孙亚飞：化学怎样改变了我们的文明（2）

同时，炼丹术的发展不仅仅局限于药物制作，东晋时期流行服用五石散作为麻醉剂。到了隋唐时期，炼丹术的服务对象从皇帝追求长生不老转变为更多方向，其中一种与炼金术相似，即试图从贱金属中提炼出贵金属。葛洪在他的著作中记载了一种名为石胆的物质，也称为胆汁，实际上是铜的一些可溶性盐，主要是硫酸铜，其结晶体至今仍被称为胆矾。

硫酸铜溶于水后形成的绿色液体称为胆水或胆汁。将胆水涂在铁上，铁表面会变成铜。这就是炼金术的目的之一，即从贱金属变为贵金属。虽然铜不是最贵的金属，但比铁值钱。这个反应可以用现代化学术语解释：铁和铜的金属活动性不同，活动性越高，越难以金属形式存在，更容易与其他物质反应，如氧气或水，形成氧化物或盐。铜的金属活动性不如铁，因此铁不易以金属形式存在，而铜相对容易。当铁金属与含铜盐接触时会发生置换反应，得到铜和含铁的盐。

早在东汉时期，由于商品经济的发展和铜的短缺，出现了铁五铢这种货币。虽然铁五铢在当时并未广泛使用，但在唐朝藩镇割据时期，各个地方开始用铁制作货币以次充好，尤其在缺铁的地方，如四川等地盛行铁币。到了北宋初期，流通中的铜币严重不足，人们需要用大量的铁币购买物品，甚至一匹布就需要上百斤的铁币。这些情况在史书中都有记载。

在宋哲宗时期，上饶地区的张甲发明了一种高效的方法，让铁与硫酸铜反应并回收铜。这种方法利用了无法回收的矿尾渣，因为铜矿氧化后会产生大量硫酸铜。这种置换法使铜的生产成本降低，同时由于炼铁技术的进步，有更多的铁可以用来生产铜。这个简单的化学反应是湿法炼铜，它在古代就已经被发现并应用。宋朝时期，由于缺铜问题严重，人们开始尝试用铁和硫酸铜反应来获取铜。虽然这种方法能解决一些问题，但并不能完全替代铜的地位，因为其他元素无法完全替代铜的功能或在市场上交易。

明朝时期，由于国际贸易的发展，大量白银的流入一定程度上缓解了“铜荒”问题。然而，明朝海上贸易并未持续太久，清朝时这个问题更加严重。虽然通过丝绸之路和瓷器贸易换回了一些银子，但最终还是因对外战争而输出出去。这表明改变钱币金属并不能解决货币体系的问题。

现代货币体系中，我们主要使用电子转账进行交易。在电子转账之前，纸币是主要的货币形式。与铜币相比，纸币的价值并不是基于其材料价值，而是由国家信用作为保障。铜币的钱荒问题主要是因为铜的价格与其作为货币的价值相等，如果铜价偏高，人们会将铜回收用于制作器物，导致铜的流通不畅，进而推高铜价，形成恶性循环，这种货币制度难以持续。而纸币是利用国家信用作为保障，具有难以伪造的特性。古代四川地区由于缺铜发明了世界上第一种纸币——交子，但由于当时防伪技术不足未能流传下来。现代有了手机支付等新型支付方式，通过国家层面的信任解决了“铜荒”问题。

所以，化学与人类文明有着紧密的联系，铜元素和货币的故事就是一个例子。尽管古代人们可能还不理解化学是什么，但他们已经在利用这些知识解决问题。今天，我们仍然需要这些知识来解决各种问题。

化学虽然被一些人认为是夕阳学科，但其一直在为人类服务。未来元素如钛、铌、铼和钼等在材料领域将发挥重要作用。例如，钼可能成为芯片的原材料，并且已经有科学家成功制造出以二硫化钼为材料的电脑。

还有钛，它也被认为是未来元素的代表，是因为它在多个领域都有广泛应用。比如，在航空工业中，由于其比钢铁轻，常被用于制造飞机；在太空探索中，钛合金也因其性能稳定，而且在月球表面温度大幅度变化的情况下仍保持良好的形状和性能，被用于保护镜片等部位。钛合金因其防腐蚀和高强度的特性，在深海探索中也起着重要作用。无论是早期的蛟龙号还是现在的奋斗者号，它们的主要外壳都采用了钛合金材料，以抵抗海底高压和海水腐蚀的影响。

钛合金在医学上的应用越来越广泛，尤其是用于关节置换。与其他材料相比，钛合金不会引发免疫反应，从而降低了排异风险。此外，3D打印技术可以精确制造出与原有关节几乎完全匹配的人造关节，使用起来非常舒适自然。这些特性使钛合金成为一种具有未来感的元素。

还有关于国家大剧院的故事。国家大剧院的建设过程长达9年，从1998年开始立项，到2007年竣工。在这个过程中，国内外许多顶级设计师都参与了竞争，最终法国设计师安德鲁成功中标。他的设计方案是一个非常高大的穹顶，内部分为三个部分。这个设计虽然在当时受到争议，但设计师考虑了保温和空间感等需求，使得建成后的国家大剧院层次丰富，给人留下深刻印象。

国家大剧院的建设过程中就采用了钛合金材料，三分之二的部分没有使用玻璃覆盖而是用金属包裹。钛合金具有良好的保温效果和抗腐蚀性，可以防止氧气进一步侵害钛合金表面。二氧化钛在钛合金表面形成薄膜，除了起保护作用外，还能使光线照射产生漫反射效果，与不锈钢不同，不会造成明显的镜面反射。

国家大剧院的建设选择使用钛合金作为建筑材料，这一决定在中国掀起了钛合金热潮，许多建筑和民用品开始寻求使用钛合金作为原材料。当时中国的钛合金生产技术并不先进，许多钛合金产品需要进口。但是通过国家大剧院选择钛合金板的宣传，中国钛合金产业得到了发展，并逐渐在民用市场上得到应用。中国的一些地方，如宝鸡、攀枝花等地拥有钛矿或钛生产加工基础，为钛合金产业的发展提供了有利条件。经过短短几年的发展，中国的钛合金产业已经取得显著进步。