1 метал який освоїв чоловік. Найдавніші метали людства

17

в обране в обраному з обраного 7

Протягом багатьох тисяч років вироби з каменю були основними знаряддями, які використовувала людина. Майстри, що обробляли камінь, подібно до скульптора вгадували в ньому нову якість і, відсікаючи зайве, виробляли необхідний предмет. Проте стародавня людина, по суті, лише відтворювала природні процеси, руйнуючи гірські породи.

Конструювання виробів, яке освоювалося протягом кількох тисяч років, вимагало розвитку просторового мислення та вироблення принципово нових навичок виготовлення складових, з кількох деталей та сполучних елементів, знарядь праці. Але й у разі перед очима майстра був вихідний матеріал природного походження. Навіть у процесі освоєння виробництва кераміки імітувалися природні процеси випалу глини в полум'ї багаття. Виготовлення виробів із рудного металу – технологія революційна, технологія, яку неможливо було «піддивитися» у природі! Це перша історія цивілізації повністю штучна технологія. Яким чином людина навчилася отримувати та обробляти метали? Розглянемо сучасну версію цього дивовижного процесу.

Що спільного у панцира омара та «суперсталі» найближчого майбутнього? Вчені встановили, що хітинова основа панцира, що складається з вуглецю, водню та азоту, є стільниковою конструкцією з полімерних кристалів з розмірами порядку нанометра, вільний простір якої заповнений протеїном. Це дозволяє матеріалу одночасно і плавати у воді, і мати міцність вище, ніж у багатьох марок стали спеціального призначення. Залишається вивчити та застосувати природну технологію на практиці. Отже, аналіз природних процесів та конструкцій – ключ до успіху інноваційних технологій ХХІ сторіччя. Однак цим ключем людина навчилася володіти в давнину, і освоєння металургійних технологій – наочний тому приклад.

Самородні метали

Неолітичній цивілізації передували тривале формування та повільний розвиток використовуваних людиною знарядь праці та інструментів. Історія первісного людського суспільства була нерозривно пов'язана з каменем. Найпримітивніші кам'яні вироби являли собою звичайну річкову гальку, оббиту з одного краю. Вік найдавніших кам'яних знарядь датується періодом близько 2,5 млн. років. Найважливішою подією стало освоєння крем'яних знарядь праці.

У кремні була вперше знайдена та втілена форма таких основоположних для технічного прогресу виробів, як сокира, серп, ніж, молоток. Використання самородних металів почалося, швидше за все, в епоху мезоліту (середньої кам'яної доби), тобто. кілька десятків тисяч років тому. На той час майстерність пошуку, видобутку каміння і виготовлення їх як знарядь праці, а й прикрас для первісної людини стало справою повсякденним і перетворилося на своєрідну індустрію.

Саме в процесі пошуку каміння, придатного для виготовлення нових виробів, людина і звернула увагу на перші самородки металів, мабуть, мідні, які мають значно більше поширення в природі, ніж самородки благородних металів – золота, срібла, платини. Самородну (телуричну, від латинського слова «телус» – земля) мідь і сьогодні знаходять у багатьох регіонах світу: у Малій Азії, на Індокитаї, Алтаї, Америці. До цього часу зустрічаються мідні самородки масою кілька кілограмів. Найбільшим проявом самородної міді вважається суцільна мідна жила, виявлена ​​на острові Кьюсіноу (озеро Верхнє, США). Її маса оцінюється приблизно 500 т.

Не тільки благородні метали можуть у земних умовах бути присутніми у самородній формі. Відомо, що в природі виявляються самородки заліза, ртуті та свинцю, набагато рідше – самородки таких металів та сплавів, як цинк, алюміній, латунь, чавун. Вони зустрічаються у вигляді дрібних листочків та лусочок, вкраплених у гірські породи, найчастіше в базальт. Самородне залізо у ХХ столітті знаходили, наприклад, на острові Диско поблизу узбережжя Гренландії, у Німеччині (біля міста Кассель), Франції (департамент Овернь), США (штат Коннектикут). Воно завжди містить значну кількість нікелю, домішки кобальту, міді та платини (від 0,1 до 0,5 % мас. кожного елемента) і, як правило, дуже бідне вуглецем. Відомі знахідки самородного чавуну, наприклад, на островах Руський (на Далекому Сході) і Борнео, а також у бухті Аварія - Бей (Нова Зеландія), де самородний сплав був представлений когенітом - залізонікелькобальтовим карбідом (Fe, Ni, Co)3C.

