لن يكون من المبالغة القول بأن المعادن موجودة في أي مجال من مجالات النشاط البشري. انهم في كل مكان. أدوات المائدة والعديد من الأدوات والسيارات والسكك الحديدية - كل هذه إنجازات للبشرية تم تحقيقها بفضل المعادن وسبائكها. لقد تم استخدام المعادن منذ آلاف السنين، ومنذ العصور القديمة تم تقدير أولئك الذين يعرفون كيفية التعامل مع المعدن وصنع أدوات مختلفة منه.
كدليل، أود أن أستشهد بمثل يخبرنا عن الأهمية الحقيقية للأشخاص الذين "يمتلكون" المعدن:
عند الانتهاء من بناء معبد القدس، قرر الملك سليمان تمجيد أفضل البنائين ودعاهم إلى القصر. حتى أنه تخلى عن عرشه الملكي طوال فترة العيد للأفضل على الإطلاق - الشخص الذي فعل الكثير بشكل خاص لبناء المعبد.
وعندما وصل المدعوون إلى القصر، صعد أحدهم بسرعة درجات العرش الذهبي وجلس عليه. وأثارت تصرفاته دهشة الحاضرين.
من أنت وبأي حق أخذت هذا المكان؟ - سأل الملك الغاضب بتهديد.
فالتفت الغريب إلى البناء وسأله:
من صنع أدواتك؟
حداد - أجاب.
التفت الرجل الجالس إلى النجار، النجار:
من صنع أدواتك؟
أجابوا: "الحداد".
فأجاب كل من خاطبه الغريب:
نعم لقد زور الحداد أدواتنا التي بني بها المعبد.
فقال الغريب للملك:
أنا حداد. كما ترى أيها الملك، لم يكن بإمكان أي منهم القيام بعمله بدون الأدوات الحديدية التي صنعتها. هذا المكان ينتمي لي بحق.
واقتناعا بحجج الحداد، قال الملك للحاضرين:
نعم الحداد على حق. فهو يستحق التكريم الأعظم بين بناة الهيكل..
في الاوقات الفديمة لم يقتصر نشاط الحداد على معالجة المعادن فقط. عمل الحداد يشمل كامله سلسلة من تعدين الخام إلى إنشاء المنتج النهائي. وهذا يعني وجود معرفة ومهارات هائلة. لذلك، كانت مهنة الحداد تحظى دائمًا بتقدير كبير، وحتى أحد الأمثال الفنلندية يشير إلى أنه ليس من المفترض أن تتحدث إلى حداد على أساس الاسم الأول. كانت معرفة الحدادة تنتقل في أغلب الأحيان من جيل إلى جيل. وفي العديد من الأفلام التاريخية يمكنك رؤية والد الحداد وأطفاله يتجولون حول الأب، ويريدون تجربة أنفسهم في مجال الأعمال التجارية.
الفيلسوف العظيم لروما القديمة تيتوس لوكريتيوس كاروسفي القرن الأول قبل الميلاد كتب:
"في السابق، كانت الأيدي القوية والمخالب والأسنان والحجارة وشظايا أغصان الأشجار واللهب بمثابة أسلحة، بعد أن أصبح الأخير معروفًا للناس. وبعد ذلك، تم العثور على النحاس ونوع من الحديد. ومع ذلك، دخل النحاس في الاستخدام قبل الحديد. "... لأنها كانت أكثر ليونة وأكثر وفرة. تم حرث التربة بأداة نحاسية ، وأدى النحاس إلى ارتباك المعركة ، وتناثر الجروح الشديدة في كل مكان. وقد سُرقت الماشية والحقول بمساعدة النحاس ، لأن كل شيء أعزل وعارٍ ، أطاعت السلاح بسهولة، وشيئًا فشيئًا، بدأت السيوف من تشكيل الحديد، وبدأ منظر الأسلحة المصنوعة من النحاس يثير الازدراء لدى الناس، وفي هذا الوقت بدأوا في زراعة الأرض بالحديد، وفي حرب مع مجهول النتيجة، بدأوا في معادلة قوتهم."
يوضح لنا هذا الكتاب المقدس تقسيم تاريخ البشرية بأكمله إلى فترات: العصر الحجري والنحاسي والحديدي. في النصف الأول من القرن التاسع عشر، أضاف العلماء K. Thomsen و E. Vorso عنصرًا آخر إلى هذه القائمة. ونتيجة لذلك نرى ما يعرفه الكثيرون منذ المدرسة:
العصر الحجري
عصر النحاس
العصر البرونزي
العصر الحديدي
الوقت الذي يستخدم فيه الإنسان ما هو في متناول يده في أنشطته. تم استخدام الحجارة والعظام والخشب وغيرها من المواد التي توفرها الطبيعة. وبمرور الوقت، تعلم الإنسان كيفية معالجة هذه الأدوات. ونتيجة لذلك، تحسنت خصائصها المفيدة. وكانت الحجارة ذات أهمية قصوى. أدرك الشخص على الفور مدى فائدته. إذا تم استخدام الحجارة في البداية في شكلها المعتاد، فقد تعلم الناس تدريجيا تقطيعها، وبالتالي تحسين كفاءة هذه الأداة. وبعد فترة بدأ حفر الحجارة وطحنها وصقلها مما منحها مزايا إضافية. بدون مبالغة، لعب الحجر أحد أهم الأدوار في الحياة اليومية للبشرية منذ مئات السنين.
يغطي الفترة تقريبًا من الرابع إلى الثالث الألفية قبل الميلاد. في هذا الوقت، يبدأ الاستخدام النشط للنحاس. في كتاب R. Malinova و Y. Malin "قفزة إلى الماضي: تجربة تكشف أسرار العصور القديمة"يقترح أن النحاس وقع بطريق الخطأ في يد شخص مع الحجارة التي كان يستخدمها. نظرًا لوجود النحاس والذهب في الطبيعة في شكله الأصلي في كثير من الأحيان أكثر من الفضة وخاصة الحديد على سبيل المثال وأول المعادن التي تعرف عليها الإنسان هي النحاس والذهب. منهم بدأ أسلافنا في صنع المجوهرات والأدوات المختلفة. تم تصنيع المنتجات النحاسية الأولى باستخدام الضربات العادية.لكن هذه الأشياء كانت ناعمة وهشة، فسرعان ما تنكسر وتصبح باهتة. لقد مر وقت طويل، لكن أسلافنا اكتشفوا أنه عند تعرضه لدرجات حرارة عالية، يبدأ النحاس في الذوبان ويتحول إلى مادة سائلة يمكن أن تتخذ أي شكل. بعد أن تعلم الإنسان ذلك، أصبح قادرًا على صنع أدوات حادة حقًا مناسبة للشحذ. وحتى لو انكسرت الأداة، فلا شيء يمنعها من الصهر إلى جسم جديد. كانت التجارب الأولى مع النحاس بمثابة بداية لتطوير المعادن والحدادة.بعد آلاف السنين، بدأ الإنسان في استخدام ليس فقط المعادن النقية، ولكن أيضًا الخامات التي تحتوي على المعادن. لا يزال العلماء غير قادرين على الإجابة على السؤال حول كيف بدأ الإنسان في استخراج المعادن من الحجارة الخام. كل ما يمكنك سماعه هو التكهنات. ومع ذلك، هذا جعل من الممكن زيادة إنتاجية المنتجات المعدنية.
الاستمرار في التجربة، اخترع أسلافنا فرن مغلق. ولزيادة درجة الحرارة داخل الفرن توصلوا إلى نظام لتزويد الأكسجين اللازم لذلك. في البداية كان تدفق الهواء طبيعيا، ولكن مع مرور الوقت تم تطويره نظام الهواء الاصطناعي. لنفس الأغراض بدأ استخدامه فحم، والتي لديها قيمة حرارية ضخمة.
في مرحلة ما، مكنت تجارب أسلافنا من الحصول على معدن جديد. جعلت سبيكة النحاس والقصدير من الممكن صنع البرونز. وكان هذا بمثابة بداية حقبة جديدة - العصر البرونزي. وفقا للعلماء، أصبح البرونز معروفا للبشرية في 3500 قبل الميلادلقد حصل أجدادنا على القصدير عن طريق صهره من الحجر - حجر القصدير. القصديرخصائصه ناعمة وهشة، ولكن بالاشتراك مع النحاس، تكون النتيجة معدنًا أصعب بكثير من النحاس. بعد أن وصلوا إلى معرفة أكثر تقدما في مجال علم المعادن، بدأ أسلافنا في صنع الأدوات من البرونز. هذا جعل من الممكن تحقيق دفعة أخرى للأمام في تنمية البشرية.
وفي مرحلة ما بدأ الإنسان في استخدام الحديد. بدأ استخدامه النشط في علم المعادن تقريبًا من 1200 قبل الميلاد ه. قبل عام 340 م ه.الأسباب التي أدت إلى هذا التطور المتأخر لهذا المعدن هي كما يلي. أولاً، درجة انصهار الحديد عالية جدًاوكان من المستحيل تحقيق مثل هذه الدرجات في الأفران المعدنية القديمة. السبب الثاني، وربما الأهم، هو أن الحديد نفسه ليس معدنًا صلبًا. فقط عندما وصل الإنسان تجريبيًا إلى "سبائك" الحديد والكربون، بدأ الاستخدام النشط للحديد في صناعة الأدوات، لأن بالضبط هذا الارتباط جعل من الممكن إعطاء الحديد صلابة تنافسية.
تعتبر الطريقة القديمة للحصول على الحديد عملية صنع الجبن. عندما تم الحصول على الحديد من الخام في أفران صغيرة، تم إنشاؤه في البداية في الأرض. تسمى هذه الطريقة بصناعة الجبن لأنه يتم إمداد الفرن بالهواء من خلاله نفخ الهواء الجوي البارد "الرطب".. هذه العملية لم تسمح بتحقيقها 
تبلغ درجة حرارة انصهار الحديد 1537 درجة، ويتم الاحتفاظ بها عند الحد الأقصى 1200 درجةمما جعل من الممكن خلق جو من صهر الحديد. بعد المعالجة الحرارية، يتم تركيز الحديد في شكل يشبه العجين في قاع الفرن، ليتشكل يصيح، يصرخ، صيحة(كتلة إسفنجية حديدية بها جزيئات من الفحم غير المحترق وشوائب الخبث). من الكريتسا، التي تم استخراجها في حالة ساخنة، كان من الممكن القيام بشيء ما، فقط بعد تنظيفه من السموم والقضاء على الإسفنجية. لهذا الغرض، تم إجراء تزوير بارد وساخن، والذي يتكون من تحميص كريتسا بشكل دوري وتزويره. ونتيجة لذلك، تم إنشاء الفراغات التي يمكن استخدامها لإنتاج منتجات الحديد. العملية برمتها، كما لاحظت، معقدة للغاية وتستغرق وقتًا طويلاً، ولهذا السبب بدأ استخدام الحديد في علم المعادن في وقت متأخر جدًا. وحتى اليوم، في عصر التكنولوجيا العالية، تغيرت معالجة الحديد كثيرا، ولكن الشيء الرئيسي هو أن هذا المعدن يظل المادة الرئيسية في جميع مجالات الحياة البشرية.
لم نختر موضوع "المعادن في العصور القديمة" بالصدفة. الآن لا يمكننا أن نتخيل حياتنا بدون معادن. نحن نستخدم المعادن وسبائكها باعتبارها واحدة من مواد البناء الرئيسية للحضارة الحديثة. يتم تحديد ذلك في المقام الأول من خلال قوتها العالية وتوحيدها ونفاذيتها للسوائل والغازات. بالإضافة إلى ذلك، من خلال تغيير تركيبة السبائك، من الممكن تغيير خصائصها ضمن نطاق واسع جدًا.
تُستخدم المعادن كموصلات جيدة للكهرباء (النحاس والألمنيوم) وكمواد ذات مقاومة متزايدة للمقاومات وعناصر التسخين الكهربائية (نيكروم، إلخ).
تستخدم المعادن وسبائكها على نطاق واسع لتصنيع الأدوات (أجزاء العمل الخاصة بها). هذه هي في الأساس أدوات الفولاذ والسبائك الصلبة. كما يتم استخدام الماس ونيتريد البورون والسيراميك كمواد للأدوات.
غالبًا ما يوجد الرقم 7 في مختلف التعاليم الغامضة وحتى في الحياة اليومية فقط: 7 ألوان قوس قزح، 7 معادن قديمة، 7 كواكب، 7 أيام في الأسبوع، 7 ملاحظات.
دعونا نتناول المعادن السبعة القديمة - النحاس والفضة والذهب والقصدير والرصاص والزئبق والحديد وكذلك بعض السبائك المبنية عليها.
حدد الفلاسفة القدماء المعادن المختلفة بعظام الآلهة. وعلى وجه الخصوص، كان المصريون ينظرون إلى الحديد باعتباره عظام المريخ، والمغناطيس باعتباره عظام حورس. الرصاص، في رأيهم، كان الهيكل العظمي لزحل، والنحاس، على التوالي، لكوكب الزهرة. نسب الفلاسفة القدماء الزئبق إلى الهيكل العظمي لعطارد، والذهب إلى الشمس، والفضة إلى القمر، والأنتيمون إلى الأرض.
يعتقد الإنسان منذ القدم أن الكواكب تؤثر على وظائف جسم الإنسان.
كان يعتقد أنه بمساعدة المعادن كان من الممكن مكافحة التأثيرات الضارة للنجوم.
