Цель. Расширить и углубить знания учащихся о металлах, сформировать у них интерес к химии, умение работать с дополнительной литературой, развивать мышление, обосновывать выводы, развивать коммуникативные способности, формировать мировоззренческие понятия.
Оформление. Таблица “Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева”; коллекция некоторых металлов и сплавов, проектор, экран для мультимедийной презентации.
Вступление ведущего.
1-я страница - “Великий труженик”. (Железо).
2-я страница - “Древнейший и заслуженный”. (Медь).
3-я страница - “Серебряная вода”. (Ртуть).
4-я страница - “Погубивший Рим”. (Свинец).
5-я страница - “Металл, болеющий... чумой”. (Олово).
6-я страница - “Мерило стоимости”. (Серебро).
7-я страница - “Царь металлов - металл царей”. (Золото).
Действующие лица.
Ученики-докладчики.
Ведущий. Много веков металлы верно служат человеку, помогая ему покорять стихию, овладевать тайнами природы, создавать замечательные машины и механизмы.
Богат и интересен мир металлов. Среди них встречаются старые друзья человека: медь, железо, свинец, ртуть, золото, серебро, олово. Эта дружба насчитывает уже тысячи лет. Но есть и такие металлы, знакомство с которыми состоялось лишь в последние десятилетия.
Еще в глубокой древности человеку были известны семь металлов. Семь металлов древности соотносили с семью известными тогда планетами и обозначали символическими значками планет. Знаки золота (Солнца) и серебра (Луны) понятны без особых пояснений. Знаки же других металлов считались атрибутами мифологических божеств: ручное зеркало Венеры (медь), щит и копье Марса (железо), трон Юпитера (олово), коса Сатурна (свинец), жезл Меркурия (ртуть).
Семь металлов создал свет,
По числу семи планет.
Дал нам космос на добро
Медь, железо, серебро,
Злато, олово, свинец.
Сын мой, сера – их отец.
И спеши, мой сын, узнать:
Всем им ртуть – родная мать.
Свойства металлов чудесны, разнообразны. Ртуть, например, не замерзает даже на морозе, а вольфрам не боится самых жарких объятий пламени. Литий мог бы быть отличным пловцом: ведь он вдвое легче воды и при всем желании не сможет утонуть, а осмий - чемпион среди металлов-тяжеловесов - камнем пойдет ко дну. Серебро “с удовольствием” проводит электрический ток, а у титана явно “не лежит душа” к этому занятию: его электропроводность в 300 раз ниже, чем у серебра. Железо мы встречаем на каждом шагу, а гольмий содержится в земной коре в таких мизерных количествах, что даже крупицы этого металла стоят баснословно дорого: чистый гольмий в несколько сот раз дороже золота.
Но как ни различны свойства этих элементов, их роднит то, что все они принадлежат к одной большой семье металлов. Сегодня мы познакомимся лишь с некоторыми из них - старыми друзьями человека.
Откроем 1-ю страницу нашего журнала. Она называется “Великий труженик”.
Как важен этот нам металл,
В металлургии он одним из главных стал.
Знаком с железом даже древний человек:
Когда-то до нашей эры начался
И продолжается сейчас железный век.
Ведь до сих пор использует успешно железо
Наш современный человек.
Руда железная нам издавна известна
И выплавкой могучей стали интересна.
Сегодня железо - от транспорта до тонкой техники,
От иголки и до космических кораблей –
Во многих областях металла нет нужней.
А в организме важен нам белок гемоглобин,
За перенос О 2 ведь отвечает он один,
Без кислорода жизни нет на свете –
Об этом знают даже маленькие дети.
1-й ученик. А задумывался ли кто-нибудь из вас, что было бы, если все железо исчезло на земле и не осталось бы ни одного грамма этого элемента?
“...На улицах стоял бы ужас разрушения: ни рельсов, ни вагонов, ни паровозов, ни автомобилей... не оказалось бы, даже камни мостовой превратились бы в глинистую труху, а растения начали бы чахнуть и гибнуть без живительного металла.
Разрушение ураганом прошло бы по всей земле, и гибель человечества сделалась бы неминуемой. Впрочем, человек не дожил бы до этого момента, ибо, лишившись трех граммов железа в своем теле и в крови, он бы прекратил свое существование раньше, чем развернулись бы нарисованные события. Потерять все железо - пять тысячных процента своего веса - было бы для него смертью!” Эту картину нарисовал академик А.Е. Ферсман.
Ученые предполагают, что первое железо, попавшее в руки человека, было метеоритного происхождения. Не случайно на некоторых древних языках железо именуется “небесным камнем”. Уже в древности из этих небесных тел, поскольку они были прочными и твердыми, изготавливались различные предметы. Изменялась и стоимость железа. Когда начался железный век, этот металл ценился дороже золота. В “Одиссее” говорится, что победителю игр, устроенных Ахиллесом, была назначена награда: кусок золота и кусок железа. Но с развитием металлургии стоимость железа неуклонно снижалась, а его роль в жизни человеческого общества все больше возрастала. Очевидно, железный век длится и по сей день, т.к. более 90% всех используемых человеком сплавов – это сплавы на основе железа. Одной из самых почетных профессий во все времена считалась профессия кузнеца. Чистое железо способно быстро намагничиваться и размагничиваться, поэтому его применяют для изготовления трансформаторов, электромоторов, мембран микрофонов. Основная масса железа используется в виде сплавов – чугуна и стали.
Железо – это биогенный элемент. Оно играет важную роль в жизни практически всех организмов, за исключением некоторых бактерий. При недостатке железа в растениях понижается образование хлорофилла, что нарушает процесс фотосинтеза. Железо входит в состав гемоглобина, миоглобина, различных ферментов и других сложных белковых комплексов, которые находятся в печени и селезенке. Железо стимулирует функцию кроветворных органов. В организм железо поступает вместе с пищей. У человека и животных при недостатке железа развивается анемия (малокровие). Как правило, поступающего с пищей железа вполне достаточно, но в некоторых случаях (анемия, а также при донорстве крови) необходимо применять железосодержащие препараты и пищевые добавки (гематоген, ферроплекс).
