Когда и какой металл начали обрабатывать люди. История металлургии. Применение и виды изделий

Первыми металлами, с которыми люди научились обращаться, стали медь и золото. Причиной этому послужил тот факт, что и медь, и золото встречаются в природе не только в рудах, но и в чистом виде. Люди находили целые самородки золота и куски меди и при помощи молотка придавали им нужную форму. Причем металлы эти не нужно было даже плавить. И хотя нам до сих пор неизвестно точно, когда люди научились использовать металлы, но ученые могут поручиться за то, что человек впервые применил медь примерно в пятом тысячелетии, а золото - не позже четвертого тысячелетия до нашей эры.

Приблизительно в третьем тысячелетии до нашей эры люди открыли некоторые из наиболее важных свойств металлов. К тому времени человек уже познакомился с серебром и свинцом, но чаще всего использовал по-прежнему медь, главным образом из-за прочности, да и, пожалуй, еще потому, что медь встречалась в изобилии.

Начав работать с металлами, люди научились придавать им нужные формы и делать из них посуду, инструменты, оружие. Но как только человек познакомился с металлами, он не мог не обратить внимание на их полезные свойства. Если металл нагреть, он становится мягче, а если потом вновь остудить, он снова твердеет. Человек научился лить, варить и плавить металлы. Помимо этого, люди узнали, как можно добывать металлы из руд, ведь те значительно чаще встречаются в природе, чем самородки.

Позднее человек открыл олово, а научившись смешивать, плавить медь и олово, начал делать бронзу. В период с 3500 до примерно 1200 года до нашей эры бронза стала основным материалом, из которого изготавливали оружие и орудия труда. Этот период человеческой истории называется бронзовым веком.

Находя упавшие на нашу Землю метеориты, люди узнали о железе - причем задолго до того, как они научились получать его из земных руд. Приблизительно в 1200 году до нашей эры человек перешагнул и этот барьер - научился плавить железо. Умение это быстро распространилось по всему миру. Железо заменило медь практически во всех областях. Это стало началом следующего, железного века. Кстати, во времена могущества Римской империи людям были известны золото, медь, серебро, олово, железо, свинец и ртуть.

Когда впервые начали применять металл?

Около 6000 лет назад человек жил в каменном веке. Он назван так потому, что основная часть орудий труда и охоты была сделана из камня. Человек еще не научился делать их из металла.

Вероятнее всего, первыми металлами, которые человек начал использовать, были медь и золото. Причина в том, что эти металлы в природе существовали как в чистом виде, так и в составе руды. Человек находил самородки меди и золота и мог придавать им различную форму без плавления. Мы не можем сказать точно, когда человек открыл для себя эти металлы, но известно, что медь начали использовать на рубеже пятого тысячелетия до нашей эры. Незадолго до наступления четвертого тысячелетия до нашей эры начали использовать и золото.

К третьему тысячелетию до нашей эры человек уже многому научился в работе с металлом.

К этому времени были также обнаружены серебро и свинец, но тем не менее в большинстве случаев медь была наиболее часто используемым металлом в силу своей прочности и распространенности.

Сначала человек научился выковывать из металла полезные ему вещи — посуду, инструменты и оружие. В процессе ковки металла он обнаружил процесс закаливания, плавки, литья и выплавки. Он также научился получать медь из руды, которой было больше, чем самородков. Позднее человек обнаружил олово и научился смешивать его с медью — получалась более твердая бронза. Приблизительно с 3500 по 1200 год до нашей эры бронза была самым важным материалом для изготовления инструментов и оружия. Этот период назван бронзовым веком.

Человек узнал о существовании железа, находя метеориты задолго до того, как он открыл, как выплавлять его из руды. К 1200 году до нашей эры человек научился обрабатывать железо, и его навыки передавались из поколения в поколение. Железо во многом заменило бронзу. Это было началом железного века.

Ко времени появления Римской империи человеку были известны семь металлов: золото, медь, серебро, свинец, олово, железо и ртуть.

Когда появились первые пилы?

Историки же относят появление пилы к бронзовому веку, когда люди научились обрабатывать металл. Возможно это и так. Главным вопросом, было строительство кораблей. Все первые корабли были деревянными. Чтобы построить корабль - нужны доски. И только доски. Из круглых стволов корабль построить невозможно. Топором из ствола доску не вытешешь, а если и вытешешь, то это очень трудоемкий процесс. Но, как мы знаем, корабли были сильно распространены в Древней Греции. Они, их флот, стал основой древнегреческой колонизации всего Средиземноморья. Греки строили много кораблей, значит, было нужно много досок. Стало быть, пилы тогда были. В Древней Греции уже вполне пользовались железным и стальным инструментом. Раз мечи и топоры были, стало быть, могли быть и пилы.

Вопрос - какие? Скорее всего, это были пилы типа ножовок, то есть просто длинные зазубренные ножи. И как вариант их развития - пилы двуручные, для разделки объёмных стволов. Как выглядели старинные лесопилки можно увидеть на старинных рисунках или в исторических фильмах. Один мужик сверху, один снизу, посередине бревно, а они его пилят. Процесс трудоемкий и однообразный. Естественно, любой однообразный процесс легче автоматизировать, и так появились первые механические лесопилки, приводившиеся в движение силой воды. Потом, очевидно, силой пара.

Но самое интересное в этом деле - появление циркулярной или дисковой пилы. В деле распила, изобретение циркулярной пилы это явление такое же важное по значимости, как изобретение колеса! Точных сведений о том, когда и где впервые появилась дисковая пила тоже нет. Однако можно предположить, что это средние века, средние или позднее средневековье, когда был настоящий взрыв всевозможных механических изобретений. Вплоть до того, как появились ручные ленточнопильные станки.

Следующим шагом в развитии «пильного» дела стала обработка металлов с помощью пил. Этому способствовали появление сверхпрочных металлов и сплавов, а также технологии закрепления алмазных резцов и абразивов на режущих поверхностях пил. Такими пилами уже давно пилят рельсы, режут другие массивные металлические объемы. Есть и большие станки, которые делают эти процессы.

Как люди обрабатывали металлы?

Первые металлы, которые люди научились добывать и обрабатывать, были золото медь и бронза. Металлообработка осуществлялась ударными инструментами, так называемым холодным способом гибки. Для получения многих видов металлов использовали сыродутные печи. Для того, чтобы придать деталям правильную форму, древние мастера долгим упорным трудом шлифовали камнем заготовку. После чего был придуман новый метод - литье. Разъемные и неразъемные формы вырезались из дерева или камня, затем в них заливался сплав, после чего металл остывал, получалось готовое изделие.

Для изготовления фигурных изделий, использовали закрытую форму, для этого из воска вылепливали модель изделия, затем ее покрывали глиной и помещали в печь, где воск плавился, а глина повторяла точную модель. В пустоту заливали металл, после полного остывания, форма разбивалась и мастера получали изделие сложной формы.

Со временем были постигнуты новые способы работы с металлом, такие как пайка и сварка, ковка и литье.

Сегодня, появились новые технологии, которые позволяют обрабатывать металл намного быстрее. Механообработка осуществляется на токарных станках, которая позволяет получить готовое изделие с высокой точностью.

Токарная обработка является самым популярным способом. Она производится на специальных металлорежущих станках, которые настраиваются на выполнение работ из заданного вида металла. Токарные станки, на автоматическом и полуавтоматическом режиме, используют для серийного производства изделий с вращающейся формой тела.

Для металлообработки используют также станки с числовым программным управлением. Эти станки полностью автоматизированы, и основная цель оператора состоит в контроле работы, наладки оборудования, установки заготовки и снятии готового изделия.

Фрезерные работы представляет собой механический процесс по обработке металлов на универсальных фрезерных станках, требующий наличие опытного специалиста с глубокими знаниями в области металловедения и методах обработки металлов.

Для выполнения фрезерных работ высокого качества, важно использовать высокоточное оборудование. Степень фрезеровки напрямую зависит от эффективности и производительности. Поэтому неточности и погрешности в этом деле просто недопустимы.

