Дополнительный материал для учащихся № 2

по теме «Минералы и сплавы в оформлении

станции “Площадь Революции”

Московского метрополитена»

Медь - первый металл, освоенный человеком

Роль меди в становлении человеческой культуры особенна. Использование меди и бронзы как важнейших материалов длилось тысячелетия. Медь, подобно благородным металлам, иногда образует самородки. Ученые полагают, что именно из них 10 тыс. лет назад были изготовлены первые металлические орудия труда. Благодаря мягкости и достаточно широкой распространенности меди в природе человек начал использовать ее задолго до железа.

Историки установили, что в Древнем Египте при постройке пирамид ремесленники применяли каменный инвентарь (из гранита и долерита) и медные инструменты. Металл отличался поразительной твердостью. Это позволило египтологам предположить, что уже в III тысячелетии до н. э. египтяне владели каким-то особым рецептом механической обработки меди, придававшей металлу высокую прочность.

Добавление к меди олова заметно увеличивает прочность и твердость материала. Об этом было известно еще 5000 лет назад, а возможно, и раньше. Получение сплавов меди было величайшим достижением древней металлургии и дало название целой эпохе - бронзовому веку.

Смена эпох у разных народов, в разных точках земного шара происходила неравномерно, и хронологические рамки эпох можно указать лишь приблизительно:

КАМЕННЫЙ→ МЕДНЫЙ ВЕК → БРОНЗОВЫЙ→ЖЕЛЕЗНЫЙ
ВЕК (халколит) ВЕК ВЕК

IV-III тысячелетия IV-I тысячелетия начало I тысячелетия

до н. э. до н. э. до н. э.

Распространение бронзы в передовых культурных центрах металлургии началось с конца IV тысячелетия до н. э. Древнейшие бронзовые изделия найдены на территории Месопотамии (в Шумере), Турции, Ирана. В конце третьего тысячелетия до н. э. бронза появилась в Египте, Индии, а в середине II тысячелетия до н. э. - в Китае и Европе. В Америке бронзовый век бронзовый век охватывает период с IV по Х в. н. э. Ведущие металлургические центры здесь располагались на территории современных Перу и Боливии.

Помимо бронз - сплавов меди с оловом, древние использовали и сплавы меди с цинком - латуни, более прочные и ковкие, чем бронзы. Примечательно, что люди древнейших времен не были знакомы с цинком как веществом. В чистом виде этот металл удалось выделить только в середине XVIII веке путем электролиза. Так, при раскопках в Фивах были найдены папирусы, в которых описывается секрет изготовления «золота» из меди. На самом деле, речь в них идет, по всей вероятности, о получении латуни путем добавления в медь природных соединений цинка. Своим цветом и блеском латунь напоминает золото.

Способы получения меди

Низкая химическая активность меди обусловливает возможность ее существования в природе в самородном состоянии.

Известно более 200 минералов, содержащих в своем составе медь, в том числе халькопирит (медный колчедан) CuFeS2, малахит (СuOH)2CO3, халькозин (медный блеск) Cu2S, куприт Cu2O.

Чистую медь получают различными методами. Гидрометаллургический метод - извлечение металлов из руд с помощью реагентов (H2SO4, KCN и др.) в виде соединений, растворимых в воде, с последующей обработкой этих растворов для выделения металлов в свободном виде.

При обработке разбавленной серной кислотой руды, содержащей CuO, медь переходит в раствор в виде сульфата:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

Затем ее извлекают из раствора либо электролизом, либо вытесняют из сульфата железом:

CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4

В основе всех способов получения меди из соединений лежат окислительно-восстановительные процессы.

Химические свойства меди

В сухом виде и при обычной температуре медь почти не изменяется. При повышенной температуре медь может вступать в реакции с простыми и сложными веществами.

Взаимодействие с простыми веществами:

Cu + Cl2 = CuCl2

2CuO + O2 = 2CuO

Взаимодействие со сложными веществами:

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O

Cu + 4HNO3 = Cu(NO)3 + 2NO2 + 2H2O

Медь и ее сплавы

Медь имеет температуру плавления 1083oС.