Ведущий. От металла-труженика перейдем ко 2-й странице устного журнала, она называется “Древнейший и заслуженный”. Речь пойдет о красном металле - меди.
2-йученик.С медью человек познакомился примерно 6-7 тыс. лет тому назад, когда полированный камень с хорошо приделанной рукояткой стал заменяться орудием из меди, а затем и из бронзы. Знакомство человека с медью и бронзой ознаменовано в истории культуры человеческого общества началом медного и бронзового века. Богатые месторождения меди находятся на Урале, в Казахстане, Закавказье, Сибири, Заполярье, США, Чили, Перу, Канаде, ЮАР, Замбии. Несметные сокровища волшебных камней-самоцветов таят в себе недра седого Урала. Но, пожалуй, ни с одним из них не связано столько легенд и сказаний, как с малахитом. Воспетый П.П. Бажовым, этот чудесный, зеленый камень с неповторимым узором золотые руки мастеров-камнерезов превращали в изумительные по красоте изделия.
Быть может, не все знают, что малахит является одним из минералов меди - металла, с которым неразрывно связана вся история цивилизации.
Пластичная красавица, с трудом она расплавится,
Имеет желто-красный цвет
И знает сплавов главных рецепт,
И в медный век, и в бронзовый –
С давних пор медь – госпожа,
Дана для памятников и скульптур
Она на долгие года.
Медь – главный металл электротехники. Около 50% получаемой меди используется в электротехнической промышленности, остальная медь применяется в машиностроительном деле, для изготовления химической аппаратуры (холодильники, вакуум-аппараты, котлы, змеевики и т.д.), расходуется на изготовление сплавов на базе цветных и черных металлов, синих и зеленых красок, препаратов для борьбы с вредителями сельского хозяйства и в медицине.
В XII и XIII вв. в России медь потреблялась главным образом на изготовление колоколов, монет, домашней утвари, а несколько позднее – в кораблестроении и пушечном деле. Русские мастера достигли изумительных успехов. Знаменитый Царь-колокол, отлитый из бронзы Иваном Федоровичем и Михаилом Ивановичем Маториными, весил 12327 пудов. Вес этого колокола был в 3 раза больше веса колокола, находившегося в Киото (Япония), и почти в 4 раза больше пекинского колокола, которые считались в то время самыми большими в мире.
Другим ярким историческим примером, свидетельствующим о широком использовании бронзы в средние века, является Царь – пушка, отлитая в 1586 г. Она сохранилась до наших дней и поражает своими размерами: диаметр ствола – 89 см, общая длина – свыше 5 м, вес – 2400 пудов. Творцом этой замечательной пушки был русский литейщик Андрей Чохов.
А знаете ли вы, что из представителей животного мира наибольшие количества меди содержат осьминоги, каракатицы, устрицы и некоторые другие моллюски. В крови ракообразных и головоногих медь играет ту же роль, что железо в крови других животных.
У человека медь содержится главным образом в мозге и печени. Ежедневная потребность человеческого организма - примерно 0,005 г этого элемента. При недостаточном поступлении меди с пищей у человека развивается малокровие, появляется слабость. При соприкосновении с кожей медь снимает воспалительные процессы, успокаивает боль, оказывает местное бактерицидное воздействие, стимулирует защитные силы организма, помогает избежать инфекционных заболеваний и рассасывает доброкачественные опухоли. Также медь хорошо действует на сердечно-сосудистую систему, предупреждает тромбофлебит и излечивает многие хронические болезни. В Сирии и Египте новорожденным для профилактики рахита и эпилепсии надевают медные браслеты.
Иду на мелкую монету,
В колоколах люблю звенеть,
Мне ставят памятник за это
И знают: имя мое – медь!
Ведущий. Давно стал достоянием истории медный век, но человек не расстается с медью - своим старым и преданным другом. А мы перейдем к 3-й странице устного журнала, которая называется “Серебряная вода”.
2-й ученик. Свыше двухсот лет назад Ломоносов дал простое и ясное определение понятия “металл”. Он писал: “Металлы - тела твердые, ковкие, блестящие”. Лишь один металл является исключением из общего правила, он находится и жидком состоянии. Вы, конечно, догадались, что это ртуть? Название “серебряная вода” - это перевод латинского названия ртути - гидраргирум.
Ртуть - самая тяжелая из всех известных жидкостей: ее плотность 18,6 г/см 3 . Это значит, что литровая бутылка ртути весит больше, чем ведро с водой (больше 13 кг).
Ртуть известна еще с древних времен. Мало распространена в природе, в основном встречается в виде минерала киновари. Древние китайцы называли главную руду ртути киноварь “кровью дракона”. Ртуть играла видную роль у алхимиков в их безнадежных поисках способа превращения неблагородных металлов в золото, они называли ртуть меркурием.
Ртуть испаряется при комнатной температуре, пары ее очень ядовиты! Поэтому следует соблюдать особую осторожность при работе с ртутью и ртутными приборами, особенно термометрами. Ее используют для изготовления барометров, манометров и специальной научной аппаратуры. Сплавы ртути с другими металлами называются амальгамами. Амальгамы серебра, золота и олова применяются в стоматологии. Ртуть используется как катализатор в органическом синтезе, для производства ламп дневного света, кварцевых ртутных ламп и т.д. Широкое применение находят соединения ртути: цианат ртути (гремучая ртуть) – как взрывчатое вещество для детонаторов; иодид ртути – в качестве бактерицидного вещества; сульфид ртути (киноварь) – как краска красного цвета; хлорид ртути (I) (каломель) – для изготовления каломельного электрода и как катализатор; хлорид ртути (II) (сулема) – как дезинфицирующее вещество в медицине, в сельском хозяйстве для протравливания семян, в фотографии, для крашения тканей, как катализатор в органическом синтезе и т.д. (Сулема – сильнейший яд!)
