Тайны древних сплавов. Железо - один из семи металлов древности Современные технологии обработки

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:

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.
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.
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.

Слайд 1

Описание слайда:

Слайд 2

Описание слайда:

Слайд 3

Описание слайда:

Слайд 4

Описание слайда:

Слайд 5

Описание слайда:

Слайд 6

Описание слайда:

Олимпиодр (VI в.), греческий философ и астролог, профессор Александрийской школы. Он соотнес 7 планет древности с 7 металлами и ввел обозначение этих металлов символами планет (Золото-Солнце, Серебро-Луна, Ртуть-Меркурий, Медь-Венера, Железо-Марс, Олово-Юпитер, Свинец-Сатурн). Олимпиодр (VI в.), греческий философ и астролог, профессор Александрийской школы. Он соотнес 7 планет древности с 7 металлами и ввел обозначение этих металлов символами планет (Золото-Солнце, Серебро-Луна, Ртуть-Меркурий, Медь-Венера, Железо-Марс, Олово-Юпитер, Свинец-Сатурн). Термин "металл" произошёл от греческого слова metallon (от metalleuo - выкапываю, добываю из земли). По алхимическим представлениям, металлы зарождались в земных недрах под влиянием лучей планет и постепенно крайне медленно совершенствовались, превращаясь в серебро и золото. Алхимики полагали, что металлы - вещества сложные, состоящие из "начала металличности" (ртути) и "начала горючести" (серы).

Слайд 7

Описание слайда:

Слайд 8

Описание слайда:

Слайд 9

Описание слайда:

Слайд 10

Описание слайда:

Свинец (лат. Plumbum) Свинец – это синевато-серый мягкий и тяжелый металл, это цветной металл. Содержание свинца в земной коре 1,6×10-3% по массе. Самородный свинец встречается крайне редко. Чаще всего свинец встречается в виде в виде сульфида PbS. Этот хрупкий блестящий минерал серого цвета называют галенитом, или свинцовым блеском. Плавится свинец при температуре 327,4°С, а кипит при 1725°С. Плотность его 11,34 г/см. Свинец – пластичный, мягкий металл: он режется ножом, царапается ногтем. На воздухе он быстро покрывается тонким слоем оксида PbO. Разбавленные соляная и серная кислоты на свинец почти не действуют, но он растворяется в концентрированных серной и азотной кислотах. С середины XIV в. из свинца отливали пули для огнестрельного оружия, в XV в. Гуттенберг в Германии приготовил знаменитый типографский сплав сурьмы, свинца и олова, или гарт, и положил начало книгопечатанию. Легкоплавкий, удобный в переработке, свинец широко применяется в наши дни. Свинец хорошо поглощает рентгеновское и радиоактивное излучение

Слайд 14

Описание слайда:

Список литературы Крицман В.А., Станцо В.В. Энциклопедический словарь юного химика 1982г. Дибров И.А. Неорганическая химия. СПб.: Изд. «Лань», 2001. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред.К.П.Мищенко А.А. Равделя. Л.: Химия, 1999 *. Нейгебауэр О. Точные науки в древности. - М.: "Наука", 1968.

Презентация по химии

на тему:

Семь доисторических металлов

Создатели
Цели и задачи исследования
Цитата по теме исследований
Введение
Золото
Серебро
Медь
Железо
Ртуть
Олово
Свинец
Список литературы

Создатели

Васильев Евгений
Катцин Олег

Цели и задачи исследования

Изучить эпоху знакомства с 7 металлами древности
Классификация древнего периода
Изучение особенностей различных металлов

Цитата по теме исследований

Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - основа современной химии. Они относятся к таким научным закономерностям, которые отражают явления, реально существующие в природе, и поэтому никогда не потеряют своего значения.
Их открытие было подготовлено всем ходом истории развития химии, однако потребовалась гениальность Д. И. Менделеева, его дар научного предвидения, чтобы эти закономерности были сформулированы и графически представлены в виде таблицы.