Различают две группы медных сплавов: латуни – сплавы меди с цинком, бронзы – сплавы меди с другими (кроме цинка) элементами.

Алюминий" href="/text/category/alyuminij/" rel="bookmark">алюминий , Мn – марганец, С – свинец, Б – бериллий, Мг – магний, Ср – серебро, Ж – железо, Мш – мышьяк, Су – сурьма, К – кремний, Н – никель, Т – титан, Кд – кадмий, О – олово, Ф – фосфор, Х – хром, Ц – цинк.

Вся бронза маркируется с помощью аббревиатуры «Бр», указывающей на данную категорию медных сплавов. После обозначения класса медного сплава «Бр» идут буквы, помогающие определить добавленные элементы.

Например, БрО5Ц6 означает, что данный бронзовый сплав содержит 5% олова и 6% цинка, а обозначение БрО5Ц2Н5 говорит о том, что сплав включает 5% олова, 2% цинка и 5% никеля. Маркировка БрО10Ц2 идентифицирует бронзовый сплав, включающий 10% олова и 2% цинка.

На ленинградском государственном меднообрабатывающем заводе «Красный выборжец" (1924) для отливки была использована так называемая художественная сукрасная бронза с цинковой добавкой, не превышающей 6%. Сукрасная бронза не чувствительна к переменам температуры.

Но проектам на заводе было отлито 80 скульптурных фигур для станции "Площадь Революции" Московского метрополитена.

Разновидности мраморов в оформлении станций метро

Каждая станция метро как минералогический музей, каждая из них имеет свою экспозицию.

Цокольная часть станции метро «Площадь Революции» облицована черным с «золотыми» прожилками армянским мраморовидным известняком давалу превратилась в огромный постамент, а арки из темно-красного мраморовидного известняка шроша. Арки сложили из цельных камней, вырезанных из из мраморных блоков. Простенки пилонов облицованы красной шрошей, серо-голубым уфалеем, желто-розовым мраморовидным известняком биюк-янка. Путевые стены станции украсили серым уфалейским мрамором, с карнизом из красной шроши, цоколь-ковровой мозаикой из оливково-черных мраморовидных известняков садахло и давалу. Пол станционного зала представляет собой шахматное чередование темно-серого жежелевского гранита и черного габбро, а платформы отделаны тем же гранитом и лабранитом.

На стенах платформ закреплены бронзовые стрелки с надписями «Выход в город» – это старейшие сохранившиеся указатели московского метро.

Наиболее распространены в строительной практике следующие разновидности мраморов:

Уфалейский (Уфалей), серо-голубого цвета.

Мраморы Грузии. Шрошинский (Шроша), темно-красного цвета с белыми прожилками.

Садахлинский (Садахло), темно-черного цвета с белыми и желтовато-золотистыми прожилками.

Мраморы Армении. Давалинский (Давалу), черного цвета с золотистыми прожилками. Этот мрамор применяется обычно в сочетании с мрамо­рами других тональностей для пьедесталов и цоколь­ных частей мраморной облицовки.

