Василиса Володина 

Металлы известные с глубокой древности. Добыча металлов и их обработка. Применение и виды изделий

Вероятно, первый металл, с которым познакомился человек еще во времена нового каменного века (около 6 тыс. лет назад на Древнем Востоке и около 4 тыс. лет назад в Европе), была медь. Она встречается в природе В самородном состоянии в виде пластинок, губчатых и сплошных масс, а также кристаллов. Самый крупный из найденных самородков весил 420 т. Медные самородки гораздо больше распространены в природе, чем самородки других металлов. Поэтому естественно, что в поисках подходящих пород для изготовления орудий человек в первую очередь встретился именно с медными самородками. Эта встреча знаменовала собой начало медного века.

Надо полагать, человек довольно быстро оценил преимущества нового материала. Возраст предметов из самородной меди достигает 6 тыс. лет. Особенно крупные самородки находили в Северной Америке на берегах Гудзонова залива и Верхнего озера. Первые орудия человека были сделаны из камня, поэтому первые медные изделия появились на свет в результате обработки медных самородков каменными топорами. Длительное время затем каменные и медные орудия применялись совместно. В этот период человек на примере меди постигал основы металлургии и металловедения.

Обработка медных самородков с помощью каменного топора имела, конечно, ограниченные возможности. Холодной ковкой самородков пластинчатой формы можно было изготовить небольшие по величине предметы - булавки, крючки, наконечники стрел и т. п. Получить же листовую медь холодной ковкой невозможно - материал растрескивается. Также невозможно изготовить холодной ковкой предметы сложного профиля: сосуды, сковороды и др. К тому времени человек уже уверенно управлял огнем. Лагерный костер с температурой 700-800 °С сменили печи, где достигалась более высокая температура - 1000-1200 °С. На территории Египта, например, были найдены керамические сосуды, датированные 5 тыс. лет до н. э., обжиг которых был проведен при 1100-1200 °С. Медь плавится при температуре 1084 °С, поэтому, естественно, что следующим шагом в металлургической практике человека явилось, получение расплавленной меди. Это существенно расширило ассортимент изготовляемых из меди изделий.

Однако самородная медь встречается редко, и ее было явно недостаточно, чтобы удовлетворить стремительно растущие потребности в этом металле. На следующем этапе человек начал получать медь восстановительной плавкой ее руды. Медные руды - природные минералы, агрегаты, содержащие медь в таких количествах и соединениях, при которых извлечение металла экономически выгодно. В настоящее время известно свыше 170 медьсодержащих минералов, из них только 10-15 имеют практическое значение. К важнейшим минералам относятся: халькопирит CuFeS 2 (30 % меди), халькозин - "медный блеск" Cu 2 S (79,8% меди), ковелин CuS (64,4% меди), малахит CuCО 3 ·Cu(OH) 2 (57,4% меди), азурит 2CuCО 3 ·Cu(OH) 2 (55,5 % меди), куприт Cu 2 О (81,8% меди). Руды современных промышленных месторождений почти никогда не бывают сложены только одними минералами меди. Обычно медьсодержащие минералы срастаются с нерудными минералами (кварц, барит и др.) и некоторыми рудными минералами железа и цветных металлов (пирит, пирротин и др.).

Месторождения медных руд распространены гораздо шире, чем месторождения крупных медных самородков, и были известны человеку с глубокой древности. Сейчас трудно выяснить, как именно была открыта выплавка меди из руд и произошло ли это существенно позже, чем человек встретился с самородной медью. Имеются данные, что уже за 7 тыс. лет до н. э. на Ближнем Востоке употреблялась металлургическая медь. Добыча самородной меди и выплавка меди из руд - операции, существенно отличающиеся в техническом и технологическом отношениях, по-видимому, в разных районах мира осваивались человеком одновременно.

Первоначально использовались окисленные руды. Они не требуют предварительного обжига в отличие от сульфидных руд, для которых такая обработка необходима, чтобы удалить химически связанную серу. Восстановительная плавка малахитовых руд проводилась в примитивных печах. Они представляли собой глиняные тигли, наполненные рудой и углем, которые помещались в неглубокую ямку. Поверх насыпали слой древесного угля.

Уголь, сгорая, образует оксид углерода (II), который взаимодействует с малахитом, восстанавливая химически связанную медь до металла:

CO + CuCО 3 = 2CО 2 +Cu

Крытое устройство печей обеспечивало изоляцию реакционной среды от избытка кислорода воздуха, который окисляет оксид углерода (II) в оксид углерода (IV) и тем самым мешает восстановлению меди. Неизвестно, как человек пришел к мысли, что медь надо выплавлять именно так, но, очевидно, у него для экспериментов было много времени и упорства. Имеются свидетельства очень раннего знакомства человека с металлургической выплавкой меди. В Египте, например, обработка медных руд Синайского полуострова велась уже в IV тысячелетии до н. э. С глубокой древности были известны медные руды на острове Кипр. Предполагается, что слово "купрум", научное название меди, произошло от наименования острова Кипр, где находились медные рудники древних римлян.

В Европе древние медные копи найдены в Австрии на Миттерберге. Там же обнаружены каменные орудия, которыми эти копи разрабатывались. Предки древних славян, жившие в бассейне Дона и Преднепровье, использовали небогатые месторождения меди, находившиеся в районе нынешнего Донбасса и затопленных Днепровских порогов. Они применяли медь для изготовления оружия, предметов домашнего обихода, украшений.

По мнению некоторых ученых, русское слово "медь" произошло от слова "смида", которое у некоторых древних племен, живших на европейской части современной территории СССР, обозначало вообще металл. На рубеже XVII-XVIII вв. начало промышленной переработки меди в России было положено Никитой Демидовым. В музее Тагила имеется огромный раскладной медный стол, на котором сделана надпись: "Сия первая в России медь отыскана в Сибире... Никитою Демидовиче.м Демидовым по грамотам великого Государя Императора Петра Первого в 1702 и 1706 и 1709 годах, а из сей первовыплавленной меди сделан оный стол в 1715 году".

После того как человек научился получать и обрабатывать медь, несколько тысячелетий наряду с камнем она являлась основньш твердым материалом древности (рис. 12). Уже первобытные металлурги пытались повысить твердость этого в чистом виде довольно мягкого металла. Первоначально, по-видимому, случайное образование сплава меди с оловом, которое могло произойти при обработке некоторых руд, содержащих вместе олово и медь, определило направление поисков улучшения механических свойств меди. Удачное соединение меди с оловом воспроизводилось человеком уже сознательно.

Естественно, что испытывались композиции меди и с другими металлами (цинк, мышьяк, никель и др.). Сплав меди с цинком получали, например, в Древнем Иране. Медно-мышьяково-никелевая четырехгранная приколка, найденная в Азербайджане, имеет возраст более 5 тыс. лет. Предметы, изготовленные из медно-никелевых сплавов, найдены в Германии, Испании, Португалии и относятся примерно к тому же периоду.

Особое место в практической деятельности человека занимает бронза - сплав меди с оловом. Бронза превосходит медь по твердости, хорошо поддается обработке, очень устойчива к окислению. Период истории приблизительно с начала III тысячелетия до н. э. до начала I тысячелетия до н. э. называют бронзовым веком. В это время появились новые, более разнообразные орудия и предметы вооружения, сделанные из бронзы (топоры, ножи, серпы), появилась бронзовая утварь - кубки, чаши, котлы и т. п. Изделия из бронзы отливались у египтян, индусов, ассирийцев. Широко использовалась бронза для изготовления украшений, статуй и других предметов художественного творчества.

Статуя высотой 32 м, созданная в 290 г. до н. э. в честь бога солнца Гелиоса - Колосс Родосский, была отлита из бронзы и поставлена на самом восточном острове Эгейского моря - Родосе, у входа в порт. В Японии в 749 г. была отлита и помещена в храм Тодайдзи четырехсоттонная статуя Будды. О большом распространении бронзы в искусстве древнего мира можно судить по дошедшим до нас статуям (Дискобол, Спящий сатир, Марк Аврелий и др.). Само слово "бронза" имеет относительно позднее происхождение и связано с названием итальянского торгового городка на берегу Адриатического моря Бридзини, где продавались разнообразные изделия из бронзы.