Ведущ и й. Познакомившись с “серебряной водой”, мы откроем 4-ю страницу, которая называется “Погубивший Рим”.
4-й ученик. Всем известно, что Рим спасли гуси. Бдительные птицы своевременно заметили приближение неприятельских войск и резкими криками сигнализировали об опасности. А вот что погубило Рим?
Некоторые американские ученые-токсикологи считают, что в падении Рима повинно отравление жителей свинцом. По их мнению, использование посуды, оправленной в свинец, и свинцовых косметических средств обусловило быстрое вымирание римской аристократии, средняя продолжительность жизни которой не превышала 25 лет. Люди же низших сословий, хоть и не имели дорогой посуды, пользовались знаменитым водопроводом, трубы которого были сделаны из свинца.
Разумеется, не только свинец был виноват в том, что империя чахла, существовали более серьезные причины. И все же доля истины в рассуждениях американских ученых есть: обнаруженные при раскопках останки древних римлян содержат большие количества свинца.
Свинец используют для изготовления защитных оболочек электрических кабелей, оборудования для производства серной кислоты. Сплавы свинца идут на изготовление подшипников, аккумуляторов, применяют как основу для изготовления типографского металла. Свинец хорошо поглощает гамма-излучение и используется для защиты от него при работе с радиоактивными веществами (свинцовые экраны и т.д.).
Широкое применение находят оксиды свинца: оксид свинца (II) PbO – для изготовления ячеек аккумуляторных пластин, некоторых сортов свинцового стекла; Pb 3 O 4 – сурик – в стекольной промышленности, как пигмент при приготовлении масляных красок, защищающих железные и стальные конструкции от коррозии; диоксид свинца PbO 2 – в свинцовых аккумуляторах.
Разнообразно применение различных солей свинца: основной карбонат свинца – свинцовые белила – как белый пигмент в производстве красок; хромат свинца – желтый крон – в качестве пигмента; тетраэтилсвинец – добавляют к бензину для предотвращения детонации в автомобильных двигателях.
Ведущий. А знаете ли вы, что вплоть до XVII в. свинец нередко путали с оловом? Олово называли Plumbum album (свинец белый), а свинец - Plumbum nigrum (свинец черный). Сколько интересных историй связано с оловом! Давайте откроем 5-ю страницу устного журнала, которая посвящена олову и называется “Металл, болеющий... чумой”.
5-й ученик. В 1910 г. английский полярный исследователь капитан Роберт Скотт снарядил экспедицию, целью которой было достичь Южного полюса. Много трудных месяцев передвигались отважные путешественники по снежным пустыням антарктического материка, оставляя на своем пути небольшие склады с продуктами и керосином - запасы на обратную дорогу.
В начале 1912 г. экспедиция, наконец, достигла Южного полюса, но оказалось, что на месяц раньше здесь побывал норвежский путешественник Р. Амундсен. Однако главная беда поджидала Р. Скотта на обратном пути. На складах, которые они оставили, не оказалось керосина, он весь вытек. Продрогшим людям нечем было согреться и неначем было приготовить пищу. Вскоре Роберт Скотт и его друзья погибли. В чем же крылась причина исчезновения керосина? Почему тщательно подготовленная экспедиция закончилась трагически? Причина оказалась простой: жестяные банки с керосином были запаяны оловом, а на морозе олово “заболевает”: блестящий металл превращается в серый порошок. Это явление, называемое “оловянной чумой”, и сыграло роковую роль в судьбе экспедиции.
Олово широко применяется для нанесения защитных покрытий (лужения) на железо, иногда на медь и др. 40% олова используется для покрытия им изделий из железа, соприкасающихся с продуктами питания, например, консервных банок. Олово рекомендуется для лечения диабета, астмы, респираторных инфекций, анемии, а также кожных, легочных заболеваний и болезней, связанных с застаиванием жидкости в организме.
Большое количество олова используется в виде сплавов с другими металлами. Основной сплав олова с медью – бронза, известный еще с древних времен. Из бронзы отливают памятники. Сплав олова с сурьмой и медью идет на изготовление подшипников, сплав олова со свинцом применяется для пайки в качестве припоя, сплав, состоящий из 75% олова и 25% свинца, идет на изготовление оловянной посуды. Сульфид олова SnS 2 используют как краску для позолоты дерева (сусальное золото).
Ведущий. Иногда олово называют за серебристо-белый цвет и блеск “соперником серебра”. Вот и книга об олове так и называется “Соперник серебра”. Теперь мы познакомимся с самим серебром - одним из представителей благородных металлов. Следующую, 6-ю страницу назвали “Мерило стоимости”.
6-й ученик. Знаете ли вы, как и когда родился на свет рубль? Рубль появился в XIII в. - удлиненный брусок серебра, весивший примерно 200 г. Предполагают, что из серебра отливали длинный и узкий слиток, а затем зубилом рубили его на части - гривны. Эти гривны и называли рублевыми, или просто рублями. Позднее стали чеканить деньги, а в XVI в. была создана единая для всего Русского государства денежная система. В то время в России ходили серебряные деньги. Серебра своего не было, его закупали за границей (русские монеты отливали из иностранных монет). Серебро издавна применяли и в ювелирном деле: из него изготовляли пудреницы, портсигары, табакерки, чайные и столовые сервизы и другие предметы роскоши.
С тех пор как в 1839 г. французский художник и изобретатель JI.Ж. Дагер разработал способ получения изображения на светочувствительных материалах, серебро неразрывно связало свою судьбу с фотографией. С середины XIX в. и по сей день серебро используется для производства зеркал. Многие применения серебра связаны с тем, что оно “самый-самый” металл: самый тепло- и электропроводный, имеющий самый высокий металлический блеск, один из самых пластичных.