Спостереження за зміною форми самородків під ударами твердого каміння наштовхнуло людину на думку використовувати їх для виготовлення дрібних прикрас шляхом холодного кування. Кування - найдавніший спосіб обробки металів тиском. Освоєння способу обробки самородного металу куванням базувалося на навичках та досвіді виготовлення кам'яних знарядь праці шляхом «оббивки» каменю кам'яним молотом. Самородна мідь, яку первісні люди спочатку теж вважали різновидом каменю, при ударах кам'яного молота не давала характерних для каменю сколів, а змінювала свої розміри та форму без порушення суцільності матеріалу. Ця чудова технологічна властивість «нового каменю» стала найпотужнішим стимулом пошуку та видобутку самородного металу та використання його людиною. Крім того, було помічено, що кування підвищує твердість та міцність металу.

Як молот спочатку застосовували звичайні шматки твердого каменю. Первісний умілець, затиснувши камінь у руці, завдавав їм ударів по шматку самородного, а згодом – виплавленого з руди металу. Еволюція цього найпростішого способу кування призвела до створення прообразу ковальського молота, з рукояткою. Проте обробка металу холодним куванням мала обмежені можливості. У такий спосіб можна було надати форму лише малим за величиною предметам – шпильці, гачку, наконечнику стріли, шилу. Пізніше було освоєно технологію кування самородків міді з попереднім нагріванням – відпалом.

Великі змогу розвитку перших технологій металообробки давали самородки золота – металу набагато пластичного, ніж мідь. Золото відіграло визначну роль у становленні гірничо-металургійного виробництва цивілізації. Першими золотоносними родовищами, освоєними людиною, були розсипні. Золоті самородки знаходили в масі алювіальних пісків і гравію, що були продуктами руйнування гірських золотоносних порід, які протягом тривалого часу піддавалися впливу річкових потоків. Очевидно, найдавнішими прикрасами із золота були самородки, оброблені у формі бісеринок холодним куванням. Ці відшліфовані намистинки виглядали як кольорове каміння, що нанизувалося разом у різних поєднаннях.

При видобутку золота з жил створено технології, застосовувані потім розробки родовищ інших древніх металів. Золото стало першим металом, з якого навчилися відливати вироби, отримувати дріт та фольгу, золото вперше піддали рафінуванню. По суті, всі металургійні технології, що застосовувалися в епоху Стародавнього світу до срібла, міді, свинцю, олову, спочатку відпрацьовані на золоті.

Проте, основою цивілізації до 3-го тисячоліття до зв. е. залишався камінь. Характерною ознакою ранньої неолітичної техніки став перехід до великих кам'яних знарядь. Їхня поява пов'язана з розвитком нових технологічних прийомів обробки каменю – свердління, пиляння, шліфування. Були винайдені складові («вкладишеві») знаряддя, у яких кам'яний матеріал використовувався лише робочої частини, а рукояті виготовлялися з дерева, роги чи кістки. Поступово отримав розвиток ремонт знарядь - їх підправка в міру зношування робочої частини. Виникли гірські розробки, у яких руйнування гірських порід стали використовувати вогонь. Дивним технічним досягненням людей епохи неоліту є видобуток кремнів у шахтах з вертикальним стволом глибиною до 10 м та короткими штреками. Таким чином, на початку неолітичної революції люди мали різноманітні знання про природні речовини і матеріали, методи їх обробки.

Термічні технології Неоліту

Найважливішою відмітною ознакою неолітичного господарства, що виробляє, є створення запасу їжі. При вирішенні проблеми виготовлення посуду для його зберігання винаходять керамічні вироби та поступово розвиваються термічні технології. Першими виробами з кераміки були кошики з лозин, обмазані глиною та обпалені на багатті. Потім було створено спеціальні печі для випалу – горни.

Неолітична піч, пристосована для природного дуття

Сучасні реконструкції відтворюють неолітичний спосіб випалу керамічних виробів в такий спосіб. Горн будувався в стрімкому березі річки, у стінах ярів або пагорбів і складався з двох рукавів. Горизонтальний рукав служив топкою, а вертикальний заповнювався горщиками. Коли горн був наповнений попередньо висушеними горщиками, його верх засипали ломом горщика і розводили слабкий вогонь, використовуючи сирі дрова. Такий вогонь підтримувався, доки не припинялося відділення пари, після чого вогонь посилювали до червоного жару. У цьому вогні горщики знаходилися не менше 6 год. Потім верх горна засипали піском, топку замазували глиною і залишали агрегат у такому стані протягом кількох діб. Після цього в топці робили отвір та поступово його збільшували. Нарешті, розкривали гору і виймали готові горщики. Такі найдавніші печі для випалу кераміки виявлені у Месопотамії, Північній Африці, Східній Європі. Температура нагрівання виробів у яких сягала 1100 °С.