Какой металл люди научились использовать прежде всего? и получил лучший ответ

Ответ от A-stra[гуру]
, как полагают, - первый металл, который человек научился обрабатывать и использовать для своих нужд. Найденные в верховьях реки Тигр изделия из меди датируются десятым тысячелетием до нашей эры. Позднее широкое применение сплавов меди определило материальную культуру бронзового века (конец 4 - начало 1 тысячелетия до нашей эры) и в дальнейшем сопровождало развитие цивилизации на всех этапах. Медь и ее использовались для изготовления посуды, утвари, украшений, различных художественных изделий.
Первыми металлами, с которыми люди научились обращаться, стали медь и золото. Причиной этому послужил тот факт, что и медь, и золото встречаются в природе не только в рудах, но и в чистом виде. Люди находили целые самородки золота и куски меди и при помощи молотка придавали им нужную форму. Причем металлы эти не нужно было даже плавить. И хотя нам до сих пор неизвестно точно, когда люди научились использовать металлы, но ученые могут поручиться за то, что человек впервые применил медь примерно в пятом тысячелетии, а золото - не позже четвертого тысячелетия до нашей эры.
Приблизительно в третьем тысячелетии до нашей эры люди открыли некоторые из наиболее важных свойств металлов. К тому времени человек уже познакомился с серебром и свинцом, но чаще всего использовал по-прежнему медь, главным образом из-за прочности, да и, пожалуй, еще потому, что медь встречалась в изобилии.
Начав работать с металлами, люди научились придавать им нужные формы и делать из них посуду, инструменты, оружие. Но как только человек познакомился с металлами, он не мог не обратить внимание на их полезные свойства. Если металл нагреть, он становится мягче, а если потом вновь остудить, он снова твердеет. Человек научился лить, варить и плавить металлы. Помимо этого, люди узнали, как можно добывать металлы из руд, ведь те значительно чаще встречаются в природе, чем самородки.
Позднее человек открыл олово, а научившись смешивать, плавить медь и олово, начал делать бронзу. В период с 3500 до примерно 1200 года до нашей эры бронза стала основным материалом, из которого изготавливали оружие и орудия труда. Этот период человеческой истории называется бронзовым веком.
Находя упавшие на нашу Землю метеориты, люди узнали о железе - причем задолго до того, как они научились получать его из земных руд. Приблизительно в 1200 году до нашей эры человек перешагнул и этот барьер - научился плавить железо. Умение это быстро распространилось по всему миру. Железо заменило медь практически во всех областях. Это стало началом следующего, железного века. Кстати, во времена могущества Римской империи людям были известны золото, медь, серебро, олово, железо, свинец и ртуть.
Источник: ссылка

Ответ от AlikR [гуру]
золото

Ответ от Никита Меньшиков [гуру]
Сталь, медь, бронзу, и КОНЕЧНО же ЗОЛОТО

Ответ от Vadim Mileshchuk [гуру]
Медь, потом бронзу!

Ответ от Мудрец [гуру]
Человек научился использовать металлы, прежде всего мягкие, такие, как олово и медь, и стал делать из них орудия труда и оружие путем переплавки. Древние греки, вавилоняне и египтяне на протяжении долгого времени не знали железа, но даже, несмотря на это, они достигли немалого прогресса, писали книги и использовали золото и серебро. В те времена мексиканцы, перуанцы, люди племени майя и другие расы аборигенов Нового Света были сравнительно более цивилизованными и строили огромные храмы, у них было распространено золото и серебро (фактически страстное желание овладеть этим золотом и серебром и привело к тому, что испанцы уничтожили их) . Но они делали все это, используя кремневые орудия, -- о существовании железа они даже не подозревали.

Ответ от Валера Химченко [гуру]
Медь

Ответ от Казашка [гуру]
бронза или медь

Ответ от Дуся [гуру]
Самородная медь с последующей ковкой. Плавить металл научились намного позже

Ответ от Аида Алибаева [новичек]
медь

Ответ от Ѓльяна Гурова [новичек]
я лох, не знаю где верховья реки тигр - справа или слева

Ответ от Luydmila Pavlova [новичек]
Первый металл, освоенный человеком - это золото, с которым он познакомился более 10 тысяч лет назад, начав обрабатывать его давлением. Затем идёт самородная медь (обрабатывали способом холодной ковки, потом - горячей ковки и отжига, а после уже стали получать медь из руды и сплавы меди, прежде всего бронзы), самородное серебро и метеоритное железо. Все эти металлы обрабатывались человеком только в холодном состоянии с помощью каменного молота.
А когда человеком были освоены способы выплавки металлов из руды, литье и ковка, наступил век металлов.
Железо было впервые обнаружено на Ближнем Востоке около 3000 лет до н. э, после этого оно активно начало вытеснять бронзу и медь.