По мере того как человечество накапливало технический и технологический опыт, наряду с бронзой появились и другие сплавы меди, обладающие различными ценными свойствами. В настоящее время известно большое количество сплавов, которые медь образует с другими элементами: Zn, Sn, Al, Ni, Pb, Mn, Be, Fe, Mg, Hg, Ag, Au, Si. Широкое распространение медных сплавов объясняется тем, что разные группы их имеют разные достоинства. К этим достоинствам можно отнести антифрикционность, коррозийную стойкость, пластичность, хорошие литейные свойства, красивый внешний вид и т. п. Сплавы меди с цинком называются латунями и по составу делятся на красные латуни (меньше 20% Zn), обладающие хорошей текучестью; желтые латуни (20-50% Zn); хрупкие белые латуни (50-80% Zn) и специальные латуни, которые наряду с медью и цинком содержат Ni, Mn, Fe, Sn и Al.

Бронзой раньше называли только сплав меди с оловом. Из-за дефицитности олова сплавы с аналогичными свойствами стали получать, добавляя к меди другие металлы. Теперь, помимо оловянных, широко используются алюминиевые, свинцовые, кремниевые, кадмиевые и другие бронзы. Все эти сплавы содержат небольшие количества легирующих компонентов, которые улучшают те или иные их качества. Из-за большого разнообразия, свойств применение медных сплавов издавна было весьма широким. Из бронзы состава 90% меди и 10% олова отливались артиллерийские орудия. Сплав, состоящий из 76-82 % меди, 16-22 % олова и до 4 % свинца, использовался для отливки колоколов. Из такого колокольного металла сделаны один "часовой" и 10 "четвертных" колоколов Спасской башни Московского Кремля. Эти колокола отлиты в XVII-XVIII вв. и весят: "часовой" - 2160 кг, "четвертные" - от 300 до 350 кг.

Для изготовления художественных изделий пользуются сплавом, содержащим 70-80 % меди, до 10 % цинка, 5-8 % олова и 3 % свинца. Это так называемая художественная бронза. В 1863 г. на одном из островов (Мас-а-Тьерре) в 600 км от побережья Чили была установлена отлитая из художественной бронзы мемориальная доска шотландскому моряку Александру Селкирку - прототипу знаменитого Робинзона Крузо. В Московском Кремле в Успенском соборе находится выполненный в 1625 г. из художественной бронзы шатер ажурного литья - образец высочайшего мастерства русских умельцев. История литья статуй из бронзы в России начинается с эпохи Петра I. В 1714 г, была отлита первая статуя Самсона для фонтана в Петергофе. Труднейшее литье в один прием знаменитого "Медного Всадника" - монумента Петру I, провели по проекту скульптора Э. Фальконе в 1775 г. При Академии художеств в Петербурге в 1764 г. был основан "Литейный дом", в котором выполнялись из бронзы многочисленные предметы для украшения дворцов, а также скульптурные работы.

Производство меди. Медьсодержащие минералы в чистом виде в промышленных масштабах не встречаются. В кусках руд тесно переплетены между собой минералы, содержащие разные элементы. Они срастаются, образуют небольшие вкрапления. Обычно медные руды содержат от 0,5 до 2 % меди. Только в Конго встречаются месторождения, содержание меди в которых доходит до 20 %. Малая концентрация меди в рудах затрудняет ее добычу, и производство меди становится сложным многоступенчатым процессом.

Из сульфидных руд медь добывается, главным образом, пирометаллургическим путем, а из окисленных - гидрометаллургическим. Пирометаллургическим способом в настоящее время получают 75 % всей добываемой меди. Этот способ основан на частичном окислении сернистых руд до оксидов меди, которые восстанавливаются избытком сульфида до металлической меди:

2Сu 2 О + Cu 2 S = 6Cu + SО 2

Малая концентрация меди в рудах, естественно, затрудняет ее извлечение. Поэтому перед тем, как добытую руду пускают на переплавку, ее обогащают - искусственно увеличивают процентное содержание меди. Для того чтобы провести обогащение, руду измельчают до таких размеров, которые позволяют выделить зерна с процентом содержания меди, большим, чем в исходной руде. Затем такие "богатые" зерна отделяют от остальных, используя то обстоятельство, что зерна различного состава обладают различными свойствами. К числу таких свойств относятся: цвет, блеск, масса, электрическая и магнитная восприимчивость, смачиваемость.

Самым распространенным сейчас способом обогащения является флотация (рис. 13). В металлургии флотация применяется, в основном, для отделения сульфидных минералов от пустой породы, а также для разделения частиц руд различных металлов. Метод основан на различии адсорбционных

свойств поверхности частиц сернистых металлов и пустой породы силикатного типа. Флотация медных руд осуществляется следующим образом. К суспензии тонкоизмельченной руды (0,05-0,5 мм) в воде, называемой пульпой, добавляют какое-нибудь полярное органическое вещество с длинной углеводородной цепью - собиратель. Собиратель обладает способностью полярными концами избирательно сорбироваться на поверхности частиц медной руды. При этом его углеводородный конец остается в водной фазе. Таким образом, в результате сорбции поверхность частицы оказывается покрытой и углеводородной "щетко", уменьшает ее смачиваемость. Частицы пустой породы, обладающие полярной поверхностью, смачиваются хорошо.

Далее пульпу при интенсивном перемешивании продувают воздухом, который образует пузырьки. Известно, что неполярные молекулы, помещенные в воду, в первую очередь стремятся расположиться на границе раздела вода - воздух. Точно так же ведут себя неполярные концы собирателя, покрывающие частицу руды. Для них самой доступной границей раздела вода - воздух является поверхность пузырьков. В результате частицы руды прилипают к пузырькам и вместе с ними всплывают на поверхность в виде пены. Пустая же порода - "хвосты" - остается в пульпе. Пену снимают, обезвоживают и получают концентрат, а хвосты сбрасывают в отвал. Полученный концентрат содержит уже до 55 % меди. Это верхний предел. В большинстве случаев после флотации содержание меди в концентрате находится в пределах 11-35 %. Наряду с медью там имеются сера, железо, цинк, оксиды кремния, алюминия, кальция, а также в небольших количествах благородные металлы - золото, серебро, платина. Сульфидные руды часто содержат много пирита, поэтому и в концентрате существенная часть железа и серы приходится на его долю.

Чтобы получить чистую медь, от примесей необходимо избавиться. Это удается сделать не сразу, а в несколько этапов. Первым из них является обжиг концентрата. Концентрат подвергают обжигу для того, чтобы снизить в нем содержание серы. Кроме того, в результате обжига получается оксид серы (IV) в таких концентрациях, что его можно в дальнейшем использовать для производства серной кислоты. Комплексное использование сырья приводит к уменьшению загрязнения атмосферы отходами производства.

Обжиг ведут при температуре 600-700 °С в многоподовых печах. Печь загружают концентратом в смеси с флюсами (кварц, известняк), необходимыми для последующего этапа - выплавки штейна. Во время обжига наряду с окислением серы происходит целый ряд процессов: разложение сложных сульфидов, прямое окисление минерала, образование ферритов примесных металлов и др. Как уже говорилось, в концентрате, подвергающемуся обжигу, содержится значительное количество пирита (40-50 %). Его горение при обжиге, в зависимости от доступа воздуха, описывается уравнениями:

3FeS 2 + 8О 2 = Fe 3 О 4 + 6SО 2 + 2349 кДж

4FeS 2 +11О 2 = 2Fe 2 О 3 + 8SО 2 + 3282 кДж

Эти реакции сопровождаются выделением значительного количества тепла. В результате обжиг проходит самопроизвольно, без затрат топлива. Достаточно только в начале процесса временными топками нагреть шихту до температуры воспламенения сульфидов. В процессе обжига из руды удаляется не вся сера. После обжига в шихте остаются сульфиды меди, железа, устойчивые оксиды - Cu 2 О, Fe 2 О 3 , Fe 3 О4, ZnO, PbO, a также флюсы.

Следующий этап производства меди - выплавка из обожженного концентрата штейна и отделение его от шлака.

