Путешествие в мир металлов

Александр Мейерович

Путешествие в мир металлов

Предисловие

Дорогие друзья! Вам предстоит совершить путешествие в мир металлов, узнать об их удивительных свойствах и значении в жизни людей, а также познакомиться с многовековой историей развития металлургии и металлообработки. Эта книга – своеобразные «Путевые дневники», а её содержание – маршрут нашего путешествия. Вас ожидают не только необычные приключения металлов, но и знакомство со многими химическими понятиями, с легендами, сохранившимися письменными свидетельствами прошлого, а также с металлическими предметами, найденными археологами. Вам предстоит увидеть, как технический прогресс влияет на историческое развитие стран и народов.

Пока мы растём и взрослеем, мир, окружающий нас, стано вится всё интереснее и разнообразнее. Вот, к примеру, игрушки. Даже маленькие дети очень рано начинают понимать, что куклы, машинки и плюшевые зверушки сделаны из различных материалов. Пластик, дерево и металлы различаются по виду, весу, ощущениям тепла и прочности.

Все вещества в природе состоят из химических элементов. Их можно сравнить с элементами конструктора ЛЕГО, из которых легко собирать и моделировать различные предметы – будь то дом или машина. Человек и все живые существа на нашей планете тоже состоят из химических элементов.

Химические элементы делятся на металлы и неметаллы. Сегодня мы будем говорить о металлах, чьё открытие и использование считается одним из важнейших достижений человечества. Без металлов представить нашу современную жизнь практически невозможно. Скажите, как можно обойтись без ножа, вилки и ложки, без машин и механизмов, без телефонов и телевизоров? Металлы настолько глубоко вошли в нашу жизнь, что мы порой и не задумываемся, какие это волшебные материалы, которые так помогают нам и работать, и отдыхать.

Более 200 лет назад вышла книга великого русского учёного М.В. Ломоносова «Первые основания металлургии или рудных дел», в которой он даёт такое определение металлам: «Металлом называют светлое тело, которое ковать можно». Сегодня это определение кажется нам уж слишком простым. Так что же такое металлы?

По общему определению, металлы – это простые химические элементы, то есть простые вещества, из которых нельзя выделить или которые нельзя разделить на более простые составляющие. Из известных современной науке химических элементов большинство (более 90!) – металлы. Что же объединяет эту группу химических элементов?

Все они обладают определёнными, характерными только для металлов свойствами, как, например, твёрдость, ковкость, особый блеск, хорошая электро- и теплопроводность. Эти свойства металлов и заставили людей обратить на них внимание, а потом использовать в самых различных целях. (Кстати, у разных металлов и свойства разные.)

В природе металлы редко встречаются в чистом виде. В основном они находятся в виде руд – сложных соединений с серой, кислородом, углеродом, а также в виде соединений различных металлов – сплавов. Только золото, серебро и медь существуют на нашей планете как самородные металлы, в относительно чистом виде. Таким бывает и железо из упавших на Землю метеоритов.

Чистые металлы получают из руды. Для этого существуют различные технологии, о которых мы поговорим позже, а всеми этими вопросами занимается металлургия – наука изучающая металлы, способы их добычи и обработки.

Металлы – археология – история цивилизации

История человечества тесно связана с последовательной сменой орудий труда и видов оружия.

После каменного века наступил медный, затем – бронзовый, а тот, в свою очередь, сменился веком железным. В соответствии с этим менялись способы добычи и обработки материалов. Рождалась металлургия. При помощи металлических орудий труда можно было быстрее и качественнее обрабатывать поля, а затем собирать урожай.

Кузнецы изучали свойства металлов в зависимости от нагрева и охлаждения, создавали новые сплавы. Это влекло за собой рождение новых видов орудий труда и оружия. С изготовлением металлических гвоздей изменились принципы строительства, судостроения, усовершенствовались средства передвижения. Появились металлические медицинские инструменты, способствовавшие развитию медицины, а металлическая посуда оказала влияние на технологию приготовления пищи и вообще на кулинарное искусство. Развивалось ювелирное искусство – правители стран и народов требовали от своих мастеров изящные и дорогие украшения, а чтобы их делать, нужно было знать свойства драгоценных металлов, особенности их обработки. Развитие различных наук – физики, химии, геологии – тоже находилось в тесной связи с металлургией. Поэтому страны, быстрее осваивавшие металлы, производившие новые виды оружия, орудия труда, предметы быта и украшения, развивались быстрее. Таким образом, металлургия во многом определяла не только экономическое развитие стран, но и вообще развитие цивилизации.