Серебром покрывают поверхность электрических контактов в радиоприемниках, телевизорах, музыкальной и видеоаппаратуре. Серебро используется в качестве катализатора в органическом и неорганическом синтезе. Ионы серебра уничтожают бактерии и даже в незначительной концентрации стерилизуют питьевую воду. В медицине используют коллоидные растворы серебра, стабилизированные специальными добавками, - колларгол, протаргол и др., оказывающие эффективное антисептическое действие – для дезинфекции слизистых оболочек. По индийской традиции, тонкие полоски серебра постоянно употребляют с пищей для предупреждения кишечных инфекций.
Из-за своей мягкости серебро применяют в основном в виде сплавов: сплавы с медью применяют для изготовления ювелирных изделий, монет, лабораторной посуды; сплав с никелем – для изготовления серебряно-никелевых аккумуляторов.
Разнообразно использование солей серебра: нитрат серебра – ляпис – в производстве фотоматериалов, для изготовления зеркал, в гальванотехнике, в медицине, для изготовления несмываемых чернил.
А знаете ли вы, что название одной из стран Южной Америки - Аргентины - связано с серебром? Что в XVIII в. ходили фальшивые деньги, которые были ценнее настоящих, так как содержали больше серебра, чем государственные.
Быть символом не каждому дано,
Но именем моим не без причины
Назвали руки, дождь, тельца, руно,
Сечение и мнений середину.
И в честь меня был назван даже век,
Когда был очень счастлив человек.
Что нынче в имени моем? А встарь
Считали все, что я – металлов царь.
И последний металл, с которым тесно связана история развития человечества, - золото. 7-я страница устного журнала называется “Царь металлов - металл царей”.
7-й ученик. Золото! Ни один другой металл не играл столь зловещей роли в многовековой истории человечества. За право владеть им велись кровопролитные войны, уничтожались целые государства и народы, совершались тяжкие преступления. Много горя, страданий и мук принес людям этот красивый желтый металл... История золота - это история цивилизации. Первые крупицы этого металла попали в руки людей несколько тысячелетий назад, и тогда же он был возведен человеком в ранг драгоценного.
Средние века ознаменовались пышным расцветом алхимии, ставшей повальным увлечением, которому отдавались и стар, и млад. Попытки превратить в золото другие металлы предпринимались с давних пор, но никогда прежде они не носили столь массового характера.
Чистое золото очень мягкий и пластичный металл. Кусочек его величиной со спичечную головку можно вытянуть в проволоку длиной более трех километров или расплющить в прозрачный голубовато-зеленый лист площадью 50 м 2 . Если царапнуть ногтем по чистому золоту, на нем останется след. Поэтому золото, идущее на ювелирные изделия, обычно содержит добавки меди, серебра, никеля и других металлов, придающих ему прочность.
Одно из самых важных свойств золота - исключительная химическая стойкость. На его не действуют ни кислоты, ни щелочи. Лишь грозная “царская водка” способна растворить золото. Купола церквей золотили из-за химической стойкости и простоты механической обработки золота. Современная космическая техника использует контактные сплавы золота с палладием, платиной, вольфрамом, цирконием и т.д. Золото и его сплавы стали конструкционным материалом не только для миниатюрных радиоламп и контактов, но и для гигантских ускорителей элементарных частиц. Золото в сплавах с серебром или медью применяется для изготовления зубных протезов. В медицинской практике применяются органические и неорганические соединения золота, радиоактивные изотопы золота для лечения ряда заболеваний, в том числе и онкологических.
Этот драгоценный металл улучшает эластичность кожи, замедляет ее старение. Золото входит в состав препаратов, которыми лечат кожные болезни, артриты, а также другие ревматические и аутоиммунные заболевания. Медики объясняют, что золотосодержащие лекарства блокируют белок, который отвечает за эти болезни. Для сохранения молодости золото применяется и в пластической хирургии.
Ведущий. Таким образом, сегодня мы с вами познакомились с областями применения, основанными на важнейших свойствах металлов, интересными историями, связанными с ними.
Итак, давайте еще раз посмотрим, о каких металлах сегодня мы вели разговор.
Медь, серебро, золото, железо, свинец, олово и ртуть – это те металлы, с которыми древний человек познакомился раньше других.
Конечно, сейчас на нашей планете с металлами могут конкурировать пластмассы, но, несмотря на это, роль металлов в важных областях промышленности, а также жизнедеятельности человека никогда не уменьшится.
Металлы разные на свете,
И знать о них должны и взрослые, и дети.
Одни здоровье и покой наш берегут,
Другие к могуществу страну ведут…
Везде металлы на планете: и там, и тут,
И новые истории о них вас ждут…
(Внеклассное мероприятие сопровождается показом презентации)
Литература
- Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. – М.: “АСТ-ПРЕСС”, 2002. - 560 с.
- Енякова Т.М. Внеклассная работа по химии. – М.: Дрофа, 2005. – 173 с.
- Ивич А. 70 богатырей. – М.: “Детская литература”, 1986.
- Популярная библиотека химических элементов. – М.: Издательство “Наука”, 1977. 2 т.
- Химия. Справочник школьника. – М.: Филологическое общество “Слово”, 1995.
- Геригановская Е.В. Путешествие по стране “Металлы” // Химия, № 4-2012, с. 39-40.
- Данина Е.Н. Металлы на страже здоровья.// Химия, №12-2010, с. 45-46.
