发现新材料：金属冶炼中的创新思维

蒸汽机被认为是带动18世纪第一次工业革命的技术，然而在谈蒸汽机之前，必须先谈谈它的先驱技术——冶金和轮轴。

在人类文明发展的过程里，新材料的发现和使用往往扮演里程碑的角色，动物的骨头、牙齿和皮毛，或是树枝、树叶等都被用来做工具、武器和蔽体的衣物。

2009年6月，考古学家在湖南玉蟾岩发现目前最古老的陶器，距今14，000至21，000年，使用陶制器皿来盛装储存食物是人类从游牧向定居转变的一项证据。2，000年以前东汉蔡伦发明造纸技术，20世纪初期塑胶材料的开发，也都是在材料方面突破性、颠覆性的进展。

至于金属冶炼呢？人类在公元前8，000年左右，已经发现从矿石里提炼金属的方法。矿石本就是含有金属的化学物质，通常是氧化物或者硫化物，例如铜矿就是氧化铜（CuO）和硫化铜（CuS2），铁矿就是氧化铁（Fe2O3）等。冶金就是经由化学过程将铜、铁和氧或硫分开来，这个过程需要用别的化学物质帮忙，此化学物质称为还原物质（Reducing Substance），冶炼铜和铁通常用碳和氧做还原物质。例如：

2Fe2O3+3C→4Fe+3CO2

两个氧化铁分子加上三个碳原子，会变成四个铁原子和三个二氧化碳分子，这里的碳扮演还原物质的角色。又例如：

2CuS2+5O2→2CuO+4SO2(www.xing528.com)

这里用氧气做还原物质，将硫化铜变成氧化铜CuO，二氧化硫SO2就是连带排出的废气；接下来再把氧化铜冶炼成纯铜：

2CuO+C→2Cu+CO2

这里用碳做还原物质，将氧化铜变成纯铜Cu和废气CO2。

老祖先在公元前七八千年就懂得那么多的化学知识，就是在科学里先由实验或经验得到结果，再回过头来把基本的原理找出来的好例子。古时候冶金用的木炭和空气，就在不知不觉中扮演了还原物的角色。

早在公元前六七千年，人类已经发现了如何冶金，最早被冶炼的金属是锡和铅，而铜的冶炼大约在公元前3，500年，那就是青铜器时代的开始。铁的冶炼大约在公元前1，200年，此时才终于开启了铁器时代。锡、铅、铜、铁在历史上被冶炼的先后次序，有一个很合理的解释——熔点温度：锡大约是230℃，铅是300℃，铜是900℃—1，000℃，铁是1，500℃。在人类文明进化的过程中，建造高温度熔炉的技术是逐渐提升的，用木柴生火到达的温度就可以熔化锡，所以锡的冶炼是最早发现的。

大家都知道，锡、铅、铜、铁等金属的应用广泛，特别是若没有铜和铁，蒸汽机以及接下来的火车、轮船的发明恐怕都不可能实现了。