Lecția este dedicată studiului rolului metalelor în istoria omenirii. Din materialele lecției, vei afla ce rol au jucat metalele în dezvoltarea civilizației, te vei familiariza cu domeniile de aplicare ale unor metale și aliajele acestora.

Tema: Substanțe și transformările lor

Lecţie:Rolul metalelor în istoria omenirii. Aplicarea metalelor și aliajelor

1. Utilizarea metalelor în diferite perioade

Metalele sunt cunoscute omului din cele mai vechi timpuri, cu toate acestea, ele nu și-au găsit folos până nu au învățat cum să le prelucreze. În istoria dezvoltării umane, în funcție de durata și intensitatea utilizării materialelor corespunzătoare, se disting epoca de piatră, cupru, bronz și fier:

Vă rugăm să rețineți că cuprul este primul metal care a fost folosit pentru a face unelte și arme. De ce cupru și nu fier? La urma urmei, fierul este un metal mult mai comun în natură decât cuprul ( fractiune in masa fierul pe Pământ este de 4,1%, iar cuprul este de 0,005%).

Orez. 1. Prevalența cuprului și a fierului în scoarța terestră (procent de masă)

Acest lucru se explică prin doi factori. La început, fierul care se găsește în natură în stare nativă este extrem de rar, spre deosebire de cupru. Cuvântul „fier” în traducere din greaca veche înseamnă „stea”. În forma sa pură, fierul se găsește în mod natural în compoziția fragmentelor de meteoriți. În al doilea rând, cuprul poate fi obținut ușor din minereu de cupru.

Dacă amestecați pulbere neagră de oxid de cupru (II) cu cărbune și încălziți eprubeta în flacăra unei lămpi cu alcool, apoi, după un timp, culoarea pulberii va deveni roșie, adică se formează cupru.

Este ușor de imaginat cum oamenii din vechime de pe rug ar putea obține cupru din minereu de cupru.

Următoarea perioadă din istoria omenirii este epoca bronzului. Bronzul este un aliaj de cupru și staniu. Bronzul are o serie de avantaje față de cupru; este mai dur și mai puternic.

De la mijlocul mileniului I î.Hr. NS. omul a învățat să extragă fier din minereu. Epoca fierului a venit.

Datorită metalelor, productivitatea muncii a crescut atât de mult încât i-a eliberat pe unii oameni să conducă statul, pe alții să se angajeze în meșteșuguri, literatură și artă. Utilizarea metalelor de către om poate fi considerată o condiție care a predeterminat formarea civilizației.

Aurul și argintul au fost, de asemenea, folosite de om de mult timp. Aceste metale au fost folosite ca echivalenți de schimb. Aurul definea puterea și puterea.

2. Aplicarea metalelor și aliajelor

Ce proprietăți ale metalelor permit utilizarea lor pe scară largă? Acestea sunt proprietățile fizice ale metalelor (plasticitate, rezistență, căldură și conductivitate electrică) și proprietățile chimice (incapacitatea multor metale de a interacționa cu mediul).

Metalele sunt rareori folosite în forma lor pură; aliajele metalice sunt folosite mai des.

În această etapă a dezvoltării civilizației, cel mai utilizat metal este fierul. Duritatea fierului pur este scăzută, prin urmare, aliajele sale sunt utilizate, de regulă, cu carbon: fontă (conținutul de carbon este mai mare de 2% în masă) și oțel (C - mai puțin de 2%).

Orez. 2. Aliaje de fier cu carbon: fontă și oțel

Pentru a preveni ruginirea fierului atunci când este în contact cu oxigenul aerului și apa, pe suprafața sa este aplicat un strat dintr-un alt metal, cum ar fi zincul. Acoperișurile caselor sunt acoperite cu fier galvanizat și din acesta este realizată o caroserie.

Cuprul pur este utilizat în inginerie termică și electrică. De exemplu, firele electrice sunt făcute din el. Practic, se folosesc aliaje de cupru - alamă și bronz... Alama este un aliaj de cupru și zinc. Este folosit în inginerie mecanică și în producția de bunuri de uz casnic. Bronzul, așa cum am menționat deja, este un aliaj de cupru și staniu. Este folosit pentru a face robinete de apă, diverse părți ale mecanismelor, precum ceasuri, monumente, monumente.

Utilizarea aluminiului se bazează pe ușurință, conductivitate electrică ridicată și rezistență chimică. Suprafața sa este acoperită cu un strat de peliculă durabilă de oxid care protejează metalul de interacțiunea cu mediul. Dezavantajul aluminiului este moliciunea sa. Prin urmare, aliajele sale cu cupru, magneziu și mangan sunt mai des folosite. Astfel de aliaje se numesc duraluminiu. Duraluminul este folosit în construcția de avioane și de automobile.

Orez. 3. Utilizarea duraluminului

1. Emelyanova EO, Iodko AG Organizarea activității cognitive a elevilor la lecțiile de chimie din clasele 8-9. Note justificative cu sarcini practice, teste: Partea II. - M .: Shkolnaya Pressa, 2002. (p. 110-113)

2. Ushakova OV Caiet de lucru Chimie: clasa a VIII-a: la manualul lui P. A. Orzhekovsky și colab. „Chimie. Clasa 8 "/ OV Ushakova, PI Bespalov, PA Orzhekovsky; sub. ed. prof. P. A. Orzhekovsky - M .: AST: Astrel: Profizdat, 2006. (p. 56-59)

3. Chimie. clasa a 8-a. Manual. pentru general instituții / P. A. Orzhekovsky, L. M. Meshcheryakova, M. M. Shalashova. - M.: Astrel, 2012. (§19)

4. Chimie: clasa a VIII-a: manual. pentru general instituții / P. A. Orzhekovsky, L. M. Meshcheryakova, L. S. Pontak. M .: AST: Astrel, 2005. (§§22,23)

5. Enciclopedie pentru copii. Volumul 17. Chimie / Cap. ed. V.A. Volodin, condus. științific. ed. I. Leenson. - M .: Avanta +, 2003.

Resurse web suplimentare

1. O singură colecție de resurse educaționale digitale.

2. Teste de chimie (online).

3. Știința chimică și educația în Rusia.

Teme pentru acasă

cu. 56-59 nr. 2, 3, 5, 6 din Caietul de lucru la chimie: clasa a VIII-a: la manualul lui P. A. Orjekovski și alții.„Chimie. Clasa 8 "/ OV Ushakova, PI Bespalov, PA Orzhekovsky; sub. ed. prof. P. A. Orzhekovsky - M .: AST: Astrel: Profizdat, 2006.

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

postat pe http://www.allbest.ru/

Importanța metalelor în viața noastră

INTRODUCERE

1. PERIOADE DE UTILIZARE A ALIEJURILOR

2. ERA FIERULUI

3. SCUMP PENTRU AUR

4. PROFESIE DE ONORI

5. DE LA CRITZA LA LINGOT

CONCLUZIE

LISTA SURSELOR UTILIZATE

INTRODUCERE

Există etape în istoria civilizației, fără de care este dificil să ne imaginăm dezvoltarea societății umane. Cândva, cu multe mii de ani în urmă, strămoșii noștri îndepărtați au învățat cum să facă foc. Potrivit lui F. Engels, stăpânirea focului „a dat pentru prima dată omului stăpânire asupra unei anumite forțe a naturii și astfel l-a separat în cele din urmă pe om de regnul animal”. Apoi oamenii au început să se angajeze în creșterea vitelor, au început să cultive plante de cereale și, în cele din urmă, au făcut un alt pas semnificativ în mișcarea lor înainte - au descoperit secretul transformării minereului în metal.

Stăpânirea metalurgiei - arta extragerii, topirii și procesării metalelor - este o piatră de hotar remarcabilă în biografia unei persoane, fiind la egalitate cu domesticirea focului, apariția creșterii vitelor și a agriculturii. Metalurgia, care, după cum mărturisesc săpăturile arheologice, în mileniul al VII-lea î.Hr. și este, prin urmare, una dintre cele mai vechi zone ale activității umane, a dat un impuls puternic dezvoltării forțelor productive, a furnizat oamenilor metale și aliaje care au jucat un rol important. rol decisiv în formarea culturii materiale. Perioadele sale de hotar aleatoriu în viața omenirii sunt numite istorie de materialele metalice predominante la acea vreme: epoca cuprului, epoca bronzului și epoca fierului.

Din momentul înființării și până în zilele noastre, metalurgia a parcurs un drum lung, dificil, interesant - de la flacăra unui foc și cele mai simple forje, care transformau pietrele de minereu în bare metalice în zorii civilizației, până la atelierele gigant moderne. și fabrici, unde, alături de cuptoarele tradiționale cu flacără, funcționează cuptoare puternice cu electrozgură, instalații cu fascicul de electroni și plasmă, permițând obținerea metalului de înaltă calitate.

1 . PERIOADA DE UTILIZARE A ALIEJURILOR

În cele mai diverse părți ale Lumii Vechi în epoca metalului timpuriu, se pot distinge trei perioade principale: 1) utilizarea produselor realizate numai din cupru pur, 2) combinarea produselor din cupru pur cu obiecte din aliaje artificiale, și 3) răspândirea obiectelor exclusiv din aliaje artificiale.

De asemenea, s-a putut stabili un tipar general: prima perioadă - dominarea produselor din cupru pur fără fuziune artificială - le-a precedat întotdeauna pe celelalte două, în timp ce acestea din urmă puteau schimba locurile. Dar, dacă bronzurile artificiale au apărut în viața de zi cu zi a unui trib sau a unui popor, perioada cuprului pur a dispărut irevocabil.

O altă împrejurare interesantă a ieșit la iveală: în Lumea Veche nu exista un singur și sincron pentru toate zonele perioadei de existență a cuprului pur. De exemplu, această etapă pentru metalurgiștii din Orientul Mijlociu s-a încheiat în mileniul IV î.Hr. NS. În acest moment, triburile uralice trăiau în epoca de piatră și au început să folosească unelte din bronz artificial abia la mijlocul mileniului al II-lea î.Hr. î.Hr., adică cel puțin 2000-1500 de ani mai târziu. Pentru populația unui număr de regiuni din Africa și Asia, epoca metalului în general a început aproape în timpurile moderne.

Pentru Lumea Veche de astăzi, se poate trasa doar foarte gros o linie dintre erele cuprului și bronzului: tranziția a avut loc într-un interval cronologic semnificativ între al IV-lea și mijlocul mileniului al II-lea î.Hr. NS. Înainte de mileniul al IV-lea, în literatura de specialitate nu există informații despre prezența bronzurilor artificiale, iar mai târziu de mijlocul mileniului al II-lea, niciunul dintre centrele miniere și metalurgice cunoscute de noi nu produce unelte realizate exclusiv din cupru pur.

S-a dovedit brusc că nu numai cuprul era cunoscut în perioada pre-bronz. Plumbul se grăbește să cucerească campionatul împreună cu cuprul. Până acum, istoricii metalurgiei credeau că acest metal gri moale a atras atenția omului relativ târziu - nu mai devreme de mileniul III î.Hr. NS.

Antichitatea aurului și argintului a fost evaluată cu totul diferit. Argintul și în special aurul se găsesc adesea în zăcăminte sub formă de pepite. Cu toate acestea, până acum, arheologii nu au informații despre descoperiri care datează mai devreme de mileniul V.

Cu toate acestea, nici cuprul nu era un material suficient de perfect. Bronzul, un aliaj de cupru și staniu, s-a dovedit a fi mult mai rezistent decât cuprul. Primul aliaj artificial a dat numele unei întregi ere în dezvoltarea civilizației umane - epoca bronzului a venit să înlocuiască epoca de piatră. Uneltele de bronz le-au înlocuit treptat pe cele de cupru. Un topor din bronz tăia copaci mai bine și era mai puțin toci. Sabia de bronz era mult mai de încredere în luptă.

Este caracteristic că triburile nomade au învățat cum să facă metal din vecinii lor sedentari, dar nu s-au ridicat la înălțimi mari în această chestiune. Ei procesau metalele în cel mai primitiv mod. În loc de clește, o bucată de metal era ținută cu un băț despicat, două pietre netede serveau drept nicovală și ciocan, iar „ciocanul” uneori nu avea nici măcar mâner, ci era prins de curea. Desigur, cu astfel de instrumente arme bune nu vei.

Găsim cu totul altceva în țările de cultură antică - în Africa de Nord, în părțile de vest și de est ale Asiei Mici, pe coasta Mediteranei. Așadar, egiptenii, forțați să lupte împotriva condițiilor climatice nefavorabile, folosind unelte de bronz, au reușit să creeze un sistem uriaș de irigare artificială - au săpat canale și rezervoare uriașe. Lacul artificial Meris, de exemplu, avea o circumferință de câteva sute de kilometri.

Topirea metalelor în aceste țări a fost, fără îndoială, mai perfectă, dar a rămas și la un nivel tehnologic extrem de scăzut. În forjele primitive care nu asigurau o temperatură ridicată, din minereu se topea foarte puțin cupru. Este sigur să presupunem că în zorii metalurgiei, mai mult de jumătate din metal a rămas în minereu și a fost aruncat împreună cu el în haldele. Pentru a obține câteva kilograme de cupru, trebuia să miroșim toată ziua.

Producția de metal, împreună cu costurile considerabile ale forței de muncă, au determinat un cost foarte ridicat al acestuia. Bronzul era deosebit de scump - la urma urmei, staniul necesar pentru el era o mare raritate în vremurile străvechi. Numai oamenii foarte bogați puteau deține unelte de bronz. Prin urmare, cuprul și chiar bronzul nu au înlocuit deloc uneltele de piatră. În timpul construcției celebrelor piramide egiptene, împreună cu daltele de cupru și bronz, blocuri uriașe au fost cioplite cu topoare de piatră. Iar oamenii de rând în viața de zi cu zi foloseau în general doar unelte de piatră. În cele din urmă, piatra a lăsat locul metalului doar odată cu apariția în mâinile omului a unui nou material, care a determinat întreaga dezvoltare ulterioară a civilizației. Acest material s-a dovedit a fi fier.

Oamenii de știință încă nu pot fi de acord cu privire la modul în care oamenii au învățat să topească fierul. Aproape niciodată nu apare în forma sa naturală, nativă. Există o ipoteză că primul fier pe care l-au primit oamenii a venit din cer - în meteoriți. Unul dintre motivele acestei ipoteze este numele metalului în rândul diferitelor popoare. Așadar, egiptenii antici numeau fierul „vaapere”, care înseamnă „născut în rai”. Copții antici o numeau „piatra cerului”.

Dar meteoriții de fier sunt destul de rari, probabilitatea de a-i găsi este extrem de mică. Dar a fost necesar nu numai să găsești un meteorit, ci și să ghicești cum să faci un produs din el. Evident, fierul a venit la oameni, în principal, până la urmă, într-un mod complet pământesc. Poate că bucăți de minereu de fier au căzut în aceleași forje în care se topea cuprul, iar meșterii, în cele din urmă, au ghicit că din această substanță întunecată se pot face cuțite, topoare și săbii mult mai puternice decât din bronz.

Un lucru este cert: de foarte multă vreme a existat atât de puțin fier încât a fost prețuit mult mai scump decât aurul. Printre comorile piramidelor egiptene care ne-au supraviețuit, unde există tone de aur, oamenii de știință au găsit doar câteva bijuterii din fier simplu. Doar oamenii foarte bogați puteau avea inele sau broșe de fier. Și un despot oriental a adoptat chiar și o lege, sub pedeapsa de moarte, interzicând tuturor, cu excepția lui, desigur, să poarte bijuterii de fier. Geograful și istoricul grec antic Strabon a scris despre unele popoare africane care au dat de zece ori mai mult aur în greutate pentru fier. În Odiseea lui Homer, se spune că câștigătorului unui eveniment sportiv i s-a acordat o bucată de aur și o bucată de fier. Unul dintre faraonii egipteni i-a cerut regelui hitit să-i trimită fier în schimbul aurului. Acest lucru a continuat până când oamenii au găsit o modalitate ieftină și productivă de a face fier. După aceea, a început să scadă rapid în valoare și nu au mai fost făcute decorațiuni din ea, ci topoare, lopeți, săbii, cuțite, zale de lanț.

Epoca fierului a venit pe pământ.

2 . ERA FIERULUI

Spre deosebire de argint, aur, cupru și alte metale, fierul se găsește rar în natură în forma sa pură, așa că a fost stăpânit de om relativ târziu. Primele mostre de fier pe care strămoșii noștri le țineau în mâini erau de origine nepământească, meteorică. În timpul săpăturilor din El - Obeida (Sudan) și Ur (Mesopotamia), au fost găsite două obiecte de fier meteoric, care sunt atribuite secolelor IV-III î.Hr. NS. Printre descoperirile arheologice dintre aztecii din Mexic, indienii din America de Nord, eschimoșii și triburile care nu știau să extragă fierul din minereuri, se găsesc adesea articole de fier de origine meteoritică. Mai mult, acestea nu sunt doar decorațiuni, ci și articole de uz casnic. În secolul al XVII-lea î.Hr. NS. Egiptenii foloseau ace magnetice orientate spre sud și oglinzi de fier lustruit.

Folosirea fierului meteoric nu a fost ușoară, este forjat doar în stare rece. A supraviețuit o legendă despre modul în care emirul Buharei a ordonat celor mai buni armurieri ai săi să forjeze o sabie dintr-o bucată de „fier ceresc”. Oricât de mult s-au străduit fierarii, au eșuat. Pentru nerespectarea ordinului emirului, fierarii au plătit cu viața. Și adevărul a fost că atunci când este încălzit, fierul meteorit devine casant.

Faptul că fierul, cu care oamenii s-au întâlnit prima dată, „a căzut din cer” confirmă interdicția superstițioasă a unor popoare de a-l folosi și chiar de a-l atinge. Preoților romani și sabinii li s-a interzis să atingă fierul, pentru că se bărbiereau doar cu brici de bronz și își tundeau părul cu foarfecele de bronz. Ori de câte ori un instrument de gravură de fier era adus în crângul sacru al fraților Arval din Roma, pentru a sculpta o inscripție pe piatră, trebuia să se facă o jertfă ispășitoare în formă de miel sau de porc. Oamenii Boduwi care trăiesc pe insula Java încă nu folosesc unelte de fier pentru arătura câmpurilor.