Олимпиодр (VI в.), греческий философ и астролог, профессор Александрийской школы. Он соотнес 7 планет древности с 7 металлами и ввел обозначение этих металлов символами планет (Золото-Солнце, Серебро-Луна, Ртуть-Меркурий, Медь-Венера, Железо-Марс, Олово-Юпитер, Свинец-Сатурн).
Термин "металл" произошёл от греческого слова metallon (от metalleuo - выкапываю, добываю из земли). По алхимическим представлениям, металлы зарождались в земных недрах под влиянием лучей планет и постепенно крайне медленно совершенствовались, превращаясь в серебро и золото. Алхимики полагали, что металлы - вещества сложные, состоящие из "начала металличности" (ртути) и "начала горючести" (серы).

Введение

Золото (лат.Aurum)

Золото-элемент редкий, его содержание в земной коре составляет всего 4,310 -7 %. В природе золото встречается почти всегда в чистом виде: в самородках или в виде мелких зерен и чешуек, вкрапленных в твердые породы или рассредоточенных в золото-носных песках. В наши дни основным источником золота служат руды, в которых на тонну пустой породы приходятся считанные граммы драгоценного металла.
Золото добывают и попутно- при переработке полиметаллических и медных руд. Есть оно и в морской воде – в крайне малых концентрациях.
В представлении алхимиков золото считалось «царем металлов». Причиной тому, очевидно, его эффектный внешний вид, неизменный блеск и устойчивость к действию подавляющего большинства реагентов. Золото при нагревании не реагирует с кислородом, водородом, углеродом, азотом, щелочами и большинством кислот. Растворяется золото лишь в хлорной воде, смеси соляной и азотной кислот (царской водке), в растворах цианидов щелочных металлов, продуваемых воздухом, а также в ртути.
В ювелирных и технических изделиях применяют не чистое золото, а его сплавы, чаще всего с медью и серебром, а его сплавы, чаще всего с медью и серебром. Чистое золото – металл слишком мягкий, ноготь оставляет на нем след, износостойкость его невысока. Проба, стоящая на золотых изделиях отечественного производства, означает содержание золота в сплаве из расчета на тысячу его весовых частей.

Золотой самородок «Мефистофель» массой 20,25 г, найденный в Сибири. Алмазный фонд. Москва.

Серебро (лат. Argentum)

Серебро – драгоценный металл, известный с глубокой древности. Серебренные самородки люди находили еще до того, как научились выплавлять металлы из руд. Серебро встречается на нашей планете и почти чистым, самородным, и в виде соединений (например, Ag 2 S, Ag 3 SbS 3 и др.) На Земле этого элемента в 20 раз больше, чем золота ,- примерно 7×10 -6 % от массы земной коры, но значительно меньше, чем меди .
Чистое серебро – блестящий белый металл, очень мягкий, по ковкости уступает лишь золоту. Лучше всех металлов проводит тепло и электрический ток.
Как и другим благородным металлам, серебру свойственна высокая химическая стойкость. Серебро не вытесняет водород из растворов обычных кислот, не изменяется на чистом и сухом воздухе, но, если в воздухе содержатся сероводород и другие летучие соединения серы , серебро темнеет. Азотная и концентрированная серная кислоты медленно реагируют с серебром, растворяя его.
Бромид серебра (в меньшей степени и другие галогениды) чрезвычайно важен для фото- и кинопромышленности как важнейший компонент светочувствительной пленки.
Поскольку мировые запасы этого металла уменьшаются, серебро стараются заменить везде, где только можно. Для этого химики-технологи ищут рецептуры бессеребренных светочувствительных кинофотоматериалов. Из похожих на серебро сплавов на никелевой основе делают монеты, посуду и художественные изделия.

