
铜的元素符号为cu,元素周期表中的原子序数为29,原子量为63.5。铜原子的质量来自两种天然同位素Cu63和Cu65,它们的相对自然丰富度分别为69.17%和30.83%铜在人类历史的发展过程中起着非常重要的作用。人们可以从自然界存在的铜化合物中冶炼金属铜,在腐蚀过程中,这些铜制品慢慢恢复到原来的矿物形态。
世界上最重要的铜合金是“砷铜,但最经常遇到的铜合金是锡青铜或称为青铜,青铜通常将铅加入到铜和锡的混合物中,在低温下便可熔化,产生一系列化学反应,然后形成铜-锡-铅的三元合金,青铜的这些特性使得产品更易于铸造,也能使铸造品的产量更大。而锡在古代毕竟是相对贵重的金属,这样还会大大降低锡的使用量。
铜的拉丁语“cuprum”源于塞浦路斯金属的aescyprium,以供应罗马时期当地冶炼的铜而闻名。最初在塞浦路斯发现铜,塞浦路斯也在另一种石头chalcitis中也就是铜矿石中也发现了铜。
所以,铜和塞浦路斯的关系一直依靠铜的化学符号Cu来维持。
在古代美索不达米亚神话中也有记载。根据这个传说,有些神生活在地心的最深处,不受天上的神的束缚而阔步前进。这些神的主要神是enmesarra或nindara,是负责与恶魔、怪物和瘟疫作斗争的战争之神。enmesarra是魔界的统治者,他拥有金属和矿场的宝藏。他有铜皮肤,来自产铜的山里。enmesa是夜晚的太阳,在旅程的一半时间里销声匿迹,就像古埃及的太阳神拉拉变成了atum。像太阳一样,enmesarra也准备走出地心,向人类世界散发铜的迷人光彩。
人类使用天然铜的历史至少可以追溯到1万年前,在史前初期有广泛的地理分布。公元前8000年左右,新石器时代的人们开始使用天然金属铜,用铜制成小型装饰品和简单的锋利刀刃。
人类使用天然铜矿的最早的遗物是在土耳其东南部的cayonitepesi尚未使用陶器阶段的新石器时代遗址中发现的,在那里发现了由孔雀石和天然铜构成的距今8750~9250年的珠子。
公元前7000年至8000年,在安纳托利亚和美索不达米亚出土了铜制品,甚至在那之前也有铜制品。
在安纳托利亚的catalhuyik遗址和其他地方发现了最早的冶炼铜的熔炉渣滓。公元前6000年,不知道当时的人们是人们偶然或有意熔炼含砷的铜矿导致了原始的、带有金色和优良硬度的砷铜合金第一次出现,一部分这些早期合金或许来自于熔炼铜-砷混合矿物,如橄榄铜矿或光线石。
真正的铜锡合金是在公元前4000~前3000年之间开始制造,在青铜时代它们被广泛和普遍的制造。锡通常以锡石(SnO,)形式存在对于自然铜的发现及其利用方法,学者们作了如下推测:石器时代晚期,人类用石材制作石器时,寻找自然铜是不难发现,起初可能在他们也自然铜矿石,石材做做工,练的器物,在实践中发现,根据自然铜石头不可比拟的优越性,像石头一样易碎,而是可以像薄。甚至还可以用它做装饰品来美化自己的生活。
这可能是自然洞最初被利用的情况。经过长期的实践和多次实验,人类又认识到,将自然铜加热到一定温度,可以增加铜的可塑性,根据需要将自然铜锻造得复杂一些。直接利用天然铜制造器物的实践,使人们对金属铜的物理性质有了初步的感性认识。
天然铜矿——孔雀石和青铜矿是公元前6000年以来非常重要的颜料,由于这些绿色和蓝色矿物的沉积物相对不足,人们逐渐用人工合成的铜化合物来补充。在公元之前,由于相对缺乏,人们试图在壁画和坟墓中稳定绿色和蓝色的颜料,最后被用于手稿和绘画。在这一过程中,发现了许多含铜化合物和颜料的化学合成技术,如使用碱性碳酸铜,这些技术代代相传。
现在用许多物理方法来分析金属成分及其腐蚀产物。这些方法包括X射线衍射(XRD)、电感合等离子体质谱(ICP-MS)、扫描电子显微镜(SEM)、电子微探针分析(EPMA)、傅立叶转换红外光谱(FTIR)、X射线荧光光谱(XRF)和光学金相学分析,尤其是偏光显微镜(PLM)用来观察铜矿的晶体。
为什么必须鉴定铜合金的腐蚀产物?
第二,腐蚀产物可能保留了器物过去的保存环境以及造成器物部分腐蚀的原因的有关线索。
第三,知道器物中腐蚀产物可以判定器物是否稳定,采取什么保护处理措施可以保护。没有这些知识,直接去除腐蚀生成物,就会失去重要的历史信息和器皿的细致特征,甚至会损坏器皿。
第四,通过对基材的分析,可以也可以判断青铜器的真伪。不论你是如何使用古代方法进行仿造,都会留下现代的痕迹,比如对温度的控制之类的。古代的青铜器多多少少都会因为铸造工艺而有缺陷,这些缺陷即便是几千年之后也不会改变。同时,由于古代的气候环境和现代相差甚远,而且矿石也不一样,所以通过对铜的分析,可以看出铜矿石从何而来,通过化学分析就知道里面有什么杂质,这些都是伪造不出来的。
第五,通过对腐蚀产物的观察,也可以判断器物的真伪。
A.在腐蚀过程中保持了原始外形:B.合金表面由于腐蚀而破坏:C.覆盖有锈层的金属芯金相样品横截面线绘图显示了腐蚀结果在铜合金表面的不同表现青铜的腐蚀是从内到外的,而作假的青铜器只能从外表层上做,或者促使锈蚀快速发生,但这都无法达到青铜腐蚀物从内到外的情况。而且从出土的地区,也可以分析青铜是否为伪造,因为必须满足泡佩克斯图的情况下,青铜才会发生腐蚀真的铜锈仿制铜锈用显微镜可以轻而易举的分辨出青铜器的真伪。
氯化物溶液中金和铜的形态分析很多“伪史派”说青铜器造假之类的,这种东西放在30年前或许行得通,但是在现代的科学手段下,想造假一个青铜器基本上是不可能的。