Для освоєння металургійної технології вилучення металу з руди, що потребує надійного забезпечення високих температур, була потрібна піч зі штучним дуванням. Вперше такі печі було створено для гончарного виробництва. Таким чином, із рудним металом людина знайомилася під час випалу глиняних горщиків. Відбувся процес відновлення металу з речовин, нанесених на стінки гончарних виробів для їхнього розфарбування. Відомо, що карбонати міді – малахіт і лазурит, сульфід ртуті – кіновар, жовті, червоні та коричневі залізні охри є яскравими мінеральними фарбами, а нанесення кольорових візерунків на вироби з кераміки є одним з найдавніших видів мистецтва.

Процес поступового освоєння цивілізацією нових металів та матеріалів

Першим рудним металом, освоєним людиною, стала мідь. Сталося це, мабуть, близько 10 тисяч років тому. Найдавнішими виробами з рудної міді в даний час вважаються шпильки, шила, свердла, намистинки, кільця та підвіски, знайдені в поселеннях Чайоню-Тепесі та Чатал-Хююке, які розташовані на плоскогір'ї Конья в Туреччині. Ці знахідки датуються 8-7 тисячоліттям до н. е.

Початок ери металів

Справжня ера металів почалася Євразії в 5-му тисячолітті до зв. е. Її характеризують раритети, виявлені на півночі Балканського півострова та у Карпатському регіоні. В археології ці території прийнято відносити до найважливішої Балкано-Карпатської металургійної провінції міднокам'яного віку.

На початку 70-х років минулого століття там були відкриті неймовірно багаті та виразні пам'ятки: Варненський «золотий» некрополь та величезний рудник Аібунар, де, за розрахунками, було видобуто не менше 30 тис. т мідної руди. У Варненських похованнях знайдено понад 3 тис. різноманітних золотих та близько 100 мідних виробів. Особливу увагу привертають золоті прикраси та предмети, декоровані складними орнаментами, проте не менший інтерес у фахівців викликають масивні мідні знаряддя, інструменти та зброю.

Золото та мідь Балкано-Карпатської металургійної провінції поставили перед дослідниками стародавнього металу несподівану проблему: на що було націлено генеральних зусиль цього металургійного виробництва? На виливок і кування металевих знарядь праці з метою підвищення продуктивності, як викладалося у більшості відомих підручників, чи щось інше? Розрахунки археологів показали, що з перших кроків гірничо-металургійного виробництва переважна частка його енергії було спрямовано створення тих виробів, які обслуговували символічні сфери життя, – прикраси, атрибути влади й ритуальні предмети. Гігантська частина металу була своєрідним свідченням соціальної значущості померлих. Отже, протягом кількох тисячоліть метали виконували головним чином соціальну, а чи не виробничу функцію.

У 5-му тисячолітті до зв. е. здебільшого території Євразії активно розроблялися окислені мідні руди, жили яких виходили поверхню. Гірські вироблення були вузькими щілинами, які формувалися в результаті виїмки породи рудоносних жил. Якщо рудокоп наштовхувався на потужну рудну лінзу, на місці вироблення щілина перетворювалася на порожнину. Найстаріші мідні рудники виявлено біля Месопотамії, Іспанії та Балканського півострова. В епоху античності одним із найбільших родовищ міді став острів Кіпр, від його пізньолатинської назви «купрум» відбулася сучасна назва міді як хімічного елемента. Російська назва металу походить від давньослов'янського слова "СМІД", що позначав метал взагалі. Зазначимо, термін «сміда» перегукується з тим найдавніших часів, коли предки слов'ян і німців були ще єдиним індоарійським народом. Згодом у німецьких мовах термін «сміда» став вживатися для позначення людини, що працює з металом, і закріпився у формі «сміт» (англ.) або «шмідт» (нім.) – «коваль».

Розробка підземних рудних родовищ була освоєна у 4-му тисячолітті до зв. е. Глибина шахтних виробок сягала 30 м і більше. Для роздроблення гірської породи застосовували вогонь, воду та дерев'яні клини. Біля розроблюваної ділянки розводили багаття, породу розжарювали, а потім швидко охолоджували, рясно поливаючи водою. У тріщини, що утворилися, вбивали дерев'яні клини, які також поливали водою. Набухаючи, клини розколювали гірську породу. Уламки рудної породи знову нагрівали в полум'ї багаття, різко охолоджували і дробили молотами та кирками безпосередньо у шахтах. Роздроблену руду витягували з шахт у шкіряних мішках чи плетених кошиках. Потім її товкли у великих кам'яних ступах до гороху. Як паливо для виплавки металу стародавні металурги застосовували деревне вугілля, щільні породи дерева, кістки.

