Мои Конспекты
Главная | Обратная связь

...

Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Метеоритное железо





Помощь в ✍️ написании работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Метеориты – это железные или каменные тела, падающие на Землю из межпланетного пространства. Они представляют собой остатки метеоритных тел, не разрушившихся полностью при движении в атмосфере.

Метеориты подразделяются на три главных класса: железные, железокаменные и каменные. Однако можно проследить непрерывный переход от одного класса к другому. В среднем из шестнадцати упавших метеоритов один железный. Каждый железный метеорит в среднем содержит 91 % железа, до 8,5 % никеля и другие элементы. Метеориты двух других классов содержат от 1 до 50 % железа.

Характерными признаками метеоритов являются: угловатая форма со сглаженными выступами, кора плавления, покрывающая в виде тонкой оболочки метеорит, и своеобразные ямки, называемые регмаглиптами. В изломе каменных метеоритов обычно видны многочисленные мелкие включения никелистого железа белого цвета и минерала троилита бронзово-желтого цвета; нередко бывают видны тонкие темно-серые жилки. Железокаменные метеориты содержат значительно более крупные включения никелистого железа. После полировки поверхность железных метеоритов приобретает зеркальный металлический блеск. Иногда падают метеориты, имеющие более или менее правильную конусообразную, так называемую ориентированную, форму или многогранную - напоминающую форму кристалла. Такие формы возникают в результате атмосферной обработки (дробления и абляции) метеорного тела во время движения в атмосфере.

Метеориты имеют размеры от долей миллиметра до нескольких метров и весят, соответственно, от долей грамма до десятков тонн. Самый крупный из уцелевших от раскола – железный метеорит Гоба, найденный в юго-западной Африке в 1920 г., весит около 60 т. Известно около 35 метеоритов, масса каждого из которых превосходит 1 т.

Вследствие дробления метеорных тел одновременно падает группа метеоритов, в которой число отдельных метеоритов достигает десятков, сотен и даже тысяч. Такие групповые падения называются метеоритными дождями, причем каждый метеоритный дождь считается за один метеорит. В Приморском крае 12 февраля 1947 г. выпал Сихотэ-алинский железный метеоритный дождь общей массой более 37 т. Наиболее распространенными химическими элементами в метеоритах являются: алюминий, железо, кальций, кислород, магний, кремний, никель, сера. Химический состав отдельных метеоритов может значительно отклоняться от среднего. Так, например, содержание никеля в железных метеоритах колеблется от 5 до 30 % и даже более. Среднее содержание в метеоритах драгоценных металлов и редких элементов (в граммах на тонну вещества метеорита): рутений – 10, родий – 5, палладий – 10, серебро – 5, осмий – 3, иридий – 5, платина – 20, золото – 5. Установлено, что содержание некоторых химических элементов тесно связано с содержанием других элементов. Так оказалось, что чем выше содержание никеля в метеорите, тем больше в нем галлия. Минеральный состав метеоритов своеобразен: в метеоритах обнаружен ряд неизвестных или очень редко встречающихся на Земле минералов. Таковы: шрейберзид, добреелид, ольдгамид, лавренсид, меррилид и другие, которые присутствуют в метеоритах в незначительных количествах. За последние годы в метеоритах открыто несколько десятков новых, ранее неизвестных минералов, многие из которых названы по имени метеоритологов, например: фаррингтонит, юридий, найинджерит, криновит и др. Наличие этих минералов указывает на своеобразие условий образования метеоритов, отличающихся от условий, при которых образовались земные горные породы. Наиболее распространенными в метеоритах минералами являются: никелистое железо, оливин, пироксены – безводные силикаты (энстатит, бронзит, гиперстен, диопсид, авгит) и иногда плагиоклаз.

Некоторые специфические метеоритные минералы, например лавринсит, очень нестойки в условиях Земли и быстро вступают в соединение с кислородом воздуха. В результате на метеоритах появляются обильные продукты окисления в виде ржавых пятен, что приводит к разрушениям метеоритов. В некоторых редких типах метеоритов присутствуют космическая кристаллическая вода, а в других, столь же редких метеоритах встречаются мелкие зерна алмаза. Последние представляют собой результат ударного метаморфизма, которому подвергся метеорит. В метеоритах были выделены также газы, встречающиеся в разных количественных соотношениях.

На отполированных и протравленных раствором азотной или какой-либо другой кислоты поверхностях большинства железных метеоритов появляются сложные рисунки, называемые видманштеттеновыми фигурами. Эти рисунки состоят из пересекающихся полосок – «балок», окаймленных узкими блестящими лентами. На отдельных промежуточных участках наблюдаются многоугольные площадки – поля. Видманштеттеновые фигуры появляются в результате неодинакового действия травящего раствора на поверхность метеорита. Дело в том, что никелистое железо состоит из двух фаз, формирующихся на основе минералов: камасито – с малым содержанием никеля и тенито – с высоким содержанием никеля. Поэтому «балки», состоящие из камасито, травятся сильнее, чем поля, заполненные тонкой механической смесью зерен камасито и тенито. Узкие ленты, окаймляющие «балки» и состоящие из тенито, совсем не поддаются травлению.

Трудно поверить, но в конце XVIII века большинство ученых не допускали и мысли о том, что вселенная может «снабжать» землю железом. В 1751 году вблизи немецкого города Ваграма упал метеорит. Спустя сорок лет венский профессор Штютце писал об этом событии: «Можно себе представить, что в 1751 году даже самые просвещенные люди в Германии могли поверить в падение куска железа с неба – насколько слабы были тогда их познания в естественных науках. Но в наше время непростительно считать возможным подобные сказки».

