史前時代一直到中世紀之前,人類認識了12種元素。
1800年–1849年(24種元素):科學和工業(yè)革命
1850年–1899年(26種元素):元素分類;應(yīng)用光譜分析技術(shù)
1900年–1949年(13種元素):舊量子論和量子力學的發(fā)展
1950年–1999年(16種元素):曼哈頓工程的推動;合成了原子序數(shù)大于等于98的元素(粒子加速器、轟擊技術(shù))
2000年以后(5種元素):近期合成的元素
銅是人類最早發(fā)現(xiàn)的金屬之一,也是人類最早開始使用的金屬??脊艑W家在伊拉克北部發(fā)掘的由自然銅制造的銅珠,據(jù)推測已超過1萬年。公元前5000年銅成為首個從硫化礦石中冶煉出的金屬;在公元前4000年成為第一個在模中塑形的金屬,更在公元前3500年與另一種金屬錫鍛造成了人類史的第一種合金——青銅。在古羅馬時期,銅礦大多在塞浦路斯開采,同時也使這種金屬得到最初的名字сyprium(也就是塞浦路斯的金屬),之后演變?yōu)椐鉼prum(拉丁語),而現(xiàn)在常用的copper則是于公元1530年前后第一次被使用。
金,符號Au拉丁語:Aurum,源自原始印歐語意為“光輝的黎明”。金也是人類最早發(fā)現(xiàn)的金屬,在自然界中含量太低,而且質(zhì)地較軟,作為工具使用并不適合,但金的顏色特別,所以更多地被當作裝飾物。早在前2600年的埃及象形文字已經(jīng)有金的描述,米坦尼國王圖什拉塔稱金在埃及“比泥土還多”。金在自然界中常以游離態(tài)單質(zhì)形式(自然金)存在,如巖石、地下礦脈及沖積層中堆積的砂金或金粒。金能和游離態(tài)的銀形成固溶體琥珀金,在自然界中也能和銅、鈀形成合金。礦物中的金化合物不太常見,主要是碲化金。
銀,化學符號Ag,拉丁原名為argentum(古希臘語?ργυρο?),意為“白色”或“ 閃亮的”。銀在自然界中不是以游離態(tài)存在,而是以化合物形式存在,提煉起來技術(shù)要求較為復雜,故而其出現(xiàn)比較晚。目前我們所能看到最早的銀飾,大約是春秋時候錯金銀的銅兵器。其實這還不能算是真正意義上的銀飾。以銀制成器應(yīng)始于戰(zhàn)國。但是由于在自然界中銀的儲存量大于黃金,故而一旦其提煉技術(shù)為人們掌握,銀器就大大地流行起來,而且由于其價格方面的優(yōu)勢使得民間用銀飾的數(shù)量遠遠超過金器。這也是目前我們可以更多地看到古銀器的原因。在古時的中國和西方銀分別被認定為五金和煉金術(shù)七金之一。
鐵,符號Fe,拉丁名ferrum,這個詞來自盎格魯-撒克遜語的“iren”?!癷ren”在古語里有“神圣的金屬”的意思,因為它被用來制造十字軍東征中使用的劍。純鐵是白色或者銀白色的,有金屬光澤,柔韌而延展性較好的金屬。鐵元素被稱為“黑色金屬”是因為鐵表面常常覆蓋著一層主要成分為黑色四氧化三鐵的保護膜)。人類最早發(fā)現(xiàn)鐵是從天空落下的隕石,隕石含鐵的百分比很高(鐵隕石中含鐵90.85%),是鐵和鎳、鈷的混合物。考古學家曾經(jīng)在古墳?zāi)怪?,發(fā)現(xiàn)隕鐵制成的小斧;早在古埃及4000年前的第五王朝至第六王朝的金字塔所藏的宗教經(jīng)文中,記述了當時太陽神等重要神像的寶座是用鐵制成的。鐵在當時被認為是帶有神秘性的最珍貴的金屬,埃及人把鐵叫做“天石"。在古希臘文中,“星”與“鐵”是同一個詞。鐵制物件最早發(fā)現(xiàn)于公元前3500年的古埃及。它們包含7.5%的鎳,表明它們來自流星。古代小亞細亞半島(也就是現(xiàn)今的土耳其)的赫梯人,是第一個從鐵礦石中熔煉鐵的。大約公元前1200年,鐵在某些地區(qū)開始取代銅合金,作為工具或武器,這個事件被認為是從青銅時代過渡為鐵器時代。
鉛,化學符號為Pb,源于拉丁語:Plumbum,這個詞指廣泛意義上的軟金屬。直到十六世紀,鉛和錫才被清楚地區(qū)分,當時鉛被稱為“plumbum nigrum”(黑鉛),錫被稱為“plumbum candidum”(白鉛)。英語:Lead與荷蘭語“l(fā)ood”同根同源,荷蘭人仍然用“l(fā)oodgieter”這個詞來稱呼水管工。鉛很容易從礦石中提取出來,公元前6世紀的古巴比倫“空中花園”為防止?jié)B水,每層都鋪上浸透柏油的柳條墊,墊上再鋪兩層磚,還澆注一層鉛,然后在上面培上肥沃的土壤,種植奇花異草。整個羅馬帝國使用的水管也是鉛質(zhì)的。鉛分布廣,容易提取,容易加工,即有很高的展性,又很柔軟,而且熔點低。在《圣經(jīng)·出埃及記》中就已經(jīng)提到了鉛。方鉛礦是鉛的主要礦石,通常帶有銀。在19世紀后期確認了鉛的毒性,已在許多應(yīng)用中逐步淘汰。