Interdicția de a atinge fierul amintește de legile estice care interzic atingerea conducătorilor supremi care erau considerați sacri.

Se știe că, sub pedeapsa de moarte, era interzis să se atingă de domnitorul siamez, fără permisiunea specială nimeni nu avea dreptul să se atingă de regele Cambodgiei. Odată, când a căzut din trăsura răsturnată, niciunul din alaiul său nu a îndrăznit să-l ajute. A stat mult timp inconștient pe pământ până când un european a ajuns la timp la fața locului și l-a adus la palat.

Când a învățat omul să obțină fier și minereuri? Este dificil să răspunzi la această întrebare: la urma urmei, epoca fierului nu a venit imediat și nu datorită descoperirii separate a unei persoane remarcabile într-un singur loc, așa cum credeau anticii și așa cum credeau mulți istorici ai metalurgiei până de curând. Descoperiri arheologice de fier datând din mileniul II î.Hr e., precum și referirile la acesta în documentele antice sunt frecvente. În jurul anului 1800 î.Hr NS. Regele Purushkhanda i-a predat domnitorului hitit Anitta simbolurile dominației supreme - tronul de fier și sceptrul de fier. A supraviețuit o scrisoare a lui Tushratta, regele statului Mitania, din nordul Mesopotamien, către faraonul Amenhotep al III-lea (secolul al XV-lea î.e.n.), prin care îi anunța trimiterea unui pumnal cu o lamă de fier. Printre hitiți, cele mai importante documente au fost sculptate pe tăblițe de fier. Legile hitite stabilesc prețul fierului. Era de 6400 de ori mai scump decât cuprul, de 20 de ori mai scump decât argintul, de 5 ori mai scump decât aurul. La sfârșitul epocii bronzului, fierul a devenit larg răspândit și mult mai ieftin. Într-un document din secolul al XIII-lea î.Hr. NS. din Ugarit (teritoriul Siriei de azi), fierul este deja de doar 2 ori mai scump decât argintul.

GE. Areshnyan de la Universitatea de Stat din Erevan a făcut relativ recent o analiză destul de interesantă a mențiunilor despre fier în Iliada și Odiseea. Homer însuși a trăit în epoca fierului, dar epopeea sa datează din epoca bronzului din Grecia micenică. Fier, ca G.E. Areshnyan, Homer are trei sarcini principale. În primul rând, apare ca un „metal ceresc”, „metal al zeilor” - axa carului Herei și Poarta Tartarului (Iadul Olimpic) sunt făcute din fier.

În al doilea rând, fierul este o comoară. Conducătorii troieni, fiind capturați, oferă răscumpărare pentru ei înșiși „mult de cupru, aur și produse viclene din fier”. În al treilea rând, fierul, ca în vremea noastră, este folosit pentru comparații. Hecuba, întorcându-se către Priam, exclamă: „Nu ai inimă de fier?”.

Astfel, grecii din epoca bronzului și popoarele din Orientul antic erau bine familiarizați cu fierul. Dar a fost fierul obținut din minereu? S-a stabilit că fierul nativ se găsește încă în natură. O mare acumulare a acesteia a fost găsită, de exemplu, pe coasta de sud a insulei Disko, în largul coastei Groenlandei. Se afla în bazalt sub formă de sclipici, boabe și chiar blocuri puternice. Spre deosebire de fierul meteoric, fierul nativ conține mult mai puțin nichel și foarte puțin carbon.

Și totuși G.E. Areshnyan susține că grecii antici obțineau fier din minereu. El atrage atenția asupra faptului că Homer aplică în mod constant un epitet fierului, pe care N.I. Gnedich îl traduce prin „produs viclean”, „produs frumos”, dar literalmente înseamnă „muncă grea”, realizată cu mare dificultate. Există și alte dovezi pentru răspândirea topirii fierului din minereuri la sfârșitul epocii bronzului.

În ciuda faptului că procesul de fabricare a fierului era cunoscut cu siguranță în mileniul II î.Hr. e., Epoca Fierului a început mult mai târziu. Se știe că primul fier a fost adesea mai moale decât bronzul. Au fost nevoie de multe sute de ani pentru ca oamenii să găsească o modalitate de a întări fierul și de a înlocui uneltele din piatră, lemn și bronz cu el.

În Orientul Apropiat, Transcaucazia și estul Mediteranei, trecerea la producția de masă a fierului a avut loc abia în secolele XII-XI î.Hr. NS. Din acel moment a început „epoca fierului”, care continuă până în zilele noastre.

Adevărat, producția de masă de fier în diferite țări a început în timpuri diferite... În Egipt, înlocuirea completă a uneltelor de piatră cu cele de fier a avut loc în anul 671 î.Hr. NS. după cucerirea sa de către Asiria. În acea perioadă, epoca fierului a început în India și 100 de ani mai târziu - în China. Pe teritoriul de Uniunea Sovietică producția pe scară largă a fierului a început în secolul al VII-lea î.Hr. NS. iar în secolele V - IV î.Hr. NS. a atins apogeul.

Este greu de găsit vreun alt metal cu care progresul tehnic ar fi atât de strâns asociat. Timp de câteva secole producția de fier, fontă și oțel a fost un indicator al dezvoltării tehnico-economice a statului, al culturii sale generale.

3 . SCUMP PENTRU AUR

„În luptă, fierul este mai valoros decât aurul” – spune un proverb tătar. Și rușii au spus: „Cu ratificare, fierul este mai valoros decât aurul. Voi obține și aur cu fier”.

Există dovezi puternice că a existat o perioadă în care fierul era mai valoros decât aurul.

În Egipt, în perioada Regatului Antic și Noului, fierul a fost folosit inițial în principal pentru bijuterii - amulete și ornamente. În secolul al XIV-lea î.Hr. NS. fierul era considerat un metal prețios și din el se făceau bijuterii, precum și din aur. Fierul, împreună cu aurul și argintul, făcea parte din tributul plătit de popoarele cucerite ale Asiriei în secolul al IX-lea î.Hr. NS.

Se știe că femeile din multe triburi africane purtau inele de fier pe mâini și picioare. Soțiile oamenilor bogați purtau uneori aproape o grămadă de astfel de ornamente. Mireasa unuia dintre triburile negre din Africa de Vest era atât de încărcată cu ornamente de fier încât nu se putea mișca fără ajutor.

Nativii Africii și insularii centurii ecuatoriale aproape până la mijlocul secolului al XIX-lea considerau fierul mai scump decât toate metalele.

James Cook, un navigator englez al secolului al XVIII-lea, spunea că pe toate insulele Polineziei, cunoscute de el, fierul era cadoul preferat pentru locuitori. Însoțitorii lui Cook au spus că pentru un cui mare băștinașii au dat de bunăvoie câțiva metri de țesătură locală, iar pentru o duzină de cârje de fier marinarii au primit zece porci. Cook dă un exemplu ca unul dintre liderii despre despre. Tahiti, având două cuie, a primit un venit destul de important pentru ei. El a împrumutat aceste cuie pentru perforarea unor găuri în cazurile în care nu se putea face altfel.

La sfârșitul secolului al XVIII-lea, educatorul rus V. Pevshin scria în „Dicționarul său comercial”: „Dacă prețul lucrurilor era determinat de utilitatea lor, fierul ar trebui considerat cel mai prețios dintre metale.

Nu există artă, artizanat, în care să nu fie necesar și ar fi necesar să umplem cărți întregi cu o singură descriere a unor astfel de lucruri.”

4 . PROFESIE DE ONORI

Pe vremuri, un fierar, care este și metalurgist, primea fier în timpul procesului de suflare brută și îl transforma într-un produs. Oamenii erau uimiți că fierarul făcea lucruri valoroase dintr-o bucată dintr-un fel de piatră maro. Prin urmare, multe popoare îl considerau pe fierar o „persoană profetică”, aproape un vrăjitor. Această profesie a fost adesea foarte onorabilă.

„Nu trebuie să vorbești cu un fierar”, spune respectuos un proverb finlandez. „O mie de lovituri de la un croitor - o lovitură de la un fierar”, au spus uzbecii cu respect.

Cel mai oameni respectați erau fierari printre diferite triburi primitive ale Africii. Etnograful german J. Lips relatează că chiar și regii statelor africane de la sud de Sahara aveau adesea nevoie absolut să cunoască fierărie. În Evul Mediu, într-unul din marile state de pe teritoriul Congo, orice feudal care dorea să devină rege trebuia să demonstreze că este un bun fierar.

Printre popoarele asiatice, de exemplu, printre buriați, doar acea persoană putea deveni fierar, printre ai cărui strămoși se aflau deja fierari. O persoană obișnuită nu ar putea să se apuce atât de ușor de acest meșteșug sacru. Un vechi mit buriat spune despre originea acestei ocupații. Vorbește despre vremuri dificile în care omenirea, neștiind încă fierul, a dus la o existență mizerabilă. Dar într-o zi Tengri sau spiritele bune au decis să-l trimită pe zeul Bozhintia și pe cei nouă fii ai săi pe pământ pentru a-i învăța pe oameni meșteșugul sacru. Dumnezeu s-a întors curând în cer, iar fiii săi s-au căsătorit cu fiicele oamenilor, iar primii lor ucenici au devenit strămoșii tuturor fierarilor. Dintre buriați, fierarii aparțineau clasei superioare a societății, erau scutiți de plata impozitelor și erau considerați asemănători zeilor. Dintre mongoli, pălăriile negre sunt fierari în gradul corespunzător calității de cavaler.

Este interesant de observat că singurul „lucrător” dintre zeii diferitelor religii era zeul fierar: Hephaestus era printre greci. Vulcan - de la romani, Svarog - de la slavi.

India antică era renumită pentru arta metalurgiștilor săi. Topirea fierului în India este menționată în Rig Vedele - cărți sacre datând aproximativ din secolele XIII-XII î.Hr. NS. Astfel, la momentul creării coloanei, metalurgia Indiei avea cel puțin o mie și jumătate de ani de istorie, iar fierul a devenit atât de comun încât a fost folosit la fabricarea plugurilor. Constructorii Templului Soarelui din Canarak au realizat cadrul de oțel al clădirii. Plăcile pereților templului sunt fixate cu tije și pene de fier, tavanul sălii principale este susținut de grinzi metalice de 10 metri lungime și 20 de centimetri diametru. Unele dintre ele sunt forjate, altele sunt sudate la rece din benzi late de fier.

Istoricii raportează că uneltele de fier folosite la construcția piramidelor egiptene pentru prelucrarea pietrei au fost fabricate în India de Sud, care a avut un comerț puternic cu Roma, Egipt și Grecia. India era atât de renumită în Orient pentru produsele sale din oțel, încât perșii, când vorbeau despre ceva de prisos și inutil, aveau o vorbă: „Să transportăm oțel în India”.

Un monument binecunoscut al arhitecturii iraniene din secolul al XIV-lea - mausoleul cu cupolă - Moscheea Oldshaitu - Khan din Sultania. Moscheea a fost decorată cu un mozaic de plăci smălțuite și candelabru multicolore. Principala atracție a mausoleului au fost ușile mormântului Hanului, realizate din cel mai bun oțel indian. Din oțel era și o zăbrele „groasă ca un braț”, care înconjura mormântul lui Oldsheit - khan. Se presupune că a fost făcut dintr-o singură bucată de oțel și a lucrat la ea în India timp de peste șapte ani.

Acum să revenim la coloana de fier. Probabil, cititorii sunt interesați de întrebarea - cum a fost făcută?

Unii cred că metalurgiștii moderni nu au învățat încă să facă așa ceva. Nu este adevarat. În zilele noastre, ei au învățat să facă atât oțel inoxidabil, cât și fier de o puritate atât de mare pe care metalurgiștii antici nu o cunoșteau. Și totuși arta maeștrilor antici este admirabilă.

Încă nu există un consens cu privire la metoda de realizare a acestei rubrici remarcabile. Unii autori susțin că a fost turnat - acesta este cel mai puțin probabil. Alții cred că la topirea „cu ochi”, așa cum era cazul în antichitate, sunt posibile abateri foarte mari în calitatea metalului. Că, spun ei, una dintre astfel de excepții ar putea fi o coloană. Alții presupun că coloana este realizată prin sudarea blocurilor individuale de 36 de kilograme și apoi forjarea lor.

Potrivit unui expert, metalurgiștii antici măcinau un burete de fier forjat în pulbere și îl cereau pentru a obține fier pur. Și apoi pulberea de fier pură rezultată a fost încălzită la căldură roșie și, sub loviturile unui ciocan, particulele ei s-au lipit într-un singur întreg - acum se numește metoda metalurgiei pulberilor. Este posibil ca aceste bucăți de fier să fi format o coloană uriașă în Delhi.

5 . DE LA CRICKET LA LINGOT

Fier -- metal refractar, punctul său de topire este de 1539 ° С. O astfel de temperatură ridicată nu a putut fi atinsă mult timp. O condiție prealabilă pentru utilizarea pe scară largă a metalurgiei fierului a fost descoperirea unui proces de suflare brută care reduce fierul din minereu la o temperatură de aproximativ 900 ° C. Pentru trecerea de la cupru și bronz la fier, aceasta a fost de mare importanță. Topirea cuprului din minereu era mai dificilă decât topirea fierului: necesita temperaturi mai ridicate și necesitatea scurgerii zgurii lichide din cuptor. In afara de asta, mine de cupru erau deja epuizați și nu puteau asigura nevoile societății cu metal. Minereurile de fier pentru aceasta erau bine cunoscute, erau la suprafața pământului. Acestea erau minereuri de fier brun, lacustre și alte minereuri ușor de recuperat.

Pentru a pregăti fierul, minereul era zdrobit și ars la foc deschis. După aceea, minereul și cărbunele erau îngrămădite în straturi într-o groapă sau o forjă de piatră, în care era suflat aer. Datorită faptului că aerul „crud” (nu încălzit) era suflat printr-o porțiune de minereu și cărbune, procesul era deja numit în vremea noastră suflarea brânzei. În cele mai vechi timpuri, suflarea se efectua după cum urmează. Au luat tulpini lungi și goale de lotus sau bambus, le-au introdus în gaura de la fundul forjei și, încordându-și plămânii, au suflat cu toată puterea. Dar plămânii umani s-au dovedit a fi prea mulți pentru a asigura fluxul de aer necesar, așa că, în timp, în loc de tub de suflare, au început să folosească burduf cusute din piei de animale.

Arzând într-un curent de aer, cărbunele a încălzit minereul și l-a redus parțial la fier. Restul oxizilor de fier, împreună cu oxizii altor impurități, s-au topit și au format o zgură lichidă. Ca urmare, la fundul focarului s-a obţinut un bulgăre de metal poros, aluat, impregnat cu zgură lichidă. Acest bulgăre se numea bulgăre. La început, masa puiului rezultat a fost de la unu la câteva kilograme. Forjând în mod repetat zarurile în stare fierbinte, zgura a fost „storsă” și s-a obținut o forjare de fier.

Este un așa-numit fier forjat, fier forjat sau oțel moale. Conținutul de carbon într-un astfel de oțel a fost de 0,12-0,26% carbon; sulful, fosforul și alte impurități, de regulă, erau foarte mici.

Acum se știe că fierul nu este niciodată pur, conține întotdeauna impurități. Fosforul și sulful sunt impurități nocive, deoarece provoacă fragilitatea metalului. Fierul tehnic este numit un aliaj de fier și carbon, care conține 99,8-99,9%, 0,1-0,2%, impurități și până la 0,02% carbon. Aliajele de fier cu mult carbon se numesc oțel sau fontă. Fonta este un aliaj care conține mai mult de 2% carbon, oțel - mai puțin de 2%. Dacă oțelul conține 0,6-1,2% carbon, se numește high-carbon, cu un conținut de 0,25-0,6% carbon, este mediu-carbon, iar dacă carbonul este mai mic de 0,25%, este low-carbon.

CONCLUZIE

Pentru a realiza pe deplin importanța metalelor în viața noastră, este suficient doar să ne uităm în jurul tău. Proprietățile uimitoare ale fiecăruia dintre aceste materiale au făcut viața omului mult mai confortabilă. Am fi capabili să stoarcem pasta de dinți dintr-un tub atât de ușor dacă nu ar fi plasticitatea aluminiului? Sau am putea ascuți creioanele dacă nu am avea un cuțit cu lamă de oțel? Ar trebui să uităm de elasticitatea metalului în momentul în care folosim un ac de siguranță sau o agrafă? Astăzi, moda produselor din metal forjat revine din nou. Mobilierul elegant și nobil și accesoriile scumpe realizate din acest material își iau din nou locul cuvenit în camerele noastre de zi, sufragerie și birouri.

Rolul metalului în industrie, producția de transport și construcția de clădiri și drumuri este deosebit de semnificativ. Imaginați-vă doar că absența metalului ar duce la faptul că am fi nevoiți să renunțăm la orice transport modern (mașini, trenuri, avioane etc.), să ne întoarcem la case construite din lemn, să abandonăm construcția de poduri etc.. .

Timp de multe secole, metalul s-a dezvoltat și s-a îmbunătățit, odată cu dezvoltarea și progresul civilizației umane. Descoperirea și crearea de noi tipuri de metale, îmbunătățirea proprietăților acestora prin fabricarea aliajelor a dus la faptul că acestea devin din ce în ce mai perfecte.

În prezent, metalul poate fi numit, fără exagerare, cel mai răspândit material folosit de omenire în viața și producția de zi cu zi. Și dacă în vremurile primitive, când oamenii tocmai învățaseră să folosească metalele în activitățile lor, era ușor să se descurce fără utilizarea lor, astăzi existența omenirii este de neconceput fără metal, deoarece diferitele sale tipuri sunt necesare în inginerie mecanică, în construcția de drumuri și locuințe. si altele.industrii.

istorie metalurgie aliaj de fier

LISTA SURSELOR UTILIZATE

1. Panov A.G. Modificarea stabilă a fontelor de înaltă rezistență: metodă, modificatori, tehnologii. Editura Academică LAP LAMBERT, 2013 .-- 348 p. / ISBN-13: 978-3-659-19101-5

2. Goldstein Ya. E., Mizin V.G. Modificarea și microalierea fontei și oțelului. Moscova: Metalurgie, 1986 .-- 272 p. / UDC 621.745.55

3. Goldstein Ya. E., Mizin V.G. Inocularea topiturii fier-carbon. M .: Metalurgie, 1993 .-- 416 p. / UDC 669.541

4. Grigorovich K.P., Bogolyubov V.A., Elyutin V.P., Samarin, A.M., Yazykov V.A. Feroaliaje: teoria și practica topirii feroaliajelor în cuptoare electrice. ONTI NKTP URSS, 1934.

