青铜国宝火了，那青铜又是什么“铜”？
提要：走近青铜国宝，探寻那些关于青铜的故事……
随着央视综艺《国家宝藏》的热播，那些躺在博物馆的青铜国宝火了起来。
千年不腐而又锋利无比的越王勾践剑，演绎了一个关于青铜文明的千年传奇；肃穆凝重而又活泼可爱的妇好鴞尊，则浓缩了一个女将军的传奇人生；纹饰精美而又寓意深刻的云纹铜禁，则向世人宣告古代中国的失蜡法工艺是领先于世界的……
然而，人们不禁会问，都说青铜国宝，那青铜又是什么“铜”呢？
越王勾践剑，春秋晚期越国青铜器，国家一级文物，1965年冬天出土于湖北省荆州市江陵县望山楚墓群中。现存于湖北省博物馆。（网络图）
青铜国宝，青铜可是纯铜？
据考证，铜是人类利用化学方法取得的最古老金属之一。1933年，科学家在河南省安阳县的殷墟挖掘中发现了我国古代冶炼铜的遗址，其中就有18.8千克的孔雀石。
孔雀石是一种含铜的碳酸盐矿物，化学式为 Cu2(OH)2CO3，因其颜色酷似孔雀羽毛上斑点的绿色而得名。孔雀石中的碳酸盐在高温条件下，经分解和还原就可以制得金属铜了。
这种金属铜就是我们通常所说的纯铜。由于纯铜的颜色为紫红色，因此又名紫铜、赤铜、红铜等。
第29号 化学元素——铜（网络图）
据悉，铜在地壳中的含量并不大，大概不超过0.01%。但是，含铜的矿石还真是不少，如黄铜矿﹑辉铜矿﹑黝铜矿﹑蓝铜矿﹑孔雀石等。中国开采的主要是黄铜矿（铜与硫、铁的化合物），其次是辉铜矿和斑铜矿。
既然我国在很早之前就掌握了纯铜的生产技术了，那么为什么商周时期的青铜器不用纯铜铸造呢？
《天工开物》中的炼铜炉（网络图）
原来，人们在使用了一段时间的纯铜器件之后，发现了纯铜的一些弊端。因为纯铜的质地比较软，非常容易弯曲，所以铸造刀剑、工具及器物是不用纯铜的。
上下求索，拥抱青铜文明
商周时代是我国青铜器的鼎盛时期，青铜冶炼和制造已经达到了炉火纯青的境界。
我国古代冶金技术的进步，凝聚了我国古代劳动人民的智慧。我国大约在四、五千年之前就开始利用纯铜了，并有了初始的青铜冶炼技术。
其实，我们的祖先为了解决铜质工具或器物柔韧有余、硬度不足的问题，进行了极其漫长的探索。
云纹铜禁系春秋时期青铜器物，1978年出土于河南淅川下寺。这是我国目前发现体积最大、时间最早的失蜡法铸件，因此是我国冶金史上的一个里程碑。（网络图）
人们发现，铜锡合金的质地要比纯铜坚硬得多，因此制成的工具和武器也就锋利多了。在历史上，人们把这种铜锡合金（也可以含有铅）叫做青铜，或者叫锡青铜，以区别于其他的特种青铜。
目前，我国已知最早的青铜制品是1975年在甘肃东乡林家马家窑文化遗址中出土的一件青铜刀。这是我国进入青铜时代的标志之一。我国长达十六个世纪的青铜时代，创造了举世瞩目的“青铜文明”。
越王勾践剑是我国青铜时代的巅峰之作，留给后世很多谜团。1977年，有关部门对越王勾践剑的合金成分进行了无损检测，结果发现其中除了铜之外还有较高的锡含量。
铜锡之约，铸就千古佳缘
在铁器出现之前，我国曾有过一个大规模使用青铜器物的时期，在历史上被称为 “青铜时代”。在这其中，锡扮演了极其重要的角色。然而，锡作为一种既怕冷又怕热的金属，它又是如何赋予青铜器物以强大生命力的呢？
下面我们就来看看锡的有关资料吧。锡在自然界是以锡石矿物的形式存在的，锡石的主要成分为二氧化锡，在高温条件下用碳还原可以制得金属锡。
锡是一种银白色的金属，在常温下不易被氧化，常保持银闪闪的光泽。用锡制成的锡器，具有“色如银、亮如镜、声如磬”的特点。但它是一种既怕冷又怕热的金属，在不同的温度下，锡的形态完全不同。
锡在13.2℃～161℃的温度范围内性质最稳定，叫做“白锡”。当温度下降到13.2℃以下时，锡会逐渐变成煤灰般松散的粉末，叫做“灰锡”。当温度超过161℃时，它又会转变成具有斜方晶系晶体结构的斜方锡，一敲就碎，展性很差，叫做“脆锡”。
就是这样一种十分娇气的金属，却在青铜中发挥了非同寻常的作用。对于青铜合金来说，锡的加入可大幅度提高合金的弹性、强度、硬度等，同时赋予材料更多的优良性能，如冲击时不产生火花，具有良好的减摩性、抗磁性及低温韧性。同时，青铜合金在大气和海水中具有很高的化学稳定性。
至于我国何时开始生产纯锡尚不得而知，但从先秦一墓葬器物中发现的一件含锡99%的锡鱼来看，则说明至少在西周时期我国就已掌握了冶锡技术。
那么，古人在配制锡青铜时是如何添加锡的呢？可能的方式有三种，一种是把金属锡和金属铜一起熔化；二是把金属铜加到锡矿石中共热；三是把铜矿石和锡矿石（或者铜锡共生矿）一起冶炼。
炼锡炉（图片见水印）
