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.