Такой же точки зрения придерживался знаменитый французский химик Лавуазье, который соглашался с мнением ряда своих коллег, что «падение камней с неба физически невозможно». Ему вторил не менее известный ученый Бертолле: «Эти легенды, - говорил он, - нельзя объяснить не только физикой, но и ничем разумным вообще». После таких авторитетных резолюций в 1790 году французская Академия наук даже приняла специальное решение: впредь вообще не рассматривать сообщений о падении камней ан Землю. Ученым мужам была совершенно очевидна нелепость «россказней» о небесных пришельцах. Во многих музеях метеориты изъяли из коллекций, чтобы «не сделать музей посмешищем».

Поэтому неудивительно, что самым известным в мире метеоритом является тот, исследования над которым позволили впервые доказать космическое происхождение метеоритов. Этот метеорит был найден в России на берегу Енисея около Красноярска.

Метеорит Палласа, или палласово железо, так его именуют сегодня, попал в Петербург в 1772 году. Созданная всего полстолетия ранее Петербургская Академия наук к тому времени превратилась в научных центр европейского ранга, ее членами были многие известные ученые.

Высокая репутация академия послужила причиной тому, что и физик Эрнст Флоренс Фридрих Хладни в 1756 году отправился в Петербург. Неудивительно, что палласово железо, хранившееся в кунсткамере Петербургской Академии наук, в 1794 году привлекло его внимание и послужило толчком к изучению метеоритов. Он издал в г. Риге сочинение «О происхождении куска железа, открытого Палласом, и о некоторых находящихся в связи с этим явлениях природы». Хладни впервые правильно объяснил происхождение этой глыбы и развил теорию космического происхождения метеоритов и их возгорания при попадании в земную атмосферу.

Почти десятилетие спустя природа подтвердила выводы Хладни о природе и происхождении метеоритов. 26 апреля 1803 года во Франции вблизи небольшого городка выпал град метеоритов. Французская Академия наук поручила расследовать это явление Жану Батисту Био. Факты были неопровержимы, и он вынужден был сделать те же выводы, что и Хладни. Длившийся десятилетиями спор был окончен, и с 1803 года даже Парижская Академия наук, наконец, признала «небесные камни».

Полярная экспедиция Росса в 1818 году обнаружила, что эскимосы Баффиновой Земли делали в то время ножи и наконечники гарпунов из железа, отделяемого ими с большим трудом от крупного метеорита, лежащего на берегу бухты Мельвиль.

Один исследователь сообщал, что он видел в Аргентине большой метеорит, первоначальный вес которого составлял 15 т. Не меньше чем в шести местах этот метеорит имел следы отделения от него местными жителями больших кусков железа. В Мексике был найден большой метеорит со щелью длиной 9 см, в которой сохранился застрявший сломанный конец медного лезвия. Он попал туда, очевидно, при попытке туземцев добыть кусок столь нужного металла.

В конце прошлого века во время одной из экспедиций в Гренландию известный американский полярный исследователь Роберт Пири вблизи мыса Йорк – северной оконечности острова – обнаружил огромную глыбу, наполовину ушедшую в землю. Глыба оказалась железным метеоритом, неизвестно когда прибывшим на Землю. На протяжении столетий метеорит, по-видимому, служил местным жителям природным складом железа. По мере необходимости эскимосы отбивали от глыбы куски и обрабатывали их молотками, придавая металлу нужную форму. Так они изготовляли ножи, орудия труда и другие изделия.

Неизвестно, намного ли похудел космический «пришелец» за время пребывания во льдах Гренландии, но к моменту встречи с Пири он весил примерно 34 т. С колоссальными трудностями находка была доставлена в Нью-Йорк, где и хранится до сих пор в Музее естественной истории.

Однако истории известны случаи, когда масса космических странников, встретивших на своем пути Землю, была неизмеримо больше. В конце прошлого века в Аризонской пустыне была обнаружена громадная воронка диаметром более 1200 м и глубиной 175 м. Ее образовал гигантский железный метеорит, упавший в доисторические времена. Самым древним предметом из железа, известным археологам, считаются бусы из полых трубочек, найденные английским археологом Петри при раскопках египетских могил конца IV до нашей эры. Бусы сделаны из кованого железа, в котором обнаружено до 7,5 % никеля, что характерно для железа метеоритного происхождения.

К концу того же тысячелетия относится и кинжал из метеоритного железа, найденный на юге Месопотамии, где когда-то находился шумерский город-государство Ур (на территории нынешнего Ирака).

У древнеримского царя Нумы Помпилия (VII век до нашей эры) железный щит был изготовлен из камня, «упавшего с неба». Для властелина одного индийского княжества Джехангара в 1621 г. удалось изготовить две сабли, кинжал и наконечник пики из метеоритного железа. Шпаги Александра I и Боливара, героя Южной Америки, были сделаны из космического железа.

Согласно преданию, мечи Тимура (Тамерлана) и жившего почти на тысячелетие ранее предводителя гуннов Атиллы имеют «небесное» происхождение. Вполне вероятно, что речь идет об оружии из метеоритного железа.