Подобно золоту и серебру, медь в земной коре иногда встречается в виде самородков. Возможно, из них около 10 тысяч лет назад были изготовлены первые металлические орудия труда. Распространению меди способствовали такие ее свойства, как способность к холодной ковке и простота выплавки из богатых руд. На Кипре уже в 3 тысячелетии до нашей эры существовали медные рудники и производилась выплавка меди. Отсюда происходит и латинское название меди – сuprum. На территории России медные рудники появились за два тысячелетия до н. э. Их остатки находят на Урале, Кавказе, Сибири. В трудах древнегреческого историка Страбона медь называется халкосом, от названия города Халкиды. От этого слова произошли многие термины в геохимии и минералогии, например - халькофильные элементы, халькопирит. Русское слово медь встречается в самых древних литературных памятниках и не имеет чёткой этимологии. Некоторые исследователи отсылают происхождение термина к названию древнего государства Мидия, располагавшегося на территории современного Ирана.

Простое вещество медь - пластичный металл золотисто-розового цвета. В Таблице Менделеева занимает клетку № 29 (символ Cu) с атомной массой 63, 55 а.е.м.

Кристалл халькопирита 4х5х4 см. Николаевский рудник, Приморский край.

По данным за 2016 год мировым лидером по запасам меди является Чили с долей 34%, второе и третье места делят США и Перу – по 9%, четвертое место Австралия – 6%, пятое – Россия с долей 5%. Остальные страны менее 5%.

Запасы медных руд на 2016 год

Крупнейшей медедобывающей страной является Чили. На её территории находится самое крупное в мире месторождение меди Чукикамата (исп. Chuquicamata) на котором добывают медную руду открытым способом с 1915 года. Карьер расположен в центральных Андах на высоте 2840 м и в настоящее время является самым большим по размерам карьером в мире: длина - 4,3 км, ширина - 3 км, глубина - 850 м.

Карьер Чукикамата, Чили.

Медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых и других кабелей, проводов и других проводников. На 2011 год стоимость меди составляла около $9000 за тонну. Вследствие кризиса мировой экономики цена на большинство видов сырья упала, и стоимость 1 тонны меди на 2016 год не превышала $4700.

17

в Избранное в Избранном из Избранного 7

В течение многих тысяч лет изделия из камня были основными орудиями, которые использовал человек. Мастера, обрабатывавшие камень, подобно скульптору угадывали в нем новое качество и, отсекая лишнее, производили необходимый предмет. Однако древний человек, по существу, лишь воспроизводил природные процессы, разрушая горные породы.

Конструирование изделий, которое осваивалось в течение нескольких тысяч лет, потребовало развития пространственного мышления и выработки принципиально новых навыков изготовления составных, из нескольких деталей и соединительных элементов, орудий труда. Но и в этом случае перед глазами мастера был исходный материал природного происхождения. Даже в процессе освоения производства керамики имитировались естественные процессы обжига глины в пламени костра. Изготовление изделий из рудного металла – технология революционная, технология, которую невозможно было «подсмотреть» в природе! Это первая в истории цивилизации полностью искусственная технология. Каким же образом человек научился получать и обрабатывать металлы? Рассмотрим современную версию этого удивительного процесса.

Что общего у панциря омара и «суперстали» ближайшего будущего? Ученые установили, что хитиновая основа панциря, состоящего из углерода, водорода и азота, представляет собой сотовую конструкцию из полимерных кристаллов с размерами порядка нанометра, свободное пространство которой заполнено протеином. Это позволяет материалу одновременно, и плавать в воде, и иметь прочность выше, чем у многих марок стали специального назначения. Остается изучить и применить природную технологию на практике. Итак, анализ природных процессов и конструкций – ключ к успеху инновационных технологий XXI века. Однако этим ключом человек научился владеть в глубокой древности, и освоение металлургических технологий – наглядный тому пример.