Медь (лат. Cuprum)

Медь входит более чем в 170 минералов, из которых для промышленности важны лишь 17. Иногда встречается и самородная медь. Содержание меди в земной коре 4,7×10 -3 % по массе.
Каменные глыбы пирамиды Хеопса были обработаны медным инструментом. Целый период истории человечества назван медным веком.
Чистая медь – тягучий, вязкий металл красного, в изломе розового цвета, в очень тонких слоях на просвет медь выглядит зеленовато-голубой. В соединениях медь обычно проявляет степень окисления +1 и +2, известны также немногочисленные соединения трехвалентной меди.
Медь-металл сравнительно мало активный. В сухом воздухе и кислороде при нормальных условиях медь не окисляется. Она достаточно легко вступает в реакции с галогенами, серой, селеном . А вот с водородом, углеродом и азотом медь не взаимодействует даже при высоких температурах.
Особенно важна медь для электротехники. По электропроводности медь занимает II место среди всех металлов - после серебра. Однако в наши дни во всем мире электрические провода, на которые раньше уходила почти половина выплавляемой меди, все чаще делают из алюминия. Он хуже проводит ток, но легче и доступнее.
Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата – медного купороса. В значительных количествах он ядовит. В малых дозах медь совершенно необходима всему живому.

Медная сковорода, ок.3000г до н.э.

«Медный всадник». Санкт-Петербург.

Железо (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.

Древние предметы из железа,бронзы,

меди датированы 1300г. до н.э.

Ртуть (лат. Hydrargyrum)

В египетских гробницах, сооруженных за 1500 лет до н.э. найдены также изделия из железа, свинца, олова, ртути. Железо в те времена ценилось во много раз дороже золота. В гробнице фараона Тутанхамона (14 век до н.э.) найдено лишь несколько предметов из железа: маленькие лезвия, подголовник, амулет и небольшой кинжал.

Ртуть – элемент редкий и рассеянный, его содержание примерно 4,5×10 -6 % от массы земной коры. Тем не менее известна ртуть с глубокой древности.
Ртуть – тяжелый (плотность 13,52 г/см3) металл серебристо-белого цвета, единственный металл, жидкий при обычных условиях. Затвердевает ртуть при -38,9°С, закипает – при +357,25°С. При нагревании ртуть довольно сильно (всего в 1,5 раза меньше воды) расширяется, плохо проводит электрический ток и тепло – в 50 раз хуже серебра.
Как и благородные металлы, ртуть на воздухе не изменяется- не окисляется кислородом, не реагирует с другими компонентами атмосферы. С галогенами ртуть реагирует легче, чем с кислородом; взаимодействует с азотной кислотой, а при нагревании и с серной. В соединении ртуть всегда двухвалентна.
Соединения ртути весьма ядовиты. Работа с ними требует не меньшей осторожности, чем работа с самой ртутью.
В промышленности и в технике ртуть используют очень широко и разнообразно. Каждый из нас держал в руках ртутный термометр. Ртуть работает и в других приборах- барометрах, расходомерах. Важны ртутные катоды в производстве хлора и едкого натра, щелочных и щелочноземельных металлов , известны ртутные выпрямители переменного тока, ртутные лампы.

Олово (лат. Stannum)

Колокольчик из бронзы, середина второго тысячелетия до н. э.

Олово – один из металлов , известных людям с древности. Сплав олова с медью – бронза – был впервые получен более 4000 лет назад. Бронза и в наши дни остается главным сплавом олова. Олово – средний по распространенности элемент, в природе он встречается в составе 24 минералов, 2 из них – касситерит и станин – имеют промышленное значение.
Олово – достаточно пластичный серебристо-белый металл, плавится при 231,9°С, кипит при 2270°С. Существует в двух аллотропических модификациях- альфа и бета-олово.
При комнатной температуре олово обычно существует в бета-форме. Это всем известное белое олово – знакомый и привычный металл, из которого раньше отливали оловянных солдатиков, делали посуду и которым до сих пор покрывают изнутри консервные банки. При температуре ниже +13,2°С более устойчиво альфа-олово-серый мелкокристаллический порошок. Процесс превращения белого олова в серое быстрее всего идет при -33°С. Это превращение получило образное название «оловянной чумы». В прошлом оно не раз приводило к драматическим последствиям.
Химическая стойкость олова достаточно высока. При температуре до 100°С оно практически не окисляется кислородом воздуха – лишь поверхность покрывается тонкой оксидной пленкой состава SnO2. Растворяет олово и азотная кислота, даже разбавленная, и на холоде.
Большая часть олова идет на производство припоев и сплавов, главным образом типографских и подшипниковых.