Источники: otvet.mail.ru, potomy.ru, esperanto-plus.ru, operator-cnc.ru, www.protochka.su

Быстрый поиск по тексту

Категории металлов

К драгоценным или благородным металлам относится ряд веществ, которые обладают повышенной износостойкостью, не подвержены влиянию коррозии и окисления. Кроме того, их драгоценность обуславливается редкостью. Всего насчитывается 8 видов и выделяют:

• . Пластичное, не подвергается коррозии, ρ (плотность) = 19320 кг/м3, t плавления – 1064 Сᵒ.
• . Обладает тягучестью и ковкостью, обладает высокой отражающей способностью, электрической проводимостью, ρ = 10500 кг/ м3, t плавления – 961,9 Сᵒ.
• . Тягучий, тугоплавкий, ковкий элемент, ρ = 21450 кг/ м3, t плавления – 1772 Сᵒ.
• . Обладает мягкостью и ковкостью, имеет серебристо-белый цвет, наиболее легкий, плавкий, пластичный элемент, не поддается коррозии, ρ =12020 кг/ м3, t плавления – 1552 Сᵒ
• . Твердость и тугоплавкость выше среднего, отличается своей хрупкостью, не поддается воздействию щелочей, кислот и их смесей, ρ = 22420 кг/ м3, t плавления – 2450 Сᵒ
• . Внешне схож с платиной, однако, имеет большую твердость, хрупкость и тугоплавкость, ρ = 12370 кг/ м3, t плавления – 2950 Сᵒ.
• Родий. Твердость выше среднего, тугоплавкий, хрупкий, имеет высокую отражательную способность, не подвергается воздействию кислот, ρ = 12420 кг/ см3, t плавления – 1960 Сᵒ
• Осмий. Тяжелый, имеет повышенную тугоплавкость, твердость выше среднего, хрупкий, не поддается воздействию кислот, ρ = 22480 кг/ м3, t плавления – 3047 Сᵒ.

Схожие по своему химическому строению и по цвету(серебристо-белый) элементы. Насчитывается 17 видов этих металлов. Они были обнаружены в 1794 году в Финляндии, химиком Юханом Гадолином. К 1907 году этих элементов стало уже 14. Современное же название «редкоземельный» было присвоено данной группе к концу 18 века. Долгое время ученые предполагали, что элементы, относящиеся к этой группе, редко встречаются. Известны такие редкоземельные металлы:

• Тулий;

Что касается химических свойств, то металлы образуют тугоплавкие и не растворимые в воде оксиды.

Первое освоение металлов

IV тысячелетие до нашей эры принесло человечеству судьбоносные изменения. Наиболее важным процессом стало освоение металлов. В это время человек обнаруживает такие металлы как медь, золото, серебро, свинец и олово. Наиболее быстро была освоена медь.

Изначально металл добывался из руды методом обжига на открытом огне. Эта техника была освоена примерно в VI-V тысячелетии до нашей эры на территории Индии, Египта и Западной Азии. Наиболее широко медь применялась для изготовления орудий труда и оружия. Придя на смену каменным орудиям, медь значительно облегчила труд человека. Изготавливали предметы труда при помощи глиняных форм и расплавленной меди, ее заливали в формы и ждали пока она остынет.

Кроме того, освоение меди дало новый виток в развитии общественного строя. Это положило начало расслоению общества по благосостоянию. Медь стала признаком богатства и благополучия.

К V тысячелетию человек знакомится с драгоценными металлами, а именно с серебром и золотом. Ученые предполагают, что первым был медно серебряный сплав, он назывался биллон.

Изделия из данных металлов являются находками древних захоронений. В древние времена эти элементы добывали в Египте, Испании, Нубии, на Кавказе. В России также происходила добыча, во II-III тысячелетии до нашей эры. Если металлы добывались из россыпей, то их промывали песком на подстриженных шкурах животных. Чтобы добыть металл из руды, ее нагревали, она трескалась, затем ее дробили, истирали и промывали.

В Средневековье добывалось по большей части серебро. Большая часть добычи производилась в Южной Америке (Перу, Чили, Новая Гранада), Боливии, Бразилии.
В начале ХVI века жители Испании обнаружили платину, которая очень напоминала серебро и поэтому его уменьшительно-ласкательной версией испанского слова «plata» – «platina», что в переводе значит – маленькое серебро или серебришко. С научной точки зрения платина рассмотрена в 1741 году Уильямом Уотсоном.

1803 год – открытие палладия и родия. В 1804 – иридия и осмия. Еще через четыре года открыт вестий, в последствии переименованный в рутений.

Что касается редкоземельных металлов, то до 60-х годов ХХ века они не были интересны в научных сообществах. Однако, именно в это время возникает технология выделения чистых металлов. Тогда же выяснились мощные магнитные свойства этих металлов. Со временем стало возможным выращивание монокристаллов этих металлов. Сегодня редкоземельные металлы позволяют производить множество предметов быта, без которых человек не представляет свое существование, например, энергосберегающие лампы. А также военную и автомобильную технику.

Современная добыча драгоценных металлов

В современное время наиболее ценным металлом считается золото. Именно его добыче уделяется наибольшее количество ресурсов. Первые «золотые жилы» были освоены на территории Африки, Азии и Америки.

Сегодня золото добывается в Южной Америке, Австралии и Китае. Россия является одной из наиболее масштабных золотодобывающих стран и занимает четвертое место в мире. Добыча ведется 16 компаниями в Магадане, Амурской области, Хабаровской области, в Красноярском крае, в Иркутской области и на Чукотке.

Методы добычи

До тех пор, пока не была придумана современная технология добычи драгоценных металлов, они добывались вручную. И сказать, что это крайне трудоемкий процесс, значит, ничего не сказать.

Итак, современные процессы золотодобычи:

• Просеивание. Такой вид добычи золота был популярен во времена «золотой лихорадки» в Америке. Этот метод требовал больших усилий, терпения и навыков. Основными инструментами были сита, ведра с решетками на дне или мешки. Для того, чтобы найти хоть каплю золота человек заходил в реку по пояс, зачерпывал воду и выливал ее на сито и в ведро с решетчатым дном. Таким образом, на его поверхности оставались крупные камни и золотые частицы. При этом сито или решетчатое дно нужно было постоянно удерживать на поверхности, чтобы вымыть ненужные камни, песок и воду и оставить лишь частицы драгоценного металла. Сегодня данный метод редко используется.
• Добыча из золотоносной руды. Это также ручной способ добычи. Здесь инструментами служили лопата, молоток для раздробления руды и кирка. Данный способ предполагает лазанье по горам, рытье грунта, траншей и шахт. Такая добыча велась преимущественно на территории России.
• Промышленный метод. Благодаря развитию науки и открытию определенных химических соединений, скорость добычи значительно увеличилась, а также стала применяться мелкая и крупная техника. Этот процесс ведется автоматически и практически не требует человеческого внедрения.

Промышленная добыча в свою очередь делится на:

1. Альмагальмирование. Смысл данного метода заключается во взаимодействии ртути и золота. Ртуть имеет свойство притягивать и обволакивать драгоценный металл. Для обнаружения металла, руду засыпают в бочки, на дне которых находится ртуть. Золото притягивалось к ртути, а остальная, опустошенная руда отбрасывается. Этот метод пользовался спросом и был эффективен в середине 20 века. Он считался достаточно дешевым и простым. Однако, ртуть все же является токсичным элементом и поэтому от метода отказались. Прилипшие частицы драгоценного металла не всегда до конца удавалось отделить от ртути, что не является практичным и приводит к потере части добытого металла.
2. Выщелачивание. Этот метод производится при помощи цианида натрия. При помощи этого элемента частицы драгоценного металла переходят в состояние водорастворимых цианистых соединений. После этого при помощи химических реагентов их снова возвращают в твердое состояние.
3. Флотация. Существуют такие разновидности золотоносных частиц, которые не поддаются воздействию воды и не промокают. Они плавают на поверхности, как воздушные пузырьки. Такую разновидность породы дробят, затем заливают жидкостью или маслом сосны и перемешивают. Необходимые золотые частицы всплывают подобно воздушным пузырькам, их очищают и получают конечный результат. Если речь идет о промышленных масштабах, то сосновое масло заменяется воздухом.

Современные технологии обработки

Существует два способа обработки драгоценных металлов.

Литье

Этот способ является относительно простым. И действительно, все что потребуется, это залить расплавленный металл в заранее заготовленную форму, которая изготовлена из меди, свинца, дерева или воска. После полного остывания, изделие извлекается из формы, полируется.

Для размягчения металла используются специальные плавильные печи. Они бывают индукционные и муфельные.