منذ العصور القديمة، استخدم المعالجون المعادن. لكن علاجهم المفضل كان لا يزال الأعشاب. بدأ استخدام العلاج بالمعادن المسحوقة التي يتم تناولها عن طريق الفم فقط في العصور الوسطى. وكان الاستخدام الأكثر شيوعًا للمعادن في العصور القديمة، في هذا الصدد، هو ارتدائها أو استخدامها كطلسمات، إلى جانب التعويذات الحجرية. يقول إليفاس ليفي، واصفًا الساحر في ثيابه، ما يلي:
"وفي يوم الأحد (يوم الشمس) كان يحمل بين يديه عصا ذهبية مزينة بالياقوتة أو الكريسوليت؛ يوم الاثنين (يوم القمر) ارتدى ثلاثة خيوط - اللؤلؤ والكريستال والسيلينيت. وفي يوم الثلاثاء (يوم المريخ) كان معه قضيب فولاذي وحلقة من نفس المعدن؛ وفي يوم الأربعاء (يوم عطارد) لبس عقداً من اللؤلؤ أو الخرز الزجاجي المحتوي على الزئبق وخاتماً من العقيق؛ وفي يوم الخميس (يوم المشتري) كان معه عصا مطاطية وخاتم من الزمرد أو الياقوت؛ وفي يوم الجمعة (يوم الزهرة) كان معه عصا نحاسية وخاتم من الفيروز وتاج من الزبرجد. وفي يوم السبت (يوم زحل) كان معه قضيب من العقيق، وكذلك حلقة من هذا الحجر، وسلسلة من الصفيح في عنقه.
وعندما تطور علم التنجيم، بدأت مقارنة المعادن السبعة المعروفة آنذاك بالكواكب السبعة، والتي كانت ترمز إلى العلاقة بين المعادن والأجرام السماوية والأصل السماوي للمعادن.
عمل كل معدن كوسيط بين الآلهة والظواهر الأرضية، لذلك ارتبط بعلامات الكواكب: الذهب - مع الشمس، الفضة - مع القمر، النحاس - مع الزهرة، الحديد - مع المريخ، الرصاص - مع زحل القصدير - مع المشتري والزئبق - مع الزئبق. أصبحت هذه المقارنة شائعة منذ أكثر من 2000 عام، وكانت موجودة باستمرار في الأدب حتى القرن التاسع عشر.
ومن الواضح أن الإنسان تعرف لأول مرة على تلك المعادن الموجودة في الطبيعة في موطنه الأصلي. هذا هو الذهب والفضة والنحاس والحديد النيزكي. مع معادن أخرى – حيث تعلم الحصول عليها من المركبات عن طريق الاختزال والصهر.
أثناء العمل في المشروع، علمنا أن الناس بدأوا في استخدام الأدوات المعدنية الأولى، بعد الأدوات الحجرية، قبل عدة آلاف من السنين قبل عصرنا. لقد كانت مصنوعة من النحاس الأصلي، وبالتالي كانت من النحاس. تم العثور على النحاس الأصلي في كثير من الأحيان في الطبيعة. قام الإنسان القديم أولاً بمعالجة شذرات النحاس بالحجارة (أي في الواقع، استخدم تزوير المعادن على البارد لإنتاج منتجات منها). لماذا كان هذا ممكنا؟ وجدنا الجواب على هذا السؤال. النحاس معدن ناعم إلى حد ما.
في الجزء النظري من مشروع "المعادن القديمة" نقدم إجابات لأسئلة أخرى كانت لدينا أثناء عملنا:
لماذا كان النحاس هو المعدن الأول الذي بدأ الناس في استخدامه في حياتهم؟
(لقد أجبنا بالفعل على هذا، انظر أعلاه)
لماذا لم يتمكن النحاس من استبدال الأدوات الحجرية بالكامل؟ في أي ماضي تاريخي ظهرت "العصور المعدنية" - النحاس والبرونز والحديد؟ لماذا حل العصر البرونزي محل العصر النحاسي، وهل حل محله العصر الحديدي؟ ما هي الخصائص الجديدة للمعادن والسبائك التي اكتشفها الإنسان بنفسه، والتي أتاحت له الفرصة لصنع أدوات وأسلحة وأدوات منزلية أكثر تقدمًا؟ لماذا استخدم الناس التعويذات؟ كيف وما هي الأشياء العتيقة التي استخدمها الناس في حياتهم اليومية؟ ما هي الفائدة أو الضرر الذي يمكن مناقشته عندما حاولوا الشفاء بـ "المعادن القديمة"؟ كيف تم الحصول على المعادن أو استخراجها في العصور القديمة؟ ما هو أصل اسم المعادن القديمة؟
في الجزء العملي من عملنا، قررنا التحقيق في:
ما هي خصائص المعادن أو سبائك الأشياء العتيقة التي ضمنت الحفاظ عليها حتى يومنا هذا؟
لماذا تختلف المنتجات في درجات الحفظ؟
من أجل حل المشاكل العملية، قمنا بما يلي: 1) إجراء تجربة كيميائية لتحديد النشاط الكيميائي للمعادن القديمة ومقاومتها الكيميائية لبعض التأثيرات الكيميائية والجوية؛ 2) توصل إلى الاستنتاجات المناسبة.
2. 1 نحاس. عصر النحاس
يأتي الرمز Cu من الكلمة اللاتينية cyproum (لاحقًا، Cuprum)، حيث كانت قبرص موقعًا لمناجم النحاس عند الرومان القدماء.
النحاس النقي هو معدن لزج ولزج ذو لون وردي فاتح، ويمكن لفه بسهولة إلى صفائح رقيقة. إنه يوصل الحرارة والكهرباء بشكل جيد للغاية، ويأتي في المرتبة الثانية بعد الفضة في هذا الصدد. في الهواء الجاف، يظل النحاس دون تغيير تقريبًا، نظرًا لأن الطبقة الرقيقة من الأكاسيد المتكونة على سطحه تمنح النحاس لونًا أغمق وتعمل أيضًا كحماية جيدة ضد المزيد من الأكسدة. ولكن في وجود الرطوبة وثاني أكسيد الكربون، يصبح سطح النحاس مغطى بطبقة خضراء من هيدروكسي كربونات النحاس - (CuOH)2CO3.
يستخدم النحاس على نطاق واسع في الصناعة بسبب الموصلية الحرارية العالية، والتوصيل الكهربائي العالي، والقدرة على التحمل، وخصائص الصب الجيدة، وقوة الشد العالية، والمقاومة الكيميائية.
النحاس هو المعدن الأول الذي بدأ الناس في استخدامه لأول مرة في العصور القديمة منذ عدة آلاف من السنين قبل الميلاد. صُنعت الأدوات النحاسية الأولى من النحاس الأصلي، والذي يوجد كثيرًا في الطبيعة، نظرًا لأن النحاس معدن منخفض النشاط. تم العثور على أكبر كتلة صلبة من النحاس في الولايات المتحدة، وبلغ وزنها 420 طنًا.
ولكن نظرًا لحقيقة أن النحاس معدن ناعم، لم يتمكن النحاس في العصور القديمة من استبدال الأدوات الحجرية بالكامل. فقط عندما تعلم الإنسان صهر النحاس واخترع البرونز (سبيكة من النحاس والقصدير) حل المعدن محل الحجر.
بدأ الاستخدام الواسع النطاق للنحاس في الألفية الرابعة قبل الميلاد. ه.
ويعتقد أن النحاس بدأ استخدامه حوالي عام 5000 قبل الميلاد. ه. نادرا ما يوجد النحاس في الطبيعة كمعدن. صُنعت الأدوات المعدنية الأولى من شذرات النحاس، ربما بمساعدة فؤوس حجرية. الهنود الحمر الذين عاشوا على ضفاف البحيرة. الجزء العلوي (أمريكا الشمالية)، حيث يوجد النحاس الأصلي النقي جدًا، كانت طرق المعالجة الباردة معروفة قبل زمن كولومبوس.
العصر النحاسي هو عصر انتقالي بين العصر الحجري الحديث والعصر البرونزي. ويتميز بظهور الأدوات النحاسية الأولى مع انتشار استخدام الأدوات الحجرية. للمناطق الجنوبية من منطقة الفولغا 4 آلاف قبل الميلاد. ه. للغابات - 3 آلاف قبل الميلاد. ه. في مناطق الغابات في منطقة الفولغا، تظل الصناعة الرئيسية هي صيد الأسماك والصيد، في الجنوب، يتم استبدال الصيد المتخصص للخيول بتربيةها وزراعتها. حوالي 3500 قبل الميلاد ه. وفي الشرق الأوسط، تعلموا استخراج النحاس من الخامات، وتم الحصول عليه عن طريق تقليل الفحم. كانت هناك مناجم النحاس في مصر القديمة. ومن المعروف أن كتل هرم خوفو الشهير تمت معالجتها بأداة نحاسية.
في جنوب بلاد ما بين النهرين، كان أقدم جسم معدني عبارة عن رأس حربة تم العثور عليه في أور، في طبقات يعود تاريخها إلى الألفية الرابعة قبل الميلاد. ه. وجد التحليل الكيميائي أنه يحتوي على 99.69% نحاس، 0.16% أسمنت، 0.12% زنك، 0.01% حديد. في القوقاز وما وراء القوقاز، بدأ استخدام المعدن في النصف الأول من الألفية الرابعة قبل الميلاد. ه. كان النحاس، الذي تم الحصول عليه عن طريق الصهر المعدني لخامات النحاس المؤكسدة، وأحيانًا مع معادن الزرنيخ.
حتى في وقت لاحق، بدأ استخدام المعدن في أوروبا الوسطى، على الأقل ليس قبل الألفية الثالثة قبل الميلاد. ه. تم العثور على بلطة نحاسية مسطحة ذات شكل بدائي في هورن ليفانتوفسي في غرب سلوفاكيا، ويعود تاريخها إلى منتصف الألفية الثالثة قبل الميلاد تقريبًا. ه. وفقًا للتحليل الطيفي، فإن الفأس مصنوع من النحاس الذي يحتوي على شوائب من الزرنيخ (0.10%) والأنتيمون (0.35%) وكميات صغيرة من معادن أخرى، مما يشير إلى أن النحاس الذي صنع منه الفأس لم يكن من أصل محلي، أو على الأرجح، تم الحصول عليها عن طريق صهر خامات الملكيت.
استخدم أسلاف السلاف القدماء، الذين عاشوا في حوض الدون ومنطقة دنيبر، النحاس في صناعة الأسلحة والمجوهرات والأدوات المنزلية. إن كلمة "النحاس" الروسية، بحسب بعض الباحثين، تأتي من كلمة "ميدا"، والتي كانت تعني بين القبائل القديمة التي سكنت أوروبا الشرقية المعدن بشكل عام.
خصائص الشفاء من النحاس
الخصائص العلاجية للنحاس معروفة منذ زمن طويل. اعتقد القدماء أن التأثير العلاجي للنحاس يرتبط بخصائصه المسكنة وخافضة الحرارة والمضادة للبكتيريا والمضادة للالتهابات. كما وصف ابن سينا وجالينوس النحاس كدواء، وكان أرسطو، مشيرًا إلى التأثير العام المقوي للنحاس على الجسم، يفضل النوم مع كرة نحاسية في يده. ارتدت الملكة كليوباترا أرقى الأساور النحاسية، وفضلتها على الذهب والفضة، وكانت تعرف الطب والكيمياء جيدًا. في الدروع النحاسية، كان المحاربون القدماء أقل تعبًا، وكانت جروحهم تتفاقم بشكل أقل وتلتئم بشكل أسرع. وقد لوحظت قدرة النحاس على التأثير بشكل إيجابي على "قوة الذكور" واستخدمت على نطاق واسع في العالم القديم.
واستخدمت الشعوب الرحل الأواني النحاسية في الحياة اليومية، مما كان يحميهم من الأمراض المعدية، وكان الغجر يرتدون طوقًا نحاسيًا على رؤوسهم لنفس الأغراض. حقيقة تاريخية: لقد تجاوز وباء الكوليرا والطاعون الأشخاص الذين يعملون في النحاس أو يعيشون بالقرب من مناجم النحاس. وليس من قبيل الصدفة أن مقابض الأبواب في المستشفيات كانت مصنوعة من النحاس لمنع انتقال العدوى من المرضى المصابين إلى الأصحاء.
عندما كنت طفلاً، بناءً على نصيحة جدتي، وضعنا فلسًا نحاسيًا على النتوء، مما أدى إلى تقليل الألم والالتهابات، على الرغم من أن العملة ذات الـ 5 كوبيك الصادرة في العهد السوفييتي كانت تحتوي على نسبة منخفضة من النحاس.
في الوقت الحاضر، أصبح استخدام منتجات النحاس واسع الانتشار. في آسيا الوسطى يرتدون المنتجات النحاسية ولا يعانون عمليا من الروماتيزم. وفي مصر وسوريا، حتى الأطفال يرتدون العناصر النحاسية. في فرنسا، يتم علاج اضطرابات السمع بالنحاس. في الولايات المتحدة، يتم ارتداء الأساور النحاسية كعلاج لالتهاب المفاصل. في الطب الصيني، يتم تطبيق الأقراص النحاسية على النقاط النشطة. في نيبال، يعتبر النحاس معدنًا مقدسًا.
2. 2 برونزية. العصر البرونزي
بحلول عام 3000 قبل الميلاد ه. وفي الهند وبلاد ما بين النهرين واليونان، تمت إضافة القصدير إلى النحاس لصهر البرونز الأكثر صلابة. قد يكون اكتشاف البرونز قد حدث بالصدفة، لكن مزاياه مقارنة بالنحاس النقي سرعان ما أوصلت هذه السبيكة إلى المركز الأول.
هكذا بدأ "العصر البرونزي".
ويتميز العصر البرونزي بانتشار تعدين البرونز والأدوات والأسلحة البرونزية في الشرق الأوسط والصين وأمريكا الجنوبية وغيرها.
كلمة "برونزية" تبدو متشابهة تقريبًا في العديد من اللغات الأوروبية. يرتبط أصله باسم ميناء إيطالي صغير على البحر الأدرياتيكي - برينديزي. من خلال هذا الميناء تم تسليم البرونز إلى أوروبا في العصور القديمة، وفي روما القديمة كانت هذه السبائك تسمى "ES Brindisi" - النحاس من برينديزي.
كان لدى الآشوريين والمصريين والهندوس وغيرهم من الشعوب القديمة منتجات برونزية. ومع ذلك، تعلم الحرفيون القدماء صب التماثيل البرونزية الصلبة في موعد لا يتجاوز القرن الخامس. قبل الميلاد ه. حوالي 290 قبل الميلاد ه. أنشأ تشاريس تمثال رودس العملاق تكريماً لإله الشمس هيليوس. كان ارتفاعه 32 مترًا، ويقف فوق مدخل الميناء الداخلي للميناء القديم لجزيرة رودس في شرق بحر إيجه، وهو تمثال برونزي عملاق.