5. Baum B.A., Khasin G.A., Tyagunov G.V. et al. Oţel lichid - M .: Metalurgie, 1984. - 208s

6. Lekakh SN, Bestuzhev NI Tratarea în afara cuptorului a fontei de înaltă calitate în inginerie mecanică. Minsk: Nauka i tekhnika, 1992 .-- 269 p. / ISBN 5-343-00928-X.

7. Ershov G.S., Poznyak L.A. Microneomogenitatea metalelor și gloriilor. M .: metalurgie, 1985, - 214 p. / UDC 669,18: 669,15

8. Litovka V.I. Îmbunătățirea calității fontei ductile în piese turnate. Kiev: Nauk. dumka, 1987 .-- 208 p. / UDC 621.74: 668.131.7: 621.746.58

9. Chimie fizică și tehnologie în metalurgie: [Coll. științific. lucrări]. Ekaterinburg: Filiala Ural a Academiei Ruse de Științe, 1996. ISBN 5-7691-0604-2.

10. Riabcikov I.V. Modificatori și tehnologii pentru tratarea în afara cuptorului a aliajelor fier-carbon. M .: „Ecomet”, 2008. - 400 p. / UDC 669.168: 669.85 / 8689 / ISBN 978-5-89594-151-5

Postat pe Allbest.ru

Documente similare

Abundența metalelor în natură. Conținutul de metale din scoarța terestră în stare liberă și sub formă de aliaje. Clasificarea zonelor metalurgiei moderne în funcție de metodele de extracție a metalelor. Caracteristicile proceselor metalurgice.

prezentare adaugata 19.02.2015


Un set de metode pentru fabricarea pulberilor de metale și aliaje. Avantajele metalurgiei pulberilor. Fabricarea materialelor poroase. Obținerea de materiale de înaltă puritate. Utilizarea produselor din metalurgia pulberilor în alte industrii.

prezentare adaugata la 02/07/2011


Proprietățile mecanice ale fierului. Alotropia ca o proprietate importantă a fierului. Diagrama stării fierului. Diagrama modificărilor energiilor libere ale modificărilor cristaline ale fierului. Metoda analizei termice. Curba de răcire a fierului. Puncte critice ale fierului pur.

rezumat, adăugat 30.03.2011


Extracția, valorificarea minereurilor de metale neferoase și topirea metalelor neferoase și a aliajelor acestora. Metalurgia neferoasă ca ramură a economiei naționale. Principalii factori și condiții pentru funcționarea și dezvoltarea metalurgiei neferoase în țară. Cota Rusiei pe piața mondială.

prezentare adaugata la 31.05.2014


Descrierea zgurii, acidului fosforic și a produselor secundare care sunt deșeuri din metalurgia neferoasă. Influența temperaturii și a duratei asupra conversiei clorurii de zinc. Caracteristicile modului optim atunci când se utilizează clorură ferică.

lucrare de termen adăugată 20.12.2017


Procesul de obținere a titanului din minereu. Proprietățile titanului și domeniul său de aplicare. Imperfecțiuni ale structurii cristaline a metalelor reale, reflectate în proprietățile lor. Tratamentul termic al metalelor și aliajelor este principalul tip de tratament de întărire.

test, adaugat 19.01.2011


Producția metalurgică modernă de fier și oțel. Schema producției metalurgice moderne. Produse din metalurgie feroasă. Rollback (producție de peleți). Formarea unui aliaj de fier cu carbon la temperaturi scăzute. Recuperarea mea

prelegere adăugată la 12/06/2008


Clasificarea materialelor compozite, caracteristicile și proprietățile lor geometrice. Utilizarea ca matrice a metalelor și aliajelor acestora, polimerilor, materialelor ceramice. Caracteristici ale metalurgiei pulberilor, proprietăți și aplicarea magnetodielectricilor.

prezentare adaugata la 14.10.2013


Proprietăți ale aliajelor aluminiu-magneziu, aluminiu-mangan și aluminiu-cupru, aplicarea lor în industrie. Caracteristicile aliajelor de aluminiu pulbere și metode de producere a acestora în metalurgie. Schema tehnologică pentru fabricarea aliajelor granulare.

rezumat, adăugat 12.04.2011


Concepte de bază și procese tehnologice metalurgia pulberilor. Esența fabricării de piese și semifabricate folosind această metodă. Fezabilitatea economică a utilizării metalurgiei pulberilor în industrie, direcții principale și perspective de dezvoltare.

Rolul metalelor în dezvoltarea și formarea culturii tehnice a omenirii este excepțional de mare. Duritatea, ductilitatea, maleabilitatea le-au făcut un material de neînlocuit pentru fabricarea sculelor și producția. Denumirile consacrate istoric>,> vorbesc despre influența puternică a metalelor și aliajelor lor asupra tuturor domeniilor de dezvoltare a producției. Mai târziu, proprietățile electrice și magnetice ale metalelor au fost descoperite și au venit>, iar apoi ->. Perspectivele apropiate pentru electronică sunt automatizarea completă a producției, crearea de > mașini, roboți, cucerirea cu succes a spațiului.

În practica noastră zilnică, ne întâlnim cu metale în fiecare minut. Apăsăm butonul de comutare, iar electronii încep să curgă de-a lungul conductoarelor metalice, căzând în părțile metalice ale unui bec, ale unei plăci sau ale unui motor electric. Electronii au început să se miște deoarece undeva într-o centrală electrică funcționează un generator, în care un rotor metalic se rotește într-un câmp magnetic amplificat de proprietățile uimitoare ale metalului - fier. Privind în stradă, vedem sute de mașini, fiecare dintre ele realizată din metal. Vedem poduri de oțel, șine de oțel, catarge electrice, tramvaie și în final avioane care folosesc aluminiu, fier, cupru, crom, vanadiu și titan în structurile lor. Metale peste tot!

Dar sunt ele cuprinse în noi înșine? Există metale în celulele plantelor, animalelor, oamenilor? Desigur, este vorba nu despre metale în stare liberă, ci la urma urmei, metalele trec ușor în stare ionică, formând săruri. Sunt în cuști? Dacă da, de ce și ce fac ei acolo? Sunt aceste impurități accidentale sau constituenți necesari ai materiei vii?

În acest proiect vom încerca să răspundem la întrebările puse. Chimia bioanorganică, căreia îi aparțin, este o știință tânără. Ea încă nu știe totul despre rolul biologic al metalelor. Dar el încă știe multe. Dar doar pentru că această știință este tânără, în fața ei se deschid spații neexplorate, în care se pot face descoperiri. Poate pentru a deveni celebru, dar cel mai important lucru este să beneficiezi țara ta.

Metalele și aliajele lor sunt unul dintre principalele materiale structurale ale civilizației moderne. Acest lucru se datorează în primul rând rezistenței lor ridicate, uniformității și impermeabilității la lichide și gaze. În plus, prin schimbarea formulării aliajelor, se pot modifica proprietățile acestora într-o gamă foarte largă.

Materiale electrice

Metalele sunt folosite atât ca buni conductori ai energiei electrice (cupru, aluminiu), cât și ca materiale cu rezistență crescută pentru rezistențe și elemente electrice de încălzire (nicrom etc.).

Materiale pentru scule

Metalele și aliajele lor sunt utilizate pe scară largă pentru fabricarea uneltelor (partea lor de lucru). Acestea sunt în principal oțeluri de scule și aliaje de carbură. Diamantul, nitrura de bor și ceramica sunt, de asemenea, folosite ca materiale pentru instrumente.

Dezvoltarea științei materialelor magnetice

În antichitate, în urmă cu peste două mii de ani, grecii și chinezii știau despre proprietatea minereului de fier magnetic (roca de magnetită) de a atrage obiecte de fier. Anticii știau, de asemenea, că o tijă magnetizată de magnetit suspendată pe un fir (prototipul unui compas) este orientată de-a lungul meridianului, adică în direcția nord-sud. Utilizarea unei busole magnetice în navigație a jucat un rol important în descoperirea de noi ținuturi și țări și, în special, acum 500 de ani, în descoperirea Americii de către Columb.

Cu toate acestea, marea importanță a materialelor magnetice pentru progres tehnic omenirea s-a simțit abia la mijlocul secolului al XIX-lea după ce Faraday a descoperit legea inducției electromagnetice, când a devenit posibilă proiectarea și fabricarea generatoarelor electrice, motoarelor, transformatoarelor și a altor aparate și dispozitive pentru tehnologia electrică și de comunicații.

O parte importantă a tuturor acestor mașini și dispozitive este un miez magnetic - un concentrator de flux magnetic. Pentru o lungă perioadă de timp, fierul „moale” a servit drept miez, puțin mai târziu au început să fie folosite aliaje de nichel-fier, așa-numitul permalloy (din limba engleză aliaj - aliaj), care au parametri magnetici mai buni.

Pe lângă materialele magnetice „moale”, au fost produse materiale magnetice „magnetice dure” pentru fabricarea magneților permanenți (surse de câmp magnetic autonome care nu necesită energie electrică). Acești magneți permanenți au fost utilizați în instrumente electrice de măsură și alte aparate. Pentru fabricarea magneților permanenți au fost folosite de multă vreme fierul carbon și aliajele fier-cobalt.

În zilele noastre, este dificil de a numi vreo ramură a tehnologiei în care materialele magnetice nu ar fi folosite într-o formă sau alta. Dezvoltarea ingineriei radio și electrice, a tehnologiei nucleare și spațiale necesită materiale magnetice cu proprietăți complet noi. Prin urmare, nu este surprinzător că în diferite țări ale lumii, inclusiv Rusia, se desfășoară intens cercetări experimentale și teoretice privind fizica substanțelor ordonate magnetic (feromagnetice și ferimagnetice), pe baza cărora materiale magnetice noi, mai avansate sunt create.

Baza științei moderne a materialelor magnetice este încă metalele din grupul fierului (Fe, Ni, Co); sunt folosite pentru producerea diverșilor materiale magnetice de oxizi metalici și dielectrici (compuși de Fe și alte metale cu oxigen, numite ferite). Sarcina fizicii magnetismului este de a dezvolta modalități de cercetare în continuare a noilor materiale magnetice și de a le îmbunătăți pe cele deja utilizate. Cu toate acestea, această problemă nu poate fi rezolvată folosind doar metale din grupa fierului.

În anii 60, a existat tendința de a crea materiale magnetice pe baza metalelor aparținând grupului de lantanide: Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Sm, Eu și altele, numite de obicei pământuri rare. Ele sunt numite pământuri rare deoarece sunt împrăștiate în scoarța terestră și au nevoie de o tehnologie specială pentru a le extrage din rocă. Anterior, era practic imposibil să se investigheze proprietățile lor magnetice. Situația s-a schimbat dramatic în anii postbelici, când a devenit posibilă utilizarea unei tehnologii dezvoltate pentru separarea izotopilor de uraniu și folosită în industria nucleară pentru izolarea elementelor din pământuri rare din roci. Costul metalelor cu pământuri rare a scăzut drastic, iar lucrările intensive au început să studieze proprietățile magnetice ale acestora. Principala condiție pentru succes a fost faptul că au fost dezvoltate metode de creștere a monocristalelor din aceste metale de dimensiuni suficient de mari. Monocristalele au început să fie folosite pentru a determina constantele magnetice de bază, pe baza cărora este posibil să se evalueze posibilitățile anumitor metale din pământuri rare și aliajele lor ca materiale magnetice pentru aplicare în tehnologie. Ca urmare a lucrări de cercetareÎn străinătate și în țara noastră s-au găsit materiale din pământuri rare cu energie magnetică enormă, potrivite pentru fabricarea magneților permanenți foarte puternici, aliaje și compuși cu magnetostricție mare („gigant”), adică schimbarea dimensiunii lor la magnetizare (din latină). strictio - compresie, tensiune), etc. Toate aceste materiale sunt de mare interes pt tehnologie moderna.

Înainte de a vorbi despre materialele magnetice din pământuri rare și despre proprietățile lor, este necesar să explicăm în ce constă fenomenul de ordonare magnetică și prin ce cantități este caracterizat.

Câteva informații din fizica substanțelor ordonate magnetic

Magnetismul unor astfel de substanțe este determinat de proprietățile magnetice ale atomilor așa-numitelor elemente de tranziție incluse în aceste substanțe. Ele sunt numite tranziționale deoarece în atomii lor unele dintre învelișurile de electroni (d- și f-shells) nu sunt complet „populate” cu electroni; după cum vom vedea mai târziu, acesta este motivul magnetismului puternic al unor astfel de atomi.

Magnetismul atomului este caracterizat de momentul magnetic Mt, care este creat de electronii atomului. Electronii participă la crearea Mat în două moduri. În primul rând, fiecare electron, rotindu-se în jurul nucleului, formează un curent închis microscopic, care are un moment magnetic; valoarea sa este egală cu produsul dintre curentul microscopic indicat și aria orbitei electronilor. Acest moment magnetic se numește orbital, este notat cu Morb și este reprezentat ca un vector direcționat perpendicular pe aria orbitală. În al doilea rând, fiecare electron are un fel de moment intrinsec (conform concluziilor mecanicii cuantice), se numește spin și se notează Msp. Într-un atom cu un electron, Morb și Msp, după adăugarea vectorului, dau un moment magnetic atomic Mat.

În atomul cu mulți electroni, situația este mai complicată. Scheletul electronic al unui atom este format din învelișuri, care sunt notate cu simbolurile s, p, d și f. Prima dintre ele, s-shell-ul cel mai apropiat de nucleul atomic, conține doi electroni cu spini direcționați antiparalel, în al doilea, p-shell, șase electroni cu spini. Ca urmare, învelișurile s și p sunt compensate de momentele de spin a electronilor și nu au un moment magnetic. (Acest lucru poate fi atribuit și momentelor magnetice orbitale: se anulează reciproc.) În următoarea, mai îndepărtată de nucleu, învelișurile d și f, cu umplere completă cu electroni, ar trebui să conțină 10 și, respectiv, 14 electroni. . Dar se dovedește că aceste cochilii, de regulă, nu sunt complet umplute. Se poate observa că lipsesc doi electroni în învelișul d până când acesta este complet umplut, iar cinci electroni lipsesc în învelișul f. Prin urmare, în atomii cu învelișuri d și f neumplute, apar valori Mat semnificative. După cum urmează, cel mai mare moment magnetic de spin al carcasei d apare atunci când toți cei cinci electroni au Msh direcționat într-o direcție și nu există momente magnetice opuse lor în direcția. Există șapte f-shell-uri de MSP-uri unidirecționale. Prin urmare, este clar că atomii cu un înveliș f neumplut pot avea un magnetism mai mare decât atomii cu un înveliș d neumplut, deoarece există șapte momente de spin „unidirecționale” și în al doilea, cinci. Elementele care au atomi cu o înveliș f neumplut sunt elemente de pământuri rare, ai căror reprezentanți principali sunt neodim (Nd), samariu (Sm), europiu (Eu), gadoliniu (Gd), terbiu (Tb), disproziu (Dy) , holmiu (Ho), tuliu (Tm).

Până acum, am luat în considerare proprietățile magnetice ale atomilor cu învelișuri d și f neumplute în afara rețelei cristaline. Când sunt „plasate” într-o rețea cristalină, proprietățile lor magnetice, de regulă, se schimbă. Cert este că câmpurile electrice ale cristalului, care acționează asupra orbitelor electronilor, par să le fixeze, drept urmare momentul orbital este suprimat. Acest fenomen este de obicei numit „înghețarea” Morbului; este foarte caracteristic atomilor din grupa Fe, astfel încât magnetismul cristalelor în care intră acești atomi se datorează aproape în întregime momentelor magnetice de spin. Dimpotrivă, în cristalele de substanțe din pământuri rare „înghețarea” lui Morbes este neglijabilă, iar magnetismul este cauzat atât de spin, cât și de momentele orbitale, adică magnetismul cristalelor de pământ rare este mai puternic decât în ​​cele care conțin atomi din grupa Fe. Motivul pentru care câmpurile electrice din cristalele de pământuri rare au un efect redus asupra Morbului este că învelișul f din atomii de pământuri rare se află adânc în atom, iar alte învelișuri de electroni se află deasupra, care ecranează acțiunea câmpurilor electrice asupra f-shell-ul.

Într-un număr foarte mare de cristale care conțin atomi de elemente de tranziție, apare fenomenul de ordonare magnetică - o orientare spontană a momentelor magnetice atomice Mm (spontană în sensul că această orientare are loc fără participarea unui câmp magnetic extern H, dar sub acţiunea unui câmp efectiv creat de reţeaua cristalină). Dacă momentele magnetice Mat sunt orientate paralel între ele, apare feromagnetismul; dacă sunt situate antiparalel unul față de celălalt, atunci apare antiferomagnetismul (coliniar - vectori aflați pe o singură linie dreaptă). Antiferomagnetismul necoliniar este destul de des observat. Datorită proprietăților speciale ale simetriei cristalelor în care apare, momentele Mt sunt rotite printr-un unghi mic; o astfel de structură ar trebui să dea un mic moment magnetic - DM. Acest fenomen se numește feromagnetism „slab”.

Acest fenomen are loc în așa-numitele ortoferite de pământuri rare - oxizi cu formula RFeO3, unde R este un element de pământuri rare. Există oxizi de pământuri rare cu o formulă mai complexă R3Fe5O12, numite ferite granat, în care apare antiferomagnetismul necompensat, numit ferimagnetism (din cuvântul „ferită”). Rețeaua cristalină a acestor substanțe (și antiferomagneții) poate fi reprezentată ca și cum ar fi introduse una în cealaltă două subrețele 1 și 2. În mod firesc, stratul de pământ rar și atomii de fier sunt diferite. Acest lucru duce la antiferomagnetism necompensat (subrețelele 1 și 2 nu se sting reciproc magnetic), adică la ferimagnetism. O astfel de substanță are o magnetizare comparabilă cu cea a feromagneților convenționali. Magnetizarea I este momentul magnetic al probei M, raportat la volumul său V, sau, ceea ce este același, numărul de momente unidirecționale Mt pe 1 cm de probă. Magnetizarea I și intensitatea câmpului magnetic H sunt în prezent măsurate cel mai adesea în unități ale sistemului gaussian. În el, I este măsurat în gauss (Gs), iar H - în oersteds (E). În sistemul internațional SI, I și H sunt măsurate în A/m.