Штейн - это сплавы Cu 2 S с FeS с примесями некоторых сульфидов (Zn, Pb, Ni) и оксидов (Fe, Si, Al, Ca)

Содержание меди в штейне колеблется от 10 до 79,9% (чистый Cu 2 S). Шлаки - сплавы силикатов различных металлов. В металлургии меди это, в основном, силикаты железа. Плавка на штейн производится в отражательных печах (рис. 14), куда помещается прошедшая обжиг шихта. Топливом служит угольная пыль, мазут или природный газ. Температура зависит от расстояния, от места ввода топлива и лежит в пределах 1200-1600 °С.

Основным химическим процессом, который происходит на этом этапе, является переход железа в шлак:

FeS + 3F 3 O 4 + 5SiO 2 = 5Fe 2 SiO 4 + SO 2

Часть сульфида железа расходуется на обменную реакцию с оксидом меди:

Cu 2 O + FeS=Cu 2 S + FeO

FeO в присутствии кварца также связывается в силикат. Жидкие сплавы сульфидов и силикатов взаимно нерастворимы и различаются по плотности. Это обстоятельство используется для их разделения. Шлак располагается в верхнем слое, нижний - сплав сульфидов Cu 2 S·FeS - штейн. Их разделяют, выпуская по мере накопления через расположенные на разных уровнях специальные выпускные отверстия.

Само слово штейн происходит от немецкого слова - камень. Это связано с тем, что застывший сплав сульфидов меди и железа внешне очень похож на камень. Дальнейшая переработка штейна производится в продуваемом воздухом конверторе и целью своей имеет уже получение черновой меди. В конвертор заливают жидкий штейн (температура 1200 °С), туда же загружают измельченный (6-20 мм) кварц. В продувке воздуха через штейн можно выделить два этапа, отличающиеся химизмом происходящих в них процессов. На первом окисляется сульфид железа и образуется шлак:

2FeS+3О 2 + SiО 2 = Fe 2 SiО 4 +2SО 2 +966кДж

Эта реакция является основным источником тепла для конверторных процессов.

Оксид меди (I), который также получается на этом этапе:

Cu 2 S + О 2 =Cu 2 О + SО 2

сразу же переводится обратно в сульфид по реакции:

Cu 2 О + FeS = Cu 2 S + FeO

Далее FeO, связываясь с кварцем, переходит в шлак. Накопившийся шлак сливают через горловину, наклоняя конвертор. После слива шлака в конвертор загружают новую порцию штейна и процедуру продувки повторяют до тех пор, пока в конверторе не накопится достаточного количества богатого медью расплава. Таким образом на этом этапе продувки происходит отделение железа от меди: железо удаляется со шлаком, медь остается в конверторе в виде расплава.

На втором этапе из расплава сульфида меди получают металлическую медь. После окисления железа и слива шлака окислению в конверторе подвергается Cu2S:

2Cu 2 S + 3О 2 = 2Cu 2 О + 2SО 2

Так как в отличие от первого этапа в реакционной среде отсутствует сульфид железа, оксид меди реагирует уже с избытком сульфида меди. В результате получается черновая медь:

Cu 2 S + 2Cu 2 О = 6Cu + SО 2

Суммарно процесс, происходящий в конверторе на втором этапе продувки, можно описать следующей реакцией:

Cu 2 S + О 2 = 2Cu + SО 2 + 215 кДж

Черновая медь, слитки которой называют штыками (от немецкого Stück - штука), содержит 1 % примесей (Fe, S, О 2 , As, Ni, Zn и др.) и, кроме того, включает все примеси благородных металлов, которые Содержались в исходной руде и флюсах. Многие примеси ухудшают механические свойства металла, снижают его электрическую проводимость, делают менее пластичным. Для того чтобы избавиться от примесей, а также извлечь представляющие ценность благородные металлы, черновую медь подвергают очистке - рафинированию.

Рафинирование осуществляют двумя способами: огневым (вдувание воздуха при температуре 1150°С) и электролитическим. Первым способом удается избавиться от примесей путем перевода их в нерастворимые в меди оксиды:

4Cu + О 2 = 2Cu 2 О

Me + Cu 2 О = MeO + 2Cu

Оксиды примесей всплывают на поверхность и шлакуются кварцевым флюсом. Образующийся оксид меди (I) восстанавливается продуктами сухой перегонки дерева. Для этого в печь, где проводится рафинирование, после удаления шлаков вводят сырое дерево (жерди, бревна). Выделяющиеся пары воды и углеводороды, перемешивая медь, способствуют удалению из нее газов и переводят в металлическую медь:

4Сu 2 О + СН 4 = СО 2 + 2Н 2 О + 8Сu

Однако огневой способ не позволяет извлечь из меди благородные металлы. Это удается сделать, подвергая медь электролитическому рафинированию. Смысл его заключается в анодном растворении очищаемой меди и высаживании чистой меди на катоде. Для этого из меди, прошедшей предварительную очистку огневым способом, отливают аноды. Они имеют особую форму, удобную для подвешивания (рис. 15). Их масса 250-320 кг. В качестве катодов используют листы чистой меди. Электроды помещают в электролитической ванне, представляющей собой обложенные свинцовыми пластинами бетонные чаны, наполненные соответствующим раствором и серной кислотой. Ванны имеют несколько метров в длину (от 3 до б м) и содержат до сотни электродов. Из соображений экономии ванны соединяют между собой в блоки (рис. 16). При пропускании через такую систему тока на катодах выделяется чистая медь:


а аноды растворяются:


При этом примеси, содержащиеся в медном аноде, в зависимости от их свойств либо переходят в электролит (Zn, Fe, Sn, Ni), либо выпадают в осадок (Ag, Au, Pt), откуда их потом извлекают. Процесс растворения анодов продолжается около 20 суток. Катоды меняют через 6-8 суток. Их извлекают, сушат, переплавляют и разливают медь в слитки. Чистота получаемой электролитическим способом меди достигает 99,95-99,96 %.

Как мы видим, процесс добычи меди из руд состоит из нескольких этапов. Цель каждого из них - отделение меди от сопутствующих примесей. Иногда в зависимости от качества руды, технических возможностей, экономических соображений из производства исключают флотацию или обжиг концентрата. Несколько отличаются на разных заводах условия производства. В самом общем виде схема выплавки меди пирометаллургическим способом изображена на рис. 17. Химические процессы этого способа можно описать суммарной реакцией:

2CuFeS 2 + 5О 2 + SiО 2 = 2Cu + Fe 2 SiО 4 + 4SО 2

Характерной особенностью пирометаллургии является использование высоких температур.

Гидрометаллургический способ, которым сейчас добывают около 25 % всей меди, не связан с использованием высоких температур. Этот способ применяют для извлечения меди главным образом из бедных окисленных руд, но он также может быть использован и для переработки сульфидных и смешанных руд. В ходе гидрометаллургической переработки меди ее труднорастворимые соединения переводятся в растворимые действием различных реагентов. Такими реагентами могут быть: H 2 SО 4 , NH 4 OH, NaCN, Fe 2 (SО 4) 3 . Затем из раствора медь извлекают тем или иным способом. Например, обработка руды, содержащей медь в виде оксида СиО, разбавленной серной кислотой переводит медь в раствор в виде сульфата:

CuO + H 2 SО 4 = CuSО 4 + H 2 О

Извлечь медь из полученного раствора можно электролизом или вытеснением с помощью железа:

CuSО 4 + Fe = Cu + FeSО 4

Преимуществом гидрометаллургического метода является то, что получать металлы можно, не извлекая руду на поверхность. В настоящее время этот метод является весьма перспективным.

Естественно, что за многие тысячелетия, которые насчитывает металлургия меди и медных сплавов, менялись задачи, стоявшие перед металлургами, менялись условия труда, совершенствовалась технология, менялась область применения продуктов производства.

Цель. Расширить и углубить знания учащихся о металлах, сформировать у них интерес к химии, умение работать с дополнительной литературой, развивать мышление, обосновывать выводы, развивать коммуникативные способности, формировать мировоззренческие понятия.

Оформление. Таблица “Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева”; коллекция некоторых металлов и сплавов, проектор, экран для мультимедийной презентации.

Вступление ведущего.

1-я страница - “Великий труженик”. (Железо).

2-я страница - “Древнейший и заслуженный”. (Медь).

3-я страница - “Серебряная вода”. (Ртуть).

4-я страница - “Погубивший Рим”. (Свинец).

5-я страница - “Металл, болеющий... чумой”. (Олово).

6-я страница - “Мерило стоимости”. (Серебро).