 

Серебро

Из благородных металлов серебро наиболее распространено в земной коре. Его содержание в недрах Земли в 20 раз превышает содержание золота. Но серебро редко встречаются в самородном виде. Распространенность его самородков по отношению к золотым составляет не более 20 %, а к медным – менее 1 %. При этом самородки серебра залегают, как правило, в глубинных зонах рудных месторождений. Возможно, впервые металлическое серебро получили из жил в породах, а не промывкой речных песков, поскольку, в отличие от золота, извлечение серебра из них затруднено. Именно этим можно объяснить тот факт, что в медном веке серебро ценилось дороже золота. Например, в Египте серебро было дороже золота вплоть до 3-го тысячелетия до н.э. Дешевле золота серебро стало лишь после того, как древние мастера освоили процесс его получения из свинцовых руд.

Известный египтолог Лукас считает, что впервые серебро попало в руки человека в виде самородных золотосеребряных сплавов с содержанием золота менее 50 %. Он подтверждает это анализами древнеегипетских серебряных изделий, которые всегда содержат золото, иногда до 40 %.

Древнейшие серебряные изделия обнаружены на территории Ирана и Анатолии. В Иране их нашли в местечке Тепе-Сиалк: это пуговицы, датируемые началом 5-го тысячелетия до н.э. В Анатолии, в Бейджесултане, найдено серебряное кольцо, датируемое концом того же тысячелетия.

Металлургия серебра возникла в прямой связи с добычей свинца из соединений, где свинец и серебро находились вместе: археологические находки из двух этих металлов, как правило, синхронны. Свинцовые руды, содержащие значительное количество серебра, распространены во многих регионах мира. Известны из месторождения в Испании, Греции, Иране, на Кавказе. Процесс отделения серебра от свинца, называемый купеляцией, был известен уже в 4-м тысячелетии до н.э.

Блестящий цвет серебра издавна связывали с Луной, что отразилось в названии металла. В Древнем Египте серебро называлось словом «хат», что означало «белый». Современное латинское название «argentum» происходит от греческого слова «аргос»- белый, блестящий.

В быту серебро почти повсюду появилось позднее меди и золота. Из него изготавливали главным образом посуду, украшения и ювелирные изделия. Быстро научились делать серебряную фольгу и фурнитуру, которыми украшали одежду и мебель. Уже в 3-м тысячелетии до н.э. серебро использовали для пайки медных изделий.

Плиний Старший пишет о том, что египтяне «окрашивали» серебро, при этом он отмечал, что, «как ни странно, но ценность серебра возрастает, если его великолепный блеск потускнел». Судя по рецептам с применением серы или яичного желтка, Плиний имеет в виду чернение серебра, которое широко применялось впоследствии во времени средневековья.

Крупнейшими серебряными рудниками, разрабатывавшимися в эпоху Древнего мира, были Лаврионские в Греции и римские у Нового Карфагена. О последних из трудов римских авторов известно, что они занимали территорию свыше 400 стадий в окружности и на них постоянно работало свыше 40 тысяч человек.

 

Свинец

Свинец от большинства других металлов отличают низкая температура плавления и присутствие в природе в виде довольно непрочных химических соединений. Наиболее распространенным минералов свинца является галенит (от греч. «галена» - свинцовая руда), месторождения которого в древности не были редкостью. Известен случай, когда богатое свинцовое месторождение было обнаружено в Америке в результате лесного пожара: на месте сгоревшего леса под слоем золы были найдены крупные слитки свинца. Возможно именно таким путем свинец и попал впервые в руки древнего человека.

Древнейшими изделиями из свинца считаются найденные в Малой Азии при раскопках Чатал-Хююка бусы и подвески и обнаруженные в Ярым-Тепе (Северная Месопотамия) печати и фигурки. Эти находки датируются 6-м тысячелетием до н.э.

Свинец обладает массой достоинств: это самый пластичный из металлов, он прокатывается до тончайшего листа, легко подвергается механической обработке, обладает прекрасными литейными свойствами. Из недостатков можно отметить лишь невозможность изготовления из него проволоки.

В древности свинцу, как и других металлам, приписывались магические свойства. В известном греческом героическом мифе свинец послужил средством уничтожения чудовища Химеры. Герой мифа Беллерофонт кружил на спине крылатого коня Пегаса, которого он укротил с помощью богини Афины, над изрыгающим огонь страшилищем и осыпал его стрелами. Наконец, он бросит в пасть чудовища слиток свинца. Свинец расплавился в огненном дыхании Химеры, потек в глотку и разрушил внутренности. Возможно, этот миф стал причиной того, что свинец считался металлом, обладающим защитной силой. Поэтому у греков было принять носить на груди тонкие свинцовые пластинки, защищавшие от колдовства, особенно от недобрых любовных чар. Свинец вообще широко использовался в магических ритуалах многих народов, часто свинцовые предметы размещались у входа в дом для защиты их обитателей от негативной энергии окружающего мира.

Выполнял свинец и простые утилитарные функции. В той же Древней Греции пластинки из свинца использовались в качестве почтовых принадлежностей. Известно по крайней мере пять свинцовых писем, найденных на территории Причерноморья. С давних времен известны и краски, сделанные на основе свинца. Свинцовые белила, например, умели изготавливать еще три тысячи лет назад. Крупнейшим поставщиком белил в те времена был остров Родос. Способ, по которому здесь изготавливали краску, был далеко не совершенным, но достаточно надежным. В бочку наливали раствор уксусу, сверху укладывали ветки кустарника, а на них куски свинца. После этого бочку закупоривали. Когда спустя некоторое время бочку открывали, свинец оказывался покрытым белым налетом – это и был готовый продукт производства. Впоследствии из свинцовых белил научились получать ярко-красную краску, названную суриком. Для этого свинцовые белила пережигались в специальных глиняных сосудах.