Свинец (лат. Plumbum)

Свинец – это синевато-серый мягкий и тяжелый металл, это цветной металл.
Содержание свинца в земной коре 1,6×10-3% по массе. Самородный свинец встречается крайне редко. Чаще всего свинец встречается в виде в виде сульфида PbS. Этот хрупкий блестящий минерал серого цвета называют галенитом, или свинцовым блеском.
Плавится свинец при температуре 327,4°С, а кипит при 1725°С. Плотность его 11,34 г/см. Свинец – пластичный, мягкий металл: он режется ножом, царапается ногтем.
На воздухе он быстро покрывается тонким слоем оксида PbO. Разбавленные соляная и серная кислоты на свинец почти не действуют, но он растворяется в концентрированных серной и азотной кислотах. С середины XIV в. из свинца отливали пули для огнестрельного оружия, в XV в. Гуттенберг в Германии приготовил знаменитый типографский сплав сурьмы, свинца и олова, или гарт, и положил начало книгопечатанию.
Легкоплавкий, удобный в переработке, свинец широко применяется в наши дни. Свинец хорошо поглощает рентгеновское и радиоактивное излучение

Топор - секира из бронзы, второе тысячелетие до н. э.

Список литературы

Крицман В.А., Станцо В.В. Энциклопедический словарь юного химика 1982г.
Дибров И.А. Неорганическая химия. СПб.: Изд. «Лань», 2001 * .
Краткий справочник физико-химических величин / Под ред.К.П.Мищенко А.А. Равделя. Л.: Химия, 1999 *.
Нейгебауэр О. Точные науки в древности. - М.: "Наука", 1968.

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

“Семь металлов создал свет по числу семи планет” — в этих немудреных стишках был заключен один из важнейших постулатов средневековой алхимии . В древности и в средние века и было известно лишь семь металлов и столько же небесных тел (Солнце, Луна и пять планет, не считая Земли). По мнению тогдашних светил науки, не увидеть в этом глубочайшую философскую закономерность могли только глупцы да невежды. Стройная алхимическая теория гласила, что золото представлено на небесах Солнцем, серебро — это типичная Луна, медь, несомненно, связана родственными узами с Венерой, железо олицетворяется Марсом, ртуть соответствует Меркурию, олово — Юпитеру, свинец — Сатурну. До XVII века металлы и обозначались в литературе соответствующими символами.

Рисунок 1 - Алхимические знаки металлов и планет

В настоящее время известно более 80 металлов, большинство которых используется в технике.

С 1814 г. по предложению шведского химика Берцелиуса для обозначения металлов используются буквенные знаки.

Первым металлом, который человек научился обрабатывать, было золото. Самые древние вещи из этого металла изготовлены в Египте примерно 8 тыс. лет назад. В Европе 6 тыс. лет тому назад первыми начали изготовлять из золота и бронзы ювелирные украшения и оружие фракийцы , жившие на территории от Дуная до Днепра.

Историки выделяют три этапа в развитии человечества: каменный век, бронзовый и железный.

В 3 тыс.до н.э. люди начали широко применять в своей хозяйственной деятельности металлы. Переход от каменных орудий к металлическим имел колоссальное значение в истории человечества. Пожалуй, никакое другое открытие не привело к таким значительным общественным сдвигам.

Первым металлом, получившим широкое распространение, была медь (рисунок 2).