有人认为，人类最早使用的锡青铜可能是由混有铜和锡的矿石直接冶炼取得的，如黄锡矿和铜锡石就同时含有铜和锡。但是，后来在生产中如何加锡就可能是据需而为了。
铜锡合金，为何叫做青铜？
青铜制品乃铜锡合金所制，那为什么铜锡合金被冠以青铜称号呢？纯铜的颜色为紫红，纯锡的颜色为银白，而铜锡合金的颜色一般呈青灰色，因此得名“青铜”。
其实，青铜的颜色也会因锡的含量不同而存在差异。随着锡含量的增大，青铜的颜色依次出现红、橘黄、黄、浅黄、银灰等颜色。
越王勾践剑黄白色复原图（网络图）
青铜器表面发生锈蚀时颜色也会发生变化，一般轻度的表面锈蚀呈现最多的为青黑色。
铜的颜色多变，不同的铜化合物具有不同的颜色，不同的铜合金也具有不同的颜色，因此可以通过颜色来判断铜的存在状态或合金的成分。
你听说过白铜吗？它可是一种很漂亮的材料呀，公元前一世纪我国就知道制造白铜了。在我国古代通常用白铜装饰器具，看起来银光闪闪的，而且不容易生铜绿。那么，白铜为何物呢？原来，白铜就是铜镍合金。
我们通常所说的“黄铜”，其实并不是真正的纯铜，而是一种铜锌合金。铜锌合金因色黄而得名黄铜，在古代大多用来制作乐器，敲起来的音响非常好听。但由于含锌量的不同，黄铜的颜色也有所不同。工业上所用的黄铜大多含锌量在45％以下，所以常见的黄铜大都是黄色的。
传世经典，君可知《考工记》？
由金属铜与锡制成的青铜，是一种具有金属特性的物质，但具有不同于金属铜和金属锡的新的物理化学性能。
比如，青铜的熔点比纯铜低，硬度却比纯铜高。那么，铸造青铜器在铜、锡比例上是否也有某些说法呢？
关于这个问题，我们可以从《考工记》中找到一些线索。那么，《考工记》为何方圣典呢？原来，《考工记》是我国古代一部重要的科学技术文献，记述了齐国关于手工业各个工种的设计规范和制造工艺。
妇好鸮尊为商朝晚期青铜器物，1976年出土于河南殷墟宫殿宗庙遗址妇好墓。这是我国发现最早的鸟形酒尊之一，采用猫头鹰的造型自然是让其成为“战神”的象征。（网络图）
《考工记》中记载了“六齐”配方，因此是一本生产技术的档案。该书主体内容编纂于春秋末至战国初，部分内容补于战国中晚期。
那么，什么是“六齐”呢？原来，“六齐”也被称为“六剂”，分别为钟鼎之剂、斧斤之剂、戈戟之剂、大刃之剂、杀矢之剂和鉴燧之剂。
《考工记》中记载了六种器物的合金成分配比
用现在的白话来讲，“六齐”配方分别是指铸造钟鼎、生产工具、戈戟兵器、刀剑兵器、箭簇以及铸造铜镜（或阳燧）的合金配方。这是世界上最早的一份关于青铜合金配比的技术文献。
炉火纯青，科学价值何在？
在我国，有一个成语叫做“炉火纯青”，比喻功夫达到了纯熟的程度。那么，你知道这个成语的来历吗？有人认为，“炉火纯青”就来源于青铜冶炼。
《考工记》记载：“凡铸金之状，金与锡，黑浊之气竭，黄白次之，黄白之气竭，青白次之，青白之气竭，青气次之，然后可铸也。”其实，这段话讲的是铜锡矿石在冶炼过程中发生的化学变化。
古代匠师铸造青铜器（截图）
《考工记》中的“金”指的是“铜”。在熔炼矿石时，借助高温去除矿石中的杂质，是一个逐渐反应的化学过程。矿石原料中的木炭、树枝等物质最先反应燃烧，烟气为黑色；接着矿石原料中的硫化物开始燃烧，烟气为黄白色；再往后矿石原料中的氧化物开始燃烧，烟气为青白色；最后烟气就会呈青色了。
这里的烟气呈青色，就是所谓的“炉火纯青”了。“炉火纯青”表示矿石原料中的杂质已基本去除，可以用于铸造了。在古代，没有测量温度的仪器，也没有检测分析手段，全凭实践经验进行操作。其中对于火候的观察就是一个诀窍，以此来判断熔炼是否成熟。
从现代科学的角度来讲，古人观察火候的方法是具有一定科学道理的。矿石原料在加热过程中会发生一系列的物理化学反应，诸如某些物质的分解、化合以及蒸发等过程，一般会产生不同颜色的气体，以此来判断熔炼是否成熟。不过，这不是任何人都能做到的，只有经验丰富的匠师才能达到这样的境界。
走近青铜国宝，既是一次阅读，一次聆听；更是一次探寻，一次升华！
参考文献
【1】陈建立.《中国金属冶铸文明新探》[M]，科学出版社，2014年版。
【2】华觉明.《中国古代金属技术》[M]，大象出版社，1999年版。
【3】李先登.《商周青铜文化》[M]，商务印书馆，1997年版。
【4】金秋鹏.《中国古代科技史话》[M]，商务印书馆，1997年版。
【5】光明日报.陈振裕.《越王勾践青铜剑发现记》，光明网，2016-04-07。
【6】湖北日报 海冰等.《湖北：80后博士揭开“天下第一剑”千年不锈之谜》，湖北日报网，2017-12-17。
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