Говоря о ранних этапах развития металлургии, мы не можем назвать ни её конкретных творцов, ни точных дат открытий и изобретений. В разных концах нашей планеты они повторялись множество раз, забывались, восстанавливались, пока не входили в повседневную практику людей.

Историки постоянно испытывают недостаток фактов, позволяющих воссоздать целостную картину прошлого. Конечно, им хотелось бы иметь письменные свидетельства произошедших событий. Но не все народы имели письменность, да и она сама часто была примитивной, в виде значков и рисунков, к тому же многие источники утрачены навсегда, а некоторые невозможно расшифровать и сегодня.

Археологи часто находят в земле разные интересные вещи. Только вот рукописи попадаются чрезвычайно редко. Это и понятно: пергамент, папирус подвержены разрушительному воздействию времени, гораздо сильнее, чем, к примеру, глиняные амфоры, золотые украшения, бронзовое оружие! Вот почему металлические предметы и их фрагменты, которые в отличие от письменных свидетельств прошлого сохраняются в земле лучше, часто служат основным историческим материалом.

Нож с ручкой, бронза, VII в. до н. э. Археологический музей, Флоренция, Италия;

Медицинские инструменты из «Дома хирурга», II век н. э., Археологический музей, Римини, Италия;

Золотое ожерелье, 750–475 г. до н. э. Кипрский археологический музей, Никосия, Кипр

Фрагмент формы для розлива металла. Керамика, 2700–2200 гг. до н. э. Вади Фидан, Иордания. Горный музей, Бохум, Германия;

Шлак железной плавки. Австрия, VI в. до н. э. Горный музей, Бохум, Германия;

Железная маска-личина шлема. XII – первая половина XIII века. Исторический музей, Москва

Рассказы о древних способах добычи и производства металлов, например о местонахождении месторождений и металлургических центров, можно найти в библейских и других античных текстах. Однако намного больше мы узнаём благодаря археологам, их раскопкам и находкам предметов, связанных с металлургией далёких веков (тигли, орудия труда и др.).

Сегодня у археологов есть строгие научные методы определения возраста обнаруженных при раскопках металлических предметов. Путём анализа металла или сплава, его процентного содержания можно узнать, когда этот предмет был изготовлен, а по количеству и составу примесей – определить, где добывалась руда, из которой был получен металл. Уже не нужно хмурить лоб, размышляя над тайнами происхождения того или иного изделия, и гадать, когда был изготовлен, к примеру, найденный золотой браслет: за семь столетий до нашей эры или в IX веке нашей эры, в царствование короля Западно-Франкского королевства Карла II Лысого.

Роль металлов в истории и археологии трудно переоценить. Изучая находки археологов, удаётся проследить развитие человеческого общества на разных этапах, торговые связи стран и народов, узнать о культуре прошлых эпох. Благодаря комплексным исследованиям рудников, остатков металлургического и литейного оборудования, шахтных и шлаковых отвалов, найденных археологами металлических изделий, их составов и форм учёные пишут историю технологий и восстанавливают события прошлого. Недаром всё большее значение приобретает новое направление в археологии – археометаллургия, наука, занимающаяся изучением и анализом элементов металлургического производства, таких как металлические артефакты, шлаки, тигли или печи.

Что говорит о металлах Библия

Если верить Ветхому Завету, а именно тому, что весь материальный мир был создан Господом в первые дни Творения, то Адам и Ева, появившиеся на шестой день кипучей Божьей деятельности, могли бы знать о существовании 96 металлов. Однако только пять металлов могут похвастаться упоминанием о них в Ветхом Завете.

Рисунок в гробнице Рехмира в Фивах, 1550–1292 гг. до н. э., рассказывает о литье и обработке металлов в Древнем Египте. Фото Jean Vertut (а),   таких открытых печах плавили медь и медные сплавы.

Воздух в печь подавался снизу через отверстие мехами или дутьём через трубку

И первый из них – конечно же, золото. Оно упоминается в Библии около 460 раз (реже, примерно 160 раз, встречаются в Библии слова медь и бронза). Моисей, написавший свою Первую Книгу «Бытие» около 1500 г. до н. э., упомянул в связи с рекой Фисон места добычи и, быть может, обработки золота: «Она обтекает всю землю Хавила, ту, где золото. И золото той земли хорошее». (Хавила – райская страна, а Фисон – одна из четырёх рек, вытекающая из Эдемского сада). Металлы были, вероятно, найдены на поверхности Земли или близко к ней. Позднее были вырыты глубокие шахты. Около 3600 лет назад Иов (Книга Иова в Ветхом Завете) писал, что «железо получается из земли; из камня выплавляется медь» и шахтёры «вырывают рудокопный колодец в местах, забытых ногою, спускаются вглубь, висят и зыблются вдали от людей».