Найбільш древнім способом переробки мідної руди є плавка тигельна: руду змішували з паливом і поміщали в тиглі, виготовлені з глини, перемішаної з кістковою золою. Розміри тиглів були невеликими, їхня висота становила 12-15 см, у кришці передбачалися отвори для виходу газів. В описаних вище гончарних осередках часів неоліту досягалася температура (до 1100 ° С), достатня для отримання міді, що містить до 2% мас. природних домішок миш'яку, нікелю, сурми. Згодом для виплавки міді влаштовували ямні печі. У цьому випадку глиняний тигель з рудою та вугіллям поміщали у неглибоку яму з насипаним поверх нього шаром деревного вугілля. Особливе значення мав вибір місця плавки, яке мало забезпечувати інтенсивний приплив повітря в агрегат для роздмухування вогню та досягнення необхідної температури.

Кількість міді, вироблене в тиглях, була невеликою і становила, як правило, кілька десятків грамів, тому поступово перейшли до виробництва міді в ямах безпосередньо з руди. Для цього мідну руду, перемішану з деревним вугіллям, поміщали в ями глибиною до 30 см, дно яких було викладено камінням. Над шаром шихти насипали ще кілька деревних вугілля, а зверху вкладали гілки дерев і невелику кількість землі таким чином, щоб не перешкоджати притоку повітря всередину купи. Місце плавки намагалися розташовувати на схилах пагорбів, щоб використати природний рух повітря. Таким був перший промисловий металургійний агрегат.

Після завершення плавки незгоріле паливо прибирали, а отриманий метал дробили на зручні для використання шматки. Це робилося відразу після затвердіння металу, тому що на цій стадії мідь особливо тендітна і легко розбивається на шматки молотком. Для надання сирцевої міді товарного вигляду її піддавали холодного кування. Дуже рано було виявлено, що мідь є м'яким і ковким металом, що легко ущільнюється і звільняється від грубих включень при найпростішій механічній обробці.

За багатьох переваг мідь, навіть природно-легована, мала дуже істотний недолік: мідні інструменти швидко затуплялися. Зносостійкість та інші властивості міді були настільки високі, щоб мідні інструменти та знаряддя могли повністю замінити кам'яні. Тому протягом мідно-кам'яної доби (4-е тисячоліття до н. е.) камінь успішно конкурував з міддю, що і знайшло відображення в назві епохи. Вирішальний крок у переході від каменю до металу було зроблено після винаходу бронзи.

Як зазначалося у попередньому розділі, окремі вироби з міді (переважно прикраси) з'явилися дуже рано. Нині археологія неспроможна точно вказати, де вперше почали плавити руди чи де вперше отримали бронзу - сплав міді коїться з іншими металами. Ймовірно, люди спочатку використовували мідь самородного походження, яку обробляли як особливу породу каменю, що мала пластичні властивості. Але коли виявили, що шматки мідної руди при сильному нагріванні починають плавитися, а при охолодженні знову стають твердими, відкрили процес виплавки металу. Нове властивість міді стали використовуватиме створення знарядь із заздалегідь обдуманою формою, т. е. було винайдено ливарний процес.

З освоєнням плавки міді зріс інтерес до неї як нового матеріалу для виготовлення знарядь праці, а не тільки прикрас. Однак мідь самородного походження рідко трапляється на поверхні землі. У V тис. До н. е. стали розробляти окислені мідні руди, жили яких виходили поверхню. Розробка сульфідних руд належить до пізнішого часу. Виробітки були вузькими щілинами, які утворилися в результаті виїмки породи рудоносних жил. Якщо рудокоп наштовхувався на потужну рудну лінзу, на місці вироблення щілина перетворювалася на порожнину. У IV тис. до зв. е. стали переходити до розробки підземних родовищ. На Балканському півострові, наприклад, шахтні виробки досягали глибини 27 м. Щоб відколоти шматки руди, необхідно породу спочатку розігріти, потім облити водою. В результаті виходили тріщини, в які вставляли дерев'яні клини, що просочуються водою. При набуханні дерев'яні клини розривали руди на шматки. На Балканському півострові у виробках виявлено втулчасті клини-кайла, зроблені з оленячого рогу. Припускають, що ними рудокопи видобували мідну руду із жил.