Мягкость свинца не позволяла ему конкурировать с медью, бронзой или железом в качестве материала для производства орудий труда. Но он оказался прекрасным материалом для изготовления труб и деталей водопроводов. Построенные в Вавилоне и признанные одним из семи чудес света висячие сады Семирамиды орошались водой через сложную систему колодцев и труб, сделанных из свинца.

Наибольшее развитие в эпоху Древнего мира трубное производство получило в Римской империи. Римляне изготавливали трубы не только свинцовые, но также бронзовые и оловянные. В Риме, по свидетельству современников, существовала настоящая индустрия трубного производства с соответствующими товарными знаками, клеймами мастеров и штампами заказчиков. Римские авторы описывают производство труб следующим образом. Из литых металлических листов формовали трубы диаметром от 20 до 300 мм. Продольный шов выполняли различными способами. Чаще всего трубы грушевидного сечения запаивали по шву оловянно-свинцовым припоем. Однако встречались паяные соединения встык или внахлестку и даже трубы с желобчатым изгибом кромок, уплотненные замазкой. Такие трубы затем замуровывали в каменную кладку, чтобы сохранить их герметичность.

Римское трубное производство подробно описывает Марк Витрувий. В восьмой книге своего сочинения «Архитектура» (2-я половина I века до н.э.) главное внимание он уделяет водопроводам и материалам, из которых для них делают трубы. Витрувий обращает внимание на целесообразность изготовления свинцовых труб длиной не менее 3 м при толщине около 8 мм. Такие трубы могли выдерживать давление воды до 1,5 атм. При необходимости древние римляне пользовались значительно более толстыми трубами. Например, в водопроводе Алатри, где трубы должны были выдерживать давление до 10 атм., толщина их стенок достигала 35 мм.

К сожалению, у римской водопроводной системы имелся существенный недостаток: сейчас хорошо известно, что все растворимые в воде соединения свинца высокотоксичны. Установленным фактов является то обстоятельство, что обнаруживаемые при раскопах останки римлян эпохи империи содержат большое количество свинца. Известность получила гипотеза американских токсикологов, согласно которой в быстрой деградации римской нации повинно отравление свинцом. По мнению этих исследователей, использование оправленной в свинец посуды и свинцовых косметических красок обусловило вымирание римской аристократии. Из-за систематического отравления малыми дозами свинца продолжительность жизни римских патрициев не превышала 25 лет. Люди низших сословий, согласно этой теории, в меньшей степени подвергались свинцовому отравлению, но и они пользовались знаменитым водопроводом. Кроме того, свинцовые сосуды широко использовались для хранения вина, поскольку считалось, что в этом случае улучшаются его вкусовые качества.

Важнейшими районами добычи свинцовых руд в эпоху Древнего мира были месторождения: Рио-Тинто в Испании, Лаврионское в Греции, а также острова Эгейского моря Кипр, Родос, Эвбея, Сифнос. В больших количествах добывали свинец кельты: в Альпах, Галлии, Британии.

Подробные сведения имеются об эксплуатации свинцово-серебряных месторождений Древней Греции. Разработка знаменитых Лаврионских рудников, расположенных в южной части Аттики, была начата еще во втором тысячелетии до н.э. Именно серебро Лаврионских рудников стало основой могущества Афинского государства. Общая протяженность горных выработок на них достигла почти 120 км. О том, насколько большое значение имели для Афин Лаврионские рудники, можно судить по тому, что одна из сохранившихся речей знаменитого греческого оратора Демосфена полностью посвящена вопросу о необходимости поставки для них леса. Леса вокруг рудников были вырублены и израсходованы на плавку металла уже к началу 1-го тысячелетия до н.э.

Неудивительно, что горная промышленность, по представлениям древних греков, находились под особым покровительством богов. Главным специалистом по горному делу считался бог Монтиус, а главным металлургов и кузнецов – Гефест. Их помощниками были одноглазые циклопы, из которых наиболее почитались молотобойцы: Аргес, Бронтес и Стеренос. Специальные божества рангом пониже ведали такими явлениями, как самовозгорание руды под землей (Пироклион), подземным треском – обвалами (Полифем), болезнями рудокопов (Гернес).

Глубина шахт Лаврионских рудников достигала 120 м, а высота штолен была не более метра. Поэтому рудокопы работали чаще всего лежа на спине или на животе. Поднятую на поверхность руду дробили в ступах из твердого камня – трахита, а затем измельчали в специальных мельницах. Дробленую руду промывали, а затем плавили с использованием древесного угля в круглых каменных печах диаметром около метра. Производительность такой печи достигала 4 т руды в сутки. Первоначально технологический процесс был весьма несовершенен и большое количество металла терялось со шлаком. Так, в отвалах шлака, относящихся к IV веку до н.э., содержание свинца достигает 10 – 15 %. Однако в I веке до н.э. шлаки содержали уже не более 2 – 3 % свинца. В результате этой плавки происходило отделение от свинца серы, меди, железа, цинка и других примесей, кроме серебра, то есть получался свинцово-серебряный сплав, или «сырой» свинец. Для разделения свинца и серебра применяли купеляцию: окисление свинца, отделение оксида (глета) от серебра и последующее «повторное» восстановление свинца из оксида. По этой причине производство требовало больших затрат древесного угля. Готовый свинец разливался в слитки массой около 15 кг, на которые ставились марка владельца выработки или плавильной мастерской.