7-я страница - “Царь металлов - металл царей”. (Золото).

Действующие лица.

Ученики-докладчики.

Ведущий. Много веков металлы верно служат человеку, помогая ему покорять стихию, овладевать тайнами природы, создавать замечательные машины и механизмы.

Богат и интересен мир металлов. Среди них встречаются старые друзья человека: медь, железо, свинец, ртуть, золото, серебро, олово. Эта дружба насчитывает уже тысячи лет. Но есть и такие металлы, знакомство с которыми состоялось лишь в последние десятилетия.

Еще в глубокой древности человеку были известны семь металлов. Семь металлов древности соотносили с семью известными тогда планетами и обозначали символическими значками планет. Знаки золота (Солнца) и серебра (Луны) понятны без особых пояснений. Знаки же других металлов считались атрибутами мифологических божеств: ручное зеркало Венеры (медь), щит и копье Марса (железо), трон Юпитера (олово), коса Сатурна (свинец), жезл Меркурия (ртуть).

Семь металлов создал свет,
По числу семи планет.
Дал нам космос на добро
Медь, железо, серебро,
Злато, олово, свинец.
Сын мой, сера – их отец.
И спеши, мой сын, узнать:
Всем им ртуть – родная мать.

Свойства металлов чудесны, разнообразны. Ртуть, например, не замерзает даже на морозе, а вольфрам не боится самых жарких объятий пламени. Литий мог бы быть отличным пловцом: ведь он вдвое легче воды и при всем желании не сможет утонуть, а осмий - чемпион среди металлов-тяжеловесов - камнем пойдет ко дну. Серебро “с удовольствием” проводит электрический ток, а у титана явно “не лежит душа” к этому занятию: его электропроводность в 300 раз ниже, чем у серебра. Железо мы встречаем на каждом шагу, а гольмий содержится в земной коре в таких мизерных количествах, что даже крупицы этого металла стоят баснословно дорого: чистый гольмий в несколько сот раз дороже золота.

Но как ни различны свойства этих элементов, их роднит то, что все они принадлежат к одной большой семье металлов. Сегодня мы познакомимся лишь с некоторыми из них - старыми друзьями человека.

Откроем 1-ю страницу нашего журнала. Она называется “Великий труженик”.

Как важен этот нам металл,
В металлургии он одним из главных стал.
Знаком с железом даже древний человек:
Когда-то до нашей эры начался
И продолжается сейчас железный век.
Ведь до сих пор использует успешно железо
Наш современный человек.
Руда железная нам издавна известна
И выплавкой могучей стали интересна.
Сегодня железо - от транспорта до тонкой техники,
От иголки и до космических кораблей –
Во многих областях металла нет нужней.
А в организме важен нам белок гемоглобин,
За перенос О 2 ведь отвечает он один,
Без кислорода жизни нет на свете –
Об этом знают даже маленькие дети.

1-й ученик. А задумывался ли кто-нибудь из вас, что было бы, если все железо исчезло на земле и не осталось бы ни одного грамма этого элемента?

“...На улицах стоял бы ужас разрушения: ни рельсов, ни вагонов, ни паровозов, ни автомобилей... не оказалось бы, даже камни мостовой превратились бы в глинистую труху, а растения начали бы чахнуть и гибнуть без живительного металла.

Разрушение ураганом прошло бы по всей земле, и гибель человечества сделалась бы неминуемой. Впрочем, человек не дожил бы до этого момента, ибо, лишившись трех граммов железа в своем теле и в крови, он бы прекратил свое существование раньше, чем развернулись бы нарисованные события. Потерять все железо - пять тысячных процента своего веса - было бы для него смертью!” Эту картину нарисовал академик А.Е. Ферсман.

Ученые предполагают, что первое железо, попавшее в руки человека, было метеоритного происхождения. Не случайно на некоторых древних языках железо именуется “небесным камнем”. Уже в древности из этих небесных тел, поскольку они были прочными и твердыми, изготавливались различные предметы. Изменялась и стоимость железа. Когда начался железный век, этот металл ценился дороже золота. В “Одиссее” говорится, что победителю игр, устроенных Ахиллесом, была назначена награда: кусок золота и кусок железа. Но с развитием металлургии стоимость железа неуклонно снижалась, а его роль в жизни человеческого общества все больше возрастала. Очевидно, железный век длится и по сей день, т.к. более 90% всех используемых человеком сплавов – это сплавы на основе железа. Одной из самых почетных профессий во все времена считалась профессия кузнеца. Чистое железо способно быстро намагничиваться и размагничиваться, поэтому его применяют для изготовления трансформаторов, электромоторов, мембран микрофонов. Основная масса железа используется в виде сплавов – чугуна и стали.

Железо – это биогенный элемент. Оно играет важную роль в жизни практически всех организмов, за исключением некоторых бактерий. При недостатке железа в растениях понижается образование хлорофилла, что нарушает процесс фотосинтеза. Железо входит в состав гемоглобина, миоглобина, различных ферментов и других сложных белковых комплексов, которые находятся в печени и селезенке. Железо стимулирует функцию кроветворных органов. В организм железо поступает вместе с пищей. У человека и животных при недостатке железа развивается анемия (малокровие). Как правило, поступающего с пищей железа вполне достаточно, но в некоторых случаях (анемия, а также при донорстве крови) необходимо применять железосодержащие препараты и пищевые добавки (гематоген, ферроплекс).

Ведущий. От металла-труженика перейдем ко 2-й странице устного журнала, она называется “Древнейший и заслуженный”. Речь пойдет о красном металле - меди.

2-йученик.С медью человек познакомился примерно 6-7 тыс. лет тому назад, когда полированный камень с хорошо приделанной рукояткой стал заменяться орудием из меди, а затем и из бронзы. Знакомство человека с медью и бронзой ознаменовано в истории культуры человеческого общества началом медного и бронзового века. Богатые месторождения меди находятся на Урале, в Казахстане, Закавказье, Сибири, Заполярье, США, Чили, Перу, Канаде, ЮАР, Замбии. Несметные сокровища волшебных камней-самоцветов таят в себе недра седого Урала. Но, пожалуй, ни с одним из них не связано столько легенд и сказаний, как с малахитом. Воспетый П.П. Бажовым, этот чудесный, зеленый камень с неповторимым узором золотые руки мастеров-камнерезов превращали в изумительные по красоте изделия.

Быть может, не все знают, что малахит является одним из минералов меди - металла, с которым неразрывно связана вся история цивилизации.

Пластичная красавица, с трудом она расплавится,
Имеет желто-красный цвет
И знает сплавов главных рецепт,
И в медный век, и в бронзовый –
С давних пор медь – госпожа,
Дана для памятников и скульптур
Она на долгие года.

Медь – главный металл электротехники. Около 50% получаемой меди используется в электротехнической промышленности, остальная медь применяется в машиностроительном деле, для изготовления химической аппаратуры (холодильники, вакуум-аппараты, котлы, змеевики и т.д.), расходуется на изготовление сплавов на базе цветных и черных металлов, синих и зеленых красок, препаратов для борьбы с вредителями сельского хозяйства и в медицине.

В XII и XIII вв. в России медь потреблялась главным образом на изготовление колоколов, монет, домашней утвари, а несколько позднее – в кораблестроении и пушечном деле. Русские мастера достигли изумительных успехов. Знаменитый Царь-колокол, отлитый из бронзы Иваном Федоровичем и Михаилом Ивановичем Маториными, весил 12327 пудов. Вес этого колокола был в 3 раза больше веса колокола, находившегося в Киото (Япония), и почти в 4 раза больше пекинского колокола, которые считались в то время самыми большими в мире.

Другим ярким историческим примером, свидетельствующим о широком использовании бронзы в средние века, является Царь – пушка, отлитая в 1586 г. Она сохранилась до наших дней и поражает своими размерами: диаметр ствола – 89 см, общая длина – свыше 5 м, вес – 2400 пудов. Творцом этой замечательной пушки был русский литейщик Андрей Чохов.

А знаете ли вы, что из представителей животного мира наибольшие количества меди содержат осьминоги, каракатицы, устрицы и некоторые другие моллюски. В крови ракообразных и головоногих медь играет ту же роль, что железо в крови других животных.