Поблизу розробок відбувався процес збагачення руд. Спочатку був відомий сухий спосіб збагачення: видобуту руду відокремлювали від порожньої породи і дробили кам'яними молотками. Пізніше стали використовувати вологий метод збагачення. Роздроблену руду укладали у дерев'яні лотки з водою. Лотки трясли, в результаті шматки руди як важчі осідали на дно, а легша порожня порода виринала нагору. Її згрібали, і в лотку залишалися шматки мідної руди. Сульфідні мідні руди перед плавкою тривалий час обпалювали на багаттях.

Руду плавили також неподалік розробок у спеціальних глиняних печах. Для отримання у печі вищої температури через повітродувні трубки люди вдували повітря. У III тис. до зв. е. були винайдені шкіряні повітродувні хутра. Виплавлені з мідних руд зливки металу були предметом обміну; як правило, металурги не займалися ювелірною та ковальською справою.

У V тис. До н. е. людина познайомилася з іншими кольоровими металами: сріблом та золотом.

Першим металом, як припускають дослідники, був Біллон - метал міді зі сріблом. З нього у Південній Туркменії межі V-IV тис. до зв. е. відковували прикраси (шпильки). Сплав міді з миш'яком став відомий IV тис. до зв. е. Миш'якові метали виникають у Закавказзі на тисячу років раніше, ніж олов'янисті бронзи Західної Європи. З ІІІ тис. до н. е. у країнах Стародавнього Сходу бронзу отримували найчастіше зі сплаву міді з різними пропорціями олова. Порівняно з міддю бронзові сплави відрізняються легкоплавкістю, високими ливарними якостями, великою міцністю. Залежно від призначення виливки метал додавали від 1-2% до 8-10% олова. Чим більше додавали олова, тим тендітнішим був виріб.

Якщо руду плавили в безпосередній близькості від місць видобутку, то мідні та бронзові вироби відливали на поселеннях. Для отримання бронзового сплаву мідь та олово або мідь та миш'як, взяті у певних пропорціях, поміщали у глиняні тиглі, які ставили у піч. Розплавлений метал із тиглів розливали у форми з піску, каменю, дерева. Спочатку використовували відкриті, а потім закриті стулчасті форми. У формах відливали зброю, знаряддя праці та різноманітний інструмент. Художні та ювелірні вироби відливались за восковою моделлю. Модель ліпили з воску, яку шарами наносили тонкоотмученную глину до того часу, поки глиняна стінка не ставала міцної. У глиняній формі залишали спеціальні отвори, щоб витопити віск і залити бронзовий сплав. По охолодженні, щоб витягти предмет, глину розламували, а отримання нової виливки весь процес потрібно було повторити заново. Вироби, відлиті за восковою моделлю, становлять художню цінність.

Руди кольорових металів мало доступні на розробки; поклади олова - основна сировина для бронзових сплавів - були відомі в давнину в досить обмежених масштабах. Метал доводилося транспортувати з місця видобутку руд дуже великі відстані. Усе це заважало широкому запровадженню кольорових металів у виробництво. За словами Ф. Енгельса, «...бронза давала придатні знаряддя та зброю, але не могла витіснити кам'яні знаряддя; це було під силу лише залізу, а добувати залізо ще вміли» (Маркс До., Енгельс Ф. Соч., т. 21, з. 161).

Особливі властивості нового матеріалу освоїли швидко, були створені більш продуктивні знаряддя та зброю, що не могло не позначитися на розвитку землеробства та ремесла.

Подібно до золота і срібла, мідь у земній корі іноді зустрічається у вигляді самородків. Можливо, їх близько 10 тисяч років тому було виготовлено перші металеві знаряддя праці. Поширення міді сприяли такі її властивості, як здатність до холодного кування і простота виплавки з багатих руд. На Кіпрі вже в 3 тисячолітті до нашої ери існували мідні копальня і проводилася виплавка міді. Звідси походить і латинська назва міді – сuprum. На території Росії мідні копальні з'явилися за два тисячоліття до н. е. Їхні залишки знаходять на Уралі, Кавказі, Сибіру. У працях давньогрецького історика Страбона мідь називається Халкос, від назви міста Халкіди. Від цього слова походять багато термінів у геохімії та мінералогії, наприклад - халькофільні елементи, халькопірит. Російське слово мідь зустрічається у найдавніших літературних пам'ятниках і не має чіткої етимології. Деякі дослідники посилають походження терміна до назви стародавньої держави Мідія, що розташовувався на території сучасного Ірану.

