地球上的人类自诞生以来每天都呼吸和饮水，但人类直到18世纪才识别出氢气、氧气和氮气。纵观人类文明的发展史，有一些化学元素很早就被人类利用，起到了至关重要的作用。让我们回到几千年前，看一看人类是如何发现和利用它们的。 人们发现金属的过程有两种，其一是偶然从地上捡到一块，条件是该金属可以以单质形式在自然界存在，例如金、银、铜、铁。有些是地球上就有的，如金银铜，而铁是天上掉下来的，为陨铁。另外一种情况完全是偶然，但给了细心的人们主动冶炼金属的可能，其化学原理是具有还原性的碳把金属从化合物中还原出来。古时候，人们往往是偶然地让一块矿石接触了燃着的篝火，里面有燃烧的木材，有大量的碳，然后人们在烤热的矿石上发现了亮晶晶的金属。例如，方铅矿是人类开采的最早的矿石，成分为硫化铅（PbS），它可以在空气中燃烧生成氧化铅，然后碳可以与氧化铅反应，生成铅。所以，当一堆篝火在方铅矿周围点燃，或是人们希望用方铅矿压灭篝火时，都给了人们发现和冶炼金属铅的可能。 对于普遍存在于地球上的金属单质和某些矿物，不同地区、不同民族的人们会不约而同地发现那些最容易被认定的矿石和元素。最开始发现的是两种黄色的金属，一种比重大些，一种比重小些，比重大的叫金，比重小的叫铜。灵长类动物的眼睛对红色有特殊的敏感性，让它们更易于发现绿色叶子中的红色果实。同时，人们也深刻意识到黄色的金和紫红的铜与周围那些色彩灰暗的石头是不同的物质，这是人们发现它们的理由。除了颜色，人们还发现，这两种黄色的物质和木头、石头比起来有一个重要的区别：具有延展性，它们可以被制成不同的形状而不会破碎。铜可以在潮湿的空气中生出铜绿，即碱式碳酸铜，而野外中发现的孔雀石也是绿色，两者虽然具有相同的成分，但不为古人所知。但人们发现在火炭中煅烧孔雀石可以生成铜，同样，还有一些色彩鲜艳的石头也可以用相同的方式生成铜，例如黄铜矿和石青。 第三个元素的发现纯属偶然，就是上述提到的“篝火现金属”，人们把一块四方的灰色石头（方铅矿）投入篝火中，之后竟然发现石头上涌出了液体，液体冷却后变成了一种发蓝的银白色的金属，这就是铅（Pb），和金、铜比起来，铅的熔点非常低，仅有 328摄氏度，这让人们第一次发现了可以加热变成液体的金属，也启动了铸造工艺的发展。而且铅比金和铜要软（莫氏硬度1.5），易于加工。 第四个元素是一种银白色的金属，叫银。汉语中的“银白色”也告诉我们，人们第一个发现的银白色金属是银。虽然地球上银的含量比金高，但银大部分以化合物的形式存在，单质很少，所以不易被发现，这是银在铅之后才被发现的原因。银被发现几千年之后，罗马帝国战士的伤口因银的杀菌功能而更快地愈合；同时，他们的铅制的水管也悲剧地结束了这个帝国的生命。铅因为耐腐蚀的特性被经常制成水管，铅的拉丁文叫plumbum，而Plumber这个英文单词（意思：水管工人）记载了人们不懂铅的毒性时的不幸遭遇，更悲惨的是人们清晰认识了铅的毒性之后的2009年儿童铅中毒事件，发生在华夏文明周朝的首都附近。 第五个元素是铁，地球上单质铁大部分是天上降落的陨铁，它们的样子都像是圆乎乎的黑色石头，人们发现铁是并不知道它们是天上来客，但发现它难于熔化。铁的熔点非常高，1535摄氏度，人们当时无法通过木材自然燃烧产生这么高的温度，无法将铁熔化，只能砸下一块用来切割。铁的高熔点阻碍了人们对铁和铁矿石的了解，铁比铜要坚硬，铁莫氏硬度为4，铜只有3。人们发现，铁比后来人们合成的青铜更柔韧，是非常好的工具和武器材料。当人们可以炼铁的时候，它和马构成了战争的主要工具，改变了时代。中国至今有“金戈铁马”的成语，金戈为青铜兵器，出现在铁马之前，而陆游亦有“铁马冰河入梦来”的诗句。 