人类掌握了火的利用后,才开始将矿石冶炼成金属。在中国,铜器最早出现于氏族公社末期,铁器最早出现于春秋后期。金属的出现使人类有了高效的生产工具,从而使农业、工业的发展出现了第一次飞跃。金属具有金属光泽,大多数金属具有延展性,有较大的密度和较高的强度,是热和电的良导体。因此金属具有广泛的用途,如压制成各种器物、拉制成丝、用作导热管和导电线材等。由于金属的化学性质一般比较活泼,因此自然界除极少数不大活泼的金属元素(如金等)是以单质形式存在外,绝大多数金属元素都以化合物的形式隐身在岩石、土壤和海水中。
地壳里各种金属元素的质量分数约占全部元素的1/4,见图1。含量排在前六位的依次是铝、铁、钙、钠、钾、镁,它们存在于土壤、岩石和海水中。铝元素主要以+3价的形式与其他元素结合,如铝土矿(见图2)的主要成分是Al2O3。铁元素主要以+3价和+2价的形式与其他元素结合,如赤铁矿(见图3)的主要成分是Fe2O3。钙元素常以+2价的形式与其他元素结合,如石灰石的主要成分是CaCO3。钠元素都以+1价的形式与其他元素结合,主要存在于海水中,如NaCl。
铜元素多以+2价的形式与其他元素结合,如孔雀石(见图19-4)的主要成分是碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]。
有些金属矿物还是非常美丽的宝石。如红宝石(见图19-5)的主要成分就是Al2O3,因其中含有少量铬(Cr)等元素而呈现漂亮的红色。
我们可以通过冶炼从金属矿物中获得金属。一般是用有较强还原性的物质将金属从它们的化合物中还原出来。例如:
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