Проста речовина мідь – пластичний метал золотисто-рожевого кольору. У Таблиці Менделєєва займає клітину № 29 (символ Cu) з атомною масою 63, 55 а.

Кристал халькопіриту 4х5х4 см. Миколаївська копальня, Приморський край.

За даними за 2016 рік світовим лідером із запасів міді є Чилі з часткою 34%, друге та третє місця ділять США та Перу – по 9%, четверте місце Австралія – 6%, п'яте – Росія з часткою 5%. Інші країни менше 5%.

Запаси мідних руд на 2016 рік

Найбільшою мідівидобувною країною є Чилі. На її території знаходиться найбільше у світі родовище міді Чукікамата (ісп. Chuquicamata), на якому видобувають мідну руду відкритим способом з 1915 року. Кар'єр розташований у центральних Андах на висоті 2840 м і в даний час є найбільшим за розмірами кар'єром у світі: довжина – 4,3 км, ширина – 3 км, глибина – 850 м.

Кар'єр Чукікамата, Чилі.

Мідь широко застосовується в електротехніці для виготовлення силових та інших кабелів, дротів та інших провідників. На 2011 рік вартість міді становила близько 9000 доларів за тонну. Внаслідок кризи світової економіки ціна на більшість видів сировини впала і вартість 1 тонни міді на 2016 рік не перевищувала $4700.

Як відомо, основним матеріалом, з якого первісні люди виготовляли знаряддя праці, був камінь. Не дарма сотні тисяч років, що пройшли між появою людини на землі та виникненням перших цивілізацій називають кам'яним віком. Але у 5-6 тисячоліттях до н. е. люди відкрили собі метал.

Швидше за все, спочатку людина ставилася до металу так само, як до каменю. Він знаходив, наприклад, мідні самородки і намагався обробляти їх так само, як камінь, тобто за допомогою оббивки, шліфування, відтискання відщепів і т. д. Але дуже швидко стала ясна різниця між каменем і міддю. Може, навіть, спочатку люди вирішили, що від металевих самородків толку не буде, тим більше, що мідь була досить м'якою, і знаряддя, які виготовлялися з неї, швидко виходили з ладу. Хто вигадав плавити мідь? Тепер ми ніколи не дізнаємось відповіді на це питання. Швидше за все, вийшло випадково. Роздратований чоловік кинув камінчик, який здався йому непридатним для виготовлення сокири або наконечника стріли, в багаття, а потім з подивом помітив, що камінчик розтікся блискучою калюжею, а після прогоряння вогню – застиг. Потім знадобилося трохи подумати – і ідея плавки була відкрита. На території сучасної Сербії було знайдено мідну сокиру, створену за 5 500 років до Різдва Христового.

Щоправда, мідь, звісно, ​​поступалася за багатьма характеристиками навіть каменю. Як уже говорилося вище, мідь – надто м'який метал. Його основною перевагою була плавність, що дозволяла виготовляти з міді найрізноманітніші предмети, але за міцністю та гостротою вона залишала бажати кращого. Звичайно, до відкриття, наприклад, златоустівської сталі (Стаття «Російський булат із Златоуста»), мало пройти ще кілька тисячоліть. Адже технології створювалися поступово, спочатку - невпевненими, несміливими кроками, шляхом проб і незліченних помилок. Незабаром мідь була витіснена бронзою, сплавом міді та олова. Щоправда, олово, на відміну міді, зустрічається далеко не скрізь. Не дарма в давнину Британія мала назву «Олов'яні острови» – багато народів споряджали туди торгові експедиції за оловом.

Мідь та бронза стали основою давньогрецької цивілізації. В «Іліаді» та «Одіссеї» ми постійно читаємо про те, що греки та троянці були одягнені в мідні та бронзові обладунки, використовували бронзову зброю. Так, у давнину металургія багато в чому обслуговувала саме військових. Арали землю нерідко по-старому, дерев'яним плугом, та й, наприклад, водостоки можна було зробити з дерева або глини, але на полі битви бійці виходили в міцних металевих обладунках. Однак бронза як матеріал для зброї мала одну серйозну ваду: вона була надто важкою. Тому згодом людина навчилася виплавляти та обробляти сталь.

Залізо було відоме ще в ті часи, коли на Землі йшов бронзовий вік. Однак сиродутне залізо, що виходило в результаті обробки при невеликій температурі, було надто м'яким. Найбільшою популярністю користувалося метеоритне залізо, але воно було дуже рідкісним, знайти його можна було лише випадково. Однак зброя з метеоритного заліза була дорогою, мати її було дуже престижно. Єгиптяни називали кинджали, викувані з метеоритів, що впали з неба, Небесними.