 

Ртуть

Природа не богата ртутью. Она очень редко встречается в самородном состоянии – в виде капелек на горных породах. Одним из самых известных месторождений самородной ртути является гора Терлиг-Хая в Туве. Ее название переводится как «потная скала» - действительно, на ее каменных откосах время от времени выступают капельки ртути, создавая впечатление, что скала «потеет».

Основным ртутным минералом и единственным, образующим рудные скопления, является киноварь. Это красивый камень, словно покрытый алыми пятнами крови. Отсюда и происходит его название: греческое «киннабарис» переводится как «кровь дракона». Оно связано с древней легендой о погибшем в горах драконе и пролитой им крови, превратившейся в замечательный минерал. Глыбы киновари из богатых месторождений действительно очень похожи на куски кровавого мяса.

Киноварь была одной из первых минеральных красок, используемых человеком. Ею пользовались в Древнем Мире практически повсеместно. В эллинистическую эпоху в Греции и Египте ртуть называли «хюдор скифакон» - «скифская вода» по аналогии с «купрумом» - «металлом из Кипра». Скифы, населявшие тогда причерноморские степи, добывали киноварь, по-видимому, из Никитовского месторождения, находящегося на территории Донбасса. Здесь на различной глубине (до 20 м) обнаружены древние горные выработки, в которых были найдены древние орудия труда, в том числе и из камня.

Еще более древний рудник «Хайдаркан» («Великий рудник») расположен в Ферганской долине. В нем также сохранились многочисленные следы древних работ: металлические и деревянные клинья, светильники, глиняные реторты для обжига киновари, отвалы образующихся при этом огарков. Археологические исследования показали, что ртуть в Ферганской долине добывали на протяжении многих столетий, вплоть до XIII-XIV веков, когда вследствие завоеваний Чингисхана и его преемников эти края пришли в запустение.

В Средней Азии разрабатывались и другие месторождения ртути: например, для персидских царей династии Ахеменидов (VI-V века до н.э.) ртуть доставляли из Зеравшанских гор, расположенных на территории Таджикистана и Узбекистана.

Крупнейшим в истории Древнего мира месторождением ртути было Альмаденское, расположенное на территории Испании. Плиний Старший упоминает в своих сочинениях, что Рим закупал ежегодно в Испании до 5 т ртути. Римляне долгое время называли ртуть «argentum vivum» - «живое серебро», это название сохранилось в современных английских и немецких языках. Технология извлечения ртути из киновари описывается многими древними авторами: Теофрастом, Диоскоридом, Плинием и др.

Живший в III веке до н.э. Теофраст, ученик Платона и последователь Аристотеля, сообщает, что ртуть можно получить, растирая киноварь с уксусом медным пестом в медной ступе. Этот же способ упоминает и Плиний, но он описывает еще одну технологию экстракции ртути. В его «Естественной истории» написано: «Киноварь помещают в железной чашке на глиняное блюдо, покрывают другой чашкой, которую замазывают глиной, раскаляют на огне, раздуваемом с помощью меха, и собирают осевший на глине пот, который имеет вид серебра и подвижность воды». По-видимому, способ получения ртути с помощью нагрева киновари в закупоренном железном сосуде был в те времена общеупотребительным, поскольку его приводит в своих сочинениях также и современник Плиния врач Диоскорид. Кстати, именно он и предложил общепринятое сегодня название ртути как химического элемента: «гидраргирум», что означает «серебряная вода»

В том, что именно врач имел в те времена дело с ртутью, нет ничего удивительного. Ее широко использовали при лечении самых разнообразных заболеваний, например при болезнях суставов или кожи. Порой применение ртути в лечебных целях носило весьма оригинальный характер. Известны случаи, когда ее вливали больному при предполагаемом завороте кишок. По мнению древних эскулапов, ртуть благодаря своей тяжести и подвижности должна была пропутешествовать по хитросплетениям кишок и расправить своей тяжестью их перекрутившиеся части.

В древности и ртуть, и киноварь чаще всего использовались в виде красителей, например, для личных печатей: оттиски получались благородного пурпурного цвета, не выцветали и сохранялись очень долго. При добавлении к киновари мышьякового минерала реальгара получали краску канареечного цвета. В Китае киноварную краску до сих пор добавляют в тесто. Сернистая ртуть применялась как ярко-красная краска («вермильон»). От красного цвета происходит и русское название металла: «ртуть», которое имеет один корень со словами «руда» и «рдеть», обозначающими у древних славян красный цвет.

Широкое применение ртути в металлургии Древнего мира началось после того, как была открыта ее способность, подобно свинцу, экстрагировать и концентрировать золото, то есть осуществлять с помощью ртути процесс купеляции.

В силу редкости киновари, а значит и ртути, амальгамирование золота сначала использовали только для повторного извлечения металла. Самое раннее описание этого процесса содержится в знаменитом труде Витрувия «Архитектура»: «Если золото вплетено в одежду, которая износилась…, эту одежду разрывают на куски, которые бросают в горшок и сжигают в нем на огне. Получившуюся золу бросают в воду, и туда же добавляют ртуть. Ртуть привлекает к себе все мельчайшие частицы золота и соединяется с ними. Затем воду выливают через холст, который выжимают руками. Ртуть просачивается сквозь неплотное переплетение нитей холста. А золото остается на внутренней стороне холста в совершенно чистом виде».