У человека медь содержится главным образом в мозге и печени. Ежедневная потребность человеческого организма - примерно 0,005 г этого элемента. При недостаточном поступлении меди с пищей у человека развивается малокровие, появляется слабость. При соприкосновении с кожей медь снимает воспалительные процессы, успокаивает боль, оказывает местное бактерицидное воздействие, стимулирует защитные силы организма, помогает избежать инфекционных заболеваний и рассасывает доброкачественные опухоли. Также медь хорошо действует на сердечно-сосудистую систему, предупреждает тромбофлебит и излечивает многие хронические болезни. В Сирии и Египте новорожденным для профилактики рахита и эпилепсии надевают медные браслеты.

Иду на мелкую монету,
В колоколах люблю звенеть,
Мне ставят памятник за это
И знают: имя мое – медь!

Ведущий. Давно стал достоянием истории медный век, но человек не расстается с медью - своим старым и преданным другом. А мы перейдем к 3-й странице устного журнала, которая называется “Серебряная вода”.

2-й ученик. Свыше двухсот лет назад Ломоносов дал простое и ясное определение понятия “металл”. Он писал: “Металлы - тела твердые, ковкие, блестящие”. Лишь один металл является исключением из общего правила, он находится и жидком состоянии. Вы, конечно, догадались, что это ртуть? Название “серебряная вода” - это перевод латинского названия ртути - гидраргирум.

Ртуть - самая тяжелая из всех известных жидкостей: ее плотность 18,6 г/см 3 . Это значит, что литровая бутылка ртути весит больше, чем ведро с водой (больше 13 кг).

Ртуть известна еще с древних времен. Мало распространена в природе, в основном встречается в виде минерала киновари. Древние китайцы называли главную руду ртути киноварь “кровью дракона”. Ртуть играла видную роль у алхимиков в их безнадежных поисках способа превращения неблагородных металлов в золото, они называли ртуть меркурием.

Ртуть испаряется при комнатной температуре, пары ее очень ядовиты! Поэтому следует соблюдать особую осторожность при работе с ртутью и ртутными приборами, особенно термометрами. Ее используют для изготовления барометров, манометров и специальной научной аппаратуры. Сплавы ртути с другими металлами называются амальгамами. Амальгамы серебра, золота и олова применяются в стоматологии. Ртуть используется как катализатор в органическом синтезе, для производства ламп дневного света, кварцевых ртутных ламп и т.д. Широкое применение находят соединения ртути: цианат ртути (гремучая ртуть) – как взрывчатое вещество для детонаторов; иодид ртути – в качестве бактерицидного вещества; сульфид ртути (киноварь) – как краска красного цвета; хлорид ртути (I) (каломель) – для изготовления каломельного электрода и как катализатор; хлорид ртути (II) (сулема) – как дезинфицирующее вещество в медицине, в сельском хозяйстве для протравливания семян, в фотографии, для крашения тканей, как катализатор в органическом синтезе и т.д. (Сулема – сильнейший яд!)

Ведущ и й. Познакомившись с “серебряной водой”, мы откроем 4-ю страницу, которая называется “Погубивший Рим”.

4-й ученик. Всем известно, что Рим спасли гуси. Бдительные птицы своевременно заметили приближение неприятельских войск и резкими криками сигнализировали об опасности. А вот что погубило Рим?

Некоторые американские ученые-токсикологи считают, что в падении Рима повинно отравление жителей свинцом. По их мнению, использование посуды, оправленной в свинец, и свинцовых косметических средств обусловило быстрое вымирание римской аристократии, средняя продолжительность жизни которой не превышала 25 лет. Люди же низших сословий, хоть и не имели дорогой посуды, пользовались знаменитым водопроводом, трубы которого были сделаны из свинца.

Разумеется, не только свинец был виноват в том, что империя чахла, существовали более серьезные причины. И все же доля истины в рассуждениях американских ученых есть: обнаруженные при раскопках останки древних римлян содержат большие количества свинца.

Свинец используют для изготовления защитных оболочек электрических кабелей, оборудования для производства серной кислоты. Сплавы свинца идут на изготовление подшипников, аккумуляторов, применяют как основу для изготовления типографского металла. Свинец хорошо поглощает гамма-излучение и используется для защиты от него при работе с радиоактивными веществами (свинцовые экраны и т.д.).

Широкое применение находят оксиды свинца: оксид свинца (II) PbO – для изготовления ячеек аккумуляторных пластин, некоторых сортов свинцового стекла; Pb 3 O 4 – сурик – в стекольной промышленности, как пигмент при приготовлении масляных красок, защищающих железные и стальные конструкции от коррозии; диоксид свинца PbO 2 – в свинцовых аккумуляторах.

Разнообразно применение различных солей свинца: основной карбонат свинца – свинцовые белила – как белый пигмент в производстве красок; хромат свинца – желтый крон – в качестве пигмента; тетраэтилсвинец – добавляют к бензину для предотвращения детонации в автомобильных двигателях.

Ведущий. А знаете ли вы, что вплоть до XVII в. свинец нередко путали с оловом? Олово называли Plumbum album (свинец белый), а свинец - Plumbum nigrum (свинец черный). Сколько интересных историй связано с оловом! Давайте откроем 5-ю страницу устного журнала, которая посвящена олову и называется “Металл, болеющий... чумой”.

5-й ученик. В 1910 г. английский полярный исследователь капитан Роберт Скотт снарядил экспедицию, целью которой было достичь Южного полюса. Много трудных месяцев передвигались отважные путешественники по снежным пустыням антарктического материка, оставляя на своем пути небольшие склады с продуктами и керосином - запасы на обратную дорогу.

В начале 1912 г. экспедиция, наконец, достигла Южного полюса, но оказалось, что на месяц раньше здесь побывал норвежский путешественник Р. Амундсен. Однако главная беда поджидала Р. Скотта на обратном пути. На складах, которые они оставили, не оказалось керосина, он весь вытек. Продрогшим людям нечем было согреться и неначем было приготовить пищу. Вскоре Роберт Скотт и его друзья погибли. В чем же крылась причина исчезновения керосина? Почему тщательно подготовленная экспедиция закончилась трагически? Причина оказалась простой: жестяные банки с керосином были запаяны оловом, а на морозе олово “заболевает”: блестящий металл превращается в серый порошок. Это явление, называемое “оловянной чумой”, и сыграло роковую роль в судьбе экспедиции.

Олово широко применяется для нанесения защитных покрытий (лужения) на железо, иногда на медь и др. 40% олова используется для покрытия им изделий из железа, соприкасающихся с продуктами питания, например, консервных банок. Олово рекомендуется для лечения диабета, астмы, респираторных инфекций, анемии, а также кожных, легочных заболеваний и болезней, связанных с застаиванием жидкости в организме.

Большое количество олова используется в виде сплавов с другими металлами. Основной сплав олова с медью – бронза, известный еще с древних времен. Из бронзы отливают памятники. Сплав олова с сурьмой и медью идет на изготовление подшипников, сплав олова со свинцом применяется для пайки в качестве припоя, сплав, состоящий из 75% олова и 25% свинца, идет на изготовление оловянной посуды. Сульфид олова SnS 2 используют как краску для позолоты дерева (сусальное золото).

Ведущий. Иногда олово называют за серебристо-белый цвет и блеск “соперником серебра”. Вот и книга об олове так и называется “Соперник серебра”. Теперь мы познакомимся с самим серебром - одним из представителей благородных металлов. Следующую, 6-ю страницу назвали “Мерило стоимости”.

6-й ученик. Знаете ли вы, как и когда родился на свет рубль? Рубль появился в XIII в. - удлиненный брусок серебра, весивший примерно 200 г. Предполагают, что из серебра отливали длинный и узкий слиток, а затем зубилом рубили его на части - гривны. Эти гривны и называли рублевыми, или просто рублями. Позднее стали чеканить деньги, а в XVI в. была создана единая для всего Русского государства денежная система. В то время в России ходили серебряные деньги. Серебра своего не было, его закупали за границей (русские монеты отливали из иностранных монет). Серебро издавна применяли и в ювелирном деле: из него изготовляли пудреницы, портсигары, табакерки, чайные и столовые сервизы и другие предметы роскоши.