Прийнято вважати, що широке поширення обробка заліза набула у хетів, що жили на Близькому Сході. Саме вони близько 1200 до н. е. навчилися виплавляти справжню сталь. На деякий час близькосхідні держави стали неймовірно могутніми, хети кидали виклик самому Риму, а филистимляни, про які згадується в Біблії, володіли величезними територіями на Аравійському півострові. Але незабаром їхня технологічна перевага зійшла нанівець, адже технології виплавки стали, як виявилося, було не так вже й складно запозичити. Головною проблемою було створення горнів, у яких можна було досягти тієї температури, за якої залізо перетворювалося на сталь. Коли навколишні народи навчилися будувати такі плавильні печі, виробництво почалося буквально у всій Європі. Звичайно, багато що залежало від сировини. Адже люди лише відносно недавно навчилися збагачувати вихідну сировину додатковими речовинами, що надають нові властивості. Наприклад, римляни глузували з кельтів, адже у багатьох кельтських племен сталь була настільки поганою, що їхні мечі гнулися в битві, і воїни мали відбігти в задній ряд, щоб випрямити клинок. Проте римляни схилялися перед виробами майстрів-зброярів з Індії. Та й у деяких кельтських племен сталь не поступалася знаменитою дамаською. (Стаття «Дамаська сталь: міфи та реальність»)

Але, у будь-якому разі, людство вступило в залізний вік, і його вже не можна було зупинити. Навіть найширше поширення пластмас, що відбулося у ХХ столітті, не змогло витіснити метал із більшості сфер людської діяльності.

Додатковий матеріал для учнів №2

на тему «Мінерали та сплави в оформленні

станції "Площа Революції"

Московського метрополітену»

Мідь – перший метал, освоєний людиною

Роль міді у становленні людської культури особлива. Використання міді та бронзи як найважливіших матеріалів тривало тисячоліття. Мідь, подібно до благородних металів, іноді утворює самородки. Вчені вважають, що з них 10 тис. років тому було виготовлено перші металеві знаряддя праці. Завдяки м'якості та досить широкому поширенню міді в природі людина почала використовувати її задовго до заліза.

Історики встановили, що у Стародавньому Єгипті при будівництві пірамід ремісники застосовували кам'яний інвентар (з граніту та долериту) та мідні інструменти. Метал вирізнявся разючою твердістю. Це дозволило єгиптологам припустити, що у III тисячолітті до зв. е. єгиптяни володіли якимось особливим рецептом механічної обробки міді, що надавала металу високу міцність.

Додавання до міді олова помітно збільшує міцність та твердість матеріалу. Про це було відомо ще 5000 років тому, а можливо, й раніше. Одержання сплавів міді було найбільшим досягненням стародавньої металургії та дало назву цілій епосі – бронзовому віку.

Зміна епох у різних народів, у різних точках земної кулі відбувалася нерівномірно, і хронологічні рамки епох можна зазначити лише приблизно:

КАМ'ЯНИЙ→ МЕДНИЙ СТОЛІТТЯ → БРОНЗОВИЙ→ЗАЛІЗНИЙ
СТОЛІТТЯ (Халколіт) СТОЛІТТЯ СТОЛІТТЯ

IV-III тисячоліття IV-I тисячоліття початок I тисячоліття

до зв. е. до зв. е. до зв. е.

Поширення бронзи у передових культурних центрах металургії розпочалося з кінця IV тисячоліття до зв. е. Найдавніші бронзові вироби знайдені біля Месопотамії (в Шумері), Туреччини, Ірану. Наприкінці третього тисячоліття до зв. е. бронза з'явилася Єгипті, Індії, а середині II тисячоліття до зв. е. - у Китаї та Європі. В Америці бронзова доба бронзова доба охоплює період з IV по Х ст. н. е. Провідні металургійні центри тут розташовувалися на території сучасних Перу та Болівії.

Крім бронз - сплавів міді з оловом, стародавні використовували і сплави міді з цинком - латуні, міцніші та ковкіші, ніж бронзи. Примітно, що люди найдавніших часів були знайомі з цинком як речовиною. У чистому вигляді цей метал вдалося виділити лише в середині XVIII століття шляхом електролізу. Так, при розкопках у Фівах знайшли папіруси, в яких описується секрет виготовлення «золота» з міді. Насправді, в них йдеться, ймовірно, про отримання латуні шляхом додавання в мідь природних сполук цинку. Своїм кольором та блиском латунь нагадує золото.