随着铜的冶炼，人类逐渐认识到了碳：这是人类认识的第一种非金属。当然，人们使用的是烧黑了的树枝和木块，是无意中制造的碳。人们知道碳可以帮助炼铜，也可以帮助合成青铜和黄铜，但人们对原因毫不知情，并不知道是碳的还原性把矿石中的铜、锡、锌还原出来。这时人们也认识了金刚石，但不知道这异常坚硬的石头也是碳，直到18世纪，人们才知道金刚石和碳黑竟是同类。 青铜是铜和锡的合金，但最初人们并不是在炼铜的时候加入了锡，那时还没有锡，只有锡石。或者说，人们偶然加入的锡石让青铜得以诞生。青铜是一种伟大的材料，有两个突出的优点：坚硬而熔点低，这让铸造得以变成可能。锡石（Cassiterite），成分是二氧化锡，坚硬而有树脂光泽，看起来有点像松香。有锡石中练出的金属锡是非常柔软而容易熔化（熔点232摄氏度），人们也很快发现了它。 人类认识第二种非金属是硫，它出现在温泉或火山口，人们逐渐认识到它有杀菌、漂白的功能，硫可以杀菌，治皮肤病，而硫燃烧后生成的二氧化硫可以漂白，至今败类国人还用二氧化硫漂白一次性筷子和馒头。中国人是接触和认识硫比较早的民族，在化学作为理论科学出现之前，黑“一硫二硝三木炭”完全是长期实践才得到的。中国人3世纪时就把硫从硫铁矿中提取出来，硫铁矿是二硫化亚铁，淡金黄色，有金属光泽，看起来象黄金矿。硫铁矿以假乱真，经常当成金子被用于货币支付，小块时重量差别又不明显，试金石这个时候不得不被发明了。不带釉的陶瓷是很好的试金石，可以区分黄铁矿和黄金，金矿划痕金黄色，黄铁矿是绿黑色。 硫的一种化合物全世界到处可见，叫朱砂，是红色的晶体，成分是硫化汞。朱砂一加热就有汞生成，这种有金属光泽的液体被世界各族人民关注而仰慕，它即像水，又像银，故称“水银”，拉丁语叫hydrargyrum，hydra是水，argyrum是银，这说明东西方不约而同地往汞叫“水银”。西方炼金术师一直认为每种金属中都含水银。而《史记秦始皇本纪》中写道：“以水银为百川江河大海”，大家认为水银有益健康，秦始皇就吃了不少，而且至今仍用于劣质的化妆品。朱砂亦有毒，但却很早就作为中药，但很多的民族用它来作为颜料，中国古代称为“丹”。而“青”为石青，又称“蓝铜矿”（azurite）。 “青”字在中国就有蓝、绿、黑紫多种颜色的意思，我们汉语真是太模糊了，或太有内涵了。 以上的化学元素包含了铜、金、铅、银、铁、碳、锡、硫、汞，而金属锌是最后一个未记录发现者的元素。对于最先发现的金属金、银、铜、铁、锡、铅、汞，正好七种，而天上最大的星体也是七种，在西方炼金术中正好一一对应：日月对应金银，铜对金星，铁对火星，汞对水星（英语单词都相同，为mercury），锡对木星，铅对土星。公元前1000年，印度地区人们已经使用了锌。锌和铜的合金成为黄铜。 可见，上述元素的发现均源于单质或含有这种元素的金属矿石，这些金属矿石主要为氧化物或硫化物。如含锡的锡石，为二氧化锡。含铁的赤铁矿（Hematite），成分为三氧化二铁，红色，用于颜料。其英文源于希腊语的血。我小时候买过一小盒水彩，不知道画人皮肤用何种颜色，通常选棕色和赭石，赭石就是含赤铁矿的粘土，按比例不同颜色有不同，红赭石含无水的赤铁矿，黄赭石含水合赤铁矿.还有一种铁矿石叫磁铁矿，magnetite，英文可知于“磁性”相关，主要成分是四氧化三铁，中国又称磁石。中国人民对磁石颇有研究，发现可以吸引铁器，秦始皇用磁石做阿房宫的大门用以发现访客深藏铁器，门曰“却胡”，主要是防备外族人。而中国最早发现磁石的指南北的特性，发明了指南针，做司南的即是这种石头。 （2011年9月2日于北京）