С тех пор как в 1839 г. французский художник и изобретатель JI.Ж. Дагер разработал способ получения изображения на светочувствительных материалах, серебро неразрывно связало свою судьбу с фотографией. С середины XIX в. и по сей день серебро используется для производства зеркал. Многие применения серебра связаны с тем, что оно “самый-самый” металл: самый тепло- и электропроводный, имеющий самый высокий металлический блеск, один из самых пластичных.

Серебром покрывают поверхность электрических контактов в радиоприемниках, телевизорах, музыкальной и видеоаппаратуре. Серебро используется в качестве катализатора в органическом и неорганическом синтезе. Ионы серебра уничтожают бактерии и даже в незначительной концентрации стерилизуют питьевую воду. В медицине используют коллоидные растворы серебра, стабилизированные специальными добавками, - колларгол, протаргол и др., оказывающие эффективное антисептическое действие – для дезинфекции слизистых оболочек. По индийской традиции, тонкие полоски серебра постоянно употребляют с пищей для предупреждения кишечных инфекций.

Из-за своей мягкости серебро применяют в основном в виде сплавов: сплавы с медью применяют для изготовления ювелирных изделий, монет, лабораторной посуды; сплав с никелем – для изготовления серебряно-никелевых аккумуляторов.

Разнообразно использование солей серебра: нитрат серебра – ляпис – в производстве фотоматериалов, для изготовления зеркал, в гальванотехнике, в медицине, для изготовления несмываемых чернил.

А знаете ли вы, что название одной из стран Южной Америки - Аргентины - связано с серебром? Что в XVIII в. ходили фальшивые деньги, которые были ценнее настоящих, так как содержали больше серебра, чем государственные.

Быть символом не каждому дано,
Но именем моим не без причины
Назвали руки, дождь, тельца, руно,
Сечение и мнений середину.
И в честь меня был назван даже век,
Когда был очень счастлив человек.
Что нынче в имени моем? А встарь
Считали все, что я – металлов царь.

И последний металл, с которым тесно связана история развития человечества, - золото. 7-я страница устного журнала называется “Царь металлов - металл царей”.

7-й ученик. Золото! Ни один другой металл не играл столь зловещей роли в многовековой истории человечества. За право владеть им велись кровопролитные войны, уничтожались целые государства и народы, совершались тяжкие преступления. Много горя, страданий и мук принес людям этот красивый желтый металл... История золота - это история цивилизации. Первые крупицы этого металла попали в руки людей несколько тысячелетий назад, и тогда же он был возведен человеком в ранг драгоценного.

Средние века ознаменовались пышным расцветом алхимии, ставшей повальным увлечением, которому отдавались и стар, и млад. Попытки превратить в золото другие металлы предпринимались с давних пор, но никогда прежде они не носили столь массового характера.

Чистое золото очень мягкий и пластичный металл. Кусочек его величиной со спичечную головку можно вытянуть в проволоку длиной более трех километров или расплющить в прозрачный голубовато-зеленый лист площадью 50 м 2 . Если царапнуть ногтем по чистому золоту, на нем останется след. Поэтому золото, идущее на ювелирные изделия, обычно содержит добавки меди, серебра, никеля и других металлов, придающих ему прочность.

Одно из самых важных свойств золота - исключительная химическая стойкость. На его не действуют ни кислоты, ни щелочи. Лишь грозная “царская водка” способна растворить золото. Купола церквей золотили из-за химической стойкости и простоты механической обработки золота. Современная космическая техника использует контактные сплавы золота с палладием, платиной, вольфрамом, цирконием и т.д. Золото и его сплавы стали конструкционным материалом не только для миниатюрных радиоламп и контактов, но и для гигантских ускорителей элементарных частиц. Золото в сплавах с серебром или медью применяется для изготовления зубных протезов. В медицинской практике применяются органические и неорганические соединения золота, радиоактивные изотопы золота для лечения ряда заболеваний, в том числе и онкологических.

Этот драгоценный металл улучшает эластичность кожи, замедляет ее старение. Золото входит в состав препаратов, которыми лечат кожные болезни, артриты, а также другие ревматические и аутоиммунные заболевания. Медики объясняют, что золотосодержащие лекарства блокируют белок, который отвечает за эти болезни. Для сохранения молодости золото применяется и в пластической хирургии.

Ведущий. Таким образом, сегодня мы с вами познакомились с областями применения, основанными на важнейших свойствах металлов, интересными историями, связанными с ними.

Итак, давайте еще раз посмотрим, о каких металлах сегодня мы вели разговор.

Медь, серебро, золото, железо, свинец, олово и ртуть – это те металлы, с которыми древний человек познакомился раньше других.

Конечно, сейчас на нашей планете с металлами могут конкурировать пластмассы, но, несмотря на это, роль металлов в важных областях промышленности, а также жизнедеятельности человека никогда не уменьшится.

Металлы разные на свете,
И знать о них должны и взрослые, и дети.
Одни здоровье и покой наш берегут,
Другие к могуществу страну ведут…
Везде металлы на планете: и там, и тут,
И новые истории о них вас ждут…

(Внеклассное мероприятие сопровождается показом презентации)

Литература

  1. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. – М.: “АСТ-ПРЕСС”, 2002. - 560 с.
  2. Енякова Т.М. Внеклассная работа по химии. – М.: Дрофа, 2005. – 173 с.
  3. Ивич А. 70 богатырей. – М.: “Детская литература”, 1986.
  4. Популярная библиотека химических элементов. – М.: Издательство “Наука”, 1977. 2 т.
  5. Химия. Справочник школьника. – М.: Филологическое общество “Слово”, 1995.
  6. Геригановская Е.В. Путешествие по стране “Металлы” // Химия, № 4-2012, с. 39-40.
  7. Данина Е.Н. Металлы на страже здоровья.// Химия, №12-2010, с. 45-46.
  8. Ледовская Е.М. Урок

Презентация по химии

на тему:

Семь доисторических металлов

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

Создатели

  • Васильев Евгений
  • Катцин Олег

Цели и задачи исследования

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

Цитата по теме исследований

  • Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - основа современной химии. Они относятся к таким научным закономерностям, которые отражают явления, реально существующие в природе, и поэтому никогда не потеряют своего значения.
  • Их открытие было подготовлено всем ходом истории развития химии, однако потребовалась гениальность Д. И. Менделеева, его дар научного предвидения, чтобы эти закономерности были сформулированы и графически представлены в виде таблицы.
  • Олимпиодр (VI в.), греческий философ и астролог, профессор Александрийской школы. Он соотнес 7 планет древности с 7 металлами и ввел обозначение этих металлов символами планет (Золото-Солнце, Серебро-Луна, Ртуть-Меркурий, Медь-Венера, Железо-Марс, Олово-Юпитер, Свинец-Сатурн).
  • Термин "металл" произошёл от греческого слова metallon (от metalleuo - выкапываю, добываю из земли). По алхимическим представлениям, металлы зарождались в земных недрах под влиянием лучей планет и постепенно крайне медленно совершенствовались, превращаясь в серебро и золото. Алхимики полагали, что металлы - вещества сложные, состоящие из "начала металличности" (ртути) и "начала горючести" (серы).

Введение

Золото (лат.Aurum)

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

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

Серебро (лат. Argentum)

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

Медь (лат. Cuprum)

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

Медная сковорода, ок.3000г до н.э.

«Медный всадник». Санкт-Петербург.

