包括釕、銦、鉭等稀有元素，以及鋦、鋦等人造元素。 等等。金屬元素種類繁多，注定會(huì)受到材料科學(xué)界的高度關(guān)注。一個(gè)有點(diǎn)令人驚訝的現(xiàn)象是，常用的金屬通常不是純金屬，而是被制成稱為合金的物質(zhì)。這種材料，即——合金，由兩種或多種化學(xué)元素（其中至少一種是金屬）組成，包括二元、三元和多元合金。雖然它具有金屬的性能，但它已經(jīng)超越了純金屬的性能極限，具有滿足多種需求的優(yōu)異性能。來源：pexels 長(zhǎng)期以來，金屬影響著人類文明的發(fā)展�？偟膩碚f，青銅時(shí)代標(biāo)志著文明的到來，比如青銅被廣泛用于鑄幣，而鐵器時(shí)代則標(biāo)志著文明開始成熟，鐵支撐了影響深遠(yuǎn)的工業(yè)革命。到鐵器時(shí)代晚期，世界許多地區(qū)已進(jìn)入文獻(xiàn)文明時(shí)代，鐵器的使用淘汰了石器，促進(jìn)了生產(chǎn)力的快速發(fā)展。這里所指的時(shí)代往往是指考古學(xué)中的某個(gè)時(shí)代；例如，青銅時(shí)代一般是指考古學(xué)中的銅石時(shí)代之后的時(shí)代。青銅是紅銅和錫的合金，又稱錫青銅。商代（公元前16世紀(jì)至公元前11世紀(jì)），中國(guó)已處于高度發(fā)達(dá)的青銅時(shí)代，并建立了青銅冶煉工業(yè)。到公元前3000年，美索不達(dá)米亞、埃及等國(guó)家已進(jìn)入青銅時(shí)代。在我國(guó)，自秦漢以來，除了青銅外，還出現(xiàn)了其他銅合金。最早的銅鋅合金，即普通黃銅出現(xiàn)。黃銅是銅和鋅的合金的總稱。然后是白銅，一種銅和鎳的合金。在現(xiàn)代社會(huì)，某些金屬不再用于標(biāo)簽，但這并不意味著金屬不再重要。相反，新金屬種類不斷增加，鋁、鈦、鎂等元素相互補(bǔ)充，成為生命必需的金屬材料，但很難肯定地說哪些金屬將引領(lǐng)新金屬材料的發(fā)展。時(shí)代。您可以在金店找到高純度的黃金，其純度就是其顏色，通常以千分之幾表示。例如，“純金100枚”是指雜質(zhì)含量在1%以下、純度在990%以上的黃金，“純金1000枚”是指純度（含金量）在999%以上的黃金或者更多。來源：pexels 實(shí)際上，在冶煉階段不可能達(dá)到100%，因此純度達(dá)到999.6% 或更高的黃金一般被稱為純金或足金。然而，這些高純度的黃金僅象征著財(cái)富，并不是理想的珠寶材料。一方面，純金只呈現(xiàn)出金色，這難免顯得有些單調(diào)，但另一方面，更重要的是，純金過于柔軟。在熟練的金匠手中，金飾可以加工成精美的鏤空形狀，但佩戴時(shí)一定要小心，因?yàn)榕鲎�、碰觸就會(huì)變形，自然就不好看了。因此，金常常被制成合金，以使其更易于使用。最初的分裂和合并可能只是為了降低每塊黃金的價(jià)值，方便貿(mào)易。畢竟，一顆米粒大小的小金珠，就可以換取一大包米。沒有其他普通金屬可以增加體積。很容易失去音量。事實(shí)上，純金仍被稱為24K金，是這種方法的殘余。

古代交易黃金的人們將金屬的各種成分稱量成等重的24份，每份稱為克拉（現(xiàn)在的計(jì)量單位）。 1 克拉等于200 毫克（1 克拉等于205.3 毫克，1913 年之前的舊單位）。它的子單位是分，1克拉等于100分。為了避免混淆，“克拉”是指黃金的純度。 （英文寫作“克拉”），黃金有多少份是黃金，那么多少K就是黃金呢？ 24K金是日常生活中的常見名稱，例如18K金首飾的純度為18/24，即750%。如果金飾的成色用“�！眮肀硎�，則稱900%金制成的飾物為90%金。顯然，這種方法將黃金分為24個(gè)不同的純度級(jí)別，數(shù)字越高表明純度越高。盡管這種“黃金稱量技術(shù)”已不再實(shí)用，但18K或14K金仍然很常見，并且通常是金和銀的合金。由于它比純金更硬并且有多種顏色，其價(jià)值有所下降，但它仍然是一種非常受歡迎的珠寶。黃金是人類使用的第一種貴金屬，世界許多地方都發(fā)現(xiàn)了早于當(dāng)?shù)匚拿髡Q生的金器。這不是巧合，而是物質(zhì)本質(zhì)的結(jié)果。