碳,拉丁文carbo,英文中carbon,即煤炭和木炭。最早的人類文明就已在煤煙和木炭中發(fā)現(xiàn)了碳。中國人在公元前2500年發(fā)現(xiàn)了鉆石。在古羅馬時代開始通過在無氧環(huán)境下加熱木材制造木炭。1772年,安東萬·拉瓦錫證明鉆石是完全由碳組成的。他燃燒了木炭和鉆石,發(fā)現(xiàn)兩者都沒有產(chǎn)生水,而且形成的二氧化碳質(zhì)量相同。人們曾以為石墨是鉛的一種形態(tài),但卡爾·威廉·舍勒在1779年證明了它和木炭相同,但混有少量鐵,并會經(jīng)硝酸氧化之后釋放二氧化碳。1786年,法國科學家克勞德·貝托萊、加斯帕·蒙日和沙爾·奧古斯丁·范德蒙以拉瓦錫對鉆石所用的方法證明,石墨同樣主要由碳組成。石墨在燃燒后同樣留下了鐵,因此他們以為鐵在石墨結(jié)構(gòu)中是必要的。拉瓦錫在他1789年的教科書中將碳列為化學元素。
硫S(Sulfur),因其晶體呈黃色而得名(梵語Sulvere,意思是鮮黃色)。古人類就已經(jīng)認識硫了。地中海沿岸許多地方都有硫磺礦,大約在4000年前,埃及人已經(jīng)會用硫燃燒所生成的二氧化硫來漂白布匹,古希臘和古羅馬人也能熟練地使用二氧化硫來熏蒸消毒和漂白。公元前九世紀,古希臘著名詩人荷馬就在他的著作里講述了硫燃燒時有消毒和漂白的作用。中國人發(fā)明的火藥是硝酸鉀、碳和硫的混合物。1770年代安托萬·拉瓦錫證明硫是一種元素。
鋅,Zn(Zincum),拉丁文Zincum,意思是“白色薄層”或“白色沉積物”。古代最先被人們所利用的是鋅礦石和銅熔化制得黃銅合金。鋅由于形、色類似鉛,故也稱為亞鉛,古稱倭鉛。金屬狀鋅的獲得比銅、鐵、錫、鉛要晚得多,一般認為是由于碳和鋅礦供熱時,溫度很快高達1000℃以上,而鋅的沸點是906℃,故鋅即成為蒸氣狀態(tài),隨煙散失,不易被古代人們所察覺,只有當人們掌握了冷凝氣體的方法后,單質(zhì)鋅才有可能被取得。
砷,化學符號為As。英語中的arsenic(砷)一詞最初源自這個詞來自波斯語?????(音zarnikh,意為金黃色)。砷是一種非金屬元素,舊稱砒。分布在多種礦物中,通常與硫和其它金屬元素共存,也有純的元素晶體。單質(zhì)以灰砷、黑砷和黃砷這三種同素異形體的形式存在,但只有灰砷在工業(yè)上具有重要的用途。中國人很早就廣泛使用砷的化合物:雌黃(三硫化二砷),雄黃(四硫化四砷),和砒霜(三氧化二砷)。三者都曾被用于中藥。雌黃更是古代東西方均廣泛使用的金黃色顏料。雌黃也可用于修改錯字,故有信口雌黃之說。砒霜是古代最常見的毒藥,拿破侖即可能死于砒霜。
錫,化學符號是 Sn,是拉丁語Stannum的縮寫。它是青銅的組成部分之一,早在前3世紀錫就被用來硬化銅。由于性能優(yōu)良,一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就很快得到廣泛的應(yīng)用,并在人類文明史上留下輝煌的一頁——青銅時代。約從前7世紀開始人類認識到純錫。戰(zhàn)國時期開始用來作武器的主要材料。純錫有銀灰色的金屬光澤,有良好的伸展性能,在空氣中不易氧化。它的多種合金有防腐蝕的性能,因此常用來作為其它金屬的防腐層。
銻,化學符號Sb,源于拉丁語:Stibium。目前已知銻化合物在古代就用作化妝品,古代被誤認為是鉛。早在公元前3100年的埃及前王朝時代,三硫化二銻就被當作眼影粉使用。在迦勒底的泰洛赫(今伊拉克),曾發(fā)現(xiàn)一塊可追溯到公元前3000年的銻制花瓶碎片。而在埃及發(fā)現(xiàn)的鍍銻銅器,也可以追溯到公元前2500年至前2200年間。在我國《漢書?食貨志》和《史記》中均有記載,但被稱作"連錫"。明朝末年(1541年),中國發(fā)現(xiàn)了世界最大的銻礦產(chǎn)地——湖南錫礦山(今屬湖南冷水江市),當時誤認為是錫,故命名錫礦山,直至清光緒16年(1890)經(jīng)化驗才知道是銻。1777年,德國采礦官員包恩在西班包根(siebenbürgen)發(fā)現(xiàn)了天然銻,他把這種輝銻礦焙燒后,變成氧化物,再用碳還原,便得到了金屬銻。
汞,俗稱水銀,其化學符號為Hg,來自希臘語?δραργυρο?(hydrargyros),這個詞的兩個詞根分別表示“水”(Hydro)和“銀”(argyros),拉丁語意為“液態(tài)白銀”。汞在全世界都有產(chǎn)出,主要來自硫化汞(朱砂)。由于具有鮮紅的色澤,因而很早就被人們用作紅色顏料。根據(jù)殷虛出土的甲骨文上涂有朱砂,可以證明中國在有史以前就使用了天然的硫化汞。人們也很早就掌握了用硫化汞來制取汞的技術(shù)。據(jù)《史記·秦始皇本記》記載,在秦始皇的墓中就灌入大量的水銀,而這些水銀主要是從硫化汞提煉的。在古埃及墓中曾發(fā)現(xiàn)過一小管水銀(約在公元前15~16世紀)。
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