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在写《大英帝国崛起与第一次工业革命》时，我在整理资料时发现自然界中的各种金属元素对整个人类社会的发展有着极其深厚的影响，就把这些信息重新整理成了这篇文章，和大家一起分享一下。
有关人类文明的发展史，有几个我们经常听到的词汇：石器时代，青铜时代，铁器时代，这几个时代的定义就是根据人类当时所能掌握的工具、材料进行分类的。
在距今大概有300万年的原始社会，人类为了能够好好活着，需要防范大自然同一时期的其他大型食肉动物，学会了利用石头来制作工具，这就是我们常说的石器时代。在大约100万年前，人类祖先开始学会了使用火，点中了烧烤技能。从此拥有了征服大自然的重要工具，火焰不仅可以防范其他野兽，被火加工之后的熟食吃起来也更加好吃、更容易被消化，这在另一方面加速了人类智力的进化。
那个时候人类是没有任何容器的，只能把一些泥土与水掺和后制成各种形状的器物，放在太阳下晒干，然后把这些干泥巴当做容器，用来煮肉汤。
早期人类陶器时代
但是很快人类在使用火的过程中，发现一些泥土被烧制后，会变得异常坚固，于是人类就把这种方法用在了生活当中，做出了各种各样的容器：碗、罐，就是人类社会早期的陶器。
在距今4-5千年前，世界各国的制陶工艺逐渐成熟，现在考古发现的大多数陶器基本处于这一时期。
制备陶器需要用到泥土，而泥土中含有着大量的金属元素，随着人类烧制陶器技术的进步，意外地发现烧灼后的某些陶器表面，会附带着一种具有神秘光泽的金属物质，这就是人类最早发现的金属--铜。
其实在铜之前，人类已经接触到了一些其他金属了，比如说金，铂。这些金属材料都是以单质形式存在于大自然的，只不过这些金属非常稀少，无法被用来大量使用，即使被发现了，也会被忽略掉。但是铜不一样，铜的熔点是1083℃，人类烧制陶器用到木材，燃烧的火焰焰心温度在700℃左右，外焰可达1200℃，这个温度已经足够熔化铜。
同时人类还注意到，高温下的铜有着很强的可塑性，比石头、陶器更容易成型，做成工具后的硬度也很高，实用性远超陶器，于是早期各个部落的人类开始研究起了铜的冶炼。
青铜制造的器皿
当时人类的冶炼技术比较落后，所以制得的铜器纯度不高，总是会含有各种杂质，比如大家经常听到的青铜就是大约90%的铜和10%的锡的合金，但这也是一个巨大的进步，因为青铜的强度和刚度都比较好，早期十分适合被用来做各种容器，很快就被人类大量地应用在生活之中：古代各种祭祀物品、鼎、酒杯、以及一些早期的兵器，人类就此正式进入青铜时代。
铜这个玩意，大家都清楚，用来做容器还行，但是用来做兵器嘛，实用性就差了那么一点点。随着人类社会的发展，早期的一些部落不断地发展、壮大。为了争抢更多的地盘、资源，部落之间自然就少不了爆发一些矛盾和冲突，这个时候铜作为武器，硬度不足的弱点就暴露出来了。于是为了提高自己的武力值，人类很快又开始研究起了新的金属--铁。
其实人类一直都知道铁的存在。地球在宇宙中运行时，偶尔会从天上降下正义陨石，而陨石之中有一类就是铁陨石，那个时候人类就发现这种黑黑的石头坚硬无比，适合用来做武器。问题在于这玩意太稀少了，就跟金子似的，属于奢侈品，只供贵族使用。平民总不能天天等着它从天上掉下来吧？
但是好在铁矿石的还原温度在1200℃，铁的熔点只有1150℃，其实和铜差距都不大。人们很快就发现在炼铜的过程中，偶尔会在炉渣中发现被还原的铁，而且都是出现在在局部高温区，于是就有人意识到了炼铁比炼铜需要更高的温度。人类开始改良熔炉，来让它达到更高的温度，终于突破了工艺上的瓶颈，成功炼出了铁。