Pentru feromagneți, ca și pentru ferimagneți, este caracteristică o dependență neliniară a magnetizării I de câmpul magnetic H (creat de un solenoid sau electromagnet), histereza magnetică este un decalaj în I de la H (din grecescul histerezis - întârziere), care decurge dintr-un modificarea ciclică a H. și ferimagnet sunt de asemenea: Is - magnetizare de saturație; se realizează în câmpul Hs, la care ramura curbei de magnetizare capătă un curs orizontal, Ir este magnetizarea remanentă care apare în probă după oprirea câmpului H, iar forța coercitivă Hc (din latină coercitio - retardare). ). Cu cât Нc mai mare, cu atât materialul păstrează mai „mai puternic” magnetizarea remanentă.

Se pune întrebarea: care este acest câmp eficient în rețeaua cristalină, care duce la fenomenul de ordonare magnetică? Acesta este așa-numitul câmp „schimb”. Apare între atomii magnetici învecinați ca urmare a interacțiunii electronilor lor d (în cazul metalelor și compușilor din grupa Fe) și electronilor f (în cazul substanțelor din pământuri rare). Totuși, aceasta nu este o simplă interacțiune electrostatică (Coulomb) a electronilor; mecanismul său implică nu numai sarcini electrice, ci și momentele de spin ale electronilor. Aceasta este o interacțiune electrostatică cuantică. A fost numită schimbabilă deoarece în procesul de interacțiune, electronii atomilor vecini par să facă schimb de locuri. Valoarea energiei de schimb a unui anumit fero- sau ferimagnet poate fi estimată din valoarea temperaturii la care ordonarea magnetică este distrusă prin mișcarea termică. Această temperatură este numită punctul Curie (TC) după omul de știință francez care a descoperit-o.

Interacțiunea de schimb există și între electroni din carcasele d și f, adică în interiorul atomului; Ca rezultat al acestei interacțiuni de schimb intra-atomic, momentele magnetice de spin din aceste învelișuri sunt orientate paralel unul cu celălalt.

Într-un cristal dintr-o substanță ordonată magnetic, există și o interacțiune magnetică; este de obicei mai mică ca mărime decât cea de schimb, dar joacă un rol foarte semnificativ, deoarece provoacă fenomenul de anizotropie magnetică, magnetostricție și scindarea fero- și ferimagneților în domenii magnetice (regiuni cu Materie unidirecțională). Toate aceste fenomene „participă” la formarea proprietăților materialelor tehnice magnetice.

1. 6. Materiale magnetice din pământuri rare și aplicațiile acestora

Mai jos sunt câteva exemple de utilizare eficientă a metalelor magnetice de pământuri rare, aliajele lor și compușii de oxizi în tehnologie.

1. Materiale cu energie de anizotropie magnetică enormă pentru fabricarea magneților permanenți. Aceste materiale au o energie de anizotropie magnetică foarte mare în comparație cu materialele corespunzătoare bazate pe grupa Fe. Constă în faptul că de-a lungul axelor cristalului există o valoare inegală a energiei de magnetizare. De exemplu, într-un cristal hexagonal al metalului disproziu Dy, axa de magnetizare ușoară (de-a lungul căreia energia de magnetizare este mică) se află într-o direcție perpendiculară pe axa c hexagonală, în timp ce magnetizarea are loc cu dificultate de-a lungul axei c; saturația magnetică se realizează atunci când se aplică un câmp mare H (c este axa magnetizării dificile). Proprietățile magnetoanizotrope ale cristalelor se caracterizează prin constanta anizotropiei magnetice K l, a cărei valoare este proporțională cu diferența de energii de magnetizare ale cristalului în direcția magnetizării dificile și ușoare. Energiile mari ale anizotropiei magnetice inerente pământurilor rare joacă un rol decisiv în crearea materialelor pentru magneți permanenți. Compușii SmCo5, NdCo5, datorită Кl și Is ridicat cu procesare tehnologică corespunzătoare, permit obținerea de forțe coercitive record pentru materiale similare (până la 104 Oe) și energii magnetice uriașe pentru magneții permanenți (produs НcIs ~ 106 Gs Oe), care este cu două ordine de mărime mai mare decât energiile corespunzătoare pentru magneții din metalele grupului Fe. Acest lucru, la rândul său, face posibilă fabricarea magneților de câteva zeci de ori mai puternici decât magneții bazați pe metale din grupul Fe; sunt utilizate pe scară largă acolo unde se cere crearea de câmpuri magnetice puternice cu greutate și dimensiuni minime: magneți pentru motoare electrice miniaturale, în sistemele de magnetofocalizare ale microscoapelor electronice, în lămpile electronice puternice, magnetroni.

2. Materiale cu saturație magnetică ridicată. Aceste materiale sunt necesare pentru fabricarea miezurilor de electromagneți și a altor dispozitive pentru producerea de câmpuri magnetice puternice. Până în prezent, în acest scop sunt folosite Fe și unele aliaje Fe-Co cu magnetizări de saturație suficient de mari Is. Pe baza elementelor pământurilor rare, este posibil să se pregătească un material cu mult mai mult Is. Atomii de pământ rari au valori mari Mat. Motivul este absența „înghețului” momentului orbital în cristale, precum și faptul că în cochiliile f, care sunt responsabile de magnetismul acestor atomi, șapte momente magnetice de spin pot participa la crearea matematicii, în timp ce în atomii grupului Fe există cinci astfel de momente. Datorită acestei circumstanțe, multe metale din pământuri rare (Gd, Dy, Tb, Er, Eu) au valori Is (la 0 K) mai mari decât cele ale aliajelor Fe și Fe-Co. De exemplu, Dy are o valoare Is de 1,7 ori mai mare decât Is pentru Fe (pentru Dy la 0 K, Is = 3000 G, în timp ce pentru Fe este de 1720 G la aceeași temperatură). Cu toate acestea, utilizarea metalelor precum Dy, Ho, Er în stare policristalină este practic imposibilă, deoarece câmpul de saturație magnetică Hs pentru acestea este neobișnuit de mare (~ 106 Oe). Motivul pentru aceasta este existența în ele a unei uriașe energii de anizotropie magnetică.

Recent, a fost găsită o modalitate de a reduce energia de anizotropie prin fuzionarea Dy cu Er sau Ho cu Er. Cert este că Er și Dy au semne diferite ale constantelor K l (în Dy K l este pozitiv, în Er - negativ), prin urmare, în aceste aliaje are loc o compensare parțială a forțelor de anizotropie magnetică, atunci magnetizarea Is este realizate în câmpuri acceptabile (H = 5 " 104 Oe) Astfel de aliaje sunt utilizate pentru fabricarea miezurilor de electromagneţi supraconductori.

Pentru o serie de scopuri, este important să existe materiale cu saturație mare și, în același timp, care posedă proprietăți dielectrice sau semiconductoare (pentru a reduce pierderile de energie din cauza curenților turbionari). Oxidul de europiu ferromagnetic (EuO) poate servi ca un astfel de material. S-a dovedit că valoarea lui Is este semnificativ mai mare decât cea a feritelor, care sunt de obicei folosite în aceste scopuri.

Dezavantajul materialelor magnetice din pământuri rare cu saturație magnetică ridicată este intervalul de temperatură scăzută al utilizării lor, deoarece punctele lor Curie sunt scăzute.

3. Materiale pentru crearea unor dispozitive de stocare computerizate eficiente. Apariția domeniilor în substanțele ordonate magnetic este rezultatul competiției dintre energia de schimb și interacțiunile magnetice. Forțele de schimb tind să mențină momentele magnetice ale atomilor într-o poziție paralelă, iar momentele magnetice în cea antiparalelă. Ca rezultat, fero- și ferimagneții se despart în regiuni mici cu direcții definite de magnetizare. În plăci subțiri de gadoliniu granat-ferită Gd3Fe5O12 (cu mici adaosuri de Ga și Al), există condiții bune pentru apariția unor domenii magnetice foarte mici (câțiva microni), numite domenii cilindrice sau cu bule. Domeniile, când sunt aplicate câmpuri magnetice neomogene locale, de exemplu, create de magneți mici sau bobine mici de sârmă cu curent, se pot deplasa rapid în această placă. Acest fenomen este utilizat în prezent pentru a crea un nou tip de elemente de memorie în calculatoarele electronice.

Recent a fost descoperit un fapt interesant: aliajele de pământuri rare Gd-Fe și Tb-Fe (sub formă de pelicule depuse) sunt structuri dezordonate atomic, adică sunt amorfe și în același timp se păstrează în ele ordinea ferimagnetică. În plus, aceste aliaje au o anizotropie magnetică ridicată; această combinație de proprietăți contribuie la formarea unor domenii cilindrice foarte mici în ele. Este convenabil să folosiți filme ferimagnetice amorfe cu pământuri rare pentru înregistrarea magneto-optică și magnetozonic, deoarece nu conțin granule de cristalit și, prin urmare, nu există deplasări bruște ale peretelui domeniului în timpul magnetizării; prin urmare, raportul dintre semnal și zgomot. în ele este mai bună decât într-o probă policristalină din același aliaj.

4. Materiale cu magnetostricție gigantică. Magnetostricția - modificarea lungimii unei probe a unei substanțe ordonate magnetic în timpul magnetizării acesteia - este de obicei estimată ca mărime adimensională: l = Dl / l, unde l este lungimea probei, Dl este alungirea probei în un câmp magnetic. Magnetostricția într-un cristal creează o anizotropie magnetoelastică (suplimentară), care (ca K l) are un efect puternic asupra cursului curbei de magnetizare. Metalele Tb, Dy, Ho, Er și feritele granat ale acestor metale (de exemplu, Tb3Fe5O12) la temperaturi scăzute au efecte de magnetostricție neobișnuit de mari, cu două până la trei ordine de mărime mai mari decât magnetostricția în metale, aliaje și ferite din grupul Fe ( la 100 K pentru Tb l = 5.3 "10 - 3, pentru Dy l = 8.0" 10 - 3, pentru Ni la aceeași temperatură l = 4.0 "10 - 5). S-a stabilit că astfel de magnetostricții gigantice pot fi obținute și la temperatura camerei prin utilizarea compușilor ferimagnetici: DyFe2, HoFe2, DyFe3 etc Punctele Curie ale acestor compuși, deoarece conțin atomi de Fe, sunt mai mari decât temperatura camerei, reducând efectul „dăunător” al anizotropiei magnetice uriașe, adică reducerea câmp de saturație Hs. După rezolvarea acestei probleme, materialele din pământuri rare vor fi promițătoare pentru crearea diferitelor dispozitive tehnice, de exemplu, pentru obținerea ultrasunetelor de mare putere, care proiectarea dispozitivelor care permit utilizarea unui câmp magnetic pentru controlul diferitelor dispozitive de contact și automate.

5. Fero- și ferimagneți transparenți. Ortoferitele de pământuri rare și ferite de granat, precum și compușii EuO, EuSe sunt substanțe transparente ordonate magnetic în regiunile vizibile și infraroșii apropiate ale spectrului. În plus, ortoferitele din pământuri rare au valori gigantice de rotație a planului de polarizare a luminii într-un câmp magnetic (efectul Faraday). Aceste substanțe sunt materiale promițătoare pentru modulatoarele de lumină și alte dispozitive optice, în special pentru controlul unui fascicul laser folosind un câmp magnetic alternativ.

Unghiul Faraday mare pentru ortoferitele din pământuri rare face posibilă obținerea unor modele foarte contrastante ale structurii domeniului. Astfel, în plăcile de ortoferită de tuliu tăiate perpendicular pe axa optică, se observă o structură a domeniului cu dungi strict periodice. Este o rețea de fază de difracție pentru lumină. Cu acest grătar, puteți observa difracția fasciculului laser. Prin aplicarea unui câmp magnetic și modificarea temperaturii, este posibilă scăderea perioadei structurii domeniului și, prin urmare, modificarea poziției maximelor de difracție.

Deplasarea modelului de difracție sub influența câmpului poate fi utilizată pentru a scana un fascicul de lumină, în special, în dispozitivele pentru înregistrarea și citirea informațiilor optice.

2. Metalele în tehnologie. Metale rachete

Datorită proprietăților precum rezistența, duritatea, plasticitatea, rezistența la coroziune, rezistența la căldură, conductivitatea electrică ridicată și multe altele, metalele joacă un rol imens în tehnologia modernă, iar numărul de metale utilizate este în continuă creștere. Este caracteristic că înainte de începutul secolului al XX-lea. multe dintre cele mai importante metale - Al, V, W, Mo, Ti, U, Zr etc. - fie nu au fost produse deloc, fie au fost produse la scară foarte limitată; metale precum Be, Nb, Ta au început să fie utilizate relativ pe scară largă abia în ajunul celui de-al Doilea Război Mondial 1939 - 45. În anii 70. Secolului 20 aproape toate metalele naturale sunt folosite în industrie.

Toate metalele și aliajele formate din acestea sunt împărțite în feroase (include fier și aliaje pe bază de acesta; ele reprezintă aproximativ 95% din produsele metalice din lume) și neferoase sau, mai precis, neferoase (toate celelalte metale și aliaje). ). Un număr mare de metale neferoase și o gamă largă de proprietăți ale acestora nu permit clasificarea acestora după un singur criteriu. În tehnologie s-a adoptat o clasificare condiționată, conform căreia aceste metale sunt împărțite în mai multe grupe în funcție de diferite caracteristici (proprietăți fizice și chimice, natura apariției în scoarța terestră), specifice unui anumit grup: metale ușoare (pentru de exemplu, Al, Mg), metale grele (Cu, Pb, etc.), metale refractare (W, Mo, etc.), metale nobile (Au, Pt, etc.), metale împrăștiate (Ga, In, TI), metale pământuri rare (Sc, Y, La și lantanide), metale radioactive (Ra, U etc.). Metalele care sunt produse și utilizate la scară limitată sunt numite metale rare. Acestea includ toate metalele împrăștiate, pământurile rare și radioactive, majoritatea metalelor refractare și unele metale ușoare.

Capacitatea mare a metalelor de a forma numeroși compuși de diferite tipuri, la diverse transformări de fază creează condiții favorabile pentru obținerea unei varietăți de aliaje caracterizate prin combinația necesară de proprietăți utile. Numărul de aliaje utilizate în tehnologie a depășit deja 10 mii.Valoarea aliajelor ca materiale structurale, materiale electrice, materiale cu special proprietăți fizice este în continuă creștere. În același timp, în legătură cu dezvoltarea tehnologiei semiconductoare și nucleare, producția unui număr de metale foarte pure (de exemplu, 99,9999% și puritate mai mare) se extinde.

Utilizarea unuia sau altuia metal (sau aliaj) este în mare măsură determinată de valoarea practică a proprietăților sale; totuși, sunt esențiale și alte circumstanțe, în primul rând rezervele naturale ale metalului, disponibilitatea și rentabilitatea extracției acestuia. Dintre cele mai valoroase și importante metale pentru tehnologia modernă, doar câteva sunt conținute în scoarța terestră în cantități mari: Al (8,8%), Fe (4,65%) Mg (2,1%), Ti (0,63%). Resurse naturale un număr de metale foarte importante sunt măsurate în sutimi de procente (de exemplu, Cu, Mn, Cr, V, Zr) și chiar în miimi (de exemplu, Zn, Sn, Pb, Ni, Co, Nb). Unele metale valoroase sunt prezente în scoarța terestră în cantități și mai mici. Astfel, conținutul de uraniu - cea mai importantă sursă de energie nucleară - este estimat la 0,0003%, wolfram, care stă la baza aliajelor dure, - 0,0001% etc. Natura este deosebit de săracă în cele nobile etc. metale rare.

Varietatea metalelor predetermina un număr mare de metode de producere și prelucrare a acestora. Relația dintre compoziția, structura și proprietățile metalelor și aliajelor, precum și modelele de schimbare a acestora ca urmare a acțiunii termice, chimice sau mecanice, studiază știința metalelor.

2.1 Aluminiu

„Winged Metal”, un favorit al designerilor de avioane. Aluminiul pur este de trei ori mai ușor decât oțelul, foarte ductil, dar nu foarte puternic.

Pentru ca acesta să devină un material structural bun, aliajele trebuie făcute din el. Din punct de vedere istoric, primul a fost duraluminiu (duralumin, duraluminiu, așa cum îl numim cel mai adesea) - acest nume a fost dat aliajului de o companie germană, care l-a propus pentru prima dată în 1909 (de la numele orașului Duren). Acest aliaj, pe lângă aluminiu, conține cantități mici de cupru și mangan, care îi măresc puternic rezistența și rigiditatea. Dar duraluminiul are și dezavantaje: nu poate fi sudat și este greu de ștanțat (este nevoie de tratament termic). Dobândește rezistență deplină în timp, acest proces a fost numit>, iar după tratamentul termic, aliajul trebuie să fie din nou îmbătrânit. Prin urmare, piesele din acesta sunt conectate cu nituri și șuruburi.

Într-o rachetă, este potrivită numai pentru compartimentele „uscate” - structura nituită nu garantează etanșeitatea sub presiune. Aliajele care conțin magneziu (de obicei nu mai mult de 6%) pot fi deformate și sudate. Ei sunt cei mai ales pe racheta R-7 o rachetă balistică intercontinentală cu un focos detașabil care cântărește 3 tone și o rază de zbor de 8 mii km. A fost prima rachetă balistică intercontinentală din lume (în special, toate tancurile sunt făcute din ele).

În ultimul sfert al secolului al XX-lea, progresul în metalurgie a dus la apariția aliajelor de aluminiu-litiu. Dacă înainte de aceasta adăugările la aluminiu vizau doar creșterea rezistenței, atunci litiul a făcut posibil ca aliajul să fie vizibil mai ușor. Rezervorul de hidrogen pentru racheta Energia a fost realizat dintr-un aliaj de aluminiu-litiu, iar rezervoarele Shuttle sunt acum făcute și din acesta.