Таким образом, благодаря свинцу и ртути были заложены основы технологии рафинирования металлов. Кроме того, свинец оказался металлом – основателем промышленного трубного производства.

 

Медь

Задолго до знакомства с медью в виде металла человек прекрасно научился распознавать многие ее минералы. Дело в том, что основные минералы меди часто располагаются непосредственно на поверхности земли и имеют яркую окраску. Это малахит, бирюза, азурит, хризоколла и др. Изделия из этих минералов обнаруживаются в древнейших человеческих захоронениях, относящихся к эпохе неолита. Так, малахитовые бусы были найдены в древнем поселении Чайоню-Тепези в Анатолии (8-е тысячелетие до н.э.), а фигурки из азурита - на острове Крит (6-е тысячелетие до н.э.). Следует отметить, что практически все минералы меди из-за своеобразной цветовой гаммы наряду с минералом свинца галенитом широко использовались в древности в косметических целях (например, для окраски глазниц).

Дадим краткую характеристику наиболее распространенным в древности минералам меди.

Малахит (от греч. «малахе» - мальва) представляет собой карбонат меди. Малахит очень рано получил распространение в качестве поделочного камня, из которого изготавливались амулеты, бусы, кольца и другие мелкие изделия. Он широко использовался в качестве краски для настенных росписей и в виде косметического средства. После изобретения керамики он стал применяться для окрашивания глазури и цветного стекла.

Азурит (от перс. «ладжвард» - лазурный, голубой) также является карбонатом меди. Это очень красивый и яркий минерал, цвет которой изменяется от лазурного до ультрамаринового. Азурит часто сочетается с малахитом и всегда находится на поверхности или близко от нее.

Хризоколла (от греч. «хризос» - золото и «колла» - клей) это синий или сине-зеленый силикатный медный минерал. В древности использовался как поделочный камень для изготовления мелких ритуальных предметов и амулетов, а также в качестве косметического средства. Свое название получил в связи с тем, что материал, изготовленный на основе хризоколлы, в древности использовался при пайке золотых изделий.

Бирюза (от перс. «пируз» - победитель) – в древности достаточно распространенный минерал, гидрофосфат меди. Бирюза может быть различных цветов: от яркого небесно-голубого до блекло-зеленого. В древности, так же как многие другие минералы меди, она использовалась в качестве поделочного камня и минеральной краски.

Несколько позднее человек познакомился с сульфидом меди – халькопиритом (от греч. «халькос» - медь и «пирос» - огонь), который и стал основной медной рудой в эпоху Древнего мира.

Первоначально человеку стала известна самородная медь. Некоторые ученые полагают, что она даже могла быть первым металлом цивилизации, поскольку медные самородки встречаются в природе чаще золотых. Самородную медь и теперь находят во многих регионах Земли. Богаты ею Малая Азия, Индокитай, Алтай, но особенно – страны Нового Света: США, Мексика, Боливия и др. И в настоящее время не являются редкостью медные самородки массой несколько килограммов. В 1977 году в карьере Береговом у Онежского озера был найден самородок массой 200 кг, хранящийся в Карельском музее археологии. Крупнейшим проявлением самородной меди считается сплошная медная жила, обнаруженная на полуострове Кьюсиноу (озеро Верхнее, США), масса которой примерно 500 т.

Можно предполагать, что в древности находок самородной меди было значительно больше, чем сейчас. Необходимо отметить, что самородная медь концентрируется именно в верхних горизонтах месторождений и ей сопутствуют малахит и азурит, то есть окисленные формы меди. Для полиметаллических месторождений меди в Азии и Европе характерно также присутствие в верхних горизонтах минералов никеля и мышьяка. В глубинных участках месторождений, как правило, располагаются минералы олова, свинца, цинка и сульфидные медные минералы.

По этой причине древние предметы из рудной меди содержат значительное количество никеля (иногда до 5%) и мышьяка (до 2 %). Присутствие этих примесей показали химические анализы более двух третей раритетов из Месопотамии, Египта, Малой Азии, Индии, датируемых не позднее 3-го тысячелетия до н.э. Древнейшими же изделиями из рудной меди в настоящее время считаются найденные в 1962 году в Чатал-Хююке (плоскогорье Конья, Турция) бусинки, колечки и подвески. В одной из жилищ этого поселения был обнаружен и шлак от плавки медной руды. Эти находки относятся в 7-му тысячелетию до н.э. Такой же возраст имеет и найденное в Чайоню-Тепези медное шило, отличающееся высоким содержанием мышьяка – 0,8 %.

Добыча медной руды осуществлялась по той же технологии, что и добыча рудного золота. Старейшие медные рудники обнаружены на территории Месопотамии, Испании и Балканского полуострова. В эпоху античности одним из крупнейших месторождений меди стал остров Кипр, от его позднелатинского названия «купрум» и произошло современное название меди как химического элемента. Русское название металла происходит от древнеславянского слова «смида», обозначавшего металл вообще. Отметим, что термин «смида» восходит к тем древнейшим временам, когда праславяне и прагерманцы были еще единым народом. Впоследствии в германских языках термин «смида» стал употребляться для обозначения человека, работающего с металлом, и закрепился в форме «смит» (англ.) или «шмидт» (нем.) – «кузнец». Данное обстоятельство еще раз подтверждает тот факт, что наши пращуры были знакомы с металлами еще до распада славяно-германской ветви индоевропейцев.