Рисунок 2 - Карта-схема территориально-хронологического распространения металлов в Евразии и Северной Африке

На карте хорошо видно расположение древнейших находок металлических изделий. Почти все известные артефакты, относящиеся к периоду с конца IX по VI тыс. до н.э. (т.е. до того, как в Месопотамии широко распространилась культура типа Урук), происходят всего из трех десятков памятников, рассеянных по обширной территории в 1 млн. км 2 . Отсюда извлечено около 230 мелких образцов, причем 2/3 из них принадлежат двум поселениям докерамического неолита — Чайоню и Ашикли.

Постоянно разыскивая необходимые им камни, наши предки, надо думать, уже в древности обратили внимание на красновато-зеленые или зеленовато-серые куски самородной меди. В обрывах берегов и скал им попадались медный колчедан, медный блеск и красная медная руда (куприт). Поначалу люди использовали их как обыкновенные камни и обрабатывали соответствующим способом. Вскоре они открыли, что при обработке меди ударами каменного молотка ее твердость значительно возрастает, и она делается пригодной для изготовления инструментов. Таким образом, вошли в употребление приемы холодной обработки металла или примитивной ковки.

Затем было сделано другое важное открытие — кусок самородной меди или поверхностной породы, содержавшей металл, попадая в огонь костра, обнаруживал новые, не свойственные камню особенности: от сильного нагрева металл расплавлялся и, остывая, приобретал новую форму. Если форму делали искусственно, то получалось необходимое человеку изделие. Это свойство меди древние мастера использовали сначала для отливки украшений, а потом и для производства медных орудий труда. Так зародилась металлургия. Плавку стали осуществлять в специальных высокотемпературных печах, представлявших собой несколько измененную конструкцию хорошо известных людям гончарных печей (рисунок 3).

Рисунок 3 - Плавка металла в Древнем Египте (дутьё подаётся мехами, сшитыми из шкур животных)

В Юго-Восточной Анатолии археологи открыли очень древнее поселение докерамического неолита Чайоню Тепеси (рисунок 4), которое поразило неожиданной сложностью каменной архитектуры. Ученые обнаружили среди руин около сотни мелких кусочков меди, а также множество осколков медного минерала — малахита, некоторые из них были обработаны в виде бусин.

Рисунок 4 - Поселение Чайоню Тепеси в Восточной Анатолии: IX-VIII тысячелетия до н.э. Здесь был обнаружен древнейший металл планеты

Вообще говоря, медь — мягкий металл, сильно уступающий в твердости камню. Но медные инструменты можно было быстро и легко затачивать. (По наблюдениям С.А. Семенова, при замене каменного топора на медный, скорость рубки увеличивалась примерно в три раза.) Спрос на металлические инструменты стал быстро расти.

Люди начали настоящую «охоту» за медной рудой. Оказалось, что она встречается далеко не везде. В тех местах, где обнаруживались богатые залежи меди, возникала их интенсивная разработка, появлялось рудное и шахтное дело. Как показывают открытия археологов, уже в древности процесс добычи руды был поставлен с большим размахом. Например, вблизи Зальцбурга, где добыча меди началась около 1600 году до Р.Х., шахты достигали глубины 100 м, а общая длина отходящих от каждой шахты штреков составляла несколько километров.

Древним рудокопам приходилось решать все те задачи, которые стоят и перед современными шахтерами: укрепление сводов, вентиляция, освещение, подъем на гора добытой руды. Штольни укрепляли деревянными подпорками. Добытую руду плавили неподалеку в невысоких глиняных печах с толстыми стенками. Подобные центры металлургии существовали и в других местах (рисунки 5,6).