Железо (лат.Ferrum)

  • Железо можно назвать главным металлом нашего времени. Это химический элемент очень хорошо изучен. Тем не менее ученые не знают, когда и кем открыто железо: слишком давно это было. Использовать железные изделия человек начал еще в начале I тысячелетия до н.э. На смену бронзовому веку пришел железный. Металлургия железа на территории Европы и Азии начала развиваться еще в IX-VII в.в. до н.э.
  • Первое железо, попавшее в руки человека, вероятно, неземного происхождения. Ежегодно на Землю падает больше тысячи метеоритов, часть их железные, состоящие в основном из никелистого железа. Самый большой из обнаруженных железных метеоритов весит около 60 т. Он найден в 1920 г. В юго-западной части Африки. У «небесного» железа есть одна важная технологическая особенность: в нагретом виде этот металл не поддается ковке, ковать можно лишь холодное метеоритное железо. Оружие из «небесного» металла долгие века оставалось чрезвычайно редким и драгоценным.
  • Железо- металл войны, но это и важнейший металл мирной техники. Из железа, как полагают ученые, состоит ядро Земли, и вообще на Земле это один из самых распространенных элементов. На Луне железо найдено в больших количествах в двухвалентном состоянии и самородное. В таком же виде железо существовало и на Земле, пока на ней восстановительная атмосфера не сменилась на окислительную, кислородную. Еще в глубокой древности было открыто замечательное явление – магнитные свойства железа, которые объясняются особенностями строения электронной оболочки атома железа. В древности железо ценилось очень высоко.
  • Основная масса железа находится в месторождениях, которые можно разрабатывать промышленным способом. По запасам в земной коре железо занимает 4 место среди всех элементов, после кислорода, кремния и алюминия. Намного больше железа в ядре планеты. Но это железо недоступно и вряд ли станет доступным в обозримом будущем. Больше всего железа – 72,4% - в магнетите. Крупнейшие в СССР железорудные месторождения – Курская магнитная аномалия, Криворожское железорудное месторождение, на Урале (горы Магнитная, Высокая, Благодать), в Казахстане – Соколовское и Сарбайское месторождения.
  • Железо – блестящий серебристо-белый металл, его легко обрабатывать: резать, ковать, прокатывать, штамповать.

Древние предметы из железа,бронзы,

меди датированы 1300г. до н.э.

Ртуть (лат. Hydrargyrum)

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

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

Олово (лат. Stannum)

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

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

Свинец (лат. Plumbum)

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

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

Список литературы

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

О.БУЛАНОВА

Одним из первых металлов, которые человек стал в быту, стала медь. Медь, золото, серебро, железо, олово, свинец и ртуть принято называть доисторическими металлами – потому что они были известны человеку с древнейших времен. Однако роль меди в становлении человеческой культуры особенна.

Как известно, сначала был каменный век, названный так на основании материала, из которого делались орудия труда. Следующий за ним – медный век. Т.е. медь – металл, “укрощать” который человечество научилось прежде всего.

Но не везде процесс перехода от каменного века к медному происходил одновременно. Коренное население Америки, например, сделало этот переход лишь в XVI в., т.е. всего чуть больше четырехсот лет назад.

А в древнем Египте медный век наступил в IV тыс. до н.э.: ортодоксальная египтология считает, что каменные глыбы, из которых примерно 5 тысяч лет назад была сложена 147-метровая пирамида Хеопса, добыты и обтесаны медным инструментом… С этим можно спорить, но факт, что египтяне знали медь в те далекие тысячелетия, подтверждается обнаружением в раскопках мелких и крупных изделий из меди, а также орудий труда.

Подобно золоту и серебру, медь иногда образует самородки. По-видимому, именно из них и были сделаны в Египте эти вещи. Впрочем, в других местах земного шара изделия из самородковой меди были известны еще 10 тысяч лет назад.

На эти самородки наши предки, скорее всего, набрели чисто случайно, когда искали себе подходящие камни – чтобы сделать орудия труда. Они обратили внимание на серо-зеленые и красно-зеленые кусочки непонятной породы. Их находили на берегах рек, скальных обрывах. В те времена человеку были доступны только красная медная руда (куприт), медный блеск и медный колчедан. Сначала эти самородки использовались человеком так же, как и обычные камни, т.е. их подвергали минимальной обработке.

Вскоре древние люди заметили, что обработав медь каменным молотком, можно существенно повысить ее твердость и из нее будут получаться хорошие инструменты. Так зародился прообраз холодной ковки. Чуть позднее был открыт и секрет плавления меди, когда металл, попав в костер и остыв, сохранял новую форму.

Для отлива простых инструментов и оружия из меди использовали сделанные из подручных средств примитивные формы. Из меди отливали также украшения.

Распространению меди способствовала – кроме способности к холодной ковке – и относительная простота выплавки из богатых руд, а также мягкость. С одной стороны, это плохо – камень намного тверже меди. Но зато благодаря мягкости медь хорошо поддается изгибу и заточке. Так что за медной рудой была объявлена настоящая охота.

Как оказалось, встретить медную руду было не так и просто. На территориях, где обнаруживались ее залежи, организовывалась добыча, строились рудники и шахты. Даже в древности добыча меди велась в крупных масштабах, что было обусловлено большим спросом на этот металл.

Так, некоторые медные шахты производили ее добычу на глубине 100 м, удаляясь от основанного ствола на расстояние до нескольких километров. Перед шахтерами того времени стояли проблемы, аналогичные современным. Нужно было укреплять потолок штолен, вентилировать и освещать туннели, решать проблемы, связанные с подъемом руды наверх. В качестве подпорок для укрепления сводов использовали деревянные брусья и бревна. Плавление производили тут же рядом с шахтами, в толстостенных печах, сделанных из глины.

В Египте добывать медь стали из ее окисных руд – бирюзы, малахита и др. Руды плавили в примитивных горнах с применением дутья при 1083 градусах по Цельсию. Т.е. медь – относительно легкоплавкий металл, о работе таким же путем с железом, температура плавления которого составляет 1530 градусов, не могло быть и речи.

Около III-II вв. до н.э. выплавка меди производилась в широком масштабе не только в Египте, но и в Месопотамии, на Кавказе и Закавказье и в других странах древнего мира. Огромное количество древних медных и позднее бронзовых изделий, обнаруживаемых археологами, заставляет сомневаться в том, что медь выплавлялась только из окисных руд. Более поздние источники свидетельствуют об использовании для добычи меди сернистых руд.

Например, в сочинении Теофила “О различных искусствах” описывается предварительная операция обработки руды – окислительный обжиг кусков руды на кострах (выжигание серы).

История меди продолжалась вместе с развитием человечества. Усложнились плавильные процессы. Для литья стали использовать специальные печи, позволяющие добиваться высокой температуры плавления.

Медный век с течением времени сменился бронзовым, который длился вдвое дольше – около двух тысяч лет. Бронза – это сплав меди, обычно с оловом, но к бронзам также относят медные сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и др., за исключением цинка (это латунь) и никеля (это мельхиор).

Любопытно, что в Греции культура меди зародилась позже, чем в Египте, а бронзовый век наступил раньше. А все дело в том, что руда, из которой выплавляли медь египтяне, не содержала олова. Грекам в этом отношении повезло больше, они добывали “оловянный камень” иногда там же, где и медную руду.

Открытие бронзы произошло, по-видимому, случайно, однако большие твердость и плотность, а также относительная легкоплавкость позволили бронзе быстро вытеснить медь из многих производственных сфер.

Искусство выплавки и обработки меди и бронзы от греков унаследовали римляне. Они получали медь из покоренных стран, в первую очередь из Галлии и Испании, продолжали начатую греками добычу медной руды на Крите и Кипре.

Кстати, о Кипре. Именно с названием этого острова связано происхождение латинского названия меди – “Cuprum” (“Aes cuprium”, “Aes cyprium”). На Кипре уже в III в. до н.э. существовали медные рудники и производилась выплавка меди.

Что касается других названий, то у Страбона медь именуется “халкос” – от названия города Халкиды на Эвбее. От этого слова произошли многие древнегреческие названия медных и бронзовых предметов, кузнечного ремесла, кузнечных изделий и литья. Второе латинское название меди “Aes” (санскритское “ayas”, готское “aiz”, германское “erz”, английское “ore”) означает “руда, рудник”.

Сторонники индогерманской теории происхождения европейских языков ведут происхождение русского слова “медь” (польское “miedz”, чешское “med”) от древненемецкого “smida” – “металл” и “Schmied” – “кузнец” (английское “Smith”).

Конечно, родство корней в данном случае несомненно, однако оба эти слова произведены, скорее всего, от греческого “рудник, копь” независимо друг от друга. От этого слова произошли и родственные названия – “медаль”, “медальон” (французское “medaille”). Слова “медь” и “медный” встречаются в древнейших литературных памятниках на славянских языках.

А вот алхимики, у которых был свой засекреченный язык, именовали медь “венера” (“Venus”); в более древние времена встречается название “марс” (“Mars”).

Но вернемся к истории, в данном случае – к римлянам. Оловянный камень римляне вывозили с Касситеридских островов (так тогда называли острова Британии); основной минерал олова называли касситеритом. Во II-I вв. до н.э. оружие римлян делалось уже в основном из железа, но в производстве предметов домашнего обихода все еще преобладали бронза и медь.