لماذا أفسح العصر النحاسي المجال للعصر البرونزي؟
يتمتع البرونز بقوة أكبر ومقاومة للتآكل مقارنة بالنحاس؛ ليونة جيدة، ومقاومة التآكل، وخصائص الصب جيدة
البرونز والنحاس في العالم الحديث
وفقا للتركيب الكيميائي، يتم تمييز النحاس بين البسيط والمعقد، ووفقا لهيكله - مرحلة واحدة ومرحلتين. يتكون النحاس العادي من مكون واحد: الزنك.
النحاس ذو المحتوى المنخفض من الزنك (تومباك وشبه تومباك) أقل شأنا من النحاس L68 وL70 من حيث الليونة، ولكنه يتفوق عليهما في التوصيل الكهربائي والحراري.
برونز القصدير
يتفوق البرونز على النحاس في القوة ومقاومة التآكل (خاصة في مياه البحر).
يتميز برونز القصدير بخصائص صب عالية. عيب مصبوبات البرونز القصدير هو المسامية الكبيرة. لذلك، للعمل في ضغوط مرتفعة، يتم استخدام برونز الألومنيوم.
نظرا لارتفاع تكلفة القصدير، يتم استخدام البرونز في كثير من الأحيان، حيث يتم استبدال جزء من القصدير بالزنك (أو الرصاص).
برونزيات الألومنيوم
تحل هذه البرونزيات محل البرونز النحاسي والقصدير بشكل متزايد.
يتم استخدامها للصفائح والختم مع تشوه كبير. فهي أقوى وأكثر مرونة، ولا تشكل مسامية، مما يضمن مصبوبات أكثر كثافة. يتم تحسين خصائص الصب عن طريق إدخال كميات صغيرة من الفوسفور في هذه البرونزات. جميع برونزيات الألومنيوم، مثل برونزيات القصدير، مقاومة جيدًا للتآكل في مياه البحر وفي الأجواء الاستوائية الرطبة، لذلك يتم استخدامها في بناء السفن والطيران وما إلى ذلك. وفي شكل أشرطة وألواح وأسلاك، يتم استخدامها للعناصر المرنة ، وخاصة بالنسبة للينابيع الحاملة للتيار.
برونز السيليكون
تُستخدم هذه البرونزيات في التركيبات والأنابيب التي تعمل في البيئات القلوية (بما في ذلك النفايات).
برونزيات البريليوم
يجمع برونز البريليوم بين قوة عالية جدًا (تصل إلى 120 كجم قوة / مم 2) ومقاومة للتآكل مع زيادة التوصيل الكهربائي. ومع ذلك، نظرًا لارتفاع تكلفة البريليوم، يتم استخدام هذه البرونزيات فقط في الحالات الحرجة بشكل خاص في المنتجات ذات المقاطع الصغيرة في شكل أشرطة وأسلاك للينابيع والأغشية والمنافيخ والاتصالات في الآلات والأجهزة والأجهزة الكهربائية.
2. 3 ذهب. فضة
إلى جانب شذرات النحاس، جذبت شذرات الذهب والفضة أيضًا انتباه الإنسان في العصر الحجري الجديد. لقد كان الناس ينقبون عن الذهب منذ زمن سحيق. واجهت البشرية الذهب بالفعل في الألفية الخامسة قبل الميلاد. ه. في العصر الحجري الحديث بسبب توزيعه في شكله الأصلي. وفقا لعلماء الآثار، بدأ التعدين المنهجي في الشرق الأوسط، حيث تم توريد المجوهرات الذهبية، على وجه الخصوص، إلى مصر. وفي مصر، في قبر الملكة زير وأحد الملكات بو - أبي أور في الحضارة السومرية، تم العثور على أول مجوهرات ذهبية تعود إلى الألفية الثالثة قبل الميلاد. ه.
في العصور القديمة، كانت المراكز الرئيسية لتعدين المعادن الثمينة هي صعيد مصر والنوبة وإسبانيا وكولشيس (القوقاز)؛ توجد معلومات حول الإنتاج في أمريكا الوسطى والجنوبية وآسيا (الهند وألتاي وكازاخستان والصين). في روسيا، تم استخراج الذهب بالفعل في الألفية الثانية والثالثة قبل الميلاد. ه.
تم استخراج المعادن من الغرينيات عن طريق غسل الرمل على جلود الحيوانات ذات الشعر المشذب (لالتقاط حبيبات الذهب)، وكذلك باستخدام المزاريب والصواني والمغارف البدائية. تم استخراج المعادن من الخامات عن طريق تسخين الصخور حتى تتشقق، يليها سحق الكتل في الملاط الحجري، وطحنها بأحجار الرحى، وغسلها. تم الفصل حسب الحجم على المناخل. في مصر القديمة، كانت هناك طريقة معروفة لفصل سبائك الذهب والفضة بالأحماض، أو فصل الذهب والفضة عن سبيكة الرصاص عن طريق التقليب، أو استخراج الذهب عن طريق الاندماج مع الزئبق، أو جمع الجزيئات باستخدام سطح دهني (اليونان القديمة). تم تنفيذ عملية Cupellation في بوتقات طينية يضاف إليها الرصاص وملح الطعام والقصدير والنخالة.
في القرنين الحادي عشر والسادس قبل الميلاد. ه. تم استخراج الفضة في إسبانيا في وديان أنهار تاجوس ودويرو ومينهو وجواديارو. في القرنين السادس والرابع قبل الميلاد. ه. بدأ تطوير رواسب الذهب الأولية والغرينية في ترانسيلفانيا ومنطقة الكاربات الغربية.
تم تعدين الذهب في العصور الوسطى عن طريق طحن خام الذهب وتحويله إلى دقيق. تم خلطه في براميل خاصة مع الزئبق في الأسفل. يبلل الزئبق الذهب ويذيبه جزئيًا لتكوين ملغم (ملغم). تم فصلها عن بقية الصخور وتحللها بالتسخين. وفي نفس الوقت يتبخر الزئبق ويبقى الذهب في جهاز التقطير
وفي العصر الحديث، بدأ استخراج الذهب عن طريق سيانيد الخامات،
جيوكيمياء الذهب
يتميز الذهب بشكله الأصلي. ومن بين أشكاله الأخرى، تجدر الإشارة إلى الإلكتروم، وهو عبارة عن سبيكة من الذهب والفضة، ذات لون أخضر ويمكن تدميرها بسهولة نسبيًا عند نقلها بالماء. في الصخور، عادة ما يكون الذهب مشتتًا على المستوى الذري. في الرواسب غالبًا ما يكون محاطًا بالكبريتيدات والزرنيخيدات.
الذهب في الحياة اليومية
كان الذهب، إلى جانب النحاس، من أوائل المعادن التي استخدمها الإنسان في الحياة اليومية
تم استخدام الليونة العالية للذهب والفضة على نطاق واسع، خاصة في مصر، على شكل صفائح معدنية - رقائق معدنية، لطلاء النحاس وحتى المنتجات الخشبية. إن طلاء منتجات النحاس بالذهب يحفظها من التآكل
تميمة "إله الشمس". عبادة الشمس موجودة في جميع الديانات القديمة. ترتبط طاقتها بالحياة والازدهار. تساعد الأشعة الواهبة للحياة على نمو الثمار التي تغذي العالم كله. في الكلت، ارتبط هذا النجم القوي برمز تخصيب الذكور. يساعدك تعويذة الشمس على الشعور بملء الحياة واكتساب الثقة بالنفس واستعادة القوة العقلية. يحمي من شدائد الحياة والضعف الجسدي والروحي.
تم استخدام الليونة العالية للذهب والفضة على نطاق واسع، خاصة في مصر، على شكل صفائح معدنية - رقائق معدنية، لطلاء النحاس وحتى المنتجات الخشبية. إن طلاء منتجات النحاس بالذهب يحفظها من التآكل.
كانت المجوهرات مصنوعة من الفضة - الخرز والخواتم والخواتم وإكسسوارات الملابس والمزهريات والأوعية والتمائم وما إلى ذلك.
بالفعل في العصر الحديث، تم استخدام الذهب والفضة كنقود. العملة المعدنية الرئيسية حتى يومنا هذا هي الذهب.
فقدت الفضة هذه الوظيفة بالفعل بعد تشبع السوق.
يعد الذهب العنصر الأكثر أهمية في النظام المالي العالمي الحديث، حيث أن هذا المعدن لا يتعرض للتآكل، وله العديد من مجالات التطبيق الفني، كما أن احتياطياته صغيرة. لم يُفقد الذهب عمليًا خلال الكوارث التاريخية، بل تم تجميعه وصهره فقط. وتقدر احتياطيات البنوك العالمية من الذهب حاليا بنحو 32 ألف طن
الذهب الخالص هو معدن أصفر ناعم ومرن. بعض المنتجات الذهبية، مثل العملات المعدنية، تحصل على لون محمر من خليط من معادن أخرى، وخاصة النحاس.
وأهم ما يميز المجوهرات هو دقتها، وهو ما يميز محتوى الذهب فيها. يتم التعبير عن تكوين هذه السبائك من خلال الانهيار، مما يشير إلى عدد الأجزاء حسب وزن الذهب في 1000 جزء من السبائك (في الممارسة الروسية). نقاء الذهب النقي كيميائيا يعادل نقاوة 999.9، ويسمى أيضا الذهب "البنكي"، لأن السبائك مصنوعة من هذا الذهب.
في روسيا، يعتبر يوم 21 مايو (1 يونيو) 1745 هو بداية تعدين الذهب، عندما أعلن إيروفي ماركوف، الذي عثر على الذهب في جبال الأورال، اكتشافه في مكتب المجلس الرئيسي للمصانع في يكاترينبرج. على مر التاريخ، استخرجت البشرية حوالي 140 ألف طن من الذهب.
الفضة هي عنصر من عناصر مجموعة فرعية جانبية من المجموعة الأولى، الفترة الخامسة من الجدول الدوري للعناصر الكيميائية لـ D. I. Mendeleev، برقم ذري 47. يُشار إليه بالرمز Ag (lat. Argentum)
اكتشاف الفضة . إنتاج
اكتشف الفينيقيون رواسب الفضة (خامات الفضة) في إسبانيا وأرمينيا وسردينيا وقبرص. تم دمج الفضة من خامات الفضة مع الزرنيخ والكبريت والكلور وأيضًا على شكل فضة أصلية. وبطبيعة الحال، أصبح المعدن الأصلي معروفًا قبل أن يتعلموا استخراجه من المركبات. توجد الفضة الأصلية أحيانًا على شكل كتل كبيرة جدًا: أكبر كتلة صلبة من الفضة تعتبر كتلة صلبة تزن 13.5 طنًا. توجد الفضة أيضًا في النيازك وتوجد في مياه البحر. ونادرا ما توجد الفضة على شكل شذرات. هذه الحقيقة، بالإضافة إلى اللون الأقل وضوحًا (عادةً ما تكون شذرات الفضة مغطاة بطبقة كبريتيد سوداء) أدت إلى اكتشاف الفضة الأصلية لاحقًا بواسطة الإنسان. وهذا يفسر الندرة الكبيرة والقيمة الكبيرة للفضة في البداية. ولكن بعد ذلك حدث الاكتشاف الثاني للفضة، فمن خلال تنقية الذهب بالرصاص المنصهر، في بعض الحالات، بدلاً من معدن أكثر سطوعًا من الذهب الطبيعي، تم الحصول على معدن باهت. ولكن كان هناك ما هو أكثر من المعدن الأصلي الذي أرادوا تنظيفه. بدأ استخدام هذا الذهب الشاحب منذ الألفية الثالثة قبل الميلاد. أطلق عليه اليونانيون اسم الإلكترون، وأطلق عليه الرومان اسم إلكتروم، وسماه المصريون عاصم. حاليًا، يمكن استخدام مصطلح إلكتروم للإشارة إلى سبيكة من الفضة والذهب. لطالما اعتبرت سبائك الذهب والفضة هذه معدنًا خاصًا. وفي مصر القديمة، حيث تم جلب الفضة من سوريا، كانت تستخدم في صناعة المجوهرات وسك العملات المعدنية. جاء هذا المعدن إلى أوروبا لاحقًا (حوالي 1000 قبل الميلاد) واستخدم لنفس الأغراض. وكان من المفترض أن الفضة هي نتاج تحول المعادن في طريق "تحويلها" إلى ذهب. في عام 2500 قبل الميلاد، كانوا يرتدون المجوهرات في مصر القديمة ويسكون العملات المعدنية من الفضة، معتقدين أنها أكثر قيمة من الذهب. وفي القرن العاشر تبين أن هناك تشبيهًا بين الفضة والنحاس، وكان يُنظر إلى النحاس باللون الفضي باللون الأحمر. في عام 1250، اقترح فنسنت بوفيه أن الفضة تتكون من الزئبق تحت تأثير الكبريت. في العصور الوسطى، كان "الكوبالد" هو اسم الخامات التي كانت تستخدم لإنتاج معدن بخصائص مختلفة عن الفضة المعروفة بالفعل. وتبين لاحقًا أن هذه المعادن استخدمت لإنتاج سبيكة من الكوبالت الفضي، وتم تحديد الاختلاف في الخصائص من خلال وجود الكوبالت. في القرن السادس عشر حصل باراسيلسوس على كلوريد الفضة من العناصر، وقام بويل بتحديد تركيبه. درس شيل تأثير الضوء على كلوريد الفضة، وقد جذب اكتشاف الصورة الانتباه إلى هاليدات الفضة الأخرى. في عام 1663، اقترح جلاسر نترات الفضة كعامل الكي. منذ نهاية القرن التاسع عشر. يتم استخدام السيانيد الفضي المعقد في التشكيل الكهربائي. يتم استخدامه في سك العملات المعدنية والجوائز والأوامر والميداليات.
تستخدم هاليدات الفضة ونترات الفضة في التصوير الفوتوغرافي لأنها تتمتع بحساسية عالية للضوء.
نظرا لأعلى الموصلية الكهربائية ومقاومة الأكسدة، يتم استخدامه: في الهندسة الكهربائية والإلكترونيات كطلاء للاتصالات الحرجة؛ في تكنولوجيا الميكروويف كطلاء للسطح الداخلي للأدلة الموجية.