În cele din urmă, cel mai exotic material pe bază de aluminiu este compozitul boral-aluminiu, unde aluminiul joacă același rol ca epoxidul din fibra de sticlă: ține împreună fibrele de bor de înaltă rezistență. Din aceasta a fost realizată o sarpă între rezervoarele celei mai recente modificări a treptei superioare „DM-SL” utilizată în proiectul Sea Launch.

2. 2 Fier

Un element de neînlocuit al oricărei structuri de inginerie. Fierul, sub forma unei varietăți de oțeluri inoxidabile de înaltă rezistență, este al doilea cel mai folosit metal în rachete.

Oriunde sarcina nu este distribuită pe o structură mare, ci este concentrată într-un punct sau mai multe puncte, oțelul depășește aluminiul.

Oțelul este mai rigid - o structură din oțel, ale cărei dimensiuni nu ar trebui să „plutească” sub sarcină, este aproape întotdeauna mai compactă și uneori chiar mai ușoară decât aluminiul. Oțelul tolerează mult mai bine vibrațiile, este mai tolerant la încălzire, oțelul este mai ieftin, cu excepția celor mai exotice soiuri, oțelul, la urma urmei, este necesar pentru o structură de lansare, fără de care o rachetă - bine, înțelegeți.

Dar rezervoarele rachetei pot fi și din oțel. Primul ICBM Atlas american a folosit rezervoare din oțel inoxidabil cu pereți subțiri. Pentru ca racheta din oțel să o depășească pe cea din aluminiu, multe au trebuit schimbate radical. Grosimea pereților rezervoarelor din apropierea compartimentului motor a fost de 1,27 milimetri (1/20 "), s-au folosit foi mai subțiri mai mari, iar în partea de sus a rezervorului de kerosen, grosimea a fost de numai 0,254 milimetri (0,01"). Iar amplificatorul de hidrogen Centaur, realizat după același principiu, are un perete gros ca o lamă de ras - 0,127 milimetri!

Un astfel de perete subțire se va prăbuși chiar și sub propria greutate, astfel încât își păstrează forma doar datorită presiunii interne: din momentul fabricării, rezervoarele sunt sigilate, umflate și depozitate la presiune internă crescută.

In timpul procesului de fabricatie, peretii sunt sustinuti de suporturi speciale din interior. Cea mai dificilă etapă a acestui proces este sudarea fundului pe partea cilindrică. A fost nevoie să-l completeze într-o singură trecere, drept urmare, mai multe echipe de sudori, câte două perechi, au făcut-o timp de șaisprezece ore; brigăzile s-au înlocuit în patru ore. În acest caz, una dintre cele două perechi a lucrat în interiorul rezervorului.

Nu este o treabă ușoară, desigur. Dar pe această rachetă, americanul John Glenn a intrat pentru prima dată pe orbită. Și apoi a avut o istorie glorioasă și lungă, iar blocul Centaur zboară până astăzi. V-2, apropo, avea și o carcasă de oțel - oțelul a fost complet abandonat doar pe racheta R-5, unde carcasa de oțel s-a dovedit a fi inutilă din cauza focosului detașabil.

Ce fel de metal poate fi pus pe locul trei în ceea ce privește racheta? Răspunsul poate părea evident. Titan? Se dovedește că nu deloc.

Metalul de bază al ingineriei electrice și termice. Nu e ciudat? Destul de greu, nu prea puternic, în comparație cu oțelul - cu punct de topire scăzut, moale, în comparație cu aluminiu - un metal scump, dar totuși de neînlocuit.

Totul ține de conductivitatea termică monstruoasă a cuprului - este de zece ori mai mult decât oțelul ieftin și de patruzeci de ori mai mult decât oțelul inoxidabil scump. De asemenea, aluminiul pierde în fața cuprului în conductivitate termică și, în același timp, în temperatura de topire. Și această conductivitate termică nebună este necesară chiar în inima rachetei - în motorul acesteia. Peretele interior al motorului rachetei este din cupru, cel care reține căldura de trei mii de grade a inimii rachetei. Pentru a preveni topirea peretelui, acesta este realizat din compozit - exteriorul, din oțel, susține sarcini mecanice, iar interiorul, cupru, ia căldură.

Într-un spațiu subțire dintre pereți, există un flux de combustibil, care se îndreaptă de la rezervor la motor, iar apoi se dovedește că cuprul depășește oțel: faptul este că temperaturile de topire diferă cu o treime, dar conductivitatea termică este de zeci de ori. Deci peretele de oțel se va arde înaintea celui de cupru. Frumoasa culoare „cupru” a duzelor motoarelor R-7 este clar vizibilă în toate fotografiile și în reportajele TV despre lansarea rachetelor.

La motoarele rachetei R-7, peretele interior „de foc” nu este realizat din cupru pur, ci din bronz crom care conține doar 0,8% crom. Acest lucru reduce oarecum conductivitatea termică, dar în același timp crește temperatura maximă de funcționare (rezistența la căldură) și face viața mai ușoară pentru tehnologi - cuprul pur este foarte vâscos, este dificil de tăiat, iar pe mantaua interioară este necesar să se freza coastele cu care se prinde de cea exterioara. Grosimea peretelui de bronz rămas este de doar un milimetru, nervurile au aceeași grosime, iar distanța dintre ele este de aproximativ 4 milimetri.

Cu cât tracțiunea motorului este mai mică, cu atât conditii mai rele răcire - consumul de combustibil este mai mic, iar suprafața relativă este în mod corespunzător mai mare. Prin urmare, pe motoarele cu tracțiune joasă utilizate în navele spațiale, este necesar să se folosească pentru răcire nu numai combustibil, ci și un agent oxidant - acid azotic sau oxid de azot (IV). În astfel de cazuri, peretele de cupru pentru protecție trebuie să fie cromat pe partea în care curge acidul. Dar chiar și asta trebuie să ne resemnăm, deoarece un motor cu un perete de foc din cupru este mai eficient.

Pentru a fi corect, să spunem că există și motoare cu perete interior din oțel, dar parametrii lor, din păcate, sunt mult mai răi. Și nu este vorba doar de putere sau de tracțiune, nu, principalul parametru al perfecțiunii motorului - impulsul specific - în acest caz devine mai mic cu un sfert, dacă nu cu o treime. Pentru motoarele „medii”, este de 220 de secunde, pentru cele bune – 300 de secunde, iar pentru cele mai prestigioase „cool and sofisticate”, dintre care sunt trei în spatele Shuttle, - 440 de secunde. Adevărat, motoarele cu perete de cupru datorează asta nu atât perfecțiunii designului, cât hidrogenului lichid. Un motor cu kerosen, chiar și teoretic, nu poate fi făcut așa. Cu toate acestea, aliajele de cupru au făcut posibilă „strângerea” combustibilului pentru rachete până la 98% din eficiența sa teoretică.

2.4 Argint

Metal prețios cunoscut omenirii încă din antichitate. Un metal de care nu te poți lipsi nicăieri. Ca un cui care nu s-a găsit în fierărie într-o poezie celebră, ține totul asupra lui.

El este cel care leagă cuprul de oțel într-un motor de rachetă cu propulsie lichidă, iar asta, poate, își manifestă esența mistică. Niciunul dintre celelalte materiale de construcție nu are nimic de-a face cu misticismul - trenul mistic merge exclusiv pentru acest metal de secole. Și așa a fost de-a lungul istoriei folosirii sale de către om, mult mai lungă decât cea a cuprului sau a fierului. Ce putem spune despre aluminiu, care a fost descoperit abia în secolul al XIX-lea și a devenit relativ ieftin și mai târziu - în secolul al XX-lea.

În toți anii civilizației umane, acest metal extraordinar a avut un număr mare de utilizări și o varietate de profesii. I-au fost atribuite multe proprietăți unice, oamenii l-au folosit nu numai în activitățile lor tehnice și științifice, ci și în magie. De exemplu, multă vreme s-a crezut că „tot felul de spirite rele se tem de el”.

Principalul dezavantaj al acestui metal a fost costul său ridicat, din cauza căruia a trebuit întotdeauna cheltuit cu moderație, mai precis, rațional - așa cum a cerut următoarea aplicație, care a fost inventată de oameni neliniştiți. Mai devreme sau mai târziu, i s-au găsit niște înlocuitori, care în timp, cu mai mult sau mai puțin succes, l-au înlocuit.

Probabil ați ghicit deja că toate cele de mai sus se aplică argintului. Din vremea GIRD (Grupul pentru Studiul Propulsiunii Jet) și până în prezent, singura modalitate de a conecta părți ale camerei de ardere a motoarelor rachete este lipirea cu lipituri de argint într-un cuptor cu vid sau într-un gaz inert. Încercările de a găsi lipituri non-argint în acest scop au eșuat până acum. În unele zone înguste, această problemă poate fi uneori rezolvată - de exemplu, frigiderele sunt acum reparate folosind lipitură cupru-fosfor - dar nu există un înlocuitor pentru argint într-un LPRE (Liquid Rocket Engine). În camera de ardere a unui motor mare cu propulsie lichidă, conținutul său ajunge la sute de grame și uneori ajunge la un kilogram.

Argintul este numit metal prețios mai degrabă dintr-un obicei milenar; există metale care nu sunt considerate prețioase, dar sunt mult mai scumpe decât argintul. Luați beriliul, de exemplu. Acest metal este de trei ori mai scump decât argintul, dar își găsește aplicație și în nave spațiale (deși nu în rachete). Este cunoscut în primul rând pentru capacitatea sa de a încetini și reflecta neutronii în reactoarele nucleare. A fost folosit ulterior ca material structural.

Desigur, este imposibil să enumerați toate metalele care pot fi numite cu mândria denumire „aripată”, și nu este nevoie de asta. Monopolul metalelor care exista la începutul anilor 1950 a fost de mult rupt de materialele plastice armate cu fibră de carbon și sticlă. Costul ridicat al acestor materiale încetinește proliferarea lor în rachetele de unică folosință, dar în avioane sunt introduse mult mai pe scară largă. Carenele CFRP cu sarcină utilă și duzele CFRP ale motorului din treapta superioară există deja și concurează încet cu componentele metalice.

Dar, după cum se știe din istorie, oamenii lucrează cu metale de aproximativ zece mii de ani și nu este atât de ușor să găsești un înlocuitor echivalent pentru aceste materiale.

2.5 Titan și aliaje de titan

Cel mai la modă metal din era spațială.

Spre deosebire de credința populară, titanul nu este foarte utilizat în rachete - aliajele de titan sunt folosite în principal pentru a face butelii de gaz de înaltă presiune (în special pentru heliu). Aliajele de titan devin mai puternice atunci când sunt plasate în rezervoare de oxigen lichid sau hidrogen lichid, rezultând o greutate mai mică. Pe nava spațială TKS (>), care, totuși, nu a zburat niciodată cu cosmonauți, mecanismele de andocare erau pneumatice, aerul pentru aceasta era stocat în mai multe baloane de titan de 36 de litri cu o presiune de lucru de 330 de atmosfere. Fiecare astfel de cilindru cântărea 19 kilograme. Acesta este de aproape cinci ori mai ușor decât un cilindru de sudură standard de aceeași capacitate, dar evaluat pentru jumătate din presiune!

3. Metalele în organismele vii

Rolul biologic

Efectul toxic al metalului în exces

Deficiența de litiu în corpul uman duce la tulburări mintale

Provoacă letargie generală, tulburări ale respirației și ale ritmului cardiac, slăbiciune, somnolență, pierderea poftei de mâncare, sete, tulburări de vedere, dermatită a feței și a mâinilor.

Ionii de potasiu reglează metabolismul proteinelor și carbohidraților, afectează procesul de fotosinteză și creșterea plantelor. Este necesar pentru funcționarea normală a tuturor mușchilor, în special a inimii, favorizează eliberarea excesului de sodiu, eliminând organismul de excesul de apă și eliminând edemul.

Determină o creștere a activității fizice, o creștere a ritmului cardiac, o încălcare a metabolismului carbohidraților, grăsimilor și proteinelor.

Ionii de sodiu mențin excitabilitatea normală a celulelor musculare la animale și la oameni, participă la menținerea echilibrului acido-bazic în organism, la reglarea activității cardiace și rețin apa în organism.

Ea duce la o încălcare a echilibrului de apă, îngroșarea sângelui, provoacă disfuncție renală, o tulburare metabolică generală.

Sărurile de magneziu au efect antiseptic și vasodilatator, scad tensiunea arterială și colesterolul din sânge, au un efect calmant asupra NS, joacă un rol important în prevenirea și tratarea cancerului și au un efect benefic asupra sistemului digestiv.

Ionii de calciu sunt necesari pentru procesele de hematopoieză, metabolism, pentru a reduce permeabilitatea vasculară, creșterea normală a scheletului, au un efect benefic asupra stării NA și au un efect antiinflamator.

Cu un exces de calciu, apare cistita. Dacă calciul pătrunde în organism ca praf de ciment, atunci organele respiratorii suferă, la copii excitabilitatea NS, analizorul olfactiv scade.

Stronţiu

Influențează procesele de formare osoasă.

Sunt afectate țesutul osos, ficatul, sângele, se observă o fragilitate osoasă crescută, căderea părului.

Aluminiu

Conținut în plămâni, ficat, oase, creier, acționează asupra enzimelor digestive și NS.

Conduce la perturbarea metabolismului mineral.

Face parte din sânge și țesutul muscular, este un catalizator pentru multe reacții, face parte din insulină și este implicat în metabolismul proteinelor.

Mutagen și oncogene. Provoacă boli ale sistemului musculo-scheletic.

Reduce activitatea enzimelor digestive, perturbă funcția pancreasului, metabolismul carbohidraților, afectează rinichii și inhibă creșterea oaselor, crește riscul de fracturi osoase.

Afectează sistemul nervos central, se concentrează în rinichi, perturbând activitatea acestora și, de asemenea, se acumulează în celulele creierului și a mucoasei bucale.

Afectează țesutul osos, măduva osoasă și ficatul, NS, duce la fragilitatea oaselor din cauza deplasării calciului din acestea.

Afectează NS periferic, tractul gastrointestinal și rinichii. Se acumulează în păr, oase, rinichi, mușchi. Un semn caracteristic al intoxicației cu taliu este căderea părului.

Influența deficienței și excesului de ioni metalici asupra stării plantelor și animalelor.

Influența metalului (ionului) asupra stării organismelor este insuficientă excesivă

Dezvoltarea unor forme speciale de plante

La animale - dureri musculare, slăbiciune. La plante - inhibarea formării clorofilei

O persoană are hipertensiune arterială. La plante, dezvoltarea adaptabilității la viață în condiții de salinitate ridicată.

Boala osoasa la animale

Folosit pentru otrăvirea cu magneziu

Plantele au frunze marmorate

O persoană are paralizie respiratorie

Aluminiu

Dezvoltarea unor forme speciale de plante. O persoană are o scădere a abilităților mentale, nevrita

Mangan

Plantele au cloroză. La păsări, tulburări de dezvoltare a aripilor

Tulburări în dezvoltarea plantelor. Foarte toxic în stări de oxidare ridicată

La plante - cloroza, încetinind formarea clorofilei

Toxic pentru animale și plante în cantități mari

Animalele au anemie

În concentrație mare, toxic pentru animale și plante

Bolile plantelor

Toxic pentru animale și plante

Molibden

Bolile leguminoase

Cu un exces în sol - boli ale vitelor

4. Metalele și omul

4.1 Interacțiunea aurului cu Pământul și cu omul

Aurul nu este un simplu metal. El nu este doar frumos, dar are și proprietăți magice. Nuanțele sale pot fi de la alb-galben la portocaliu.

Aurul este un metal rar. Este situat adânc în intestinele Pământului și este strâns legat de acesta. Aurul este frumos, ușor de prelucrat, nu se corodează - care este cea mai mare valoare a sa. În practică, este un element etern născut din pământ.

Când este amestecat cu alte metale, nu își schimbă proprietățile, pătrunzând în alte metale, dar în același timp nu le lasă să intre în structura sa. Vrem să spunem că acest metal nu își schimbă niciodată formula, ci schimbă doar dimensiunile cantitative ale prezenței sale. Prin urmare, aurul poate fi ușor izolat de orice substanță. Aurul nu trece de la o stare la alta, și chiar dacă este în corpul unei persoane (și este în orice persoană, doar la dimensiuni cosmic mici) rămâne, totuși, o particulă de aur.

Acesta este un metal cu o putere magică incomparabilă. El vrăjește literalmente oamenii cu atracția lui interioară. Conține toată puterea Pământului.

Și el, mai mult decât orice magnet, atrage pe Pământ ceea ce nu are greutate într-o persoană - sufletul său. O persoană care se închină la aur este atașată de tot ce este pământesc, trupesc, el încetează să gândească spiritual. Sufletul lui devine nesimțit și, dacă are mult aur (bani), uită că viața pe pământ nu este veșnică, iar omul vine la școala Pământului, la întrupare, să nu-și irosească viața în zadar, lungindu-se. cercul de întrupări nesfârșite... Astfel de oameni, chiar dacă cred în Dumnezeu, atunci din obișnuință, pentru orice eventualitate, fără să se gândească la sensul existenței acestei credințe pe pământ.

Aurul oferă unei persoane putere, relaxare, libertate. Își face viața mai interesantă și, cu toate acestea, în cele din urmă, totul „devine plictisitor” și persoana începe să se scufunde. Depresia și boala apar foarte des. Începe o altă etapă - lupta împotriva bolilor, căutarea medicamentelor - din ce în ce mai multă îngrijire a organismului. Aurul nu dă aspirație unei persoane, nu deschide ochii la CEVA care nu este vizibil, dar frumos și atât de multifațetat încât este întotdeauna infinit de interesant. Desigur, aceasta înseamnă conștientizarea unei persoane cu privire la lumea spirituală în sine și în UNIVERS.