- Ледовская Е.М. Урок
Как могло получиться, что в период раннего и среднего бронзового века на огромной территории от Южного Урала до Адриатики, Персидского залива и Восточного Средиземноморья существовала единая технология выплавки металлов, да и составы получаемых сплавов были во многом идентичные? Ведь если принять за основу общепринятую теорию освоения человеком металлургии методом «случайного экспериментирования», технологии и методы выплавки металлов должны были довольно сильно отличаться друг от друга в разных центрах древней металлургии, находясь в зависимости от десятка различных факторов - различия минеральных видов руд, топлива, местных географических и климатических условий.
Исследования последних десятилетий серьезно пошатнули традиционный взгляд на историю освоения металлов человеком. Особенно много противоречий между эмпирическими фактами и устоявшейся теорией обнаруживается для самых ранних стадий древней металлургии, считает Андрей Скляров.
Скляров Андрей Юрьевич
Директор Фонда развития науки «III тысячелетие». писатель, режиссер, путешественник, исследователь, организатор ряда съемочно-исследовательских экспедиций в разные страны мира. Автор ряда книг и статей. Обладатель премии «Золотое перо Руси».
РЗ: Что можно сказать по поводу состава древних сплавов?
Установлено, что многие древнейшие бронзовые предметы изготовлены не из чистой меди, а из медно-мышьяковых сплавов. При этом производство мышьяковистых бронз даже на самом раннем этапе явно не было «случайным результатом», а имеет все признаки целенаправленного легирования меди мышьяком - причем не добавками к готовому металлу, а посредством смешивания медных и мышьяковистых руд на стадии плавки. Абсолютно нигде не обнаруживается никаких следов неудачных экспериментов с «неправильными» рудами.
Древние металлурги каким-то образом сразу использовали верный рецепт. Нигде нет следов и экспериментирования с топливом. В частности, при наличии больших залежей каменного угля в Турции ни на одном этапе своей деятельности древние металлурги его так и не пытались использовать. Для плавок всегда использовался только древесный уголь.
Фото: Владислав Стрекопытов
В целом получается, что в Анатолийско-Иранском очаге древний человек каким-то образом освоил сразу и вдруг довольно сложную, но при этом весьма эффективную технологию получения медных сплавов из руды.
Чаще всего в древних находках мы видим присутствие сплава обычной оловянистой бронзы с метеоритным железом. Также везде, где материалом предположительно служили металлы, относящиеся к древней цивилизации, в больших количествах присутствует никель. Еще в 20-е годы прошлого века при Британском королевском обществе была создана специальная комиссия, которая пыталась выяснить источники никеля в самых древних из известных металлических изделиях. Откуда взялся никель в самой древней бронзе, непонятно. В Турции есть находки бронзовых изделий, в которых 20–40% никеля. Это невозможно объяснить наличием в руде первичных примесей, так как 1,5% - это уже богатое металлом месторождение. Большинство залежей содержит еще меньше никеля. А месторождения никеля в Восточной Турции или Северном Иране неизвестны. Неужели руду возили за тысячи километров? Зато и в Восточной Турции, точно так же, как в Южной Америке, присутствуют древние сооружения с полигональной мегалитической кладкой. Но в этих регионах обнаруживаются не только абсолютно схожие сооружения, но и тот же состав бронзы.
РЗ: То есть можно говорить о древних технологиях, унифицированных в глобальном масштабе?
Да. В Перу тоже использовался в процессе плавки только древесный уголь, хотя на севере Перу масса антрацита. Вся бронза там тоже мышьяковистая, хотя проявления мышьяковых руд есть только высоко в горах. А производство датируется III тысячелетием до н. э.
Интереснейшие древние изделия - металлические стяжки, скреплявшие каменные блоки древних сооружений. В частности, знаменитый район Тиауанако в Боливии - там тоже нет ни одной находки с оловянистой бронзой. Здесь в составе всех изделий из бронзы помимо меди и мышьяка еще и никель, хотя нигде в округе никелевых руд нет. Ближайшие месторождения есть в Бразилии и в Колумбии. И туда и туда - 2000 км. Причем до определенного периода бронзовые изделия и посуда содержали в своем составе никель, а потом бронза стала просто мышьяковистой. Вывод - бронза с никелем была получена путем переплавки стяжек, скрепляющих плиты и блоки древних мегалитических сооружений. Данный вывод подкреплен результатами анализов содержания изотопов свинца в сплавах. А эти стяжки были выплавлены неизвестно кем и неизвестно когда.
Состав медных сплавов изделий Циркумпонтийской металлургической провинции
РЗ: Как же получали такие сплавы, причем массово?
Когда мы говорим о сплаве металлов, бронзе, латуни и так далее, все привыкли воспринимать стереотипно - сначала надо получить металлы в чистом виде, а потом сплавить. Да, так работает современная промышленность. Для примитивных технологий гораздо эффективнее выплавлять сразу из руды комплексный продукт.
Если это так, то отсюда получается очень интересный вывод - раннего периода, так называемого «медного века», в истории человечества, скорее всего, не было. А это значит, что древний человек, осваивая металлы, сразу перешел к плавке и сразу начал изготавливать сложные сплавы. Ранее нас учили, что для организации металлургического процесса нужно наличие высокоорганизованного общества. А на самом деле мы видим, что люди перешли к выплавке бронзы, когда еще не было никаких государственных образований. Это был период племенного уклада, когда люди жили небольшими общинами.
РЗ: Где были обнаружены древнейшие металлические изделия?
Самым древним свидетельством использования человеком металла считаются находки в неолитическом поселении на холме Чайоню-Тепеси в Юго-Восточной Анатолии (в верховьях реки Тигр). Металлические изделия были найдены в напластованиях холма, возраст которых по радиоуглероду составляет 9200 ±200 и 8750 ±250 лет до нашей эры.
РЗ: Можно ли в связи с этим сказать, что впервые люди научились обрабатывать металлы именно в Междуречье?