يستخدم كطلاء للمرايا شديدة الانعكاس (المرايا التقليدية تستخدم الألومنيوم).
كثيرا ما يستخدم كمحفز في تفاعلات الأكسدة، على سبيل المثال في إنتاج الفورمالديهايد من الميثانول.
يستخدم كمطهر، وخاصة لتطهير المياه. منذ بعض الوقت، تم استخدام محلول البروتارجول والكولجول، وهما من الفضة الغروية، لعلاج نزلات البرد.
كانت الكيمياء إحدى المجالات المهمة لاستخدام الفضة، والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالطب. بالفعل 3 آلاف سنة قبل الميلاد. ه. في الصين وبلاد فارس ومصر، كانت الخصائص العلاجية للفضة الأصلية معروفة. على سبيل المثال، قام المصريون القدماء بوضع طبق من الفضة على الجروح لضمان الشفاء السريع. كما أن قدرة هذا المعدن على الاحتفاظ بالمياه الصالحة للشرب لفترة طويلة معروفة منذ القدم. على سبيل المثال، كان الملك الفارسي كورش ينقل الماء فقط في أوعية فضية أثناء الحملات العسكرية. عالج الطبيب الشهير باراسيلسوس في العصور الوسطى بعض الأمراض بحجر "القمر" من نترات الفضة (اللازورد). ولا يزال هذا العلاج يستخدم في الطب حتى يومنا هذا.
إن تطور علم الصيدلة والكيمياء وظهور العديد من أشكال الجرعات الطبيعية والاصطناعية الجديدة لم يقلل من اهتمام الأطباء المعاصرين بهذا المعدن. في الوقت الحاضر، لا يزال يستخدم على نطاق واسع في علم الصيدلة الهندي (لإنتاج الأدوية التقليدية في الهند). الأيورفيدا هي طريقة قديمة لتشخيص الأمراض وعلاجها، وغير معروفة خارج الهند. يتعاطى أكثر من 500 مليون شخص في الهند مثل هذه الأدوية، لذلك من الواضح أن استهلاك الفضة في الصيدلة في البلاد مرتفع للغاية. وفي الآونة الأخيرة، أدت الدراسات الحديثة التي أجريت على خلايا الجسم لمحتوى الفضة إلى استنتاج مفاده أنها مرتفعة في خلايا الدماغ. وهكذا، تم التوصل إلى أن الفضة معدن ضروري لعمل جسم الإنسان وأن الخصائص الطبية للفضة، المكتشفة منذ خمسة آلاف عام، لم تفقد أهميتها اليوم.
تستخدم الفضة المطحونة جيدًا على نطاق واسع لتطهير المياه. المياه المملوءة بمسحوق الفضة (كقاعدة عامة، يتم استخدام الرمل المطلي بالفضة) أو التي يتم ترشيحها من خلال هذه الرمال يتم تطهيرها بالكامل تقريبًا. تتفاعل الفضة على شكل أيونات بشكل نشط مع العديد من الأيونات والجزيئات الأخرى. تعتبر التركيزات الصغيرة مفيدة، حيث أن الفضة تدمر العديد من البكتيريا المسببة للأمراض. كما ثبت أن أيونات الفضة بتركيزات صغيرة تساعد على زيادة مقاومة الجسم الشاملة للأمراض المعدية. ومن خلال تطوير اتجاه الاستخدام هذا، بالإضافة إلى معاجين الأسنان وأقلام الرصاص وبلاط السيراميك المطلي بالفضة، بدأت اليابان في إنتاج البخور الذي يحتوي على الفضة المتأينة، وعند حرقه يطلق أيونات تقتل البكتيريا. يعتمد تأثير أدوية مثل البروتارجول والكولجول وما إلى ذلك، وهي أشكال غروانية من الفضة وتساعد على علاج آفات العين القيحية، على خاصية الفضة هذه.
2. 4 حديد. العصر الحديدي
الحديد هو عنصر من عناصر المجموعة الفرعية الجانبية للمجموعة الثامنة من الفترة الرابعة للنظام الدوري للعناصر الكيميائية لـ D. I. Mendeleev، العدد الذري 26. يُشار إليه بالرمز Fe (لاتيني Ferrum) المادة البسيطة هي الحديد - معدن الفضة القابل للطرق - اللون الأبيض ذو تفاعل كيميائي عالي: يتآكل الحديد بسرعة عند درجات الحرارة العالية أو الرطوبة العالية في الهواء. يحترق الحديد في الأكسجين النقي، وفي حالة التشتت الدقيق يشتعل تلقائيًا في الهواء. الحديد له خاصية خاصة - المغناطيسية.
ونادرا ما يوجد الحديد في الطبيعة في صورته النقية. غالبًا ما يتم العثور عليه في نيازك الحديد والنيكل. ومن حيث الانتشار في القشرة الأرضية، يحتل الحديد المرتبة الرابعة بعد O, Si, Al (4.65%). ويُعتقد أيضًا أن الحديد يشكل معظم لب الأرض.
الحديد في العصور القديمة
تم العثور على الأدوات الحديدية الأولى في منطقة كارباتو-الدانوب-بونتيك، والتي يعود تاريخها إلى القرن الثاني عشر قبل الميلاد. ه.
الحديد كمواد أداة معروف منذ العصور القديمة، وأقدم منتجات الحديد التي تم العثور عليها خلال الحفريات الأثرية يعود تاريخها إلى الألفية الرابعة قبل الميلاد. ه. وتنتمي إلى الحضارتين السومرية القديمة والمصرية القديمة. هذه هي رؤوس الأسهم والمجوهرات المصنوعة من حديد النيزك، أي سبيكة من الحديد والنيكل (يتراوح محتوى الأخير من 5 إلى 30٪) والتي تصنع منها النيازك. على ما يبدو، أحد أسماء الحديد في اللغة اليونانية يأتي من أصلها السماوي: "سيدر" (وفي اللاتينية تعني هذه الكلمة "النجوم")
عُرفت المنتجات المصنوعة من الحديد المنتج صناعيًا منذ استيطان القبائل الآرية من أوروبا إلى آسيا وجزر البحر الأبيض المتوسط (4-3 آلاف سنة قبل الميلاد). أقدم أداة حديدية معروفة هي إزميل فولاذي تم العثور عليه في بناء هرم الفرعون خوفو في مصر (بني حوالي 2550 قبل الميلاد).
لكن استخدام الحديد بدأ قبل إنتاجه بكثير. في بعض الأحيان، تم العثور على قطع من المعدن الأسود الرمادي، والتي عند تشكيلها في خنجر أو رأس حربة، تنتج سلاحًا أقوى وأكثر ليونة من البرونز وتحتفظ بحافة حادة لفترة أطول. وكانت الصعوبة هي أنه تم العثور على هذا المعدن فقط عن طريق الصدفة. الآن يمكننا أن نقول أنه كان من الحديد النيزكي. نظرًا لأن النيازك الحديدية عبارة عن سبيكة من الحديد والنيكل، فيمكن الافتراض أن جودة الخناجر الفردية الفريدة، على سبيل المثال، يمكن أن تتنافس مع السلع الاستهلاكية الحديثة. ومع ذلك، فإن نفس التفرد أدى إلى حقيقة أن هذه الأسلحة لم تكن في ساحة المعركة، ولكن في خزانة الحاكم التالي.
الحديد المعدني الطبيعي من أصل غير أرضي - تم استخدام الحديد النيزكي في فجر العصر الحديدي. يتطلب مسار التحول الكيميائي لخام الحديد تطور درجات حرارة عالية إلى حد ما. لاختزال الحديد من أكاسيده بأول أكسيد الكربون، وهو ما يحدث في العملية المعدنية المعتادة، تكون درجة الحرارة أعلى بقليل من 700 درجة مئوية كافية - حتى نار المخيم تعطي درجة الحرارة هذه. ومع ذلك، فإن الحديد الذي يتم الحصول عليه بهذه الطريقة هو عبارة عن كتلة ملبدة تتكون من المعدن وكربيداته وأكاسيده وسيليكاته؛ عندما يتم تزويرها، فإنه ينهار. من أجل تحقيق إمكانيات عملية الاختزال عمليا من أجل الحصول على الحديد المناسب للمعالجة، كان من الضروري وجود ثلاثة شروط: 1) إدخال أكاسيد الحديد في منطقة التسخين في ظل ظروف الاختزال؛ 2) تحقيق درجة الحرارة التي يتم فيها الحصول على معدن مناسب للمعالجة الميكانيكية؛ 3) اكتشاف تأثير المواد المضافة - التدفقات التي تسهل فصل الشوائب على شكل خبث مما يضمن إنتاج معدن قابل للطرق عند درجات حرارة ليست عالية جدًا.
كانت الخطوة الأولى في علم المعادن الحديدية الناشئة هي إنتاج الحديد عن طريق اختزاله من أكسيده. تم خلط الخام مع الفحم ووضعه في الفرن. عند درجة الحرارة المرتفعة الناتجة عن حرق الفحم، بدأ الكربون يتحد ليس فقط مع الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي، ولكن أيضًا مع الأكسجين المرتبط بذرات الحديد.
FeO + C = Fe + CO
الحديدO+CO = الحديد + CO2
بعد حرق الفحم، بقي ما يسمى كريتسا في الفرن - كتلة من المواد الممزوجة بالحديد المخفض. تم بعد ذلك تسخين الكريتسا مرة أخرى وإخضاعها للتزوير وإخراج الحديد من الخبث. لفترة طويلة في تعدين الحديد، كان الحدادة هو العنصر الرئيسي في العملية التكنولوجية، وكان آخر شيء مرتبط بإعطاء المنتج شكله. المادة نفسها مزورة.
"العصر الحديدي"
حل العصر الحديدي محل العصر البرونزي بشكل رئيسي في بداية الألفية الأولى قبل الميلاد. أوه
حل العصر الحديدي محل العصر البرونزي بشكل رئيسي في بداية الألفية الأولى قبل الميلاد. ه. وحدث ذلك للأسباب التالية: 1) الحديد أكثر وفرة في الطبيعة من النحاس والقصدير والرصاص. 2) سبائكها لديها ليونة جيدة وقابلية للطرق. 3) قوة أكبر من البرونز؛ 4) مقاومة جيدة للتأثيرات البيئية. 5) أن يتقن الإنسان الطريقة الأساسية لإنتاج (صهر الاختزال) للحديد وسبائكه. أصبح كل هذا معًا شرطًا أساسيًا لاستبدال العصر البرونزي بالعصر الحديدي.
ويستمر العصر الحديدي حتى يومنا هذا.
في الواقع، يُطلق على الحديد عادةً سبائكه ذات المحتوى المنخفض من الشوائب (يصل إلى 0.8٪)، والتي تحتفظ بنعومة وليونة المعدن النقي. ولكن في الممارسة العملية، يتم استخدام سبائك الحديد والكربون في كثير من الأحيان: الصلب (ما يصل إلى 2٪ كربون) والحديد الزهر (أكثر من 2٪ كربون)، وكذلك الفولاذ المقاوم للصدأ (سبائك) الفولاذ مع إضافات من معادن السبائك (الكروم، المنغنيز والنيكل وغيرها). إن الجمع بين الخصائص المحددة للحديد وسبائكه يجعله "المعدن رقم 1" من حيث الأهمية بالنسبة للبشر.
أعطى استخدام الحديد حافزًا قويًا لتطوير الإنتاج وبالتالي تسريع التنمية الاجتماعية. في العصر الحديدي، شهدت غالبية شعوب أوراسيا تحلل النظام المشاعي البدائي والانتقال إلى المجتمع الطبقي.
التقدم لم يقف ساكناً: كان أول جهاز للحصول على الحديد من الخام هو منفاخ الجبن القابل للتصرف. مع وجود عدد كبير من العيوب، لفترة طويلة كانت هذه هي الطريقة الوحيدة للحصول على المعدن من الخام
تمثلت المرحلة الأعلى في تطور علم المعادن الحديدية في أفران عالية دائمة تسمى أفران الجص في أوروبا. لقد كان حقًا موقدًا طويل القامة - به أنبوب بطول أربعة أمتار لتعزيز الجر. كان منفاخ آلة الجص يتأرجح بالفعل من قبل العديد من الأشخاص، وأحيانًا بواسطة محرك مائي. كان لدى ستوكوفن أبواب يتم من خلالها إزالة الكريتسا مرة واحدة في اليوم، وقد تم اختراع ستوكوفن في الهند في بداية الألفية الأولى قبل الميلاد. في بداية عصرنا، جاءوا إلى الصين، وفي القرن السابع، إلى جانب الأرقام "العربية"، استعار العرب هذه التكنولوجيا من الهند. في نهاية القرن الثالث عشر، بدأت Stuktofen في الظهور في ألمانيا وجمهورية التشيك (وحتى قبل ذلك كانت في جنوب إسبانيا) وخلال القرن التالي انتشرت في جميع أنحاء أوروبا.
كانت إنتاجية ستوكوفين أعلى بما لا يقاس من إنتاجية فرن نفخ الجبن - فقد أنتجت ما يصل إلى 250 كجم من الحديد يوميًا، وكانت درجة حرارة الانصهار فيه كافية لكربنة جزء من الحديد إلى حالة الحديد الزهر. ومع ذلك، عندما تم إيقاف الفرن، تجمد الحديد الزهر الجص في قاعه، واختلط مع الخبث، وفي ذلك الوقت كان بإمكانهم فقط تنظيف المعدن من الخبث عن طريق تزوير، لكن الحديد الزهر لم يكن مناسبًا لذلك. كان لا بد من التخلص منه.