Способи отримання міді

Низька хімічна активність міді зумовлює можливість її існування у природі у самородному стані.

Відомо більше 200 мінералів, що містять у своєму складі мідь, у тому числі халькопірит (мідний колчедан) CuFeS2, малахіт (СuOH)2CO3, халькозин (мідний блиск) Cu2S, куприт Cu2O.

Чисту мідь одержують різними методами. Гідрометалургійний метод - вилучення металів з руд за допомогою реагентів (H2SO4, KCN та ін) у вигляді сполук, розчинних у воді, з подальшою обробкою цих розчинів для виділення металів у вільному вигляді.

При обробці розведеної сірчаною кислотою руди, що містить CuO, мідь перетворюється на розчин у вигляді сульфату:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

Потім її вилучають із розчину або електролізом, або витісняють із сульфату залізом:

CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4

В основі всіх способів отримання міді сполук лежать окислювально-відновні процеси.

Хімічні властивості міді

У сухому вигляді і за нормальної температури мідь майже змінюється. При підвищеній температурі мідь може вступати у реакції з простими та складними речовинами.

Взаємодія з простими речовинами:

Cu + Cl2 = CuCl2

2CuO + O2 = 2CuO

Взаємодія зі складними речовинами:

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O

Cu + 4HNO3 = Cu(NO)3 + 2NO2 + 2H2O

Мідь та її сплави

Мідь має температуру плавлення 1083oС.

Розрізняють дві групи мідних сплавів: латуні- сплави міді з цинком, бронзи- Сплави міді з іншими (крім цинку) елементами.

Алюміній" , Мn - марганець, С - свинець, Б - берилій, Мг - магній, Ср - срібло, Ж - залізо, Мш - миш'як, Су – сурма, К – кремній, Н – нікель, Т – титан, Кд – кадмій, О – олово, Ф – фосфор, Х – хром, Ц – цинк.

Вся бронза маркується за допомогою абревіатури "Бр", що вказує на цю категорію мідних сплавів. Після позначення класу мідного сплаву "Бр" йдуть літери, що допомагають визначити додані елементи.

Наприклад, БрО5Ц6 означає, що даний бронзовий сплав містить 5% олова та 6% цинку, а позначення БрО5Ц2Н5 говорить про те, що сплав містить 5% олова, 2% цинку та 5% нікелю. Маркування БрО10Ц2 ідентифікує бронзовий сплав, що включає 10% олова та 2% цинку.

На ленінградському державному міднообробному заводі «Червоний вибіржець» (1924) для виливки була використана так звана художня сукрасна бронза з цинковою добавкою, що не перевищує 6%. Сукрасна бронза не чутлива до змін температури.

Але проекти на заводі відлили 80 скульптурних фігур для станції "Площа Революції" Московського метрополітену.

Різновиди мармурів в оформленні станцій метро

Кожна станція метро як мінералогічний музей, кожна має свою експозицію.

Цокольна частина станції метро «Площа Революції» фанерована чорним із «золотими» прожилками вірменським мармуроподібним вапняком давалу перетворилася на величезний постамент, а арки з темно-червоного мармуроподібного вапняку шрошу. Арки склали з цілісного каміння, вирізаного з мармурових блоків. Простінки пілонів облицьовані червоною шрошею, сіро-блакитним уфалеєм, жовто-рожевим мармуровим вапняком біюк-янка. Шляхові стіни станції прикрасили сірим уфалейським мармуром, з карнизом з червоної шроші, цоколь-килимової мозаїкою з оливково-чорних мармурових вапняків садахло і давалу. Підлога станційного залу є шаховим чергуванням темно-сірого жежелівського граніту і чорного габро, а платформи оздоблені тим же гранітом і лабранітом.

На стінах платформ закріплені бронзові стрілки з написами «Вихід у місто» – це найстаріші вказівники московського метро.

Найбільш поширені у будівельній практиці такі різновиди мармурів:

Уфалейський(Уфалей), сіро-блакитного кольору.

Мармури Грузії.Шрошинський (Шроша), темно-червоного кольору з білими прожилками.

Садахлінський(Садахло), темно-чорного кольору з білими та жовтувато-золотистими прожилками.

Мармури Вірменії.Давалінський (Давалу), чорного кольору із золотистими прожилками. Цей мармур застосовується зазвичай у поєднанні з мармурами інших тональностей для п'єдесталів та цокольних частин мармурового облицювання.