Dar dacă aurul nu prevalează asupra sufletului uman, ci ajută la creșterea spirituală, atunci el deschide toate ușile în cunoașterea practică a Pământului și a Spațiului. Oamenii care au mult aur, dar nu sunt atașați de el, trec ușor prin viață, ajutându-i pe alții, dar în același timp nu devin mai săraci, ci, dimpotrivă, devin mai bogați atât spiritual, cât și material, bogăția nu interfera cu astfel de oameni. Aurul armonizează o persoană cu Pământul, dar nu cu Cosmosul, aceasta este asemănarea sa cu pietrele negre. Într-un inel (pe orice deget), întărește poziția unei persoane în societate, îi stabilizează dragostea. (Nu e de mirare că verigheta este din aur.) Orice bijuterie, în orice cantitate, este făcută și purtată din aur. Se combină cu pietre din întregul spectru, cu excepția verde și albastru-verde, cu rare excepții.

4.2 Proprietăți vindecătoare

Aurul ajută la menținerea unei persoane sănătoase, dar proprietățile sale medicinale sunt slab exprimate. Poate fi folosit pentru boli ale sferei genito-urinale, tulburări hormonale, pentru boli gastro-intestinale, pentru dureri de articulații, sacrum, radiculită, se aplică pe locul dureros. Se bea zilnic infuzie, liber, un pahar pe zi. Se bea o saptamana, se odihneste o saptamana, pana se obtine rezultatul dorit. Frumos amuletă.

4.3 Interacțiunea argintului cu Pământul și cu omul

Argintul este, de asemenea, un metal rar, dar nu oferă o astfel de „împământare” unei persoane precum aurul, deși nici nu conectează o persoană cu Cosmos. Valoarea argintului este că este un mare agent de curățare, iar produsele fabricate din el, spre deosebire de cele din aur, au o proprietate dezinfectantă. Dar are un mare dezavantaj - se oxidează rapid, interacționând cu oxigenul atmosferic. De aceea oamenii nu fac vase din argint pur și le folosesc în bijuterii mai puțin decât aurul. Deși argintăria în frumusețea sa nu este în niciun fel inferioară regele metalelor.

Argintul este neutru în raport cu o persoană. Este o amuletă minunată, dar nu se acumulează și nu transferă nicio energie unei persoane, dar subliniază perfect frumusețea oricărei pietre, în același timp pare să rămână la umbră. Efectul argintului asupra oamenilor este foarte ușor. Mulți oameni iubesc argintul. Articolele din argint pot fi foarte diverse. Cel mai bine se poartă inelul pe degetul arătător. Influența acestui metal asupra unei persoane din bijuterii este foarte slabă, dar de aceea permite pietrei să-și manifeste liber proprietățile. Argintul este cel mai bine purtat cu pietre.

4.4 Proprietăți medicinale

Metalul nu este atât de simplu pe cât ar părea din cuvintele mele. Acesta este un mare vindecător. Articolele din argint sunt medicinale. Dacă insisti pe apă argintie timp de 24-48 de ore și o bei, poți chiar să învingi un stick de dizenterie. În plus, apa infuzată în acest fel vindecă stomacul, alungă giardia din ficat, vindecă inflamația ficatului și a vezicii biliare, a întregului tract gastro-intestinal. Puteți spăla intestinele cu apă argintie, puteți bea doar apă infuzată cu argint în fiecare zi, va curăța întregul corp. Daca ai o vanataie, poti face o lotiune de argint (infuzie de 48 de ore) in loc de plumb, vanataia se va rezolva in 24 de ore. Dacă aveți vene inflamate în picioare, aceeași loțiune vă va ajuta să ameliorați durerea și senzația de arsură, iar utilizarea prelungită (pentru o săptămână) chiar va restabili, va elimina parțial deformarea vaselor de sânge. Argintul poate fi infuzat cu o piatră specifică pentru un efect dublu.

Cuprul este cel mai comun metal. Din ea se pot face si diverse produse, dar, din pacate, se preteaza rapid la oxidare si de aceea nu este foarte apreciata de oameni. Vă sfătuim să acordați mai multă atenție cuprului, deoarece este într-o legătură armonioasă cu Pământul și, cel mai important, are capacitatea de a armoniza omul cu natura pământească. Cuprul are o proprietate pe care alte metale nu o au. Nu răspunde la furtunile electromagnetice care preced modificările presiunii atmosferice atunci când vremea se schimbă. Oscilațiile liniilor electromagnetice de forță afectează starea unei persoane, determinând-o să agraveze diferite boli, inclusiv afectarea sistemului circulator (presiunea). Interacționând cu biocâmpul uman, cuprul îl protejează de efectele furtunilor electromagnetice. Adică, o persoană începe să reacționeze mai puțin la schimbările presiunii atmosferice. Această proprietate uimitoare a cuprului a fost observată corect de oameni și este folosită acum în tratamentul hipertensiunii și hipotensiunii, dar poate fi folosit și pentru alte boli, a căror exacerbare este asociată cu schimbările meteorologice. Pentru a face acest lucru, trebuie să porți o brățară de cupru pe mâna stângă. Trebuie să fie în contact cu corpul uman la încheietura mâinii, dar să nu strângă mâna. Alte bijuterii din cupru nu fac nimic pentru sănătate. Cuprul, ca și argintul, este un metal neutru. Aliajele de cupru cu alte metale pot avea proprietăți de vindecare.

5. Metalele grele în apă și în corpul uman

5.1 Fier de călcat

Este un mineral larg răspândit. Fierul este cel care conferă apei o culoare maro neplăcută și înrăutățește cu siguranță calitățile organoleptice ale apei. Ceaiul sau cafeaua preparate din această apă au un gust caracteristic metalic, astringent, „glandular”. Într-o serie de districte din regiunea Moscovei, în apa de la robinet se observă o concentrație mare de fier, ceea ce duce la boli ale ficatului, sângelui și provoacă reacții alergice. Deci, locuitorii orașului Zheleznodorozhny au numit lichidul care curge de la robinet într-un mod foarte original: „cocteilul nostru de fier”. Bând astfel de apă, vei deveni în curând un adevărat „tăietor de lemne”!

5.2 Plumb

Instalațiile cu plumb sunt încă comune în multe case mai vechi - sunt foarte durabile. Acolo unde țevile de plumb nu sunt disponibile, s-a folosit adesea lipirea cu plumb. Plumbul este periculos chiar și în cantități mici! Deteriorează funcția de reproducere, slăbește sistemul nervos central și poate provoca probleme de dezvoltare comportamentală și emoțional-psihologică la copii, întrucât corpul copilului absoarbe un procent mult mai mare de plumb decât corpul adultului. La persoanele în vârstă, plumbul crește tensiunea arterială și afectează auzul. Nivelurile crescute de plumb din organism cauzează anemie (anemie), insuficiență renală și retard mental. Plumbul se depune în oase, ducând la modificări ale sistemului nervos central (polineurită, arterioscleroză cerebrală), sânge (scăderea hemoglobinei, scăderea numărului de globule roșii), tractului gastrointestinal (colită cronică spastică), precum și tulburări metabolice, multe enzime și hormoni...

5.3 Aluminiu

Aluminiul paralizează sistemul nervos și imunitar, contribuie la dezvoltarea bolii Alzheimer. Oamenii de știință bănuiesc că aluminiul se acumulează în celulele cu viață lungă, cum ar fi celulele nervoase, și acționează asupra lor ca o neurotoxină, provocând leziuni degenerative în creier. Are un efect distructiv asupra corpului copilului. Aluminiul intră în organism mai ales cu alimente, dar și cu bicarbonat de sodiu, sare, vitamine și chiar pasta de dinți. Principalele surse de aluminiu sunt instalațiile industriale, vasele și aparatele electrocasnice. În cele de mai sus " Standarde sanitare RF „a permis conținutul de plumb și, respectiv, de aluminiu, de 3-10 ori mai mult decât cel prevăzut în standardele OMS. Trebuie avut în vedere că plumbul și aluminiul sunt clasificate drept „substanțe foarte periculoase”.

5.4 Alte metale

O creștere a concentrației de cupru în bând apă provoacă leziuni ale membranelor mucoase ale rinichilor și ficatului; leziuni ale pielii cu nichel; zinc – rinichi. Cadmiul este o otravă genetică elementară care distruge puternic structurile ADN-ului; afectează, de asemenea, rinichii și oasele. Arsenicul este larg răspândit în mediu inconjuratorși provine din surse precum apa, aerul, alimentele, fumul de tutun și pesticidele. În prezent, știința medicală a stabilit că arsenul distruge tractul digestiv și plămânii, afectează sistemul nervos central, provocând boli inflamatorii - polinevrita. Și ce puteți spune despre un poluant atât de comun precum mercurul (acestea sunt lămpi fluorescente sparte, deșeuri din producția de baterii și metalurgie)? Dacă acest metal pătrunde în organism pentru un timp suficient de lung, atunci aceasta duce o persoană la o boală teribilă - miastenia gravis (pierderea conducerii impulsurilor neuromusculare), boli ale rinichilor și ficatului.

6. Surse de intrare a metalelor grele în mediu

Sursele de metale grele sunt împărțite în naturale (intemperii stânciși minerale, procese de eroziune, activitate vulcanică) și antropică (exploatarea și prelucrarea mineralelor, arderea combustibililor, traficul, activitățile agricole). O parte din emisiile provocate de om care intră în mediul natural sub formă de aerosoli fini este transportată pe distanțe considerabile și provoacă poluare globală.

Metalele grele se acumulează în sol, în special în orizonturile superioare ale humusului, și se îndepărtează lent în timpul leșierii, consumului de către plante, eroziunii și deflației - suflarea solului.

Perioada de jumătate de îndepărtare sau de îndepărtare a jumătate din concentrația inițială este de lungă durată: pentru zinc - de la 70 la 510 ani, pentru cadmiu - de la 13 la 110 ani, pentru cupru - de la 310 la 1500 de ani și pentru plumb - de la 740 la 5900 de ani.

Dintre toate substanțele nocive și toxice care intră în mod regulat în corpul uman, 70% provin din alimente, 20% din aer, 10% din apă. Metalele pot veni din aer sub formă de particule minuscule formate în timpul arderii cărbunelui, petrolului, turbei și a altor combustibili, precum și din fumuri și emisii de la cuptoarele de topire și diverse industrii legate de prelucrarea metalelor. Din acest motiv, acum există în aerul Pământului metale precum aurul, cadmiul, plumbul, staniul, seleniul, telurul, sunt de o mie de ori mai multe decât erau în condiții naturale. În plus, compușii organometalici volatili formați sub formă de vapori sunt prezenți în atmosferă. Una dintre principalele surse de poluare toxică sunt autovehiculele. Pe lângă oxizii de azot, carbon și sulf, mașinile emit săruri de plumb în atmosferă. Plumbul este cunoscut de mult timp pentru efectul său toxic asupra organismului uman. Intoxicația cu plumb se manifestă prin simptome nespecifice: inițial, excitabilitate crescută și insomnie, ulterior oboseală și depresie. Simptomele ulterioare sunt disfuncția sistemului nervos și afectarea creierului. Plumbul, ca și alte metale grele, cadmiul, mercurul, afectează negativ retina și afectează vederea. Cadmiul poate provoca perturbarea metabolismului enzimatic, distrugerea sistemului nervos și musculo-scheletic. Pe lângă efectul toxic direct, ionii metalici, de exemplu fier și mangan, ale căror urme se află și în atmosferă, accelerează reacția de oxidare a dioxidului de sulf în trioxid și formarea acidului sulfuric, care precipită sub formă de ploaie acide. .

Poluarea cu metale a sectorului apei a crescut în special odată cu industrializarea. Apele naturale (subterane, de suprafață) conțin metale grele care ajung acolo în timpul intemperiilor rocilor. Concentrația lor în condiții normale nu este mare. În plus, procesele minerale sunt asociate cu cele biologice naturale, iar acest lucru echilibrează prezența metalelor grele. Un alt lucru este sursele antropice ale pătrunderii ionilor metalici în ape în timpul extracției petrolului, cărbunelui, minereului și, de asemenea, cu deșeurile industriale. Chiar și astfel de produse de igienă aparent inofensive precum detergenții pot fi o sursă de ioni de zinc și seleniu. Și acestea sunt două dintre metalele toxice de mai sus. O mare parte de poluare cu metale toxice este introdusă în apă și în apele uzate agricole. Metalele grele sunt prezente sub formă de particule coloidale amestecate cu substanțe organice și anorganice. O formă de astfel de metale toxice este diferitele forme ale compușilor alchilici ai mercurului și taliului. Acum se știe că astfel de compuși alchilici de arsen, staniu, plumb, seleniu, cadmiu există în apă. Astfel de substanțe sunt capabile să formeze compuși organici foarte toxici, dăunători tuturor viețuitoarelor, chiar și în cantități nanograme. Un exemplu este cazul cheliei copiilor din orașul Cernăuți, asociată cu otrăvirea deșeurilor industriale din producția organică de taliu. Formarea diverșilor compuși ai metalelor cu substanțe organice duce adesea la fenomene noi, necunoscute anterior. De exemplu, s-a dovedit că dimetilmercurul, un compus organometalic destul de volatil, a fost găsit în aer. Această substanță, la rândul său, poate suferi reacții chimice ulterioare (de exemplu, sub influența radiațiilor ultraviolete) și se poate degrada, iar produsele de descompunere cad sub formă de ploi de mercur. Mii de tone de mercur volatil și solubil intră în hidrosferă în fiecare an. Poluarea apei râurilor afectează și rețelele trofice. Consumul uman de pește, chiar și cu o concentrație de 0,8-1,6 mg / kg de mercur în el, duce la depunerea de metal în păr până la 50 mg / kg și încep să apară semne de otrăvire. Conținutul de mercur din păr mai mult de 300 mg/kg amenință viața umană. Mercurul poate trece și prin carnea animalelor, dacă solul pe care pasc a fost fertilizat cu compost din rezervoarele de sedimentare ale orașului.

Metalele se acumulează foarte ușor în sol, dar cât de greu sunt de îndepărtat: perioada de jumătate de îndepărtare a zincului din sol este de până la 500 de ani, plumb - până la câteva mii de ani. Deosebit de periculoase sunt contaminarea cu izotopi ai metalelor, care, în plus, sunt radioactive. Deci izotopii de stronțiu sunt depuși în oase, cesiu - în mușchi. După dezastrul de la Cernobîl, suprafețe mari au fost contaminate nu doar în Ucraina, ci chiar și în Mordovia. Izotopii radioactivi, acumulându-se în sol, intră apoi în plante, iar împreună cu hrana vegetală intră în corpul uman.

Concluzie

Așa că munca noastră la proiect s-a încheiat. În procesul de căutare și prelucrare a informațiilor pe această temă, fiecare a descoperit pentru sine o mulțime de informații utile despre metale, fie că este vorba despre un viitor om de știință sau doar o persoană interesată.

Acum fiecare dintre noi a văzut acest lucru, la prima vedere evaziv, a crezut că totul este interconectat, chiar și concepte precum chimie și fizică, chimie și arhitectură, chimie și Agricultură, chimie și spațiu, chimie și medicină.

„Istoria metalelor” – Cuprul. Primii oameni din lumea antică care au mirosit bronz au fost egiptenii. Bronz. Tema: istoria civilizatiilor - istoria metalelor. În zilele noastre, aluminiul joacă un rol important în viața noastră. Istoria aluminiului. Odată a venit un străin la împăratul roman Tiberius. Metalele au jucat un rol important în dezvoltarea civilizației.

„Elemente-metale” - Aur. Aurul are o conductivitate termică extrem de ridicată și o rezistență electrică scăzută. Epoca de bronz. Sculptură „Muncitor și fermier colectiv (oțel inoxidabil) sculptor Vera Mukhina. Statuia ecvestră a lui Marcus Aurelius (Roma). Aurul pur este un metal galben moale. Epoca fierului. Sodiu. Staniul era cunoscut de om deja în mileniul al IV-lea î.Hr. NS.

„Umanitatea în spațiu” – Probleme globale. E. Ciolkovski. „În slujba agriculturii și silviculturii”. Care este cosmizarea producției? Crearea de statii meteorologice speciale. Zborurile spațiale au deschis o nouă pagină în dezvoltarea sistemelor și mijloacelor de comunicație. Sateliții artificiali ai Pământului. Să notăm trei direcții principale ale spațializării producției.

"Metale de gradul 9" - Cel mai conductor electric...? Metalul cu cel mai scăzut punct de topire...? Cel mai dur metal...? Cel mai refractar metal...? Metale Feroase neferoase nobile Metale alcaline alcalino-pământoase. Rețeaua cristalină a metalului. Un atom de metal este un cation metalic, un electron care se mișcă liber. Unul dintre principalele metale...?

„Istoria umanității” – Un subiect expus într-un muzeu. Știință care studiază trecutul umanității. O carte care listează toate zilele anului. Istoria este știința trecutului. Subiectul lecției: „Începutul istoriei omenirii”. Oamenii primitivi au apărut pe Pământ în urmă cu peste 2 milioane de ani. Instituția în care se păstrează documentele. Cum era viața oamenilor primitivi?

„Metale de lecție” - Etapa istorică... Fapte interesante despre apă. Mercur. Organizarea și livrarea de lecții integrate. Cel mai comun metal de pe Pământ este aluminiul (mai mult de 8% din scoarța terestră). Metode de obținere a metalelor. Se pare că oamenii vorbăreți le place să vorbească din cauza... abundenței de mercur din organism. Metalele. Cupru. Fier.

Este destul de simplu să evaluăm rolul metalelor în viața noastră - doar priviți în jur și priviți în jur. Metalul este peste tot. Ustensile de bucătărie - linguri, furculițe, cuțite, oale, tigăi - aproape toate din metal. Aparate - mașini de spălat, aspiratoare, televizoare, calculatoare - este imposibil fără metale. Casele și străzile sunt iluminate cu energie electrică furnizată prin fire metalice. Structurile moderne sunt susținute de structuri din beton armat. Între orașe, trenurile se grăbesc de-a lungul șinelor de oțel, în crearea cărora au fost folosite o varietate de metale, iar mașinile, care constau în mare parte din metale, se plimbă pe drumuri. Nave pe mare, avioane pe cer, rachete și nave spațiale - toate acestea sunt pur și simplu imposibile fără metale și aliajele lor. Da, și ar fi ciudat dacă în viața noastră ne-am putea descurca fără ceea ce ocupă o parte semnificativă a tabelului periodic chimic.