كانت المرحلة التالية في تطور علم المعادن هي ظهور الأفران العالية. لا تزال تستخدم اليوم. نظرًا للزيادة في الحجم والتسخين المسبق للهواء والانفجار الميكانيكي، في مثل هذا الفرن، يتم تحويل كل الحديد من الخام إلى حديد زهر، والذي يتم صهره وإطلاقه بشكل دوري للخارج. أصبح الإنتاج مستمرًا - كان الفرن يعمل على مدار الساعة ولم يبرد. أنتجت ما يصل إلى طن ونصف من الحديد الزهر يوميًا. كان تقطير الحديد الزهر وتحويله إلى حديد في المسبوكات أسهل بكثير من إخراجه من الكريتسا، على الرغم من أن الحدادة كانت لا تزال مطلوبة - لكنهم الآن كانوا يخرجون الخبث من الحديد، وليس الحديد من الخبث
استخدام الحديد في العصور القديمة
كان الشكل الأول لتنظيم إنتاج منتجات الحديد هو الحدادين الهواة. الفلاحون العاديون الذين، في أوقات فراغهم من زراعة الأرض، شاركوا في مثل هذه الحرفة. عثر الحداد من هذا النوع بنفسه على "الخام" (المستنقع الصدئ أو الرمل الأحمر)، وأحرق الفحم بنفسه، وصهر الحديد بنفسه، وقام بتزوير المنتج بنفسه، ومعالجة المنتج بنفسه.
وكانت مهارة الحرفي في هذه المرحلة تقتصر بطبيعة الحال على تزوير المنتجات بأبسط أشكالها. تتكون أدواته من منفاخ ومطارق وسندان حجرية وحجر طحن. تم إنتاج الأدوات الحديدية باستخدام الأدوات الحجرية.
إذا كانت هناك رواسب خام مناسبة للتطوير في مكان قريب، فيمكن أن تشارك قرية بأكملها في إنتاج الحديد، لكن هذا لم يكن ممكنا إلا إذا كانت هناك فرصة مستقرة للمبيعات المربحة للمنتجات، والتي لا يمكن أن تكون عمليا في ظل الهمجية.
لنفترض أنه بالنسبة لقبيلة مكونة من 1000 شخص، كان هناك اثني عشر منتجًا للحديد، كل منهم سيبني اثنين من أفران نفخ الجبن في عام واحد، فإن عملهم يضمن تركيز منتجات الحديد بحوالي 200 جرام فقط للفرد . وليس في السنة، ولكن بشكل عام. هذا الرقم بالطبع تقريبي للغاية، لكن الحقيقة هي أنه من خلال إنتاج الحديد بهذه الطريقة، لم يكن من الممكن أبدًا تغطية جميع الاحتياجات من أبسط الأسلحة والأدوات الأكثر ضرورة بشكل كامل. واستمر صنع الفؤوس من الحجر، والمسامير والمحاريث من الخشب. ظلت الدروع المعدنية بعيدة المنال حتى بالنسبة للقادة.
دور الحديد في العالم الحديث
إن القرن الحادي والعشرين هو قرن البوليمرات، ولكن عصر الحديد لم ينته بعد.
في العالم الحديث، هناك أنواع كثيرة من البوليمرات التي تتفوق على الحديد في الخفة والليونة ومقاومة التآكل، ولكنها في نفس الوقت أقل بكثير من الحديد في القوة، لذلك من السابق لأوانه الحديث عن الحديد بصيغة الماضي .
لعب الحديد دورًا كبيرًا في تطور المجتمع البشري ولم يفقد أهميته حتى يومنا هذا. سبائك الحديد - الحديد الزهر والصلب - هي أساس الصناعة الحديثة.
الفصل الثالث استنتاجات حول البحث النظري
في دراساتنا النظرية توصلنا إلى الاستنتاجات التالية:
الاستنتاج الرئيسي
ارتبط التغيير في "عصور المعادن" باكتشاف معادن وسبائك جديدة ذات صفات محسنة للبشر مقارنة بالمعادن والسبائك السابقة (والمعادن الشائعة جدًا في الطبيعة) ؛ إتقان طرق استخراجها أو إنتاجها، وكذلك إتقان طرق صب وتزوير المنتجات من المعادن والسبائك الجديدة. إن تغيير المواد المستخدمة في العمل والإنتاج يؤثر ويؤثر على التقدم التقني في المجتمع. لقد كان دور الكيمياء دائمًا ولا يزال مهمًا.
الاستنتاجات حسب "القرن" (تأكيد الاستنتاج الرئيسي)
1. عصر النحاس. النحاس هو المعدن الأول الذي بدأ الناس في استخدامه لأول مرة في العصور القديمة منذ عدة آلاف من السنين قبل الميلاد (4-3 آلاف قبل الميلاد). المحتوى الإجمالي للنحاس في القشرة الأرضية صغير نسبيًا (0.01٪ بالوزن)، ولكنه يوجد غالبًا في حالته الأصلية أكثر من المعادن الأخرى، وتصل شذرات النحاس إلى حجم كبير.
وهذا، بالإضافة إلى السهولة النسبية في معالجة النحاس، يفسر حقيقة أن البشر استخدموه قبل المعادن الأخرى.
النحاس معدن ناعم. لذلك، في العصور القديمة، لم يكن من الممكن أن يحل النحاس محل الأدوات الحجرية. فقط عندما تعلم الإنسان صهر النحاس واخترع البرونز (سبيكة من النحاس والقصدير) حل المعدن محل الحجر.
اعتقد القدماء أن التأثير العلاجي للنحاس يرتبط بخصائصه المضادة للبكتيريا والمضادة للالتهابات. في الدروع النحاسية، كانت جروح المحاربين القدماء تتفاقم بشكل أقل وتلتئم بشكل أسرع.
2. استمر العصر البرونزي من نهاية الرابع إلى بدايته. الألفية الأولى قبل الميلاد ه. وانتشرت تعدين البرونز والأدوات البرونزية والأسلحة (الشرق الأوسط والصين وأمريكا الجنوبية وغيرها). البرونز عبارة عن سبيكة تعتمد على النحاس (في العصور القديمة كان النحاس + القصدير، وفي كثير من الأحيان - النحاس + الرصاص. كان للبرونز قوة أكبر من النحاس، ليونة جيدة، مقاومة أكبر للتآكل، صفات صب جيدة. لذلك، تم استبدال عصر النحاس بواسطة البرونزية.
3. العصر الحديدي. في العصور القديمة جدًا، كانت منتجات الحديد تُصنع من حديد النيزك، من “الحجر السماوي”. كان الحديد النيزكي سهل المعالجة. ولم يصنع منه إلا الزخارف والأدوات البسيطة. لم يكن لدى القدماء إمكانية الوصول إلى صهر الحديد، بل حصلوا عليه من المركبات. لذلك، بدأ العصر الحديدي في مصر فقط في القرن الثاني عشر.
قبل الميلاد ه. وفي بلدان أخرى حتى في وقت لاحق - في البداية. الألفية الأولى قبل الميلاد ه.
بدأ العصر الحديدي بانتشار تعدين الحديد وصناعة الأدوات والأسلحة. ومن حيث انتشار المعادن في الطبيعة، يحتل الحديد المرتبة الثانية بعد الألومنيوم. مع ظهور العصر الحديدي، لم يعد الحديد في شكله النقي يستخدم عمليا. في الحياة اليومية، كانت منتجات الفولاذ أو الحديد الزهر (سبائك الحديد مع الكربون وعناصر أخرى) تسمى الحديد غالبًا.
أدت الليونة الجيدة والليونة للحديد وسبائكه، فضلاً عن القوة الخاصة للمنتجات المصنوعة منها، إلى التحول من العصر البرونزي إلى العصر الحديدي، والذي يستمر حتى يومنا هذا.
سبائك الحديد - الحديد الزهر والصلب - هي أساس الصناعة الحديثة.
الحديد ضروري لحياة الكائنات الحية. وهو جزء من الهيموجلوبين.
اعتقد القدماء أن الحديد يقع تحت تأثير المريخ. بمساعدة تعويذة معدنية مصنوعة من الحديد، حاولوا شفاء الأشخاص المصابين بفقر الدم: كان من المفترض أن يتجنب التعويذة التأثير الضار للمريخ وطاقته وتطبيع محتوى الحديد في الدم.
4. كما عرف الإنسان الذهب والفضة منذ القدم. تتميز هذه المعادن بالنعومة والليونة والليونة الجيدة جدًا. وبالتالي تتم معالجة الذهب والفضة بسهولة. يعود تاريخ المنتجات المصنوعة من هذه المعادن إلى 5 – 1000 سنة قبل الميلاد. ه. لون جميل،
لقد كان اللمعان "السحري" والكثافة العالية والخفة والمقاومة العالية للتأثيرات الجوية موضع تقدير منذ فترة طويلة من قبل الإنسان.
لكن الذهب والفضة معادن نادرة في الطبيعة. لذلك، منذ العصور القديمة، كانت تستخدم بشكل رئيسي في صناعة المجوهرات والأدوات المنزلية.
ولكن مع مرور الوقت، أصبح الذهب (وبدرجة أقل الفضة) مقياساً للقيم المادية، وبدأ استخدامه كتبادل للسلع، وأصبح بعد ذلك معادلاً نقدياً، وبالتالي "ملك المعادن".
منذ العصور القديمة، تم استخدام الخصائص العلاجية للفضة والذهب: الخصائص المطهرة للمياه الفضية؛ ولعلاج الأمراض الجلدية تم استخدام خصائص الفضة والذهب والنحاس.
الفصل الثالث بحثنا العملي
3. 1 تجربة كيميائية
"علاقة "المعادن القديمة" ببعض التأثيرات الكيميائية"
على الأسئلة - "ما هي خصائص المعادن أو سبائك التحف التي ضمنت الحفاظ عليها حتى يومنا هذا؟" و"لماذا تختلف درجة الحفظ باختلاف العناصر؟" حاولنا إعطاء إجابة من خلال اللجوء إلى تجربة كيميائية.
أولاً، طرحنا الفرضيات التالية: 1- المنتجات العتيقة ظلت قائمة حتى يومنا هذا، لأن المعادن أو السبائك التي تصنع منها ذات نشاط كيميائي منخفض؛ 2 - تعتمد درجة سلامة المنتجات على: أ) مقاومة المواد للتآكل للتأثيرات البيئية (تعتمد مقاومة التآكل في المقام الأول على النشاط الكيميائي للمعادن والسبائك)؛ ب) وقت التعرض للعوامل المختلفة (بما في ذلك "العامل الكيميائي") على المنتج أو عمر المنتج.
لقد أجرينا هذه التجربة الكيميائية
جوهرها هو كما يلي: قمنا بدراسة علاقة المعادن القديمة وبعض سبائكها بالكواشف والمواد الطبيعية مثل: الأكسجين الجوي (في الظروف العادية وتأثيرات درجة الحرارة)؛ الهواء الرطب الماء - المقطر، الصنبور، الطبيعي؛ محاليل الأحماض والقلويات.
من المهم أن تكون جميعها هي المدمرات الرئيسية (أو ما يشبه هذه المدمرات) للمعادن والسبائك في الطبيعة. وقمنا بالتفاعلات المناسبة وحصلنا على نتائج تؤكد صحة افتراضاتنا (فرضياتنا).
استنتاجات من البحوث العملية
وأظهرت تجربة كيميائية صممناها وأجريناها ذلك
النشاط الكيميائي للمعادن والسبائك قيد الدراسة (في الواقع "المعادن القديمة") منخفض
مقاومة التآكل للتأثيرات الكيميائية عالية.
يتم عرض نتائج التجربة في الجدول
نستنتج أن خصائص المواد هذه قد تكون حاسمة في بقاء المنتجات العتيقة حتى يومنا هذا
تم اختبار تفاعل المعادن والسبائك مع مدة التعرض الكيميائي للكواشف المخبرية والطبيعية (لمدة شهرين)
أظهرت التجربة: تدمير المعادن والسبائك يزداد بمرور الوقت
كما أكدت التجربة افتراضنا بأن النشاط الكيميائي للمواد قيد الدراسة منخفض نسبياً؛ لا تزال هناك اختلافات في نشاطها الكيميائي
ربما كان المعدن الأول الذي تعرف عليه الإنسان خلال العصر الحجري الجديد (منذ حوالي 6 آلاف سنة في الشرق القديم وقبل حوالي 4 آلاف سنة في أوروبا) هو النحاس. ويوجد في الطبيعة في حالته الأصلية على شكل صفائح وكتل إسفنجية وصلبة بالإضافة إلى بلورات. أكبر كتلة صلبة تم العثور عليها تزن 420 طنًا، وشذرات النحاس أكثر شيوعًا في الطبيعة من شذرات المعادن الأخرى. لذلك، من الطبيعي أنه أثناء البحث عن صخور مناسبة لصنع الأدوات، واجه الناس في المقام الأول شذرات النحاس. كان هذا الاجتماع بمثابة بداية العصر النحاسي.
من المفترض أن الشخص قدّر بسرعة مزايا المادة الجديدة. عمر الأشياء المصنوعة من النحاس الأصلي يصل إلى 6 آلاف سنة. تم العثور على شذرات كبيرة بشكل خاص في أمريكا الشمالية على شواطئ خليج هدسون وبحيرة سوبيريور. كانت أدوات الإنسان الأولى مصنوعة من الحجر، لذلك ولدت أولى منتجات النحاس نتيجة معالجة شذرات النحاس بالفؤوس الحجرية. لفترة طويلة، تم استخدام الأدوات الحجرية والنحاسية معًا. خلال هذه الفترة، تعلم الناس أساسيات علم المعادن وعلم المعادن باستخدام النحاس كمثال.
كانت معالجة شذرات النحاس بفأس حجري، بالطبع، إمكانيات محدودة. من خلال التشكيل البارد لشذرات على شكل صفيحة، كان من الممكن إنتاج أشياء صغيرة - دبابيس، وخطافات، ورؤوس سهام، وما إلى ذلك. ومن المستحيل الحصول على صفائح النحاس عن طريق التشكيل البارد - حيث تتشقق المادة. من المستحيل أيضًا إنتاج أشياء ذات شكل معقد باستخدام تزوير بارد: أواني وأواني القلي وما إلى ذلك. بحلول ذلك الوقت، كان الشخص يتحكم بالفعل في النار بثقة. تم استبدال نار المخيم بدرجة حرارة 700-800 درجة مئوية بأفران، حيث تم الوصول إلى درجة حرارة أعلى - 1000-1200 درجة مئوية. ففي مصر، على سبيل المثال، تم العثور على أواني خزفية يعود تاريخها إلى 5 آلاف سنة قبل الميلاد. على سبيل المثال، تم إطلاق النار عند درجة حرارة 1100-1200 درجة مئوية. يذوب النحاس عند درجة حرارة 1084 درجة مئوية، لذلك، بطبيعة الحال، كانت الخطوة التالية في الممارسة المعدنية البشرية هي إنتاج النحاس المنصهر. أدى هذا إلى توسيع نطاق المنتجات المصنوعة من النحاس بشكل كبير.