Индукционная печь считается наиболее популярным и функциональным видом плавления. В ней нагрев происходит благодаря воздействию вихревых токов.
Муфельная печь позволяет нагревать определенные материалы до заданной температуры.

Муфельные печи делятся на различные виды в зависимости от типа нагревательного элемента (электрические, газовые), от защитного режима обработки (воздушные, с газовой атмосферой, вакуумные), от типа конструкции (вертикальная загрузка, колпаковые, горизонтальная загрузка, трубчатые).

Чеканка

Этот способ считается более сложным. Здесь металл не плавят, а разогревают до необходимого для дальнейшей работы состояния. Далее, при помощи молотков, на свинцовой подложке размягченное сырье превращают в тонкий пласт. Далее, будущему изделию придают необходимую форму.

Применение и виды изделий

Первое, что приходит на ум, если речь идет о применении драгоценных металлов – ювелирная промышленность. Сегодня мы видим изобилие различных ювелирных украшений и изделий на любой вкус. Это, как украшения, так и предметы быта, например, изделия для сервировки стола, посуда. Каждое ювелирное изделие имеет клеймо, которое соответствует подлинности и определенной пробе. Однако, это лишь малая часть сферы использования драгоценных металлов.

Их использование востребовано в автомобильной сфере.

Без платины, иридия, палладия, золота не обойтись в медицинской сфере. Медицинские иглы яркий тому пример. Также на основе белого металла изготавливаются протезы, различные инструменты, детали, препараты.

Кроме того, при помощи ценных металлов изготавливаются высокопрочные и устойчивые аппараты в электротехнической сфере. Например, антикоррозийные приборы и константные к образованию электрической дуги приборы. Каталитические свойства платины используются при производстве серной и азотной кислоты. Формалин изготавливается при помощи химических свойств аргентума. Без золота трудно представить нефтеперерабатывающую сферу.

Более прочные металлы используются для выплавления деталей, задействованных в более агрессивных условиях. Например, когда речь идет о работе с высокими температурами, агрессивными химическими реакциями, электричеством и прочим.

Также напыления этих металлов используют для покрытия других. Это помогает избавиться от коррозий, наделяет защитными свойствами присущими драгоценным металлам.

Ценообразование

Цену на драгоценные металлы предопределяют множество процессов, среди которых технические, фундаментальные и спекулятивные. Однако, наиболее важным фактором является спрос и предложение. Именно от этого фактора отталкиваются при формировании цен на драгоценности. Спрос формируют покупатели. Они используют металлы в различных промышленностях – медицинской, машиностроительной, радиотехнической, ювелирной. Также наличие изделий из драгоценных металлов зачастую определяет принадлежность человека к определённому статусу. Наиболее популярным среди прочих является золото. Это связано также с тем, что каждое государство имеет свой золотой запас, и его масштаб частично определяет весомость государства на мировой арене.

Согласно данным Центрального Банка Российской Федерации стоимость одного грамма золота составляет – 2686,17 руб., серебро – 31,78 руб./ грамм, платина – 1775, 04 руб./ грамм, палладий – 2179, 99 руб./ грамм.

Тема «Металлы в древности» выбрана нами не случайно. Сейчас мы не представляем нашей жизни без металлов. Мы используем металлы и их сплавы - как одни из главных конструкционных материалов современной цивилизации. Это определяется, прежде всего их высокой прочностью, однородностью и непроницаемостью для жидкостей и газов. Кроме того, меняя рецептуру сплавов, можно менять их свойства в очень широких пределах.

Металлы используются как в качестве хороших проводников электричества (медь, алюминий), так и в качестве материалов с повышенным сопротивлением для резисторов и электронагревательных элементов (нихром и т. п.).

Металлы и их сплавы широко применяются для изготовления инструментов (их рабочей части). В основном это инструментальные стали и твёрдые сплавы. В качестве инструментальных материалов применяются также алмаз, нитрид бора, керамика.

Число 7 часто встречается в разных мистических учениях и даже просто в быту: 7 цветов радуги, 7 металлов древности, 7 планет, 7 дней недели, 7 нот.

Остановимся на 7 металлах древности – меди, серебре, золоте, олове, свинце, ртути, железе, а также некоторых сплавах на основе их.

Древние философы отождествляли различные металлы с костями божеств. В частности, египтяне рассматривали железо, как кости Марса, магнит - как кости Гора. Свинец, по их мнению, являлся скелетом Сатурна, а медь, соответственно, - Венеры. Ртуть древние философы относили к скелету Меркурия, золото–Солнца, серебро–Луны, сурьму–Земли.

С давних времен человек верил, что планеты влияют на функции человеческого тела.

Считалось, что с помощью металлов можно бороться с вредными влияниями звезд.

С древних веков лекари использовали металлы. Но любимым средством лечения у них являлись все же травы. Лечение порошкообразными минералами, принимаемыми вовнутрь, стали использовать только в средние века. Чаще использование металлов в древние времена, в этой связи, заключалось в ношении или использовании их в качестве талисманов, наряду с каменными талисманами. Элифас Леви, описывая волшебника в его облачении, говорит о том, что:

«В воскресенье (день Солнца) он держал в руках золотой жезл, украшенный рубином или хризолитом; в понедельник (день Луны) он носил три нитки – жемчуга, хрусталя и селенита; во вторник (день Марса) он имел стальной жезл и кольцо из того же металла; в среду (день Меркурия) он носил ожерелье из жемчуга или стеклянных шариков с ртутью и кольцо с агатом; в четверг (день Юпитера) он имел резиновый жезл и кольцо с имеральдом или сапфиром; в пятницу (день Венеры) он имел медный жезл, бирюзовое кольцо и корону с бериллами; в субботу (день Сатурна) он имел жезл из оникса, а также кольцо из этого камня, и на шее цепь из олова».

Когда же развилась астрология, то семь известных тогда металлов стали сопоставлять с семью планетами, что символизировало связь между металлами и небесными телами и небесное происхождение металлов.

Каждый металл выступал в роли посредника между богами и земными явлениями, поэтому их связывали со знаками планет: золото - с Солнцем, серебро - с Луной, медь - с Венерой, железо - с Марсом, свинец - с Сатурном, олово - с Юпитером и ртуть - с Меркурием. Такое сопоставление стало обычным более 2000 лет назад и постоянно встречается в литературе вплоть до XIX века.

Очевидно, что человек познакомился сначала с теми металлами, которые встречались в природе в самородном состоянии. Это - золото, серебро, медь, метеоритное железо. C остальными металлами – по мере того, как он научился получать их из соединений восстановительной плавкой.

Работая над проектом, мы узнали, что первые металлические орудия труда, после каменных, человек стал использовать еще за несколько тысячелетий до нашей эры. Они изготовлялись из самородной меди и, поэтому, были медными. Самородная же медь в природе встречается довольно часто. Обработку же медных самородков древний человек осуществлял сначала с помощью камней (т. е. , фактически, использовал холодную ковку металлов для получения изделий из них). Почему это стало возможным? На этот наш вопрос мы нашли для себя ответ. Медь - достаточно мягкий металл.

В теоретической части проекта «Металлы древности» мы предлагаем ответы и на другие вопросы, которые у нас возникли в ходе нашей работы:

Почему первым металлом, который стал использовать в своей жизни человек, была медь?

(мы уже ответили на него, см. выше)

Почему медь не смогла вытеснить полностью каменные орудия труда? В каком историческом прошлом появились «металлические века» - медный, бронзовый и железный? Почему на смену медному веку пришел бронзовый век, а его сменил железный? Какие новые свойства металлов и сплавов открывал для себя человек, которые и давали ему возможность изготавливать более совершенные орудия труда, оружие, предметы быта? Зачем человек использовал талисманы? Как и какие предметы старины человек использовал в своей повседневной жизни? О какой пользе или вреде могла идти речь, когда «древними металлами» пытались лечиться? Как получали или добывали металлы в древние времена? C чем связано происхождение названия древних металлов?

В практической же части своей работы мы решили исследовать:

Какие свойства металлов или сплавов предметов старины обеспечили сохранность их до наших дней?

Почему степень сохранности у изделий разная?

C целью решения практических задач мы: 1) провели химический эксперимент на определение химической активности металлов древности и химической стойкости их к некоторым химическим и атмосферным воздействиям; 2) сделали соответствующие выводы.