Orez. 1.Turnul Eiffel din Paris este realizat din metal

Diferitele proprietăți ale metalelor - ductilitatea, rezistența și ductilitatea lor - au făcut mult timp viața oamenilor mult mai confortabilă, deoarece metalele au fost folosite de multe milenii în diverse sfere ale activității umane, dintre care, poate, cea mai semnificativă este crearea de unelte. . Instrumentele cu care o persoană transformă în mod activ lumea din jurul său, adaptând-o la nevoile sale. Nu degeaba, din cele mai vechi timpuri, cei care știau să manipuleze metalul și să facă din el aceste instrumente de muncă au fost foarte apreciați.

De exemplu, o pildă faimoasă, creată cu cel puțin trei mii de ani în urmă, sună după cum urmează.

Regele Solomon, la sfârșitul construcției Templului din Ierusalim, a decis să slăvească pe cei mai buni constructori și i-a invitat la palat. Pentru timpul sărbătorii a cedat chiar tronul său regal celor mai buni dintre cei mai buni - celui care a făcut multe pentru construirea templului.

Când invitații au ajuns la palat, unul dintre ei a urcat repede pe treptele tronului de aur și s-a așezat pe el. Actul său a stârnit uimirea celor prezenți.

- Cine ești și cu ce drept ai luat acest loc? întrebă amenințător țarul furios.

Străinul s-a întors spre zidar și l-a întrebat:

- Cine a făcut instrumentele tale?

„Fierare”, a răspuns el.

Cel așezat se întoarse către tâmplar, tâmplar:

- Cine a făcut instrumentele pentru tine?

„Fierare”, au răspuns ei.

Și toți cărora s-a adresat străinul, au răspuns:

- Da, fierarul a falsificat uneltele noastre care au construit templul.

Atunci străinul i-a spus regelui:

- Sunt fierar. Regele, vezi tu, niciunul dintre ei nu și-ar fi putut face treaba fără uneltele de fier pe care le-am făcut. Dețin de drept acest loc.

Convins de argumentele fierarului, regele le-a spus celor prezenți:

- Da, fierarul are dreptate. El merită cea mai mare onoare dintre constructorii de temple.

Orez. 2.Curtea lui Solomon (Nicolas Poussin)

Fierarul din antichitate nu era doar o persoană care lucra metalul. Domeniul său de activitate a cuprins aproape întregul lanț tehnologic de la căutarea și extracția minereului până la crearea de produse finite din metalul care a fost topit din acest minereu. Iar cei care l-au văzut la muncă, desigur, au rămas uimiți că fierarul (de fapt este metalurgist) a primit lucruri de valoare practic „din nimic” – dintr-o bucată de piatră. Prin urmare, printre multe popoare, fierarul-metalurgistul era considerat aproape un vrăjitor, iar profesia în sine era foarte onorabilă.

Nu este permis să vorbești „tu” cu un fierar, – notează respectuos proverbul finlandez.

Potrivit mărturiei omului de știință și publicist englez Basil Davidson, triburile agricole sedentare din Africa îi considerau pe fierari aproape de pretutindeni o castă onorifică și adesea chiar o clasă privilegiată. Davidson citează, de asemenea, cuvintele unuia dintre cercetători că în unele zone din Zululand (fostul stat al zuluilor din sudul Africii) profesia de fierar nu este doar considerată una dintre cele mai onorabile, ci este și înconjurată de un mister aproape mistic.

Etnograful german Julius Lipa relatează că în unele state africane situate la sud de Sahara, regii aveau deseori nevoie absolută să cunoască fierărie. Deci, într-unul dintre marile state de pe teritoriul Congo-ului în Evul Mediu, regele a fost ales de un consiliu de nobili. Desigur, nu au fost aleși dintre oamenii obișnuiți. Dar orice candidat care dorea să devină rege trebuia să demonstreze că este un fierar bun.

Este clar că pentru o astfel de activitate multifațetă, care trebuia făcută pe drumul de la minereu la produsul metalic finit, un fierar-metalurgist trebuia să posede cunoștințe colosale, care se transmiteau cel mai adesea din generație în generație. Prin urmare, printre multe popoare antice, doar unul putea deveni fierar, printre ai cărui strămoși se aflau deja fierari. O persoană obișnuită nu ar putea să se apuce de acest meșteșug sacru.

Orez. 3.Căutarea minereului prin radiestezie (gravură medievală)

Desigur, cele mai vechi unelte metalice nu posedau încă caracteristicile de duritate și rezistență pe care le au produsele moderne. Dar ei, după cum se dovedește, ar putea concura cu succes cu unelte de piatră.

De exemplu, la un moment dat se credea că cuprul nativ moale este un material destul de sărac, chiar și pentru prelucrarea lemnului. Dar la sfârșitul anilor 50 - începutul anilor 60, istoricul sovietic Semyonov a organizat cercetări practice comparând eficiența uneltelor din piatră și cupru și a demonstrat nefondarea unor astfel de îndoieli.

„Doctorul în științe istorice S.A. Semenov cu un grup de tineri arheologi din taiga Angara a efectuat o serie de experimente privind o comparație comparativă a productivității uneltelor din cupru și piatră. Două topoare de aceeași formă - una de cupru și una de piatră - au fost folosite pentru a tăia pini de grosime egală cu un diametru de 25 de centimetri. Trăitorul de lemne era aceeași persoană. Mânuind continuu un topor de piatră, a doborât un pin la numai 75 de minute după ce a început lucrul. Imaginează-ți uimirea celor prezenți când pinul vecin a fost tăiat de el cu ajutorul unui topor de aramă în doar 25 de minute! Un topor de cupru s-a dovedit a fi de 3 ori mai eficient decât unul de piatră! Pentru a compara calitățile de lucru nu numai ale percuției, ci și ale instrumentelor de tăiere, au început să planifice o ramură de lemn cu un cupru și apoi un cuțit de cremene. Performanța cuțitului de cupru a depășit piatra de 6-7 ori!" (N. Ryndina, „Omul la originile cunoștințelor metalurgice”).

„Un burghiu de cupru a făcut o gaură într-un buștean de mesteacăn de 22 de ori mai rapid decât unul de silex. Atât de minunat a fost întrebarea de ce uneltele de cupru au revoluționat tehnologia antică a fost eliminată ”(S. Ivanova,“ Metal: Birth for Civilization ”).

Mai târziu, istoricul metalurgiei Ryndina și colegii ei au confirmat experimental că calitatea uneltelor din cupru poate fi îmbunătățită considerabil cu ajutorul unor tehnici destul de simple. De exemplu, prin intermediul forjarii obișnuite, disponibilă strămoșilor noștri străvechi, care pentru aceasta a fost suficient doar să ridice o piatră potrivită și să o folosească ca ciocan. Faptul este că în procesul de forjare, duritatea cuprului crește semnificativ, care poate fi mărită în acest fel de mai multe ori.

„Omul de știință englez GG Koglen a demonstrat prin experiență că cuprul turnat cu o duritate inițială de 30-40 de unități pe scara Brinell poate fi adus la o duritate de 110 de unități printr-o singură forjare. Aceste cifre vor dobândi o semnificație deosebită dacă ne amintim că duritatea fierului este de doar 70-80 de unități ”(N. Ryndina,“ A Man at the Origins of Metallurgical Knowledge ”).

Singura problemă a fost că cu această așa-numită forjare la rece crește nu numai duritatea, ci și fragilitatea metalului, ceea ce complică foarte mult sarcina de a obține un produs cu adevărat de înaltă calitate. Dar această problemă a fost ocolită prin încălzirea periodică a cuprului la 850 ° C, ceea ce a redus fragilitatea materialului.

„Au fost efectuate multe experimente înainte de a găsi condițiile optime: au aruncat o bucată de cupru în foc, s-a încălzit, apoi s-a răcit - metalul a devenit moale și ușor îndoit. Acum era posibil să-l falsească la rece. Fiecare nouă prăjire a crescut atât duritatea, cât și plasticitatea cuprului "(S. Ivanova," Metal: Birth for Civilization ").

Orez. 4.Topor de cupru

După ce a descoperit proprietățile utile ale metalelor, omul, desigur, nu s-a limitat la un singur instrument de muncă. Poate, chiar dimpotrivă - inițial, după cum cred istoricii, strălucirea și varietatea de culori a metalelor a fost motivul pentru utilizarea lor pentru fabricarea diferitelor bijuterii și obiecte religioase. Aceste produse sunt considerate cele mai vechi descoperiri arheologice cunoscute. Puțin mai târziu, metalul a început să fie folosit pentru a face o varietate de ustensile de uz casnic - de la ace mici și cârlige de pește până la oglinzi și oale pentru gătit. Metalele și-au găsit, de asemenea, aplicarea într-o utilizare atât de neașteptată pentru noi ca medicament.

Manuscrisele antice vorbesc despre beneficiile purtării bijuteriilor din metal și conțin descrieri detaliate ale cazurilor în care plăci de diferite metale au fost folosite pentru curățare și vindecare. Aristotel, Hipocrate, Galen, Paracelsus, Al-Biruni și Avicenna au scris că cu ajutorul plăcilor de cupru este posibilă tratarea bolilor de piele, a diferitelor ulcere și vânătăi, precum și a holerei. Medicamentele, care includeau aurul și sărurile sale, erau folosite în tratamentul leprei, lupusului, tuberculozei și a unor boli cu transmitere sexuală.

Medicii tibetani credeau că preparatele din aur nu numai că prelungesc viața și cresc imunitatea la vârstnici, ci și elimină diverse otrăvuri din organism, de aceea au recomandat utilizarea aurului în caz de otrăvire. În plus, aurul și compușii săi sunt considerați eficienți în tratamentul bolilor de rinichi, deoarece stimulează eliminarea excesului de lichid din organism. Argintul, în opinia lor, are capacitatea de a vindeca supurația și de a purifica sângele, precum și de a accelera vindecarea rănilor. Preparatele de cupru curăță rănile purulente, ajută la vindecarea bolilor căilor respiratorii superioare și ale ficatului. Tratatul tibetan „Dzeitshar Migzhan” conține descrieri a 25 de preparate medicinale, care conțin metale.

În medicina chineză, terapia cu metale este o parte integrantă a acupuncturii. După cum cred susținătorii acestei metode, introducerea acelor metalice în anumite puncte ajută la completarea lipsei de metal din organism și la restabilirea circulației perturbate a fluxurilor de energie ...

Oricum ar fi, metalele au pătruns rapid în cele mai multe zone diferite viața umană, schimbându-și radical întreaga existență chiar în zorii civilizației umane.

Orez. 5.Brățările de cupru erau folosite și în scopuri medicinale.

Cum a început totul?...

Marele filozof al Romei antice Titus Lucretius Kar din secolul I î.Hr. a scris următoarele în lucrarea sa „Despre natura lucrurilor”:

„Odinioară mâini puternice, gheare,

Dinți, pietre, resturi de la copaci și flăcări,

După ce acesta din urmă a devenit cunoscut oamenilor.

După aceea, s-au găsit cupru și fier.

Totuși, cuprul a intrat în uz înainte de fier.

Deoarece era mai moale, mai mult, era mult mai abundent.

Pământul a fost arat cu o unealtă de cupru, iar curămii au dus

Bătălia este în frământare, împrăștiind răni grave peste tot.

Vitele și câmpurile au fost răpite cu cupru, pentru că era ușor

Toți neînarmați, goi s-au supus armei.

Încetul cu încetul, au început să fie forjate săbii de fier.

Vederea armelor de cupru în oameni a început să trezească dispreț.

În același timp, au început să cultive pământul cu fier,

Și într-un război cu un rezultat necunoscut pentru a-și egala forțele.”

Orez. 6.Titus Lucretius Kar

De fapt, aceste linii au stat la baza împărțirii moderne a întregii istorii a omenirii, în care specialiștii disting perioade mari sub denumirile „Epoca de piatră” (Neolitic), „Epoca cuprului” și „Epoca fierului”. Această listă a fost completată de oamenii de știință danezi K. Thomsen și E. Vorso cu conceptul de „Epoca Bronzului”, pe care l-au introdus în știința arheologică în prima jumătate a secolului al XIX-lea, plasând această perioadă între Epoca cuprului și Epoca fierului. În această formă, această diviziune a supraviețuit până în zilele noastre, ilustrând schema secvenței dezvoltării metalelor de către om, care este acum acceptată în știința academică.

Strict vorbind, Thomsen și Vorso tocmai au corectat o greșeală făcută în traducerea textului lui Lucretius Kara. Cert este că romanii (în urma grecilor) au confundat adesea conceptele de „cupr” și „bronz” unul cu celălalt, denotându-le adesea cu același termen. În acele vremuri așa-zise străvechi, nimeni din Mediterana nu folosea cuprul pentru fabricarea de unelte și arme - această funcție era îndeplinită de bronz. Și Lucretius Carus a scris clar despre bronz și deloc despre cupru.

Dar oricum ar fi, schema indicată în patru etape a prins rădăcini și a intrat în manuale.

Orez. 7.Patru perioade ale dezvoltării umane

Deci, în timpul epocii de piatră, o persoană era ghidată de utilizarea a ceea ce avea la îndemână - erau folosite pietre, lemn, oase, obsidian (sticlă vulcanică) și alte materiale pe care natura le-a dat. Treptat, o persoană a învățat să le prelucreze suplimentar, realizând o îmbunătățire utilă a proprietăților acestor articole improvizate. Principalul instrument de muncă s-a dovedit a fi pietrele, cărora oamenii au început să le dea cea mai variată formă, mai întâi prin simpla tăiere a bucăților de piatră, iar mai târziu folosind găurire, șlefuire și lustruire suplimentară. După cum cred acum istoricii și antropologii, piatra a jucat un rol major în viața umană timp de sute de mii de ani.

Orez. opt.Tocător de piatră

Și la un moment dat, un bărbat a descoperit metale pentru el însuși. În primul rând, după cum cred istoricii, în cea mai accesibilă formă - nativă.

„Deschiderea a avut loc probabil - așa cum se întâmplă uneori - ca urmare a unei operațiuni nereușite. Ei bine, de exemplu, așa: un fermier preistoric trebuia să reînnoiască provizia de plăci de piatră și topoare. Din mormanul de blank-uri care stătea la picioarele lui, a ales piatră cu piatră și cu mișcări pricepute bătea o farfurie după alta. Și atunci i-a căzut în mâini un fel de piatră unghiulară strălucitoare, din care, oricât s-ar fi lovit de ea, nu s-a desprins nici măcar o farfurie. Mai mult, cu cât bătea cu mai multă sârguință pe această bucată fără formă de materie primă, cu atât mai mult a început să semene cu o prăjitură, care în final putea fi mototolită, răsucită, trasă în lungime și rulată în cele mai uimitoare forme. Așa că oamenii s-au familiarizat mai întâi cu proprietățile metalelor neferoase - cupru, aur, argint ... "(R. Malinova, Y. Malina," Salt în trecut: Un experiment dezvăluie secretele timpurilor străvechi ").

Deoarece în natură, în forma sa nativă, cuprul și aurul (în comparație cu alte metale) se găsesc destul de des, argintul este mult mai puțin obișnuit, iar fierul în general în cele mai rare cazuri, atunci primele metale pe care le-a întâlnit o persoană au fost doar aurul. și cupru. Din ei strămoșii noștri străvechi au început să facă mai întâi bijuterii, apoi alte obiecte și unelte.

Orez. nouă.Pepită de cupru

„Când au realizat primele bijuterii, arme și unelte, foarte simple, au fost mulțumiți de cea mai răspândită tehnică a epocii de piatră - lovitura. Dar aceste obiecte erau moi, ușor de spart și plictisitoare. În această formă, ei nu puteau amenința dominația pietrei. Și, în plus, metalele în forma lor pură, susceptibile de prelucrare a pietrei în stare rece, sunt extrem de rare în natură. Și totuși le-a plăcut noua piatră, așa că au experimentat cu ea, au combinat tehnici de prelucrare, au pus la punct experimente, au gândit. Desigur, au trebuit să îndure multe eșecuri și a durat foarte mult timp până când au putut descoperi adevărul. La temperaturi ridicate (îi cunoșteau bine consecințele din arderea ceramicii), piatra (pe care astăzi o numim cupru) s-a transformat într-o substanță fluidă care a luat forma oricărei forme. Uneltele ar putea avea o margine de tăiere foarte ascuțită care ar putea fi, de asemenea, ascuțită. Instrumentul spart nu a trebuit să fie aruncat - a fost suficient să-l topești și să-l turnăm din nou în matriță „(R. Malinova, Y. Malina,” Salt în trecut: Un experiment dezvăluie secretele timpurilor străvechi „ ).

Deși uneori această tranziție este explicată și mai simplu - spun ei, printre pietrele cu care o persoană a pus focul pentru a economisi căldura prețioasă, o pepiță de cupru sau aur s-a dovedit accidental a fi topită. Bărbatul a observat că „piatra” s-a transformat într-un lichid ciudat, care, la răcire, s-a întărit din nou și s-a transformat într-o „piatră”, dar de altă formă. Rămâne doar să folosim această proprietate descoperită aleatoriu pentru turnarea produselor metalice de forma dorită. Se crede că inițial turnarea metalului topit a fost efectuată într-o matriță obișnuită de pământ sau de lut, dar mai târziu oamenii au învățat să facă forme speciale din piatră și apoi din metal. Omul a făcut primii pași în ceea ce numim acum metalurgie...

„Datorită ductilității cuprului, lamele foarte subțiri și ascuțite ar putea fi făcute din acesta doar prin forjare. Prin urmare, produse atât de importante pentru oamenii antici, cum ar fi ace, fulgi, cârlige de pește, cuțite, pumnale, vârfuri de săgeți și vârfuri de suliță din metal s-au dovedit a fi mai perfecte decât cele din piatră și os. Datorită fuzibilității cuprului, a fost posibil să i se dea o formă atât de complexă, care era de neatins în piatră. Prin urmare, dezvoltarea topirii și turnării a determinat apariția multor unelte noi, necunoscute anterior - topoare complexe, sape, topoare-adze combinate etc. " (N. Ryndina, „Omul la originile cunoștințelor metalurgice”).