ومع ذلك، فإن النحاس الأصلي نادر، ومن الواضح أنه لم يكن هناك ما يكفي منه لتلبية الطلب المتزايد بسرعة على هذا المعدن. وفي المرحلة التالية بدأ الإنسان بالحصول على النحاس عن طريق تقليل صهر خامه. خامات النحاس عبارة عن معادن طبيعية وركام يحتوي على النحاس بكميات ومركبات تجعل استخراج المعدن مربحًا اقتصاديًا. حاليًا، من المعروف أن أكثر من 170 معدنًا يحتوي على النحاس، منها 10-15 فقط لها أهمية عملية. وتشمل المعادن الأكثر أهمية: كالكوبايرت CuFeS 2 (30% نحاس)، والكالكوسيت - "بريق النحاس" Cu 2 S (79.8% نحاس)، والكوفلين CuS (64.4% نحاس)، والملكيت CuCO 3 Cu(OH) 2 (57.4% نحاس). )، أزوريت 2CuCO 3 ·Cu(OH) 2 (55.5% نحاس)، كبريت Cu 2O (81.8% نحاس). لا تتكون خامات الرواسب الصناعية الحديثة أبدًا من معادن النحاس وحدها. عادة، تنمو المعادن المحتوية على النحاس مع المعادن اللافلزية (الكوارتز، الباريت، إلخ) وبعض المعادن الخام من الحديد والمعادن غير الحديدية (البيريت، البيروتيت، إلخ).
تعد رواسب خام النحاس أكثر انتشارًا من رواسب شذرات النحاس الكبيرة وهي معروفة للإنسان منذ العصور القديمة. من الصعب الآن معرفة كيفية اكتشاف صهر النحاس من الخامات وما إذا كان هذا قد حدث بعد وقت طويل من اكتشاف الإنسان للنحاس الأصلي. هناك أدلة على أنه بالفعل 7 آلاف سنة قبل الميلاد. ه. وفي الشرق الأوسط، تم استخدام النحاس المعدني. يبدو أن استخراج النحاس الأصلي وصهر النحاس من الخامات - العمليات التي تختلف بشكل كبير من الناحية الفنية والتكنولوجية - قد أتقنها الإنسان في نفس الوقت في مناطق مختلفة من العالم.
في البداية، تم استخدام الخامات المؤكسدة. وهي لا تتطلب تحميصًا مسبقًا، على عكس خامات الكبريتيد، التي تتطلب مثل هذه المعالجة لإزالة الكبريت المرتبط كيميائيًا. تم إجراء الصهر الاختزالي لخامات الملكيت في أفران بدائية. وكانت عبارة عن بوتقات طينية مملوءة بالخام والفحم، وتوضع في حفرة ضحلة. تم سكب طبقة من الفحم في الأعلى.
عند حرق الفحم، يشكل أول أكسيد الكربون (II)، الذي يتفاعل مع الملكيت، مما يؤدي إلى تحويل النحاس المرتبط كيميائيًا إلى معدن:
CO + CuCO 3 = 2CO 2 + Cu
يضمن التصميم المغطى للأفران عزل وسط التفاعل عن الأكسجين الزائد في الهواء، الذي يؤكسد أول أكسيد الكربون (II) إلى أول أكسيد الكربون (IV) وبالتالي يتعارض مع اختزال النحاس. من غير المعروف كيف توصل الشخص إلى فكرة صهر النحاس بهذه الطريقة، ولكن من الواضح أنه كان لديه الكثير من الوقت والمثابرة لإجراء التجارب. هناك أدلة على معرفة الإنسان المبكرة جدًا بصهر النحاس المعدني. في مصر، على سبيل المثال، تمت معالجة خامات النحاس من شبه جزيرة سيناء بالفعل في الألفية الرابعة قبل الميلاد. ه. خامات النحاس معروفة في جزيرة قبرص منذ العصور القديمة. ومن المفترض أن كلمة "كوبروم"، الاسم العلمي للنحاس، تأتي من اسم جزيرة قبرص، حيث توجد مناجم النحاس عند الرومان القدماء.
في أوروبا، تم العثور على مناجم النحاس القديمة في النمسا على ميتربيرغ. كما تم اكتشاف الأدوات الحجرية المستخدمة في استخراج هذه المناجم هناك. استخدم أسلاف السلاف القدماء، الذين عاشوا في حوض الدون ومنطقة دنيبر، رواسب النحاس الفقيرة الموجودة في منطقة دونباس الحالية ومنحدرات دنيبر التي غمرتها الفيضانات. استخدموا النحاس لصنع الأسلحة والأدوات المنزلية والمجوهرات.
وفقًا لبعض العلماء، فإن الكلمة الروسية "النحاس" تأتي من كلمة "سميدا"، والتي تعني المعدن بشكل عام بين بعض القبائل القديمة التي تعيش في الجزء الأوروبي من الأراضي الحديثة لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. في مطلع القرون السابع عشر والثامن عشر. تم وضع بداية معالجة النحاس الصناعية في روسيا على يد نيكيتا ديميدوف. يوجد في متحف تاجيل طاولة نحاسية ضخمة قابلة للطي مكتوب عليها: “تم العثور على هذا النحاس الأول في روسيا في سيبيريا … نيكيتا ديميدوفيتش ديميدوف وفقًا لرسائل الإمبراطور السيادي العظيم بطرس الأكبر في 1702 و 1706 و 1709”. ومن هذا تم صهره لأول مرة وتم صنع هذه الطاولة من النحاس عام 1715."
بعد أن تعلم الإنسان الحصول على النحاس ومعالجته، لعدة آلاف من السنين، كان مع الحجر المادة الصلبة الرئيسية في العصور القديمة (الشكل 12). لقد حاول علماء المعادن البدائيون بالفعل زيادة صلابة هذا المعدن الناعم في شكله النقي. في البداية، كان التكوين العرضي على ما يبدو لسبائك النحاس والقصدير، والذي يمكن أن يحدث أثناء معالجة بعض الخامات التي تحتوي على القصدير والنحاس معًا، هو الذي حدد اتجاه البحث لتحسين الخواص الميكانيكية للنحاس. تم إعادة إنتاج المزيج الناجح من النحاس والقصدير من قبل الإنسان بوعي.
وبطبيعة الحال، تم اختبار تركيبات النحاس مع معادن أخرى (الزنك والزرنيخ والنيكل وما إلى ذلك). تم الحصول على سبيكة من النحاس والزنك، على سبيل المثال، في إيران القديمة. يبلغ عمر دبوس رباعي السطوح من النحاس والزرنيخ والنيكل الموجود في أذربيجان أكثر من 5 آلاف عام. تم العثور على عناصر مصنوعة من سبائك النحاس والنيكل في ألمانيا وإسبانيا والبرتغال ويعود تاريخها إلى نفس الفترة تقريبًا.
يحتل البرونز، وهو سبيكة من النحاس والقصدير، مكانة خاصة في الممارسة البشرية. يتفوق البرونز على النحاس في الصلابة، وسهل المعالجة، ومقاوم جدًا للأكسدة. تعود الفترة التاريخية تقريبًا إلى بداية الألفية الثالثة قبل الميلاد. ه. حتى بداية الألفية الأولى قبل الميلاد. ه. يسمى العصر البرونزي. في هذا الوقت، ظهرت أدوات وأسلحة جديدة أكثر تنوعا مصنوعة من البرونز (الفؤوس والسكاكين والمناجل)، وظهرت أواني برونزية - أكواب وأوعية ومراجل وما إلى ذلك. تم صب المنتجات البرونزية من قبل المصريين والهندوس والآشوريين. تم استخدام البرونز على نطاق واسع في صناعة المجوهرات والتماثيل والأشياء الفنية الأخرى.
تمثال بارتفاع 32 مترًا تم إنشاؤه عام 290 قبل الميلاد. ه. تكريما لإله الشمس هيليوس - تم صب تمثال رودس العملاق من البرونز ووضعه في أقصى شرق جزيرة بحر إيجه - رودس، عند مدخل الميناء. في اليابان، في عام 749، تم صب تمثال بوذا الذي يبلغ وزنه أربعمائة طن ووضعه في معبد تودايجي. يمكن الحكم على التوزيع الواسع للبرونز في فن العالم القديم من خلال التماثيل التي نزلت إلينا (Discobolus، Sleeping Satyr، Marcus Aurelius، إلخ). كلمة "البرونز" نفسها لها أصل متأخر نسبيًا وترتبط باسم المدينة التجارية الإيطالية الواقعة على ساحل البحر الأدرياتيكي في بريزيني، حيث تم بيع مجموعة متنوعة من المنتجات البرونزية.
ومع اكتساب البشرية للخبرة التقنية والتكنولوجية، ظهرت إلى جانب البرونز سبائك نحاسية أخرى ذات خصائص قيمة مختلفة. حاليًا، من المعروف أن عددًا كبيرًا من السبائك التي يتشكل النحاس مع عناصر أخرى: Zn، Sn، Al، Ni، Pb، Mn، Be، Fe، Mg، Hg، Ag، Au، Si. يرجع التوزيع الواسع لسبائك النحاس إلى حقيقة أن المجموعات المختلفة منها لها مزايا مختلفة. وتشمل هذه المزايا مقاومة الاحتكاك، ومقاومة التآكل، والليونة، وخصائص الصب الجيدة، والمظهر الجميل، وما إلى ذلك. تسمى سبائك النحاس والزنك بالنحاس وتنقسم وفقًا لتكوينها إلى نحاس أحمر (أقل من 20٪ زنك)، والتي تتمتع بسيولة جيدة؛ النحاس الأصفر (20-50% زنك)؛ نحاس أبيض هش (50-80% زنك) ونحاس خاص يحتوي مع النحاس والزنك على Ni وMn وFe وSn وAl.
في السابق، كان يطلق على البرونز فقط سبيكة من النحاس والقصدير. ونظرًا لندرة القصدير، بدأ الحصول على سبائك ذات خصائص مماثلة عن طريق إضافة معادن أخرى إلى النحاس. الآن، بالإضافة إلى القصدير، يتم استخدام الألومنيوم والرصاص والسيليكون والكادميوم والبرونز الأخرى على نطاق واسع. تحتوي كل هذه السبائك على كميات صغيرة من مكونات صناعة السبائك التي تعمل على تحسين صفات معينة. نظرًا للتنوع الكبير في الخصائص ، كان استخدام سبائك النحاس واسعًا جدًا منذ فترة طويلة. كانت بنادق المدفعية مصبوبة من البرونز المكون من 90٪ نحاس و 10٪ قصدير. تم استخدام سبيكة تتكون من 76-82% نحاس، 16-22% قصدير وما يصل إلى 4% رصاص لصب الأجراس. أجراس "ساعة" و 10 "ربع" لبرج سباسكايا في الكرملين بموسكو مصنوعة من معدن الجرس هذا. تم صب هذه الأجراس في القرنين السابع عشر والثامن عشر. ويزن: "الساعة" - 2160 كجم، "الربع" - من 300 إلى 350 كجم.
لتصنيع المنتجات الفنية، يتم استخدام سبيكة تحتوي على 70-80% نحاس، وما يصل إلى 10% زنك، و5-8% قصدير، و3% رصاص. هذا هو ما يسمى بالبرونز الفني. في عام 1863، على إحدى الجزر (Mas a Tierre)، على بعد 600 كيلومتر من ساحل تشيلي، تم تركيب لوحة تذكارية مصبوبة من البرونز الفني للبحار الاسكتلندي ألكسندر سيلكيرك، النموذج الأولي لروبنسون كروزو الشهير. توجد في موسكو الكرملين في كاتدرائية الصعود خيمة مصبوبة مخرمة مصنوعة عام 1625 من البرونز الفني - وهي مثال على أعلى مهارة للحرفيين الروس. يبدأ تاريخ صب التماثيل البرونزية في روسيا بعصر بيتر الأول. ففي عام 1714، تم صب أول تمثال لشمشون للنافورة في بيترهوف. أصعب عملية صب في خطوة واحدة لـ "الفارس البرونزي" الشهير - النصب التذكاري لبيتر الأول، تم تنفيذها وفقًا لتصميم النحات إي. فالكون في عام 1775. في أكاديمية الفنون في سانت بطرسبرغ عام 1764، تم تأسيس "دار المسبك" الذي تم فيه تصنيع العديد من الأشياء من البرونز لزخارف القصور، وكذلك الأعمال النحتية.
إنتاج النحاس .لا يتم العثور على المعادن المحتوية على النحاس في شكلها النقي على نطاق صناعي. في قطع الخام، تتشابك المعادن التي تحتوي على عناصر مختلفة بشكل وثيق. أنها تنمو معًا وتشكل شوائب صغيرة. تحتوي خامات النحاس عادةً على ما بين 0.5 و2% من النحاس. فقط في الكونغو توجد رواسب يصل فيها محتوى النحاس إلى 20٪. انخفاض تركيز النحاس في الخامات يجعل استخراجه صعبا، ويصبح إنتاج النحاس عملية معقدة متعددة المراحل.
يتم استخراج النحاس من خامات الكبريتيد بشكل رئيسي بطرق التعدين الحراري، ومن الخامات المؤكسدة بطرق التعدين المائي. حاليًا، يتم الحصول على 75% من إجمالي النحاس المستخرج باستخدام طريقة التعدين الحراري. تعتمد هذه الطريقة على الأكسدة الجزئية لخامات الكبريت إلى أكاسيد النحاس، والتي يتم اختزالها بواسطة الكبريتيد الزائد إلى معدن النحاس:
2Сu 2 О + Cu 2 S = 6Cu + SO 2
إن انخفاض تركيز النحاس في الخامات يجعل من الصعب استخراجه بشكل طبيعي. لذلك، قبل إرسال الخام المستخرج للصهر، يتم تخصيبه - يتم زيادة نسبة النحاس بشكل مصطنع. ومن أجل إجراء التخصيب، يتم سحق الخام إلى حجم يمكن من خلاله عزل الحبوب التي تحتوي على نسبة مئوية من محتوى النحاس أكبر من تلك الموجودة في الخام الأصلي. يتم بعد ذلك فصل هذه الحبوب "الغنية" عن الباقي، مع الاستفادة من حقيقة أن الحبوب ذات التركيبات المختلفة لها خصائص مختلفة. وتشمل هذه الخصائص: اللون، واللمعان، والكتلة، والقابلية الكهربائية والمغناطيسية، وقابلية البلل.