2. 1 МЕДЬ. МЕДНЫЙ ВЕК

Символ Cu происходит от латинского cyproum (позднее, Cuprum), так как на Кипре (Cyprus) находились медные рудники древних римлян.

Чистая медь - тягучий вязкий металл светло - розового цвета, легко пpокатываемый в тонкие листы. Она очень хорошо проводит тепло и электрический ток, уступая в этом отношении только серебру. В сухом воздухе медь почти не изменяется, так как образующаяся на её поверхности тончайшая плёнка оксидов придает меди более тёмный цвет и также служит хорошей защитой от дальнейшего окисления. Но в присутствии влаги и диоксида углерода поверхность меди покрывается зеленоватым налётом гидpоксокаpбоната меди - (CuOH)2CO3.

Медь широко используется в промышленности из - за высокой теплопроводимости, высокой электропроводимости, ковкости, хороших литейных качеств, большого сопротивления на разрыв, химической стойкости

Медь – первый металл, который впервые стал использовать человек в древности за несколько тысячелетий до нашей эры. Первые медные орудия изготовлялись из самородной меди, которая встречается в природе довольно часто, т. к. медь малоактивный металл. Самый крупный самородок меди был найден на территории США, он имел массу 420 т.

Но в виду того, что медь – мягкий металл, медь в древности не смогла вытеснить полностью каменные орудия труда. Лишь когда человек научился плавить медь и изобрел бронзу (сплав меди с оловом), металл заменил камень.

Широкое использование меди началось в IV тыc до н. э.

Считают, что медь начали использовать около 5000 до н. э. В природе медь изредка встречается в виде металла. Из медных самородков, возможно, с помощью каменных топоров, были изготовлены первые металлические орудия труда. У индейцев, живших на его берегах оз. Верхнее (Сев. Америка), где есть очень чистая самородная медь, способы ее холодной обработки были известны до времен Колумба.

Медный век - переходная эпоха между неолитом и бронзовым веком. Он характеризуется появлением первых орудий из меди при широком использовании каменных. Для южных районов Поволжья 4 тыс. до н. э. , для лесных - 3 тыс. до н. э. В лесных районах Поволжья основным промыслом остается рыболовство и охота, на юге - специализированная загонная охота на лошадей сменяется их разведением и земледелием. Около 3500 до н. э. на Ближнем Востоке медь научились извлекать из руд, ее получали восстановлением углем. Медные рудники были и в Древнем Египте. Известно, что глыбы для знаменитой пирамиды Хеопса обрабатывали медным инструментом.

В Южной Месопотамии древнейшим металлическим предметом явился наконечник копья, найденный в Уре, в слоях, относящихся к IV тысячелетию до н. э. Химический анализ установил, что в нем содержится 99,69% Сu, 0,16% As, 0,12% Zn и 0,01% Fe. На Кавказе и в Закавказье металл начали использовать с первой половины IV тысячелетия до н. э. Это была медь, которую получали металлургической плавкой окисленных медных руд, порой совместно с мышьяковыми минералами.

Еще позднее металл стали использовать в Центральной Европе, во всяком случае не ранее III тысячелетия до н. э. Плоский медный топорик примитивной формы, найденный в Горне Лефантовце в Западной Словакии, датируется приблизительно серединой III тысячелетия до н. э. По данным спектрального анализа, топорик изготовлен из меди, содержащей примеси мышьяка (0,10%), сурьмы (0,35%) и незначительного количества других металлов, что говорит о том, что медь, из которой изготовлен топорик, была не самородного происхождения, а вернее всего, была получена восстановительной плавкой малахитовых руд.

Предки древних славян, жившие в бассейне Дона и в Приднепровье, применяли медь для изготовления оружия, украшений и предметов домашнего обихода. Русское слово «медь», по мнению некоторых исследователей, произошло от слова «мида», которое у древних племен, населявших Восточную Европу, обозначало металл вообще.

ЛЕЧЕБНЫЕ СВОЙСТВА МЕДИ

Лечебные свойства меди известны очень давно. Древние считали, что лечебный эффект меди связан с её обезболивающем жаропонижающим антибактериальным и противовоспалительным свойствами. Ещё Авиценна и Гален описывали медь, как лекарственное средство, а Аристотель, указывая на общеукрепляющее действие меди на организм, предпочитал засыпать с медным шариком в руке. Царица Клеопатра носила тончайшие медные браслеты, предпочитая их золотым и серебряным, хорошо зная медицину и алхимию. В медных доспехах античные воины меньше уставали, а их раны меньше гноились и быстрее заживали. Была подмечена и широко использовалась в Древнем мире способность меди положительно влиять на «мужскую силу».

Кочующие народности использовали в быту медную посуду, которая оберегала их от инфекционных заболеваний, а цыгане носили медный обруч на голове в тех же целях. Исторический факт: эпидемия холеры и чумы обходила стороной людей, работающих с медью или живущих недалеко от медных рудников. Не случайно раньше дверные ручки в больницах делали из меди, дабы исключить передачу заразы от инфекционных больных к здоровым людям.

В детстве прикладывая по совету бабушки медный пятак на шишку, мы уменьшали боль и воспаление, хотя в 5-ти копеечной монете, выпущенной в советское время, содержание меди было невелико.

В наши дни применение медных изделий широко распространено. В Средней Азии носят медные изделия и практически не болеют ревматизмом. В Египте и Сирии медные изделия носят даже дети. Во Франции с помощью меди лечат расстройства слуха. В США медные браслеты носят как средства от артрита. В китайской медицине используются аппликации медных дисков на активные точки. А в Непале медь считают священным металлом

2. 2 Бронза. Бронзовый век

К 3000 до н. э. в Индии, Месопотамии и Греции для выплавки более твердой бронзы в медь стали добавлять олово. Открытие бронзы могло произойти случайно, однако ее преимущества по сравнению с чистой медью быстро вывели этот сплав на первое место.

Так начался «бронзовый век».

Бронзовый век характеризуется распространением металлургии бронзы, бронзовых орудий и оружии на Ближнем Востоке, Китае, Южной Америке и др.

Слово «бронза» почти одинаково звучит на многих европейских языках. Его происхождение связывают с названием небольшого итальянского порта на берегу Адриатического моря – Бриндизи. Именно через этот порт доставляли бронзу в Европу в старину, и в древнем Риме этот сплав называли «эс бриндиси» – медь из Бриндизи.

Изделия из бронзы были у ассирийцев, египтян, индусов и других народов древности. Однако цельные бронзовые статуи древние мастера научились отливать не раньше 5 в. до н. э. Около 290 до н. э. Харесом в честь бога солнца Гелиоса был создан Колосс Родосский. Он имел высоту 32 м и стоял над входом во внутреннюю гавань древнего порта острова Родоса в восточной части Эгейского моря это гигантская бронзовая статуя.

Почему же медный век сменился бронзовым?

Бронза обладает большей прочностью и износостойкостью, чем медь; хорошей пластичностью, стойкостью к коррозии, хорошими литейными качествами

Бронзы и латуни в современном мире

По химическому составу различают латуни простые и сложные, а по структуре - однофазные и двухфазные. Простые латуни легируются одним компонентом: цинком.

Латуни с более низким содержанием цинка (томпаки и полутомпаки) уступают латуням Л68 и Л70 в пластичности, но превосходят их в электро- и теплопроводности.

Оловянные бронзы

Бронзы превосходят латуни в прочности и сопротивлении коррозии (особенно в морской воде).

Оловянистые бронзы – имеют высокие литейные свойства. Недостаток отливок из оловянных бронз - их значительная микропористость. Поэтому для работы при повышенных давлениях используют алюминиевыми бронзами.

Из-за высокой стоимости олова чаще используют бронзы, в которых часть олова замене цинком (или свинцом).

Алюминиевые бронзы

Эти бронзы все более широко заменяют латуни и оловянные бронзы.

Их используют для листов и штамповки со значительной деформацией. Они более прочные и упругие, не образуют пористости, что обеспечивает получение более плотных отливок. Литейные свойства улучшаются введением в эти бронзы небольших количеств фосфора. Все алюминиевые бронзы, как и оловянные, хорошо устойчивы против коррозии в морской воде и во влажной тропической атмосфере, поэтому их используют в судостроении, авиации, и т. д. В виде лент, листов, проволоки их применяют для упругих элементов, в частности для токоведущих пружин.