Добытую руду дробили, а затем перебирали вручную. Наиболее древним способом плавки медной руды является тигельный: руду смешивали с древесным углем и помещали в тигли, изготовленные из глины, перемешанной с костной золой. Размеры тиглей были небольшими, так, высота тигля, обнаруженного в Египте археологом Брантоном, составляет всего лишь 12 см. В тиглях предусматривались отверстия для выхода газов (в крышке), и для подачи дутья (сбоку, примерно на середине высоты). Тигли помещались в печь, и начиналась плавка. Температура, необходимая для получения меди, содержащей около 1 – 2 % примесей (мышьяка, никеля, сурьмы и др.), составляет около 900…950 градусов. Она достигалась уже в примитивных гончарных очагах времен неолита.

Количество меди, производимое в тиглях, было очень небольшим и составляло, как правило, несколько сот грамм. Поэтому довольно быстро перешли к производству меди в ямах. Для этого медную руду, перемешанную с древесным углем, помещали в неглубокие ямы (глубиной до 30 см), дно которых было выложено камнями. Над слоем шихты насыпали еще некоторое количество древесного угля, а сверху укладывали ветви деревьев и небольшое количество земли таким образом, чтобы не препятствовать притоку воздуха внутрь кучи. Место плавки старались располагать на склонах холмов, чтобы использовать естественное движение воздуха. То, что оно способствовало раздуванию огня, было замечено в глубокой древности. Таким был первый промышленный металлургический агрегат.

По завершению плавки несгоревшее топливо убирали, а полученный металл дробили на удобные для использования куски. Это делалось немедленно после затвердевания металла, так как на этой стадии медь особенно хрупка и легко разбивается на куски молотком. Для придания сырцовой меди товарного вида ее подвергали холодной ковке. Очень рано было обнаружено, что медь представляет собой мягкий и ковкий металл, легко уплотняющийся и освобождающийся от грубых включений при простейшей механической обработке.

Холодная ковка меди позволяла получать очень сложные изделия. Например, по такой технологии был сделан коле диаметром 0,5 м, найденный в гробнице фараона Перибсена (XXVII век до н.э.). После освоения технологии медного литья в 4-м тысячелетии до н.э. техника изготовления медных изделий поднялась на новый уровень. Прекрасными образцами ранних изделий из меди являются таз и кувшин, найденные в гробнице египетской царицы 4-й династии Хетепхерес. Таз и корпус кувшина выкованы, носик же кувшина отлит, вставлен в специально подготовленное отверстие и прикреплен к корпусу холодной ковкой.

Народами, достигшими наиболее значительных успехов в освоении технологий металлургии меди уже в хальколите, в настоящее время считаются шумеры в Месопотамии, иберы на Пиренейском полуострове и народы, населявшие в то время Малую Азию. Интересные археологические находки, также датируемые 4-м тысячелетием до н.э., были сделаны в 1972 году в Болгарии недалеко от города Варна. Там был обнаружен древний некрополь с большим количеством золотых и медных изделий. Всего было исследовано более 60 захоронений и найдено свыше 2000 металлических предметов. Некоторые исследователи считают, что сокровища из Варны представляют собой свидетельство более высокой культуры, чем культура современных им цивилизаций.

При всех своих достоинствах медь имела и очень существенный недостаток: медные инструменты быстро затуплялись. Даже в холодноупрочненном состоянии износостойкость и другие свойства меди были не настолько высоки, чтобы медные инструменты и орудия могли полностью заменить каменные. Поэтому на протяжении меднокаменного века («хальколита») камень успешно конкурировал с медью, что и нашло отражение в названии эпохи. Решающий шаг в переходе от камня к металлу был сделан после изобретения бронзы.

 

Бронза

Бронзой называются сплавы меди с другими металлами. Известно большое количество бронз: свинцовая, сурьмяная, мышьяковая, висмутная, бериллиевая и проч. Наибольшую известность имеет оловянная бронза. Долгое время считалось, что именно она была первым медным сплавом, который научился производить человек. Однако в настоящее время достоверно установлено, что первые бронзы были мышьяковыми.

Выше мы уже отмечали, что минералы мышьяка (как правило, это легкоразлагаемые сульфиды) часто присутствуют в медных месторождениях. Отметим, что эти минералы обладают ярким цветом и были известны человеку еще в каменном веке. Реальгар (от араб. «рахьял-чхар» - рудный порох) из-за ярко-красного цвета считался магическим камнем, а аурипигмент (от лат. «аурум» - золото и «пигмент» - цвет) ассоциировался с солнцем. Таким образом, сплав с некоторым содержанием мышьяка получался естественным путем уже при производстве меди. Возможно, положительное влияние присутствия в шихте минералов мышьяка на качество металла было рано замечено древними металлургами, возможно, их добавление в шихту носило ритуальный характер, но в отдельных регионах производство мышьяковых бронз началось еще в 5-м тысячелетии до н.э.