Самородные металлы

Неолитической цивилизации предшествовали длительное формирование и медленное развитие использовавшихся человеком орудий труда и инструментов. История первобытного человеческого общества была неразрывно связана с камнем. Самые примитивные каменные изделия представляли собой обыкновенную речную гальку, оббитую с одного края. Возраст древнейших каменных орудий датируется периодом около 2,5 млн. лет. Важнейшим событием стало освоение кремневых орудий труда.

В кремне была впервые найдена и воплощена форма таких основополагающих для технического прогресса изделий, как топор, серп, нож, молоток. Использование самородных металлов началось, скорее всего, в эпоху мезолита (среднего каменного века), т.е. несколько десятков тысяч лет назад. К этому времени мастерство поиска, добычи камней и изготовления из них не только орудий труда, но и украшений для первобытного человека стало делом обыденным и превратилось в своеобразную индустрию.

Именно в процессе поиска камней, подходящих для изготовления новых изделий, человек и обратил внимание на первые самородки металлов, по-видимому, медные, которые имеют гораздо большее распространение в природе, чем самородки благородных металлов – золота, серебра, платины. Самородную (теллурическую, от латинского слова «теллус» – земля) медь и сегодня находят во многих регионах мира: в Малой Азии, на Индокитае, Алтае, в Америке. До сих пор встречаются медные самородки массой несколько килограммов. Крупнейшим проявлением самородной меди считается сплошная медная жила, обнаруженная на полуострове Кьюсиноу (озеро Верхнее, США). Ее масса оценивается примерно в 500 т.

Не только благородные металлы могут в земных условиях присутствовать в самородной форме. Известно, что в природе обнаруживаются самородки железа, ртути и свинца, гораздо реже – самородки таких металлов и сплавов, как цинк, алюминий, латунь, чугун. Они встречаются в виде мелких листочков и чешуек, вкрапленных в горные породы, чаще всего в базальт. Самородное железо в ХХ веке находили, например, на острове Диско вблизи побережья Гренландии, в Германии (у города Кассель), во Франции (департамент Овернь), в США (штат Коннектикут). Оно всегда содержит значительное количество никеля, примеси кобальта, меди и платины (от 0,1 до 0,5 % масс. каждого элемента) и, как правило, очень бедно углеродом. Известны находки самородного чугуна, например, на островах Русский (на Дальнем Востоке) и Борнео, а также в бухте Авария — Бэй (Новая Зеландия), где самородный сплав был представлен когенитом – железоникелькобальтовым карбидом (Fe, Ni, Co)3C.

Наблюдение за изменением формы самородков под ударами твердых камней натолкнуло человека на мысль использовать их для изготовления мелких украшений путем холодной ковки. Ковка – древнейший способ обработки металлов давлением. Освоение способа обработки самородного металла ковкой базировалось на навыках и опыте изготовления каменных орудий труда путем «обивки» камня каменным же молотом. Самородная медь, которую первобытные люди сначала тоже считали разновидностью камня, при ударах каменного молота не давала характерных для камня сколов, а изменяла свои размеры и форму без нарушения сплошности материала. Это замечательное технологическое свойство «нового камня» стало мощнейшим стимулом поиска и добычи самородного металла и использования его человеком. Кроме того, было замечено, что ковка повышает твердость и прочность металла.

В качестве молота сначала применяли обычные куски твердого камня. Первобытный умелец, зажав камень в руке, наносил им удары по куску самородного, а впоследствии – выплавленного из руды металла. Эволюция этого простейшего способа ковки привела к созданию прообраза кузнечного молота, снабженного рукояткой. Однако обработка металла холодной ковкой имела ограниченные возможности. Таким способом можно было придать форму лишь малым по величине предметам – булавке, крючку, наконечнику стрелы, шилу. Позднее была освоена технология ковки самородков меди с предварительным нагревом – отжигом.

Большие возможности для развития первых технологий металлообработки давали самородки золота – металла намного более пластичного, чем медь. Золото сыграло выдающуюся роль в становлении горно-металлургического производства цивилизации. Первыми золотоносными месторождениями, освоенными человеком, были россыпные. Золотые самородки находили в массе аллювиальных песков и гравия, представлявших собой продукты разрушения горных золотоносных пород, которые в течение длительного времени подвергались воздействию речных потоков. По-видимому, древнейшими украшениями из золота были самородки, обработанные в форме бисеринок холодной ковкой. Эти отшлифованные бусинки выглядели как цветные камни, нанизывавшиеся вместе в различных сочетаниях.