太陽(yáng)系形成以來的數(shù)十億年里，地球也發(fā)生了無(wú)數(shù)翻天覆地的變化。這里的“震動(dòng)大地”一詞并不夸張，無(wú)論氣候還是地質(zhì)結(jié)構(gòu)，地球上從來沒有一刻平靜過，元素在劇烈碰撞。太陽(yáng)系始于一顆巨大恒星的消失，它以超新星爆炸的形式噴射出各種元素，其中一些元素形成了地球的主體。早期的地球比現(xiàn)在更熱，并且充滿了流動(dòng)的熔巖，導(dǎo)致密度較大的部分由于重力而沉入底部。即使我們用現(xiàn)代技術(shù)來研究地球的結(jié)構(gòu)，結(jié)果肯定是一樣的：冷卻的巖石覆蓋在地球的外表面，形成了地殼。它非常薄，不到地球半徑的1%，但它是一個(gè)地方。在我們居住的地方，仍然熾熱的巖石形成了地幔，它就像一層被熱量軟化的蠟燭，不斷地移動(dòng)，但其中一些變成了流動(dòng)的巖漿，也是地球本身的一部分。對(duì)于鐵和鎳，科學(xué)家推測(cè)較重的金屬元素形成地核，并在高壓下深入到地球內(nèi)部。地球洋蔥模型生動(dòng)地將地球描繪成一個(gè)巨大的雞蛋，有——個(gè)薄薄的蛋殼，粘稠的蛋白，中間有一個(gè)蛋黃。當(dāng)然，也可以采用更細(xì)致的分析方式，將地球切割成許多個(gè)同心球體，像洋蔥一樣一層一層地剝開，并給每一層都命名，但這在地質(zhì)學(xué)上是很難做到的。必需的。但在大多數(shù)情況下，分裂地殼、地幔和地核就足夠了。更進(jìn)一步，地核可分為兩部分：內(nèi)核和外核，外核估計(jì)深約2,900 至5,100 公里，呈液態(tài)，而內(nèi)核深約2,900 至5,100 公里. 是5100公里。距地心地下5,100 公里。據(jù)報(bào)道，1970年，蘇聯(lián)科學(xué)家的超級(jí)鉆探技術(shù)小組在地球上鉆了一個(gè)洞，垂直鉆孔深度達(dá)到12262米，成為地球上最深的鉆孔。黃金的密度比鐵大得多，隨著地球的移動(dòng)自然會(huì)落入地核，但以目前的技術(shù)根本不可能開采出地核中的黃金。幸運(yùn)的是，地幔中的熔巖非常粘稠，這減緩了金的沉淀。

同時(shí)，元素周期表中的第16號(hào)元素硫，最終在高溫高壓的作用下與金結(jié)合，以硫化物的形式成為巖石的一部分。熾熱的地幔不斷蠕動(dòng)，尋找地殼中的薄弱點(diǎn)，像一只即將孵化的小雞一樣壓在地殼上。突然，地球某處發(fā)生山體滑坡，地震、火山接連發(fā)生，塵土飛揚(yáng)，巖漿噴涌。在此過程中，硫化金也沿著巖漿出現(xiàn)到地表。當(dāng)表面壓力突然下降時(shí)，金從硫中分離出來，成為一種游離金屬，緊緊地?fù)肀е鴰r漿冷卻凝固后形成的巖石。經(jīng)過多年的地質(zhì)演化，曾經(jīng)堅(jiān)固的石頭在雨雪風(fēng)霜的摧殘下已經(jīng)松動(dòng)，各種微生物、青苔、雜草也增添了樂趣。最后，經(jīng)過這個(gè)被稱為“風(fēng)化”的漫長(zhǎng)過程，巖石被擊碎，滾入河谷，進(jìn)一步破碎成細(xì)沙和礫石，其中混入的黃金則留在河灘上。地球上的主要黃金產(chǎn)區(qū)大多位于江河流域，而長(zhǎng)江上游的“金沙江”之稱并非空穴來風(fēng)，但這里的“金沙”確實(shí)非常豐富。大多數(shù)金屬?zèng)]有黃金那么幸運(yùn)。例如，銅從熔巖到地球表面的過程與金相同，但它與硫的結(jié)合非常牢固，到達(dá)地球表面時(shí)不會(huì)分離。即使經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化，硫化銅仍然很堅(jiān)固，需要一些方法轉(zhuǎn)化為金屬銅。因此，時(shí)至今日，黃銅礦仍是煉銅的重要原料，其主要成分是硫化亞銅（CuS）。鐵和銅也是如此，甚至沒有落入地核的鐵也會(huì)以各種形式留在地表。自然界中豐富的黃銅礦的主要成分是二硫化銅鐵（CuFeS），它實(shí)際上是鐵和銅交織的硫化物。不過，除了硫之外，鐵還有另一個(gè)好伙伴：——氧。在風(fēng)化過程中，空氣中的氧氣與鐵結(jié)合形成更穩(wěn)定的氧化物。中國(guó)南方的土壤呈磚紅色，因?yàn)槠渲泻�有大量的紅色氧化鐵（FeO）。