Моисей в своей Второй книге «Исход» говорит и об обработке металлов: «И разбили они золото в листы и вытянули нити, чтобы выткать их между голубыми, пурпуровыми, червлёнными и виссонными нитями, искусною работою. К наперснику сделали толстые цепочки витою работою из чистого золота». Моисей описал Землю Обетованную, в которую израильтяне собирались войти, как «землю, в которой камни – железо, и из гор которой будешь высекать медь». И эти библейские сведения оказались верными. Уже в наше время археологи обнаружили на Синайском полуострове, примерно в 80 километрах от горы Синай, египетские бирюзовые рудники, а на побережье Красного моря остатки античной горнодобывающей промышленности.

Очень распространённое в природе железо, чьё производство сегодня более чем в 300 тысяч раз превышает производство золота, упоминается в Библии только около 100 раз. Впервые о нём говорится в Первой книге Моисея, где мы находим запись о том, что потомок Каина, Тубаль-Каин, живший до Всемирного потопа, занимался производством предметов из бронзы и железа: «Тубаль-Каин, кузнец всех орудий из меди и железа». Результаты археологических раскопок подтверждают, что железо было известно задолго до того, как человек научился выплавлять его из руды. Его находили в виде фрагментов метеоритов и не только использовали их в качестве орудий труда, но и почитали, как предметы небесного происхождения. Во втором тысячелетии до н. э. библейский народ филистимляне хранили секрет и считались монополистами производства железа. Библия рассказывает, что во времена Саула (а дело происходило в XI веке до н. э.) израильтяне сами не умели ни плавить, ни обрабатывать железо, что делало их зависимыми от филистимлян: «И должны были ходить все Израильтяне к Филистимлянам оттачивать свои сошники, и свои заступы, и свои топоры, и свои кирки».

Горняки за работой. Иллюстрация по картине XVI века.

Как символ железо связано в Библии прежде всего с оружием и военными действиями. Из железа, считавшегося металлом войны, делали мечи, боевые топоры, наконечники стрел и копий, а позднее – боевые доспехи. В те времена железо ещё не использовали как конструкционный материал, но при строительстве храма Соломона в Иерусалиме в 10 веке до н. э. уже применяли железные гвозди и кронштейны: «И множество железа к дверям ворот и для связей заготовил Давид, и множество меди без весу».

О важном значении металлов говорят поэтические строфы пророка Исайя: «Вместо меди буду доставлять тебе золото, и вместо железа – серебро, и вместо дерева – медь, и вместо камней – железо; и поставлю правителем твоим мир, и надзирателями твоими – правду» (Книга пророка Исайи, гл. 60).

Руды: их добыча и обработка

Инструменты, домашние устройства, оружие, пушки и монеты: спрос на металл рос постоянно. После завоевания Латинской Америки в Европу везли из Мексики золото, а из Перу – серебро. В Европе тоже добывали серебро, а также медь, свинец, олово и железо. С XVI века в Англии и Бельгии стали активно использовать в качестве топлива каменный уголь, которым заменяли древесный уголь. Многие купцы вкладывали огромные суммы денег в разработку рудных месторождений, за счёт чего увеличивали свои состояния и способствовали развитию промышленности.

Руды различают по содержанию в них тех или иных металлов, например чёрных, т. е. железа, и цветных металлов (в их состав не входит железо или его содержание мало). А ещё существует особая категория руд – руды благородных металлов, к которым относятся золото, серебро, платина, палладий и некоторые металлы платиновой группы. Имеется также немало пород, которые содержат несколько металлов, например свинец и цинк или медь и никель, поэтому при разработке технологий стараются учитывать все ценные компоненты руды и возможность их совместного извлечения. До начала добычи, используя специальные знания и методы, выясняют нахождение руд в земле.

Первые находки металлов происходили без каких-либо усилий человека, а исключительно за счёт стихийных процессов – обвалов, пожаров, землетрясений. Постепенно накапливаемый опыт позволил людям отметить ряд природных явлений и признаков, сопутствующих залежам руд: определённые виды растущих трав и грибов, высохшие деревья и деревья над рудными жилами, часто выкорчеванные сильными ветрами. Сегодня всё иначе и проще: человек вооружён специальными приборами, позволяющими определить наличие в земле тех или иных руд.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.