Рисунок 5 - Древние рудники

Рисунок 6 - Орудия древних рудокопов

В конце 3 тыс.до н.э. древние мастера начали использовать свойства сплавов, первым из которых стала бронза. На открытие бронзы людей должна была натолкнуть случайность, неизбежная при массовом производстве меди. Некоторые сорта медных руд содержат незначительную (до 2%) примесь олова. Выплавляя такую руду, мастера заметили, что медь, полученная из нее, намного тверже обычной. Оловянная руда могла попасть в медеплавильные печи и по другой причине. Как бы то ни было, наблюдения за свойствами руд привели к освоению значения олова, которое и стали добавлять к меди, образуя искусственный сплав — бронзу. При нагревании с оловом медь плавилась лучше и легче подвергалась отливке, так как становилась более текучей. Бронзовые инструменты были тверже медных, хорошо и легко затачивались. Металлургия бронзы позволила в несколько раз повысить производительность труда во всех отраслях человеческой деятельности (рисунок 7).

Само производство инструментов намного упростилось: вместо того, чтобы долгим и упорным трудом оббивать и шлифовать камень, люди наполняли готовые формы жидким металлом и получали результаты, которые и во сне не снились их предшественникам. Техника литья постепенно совершенствовалась. Сначала отливку производили в открытых глиняных или песчаных формах, представлявших собой просто углубление. Их сменили открытые формы, вырезанные из камня, которые можно было использовать многократно. Однако большим недостатком открытых форм было то, что в них получались только плоские изделия. Для отливки изделий сложной формы они не годились. Выход был найден, когда изобрели закрытые разъемные формы. Перед литьем две половинки формы крепко соединялись между собой. Затем через отверстие заливалась расплавленная бронза. Когда металл остывал и затвердевал, форму разбирали и получали готовое изделие.

Рисунок 7 - Бронзовые инструменты

Такой способ позволял отливать изделия сложной формы, но он не годился для фигурного литья. Но и это затруднение было преодолено, когда изобрели закрытую форму. При этом способе литья сначала лепилась из воска точная модель будущего изделия. Затем ее обмазывали глиной и обжигали в печи.

Воск плавился и испарялся, а глина принимала точный слепок модели. В образовавшуюся таким образом пустоту заливали бронзу. Когда она остывала, форму разбивали. Благодаря всем этим операциям мастера получили возможность отливать даже пустотелые предметы очень сложной формы. Постепенно были открыты новые технические приемы работы с металлами, такие как волочение, клепка, пайка и сварка, дополнявшие уже известные ковку и литье (рисунок 8).

Рисунок 8 - Золотая шляпа кельтского жреца

Пожалуй, самую крупную отливку из металла удалось сделать японским мастерам. Было это 1200 лет назад. Весит она 437 т и представляет собой Будду в позе умиротворения. Высота скульптуры вместе с пьедесталом — 22 м. Длина одной руки — 5м. На раскрытой ладони могли бы свободно танцевать четыре человека. Добавим, что знаменитая древнегреческая статуя — Колосс Родосский — высотой 36 м весила 12 т. Отлита она была в III в. до н. э.

С развитием металлургии бронзовые изделия, повсюду стала вытеснять каменные. Но не нужно думать, что это произошло очень быстро. Руды цветных металлов имелись далеко не везде. Причем олово встречалось гораздо реже, чем медь. Металлы приходилось транспортировать на далекие расстояния. Стоимость металлических инструментов оставалась высокой. Все это мешало их широкому распространению. Бронза не могла до конца заменить каменные инструменты. Это оказалось под силу только железу.

Кроме меди и бронзы широко использовались и другие металлы.

Древнейшими изделиями из свинца считаются найденные в Малой Азии при раскопках Чатал-Хююка бусы и подвески и обнаруженные в Ярым-Тепе (Северная Месопотамия) печати и фигурки. Эти находки датируются VI тыс. до н. К тому же времени относятся и первые железные раритеты, представляющие собой небольшие крицы, найденные в Чатал-Хююке. Старейшие серебряные изделия обнаружены на территории Ирана и Анатолии. В Иране их нашли в местечке Тепе-Сиалк: это пуговицы, датируемые началом V тыс. до н. В Анатолии, в Бейджесултане, найдено серебряное кольцо, датируемое концом того же тысячелетия.