При добыче золота из жил были созданы технологии, применявшиеся затем при разработке месторождений других древних металлов. Золото стало первым металлом, из которого научились отливать изделия, получать проволоку и фольгу, золото впервые подвергли рафинированию. По существу, все металлургические технологии, применявшиеся в эпоху Древнего мира к серебру, меди, свинцу, олову, были первоначально отработаны на золоте.

Тем не менее, основой цивилизации вплоть до 3-го тысячелетия до н. э. оставался камень. Характерным признаком ранней неолитической техники стал переход к крупным каменным орудиям. Их появление связано с развитием новых технологических приемов обработки камня – сверления, пиления, шлифования. Были изобретены составные («вкладышевые») орудия, в которых каменный материал использовался только для рабочей части, а рукояти изготовлялись из дерева, рога или кости. Постепенно получил развитие ремонт орудий – их подправка по мере изнашивания рабочей части. Возникли горные разработки, в которых для разрушения горных пород стали использовать огонь. Удивительным техническим достижением людей эпохи неолита является добыча кремней в шахтах с вертикальным стволом глубиной до 10 м и короткими штреками. Таким образом, в начале неолитической революции люди обладали разнообразными знаниями о природных веществах и материалах, методах их обработки.

Термические технологии Неолита

Важнейшим отличительным признаком производящего неолитического хозяйства является создание запаса пищи. При решении проблемы изготовления посуды для его хранения изобретаются керамические изделия и постепенно развиваются термические технологии. Первыми изделиями из керамики были корзины из прутьев, обмазанные глиной и обожженные на костре. Затем были созданы специальные печи для обжига – горны.

Неолитическая печь, приспособленная для естественного дутья

Современные реконструкции воспроизводят неолитический способ обжига керамических изделий следующим образом. Горн строился в обрывистом берегу реки, в стенах оврагов или холмов и состоял из двух рукавов. Горизонтальный рукав служил топкой, а вертикальный заполнялся горшками. Когда горн был наполнен предварительно высушенными горшками, его верх засыпали горшечным ломом и разводили слабый огонь, использую сырые дрова. Такой огонь поддерживался, пока не прекращалось отделение паров, после чего огонь усиливали до красного каления. В этом огне горшки находились не менее 6 ч. Потом верх горна засыпали песком, топку замазывали глиной и оставляли агрегат в таком состоянии в течение нескольких суток. После этого в топке делали отверстие и постепенно его увеличивали. Наконец, раскрывали верх горна и вынимали готовые горшки. Такие древнейшие печи для обжига керамики обнаружены в Месопотамии, Северной Африке, Восточной Европе. Температура нагрева изделий в них достигала 1100 °С.

Для освоения металлургической технологии извлечения металла из руды, требующей надежного обеспечения высоких температур, была необходима печь с искусственным дутьем. Впервые такие печи были созданы для гончарного производства. Таким образом, с рудным металлом человек знакомился во время обжига глиняных горшков. Происходил процесс восстановления металла из веществ, нанесенных на стенки гончарных изделий для их раскраски. Известно, что карбонаты меди – малахит и лазурит, сульфид ртути – киноварь, желтые, красные и коричневые железные охры представляют собой яркие минеральные краски, а нанесение цветных узоров на изделия из керамики является одним из древнейших видов искусства.

Процесс постепенного освоения цивилизацией новых металлов и материалов

Первым рудным металлом, освоенным человеком, стала медь. Произошло это, по-видимому, около 10 тыс. лет назад. Древнейшими изделиями из рудной меди в настоящее время считаются булавки, шила, сверла, бусинки, колечки и подвески, найденные в поселениях Чайоню-Тепеси и Чатал-Хююке, которые расположены на плоскогорье Конья в Турции. Эти находки датируются 8–7-м тысячелетием до н. э.