Orez. zece.Matriță de piatră pentru turnarea topoarelor (Sardinia)

După ce, după cum se crede, destul de mult timp - câteva milenii - omul a descoperit că este posibil să se obțină aceleași metale (cupru, aur și argint) din pietre ciudate care nu semănau deloc cu metalul râvnit, adică din minereu. Fie bucăți de minereu s-au întâmplat să fie toate în același foc, fie persoana a început deja să experimenteze intenționat, punând din ce în ce mai multe pietre în foc. Indiferent cum s-a întâmplat, după descoperirea unei proprietăți atât de utile a unor astfel de pietre, o persoană a început să extragă în mod special minereuri care conțin metale.

În cursul experimentelor ulterioare, oamenii au îmbunătățit locul de topire prin înlocuirea focului obișnuit cu un cuptor închis. Și pentru a crește temperatura din interiorul cuptorului, au venit cu un sistem de furnizare a oxigenului necesar pentru aceasta - mai întâi cu un flux natural de aer și apoi cu suflare artificială. În același scop, în loc de lemn de foc obișnuit, au început să folosească cărbune special preparat. S-a schimbat și locul de topire - minereul nu se mai punea direct în foc, ci într-un vas ceramic (crezet).

Obținerea metalelor nu numai din filoanele native, ci și din minereu, a făcut posibilă creșterea semnificativă a producției de produse metalice. Metalul a început să înlocuiască cu încredere uneltele de piatră. Umanitatea a intrat în epoca cuprului.

„Tranziția la utilizarea uneltelor metalice a provocat nu numai o creștere generală a productivității muncii, dar a extins și capacitățile tehnice ale multor industrii. De exemplu, a devenit disponibilă prelucrarea mai avansată a lemnului. Topoarele de cupru, dintele, daltele și, mai târziu, ferăstraiele, cuiele, capsele au făcut posibilă realizarea unor lucrări de lemn atât de complexe, care înainte era pur și simplu imposibil de realizat. Aceste lucrări au contribuit la îmbunătățirea tehnicilor de construcție a caselor, la apariția unei roți tăiate sau cioplite din lemn și, potrivit arheologului englez Gordon Child, primul plug din lemn masiv „(N. Ryndina,” A Man at the Origins of Metallurgical Knowledge ").

Orez. unsprezece.Bornitul este un mineral care conține cupru

Experimentând cu tipuri diferite minereul a dus la faptul că la un moment dat o persoană a primit un aliaj de cupru și staniu. Când exact și unde s-a întâmplat - istoricii încă argumentează, dar niciunul dintre ei nu se îndoiește că acesta a fost un eveniment de epocă. Cel puțin în acest moment, se crede că aliajul de staniu cu cupru - bronz - era cunoscut deja în mileniul IV î.Hr., iar staniul pur în mileniul II î.Hr.

Staniul a fost foarte ușor de topit dintr-o piatră negru-maro - casiterită. Staniul în sine este moale și fragil, dar atunci când este adăugat la cupru, se topește într-un metal galben frumos, mult mai dur decât cuprul. În plus, adăugarea de staniu la cupru, începând cu fracțiuni minime de un procent, îi îmbunătățește calitățile de turnare.

După ce au apreciat astfel de avantaje utile ale aliajului față de cuprul obișnuit, oamenii au trecut la crearea unor unelte de muncă din bronz. Aceasta a creat baza pentru următorul salt al umanității pe calea progresului în toate sferele de activitate.

„… Multe realizări destul de reale ale omului antic pot fi legate de succesele metalurgiei. Imaginându-ne aceste realizări, este mai ușor de înțeles de ce arheologii disting epoca cuprului și a bronzului în istoria omului primitiv ca etape economice și tehnice independente. Ei le evaluează nu numai din punctul de vedere al principalului metal folosit la fabricarea uneltelor, ci și din punctul de vedere al progresului general tehnic și social al societății „(N. Ryndina,” Un om la originile Cunoștințe metalurgice ").

Orez. 12.Cristal de casiterit

Ultima a fost rândul fierului. Se crede că acest lucru s-a datorat unei varietăți de motive.

În primul rând, spre deosebire de cupru, fierul nativ este extrem de rar în natură. De regulă, fierul nativ se găsește sub forma celor mai mici boabe, de formă neregulată, uneori sub formă de obiecte spongioase sau solide, împrăștiate în roci bazaltice. Un alt tip de fier nativ - fierul meteorit - nu este, de asemenea, atât de răspândit încât s-ar putea vorbi despre orice utilizare pe scară largă în vremurile străvechi...

Merită menționat aici că această afirmație din manuale nu este în întregime corectă. Și ca motiv real pentru dezvoltarea târzie a fierului, este cu greu potrivit. Faptul este că, sub formă de diferiți compuși - cum ar fi hematitul și magnetitul - fierul este distribuit pe scară largă. Și dacă vorbim despre topirea metalelor din minereuri (în care, de fapt, aceeași hematită a fost folosită ca aditivi încă din cele mai vechi timpuri), atunci acest motiv pentru utilizarea târzie a fierului ar trebui considerat insuportabil. Alți factori sunt mult mai importanți.

În primul rând, topirea fierului necesită temperaturi semnificativ mai mari decât producția de cupru sau bronz. Și era pur și simplu imposibil să se atingă temperaturile necesare în cele mai simple cuptoare metalurgice antice.

Dar cel mai important, și acesta este în al doilea rând, fierul în sine are o valoare mică, deoarece fierul pur este un material foarte moale. Și utilizarea sa pe scară largă a început doar odată cu dezvoltarea producției de oțel - un „aliaj” de fier cu carbon. Oțelul, mult mai dur în comparație cu fierul, ar putea deja să concureze cu succes cu bronzul.

Orez. 13.Magnetit

Cea mai veche metodă de producere a fierului este așa-numitul proces de suflare a brânzei, în care fierul era obținut direct din minereu în cuptoare mici, create mai întâi direct în pământ. Această metodă a fost numită suflare de brânză datorită faptului că aerul atmosferic rece („umed”) era furnizat („sufla”) în cuptor.

Procesul de suflare a brânzei nu asigura atingerea punctului de topire al fierului (1537 o C), ci atingea maximum 1200 o C, deci era un fel de „gătire” a fierului. Fierul redus a fost concentrat într-o formă de pastă chiar în partea de jos a cuptorului, formând așa-numita krica - o masă spongioasă de fier cu incluziuni de cărbune nears și numeroase amestecuri de zgură.

S-a putut realiza produse din tăietură, care a fost scoasă din cuptor în stare roșie, numai după separarea prealabilă a acestei impurități de zgură și eliminarea spongioasă. Prin urmare, forjarea la rece și, cel mai important, la cald, care a constat în calcinarea periodică a masei critice și forjarea acesteia, a fost o continuare directă a procesului de suflare a brânzei. Ca rezultat, au fost create semifabricate, care au fost folosite pentru producția ulterioară de produse din fier.

Un proces atât de complicat, în mai multe etape, a necesitat, desigur, un timp mai lung pentru dezvoltarea sa decât topirea cuprului și a bronzului. Acesta este considerat motivul principal pentru introducerea ulterioară a fierului în viața oamenilor.

Dar oricum ar fi, omenirea a făcut totuși un alt salt pe calea progresului său, trecând în cele din urmă din epoca bronzului la epoca fierului. Și chiar și acum, când toate tipurile de materiale plastice și materiale compozite sunt utilizate pe scară largă, continuăm să trăim în epoca fierului, deoarece fierul rămâne principalul material al realității noastre. Deși, desigur, tehnologia de producere a fierului și a oțelului s-a schimbat mult în comparație cu vremurile străvechi...

Orez. paisprezece.Lângă cuptorul cu vatră deschisă

Așa arată pe scurt istoria dezvoltării metalelor de către om în manuale. La prima vedere, imaginea pare lină și complet consistentă. Dar acest lucru, după cum se dovedește, este doar la prima vedere și numai în manuale ...

Cupru America de Nord

America de Nord oferă o ilustrare bună a societății din epoca cuprului. Când aventurierii și metalele prețioase au venit aici după Columb, indienii locali nu cunoșteau nu numai fierul, ci și bronzul. Metalul lor principal era cuprul nativ.

În partea centrală a continentului nord-american, la sud de regiunea Marilor Lacuri, există unul dintre cele mai mari sisteme fluviale din lume - Mississippi, care acoperă un teritoriu imens. Datorită acestui sistem fluvial, care a servit ca o bună „rețea de transport”, aici s-a format o zonă de cultură dezvoltată, creată de vânători și culegători primitivi și numită științific Woodland. În această perioadă, aici a apărut pentru prima dată ceramica, tradiția construirii de movile funerare, rudimentele agriculturii luau contur și au apărut și produsele din cupru. Epicentrul acestei culturi a fost situat de-a lungul cursului Mississippi și a afluenților săi - râurile Missouri, Ohio și Tennessee.

Principalele centre de cupru din regiune au fost Wisconsin, Minnesota și Michigan. Deja în vremuri foarte străvechi - în mileniul V-III î.Hr. (după datare modernă) - meșteri locali talentați au realizat vârfuri de săgeți și sulițe de cupru, precum și cuțite și topoare. Mai târziu, oamenii din culturile Adena, Hopewell și Mississippi, care au înlocuit succesiv cultura Woodland, au creat pandantive excelente de cupru și bijuterii aplicate, precum și „plăcuțe” ritual-memoriale și farfurii și vase ornamentale rafinat decorate din foi de cupru forjat. În momentul în care europenii au apărut aici, indienii de nord-vest aveau deja un fel de „bani” sub formă de plăci de cupru pur.

Orez. 15.Zona de cultură Hopewell

Cu toate acestea, în ciuda acestor progrese, prelucrarea cuprului a fost efectuată într-un mod primitiv. Trunchiul de baie era necunoscut indienilor. Cuprul a fost extras din cele mai pure filoane de minereu, apoi aplatizat cu un ciocan, iar când a ajuns într-o stare suficient de moale și flexibilă, au fost tăiate foi de forma dorită. Un model a fost gravat direct pe ele folosind tăietori de piatră sau oase.

Până de curând, se credea că indienii de pe continentul nord-american foloseau doar forjarea la rece, deși un număr de cercetători admiteau probabilitatea ca meșterii locali să stăpânească și metoda de forjare la cald. Studii recente ale structurii interne a unor produse din cupru au confirmat că forjarea la cald era încă cunoscută indienilor. După ce au analizat dimensiunea, forma și caracteristicile boabelor de cupru din interiorul produselor, cercetătorii au ajuns la concluzia că meșterii antici au prelucrat piesa de prelucrat cu un ciocan greu, apoi au pus-o în cărbuni încinși timp de 5-10 minute, ceea ce a înmuiat cuprul și și-au redus fragilitatea, iar după aceea au repetat ciclul de atâtea ori cât a fost nevoie pentru a obține o foaie subțire de cupru. Procedura, după cum puteți vedea cu ușurință, coincide complet cu experimentele efectuate de N. Ryndina și colegii ei (vezi mai devreme).

Orez. 16.Placi memoriale din cupru ale indienilor din America de Nord

Și chiar și în nordul continentului, groenlandezii și eschimosii au folosit pepitele de cupru găsite și au făcut din ele cuie, vârfuri de săgeți și alte arme și unelte fără a folosi topirea. Comerciant de călători scoțian și agent al companiei canadian Northwest (blană), Alexander Mackenzie, descriind călătoria sa pe continentul nord-american la sfârșitul secolului al XVIII-lea, mărturisește că cuprul pur era răspândit printre triburile care trăiau de-a lungul coastei Oceanului Arctic. Vârfurile de săgeți și vârfurile lor de lance au fost forjate „la rece” cu un singur ciocan.

Atât aceste triburi, cât și locuitorii vastei regiuni Mississippi au folosit pentru fabricarea produselor lor cuprul nativ din regiunea Upper Lake, situată la granița actualelor Statelor Unite și Canada. Cele mai bogate rezerve ale sale se aflau aici.

Cuprul nativ este de obicei foarte rar în volumele industriale. Și în acest sens, minereurile de cupru din regiunea Upper Lake sunt unice. Fâșia de minereu se întinde aici de-a lungul coastei unuia dintre cele mai mari lacuri din lume pe aproximativ o jumătate de mie de kilometri. Și dacă pepitele de aur, a căror greutate depășește 10 kilograme, pot fi enumerate pe de o parte, atunci în raport cu cuprul, natura Americii de Nord s-a dovedit a fi nemăsurat mai bogată și mai generoasă. Pepitele din acest metal, găsite lângă Lacul Superior, pe Peninsula Kyoxinou, au ajuns la o greutate de 500 de tone! ..

Orez. 17.Pe malul Lacului de Sus

În zona Lacului Superior din America de Nord, cuprul nativ a fost cunoscut și extras de foarte mult timp - cu mult înainte de apariția europenilor aici. La sosirea lor, majoritatea minelor erau deja acoperite de pădure. Potrivit lui M. Neimayr, vechile lucrări deschise și minele de mică adâncime se întindeau în fâșia de cupru pe aproximativ două sute de kilometri. În apropierea lor s-au găsit ciocane de piatră, cărbuni, unelte de cupru.

Exploatarea industrială modernă a cuprului s-a desfășurat aici între 1845 și 1968. În acest timp, au fost produse aproximativ 5,5 milioane de tone de cupru. Din 1968 minele au fost eliminate. Restul rezervelor este estimat la aproximativ 500 de mii de tone de cupru.

Potrivit unor estimări, până în momentul în care a început exploatarea comercială în această regiune, aproape jumătate din rezervele inițiale de cupru fuseseră deja scoase și erau exploatate de multe milenii. Când a început - întrebarea este încă controversată. Acum, istoricii estimează începutul exploatării cuprului nativ aici aproximativ în mileniul VI-V î.Hr. În același timp, există un punct de vedere complet diferit, conform căruia dezvoltarea acestui domeniu a început cu multe milenii mai devreme. Există chiar susținători ai versiunii conform căreia minele locale erau încă exploatate de legendarii atlanți.

Dar vom reveni la versiunea întâlnirilor anterioare mai târziu. Deocamdată, să reținem că nu numai zăcămintele din regiunea Upper Lake sunt unice, ci și exemplul nord-american al unei societăți care a trăit în epoca cuprului. Nicăieri altundeva în lume nu există dovezi atât de clare că omenirea a trecut prin epoca cuprului în dezvoltarea ei. În toate celelalte regiuni, descoperirile de produse fabricate din cupru nativ sunt atât de puține la număr încât este pur și simplu imposibil să evidențiem strict și concludent cu ajutorul lor o perioadă separată numită „Epoca cuprului”. În plus, datorită vârstei lor venerabile, aceste produse sunt adesea într-o stare atât de deplorabilă încât este imposibil chiar să se efectueze o analiză corectă a compoziției lor chimice, cu atât mai puțin să se determine ce fel de cupru a fost folosit la fabricarea lor - nativ. sau topit din minereu. Și datarea unor astfel de artefacte ridică adesea îndoieli puternice. Așa că America de Nord rămâne singura confirmare reală a epocii cuprului în sine.

Bază de date

Pentru a înțelege istoria metalurgiei antice și caracteristicile sale, trebuie să vă bazați pe ceva. Dar ce avem la dispoziție?...

În primul rând, acestea sunt produse metalice antice. Până de curând, produsele metalice au servit istoricilor drept bază empirică principală pentru raționamentul despre etapele incipiente ale metalurgiei. Tocmai pentru raționament, deoarece totul s-a redus în principal la reflecții teoretice despre ce și cum a fost creat cutare sau cutare produs. Mai mult, în concluziile lor, istoricii s-au bazat cel mai adesea doar pe trăsăturile externe ale unui anumit artefact și pe simple considerații logice, care au fost construite pe baza datelor disponibile privind disponibilitatea anumitor surse de metal și pe caracteristicile sale fizico-chimice generale (punctul de topire). , duritate, ductilitate, posibilitatea de interacțiune cu alte elemente etc.).

În mod firesc, concluziile obținute ca urmare a unor astfel de raționamente teoretice au ridicat întotdeauna îndoieli legitime cu privire la fiabilitatea lor (de remarcat între paranteze că ulterior validitatea acestor îndoieli a fost în mare măsură confirmată). La urma urmei, teoria este doar teorie...

Situația s-a îmbunătățit oarecum în secolul al XX-lea, când a apărut posibilitatea unui astfel de studiu al compoziției chimice a artefactelor metalice, care nu a fost însoțit de deteriorarea sau chiar distrugerea completă a artefactelor în sine. Acest lucru a oferit o oportunitate pentru noi informații și a făcut posibilă progresul în înțelegerea etapelor incipiente ale metalurgiei.

Cu toate acestea, în primele etape ale studiului compoziției produselor, acestea nu aveau precizia necesară. În plus, artefactele metalice au o serie de caracteristici care fac foarte dificilă obținerea datelor corecte despre crearea lor.

În primul rând, produsele în sine - chiar și cu o compoziție chimică cunoscută - cel mai adesea pot spune foarte puțin despre ce anume au fost obținute și cu atât mai puțin despre ce tehnologii metalurgice au fost utilizate la fabricarea lor. În special, atunci când metalul a fost topit nu dintr-un anumit minereu, ci dintr-un amestec de diverse minereuri, care a fost practicat destul de des în timpurile străvechi.

În al doilea rând, majoritatea covârșitoare a metalelor interacționează activ cu Mediul extern... Poate că aici doar aurul se află într-o poziție „privilegiată”, extrem de reticent să intre în reacții chimice cu alte substanțe. Toate celelalte metale sunt destul de active din punct de vedere chimic, ceea ce duce la coroziunea produselor și la o schimbare vizibilă a compoziției lor (cu o perioadă suficientă de timp).

Orez. optsprezece.Aurul rezistă cel mai bine la coroziune (muzeu privat din Lima, Peru)

Și în al treilea rând, realizând că metalele pot fi topite, a fost ușor pentru o persoană să facă următorul pas și să se gândească să le refolosească, lăsând să se topească produsele care și-au epuizat timpul. Desigur, o astfel de utilizare secundară a metalelor a devenit larg răspândită încă din cele mai vechi timpuri. Este practic imposibil de determinat exact cum, când, unde, din ce minereuri și cu ajutorul ce tehnologie a fost obținut metalul inițial din produsele care au trecut prin topire, deoarece în timpul topirii acestuia compoziție chimică se poate schimba foarte serios.