Одним из регионов, где металлургия бронзы имеет древнейшую историю, является Кавказ. На территории Грузии, Армении и Азербайджана найдены бронзовые предметы: шильца, долота, наконечники стрел и мелкие украшения, содержание мышьяка в которых составляет от 5 до 20 %. Такое высокое содержание мышьяка в сплаве может быть объяснено только его целенаправленным введением в шихту, а между тем количество найденных предметов явно указывает на массовый характер древнего производства. Аналогичные находки сделаны в Месопотамии: здесь, в местечке Норсун-Тепе, обнаружены остатки древней печи, частицы медной руды и небольшие кусочки сплава, содержащего до 6 % мышьяка. Эти находки датируются 4-м тысячелетием до н.э.

Присутствие мышьяка в бронзе в количестве 6 % существенно (более чем в два раза) повышает ее прочностные свойства. При большем содержании мышьяка металл становится хрупким, но резко улучшаются его литейные характеристики. Немаловажное значение имел в древности цвет сплава: при добавлении к меди 1 – 3 % мышьяка получается металл красного цвета, 4 – 12 % - золотистого, свыше 12 % - серебристо-белых тонов. Таким образом, можно было из мышьяковой бронзы получать изделия, похожие на золотые и серебряные, особенно часто этим приемом пользовались при производстве украшений: археологами найдены литые бусы, подвески, кольца, содержащие до 30 % мышьяка. Наоборот, древнее оружие из бронзы никогда не содержит более 6 % мышьяка.

Можно с уверенностью утверждать, что ранний бронзовый век представляет собой эпоху безраздельного господства мышьяковой бронзы. Олово пришло на смену мышьяку только во 2-м тысячелетии до н.э. Отметим, что качество изделий из оловянной и мышьяковой бронз примерно одинаково, при этом технологии обработки оловянной бронзы заметно сложнее, так как зачастую требует горячей ковки (хотя и при низких температурах). Минералы олова на поверхности земли встречаются редко. Почему же оловянная бронза повсеместно вытеснила мышьяковую?

Главная причина заключалась в следующем. Как мы уже знаем, в древности люди относились к металлическим предметам чрезвычайно бережно ввиду их высокой стоимости. Поврежденные предметы отправлялись в ремонт, или на переплавку. Но отличительной особенностью мышьяка является возгонка уже при температурах около 600 градусов. Именно в таких условиях и проводится смягчающий отжиг бронзовых изделий при их перековке. Таким образом, теряя часть мышьяка, металл изменял свои механические свойства в худшую сторону. Объяснить это явление древние металлурги не могли. Однако достоверно известно, что вплоть до 1-го тысячелетия до н.э., изделия из медного и бронзового лома стоили дешевле, чем изделия из «первородного» металла.

Было и еще одно обстоятельство, способствовавшее вытеснению мышьяка из металлургического производства. Пары мышьяка ядовиты: их постоянное воздействие на организм приводит к ломкости костей, заболеваниям суставов и дыхательных путей. Побочным явлением присутствия мышьяка в организме является быстрый рост волос и ногтей. Неудивительно, что древние металлурги не производили впечатление крепких и здоровых людей. Хромота, сутулость, деформация суставов были профессиональными заболеваниями мастеров, работавших с мышьяковой бронзой.

Данное обстоятельство находит отражение в мифах и преданиях многих народов: в древнейших эпосах металлурги часто изображаются хромыми, горбатыми, иногда – карликами, со скверным, раздражительным характером, косматыми волосами и отталкивающей внешностью. Даже у древних греков бог-металлург Гефест был хромым.

В заключении разговора о медных сплавах отметим еще один с цинком, называемый в русском языке «латунь». Исследования последних десятилетий показали, что этот сплав был достаточно широко распространен в бронзовом веке, например, его применял народ моссинэков, населявший юго-восточное побережье Черного моря. Наиболее известным и едва ли не единственным упоминанием о латуни в литературе является текст произведений Платона «Тимей» и «Критий», где латунь называется «орихалком». В этих произведениях Платон рассказывает о легендарной стране Атлантиде и ее богатствах. Перечисляя металлы, он называет орихалк, золото, серебро и железо. Причем орихалк ставит на первое место, не упоминая ни о меди, ни о бронзе. Можно сколько угодно сомневаться в истинности рассказов Платона о государственном устройстве Атлантиды, однако, с точки зрения металлурга, Платону не было никакого смысла выдумывать какой-то никому в то время не известный металл и при этом ставить его ан первое место в ряду других, хорошо известных. Обозначая другие металлы, он везде использует обозначения, существовавшие в то время, поэтому можно предположить, что и орихалк во времена Платона был хорошо известен, а его название было понятным не только специалистам. Другое дело, что в античном мире этот металл, по-видимому, был весьма редок, что объясняет отсутствие упоминаний о нем у других античных авторов.

Нельзя не отметить, что название «орихалк» созвучно названию медно-цинкового минерала «аурихальцит». Таким образом, если предположить, что Атлантида действительно существовала, но не имела месторождений самородной меди и оловянных руд, то ее благополучие могло опираться на залежи аурихальцита, или орихалка, то есть самородной латуни. Самородная латунь в природе крайне редка. Некоторое время считалось, что существование ее в самородном виде даже невозможно. Однако во второй половине XX века в одном из медных месторождений Урала были обнаружены значительные количества самородной латуни.

Отметим также, что Платон перечисляет только самородные металлы. И если Атлантида – не миф, то можно предположить, что в основе раннего и быстрого развития атлантов лежала именно самородная латунь, которая и была первым «рабочим металлом человечества».

 

Доверь свою работу ✍️ кандидату наук!
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой



Поиск по сайту:







©2015-2020 mykonspekts.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.