與黃金相比，銅和鐵不能被人類直接使用，必須通過冶煉才能獲得游離金屬。冶煉的原理并不復(fù)雜，只是從各自的礦石中提取銅或鐵。然而，這需要能量和多種成分來去除礦石中的硫和氧等雜質(zhì)。結(jié)果，實(shí)際操作變得極其困難。人類花了幾十萬(wàn)年的時(shí)間掌握了用火的技術(shù)，但冶煉銅的歷史只有六七千年，冶鐵的歷史也只有三千多年。來源：pexels 總體而言，煉鐵技術(shù)是在原始社會(huì)末期發(fā)明的，開創(chuàng)了冶金史上的新階段。人類鍛造鐵工具的歷史可以追溯到公元前1400年左右，到春秋末期（公元前5世紀(jì)）我國(guó)大部分地區(qū)已經(jīng)使用鐵工具。然而，與金一樣，它通常被加工成合金以改善銅和鐵的性能。銅合金的種類很多，古代人們就已經(jīng)發(fā)明了青銅和黃銅，它們是由銅與錫（鉛）、鋅混合而成。中國(guó)古代還發(fā)明了銅和鎳的合金。它與銀類似，仍用于制造硬幣。最著名的鐵合金是鋼，它由鐵和碳組成，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.025%至2.06%之間。如果碳含量高，則稱為生鐵。生鐵不易變形但易龜裂，因此當(dāng)含碳量較低時(shí)，稱為熟鐵，實(shí)際上接近純鐵，質(zhì)地柔軟，如帶子一樣。

因此，鐵通常被加工成鋼。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，鋼材的種類不斷增加，例如常用于機(jī)械的錳鋼、用于防彈甲板的鎢鋼、以及耐生銹的不銹鋼等。當(dāng)我們添加更多的金屬元素時(shí)會(huì)發(fā)生什么？它們的命運(yùn)并不像鐵或銅那么順利。例如，鋁是地殼中最豐富的金屬元素，經(jīng)過長(zhǎng)期的演化，這種元素大部分與氧結(jié)合形成了一種叫做“鋁”（Al2O）的礦物。鋁和氧之間的結(jié)合力非常強(qiáng)，因此從礦石中提取鋁極其困難。古人完全無(wú)法用銅或鐵的冶煉方法來提煉鋁，但直到電的發(fā)明并廣泛使用，才發(fā)展出電解鋁冶煉工藝。即便如此，礦石的結(jié)合強(qiáng)度極強(qiáng)，熔點(diǎn)太高，所以需要添加助熔劑——，顧名思義，助熔劑有助于溶解礦石。這種熔劑稱為冰晶石，可以降低熔點(diǎn)，其主要成分是六氟鋁酸鈉（NaAlF）。鋁也不是最難冶煉的金屬。元素周期表下面還有兩行，通常稱為鑭系元素和錒系元素。它們應(yīng)該位于元素周期表的第三列，但這會(huì)使表格太長(zhǎng)，因此大多數(shù)印刷版本將它們從底部切掉。大多數(shù)錒系元素是人造元素，地球上的量極少，只有少數(shù)元素有開采價(jià)值，如釷和鈾，主要用于核電站。鑭系元素則不同，鑭系元素中的15種元素，與元素周期表第三列中的鈧和釔一起，統(tǒng)稱為稀土金屬。這些金屬元素中的每一種都具有獨(dú)特的技能，可以用于許多高科技設(shè)備。例如，有一種叫做釹的元素，可以用來制造強(qiáng)力磁鐵。因此，稀土元素有時(shí)被稱為“工業(yè)維生素”。然而，冶煉稀土元素并不容易。它們與鋁相似，不僅礦石熔點(diǎn)高，而且這些元素的性質(zhì)非常相似，試圖將它們分開就像找到同卵雙胞胎的一半一樣，非常困難。迄今為止，只有少數(shù)國(guó)家掌握了完整的分離技術(shù)。中國(guó)有一位科學(xué)家叫徐光憲（1920-2015），他很早就認(rèn)識(shí)到稀土元素的巨大價(jià)值，由于他的領(lǐng)導(dǎo)力和號(hào)召力，中國(guó)的稀土提煉技術(shù)現(xiàn)在領(lǐng)先于世界，我們?yōu)樗�點(diǎn)贊。人們確實(shí)如此。他是中國(guó)的“稀土之父”。徐光憲：從黃金到稀土，人類已經(jīng)花了幾千年的時(shí)間，卻還沒有能夠徹底研究金屬材料的世界。努力發(fā)展。來源：《給青少年講物質(zhì)科學(xué)》 作者：孫亞非

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來源：Origin Reading 編輯：冬眠愛好者