Кремнистые бронзы

Эти бронзы применяют для арматуры и труб, работающих в щелочных (в том числе сточных) средах.

Бериллиевые бронзы

Бериллиевые бронзы сочетают очень высокую прочность (до 120 кгс/мм2) и коррозионную стойкость с повышенной электропроводностью. Однако эти бронзы из-за высокой стоимости бериллия используют лишь для особо ответственных случаях в изделиях небольшого сечения в виде лент, проволоки для пружин, мембран, сильфонов и контактах в электрических машинах, аппаратах и приборах.

2. 3 Золото. Серебро

Наряду с медными самородками, внимание человека в новом каменном веке привлекали также и самородки золота и серебра. Люди добывают золото с незапамятных времен. C золотом человечество столкнулось уже в V тысячелетии до н. э. в эпоху неолита благодаря его распространению в самородном виде. По предположению археологов, начало системной добыче было положено на Ближнем Востоке, откуда золотые украшения поставлялись, в частности, в Египет. Именно в Египте в гробнице королевы Зер и одной из королев Пу – Аби Ур в Шумерской цивилизации были найдены первые золотые украшения, датируемые III тысячелетием до н. э.

В древности основными центрами добычи благородных металла был Верхний Египет, Нубия, Испания, Колхида (Кавказ); имеются сведения о добыче и в Центральной и Южной Америке, в Азии (Индия, Алтай, Казахстан, Китай). На территории России золото добывали уже во 2 – 3 тысячелетии до н. э.

Из россыпей металлы извлекали промывкой песка на шкурах животных с подстриженной шерстью (для улавливания крупинок золота), а также при помощи примитивных желобов, лотков и ковшей. Из руд металлы добывали нагреванием породы до растрескивания с последующими дроблением глыб в каменных ступах, истиранием жерновами и промывкой. Разделение по крупности проводили на ситах. В Древнем Египте был известен способ разделения сплавов золота и серебра кислотами, выделение золота и серебра из свинцового сплава купелированием, извлечение золота путем амальгамирования ртутью, или сбор частиц с помощью жировой поверхности (Древняя Греция). Купелирование осуществляли в глиняных тиглях, куда добавляли свинец, поваренную соль, олово и отруби.

В XI-VI веках до н. э. серебро добывали в Испании в долинах рек Тахо, Дуэро, Миньо и Гуадьяро. В VI-IV веках до н. э. начались разработки коренных и россыпных месторождений золота в Трансильвании и Западных Карпатах.

Добычу золота в Средние века осуществляли перемалыванием золотоносной руды в муку. Ее перемешивали в специальных бочках, на дне которых находилась ртуть. Ртуть смачивала и частично растворяла золото с образованием амальгамы (амальгамирование). Ее отделяли от остальной породы и разлагали нагреванием. Ртуть при этом улетучивалась, а золото оставалось в перегонном аппарате

В новое время золото стали извлекать путем цианирования руд,

Геохимия золота

Для золота характерна самородная форма. Среди других его форм стоит отметить электрум, сплав золота с серебром, который обладает зеленоватым оттенком и относительно легко разрушается при переносе водой. В горных породах золото обычно рассеяно на атомарном уровне. В месторождениях оно зачастую заключено в сульфиды и арсениды.

Золото в быту

Золото наряду с медью было одним из первых металлов, использованных человеком в быту

Высокая пластичность золота и серебра широко применялась, особенно, в Египте в виде листового металла – фольги, для покрытия изделий из меди и даже из дерева. Покрытие золотом изделий из меди спасало их от коррозии

Амулет « Бог Солнца». Культ Солнца встречается во всех древних религиях. Его энергия ассоциируется с жизнью и процветанием. Животворящие лучи помогают произрастанию плодов, которыми питается весь мир. У кельтов это могучее светило ассоциировалось с мужским оплодотворяющим символом. Талисман Солнца помогает ощутить всю полноту жизни, обрести уверенность в себе и восстановить душевные силы. Охраняет от жизненных невзгод, физической и духовной слабости.

Высокая пластичность золота и серебра широко применялась, особенно, в Египте в виде листового металла – фольги, для покрытия изделий из меди и даже из дерева. Покрытие золотом изделий из меди спасало их от коррозии.

Из серебра делали предметы украшения - бусы, кольца, перстни, фурнитуру для одежды, вазы, сосуды, амулеты и др.

Уже в новом времени золото и серебро использовались в качестве денег. Главный валютный металл и по сей день – золото.

Серебро, после насыщения рынка, фактически утратило эту функцию.

Золото является важнейшим элементом современной мировой финансовой системы, поскольку данный металл не подвержен коррозии, имеет много сфер технического применения, а запасы его невелики. Золото практически не терялось в процессе исторических катаклизмов, а лишь накапливалось и переплавлялось. В настоящее время мировые банковские резервы золота оцениваются в 32 тыс. тонн

Чистое золото мягкий пластичный металл жёлтого цвета. Красноватый оттенок некоторым изделиям из золота, например, монетам, придают примеси других металлов, в частности меди.

Важнейшей характеристикой ювелирных изделий является их проба, характеризующая содержание в них золота. Состав таких сплавов выражается пробой, которая указывает число весовых частей золота в 1000 частей сплава(в российской практике). Проба химически чистого золота соответствует 999. 9 пробе его ещё называют "банковским" золотом, так как из такого золота изготавливают слитки.

В России принято считать началом золотодобычи 21 мая (1 июня) 1745 г. , когда Ерофей Марков, нашедший золото на Урале, объявил о своем открытии в Канцелярии Главного правления заводов в Екатеринбурге. За всю историю человечеством добыто около 140 тыс. т золота.

Серебро - элемент побочной подгруппы первой группы, пятого периода Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 47. Обозначается символом Ag (лат. Argentum)

Открытие серебра. Добыча

Финикияне открыли месторождения серебра (серебряных руд) в Испании, Армении, Сардинии и на Кипре. Серебро из серебряных руд было в соединении с мышьяком, серой, хлором, а также и в виде самородного серебра. Самородный металл, конечно, стал известен раньше, чем его научились извлекать из соединений. Самородное серебро иногда встречается в виде очень больших масс: самым крупным самородком серебра считается самородок, который весил 13,5т. Серебро встречается также в метеоритах и содержится в морской воде. В виде самородков серебро встречается редко. Этот факт, а также менее заметный цвет (самородки серебра обычно покрыты черным налетом сульфида) послужили более позднему открытию самородного серебра человеком. Это объясняло большую редкость и большую ценность серебра поначалу. Но потом произошло второе открытие серебраПроводя очистку золота расплавленным свинцом, в некоторых случаях вместо более яркого, чем природное золото, получали металл более тусклый. Но зато его было больше, чем исходного металла, который хотели очистить. Это бледное золото вошло в обиход с третьего тысячелетия до новой эры. Греки называли его электроном, римляне – электрумом, а египтяне – асем. В настоящее время можно применять термин электрум для обозначения сплава серебра с золотом. Эти сплавы золота с серебром долгое время считали особым металлом. В древнем Египте, куда серебро привозили из Сирии, оно служило для изготовления украшений и чеканки монет. В Европу этот металл попал позже (приблизительно за 1000 лет до н. э.) и применялся для тех же целей. Предполагалось, что серебро представляет собой продукт превращения металлов на пути их «трансмутации» в золото. За 2500 лет до нашей эры в Древнем Египте носили украшения и чеканили монеты из серебра, считая, что оно дороже золота. В X веке было показано, что между серебром и медью существует аналогия, и медь рассматривалась как серебро, окрашенное в красный цвет. В 1250 г. Винсент Бове высказал предположение, что серебро образуется из ртути при действии серы. В средние века "кобалдом" называли руды, которые служили для получения металла со свойствами, отличными от уже известного серебра. Позднее было показано, что из этих минералов добывается сплав серебро-кобальт, и различие в свойствах определялось присутствием кобальта. В XVI в. Парацельс получил хлорид серебра из элементов, а Бойль определил его состав. Шееле изучал действие света на хлорид серебра, а открытие фотографии привлекло внимание и к другим галогенидам серебра. В 1663 г. Глазер предложил нитрат серебра в качестве прижигающего средства. С конца XIX в. комплексные цианиды серебра используются в гальванопластике. Используется при чеканке монет, наград - орденов и медалей.