Бронза и медь сыграли выдающуюся роль не только в становлении материальной культуры большинства народов, но и в изобразительном искусстве.

В ХII-ХI вв. до н.э. медные и бронзовые орудия труда и оружие начинают постепенно вытесняться железными, и наступает железный век. Любопытно, кстати, что представление о трех веках – каменном, бронзовом и железном – существовало еще в античном мире, оно упоминается в работах Тита Лукреция Кара (I в. до н.э.). Однако официально термин “железный век” появился в научных работах в середине XIX в., его ввел датский археолог Кристиан Юргенсен Томсен.

Несмотря на наступление этого самого железного века, медь не потеряла своих позиций и сохранила свое важное техническое значение. Медь – главный металл электротехники. Он популярен не только в среде инженеров-конструкторов, электриков и машиностроителей, но и у людей гуманитарных профессий – историков, скульпторов, литераторов…

Любопытно, что тупых, ограниченных людей называли меднолобыми. известен в этой связи поговоркой-дразнилкой: “Тот, кто носит медный щит, тот имеет медный лоб”. К медному щиту вернемся позже, а пока стоит разобраться с медным лбом.

Может быть, меднолобыми тупых людей называют из-за того, что медь – метал, несмотря на свою мягкость, прочный? Но он отнюдь не прочный.

Противодействие ударным нагрузкам (а именно такие нагрузки в основном достаются щитам – тем самым, из дразнилки Насреддина) у меди также меньше, чем у многих других металлов и сплавов. Не отличается медь и особой твердостью: она, правда, тверже, чем золото и серебро, но в полтора раза мягче железа.

А вот теперь можно подойти к загадочному щиту, который какие-то древние тупые граждане додумались делать из меди, мягкого и непрочного металла. Может быть, не стоит все-таки считать их такими уж тупыми?

Оружейников древности и даже Средневековья прочностные характеристики меди вполне устраивали. Во-первых, нагрузка, которую испытывал щит при ударе копьем или секирой, куда меньше пробивной силы винтовочного выстрела. Во-вторых, у древних металлургов не было другого материала – прочного, как медь, и доступного, как медь. Не случайно античный бог- кузнец Гефест выковал непобедимому Ахиллесу медный щит. Именно медный!

Так что Насреддин усмотрел глупость стражников не в том, что они носили медные щиты, а в том, что были стражниками…

(англ. Iron, франц. Fer, нем. Eisen) - один из семи металлов древности. Весьма вероятно, что человек познакомился с железом метеоритного происхождения раньше, чем с другими металлами. Метеоритное железо обычно легко отличить от земного, так как в нем почти всегда содержится от 5 до 30% никеля, чаще всего - 7-8%. С древнейших времен железо получали из руд, залегающих почти повсеместно. Наиболее распространенны руды гематита (Fe 2 O 3 ,), бурого железняка (2Fe 2 O 3 , ЗН 2 О) и его разновидностей (болотная руда, сидерит, или шпатовое железо FeCO,), магнетита (Fe 3 0 4) и некоторые другие. Все эти руды при нагревании с углем легко восстанавливаются при сравнительно низкой температуре начиная с 500 o С. Получаемый металл имел вид вязкой губчатой массы, которую затем обрабатывали при 700-800 o С повторной проковкой.

Этимология названий железа на древних языках довольно отчетливо отражает историю знакомства наших предков с этим металлом. Многие древние народы, несомненно, познакомились с ним, как с металлом, упавшим с неба, т. е. как с метеоритным железом. Так, в древнем Египте железо имело название би-ни-пет (бенипет, коптское - бенипе), что в буквальном переводе означает небесная руда, или небесный металл. В эпоху первых династий Ур в Месопотамии железо именовали ан-бар (небесное железо). В папирусе Эберса (ранее 1500 г. до н.э.) имеются два упоминания о железе; в одном случае о нем говорится как о металле из города Кэзи (Верхний Египет), в другом - как о металле небесного изготовления (артпет). Древнегреческое название железа, так же как и северокавказское - зидо, связано с древнейшим словом, уцелевшим в латинском языке,-- sidereus (звездный от Sidus - звезда, светило). На древнем и современном армянском языке железо называется еркат, что означает капнувшее (упавшее) с неба. O том, что древние люди пользовались вначале именно железом метеоритного происхождения, свидетельствуют и распространенные у некоторых народов мифы о богах или демонах, сбросивших с неба железные предметы и орудия, - плуги, топоры и пр. Интересен также факт, что к моменту открытия Америки индейцы и эскимосы Северной Америки не были знакомы со способами получения железа из руд, но умели обрабатывать метеоритное железо.

В древности и в средние века семь известных тогда металлов сопоставляли с семью планетами, что символизировало связь между металлами и небесными телами и небесное происхождение металлов. Такое сопоставление стало обычным более 2000 лет назад и постоянно встречается в литературе вплоть до XIX в. Во II в. н. э. железо сопоставлялось с Меркурием и называлось меркурием, но позднее его стали сопоставлять с Марсом и называть марс (Mars), что, в частности, подчеркивало внешнее сходство красноватой окраски Марса с красными железными рудами.

Впрочем, некоторые народы не связывали название железа с небесным происхождением металла. Так, у славянских народов железо называется по "функциональному" признаку. Русское железо (южнославянское зализо, польское zelaso, литовское gelesis и т. д.) имеет корень "лез" или "рез" (от слова лезо - лезвие). Такое словообразование прямо указывает на функцию предметов, изготовлявшихся из железа, -- режущих инструментов и оружия. Приставка "же", по-видимому, смягчение более древнего "зе" или "за"; она сохранилась в начальном виде у многих славянских народов (у чехов - zelezo). Старые немецкие филологи - представители теории индоевропейского, или, как они его называли, индогерманского праязыка - стремились произвести славянские названия от немецких и санскритских корней. Например, Фик сопоставляет слово железо с санскритским ghalgha (расплавленный металл, от ghal - пылать). Но вряд ли это соответствует действительности: ведь древним людям была недоступна плавка железа. С санскритским ghalgha скорее можно сопоставить греческое название меди, но не славянское слово железо. Функциональный признак в названиях железа нашел отражение и в других языках. Так, на латинском языке наряду с обычным названием стали (chalybs), происходящим от наименования племени халибов, жившего на южном побережье Черного моря, употреблялось название acies, буквально обозначающее лезвие или острие. Это, слово в точности соответствует древнегреческому, применявшемуся в том же самом смысле. Упомянем в нескольких словах о происхождении немецкого и английского названий железа. Филологи обычно принимают, что немецкое слово Eisen имеет кельтское происхождение, так же как и английское Iron. В обоих терминах отражены кельтские названия рек (Isarno, Isarkos, Eisack), которые затем трансформировались) isarn, eisarn) и превратились в Eisen. Существуют, впрочем, и другие точки зрения. Некоторые филологи производят немецкое Eisen от кельтского isara, означающего "крепкий, сильный". Существуют также теории, утверждающие, что Eisen происходит от ayas или aes (медь), а также от Eis (лед) и т.д. Староанглийское название железа (до 1150 г.) - iren; оно употреблялось наряду с isern и isen и перешло в средние века. Современное Iron вошло в употребление после 1630 г. Заметим, что в "Алхимическом лексиконе" Руланда (1612) в качестве одного из старых названий железа приведено слово Iris, означающее "радуга" и созвучное Iron.

Ставшее международным, латинское название Ferrum принято у романских народов. Оно, вероятно, связано с греколатинским fars (быть твердым), которое происходит от санскритского bhars (твердеть). Возможно сопоставление и с ferreus, означающим у древних писателей "нечувствительный, непреклонный, крепкий, твердый, тяжкий", а также с ferre (носить). Алхимики наряду с Ferrum ynoтребляли и многие другие названия, например Iris, Sarsar, Phaulec,Mineraи др.

Железные изделия из метеоритного железа найдены в захоронениях, относящихся к очень давним временам (IV - V тысячелетиях до н.э.), в Египте и Месопотамии. Однако железный век в Египте начался лишь с ХIIв. до н. э., а в других странах еще позднее. В древнерусской литературе слово железо фигурирует в древнейших памятниках (с XI в.) под названиями желъзо, железо, жельзо.