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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 [:1700541958]
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 陶瓷的诞生
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那么，世界上最早的陶瓷——素陶是什么时候诞生的呢？据资料显示，目前世界上最古老的素陶发现于中国湖南省，距今约1.8万年。而日本也在太平山遗址（青森县）发掘出了距今1.6万年的绳纹素陶。可以说，东方使用素陶的历史要比埃及和美索不达米亚文明更加久远。
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加水揉制黏土，晾干后放入火中烧制，就可以变成坚硬、牢固的材料，所以说只要有了火，人类发明素陶是迟早的事情。至于人类何时开始使用火，目前有许多不同看法，但是至少可以追溯到20万年以前。按照常理来说，使用火的历史如此久远，人类使用陶器的历史也应该更长才对。对于这个疑问，目前也没有明确的答案。
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有些观点认为，日本的陶器使用历史可以追溯到冰河期的末期。在那个时代，人类可以轻易收获大量橡子之类的食材，而人类制作陶器的目的就是通过水煮去掉橡子的苦涩成分。这样一来，人类就可以获得可靠的食物来源，而不必去追随猎物四处迁徙。到底是人类开始定居才催生了容器，还是容器的发明导致人类开始定居，目前尚无定论。无论因果如何，进入定居的时代是人类历史的重大转折点，这与陶器的问世是密不可分的。
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很快，人类就根据用途开发出多种多样的陶器，代表陶器的汉字有“壶”“碗”“瓶”“罐”“瓮”“甑”“杯”“鬲”等，种类繁多，令人讶异。从中我们可以一窥古人对陶器的重视程度与严谨的分类。古人利用这些形状各异的容器进行水、食物的处理、保存，从而获得了安全卫生的食物、杜绝了传染病的蔓延。可以说，使用陶器是人类走向繁荣的重要条件。
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绳纹文化中期的陶器
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 陶器为何如此坚硬？
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揉制过的黏土经过曝晒干燥后具有一定的强度，可以制成泥砖，用这种泥砖搭建的房子在中东及北非等地颇为常见。但是，泥砖遇到水就会变软，只能在气候干燥的地区使用，在其他地区就无法使用了。仅仅经过曝晒制成的泥壶之类的容器，遇到水的时候也会变成一堆烂泥，所以无法应用于生活中。只有经过高温烧制之后，泥制器皿才会变成具有实用性的陶器。
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泥砖建筑物
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为什么泥土器皿经过高温烧制之后就会变成高强度、不怕水的陶器呢？简而言之，在高温环境下，黏土内部发生了化学反应，原子之间相互联结形成了新的分子。
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黏土内部充满了各种矿物质的细小结晶，这些细小结晶内部包含着黏土的单个粒子，主要成分是硅和铝等携带正电的原子，与携带负电的氧原子相互交错，形成类似脚手架般牢固的网状结构。
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但是，结晶与结晶表面的原子并未相互联结，它们在遇到水分子的时候就会与其中的氢原子结合。不规则的小晶体也会与附近的原子组成不稳定的结合体，好像生怕落了单似的。这些表面原子仿佛一直在等待时机寻找合适的原子，随时与之形成和晶体内部结构相似的构造。
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高温烧制就相当于“撮合”这些孤立的表面原子，高温使原子活动更加频繁，促使原子反复与周边原子结合。原本在水与揉制的作用下形成的黏土，内部的细小结晶相互之间紧密排列。而高温提高了表面原子的振动频率，形成小结晶之间的原子共价键，从而使整体结构更加牢固，这就是陶器的强度远超黏土的秘密。
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陶器可以历经几千年时光而不改变自身的形状，更不会重新变回黏土。人类的祖先花费精力烧制的陶器，到了今天依旧保持着当时的风采，这多亏原子之间形成了牢固的层状结构。
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 [:1700541960]
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 制陶与环境破坏
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这种以黏土为原料经过低温烧制的产品一般被称为素陶，日本的绳纹土陶和弥生土陶均属素陶。中国的古人开发出水簸法，这是利用水中不同物质沉降速度不同的特性，分离出相同颗粒的黏土。这种极为先进的黏土精制技术，可以挑选出适合烧制陶瓷的材料。
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中国最著名的陶制品就是秦始皇陵兵马俑，这些深埋于地下的陶俑战士身高超过180厘米，达8 000多尊，浑身涂满颜料，呈现出鲜艳的色彩。此外，秦始皇陵内还有用水银填满的江河湖泊，可以说那是一座陶器构成的地下都市。这些工艺精巧、技法细致的陶器令人对2 000多年前精湛的技术水准叹为观止。
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