В доисторические времена золото получали из россыпей путем промывки. Оно выходило в виде песка и самородков. Затем начали применять рафинирование золота (удаление примесей, отделение серебра), во второй половине 2-го тысячелетия до н.э. В 13-14 веках научились применять азотную кислоту для разделения золота и серебра. А в 19 веке был развит процесс амальгамации (хоть он и был известен в древности, но нет доказательств, что его использовали для добычи золота из песков и руд).

Серебро добывали из галенита, вместе со свинцом. Затем, через столетия, их начали выплавлять совместно (примерно к 3-му тысячелетию до н.э. в Малой Азии), а широкое распространение это получило еще спустя 1500-2000 лет.

Около 640 г. до н. э. начали чеканить монеты в Малой Азии, а около 575 г. до н. э. — в Афинах. По сути дела, это начало штамповочного производства.

Олово когда-то давно выплавляли в простых шахтных печах, после чего делалась его очистка специальными окислительными процессами. Сейчас в металлургии олово получают путем переработки руд по сложным комплексным схемам.

Ну, а ртуть производили путем обжига руды в кучах, при котором она конденсировалась на холодных предметах. Затем уже появились керамические сосуды (реторты), на смену которым пришли железные. А с ростом спроса на ртуть ее стали получать в специальных печах.

Железо было известно в Китае уже в 2357 г. до н. э., а в Египте — в 2800 г. до н. э., хотя еще в 1600 г. до н. э. на железо смотрели как на диковинку. “Железный век” в Европе начался приблизительно за 1000 лет до н. э., когда в государства Средиземноморья проникло от скифов Причерноморья искусство выплавки железа.

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.

Железные орудия решительно расширили практические возможности человека. Стало возможным, например, строить рубленные из брёвен дома — ведь железный топор валил дерево уже не в три, как медный, а в 10 раз быстрее, чем каменный. Широкое распространение получило и строительство из тесаного камня. Он, естественно, употреблялся и в эпоху бронзы, но большой расход сравнительно мягкого и дорогого металла решительно ограничивал такие эксперименты. Значительно расширились также и возможности земледельцев.

Впервые железо научились обрабатывать народы Анатолии. Древнегреческая традиция считала открывателем железа народ халибов, для которых в литературе использовалось устойчивое выражение «отец железа», и само название народа происходит именно от греческого слова Χ?λυβας («железо»).

«Железная революция» началась на рубеже I тысячелетия до н. э. в Ассирии. С VIII века до н. э сварное железо быстро стало распространяться в Европе, в III веке до н. э. вытеснило бронзу в Галлии, во II веке новой эры появилось в Германии, а в VI веке нашей эры уже широко употреблялось в Скандинавии и в племенах, проживающих на территории будущей Руси. В Японии железный век наступил только в VIII веке нашей эры.

Вначале получали только маленькие партии железа, и в течение нескольких столетий оно стоило порой в сорок раз дороже серебра. Торговля железом восстановила процветание Ассирии. Открылся путь для новых завоеваний (рисунок 9).

Рисунок 9 - Печь для выплавки железа у древних персов

Увидеть же железо жидким металлурги смогли только в XIX веке, однако, ещё на заре железной металлургии — в начале I тысячелетия до новой эры — индийские мастера сумели решить проблему получения упругой стали без расплавления железа. Такую сталь называли булатом, но из-за сложности изготовления и отсутствия необходимых материалов в большей части мира эта сталь так и осталась индийским секретом на долгое время.

Более технологичный путь получения упругой стали, при котором не требовались ни особо чистая руда, ни графит, ни специальные печи, был найден в Китае во II веке нашей эры. Сталь перековывали очень много раз, при каждой ковке складывая заготовку вдвое, в результате чего получался отличный оружейный материал, называемый дамаском, из которого, в частности, делались знаменитые японские катаны.