Начало эры металлов

Настоящая эра металлов началась в Евразии в 5-м тысячелетии до н. э. Ее характеризуют раритеты, обнаруженные на севере Балканского полуострова и в Карпатском регионе. В археологии эти территории принято относить к важнейшей Балкано-Карпатской металлургической провинции меднокаменного века.

В начале 70-х годов прошлого столетия там были открыты невероятно богатые и выразительные памятники: Варненский «золотой» некрополь и громадный рудник Аибунар, где, по расчетам, было добыто не менее 30 тыс. т медной руды. В Варненских захоронениях найдено более 3 тыс. разнообразных золотых и около 100 медных изделий. Особое внимание привлекают золотые украшения и предметы, декорированные сложными орнаментами, однако не меньший интерес у специалистов вызывают массивные медные орудия, инструменты и оружие.

Золото и медь Балкано-Карпатской металлургической провинции поставили перед исследователями древнего металла неожиданную проблему: на что были нацелены генеральные усилия этого металлургического производства? На отливку и ковку металлических орудий труда в целях повышения производительности, как излагалось в большинстве известных учебников, или же на что-то иное? Расчеты археологов показали, что уже с первых шагов горнометаллургического производства подавляющая доля его энергии была направлена на создание тех изделий, которые обслуживали символические сферы общественной жизни, – украшения, атрибуты власти и ритуальные предметы. Гигантская часть металла служила своеобразным свидетельством социальной значимости умерших. Таким образом, в течение нескольких тысячелетий металлы выполняли главным образом социальную, а не производственную функцию.

В 5-м тысячелетии до н. э. на большей части территории Евразии активно разрабатывались окисленные медные руды, жилы которых выходили на поверхность. Горные выработки представляли собой узкие щели, которые формировались в результате выемки породы рудоносных жил. Если рудокоп наталкивался на мощную рудную линзу, на месте выработки щель превращалась в полость. Старейшие медные рудники обнаружены на территории Месопотамии, Испании и Балканского полуострова. В эпоху античности одним из крупнейших месторождений меди стал остров Кипр, от его позднелатинского названия «купрум» произошло современное название меди как химического элемента. Русское название металла происходит от древнеславянского слова «смида», обозначавшего металл вообще. Отметим, что термин «смида» восходит к тем древнейшим временам, когда предки славян и германцев были еще единым индоарийским народом. Впоследствии в германских языках термин «смида» стал употребляться для обозначения человека, работающего с металлом, и закрепился в форме «смит» (англ.) или «шмидт» (нем.) – «кузнец».

Разработка подземных рудных месторождений была освоена в 4-м тысячелетии до н. э. Глубина шахтных выработок достигала 30 м и более. Для раздробления горной породы применяли огонь, воду и деревянные клинья. Около разрабатываемого участка разводили костер, породу накаливали, а затем быстро охлаждали, обильно поливая водой. В образовавшиеся трещины вбивали деревянные клинья, которые также поливали водой. Разбухая, клинья раскалывали горную породу. Обломки рудной породы снова нагревали в пламени костра, резко охлаждали и дробили молотами и кирками непосредственно в шахтах. Раздробленную руду извлекали из шахт в кожаных мешках или плетеных корзинах. Затем ее толкли в больших каменных ступах до размера гороха. В качестве топлива для выплавки металла древние металлурги применяли древесный уголь, плотные породы дерева, кости.

Наиболее древним способом переработки медной руды является тигельная плавка: руду смешивали с топливом и помещали в тигли, изготовленные из глины, перемешанной с костной золой. Размеры тиглей были небольшими, их высота составляла 12–15 см, в крышке предусматривались отверстия для выхода газов. В описанных выше гончарных очагах времен неолита достигалась температура (до 1100 °С), достаточная для получения меди, содержащей до 2 % масс. естественных примесей мышьяка, никеля, сурьмы. Впоследствии для выплавки меди стали устраивать ямные печи. В этом случае глиняный тигель с рудой и углем помещали в неглубокую яму с насыпанным поверх него слоем древесного угля. Особое значение имел выбор места плавки, которое должно было обеспечивать интенсивный приток воздуха в агрегат для раздувания огня и достижения необходимой температуры.