Галогениды серебра и нитрат серебра используются в фотографии, так как обладают высокой светочувствительностью.

Из-за высочайшей электропроводности и стойкости к окислению применяется: в электротехнике и электронике как покрытие ответственных контактов; в СВЧ технике как покрытие внутренней поверхности волноводов.

Используется как покрытие для зеркал с высокой отражающей способностью (в обычных зеркалах используется алюминий).

Часто используется как катализатор в реакциях окисления, например при производстве формальдегида из метанола.

Используется как дезинфицирующее вещество, в основном для обеззараживания воды. Некоторое время назад для лечения простуды использовали раствор протаргол и колларгол, которые представляли собой коллоидное серебро.

Одной из важных сфер использования серебра являлась алхимия, тесно связанная с медициной. Уже за 3 тыс. лет до н. э. в Китае, Персии и Египте были известны лечебные свойства самородного серебра. Древние египтяне, например, прикладывали серебряную пластину к ранам, добиваясь их быстрого заживления. О способности этого металла долгое время сохранять воду пригодной для питья также знали с древних времен. Например, персидский царь Кир в военных походах перевозил воду только в серебряных сосудах. Знаменитый средневековый врач Парацельс лечил некоторые болезни "лунным" камнем азотнокислым серебром (ляпис). Этим средством в медицине пользуются и поныне.

Развитие фармакологии и химии, появление множества новых природных и синтетических лекарственных форм не уменьшили внимания современных медиков к этому металлу. В наши годы оно продолжает широко использоваться в индийской фармакологии (для изготовления традиционных в Индии аурведических препаратов). Аюрведа (Ayurveda) это древний способ диагностики заболеваний и лечения, малоизвестный за пределами Индии. Более 500 млн человек в Индии принимают такие препараты, поэтому очевидно, что потребление серебра в фармаколо-гии страны очень велико. Сравнительно недавно современные исследования клеток организма на содержание серебра привели к заключению, что оно повышено в клетках мозга. Таким образом, сделан вывод, что серебро является металлом необходимым для жизнедеятельности человеческого организма и что открытые пять тысячелетий назад лечебные свойства серебра не утратили своей актуальности и в настоящее время.

Мелкораздробленное серебро широко применяется для обеззараживания воды. Вода, настоянная на порошке серебра (как правило, применяют посеребренный песок) или профильтрованная через такой песок, почти полностью обеззараживается. Серебро в виде ионов активно взаимодействует с различными другими ионами и молекулами. Малые концентрации полезны, так как серебро уничтожает многие болезнетворные бактерии. Установлено также, что ионы серебра в малых концентрациях способствуют повышению общей сопротивляемости организма к инфекционным заболеваниям. Развивая это направление использования, в довершение к зубным пастам, защитным карандашам, керамическим плиткам, покрытым серебром, в Японии даже стали изготавливать ладан, который содержит ионизированное серебро и при сжигании высвобождает ионы, убивающие бактерии. На этом свойстве серебра основано действие таких лекарственных препаратов, как протаргол, колларгол и др. , представляющих собой коллоидные формы серебра и способствующих излечению гнойных поражений глаз.

2. 4 Железо. Железный век

Желе́зо – элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 26. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum) Простое вещество железо -ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро коррозирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе. Железо обладает особым свойством - магнетизмом.

В природе железо редко встречается в чистом виде. Чаще всего оно встречается в составе железо-никелевых метеоритов. По распространённость в земной коре железо занимает 4-е место после O, Si, Al (4,65 %). Считается также, что железо составляет бо́льшую часть земного ядра.

Железо в древности

Первые железные орудия, найденные в Карпато – Дунайско-Понтийском регионе, который относится к ХII веку до н. э.

Железо как инструментальный материал известно с древнейших времён, самые древние изделия из железа, найденные при археологических раскопках, датируются IV тыс. до н. э. и относятся к древнешумерской и древнеегипетской цивилизациям. Это наконечники для стрел и украшения из метеоритного железа, то есть, сплава железа и никеля (содержание последнего колеблется от 5 до 30 %), из которого состоят метеориты. От их небесного происхождения идёт, видимо, одно из наименований железа в греческом языке: "сидер" (а на латыни это слово значит "звездный")

Изделия из железа, полученного искусственно, известны со времени расселения арийских племён из Европы в Азию и острова Средиземного моря (4-3 тысячелетие до н. э.). Самый древний железный инструмент из известных - стальное долото, найденное в каменной кладке пирамиды фараона Хуфу в Египте (построена около 2550 года до н. э.).

Но использование железа началось намного раньше, чем его производство. Иногда находили куски серовато-черного металла, который, перекованный в кинжал или наконечник копья, давал оружие более прочное и пластичное, чем бронза, и дольше держал острое лезвие. Затруднение состояло в том, что этот металл находили только случайно. Теперь мы можем сказать, что это было метеоритное железо. Поскольку железные метеориты представляют собой железоникелевый сплав, можно предположить, что качество отдельных уникальных кинжалов, например, могло соперничать с современным ширпотребом. Однако, та же уникальность, приводила к тому, что такое оружие оказывалось не на поле боя, а в сокровищнице очередного правителя.

Природное металлическое железо неземного происхождения - метеоритное железо использовалось на заре «железного века». Путь химического же превращения железной руды - требовал освоения достаточно высоких температур. Для восстановления железа из его окислов окисью углерода, что и происходит в обычном металлургическом процессе, достаточна температура лишь несколько выше 700 oС - такую температуру дает даже лагерный костер. Однако железо, получающееся таким путем, представляет собой спеченную массу, состоящую из металла, его карбидов, окислов и силикатов; при ковке оно рассыпается. Чтобы практически реализовать возможности процесса восстановления с целью получения железа, пригодного для переработки, необходимы были три условия: 1) введение окислов железа в зону нагревания в условиях восстановления; 2) достижение температуры, при которой получается металл, пригодный для механической переработки; 3) открытие действия добавок - флюсов, облегчающих отделение примесей в виде шлаков, что обеспечивает получение ковкого металла при не слишком высоких температурах.

Первым шагом в зарождающейся чёрной металлургии было получение железа путём восстановления его из окиси. Руда перемешивалась с древесным углем и закладывалась в печь. При высокой температуре, создаваемой горением угля, углерод начинал соединяться не только с атмосферным кислородом, но и с тем, который был связан с атомами железа.

FeO + C = Fe + CO

FeO+CO = Fe + CO2

После выгорания угля в печи оставалась так называемая крица - комок веществ с примесью восстановленного железа. Крицу потом снова разогревали и подвергали обработке ковкой, выколачивая железо из шлака. Долгое время в металлургии железа именно ковка была основным элементом технологического процесса, причём, с приданием изделию формы она было связана в последнюю очередь. Ковкой получался сам материал.

«Железный век»

Железный век сменил бронзовый век в основном в начале 1 –го тыс. до н. э

Железный век сменил бронзовый век в основном в начале 1 –го тыс. до н. э. Это произошло по следующим причинам: 1) железо имеет большую распространенность в природе, чем медь, олово и свинец; 2) его сплавы обладают хорошей пластичностью, ковкостью; 3) большей прочностью, чем бронза; 4) хорошей устойчивостью к воздействию окружающей среды; 5) человек освоил основной способ производства (восстановительную плавку) железа и его сплавов. Все это вместе взятое и стало предпосылкой к замене бронзового века на железный.

Железный век продолжается и по настоящее время.

На самом деле железом обычно называют его сплавы с малым содержанием примесей (до 0,8%), которые сохраняют мягкость и пластичность чистого металла. Но на практике чаще применяются сплавы железа с углеродом: сталь (до 2% углерода) и чугун (более 2% углерода), а так же нержавеющая сталь (легированная) сталь с добавками легирующих металлов (хром, марганец, никельи др.). Совокупность специфических свойств железа и его сплавов делают его «металлом № 1» по важности для человека.

Применение железа дало мощный стимул развитию производства и тем самым ускорило общественное развитие. В железном веке у большинства народов Евразии происходило разложение первобытнообщинного строя и переход к классовому обществу.