طريقة التخصيب الأكثر شيوعًا الآن هي التعويم (الشكل 13). في علم المعادن، يتم استخدام التعويم بشكل رئيسي لفصل معادن الكبريتيد من صخور الشوائب، وكذلك لفصل جزيئات الخامات من المعادن المختلفة. تعتمد الطريقة على الاختلاف في الامتزاز
خواص سطح جزيئات معادن الكبريت وصخور النفايات من نوع السيليكات. يتم تعويم خامات النحاس على النحو التالي. تتم إضافة بعض المواد العضوية القطبية ذات السلسلة الهيدروكربونية الطويلة - المجمعة - إلى معلق من خام مطحون ناعمًا (0.05-0.5 مم) في الماء، يسمى اللب. يتمتع المجمع بقدرة أطرافه القطبية على الامتصاص بشكل انتقائي على سطح جزيئات خام النحاس. وفي هذه الحالة، تبقى نهايته الهيدروكربونية في الطور المائي. وبالتالي، نتيجة للامتصاص، يصبح سطح الجسيم مغلفًا وتقلل "فرشاة" الهيدروكربون من قابلية بللته. يتم ترطيب جزيئات النفايات الصخرية ذات السطح القطبي جيدًا.
بعد ذلك، يتم نفخ اللب بالهواء مع التحريك القوي، مما يؤدي إلى تكوين فقاعات. من المعروف أن الجزيئات غير القطبية الموضوعة في الماء تميل في المقام الأول إلى تحديد موقعها عند السطح البيني للماء والهواء. تتصرف الأطراف غير القطبية للمجمع، التي تغطي جسيم الخام، بنفس الطريقة تمامًا. بالنسبة لهم، الواجهة الأكثر سهولة بين الماء والهواء هي سطح الفقاعات. ونتيجة لذلك، تلتصق جزيئات الخام بالفقاعات وتطفو معها على السطح على شكل رغوة. بقايا الصخور - "ذيول" - تبقى في اللب. تتم إزالة الرغوة، وتجفيف الماء والحصول على مركز، ويتم التخلص من المخلفات. يحتوي التركيز الناتج بالفعل على ما يصل إلى 55٪ من النحاس. هذا هو الحد الأعلى. في معظم الحالات، بعد التعويم، يكون محتوى النحاس في المركز في حدود 11-35٪. جنبا إلى جنب مع النحاس، هناك الكبريت والحديد والزنك وأكاسيد السيليكون والألومنيوم والكالسيوم، وكذلك بكميات صغيرة من المعادن النبيلة - الذهب والفضة والبلاتين. غالبًا ما تحتوي خامات الكبريتيد على الكثير من البيريت، وبالتالي يأتي منها جزء كبير من الحديد والكبريت في التركيز.
للحصول على النحاس النقي، يجب إزالة الشوائب. لا يمكن القيام بذلك على الفور، ولكن على عدة مراحل. أولها هو تحميص المركز. يتم تحميص المركز لتقليل محتواه من الكبريت. بالإضافة إلى ذلك، نتيجة للتحميص، يتم الحصول على أكسيد الكبريت (IV) بتركيزات يمكن استخدامها أيضًا لإنتاج حمض الكبريتيك. يؤدي الاستخدام المتكامل للمواد الخام إلى تقليل تلوث الهواء الناتج عن مخلفات الإنتاج.
يتم إطلاق النار عند درجة حرارة 600-700 درجة مئوية في أفران متعددة المواقد. يتم تحميل الفرن بالتركيز الممزوج بالتدفقات (الكوارتز والحجر الجيري) اللازمة للمرحلة اللاحقة - الصهر غير اللامع. أثناء الحرق، إلى جانب أكسدة الكبريت، يحدث عدد من العمليات: تحلل الكبريتيدات المعقدة، والأكسدة المباشرة للمعدن، وتكوين الفريت من معادن الشوائب، وما إلى ذلك. كما ذكرنا سابقًا، يحتوي التركيز المعرض للحرق على كمية كبيرة من البيريت (40-50٪). يتم وصف احتراقه أثناء إطلاق النار، اعتمادًا على وصول الهواء، بالمعادلات:
3FeS 2 + 8О 2 = Fe 3 О 4 + 6SO 2 + 2349 كيلوجول
4FeS 2 +11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + 3282 كيلوجول
ويصاحب هذه التفاعلات إطلاق كمية كبيرة من الحرارة. ونتيجة لذلك، يتم إطلاق النار تلقائيا، دون استهلاك الوقود. يكفي فقط في بداية العملية تسخين الشحنة بأفران مؤقتة إلى درجة حرارة اشتعال الكبريتيدات. لا تؤدي عملية التحميص إلى إزالة كل الكبريت من الخام. بعد إطلاق النار، تظل كبريتيدات النحاس والحديد، والأكاسيد المستقرة - Cu 2 O، Fe 2 O 3، Fe 3 O4، ZnO، PbO، وكذلك التدفقات في الشحنة.
المرحلة التالية من إنتاج النحاس هي صهر المادة الخام من المركز المحمص وفصلها عن الخبث.
Matte عبارة عن سبيكة من Cu 2 S مع FeS مع خليط من بعض الكبريتيدات (Zn، Pb، Ni) والأكاسيد (Fe، Si، Al، Ca)
يتراوح محتوى النحاس غير اللامع من 10 إلى 79.9% (Cu 2 S نقي). الخبث عبارة عن سبائك من السيليكات من معادن مختلفة. في تعدين النحاس تكون هذه بشكل رئيسي سيليكات الحديد. يتم ذوبان المادة غير اللامعة في أفران عاكسة (الشكل 14)، حيث يتم وضع الشحنة المشتعلة. الوقود هو غبار الفحم، زيت الوقود أو الغاز الطبيعي. تعتمد درجة الحرارة على المسافة ومكان حقن الوقود وتقع في نطاق 1200-1600 درجة مئوية.
العملية الكيميائية الرئيسية التي تحدث في هذه المرحلة هي تحول الحديد إلى خبث:
FeS + 3F3O4 + 5SiO2 = 5Fe2SiO4 + SO2
يتم استهلاك جزء من كبريتيد الحديد في تفاعل التبادل مع أكسيد النحاس:
Cu2O + FeS=Cu2S + FeO
يرتبط FeO في وجود الكوارتز أيضًا بالسيليكات. السبائك السائلة من الكبريتيدات والسيليكات غير قابلة للذوبان بشكل متبادل وتختلف في الكثافة. يستخدم هذا الظرف للفصل بينهما. يقع الخبث في الطبقة العليا، والطبقة السفلية عبارة عن سبيكة من الكبريتيدات Cu 2 S·FeS - غير اللامع. يتم فصلها وإطلاقها أثناء تراكمها من خلال منافذ خاصة تقع على مستويات مختلفة.
كلمة شتاين نفسها تأتي من الكلمة الألمانية - الحجر. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن سبيكة النحاس وكبريتيد الحديد المجمدة تشبه إلى حد كبير الحجر. يتم إجراء مزيد من المعالجة للمادة في محول منفوخ بالهواء والغرض منه هو الحصول على نفطة النحاس. يُسكب سائل غير لامع (درجة حرارة 1200 درجة مئوية) في المحول، كما يتم تحميل الكوارتز المسحوق (6-20 مم) فيه. في نفخ الهواء من خلال ماتي، يمكن تمييز مرحلتين، تختلف في كيمياء العمليات التي تحدث فيها. في المرحلة الأولى، يتأكسد كبريتيد الحديد ويتشكل الخبث:
2FeS+3O 2 + SiO 2 = Fe 2 SiO 4 +2SO 2 +966 كيلوجول
هذا التفاعل هو المصدر الرئيسي للحرارة لعمليات المحول.
أكسيد النحاس (I)، والذي يتم الحصول عليه أيضًا في هذه المرحلة:
Cu 2 S + O 2 = Cu 2 O + SO 2
يتم تحويله على الفور مرة أخرى إلى كبريتيد بواسطة التفاعل:
Cu2O + FeS = Cu2S + FeO
بعد ذلك، يتحول FeO، الذي يرتبط بالكوارتز، إلى الخبث. يتم تصريف الخبث المتراكم من خلال الرقبة، وإمالة المحول. بعد تصريف الخبث، يتم تحميل جزء جديد من المادة غير اللامعة في المحول ويتم تكرار إجراء التطهير حتى تتراكم كمية كافية من المصهور الغني بالنحاس في المحول. وهكذا، في هذه المرحلة من التطهير، يتم فصل الحديد عن النحاس: تتم إزالة الحديد بالخبث، ويبقى النحاس في المحول في شكل ذوبان.
وفي المرحلة الثانية، يتم الحصول على النحاس المعدني من مصهور كبريتيد النحاس. بعد أكسدة الحديد واستنزاف الخبث، يخضع Cu2S للأكسدة في المحول:
2Cu 2 S + 3O 2 = 2Cu 2 O + 2SO 2
وبما أنه، على عكس المرحلة الأولى، لا يوجد كبريتيد الحديد في وسط التفاعل، يتفاعل أكسيد النحاس مع فائض من كبريتيد النحاس. والنتيجة هي نفطة النحاس:
Cu2S + 2Cu2O = 6Cu + SO2
في المجمل، يمكن وصف العملية التي تحدث في المحول في المرحلة الثانية من التطهير بالتفاعل التالي:
Cu 2 S + O 2 = 2Cu + SO 2 + 215 كيلوجول
نفطة النحاس، والتي تسمى سبائكها بالحراب (من الألمانية Stück - شيء)، تحتوي على 1٪ من الشوائب (Fe، S، O 2، As، Ni، Zn، إلخ) بالإضافة إلى ذلك، تشمل جميع الشوائب من المعادن النبيلة التي كانت موجودة في خام المصدر والتدفقات. تؤدي العديد من الشوائب إلى تفاقم الخواص الميكانيكية للمعدن، وتقليل توصيله الكهربائي، وجعله أقل ليونة. من أجل التخلص من الشوائب، وكذلك لاستخراج المعادن الثمينة الثمينة، يخضع النحاس البثرة للتنقية - التكرير.
تتم عملية التكرير بطريقتين: النار (حقن الهواء عند درجة حرارة 1150 درجة مئوية) والتحليل الكهربائي. الطريقة الأولى هي التخلص من الشوائب عن طريق تحويلها إلى أكاسيد نحاس غير قابلة للذوبان:
4Cu + O2 = 2Cu2O
أنا + النحاس 2 O = MeO + 2Cu
تطفو أكاسيد الشوائب على السطح وتتراكم مع تدفق الكوارتز. يتم تقليل أكسيد النحاس (I) الناتج عن طريق منتجات التقطير الجاف للخشب. للقيام بذلك، يتم إدخال الخشب الخام (الأعمدة، جذوع الأشجار) في الفرن حيث يتم التكرير، بعد إزالة الخبث. يساعد بخار الماء والهيدروكربونات المنطلقة مع خلط النحاس على إزالة الغازات منه وتحويله إلى نحاس معدني:
4Сu 2 O + CH 4 = CO 2 + 2H 2 O + 8Сu
ومع ذلك، فإن طريقة النار لا تسمح باستخراج المعادن النبيلة من النحاس. ويمكن القيام بذلك عن طريق إخضاع النحاس للتكرير الكهربائي. ويكمن معناها في الذوبان الأنودي للنحاس الذي يتم تنقيته وترسيب النحاس النقي على الكاثود. وللقيام بذلك، يتم صب الأنودات من النحاس الذي تم تنظيفه مسبقًا بالنار. لديهم شكل خاص، مناسب للتعليق (الشكل 15). وزنهم 250-320 كجم. تستخدم صفائح النحاس النقي كاثودات. يتم وضع الأقطاب الكهربائية في حمام التحليل الكهربائي، وهو عبارة عن وعاء خرساني مبطن بألواح الرصاص ومملوء بمحلول مناسب وحمض الكبريتيك. يبلغ طول الحمامات عدة أمتار (من 3 إلى 6 أمتار) وتحتوي على ما يصل إلى مئات الأقطاب الكهربائية. ولأسباب اقتصادية، يتم ربط الحمامات معًا في كتل (الشكل 16). عندما يتم تمرير التيار عبر مثل هذا النظام، يتم إطلاق النحاس النقي عند الكاثودات:
وتذوب الأنودات:
في هذه الحالة، فإن الشوائب الموجودة في أنود النحاس، اعتمادًا على خصائصها، إما تمر إلى المنحل بالكهرباء (Zn، Fe، Sn، Ni)، أو تترسب (Ag، Au، Pt)، حيث يتم بعد ذلك إزالتها. تستغرق عملية إذابة الأنودات حوالي 20 يومًا. يتم تغيير الكاثودات بعد 6-8 أيام. يتم استخراجها وتجفيفها وصهرها وصب النحاس في سبائك. نقاء النحاس الذي تم الحصول عليه بطريقة التحليل الكهربائي يصل إلى 99.95-99.96٪.
كما نرى فإن عملية استخراج النحاس من الخامات تتكون من عدة مراحل. والغرض من كل منها هو فصل النحاس عن الشوائب المصاحبة له. في بعض الأحيان، اعتمادًا على جودة الخام والقدرات الفنية والاعتبارات الاقتصادية، يتم استبعاد التعويم أو التحميص المركز من الإنتاج. تختلف ظروف الإنتاج إلى حد ما في المصانع المختلفة. في شكله الأكثر عمومية، يظهر الشكل 1 مخطط صهر النحاس باستخدام طريقة التعدين الحراري. 17. يمكن وصف العمليات الكيميائية لهذه الطريقة من خلال التفاعل الكلي:
2CuFeS 2 + 5O 2 + SiO 2 = 2Cu + Fe 2 SiO 4 + 4SO 2
السمة المميزة لعلم المعادن الحرارية هي استخدام درجات الحرارة المرتفعة.