Еще не так давно шумерская цивилизация, располагавшаяся в Междуречье - обширном низменном районе между реками Тигр и Евфрат, считалась историками чуть ли не самой древнейшей цивилизацией на планете, с достижениями которой (равно как и с достижениями Древнего Египта) сравнивались новые археологические находки в других регионах. Порой датировки этих находок подгонялись под известные шумерские артефакты так, чтобы не нарушить почтенного звания Шумера как «древнейшей цивилизации».
Однако во второй половине ХХ века ситуация начала серьезно меняться. Резко возросло число находок, которые были куда совершеннее шумерских, но при этом оказывались более древними по возрасту. Датировки соседних с Древним Шумером культур уверенно поползли назад во времени, и ныне разрыв между ними достигает порой уже многие тысячи лет. Жители Древнего Шумера во многих сферах своей деятельности оказались вовсе не гениальными изобретателями, а всего лишь наследниками и продолжателями более древних народов. Именно такая ситуация имела место, например, с Бактрийско-Маргианским археологическим комплексом. Найденные здесь выполненные на высочайшем уровне изделия из бронзы датируются XXIII–XVIII тысячелетиями до н. э., а это гораздо древнее.
Дело в том, что металлургия невозможна без соответствующей сырьевой базы, а на территории Междуречья нет и не было сколь-нибудь серьезных рудных залежей. Так что шумерские мастера могли работать только с привозным сырьем (рудами) или уже со слитками металла, выплавленного в других регионах. То, что так и было, подтверждается переводами шумерских текстов, где указывается на весьма развитую систему торговли и обмена металлами не только с соседями, но и с весьма удаленными странами. В этих условиях трудно себе представить, чтобы искусство металлургии могло возникнуть в самом Древнем Шумере. Оно явно должно было иметь внешний источник.
1–2. Абсолютное сходство технологий полигональной кладки на сооружениях из Аладжа-хююка, Турция (1) и Куско, Перу (2).
3. Бронзовая маска культуры Саньсиндуй (Китай, III – начало I тысячелетия до н. э.). 4. Бронзовая маска (Перу). 5. Бронзовый «солнечный диск» из Аладжа-хююка (Турция)
Фото: Фонд развития науки "III тысячелетие"
РЗ: То есть «древнейшая» шумерская цивилизация от кого-то унаследовала технологию обработки металла?
Ни один народ, ни одна древняя культура не ставит себе в заслугу изобретение металлургии. Абсолютно все древние легенды и предания единодушно утверждают - умение получать и обрабатывать металлы народам дали некие могущественные боги. Боги, которые жили и правили на Земле много тысяч лет назад. Любопытно, что, согласно легендам и преданиям, те же самые боги обучили людей гончарному ремеслу. А ведь гончарное производство является жизненно необходимым для древней металлургии - без керамических тиглей тут никак не обойтись. Вдобавок для качественного обжига керамики требуются температуры, аналогичные температурам при металлургической плавке, а следовательно, нужны и схожие конструкции печей, обеспечивающие необходимый температурный режим. Более того. Те же боги дали людям и земледелие. И в этом случае получает вполне логичное объяснение та странная связь, которая существует между очагами древней металлургии и центрами древнейшего земледелия. Связь, которую историки подметили, но никак не объясняют.
Когда речь идет о древних богах, упоминаемых в легендах и преданиях, необходимо учитывать очень важный момент, что в этот термин наши предки вкладывали совсем иной смысл, нежели мы сейчас вкладываем в слово «Бог». Наш современный Бог - это сверхъестественное всесильное существо, обитающее вне материального мира и распоряжающееся всем и вся. Древние же боги в легендах и преданиях вовсе не столь могущественные - их способности хоть и превышают многократно способности людей, но вовсе не бесконечны. При этом довольно часто эти боги, для того чтобы что-то сделать, нуждаются в специальных дополнительных предметах, конструкциях или установках - пусть даже «божественных».
РЗ: Насколько уникальны находки древних металлических изделий, и ограничиваются ли они только регионом Междуречья?
Подобные находки есть и в древних поселениях на территории Анатолии. Таких поселений уже найдено немало, и еще больше подобных находок следует ожидать в ближайшем будущем, поскольку ныне археологические исследования в центральных и восточных районах Турции только набирают обороты. Есть подобные находки и в северо-западном Иране.
Характер находок во всех регионах Ближнего Востока, относящихся к раннему бронзовому веку, сходный, что свидетельствует о вхождении Северной Месопотамии, Восточной Анатолии, Западного Ирана и Северного Кавказа в единую культурную Сиро-Палестинскую зону, о которой писали и другие авторы. Наши исследования подтверждают эту точку зрения и позволяют говорить о том, что основой формирования этой зоны во многом стала общая традиция металлопроизводства.
Еще один регион распространения бронзы - Индия. Совершенно самостоятельный регион, где примерно в III тысячелетии до н. э. появляются бронзовые статуэтки, обладающие характерной стилистикой и очень высоким уровнем детализации. В III тысячелетии до н. э. изделия из бронзы появляются и в Китае. На территории Индокитая есть находки бронзовых изделий, относящихся к V тысячелетию до н. э.
Полигональная мегалитическая кладка (Ольянтайтамбо, Перу). Фото: Владислав Стрекопытов
Доисторический «Вторцветмет»
Разнообразие форм выемок под стяжки и их расположение привели участников экспедиции Фонда «III тысячелетие», которая посетила Тиауанако (Мексика) в 2007 году, к двум версиям того, как можно было изготавливать эти стяжки. Либо использовалось что-то типа модифицированной технологии порошковой металлургии, когда сначала в выемки засыпался порошок металла, а затем через него пропускался мощный импульс тока, в результате чего происходил быстрый и сильный нагрев частиц металла и они сплавлялись в единое целое. Либо создатели комплекса заливали в выемки расплавленный металл, для чего использовали мобильные портативные металлургические печи для плавки металла непосредственно на месте строительства. Более вероятным представляется второй вариант, тем более что и другие исследователи выдвигали именно это предположение.