Прогресс не стоял на месте: первым устройством для получения железа из руды была одноразовая сыродутная. При огромном количестве недостатков, долгое время это был единственный способ получить металл из руды

Более высокую ступень в развитии чёрной металлургии представляли собой постоянные высокие печи называемые в Европе штукофенами. Это действительно была высокая печь - с четырёх-метровой трубой для усиления тяги. Мехи штукофена качались уже несколькими людьми, а иногда и водяным двигателем. Штукофен имел дверцы, через которые раз в сутки извлекалась крица Изобретены штукофены были в Индии в начале первого тысячелетия до новой эры. В начале нашей эры они попали в Китай, а в VII веке вместе с «арабскими» цифрами арабы заимствовали из Индии и эту технологию. В конце ХШ века штукофены стали появляться в Германии и Чехии (а ещё до того были на юге Испании) и в течение следующего века распространились по всей Европе.

Производительность штукофена была несравненно выше, чем сыродутной печи - в день он давал до 250 кг железа, а температура плавления в нем оказывалась достаточна для науглероживания части железа до состояния чугуна. Однако штукофенный чугун при остановке печи застывал на её дне, смешиваясь со шлаками, а очищать металл от шлаков умели тогда только ковкой, но как раз ей-то чугун и не поддавался. Его приходилось выбрасывать.

Следующим этапом в развитии металлургии стало появление доменных печей. Их используют и сейчас. За счёт увеличения размера, предварительного подогрева воздуха и механического дутья, в такой печи все железо из руды превращалось в чугун, который расплавлялся и периодически выпускался наружу. Производство стало непрерывным - печь работала круглосуточно и не остывала. За день она выдавала до полутора тонн чугуна. Перегнать же чугун в железо в горнах было значительно проще, чем выколачивать его из крицы, хотя ковка все равно требовалась - но теперь уже выколачивали шлаки из железа, а не железо из шлаков

Применение железа в древности

Самой первой формой организации производства железных изделий были кузнецы - любители. Обычные крестьяне, которые в свободное от обработки земли время промышляли таким ремеслом. Кузнец этого сорта сам находил «руду» (ржавое болото или красный песок), сам выжигал уголь, сам выплавлял железо, сам ковал, сам обрабатывал изделие.

Умение мастера на данном этапе закономерно было ограничено выковыванием изделий самой простой формы. Инструментарий же его состоял из мехов, каменных молота и наковальни и точильного камня. Железные орудия производились с помощью каменных.

Если удобные для разработки залежи руды имелись поблизости, то и целая деревня могла заниматься производством железа, но такое было возможным только при наличии устойчивой возможности выгодного сбыта продукции, чего практически не могло быть в условиях варварства.

Если же, допустим, на племя из 1000 человек имелся десяток производителей железа, каждый из которых за год соорудил бы пару-тройку сыродутных печей, то их трудами обеспечивалась концентрация железных изделий всего порядка 200 граммов на душу населения. И не в год, а вообще. Цифра эта, конечно, очень приблизительная, но факт тот, что, производя железо таким способом, никогда не удавалось за его счёт полностью покрыть все потребности в самом простом оружии и самых необходимых орудиях труда. Из камня продолжали изготавливаться топоры, из дерева - гвозди и плуги. Металлические доспехи оставались недоступными даже для вождей.

Роль железа в современном мире

21 век – век полимеров, но эпоха железа еще не завершена.

В современном мире существует множество видов полимеров превосходящих железо по легкости, пластичности и коррозионной стойкости, но при этом сильно уступают железу по прочности, поэтому еще рано говорить о железе в прошедшем времени.

Железо сыграло большую роль в развитии человеческого общества и не потеряло своего значения и в настоящее время. Сплавы железа – чугун, сталь являются основой современной индустрии.

ГЛАВА III ВЫВОДЫ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКИМ ИССЛЕДОВАНИЯМ

В своих теоретических исследованиях мы пришли к следующим выводам:

Главный вывод

Смена «металлических веков» была связана с открытием для человека новых металлов и сплавов с улучшенными качествами по сравнению с предыдущими металлами и сплавами (причем, металлов - достаточно распространенных в природе); освоением способов их добычи или получения, а также освоением способов литья и ковки изделий из новых металлов и сплавов. Смена материалов для труда и производства влияло и влияет на технический прогресс в обществе. Роль химии при этом всегда была и остается - значительной.

Выводы по «векам» (подтверждающие главный вывод)

1. Медный век. Медь – первый металл, который впервые стал использовать человек в древности за несколько тысячелетий до нашей эры (4-3 тыс. до н. э.). Общее содержание меди в земной коре сравнительно невелико (0,01 вес %), однако она чаще, чем другие металлы, встречается в самородном состоянии, причем самородки меди достигают значительной величины.

Этим, а также сравнительной лёгкостью обработки меди объясняется то, что она ранее других металлов была использована человеком.

Медь – мягкий металл. Поэтому в древности медь не смогла вытеснить каменные орудия труда. Лишь, когда человек научился плавить медь и изобрел бронзу (сплав меди с оловом), - металл заменил камень.

Древние считали, что лечебный эффект меди связан с её антибактериальными и противовоспалительными свойствами. В медных доспехах у античных воинов раны меньше гноились и быстрее заживали.

2. Бронзовый век длился с конца 4 – нач. 1-го тыс. до н. э. Распространилась металлургия бронзы, бронзовых орудий и оружия (Ближний Восток, Китай, Ю. Америка и др.). Бронза – сплав на основе меди (в древности это медь + олово, реже - медь + свинец. Бронза обладала большей прочностью, чем медь; хорошей пластичностью, большей стойкостью к коррозии, хорошими литейными качествами. Поэтому медный век и сменился бронзовым.

3. Железный век. В очень давние времена железные изделия изготавливались из метеоритного железа, из «небесного камня». Метеоритное железо легко поддавалось обработке. Из него делали лишь украшения и простейшие орудия. Древним людям была недоступна плавка железа - получение его из соединений. Поэтому железный век в Египте начался лишь с XII в.

до н. э. , а в других странах еще позднее - в нач. 1-го тыс. до н. э.

Железный век наступил с распространением металлургии железа и изготовлением орудий и оружия. По распространенности металлов в природе железо занимает 2-ое место после алюминия. В чистом виде железо с наступлением железного века практически уже не иcпользовалось. В быту железными часто называли и называют стальные или чугунные изделия (сплавы железа с углеродом и др. элементами).

Хорошая пластичность, ковкость железа и его сплавов, а также особая прочность изделий из них привели к смене бронзового века на железный, который продолжается и по настоящее время.

Сплавы железа – чугун, сталь являются основой современной индустрии.

Железо необходимо для жизнедеятельности организмов. Оно входит в состав гемоглобина.

Древние считали, что железо находится под влиянием Марса. C помощью металлического талисмана, сделанного из железа, они пытались излечивать анемичных людей: талисман должен был отвести вредное влияние Марса, его энергию, и привести в норму содержание железа в крови.

4. Золото и серебро известны человеку также с древних времен. Эти металлы характеризуются мягкостью, ковкостью, очень хорошей пластичностью, тягучестью. Золото и серебро, поэтому, легко обрабатываются. Изделия из этих металлов датируются 5 – 1 тыс. до н. э. Красивый цвет,

«магический» блеск, высокая плотность, легкость, высокая устойчивость к атмосферным воздействиям давно оценены человеком.

Но золото и серебро - малораспространенные металлы в природе. Поэтому, уже с древних времен из них, в основном, делали украшения и бытовые предметы.

Зато со временем, золото (и, в меньшей степени, серебро) стало мерилом материальных ценностей, стало использоваться в качестве обмена на товар, а впоследствии - стало денежным эквивалентом и, таким образом, - «королем металлов».

С древних времен использовались и лечебные свойства серебра и золота: антисептические свойства серебряной воды; а для лечения кожных заболеваний – использовались свойства серебра, золота и меди.

ГЛАВА III НАШИ ПРАКТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

3. 1 Химический эксперимент

«Отношение « металлов древности» к некоторым химическим воздействиям»

На вопросы - «какие свойства металлов или сплавов предметов старины обеспечили сохранность их до наших дней?» и «почему степень сохранности у разных предметов разная?» мы попытались дать ответ, прибегнув к химическому эксперименту.

Сначала мы выдвинули такие гипотезы: 1 – изделия старины сохранились до наших времен, т. к. металлы или сплавы, из которых они сделаны, обладают малой химич еской активностью; 2 - степень сохранности изделий зависит от: а) коррозионной стойкости материалов к воздействиям окружающей среды (коррозионная стойкость же зависит, в первую очередь, от химической активности металлов и сплавов); б) времени воздействия раличных факторов (включая «химический фактор») на изделия или – возраста изделия.