لا تتضمن الطريقة التعدينية المائية، التي تنتج حاليًا حوالي 25% من إجمالي النحاس، استخدام درجات حرارة عالية. تُستخدم هذه الطريقة لاستخراج النحاس بشكل رئيسي من الخامات المؤكسدة منخفضة الدرجة، ولكن يمكن استخدامها أيضًا لمعالجة الكبريتيد والخامات المختلطة. أثناء المعالجة المعدنية المائية للنحاس، يتم تحويل مركباته قليلة الذوبان إلى مركبات قابلة للذوبان بفعل الكواشف المختلفة. يمكن أن تكون هذه الكواشف: H 2 SO 4، NH 4 OH، NaCN، Fe 2 (SO 4) 3. ثم يتم استخلاص النحاس من المحلول بطريقة أو بأخرى. على سبيل المثال، معالجة خام يحتوي على النحاس على شكل أكسيد CuO مع حمض الكبريتيك المخفف يؤدي إلى تحويل النحاس إلى محلول على شكل كبريتات:
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
يمكن استخلاص النحاس من المحلول الناتج عن طريق التحليل الكهربائي أو الإزاحة باستخدام الحديد:
CuSO 4 + الحديد = Cu + FeSO 4
تتمثل ميزة الطريقة الميتالورجية المائية في إمكانية الحصول على المعادن دون استخراج الخام إلى السطح. حاليا، هذه الطريقة واعدة جدا.
بطبيعة الحال، على مدى آلاف السنين التي امتدت فيها تعدين النحاس وسبائك النحاس، تغيرت المهام التي يواجهها علماء المعادن، وتغيرت ظروف العمل، وتحسنت التكنولوجيا، وتغير نطاق تطبيق منتجات الإنتاج.
عرف الإنسان منذ القدم سبعة معادن: الذهب والفضة والنحاس والقصدير والرصاص والحديد والزئبق. يمكن تسمية هذه المعادن بـ "ما قبل التاريخ"، حيث استخدمها الإنسان حتى قبل اختراع الكتابة.
من الواضح أنه من بين المعادن السبعة، تعرف الإنسان أولاً على تلك التي توجد في الطبيعة في شكلها الأصلي. هذه هي الذهب والفضة والنحاس. ودخلت المعادن الأربعة المتبقية إلى حياة الإنسان بعد أن تعلم الحصول عليها من الخامات باستخدام النار.
بدأت ساعة التاريخ البشري تدق بشكل أسرع عندما دخلت المعادن، والأهم من ذلك، سبائكها، إلى حياة الإنسان. وقد أفسح العصر الحجري المجال أمام العصر النحاسي، ثم العصر البرونزي، ثم العصر الحديدي:
يرتبط تاريخ حضارات مصر القديمة واليونان القديمة وبابل ودول أخرى ارتباطًا وثيقًا بتاريخ المعادن وسبائكها. لقد ثبت أن المصريين، منذ عدة آلاف من السنين قبل الميلاد، كانوا يعرفون بالفعل كيفية صنع المنتجات من الذهب والفضة والقصدير والنحاس. وفي المقابر المصرية بنيت 1500 قبل الميلاد. أي، تم العثور على الزئبق، وأقدم الأجسام الحديدية عمرها 3500 سنة.
تم سك العملات المعدنية من الفضة والذهب والنحاس - وقد خصصت البشرية منذ فترة طويلة لهذه المعادن دور قياس قيمة البضائع والأموال العالمية (الشكل 18).
أرز. 18.
العملات القديمة المصنوعة من الذهب والفضة والنحاس:
1 - الذهب بصورة الإسكندر الأكبر والنسر (رمز قوة الإمبراطور) (اليونان)؛
2 - الفضة عليها صورة الإلهة أثينا وبومة (طائر مخصص لأثينا) (اليونان)؛
3- نحاس على شكل دولفين (منطقة البحر الأسود)
بدأ الرومان القدماء في سك العملات الفضية عام 269 قبل الميلاد. ه. - قبل نصف قرن من الذهب. مسقط رأس العملات الذهبية كانت ليديا، وتقع في الجزء الغربي من آسيا الصغرى وتتاجر مع اليونان ودول أخرى من خلال هذه العملات.
دعونا نفكر بإيجاز في تغير العصور في تاريخ البشرية المبكر.
في قصيدة الشاعر اليوناني القديم لوكريتيوس كارا "في طبيعة الأشياء"، تم تحديد الترتيب التالي للمعادن التي تدخل حياة الإنسان: "... ومع ذلك، دخل النحاس في الاستخدام قبل الحديد، لأنه كان أكثر ليونة وأكثر صلابة". أكثر وفرة..."
غالبًا ما يوجد النحاس الأصلي في الطبيعة ويتم معالجته بسهولة، ولهذا السبب حلت الأشياء النحاسية محل الأدوات الحجرية. وحتى في الأماكن التي لا يزال فيها الحجر هو السائد، لعب النحاس دورًا مهمًا. على سبيل المثال، إحدى عجائب الدنيا - هرم خوفو، المكون من مليونين و300 ألف كتلة حجرية تزن كل منها 2.5 طن، تم بناؤه باستخدام أدوات مصنوعة من الحجر والنحاس.
عند صهر النحاس، لم يستخدم الشخص خام النحاس النقي، بل الخام الذي يحتوي على النحاس والقصدير. ونتيجة لذلك، تم الحصول على البرونز - سبيكة من معدنين: النحاس والقصدير، وهو أصعب بكثير من مكوناته. لقد وصل العصر البرونزي.
كلمة "برونز" تأتي من اسم مدينة برينديزي الإيطالية الصغيرة الواقعة على البحر الأدرياتيكي، والتي اشتهرت بمنتجاتها البرونزية.
في مصر بالفعل في الألفية الرابعة قبل الميلاد. ه. عرف كيفية الحصول على البرونز بطريقة بدائية. تم صنع الأسلحة والعناصر الزخرفية المختلفة منه. بين المصريين والآشوريين والفينيقيين والإتروسكان، وصل صب البرونز إلى تطور كبير. في القرن السابع قبل الميلاد قبل الميلاد، عندما تم تطوير طرق صب التماثيل البرونزية، ازدهر الاستخدام الفني للبرونز.
التمثال البرونزي العملاق لتمثال رودس (32 م) - أحد عجائب الدنيا الأخرى - يرتفع فوق مدخل الميناء الداخلي لميناء رودس القديم. حتى أكبر السفن البحرية مرت بحرية تحتها (الشكل 19).
أرز. 19.
تمثال رودس (البرونزية)
في وقت لاحق، تم إنشاء إبداعات برونزية فريدة من نوعها: تمثال الفروسية لماركوس أوريليوس، "ديسكوبولوس"، "ساتير النائم"، إلخ. والمنحوتات البرونزية الرائعة "الفارس البرونزي" وأربع مجموعات نحتية "ترويض الحصان" على جسر أنيشكوف في سانت بطرسبرغ. وخير دليل على ذلك هو أن البرونز لا يزال أحد المواد الرئيسية للنحاتين.
أرز. 20.
القيصر بيل (برونزية)
يعد جرس القيصر ومدفع القيصر الشهير في الكرملين بموسكو مثالين آخرين على القيمة الفنية للنحاس وأهم سبائكه - البرونز (الشكل 20 و 21).
أرز. 21.
مدفع القيصر (البرونزية)
ولم يفسح العصر البرونزي الطريق للعصر الحديدي إلا بعد أن تمكنت البشرية من رفع درجة حرارة اللهب في الأفران المعدنية إلى 1540 درجة مئوية، أي إلى درجة انصهار الحديد. ومع ذلك، كانت منتجات الحديد الأولى ذات قوة ميكانيكية منخفضة. وفقط عندما اكتشف علماء المعادن القدماء طريقة لصنع السبائك من خامات الحديد - الحديد الزهر والصلب - وهي مواد أقوى من الحديد نفسه، بدأ الانتشار الواسع لهذا المعدن وسبائكه، مما حفز تطور الحضارة الإنسانية.
بدأ العصر الحديدي، والذي يبدو أنه مستمر حتى يومنا هذا، حيث أن ما يقرب من 9/10 من جميع المعادن والسبائك التي يستخدمها البشر هي سبائك أساسها الحديد.
لقد تغيرت تكلفة الحديد أيضًا. في القرنين التاسع والسابع. قبل الميلاد على سبيل المثال، عندما بدأ العصر الحديدي، كانت قيمة هذا المعدن أعلى من الذهب. لقد تمت مقارنة قلوب الأشخاص المتميزين بالحديد وليس بالذهب. وهكذا فإن أبطال "إلياذة" هوميروس يرتدون "دروعًا نحاسية" ويملكون "قلوبًا قاسية كالحديد"، كما مُنح أبطال "الأوديسة" له، الفائزون في الألعاب، قطعة من الذهب وقطعة من الذهب. قطعة من الحديد.
مع تطور علم المعادن، انخفضت تكلفة الحديد، لكن دوره في حياة المجتمع البشري زاد أكثر فأكثر. سبائك الحديد - الحديد الزهر والصلب - ليست فقط الأساس لتطوير التكنولوجيا، ولكن أيضا أهم مادة للفن. وهكذا، فإن نمط "الدانتيل الحديد الزهر" في سانت بطرسبرغ، وأسوار جسورها وشبكة الحديقة الصيفية مصبوبة من الحديد الزهر (الشكل 22). تم إنشاء الأعمال الفنية الرائعة المصنوعة من الحديد الزهر على يد أساتذة مسبك الحديد في كاسلي. فقط تذكر "الجدة الحديدية" الرائعة التي كتبها P. Bazhov.
أرز. 22.
سياج شبكي للحديقة الصيفية
الفولاذ الدمشقي الشهير، الذي صنع منه صانعو الأسلحة في دمشق ومن ثم فم الذهب لدينا أفضل الشفرات في العالم، هو الفولاذ. من الفولاذ، صنع تاجر السلاح في تولا أسلحة ذات جودة غير مسبوقة.
النقوش البارزة والمصابيح ودعامات مترو الأنفاق مصنوعة من الفولاذ، بالإضافة إلى المنحوتات، على سبيل المثال "العاملة والمرأة الجماعية" للنحات في. آي. موخينا (الشكل 23).
أرز. 23.
منحوتة "عاملة وامرأة مزرعة جماعية" (ستانلس ستيل كروم ونيكل)
في العصور القديمة، كانت هناك علاقة بين سبعة معادن والكواكب السبعة المعروفة آنذاك (الجدول 3). حتى افتتح في القرن التاسع عشر. تم تسمية البلاديوم والسيريوم على اسم الأجرام السماوية - الكويكبات بالاس وسيريس.
الجدول 3
المعادن والأجرام السماوية
الآن لدى المعادن "منافسون" جادون للغاية في شكل منتجات كيميائية حديثة - البلاستيك والألياف الصناعية والسيراميك والزجاج. لكن لسنوات عديدة، ستستمر البشرية في استخدام المعادن، التي تستمر في لعب دور رائد في حياة الإنسان.
(لات. فيروم).
يمكن أن يسمى الحديد المعدن الرئيسي في عصرنا. تمت دراسة هذا العنصر الكيميائي جيدًا. ومع ذلك، فإن العلماء لا يعرفون متى تم اكتشاف الحديد وعلى يد من: لقد كان ذلك منذ وقت طويل جدًا. بدأ الإنسان في استخدام منتجات الحديد في بداية الألفية الأولى قبل الميلاد. تم استبدال العصر البرونزي بالعصر الحديدي. بدأت تعدين الحديد في أوروبا وآسيا في التطور في القرنين التاسع والسابع. قبل الميلاد. ربما كان الحديد الأول الذي وقع في أيدي الإنسان من أصل غير أرضي. ويسقط على الأرض كل عام أكثر من ألف نيزك، بعضها حديدي، ويتكون بشكل رئيسي من حديد النيكل. أكبر نيزك حديدي تم اكتشافه يزن حوالي 60 طنا، تم العثور عليه عام 1920 في جنوب غرب أفريقيا. يتمتع الحديد "السماوي" بميزة تكنولوجية مهمة: عند تسخينه، لا يمكن تزوير هذا المعدن، يمكن تزوير الحديد النيزكي البارد فقط. ظلت الأسلحة المصنوعة من المعدن "السماوي" نادرة للغاية وثمينة لعدة قرون. الحديد هو معدن الحرب، ولكنه أيضًا المعدن الأكثر أهمية للتكنولوجيا السلمية. يعتقد العلماء أن نواة الأرض تتكون من الحديد، وبشكل عام فهو من أكثر العناصر شيوعاً على الأرض. ويوجد الحديد على القمر بكميات كبيرة في الحالة الثنائية التكافؤ وهو موطنه الأصلي. كان الحديد موجودًا بنفس الشكل على الأرض حتى تم استبدال غلافه الجوي المختزل بغلاف أكسجين مؤكسد. حتى في العصور القديمة، تم اكتشاف ظاهرة رائعة - الخواص المغناطيسية للحديد، والتي تفسرها السمات الهيكلية للقذيفة الإلكترونية لذرة الحديد. في العصور القديمة، كان الحديد ذو قيمة عالية. ويوجد الجزء الأكبر من الحديد في الرواسب التي يمكن تطويرها صناعيا. ومن حيث الاحتياطيات الموجودة في القشرة الأرضية، يحتل الحديد المرتبة الرابعة بين جميع العناصر، بعد الأكسجين والسيليكون والألمنيوم. هناك الكثير من الحديد في قلب الكوكب. لكن هذا الجهاز غير متوفر ومن غير المرجح أن يصبح متاحا في المستقبل المنظور. معظم الحديد - 72.4٪ - موجود في أكسيد الحديد الأسود. أكبر رواسب خام الحديد في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية هي شذوذ كورسك المغناطيسي ، ورواسب خام الحديد كريفوي روج ، في جبال الأورال (جبال ماجنيتنايا ، فيسوكايا ، بلاغودات) ، في كازاخستان - رواسب سوكولوفسكوي وساربايسكوي. الحديد معدن فضي أبيض لامع يسهل معالجته: القطع والتزوير والدرفلة والختم.