К счастью, некоторые стяжки сохранились до наших дней и были найдены археологами. И, если ориентироваться на имеющиеся материалы, речь все-таки нужно вести об отливке стяжек. Химический анализ состава найденных археологами стяжек дал сенсационный результат. Этот анализ показал, что они содержат 95,15% меди, 2,05% мышьяка, 1,70% никеля, 0,84% кремния и 0,26% железа. Если наличие кремния и железа можно списать на остаточные примеси, которые имелись в исходной руде и флюсах, то присутствие в сплаве подобного количества мышьяка и никеля однозначно указывает на преднамеренное легирование этими элементами.
Одна из немногих сохранившихся стяжек (Аксум, Эфиопия). Фото: Владислав Стрекопытов
Первоначально историки не увидели в подобном составе металлических стяжек ничего обескураживающего, поскольку найденные в комплексе Тиауанако и близ него бронзовые изделия, которые относятся к одноименной культуре, имеют схожий состав. И даже наоборот, это сходство состава использовалось историками в качестве «доказательства» того, что сооружения древнего комплекса якобы создавались как раз индейцами культуры тиауанако три с половиной тысячи лет назад. Оставалась только одна проблема - отсутствие поблизости необходимых месторождений никелевых руд. Ясно, что вряд ли индейцы культуры тиауанако перемещались на тысячи километров в поисках необходимого металла. Кроме того, получение чистого никеля - процесс очень непростой и весьма капризный. И ныне основная часть никеля производится в качестве побочного продукта в ходе получения других металлов. Так что индейцам пришлось бы доставлять за две тысячи километров непосредственно руду. При этом никелевые руды не поддаются механическому обогащению, а содержание металла в рудах обычно очень невелико. Ясно, что это выходит за любые разумные рамки.
Однако проблема с источником никеля достаточно легко снимается, если не ограничиваться той картиной, которую историки нарисовали для древнего Тиауанако. Для этого нужно лишь учесть некоторые особенности в распространенности изделий из различных видов бронзы в данном регионе. На раннем этапе 80% всех изделий были изготовлены из трехкомпонентной бронзы (медь, мышьяк, никель), однако затем состав изделий сменяется оловосодержащей бронзой. При этом механические свойства оловянной бронзы мало отличаются от свойств трехкомпонентной бронзы.
Производство из трехкомпонентной бронзы просто закончилось в одночасье. Но источников олова (в отличие от источников никеля) в высокогорьях Перу и Боливии предостаточно. Тогда почему производство изделий из трехкомпонентной бронзы продолжалось весьма длительное время, а затем внезапно закончилось? Наиболее простое объяснение буквально лежит на поверхности. Производство изделий из трехкомпонентной бронзы закончилось, потому что иссяк источник. Медные и мышьяковистые руды никуда не делись - их и сейчас там очень много. Иссяк источник никеля, местоположения которого исследователи до сих пор не могут найти. И вряд ли найдут до тех пор, пока будут искать его среди местных руд.
Все встает на свои места, если предположить, что источником не только никеля, но и всех других составляющих трехкомпонентной бронзы для индейцев служили… стяжки, которые строители мегалитических сооружений в Тиауанако использовали для скрепления блоков. Индейцы не выплавляли трехкомпонентную бронзу из руд, а просто переплавляли эти стяжки и использовали уже готовый сплав для отливки из него своих собственных изделий. Это объясняет и сходство состава изделий из трехкомпонентной бронзы на обширной территории, и внезапное прекращение производства индейцами изделий из такой бронзы - в некий момент стяжки просто закончились.
Владислав Стрекопытов
(лат.Ferrum).
Железо можно назвать главным металлом нашего времени. Это химический элемент очень хорошо изучен. Тем не менее ученые не знают, когда и кем открыто железо: слишком давно это было. Использовать железные изделия человек начал еще в начале I тысячелетия до н.э. На смену бронзовому веку пришел железный. Металлургия железа на территории Европы и Азии начала развиваться еще в IX-VII в.в. до н.э. Первое железо, попавшее в руки человека, вероятно, неземного происхождения. Ежегодно на Землю падает больше тысячи метеоритов, часть их железные, состоящие в основном из никелистого железа. Самый большой из обнаруженных железных метеоритов весит около 60 т. Он найден в 1920 г. В юго-западной части Африки. У «небесного» железа есть одна важная технологическая особенность: в нагретом виде этот металл не поддается ковке, ковать можно лишь холодное метеоритное железо. Оружие из «небесного» металла долгие века оставалось чрезвычайно редким и драгоценным. Железо- металл войны, но это и важнейший металл мирной техники. Из железа, как полагают ученые, состоит ядро Земли, и вообще на Земле это один из самых распространенных элементов. На Луне железо найдено в больших количествах в двухвалентном состоянии и самородное. В таком же виде железо существовало и на Земле, пока на ней восстановительная атмосфера не сменилась на окислительную, кислородную. Еще в глубокой древности было открыто замечательное явление – магнитные свойства железа, которые объясняются особенностями строения электронной оболочки атома железа. В древности железо ценилось очень высоко. Основная масса железа находится в месторождениях, которые можно разрабатывать промышленным способом. По запасам в земной коре железо занимает 4 место среди всех элементов, после кислорода, кремния и алюминия. Намного больше железа в ядре планеты. Но это железо недоступно и вряд ли станет доступным в обозримом будущем. Больше всего железа – 72,4% - в магнетите. Крупнейшие в СССР железорудные месторождения – Курская магнитная аномалия, Криворожское железорудное месторождение, на Урале (горы Магнитная, Высокая, Благодать), в Казахстане – Соколовское и Сарбайское месторождения. Железо – блестящий серебристо-белый металл, его легко обрабатывать: резать, ковать, прокатывать, штамповать.