Мы провели такой химический эксперимент

Суть его состоит в следующем: мы рассмотрели отношение металлов древности и их некоторых сплавов к таким реагентам и природным веществам, как: кислород воздуха (при обычных условиях и температурных воздействиях); влажный воздух; вода – дистиллированная, водопроводная, природная; растворы кислот и щелочей.

Важно, что все они являются главными разрушителями (или подобием этих разрушителей) для металлов и сплавов в природе. Мы провели соответствующие реакции и получили результаты, подтверждающие правильность наших предположений (гипотез).

Выводы по практическим исследованиям

Химический эксперимент, разработанный и выполненный нами, показал, что

Химическая активность исследуемых металлов и сплавов (фактически «металлов древности») - низкая

Коррозионная стойкость к химическим воздействиям – высокая.

Результаты эксперимента представлены в таблице

Делаем вывод, что данные характеристики материалов могут быть определяющими в том, что изделия старины сохранились до нашего времени

Проверена реакция металлов и сплавов на длительность химического воздействия лабораторных и природных реагентов (на протяжении 2-х месяцев)

Эксперимент показал: разрушение металлов и сплавов усиливается со временем

Эксперимент также подтвердил наше предположение, что химическая активность исследуемых материалов сравнительно низкая; различия в их химической активности все же имеются

Приблизительно четыре тысячелетия до н.э., в городе Шумер было сделано новое открытие: если камни определенного вида долго плавить на высокой температуре, из них начнет вытекать чистый металл! Медь стала первым металлом, который научился выплавлять человек.

Но, к сожалению, не известно, как именно была открыта медь. Можно предположить, что она была открыта случайно. Скорее всего, гончар захотел добавить узор на керамическую посуду и стал плавить многоцветный камень, который оказался медной рудой. Вскоре выяснилось, что при сильном нагревании из руды вытекает жидкая медь. Люди сначала не поняли, что это, и что с этим металлом можно делать. Оказалось, что можно придавать жидкой меди нужную форму, и, когда она застынет, такой и останется.

Спустя пару лет после открытия были созданы медеплавильные печи, а также придуман литейный процесс.

Мастера заранее выбирали форму для керамического сосуда, куда заливали жидкую медь. Когда медь застывала, она принимала форму внутренней оболочки сосуда.

После открытия способа выплавки литья меди была создана производственная линия, которая состояла из ряда последовательных процессов. Так как медь в самородном виде редко встречается, людям пришлось учиться добывать медную руду.

Чтобы из рудников достать медную руду, требовалось разделить ее на отдельные куски. И для этого разделывания люди тоже выработали особую технологию. На огромных глыбах горной породы разжигали костры, через некоторое время заливали огонь холодной водой, вследствие чего камень трескался. В получившуюся трещину вбивали клинья. Когда клинья уже оказывались в камне, их тоже поливали водой. Так клинья были из дерева, они разбухали и камень раскалывался.

Полученную руду плавили. Оказалось, что те гончарные печи, которые существовали раньше, для этого процесса имели малую мощность. Поэтому после многих экспериментов в Шумере местные мастера научились делать специальные печи с дутьем. Эти печи топились углем и обеспечивали высокий нагрев.

Расскажем, что такое дутье. Так литейщики поначалу подавали воздух в печь по специальным воздуходувным трубкам, надувая их с помощью собственных легких. Задача облегчилась к III тысячелетию до н.э., когда мастера стали использовать меха из шкур животных. Для дутья меха сшивали наподобие гармошки.

Выплавленную медь затем заливали в формы, из которых получались определенные изделия.

Литейный процесс обеспечивали не только специальные печи с высоким нагревом, но и плавильные емкости - тигли. Также нужны были формы, куда заливали расплавленный металл.

Формы делали из глины или камня, и состояли они из нескольких частей. Соединяли их перед заливкой расплавленной меди, и разъединяли после остывания, когда нужно было освободить готовую отливку.

Шумерские мастера - металурги пользовались различными способами обработки металлических заготовок: и горячей, и холодной ковкой, а также холодной обработкой инструментами. Изделия из меди мастера гравировали и украшали инструктациями, - так появились художественные приемы.

Медеплавильное производство и последующая обработка полученной меди требовали участия различных мастеров на разных этапах процесса. Одни из них занимались разработкой руды, другие выплавляли породу, третьи осваивали литье или ковку. К тому же месторождения медной руды часто находились далеко от тех мест, где в них нуждались, поэтому появилась работа и для специальных перевозчиков.

Так технический прогресс развивал хозяйственные отношения внутри государства. И наоборот, хозяйственные отношения стимулировали технический прогресс.

Медь можно с полным основанием назвать первым металлом человечества, потому что люди стали его использовать еще более 10.000 лет назад - в каменном веке. На протяжении столетий люди учились правильно обращаться с металлом, обрабатывая его самыми различными способами - с помощью молотков, нагреванием, литьем или путем легирования (смешивания) с другими металлами, как свинец, серебро, цинк или олово. Открытие, что медь и цинк хорошо соединяются, положило начало целой эпохе, имя которой: бронзовый век.

Все великие культуры и народы работали с медью: Колосс Родосский был построен из меди, а древние египтяне использовали медь для строительства своих водопроводов. Первыми же название этому металлу дали римляне: Они называли медь "aes cyprium" (руда с Кипра). Позднее его стали называть сокращенно "cuprum". От этого слова образовались названия меди во многих европейских языков (copper, Kupfer. cuivre).

В природе медь встречается, как самородный металл, а также в составе минералов. Сырье это находят на всех континентах и уменьшения его запасов пока что не предвидится, потому что медь не расходуется, а только используется, что обеспечивается повторной переработкой этого металла. Это экономит медь в природных ресурсах и соответствует идеальному обращению с полезными ископаемыми.

Наиболее значительные месторождения меди находятся на сегодняшний день в Чили и в США, где сконцентрированы порядка 20 процентов известных мировых запасов. Другими важными регионами добычи являются Африка, Австралия, Китай, Канада, Индонезия, Южная Америка, Россия и Польша. В Европе существуют также и мелкие месторождения меди. К сожалению, многие из них уже исчерпали себя.

Земных резервов меди хватит еще очень надолго, потому что несмотря на ежегодный рост добычи медной руды, известные месторождения не уменьшаются, а даже растут. Причина этого состоит в открытии все новых залежей этого металла. Кроме того, постоянно развивающиеся процессы и техника разработки и добычи ведут к увеличению пригодных для использования резервов сырья.

Исследования подтверждают, что известные мировые резервы увеличились с 90 миллионов тонн (1950 год) до 280 миллионов тонн (1970 год), а к 1998 году они достигли черты в 340 миллионов тонн. По последним оценкам, мировые запасы меди составляют более 2,3 миллиардов тонн.

Медная руда добывается как открытым способом, так и в шахтах. Перед собственно металлургическим переделом медной руды осуществляется отделение "пустых" сопровождающих пород, в результате чего после флотации (флотационного обогащение) получают рудный концентрат с содержанием меди в диапазоне 20 - 30 процентов. Медные концентраты перерабатываются исключительно пирометаллургическим способом, а окисные медные руды (медные руды прибл. 15-20%) гидрометаллургическим способом, что в результате заканчивается рафинированием (очисткой), в процессе которого происходит удаление оставшихся загрязнений.

На сегодняшний день наиболее предпочтительной технологией является электролиз.

А знаете ли вы, что медь, как природный, ограниченный в количестве и потому ценный сырьевой материал не расходуется, а используется в различных формах и после использования может использоваться повторно?

Именно поэтому еще древние египтяне обозначали медь так называемым символом "анкх", означающим "вечную жизнь" - действительно, наиболее подходящее название. Потому что этот металл, со времен его открытия, может использоваться без всяких ограничений. Поэтому навряд ли возникают сомнения в том, что где-то на Земле все еще активно используется медь, которую, в свое время, добыли еще в Древнем Египте.

Причина этого заключается в не представляющей проблем способности к переплавке. Именно это обеспечивает возможность неограниченно частую регенерацию меди.

Более 80% когда-либо добытой меди в настоящее время все еще находятся в обороте.