● 鍋與金屬
身體疲乏,略微跛腳,你就這樣回到家中。洗了個澡讓你精神清爽,同時還回想起今天早上學到的關於肥皂和清潔劑的知識。當你從浴室出來時,你有非常好的食欲,毫無疑問,這肯定是因為一天的工作和在公園裏跑步消耗了你大量的精力。妻子和兒子還沒有回家,你決定給他們一個驚喜,準備一頓美味的晚餐。你喜歡做飯,樂在其中。走進廚房,你開始從櫥櫃裏拿出必要的鍋和其他廚具。現在的廚房用具可以由許多材料製成,這要歸功於化學。我們接下來就從製作鍋的金屬(鋼、鋁,有時還有銅,比如祖母給你的那口老鍋)講起。
雖然你並未在意,但冶金學的曆史確實在很大程度上與人類的曆史相吻合。曆史學家將人類史前史劃分為4個時期:石器時代、銅器時代、青銅時代和鐵器時代。每個時期與人們所使用的工具材料都密切相關,其中有3個時期是關於金屬的,這並不是巧合。金屬對人類的重要性不言而喻:最早的鐵匠略施小計,便能夠利用火來提取和加工金屬,他們還成立了僧侶學院來傳承他們的技藝和技法。這種情況在今天的一些非洲部落中仍然存在。此外,希臘神話中的一些神靈也被想象成鐵匠——冶金藝術領域的專家。
在所謂的銅器時代(前4000—前3000),人類認識了第一批金屬,這些金屬當然就是金、銀和銅,我們在自然界中可以找到天然狀態下的它們。人類將發現的金屬通過簡單的錘打和冷加工,製造成珠寶、裝飾品和權力的象征。發現的隨機性、製造物的尺寸有限性以及機械強度的缺乏,使金屬無法實質性地改變這一時期我們祖先的生活條件。對他們來說,石頭仍然是最主要的材料。當人類學會了從礦石中提取銅和錫,並發現將這兩種金屬熔合在一起,可以得到一種機械性能比銅好得多的合金時,情況發生了本質變化:青銅時代(前3000—約前900)由此啟程。從礦石中提取金屬是一種氧化還原反應(見第三章第1節)。金屬化合物中的金屬實際上已經失去了電子,要想獲得自由狀態下的金屬,我們必須得使它們重新獲得失去的電子。第一種被人們使用的還原劑(可能完全是偶然的情況下)是來自木材燃燒後生成的碳。就像在發現新材料和新技術時經常發生的那樣,青銅最初被應用於戰爭。劍和盾牌主要由青銅製成,而銅和石頭在一段時間內仍被用於製造其他工具。由於銅和錫的礦藏很少靠近彼此,因此青銅冶煉催生了物流基礎設施的搭建,促進了商業和文化交流,這深深地改變了當時的社會組織。