(англ. Iron, франц. Fer, нем. Eisen) - один из семи металлов древности. Весьма вероятно, что человек познакомился с железом метеоритного происхождения раньше, чем с другими металлами. Метеоритное железо обычно легко отличить от земного, так как в нем почти всегда содержится от 5 до 30% никеля, чаще всего - 7-8%. С древнейших времен железо получали из руд, залегающих почти повсеместно. Наиболее распространенны руды гематита (Fe 2 O 3 ,), бурого железняка (2Fe 2 O 3 , ЗН 2 О) и его разновидностей (болотная руда, сидерит, или шпатовое железо FeCO,), магнетита (Fe 3 0 4) и некоторые другие. Все эти руды при нагревании с углем легко восстанавливаются при сравнительно низкой температуре начиная с 500 o С. Получаемый металл имел вид вязкой губчатой массы, которую затем обрабатывали при 700-800 o С повторной проковкой.
Этимология названий железа на древних языках довольно отчетливо отражает историю знакомства наших предков с этим металлом. Многие древние народы, несомненно, познакомились с ним, как с металлом, упавшим с неба, т. е. как с метеоритным железом. Так, в древнем Египте железо имело название би-ни-пет (бенипет, коптское - бенипе), что в буквальном переводе означает небесная руда, или небесный металл. В эпоху первых династий Ур в Месопотамии железо именовали ан-бар (небесное железо). В папирусе Эберса (ранее 1500 г. до н.э.) имеются два упоминания о железе; в одном случае о нем говорится как о металле из города Кэзи (Верхний Египет), в другом - как о металле небесного изготовления (артпет). Древнегреческое название железа, так же как и северокавказское - зидо, связано с древнейшим словом, уцелевшим в латинском языке,-- sidereus (звездный от Sidus - звезда, светило). На древнем и современном армянском языке железо называется еркат, что означает капнувшее (упавшее) с неба. O том, что древние люди пользовались вначале именно железом метеоритного происхождения, свидетельствуют и распространенные у некоторых народов мифы о богах или демонах, сбросивших с неба железные предметы и орудия, - плуги, топоры и пр. Интересен также факт, что к моменту открытия Америки индейцы и эскимосы Северной Америки не были знакомы со способами получения железа из руд, но умели обрабатывать метеоритное железо.
В древности и в средние века семь известных тогда металлов сопоставляли с семью планетами, что символизировало связь между металлами и небесными телами и небесное происхождение металлов. Такое сопоставление стало обычным более 2000 лет назад и постоянно встречается в литературе вплоть до XIX в. Во II в. н. э. железо сопоставлялось с Меркурием и называлось меркурием, но позднее его стали сопоставлять с Марсом и называть марс (Mars), что, в частности, подчеркивало внешнее сходство красноватой окраски Марса с красными железными рудами.
Впрочем, некоторые народы не связывали название железа с небесным происхождением металла. Так, у славянских народов железо называется по "функциональному" признаку. Русское железо (южнославянское зализо, польское zelaso, литовское gelesis и т. д.) имеет корень "лез" или "рез" (от слова лезо - лезвие). Такое словообразование прямо указывает на функцию предметов, изготовлявшихся из железа, -- режущих инструментов и оружия. Приставка "же", по-видимому, смягчение более древнего "зе" или "за"; она сохранилась в начальном виде у многих славянских народов (у чехов - zelezo). Старые немецкие филологи - представители теории индоевропейского, или, как они его называли, индогерманского праязыка - стремились произвести славянские названия от немецких и санскритских корней. Например, Фик сопоставляет слово железо с санскритским ghalgha (расплавленный металл, от ghal - пылать). Но вряд ли это соответствует действительности: ведь древним людям была недоступна плавка железа. С санскритским ghalgha скорее можно сопоставить греческое название меди, но не славянское слово железо. Функциональный признак в названиях железа нашел отражение и в других языках. Так, на латинском языке наряду с обычным названием стали (chalybs), происходящим от наименования племени халибов, жившего на южном побережье Черного моря, употреблялось название acies, буквально обозначающее лезвие или острие. Это, слово в точности соответствует древнегреческому, применявшемуся в том же самом смысле. Упомянем в нескольких словах о происхождении немецкого и английского названий железа. Филологи обычно принимают, что немецкое слово Eisen имеет кельтское происхождение, так же как и английское Iron. В обоих терминах отражены кельтские названия рек (Isarno, Isarkos, Eisack), которые затем трансформировались) isarn, eisarn) и превратились в Eisen. Существуют, впрочем, и другие точки зрения. Некоторые филологи производят немецкое Eisen от кельтского isara, означающего "крепкий, сильный". Существуют также теории, утверждающие, что Eisen происходит от ayas или aes (медь), а также от Eis (лед) и т.д. Староанглийское название железа (до 1150 г.) - iren; оно употреблялось наряду с isern и isen и перешло в средние века. Современное Iron вошло в употребление после 1630 г. Заметим, что в "Алхимическом лексиконе" Руланда (1612) в качестве одного из старых названий железа приведено слово Iris, означающее "радуга" и созвучное Iron.
Ставшее международным, латинское название Ferrum принято у романских народов. Оно, вероятно, связано с греколатинским fars (быть твердым), которое происходит от санскритского bhars (твердеть). Возможно сопоставление и с ferreus, означающим у древних писателей "нечувствительный, непреклонный, крепкий, твердый, тяжкий", а также с ferre (носить). Алхимики наряду с Ferrum ynoтребляли и многие другие названия, например Iris, Sarsar, Phaulec,Mineraи др.
Железные изделия из метеоритного железа найдены в захоронениях, относящихся к очень давним временам (IV - V тысячелетиях до н.э.), в Египте и Месопотамии. Однако железный век в Египте начался лишь с ХIIв. до н. э., а в других странах еще позднее. В древнерусской литературе слово железо фигурирует в древнейших памятниках (с XI в.) под названиями желъзо, железо, жельзо.
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