用铁制作的武器
炼铁的工艺大概在公元前1000年左右成熟，与铜相比，铁拥有更好的硬度，用来做武器简直不要太合适，同时因为地壳中蕴含着大量的铁矿石，很快铁的适用性就超过了铜，人类正式进入铁器时代。铁器时代似乎也是对世界各地文明的一次大考，进入铁器时代的文明基本延续了下来，
而其他的，比如大家所熟知的玛雅文明，曾经创造出了绚烂的文化，但却最终灭亡。有一种说法就是可能因为他们那没有过多的铜铁矿，所以他们从始至终一直在用石器。所以他们在石器方面的成就很突出，但却一直没有进入铜器、铁器时代，结果造成了文明的悲剧。（所以红色警戒开局占矿很重要！）
这里补充一个小知识：我们很少见到真正的纯铁，大家记忆中的铁其实是一种合金（金属与其他物质的混合物）。
早期人类是无法炼出纯铁的，因为古人在炼铁的过程中要用到大量的木炭，木炭会和铁发生氧化还原反应，不可避免地被残留在铁中。
真正的纯铁柔韧性特别好，本来这种材料是不能提供人类需要的强度的，但是偏偏幸运的是，古人炼出的铁或多或少都含有杂质，碳含量大概在2%-4%之间。碳的加入让铁有了一定的强度，可以作为工具与材料，可谓歪打正着。
而且渐渐地人们发现，对铁进行反复锻造后，它的韧性和强度都能得到明显增强，于是一种新的合金被制造了出来：钢。
现代社会被打量使用的钢筋
从元素组成来说，钢与合金铁一样，都是由铁和碳组成，只不过钢的碳含量要求在0.02%-2%之间，远低于铁。碳含量越高，钢材越硬，碳含量越低，钢材韧性越好，人类很快就利用钢的这一特性，变动含碳量，得到了不同力学性能的产品：管道、设备主体、建筑材料，简直就是万金油一般的存在。而且钢材非常便宜，不同于铜，银，金等稀有金属，铁矿是相当常见的，因此钢也就成为了人类发现的最完美的材料。
到了18世纪中期，人类掌握了大规模炼钢的方法，随后发现在钢材的炼制过程中添加其他元素，可以改变其性能，比如不锈钢就是加入了铬，能在钢表面生成一层含有铬氧化物的保护膜，这层膜薄且致密，可以有效地抵抗空气中氧气与水分对钢材的腐蚀。类似于这种，钢的实用性不断被提升，最终正式成为了新时期的主流金属材料。
但是钢材还是有有一些短板的，比如密度太大。于是为了满足新的需求，人类开始找寻更多的金属元素来替代钢在某些领域的作用。没错，就是铝。
铝作为地壳中含量最高的金属，但却因为化学性质活泼，容易被氧气氧化，所以一直没有被人类发现并使用。到了1808年，人类在发现明矾之后，才认识到了铝的存在。并在1886年通过电解熔融的方法第一次制得了金属铝，为其以后大规模生产铝奠定了基础。
铝合金板
铝的制作工艺虽然非常麻烦，但它的一些特性却是很突出的：
耐腐蚀性比较好，远好于碳钢，不容易生锈；
重量轻，相同体积的材料，铁的重量是铝的2.5倍，在对重量要求比较高的环境下，比如说航天领域，铝合金明显比钢铁更好用；
硬度低，延展性好，易于加工，可以做成各种各样的精密零件。
而且自然界中铝的分布非常广泛的，在地球元素中的含量中排第三，比铁还多，非常多的矿物都含铝。人类在掌握了电解铝工艺后，铝的成本比钢铁又下降了很多。直到今天，各种铝制品对我们的生活产生了形形色色的影响。
尾声
人类社会从诞生之日起，与大自然界的金属家族就产生了紧紧久久的牵绊。每一次人类社会的进化，总是少不了铜、铁、钢、铝这些元素的发现与使用。在这个过程中，资源储量和科学技术永远是对新事物影响最大的两个因素，而后者的影响要远远大于前者。
不禁感慨一句：科技是第一生产力啊！
（全文完，谢谢观看，图片来自网络）