Количество меди, производимое в тиглях, было небольшим и составляло, как правило, несколько десятков граммов, поэтому постепенно перешли к производству меди в ямах непосредственно из руды. Для этого медную руду, перемешанную с древесным углем, помещали в ямы глубиной до 30 см, дно которых было выложено камнями. Над слоем шихты насыпали еще некоторое количество древесного угля, а сверху укладывали ветви деревьев и небольшое количество земли таким образом, чтобы не препятствовать притоку воздуха внутрь кучи. Место плавки старались располагать на склонах холмов, чтобы использовать естественное движение воздуха. Таким был первый «промышленный» металлургический агрегат.

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

При многих преимуществах медь, даже природно-легированная, имела очень существенный недостаток: медные инструменты быстро затуплялись. Износостойкость и другие свойства меди были не настолько высоки, чтобы медные инструменты и орудия могли полностью заменить каменные. Поэтому на протяжении медно-каменного века (4-е тысячелетие до н. э.) камень успешно конкурировал с медью, что и нашло отражение в названии эпохи. Решающий шаг в переходе от камня к металлу был сделан после изобретения бронзы.

Как указывалось в предыдущей главе, отдельные поделки из меди (главным образом украшения) появились очень рано. В настоящее время археология не может точно указать, где впервые начали плавить руды или где впервые получили бронзу - сплав меди с другими металлами. По всей вероятности, люди сначала использовали медь самородного происхождения, которую обрабатывали как особую породу камня, обладавшую пластичными свойствами. Но когда обнаружили, что куски медной руды при сильном нагревании начинают плавиться, а при охлаждении вновь становятся твердыми, был открыт процесс выплавки металла. Новое свойство меди стали использовать для создания орудий с заранее обдуманной формой, т. е. был изобретен литейный процесс.

С освоением плавки меди возрос интерес к ней как к новому материалу для изготовления орудий труда, а не только украшений. Однако медь самородного происхождения редко встречается на поверхности земли. В V тыс. до н. э. стали разрабатывать окисленные медные руды, жилы которых выходили на поверхность. Разработка сульфидных руд относится к более позднему времени. Выработки представляли собой узкие щели, которые образовались в результате выемки породы рудоносных жил. Если рудокоп наталкивался на мощную рудную линзу, на месте выработки щель превращалась в полость. В IV тыс. до н. э. стали переходить к разработке подземных месторождений. На Балканском полуострове, например, шахтные выработки достигали глубины 27 м. Чтобы отколоть куски руды, необходимо было породу сначала разогреть, затем облить водой. В результате получались трещины, в которые вставляли деревянные клинья, пропитываемые водой. При разбухании деревянные клинья разрывали руды на куски. На Балканском полуострове в выработках обнаружены втульчатые клинья-кайла, сделанные из оленьего рога. Предполагают, что ими рудокопы добывали медную руду из жил.

Вблизи от разработок происходил процесс обогащения руд. Вначале был известен сухой способ обогащения: добытую руду отделяли от пустой породы и дробили каменными молотками. Позднее стали применять мокрый способ обогащения. Раздробленную руду укладывали в деревянные лотки с водой. Лотки трясли, в результате куски руды как более тяжелые оседали па дно, а более легкая пустая порода всплывала наверх. Ее сгребали, и в лотке оставались куски медной руды. Сульфидные медные руды перед плавкой длительное время обжигали на кострах.

Руду плавили также недалеко от разработок в специальных глиняных печах. Для получения в печи более высокой температуры через воздуходувные трубки люди вдували воздух. В III тыс. до н. э. были изобретены кожаные воздуходувные меха. Выплавленные из медных руд слитки металла служили предметом обмена; как правило, металлурги не занимались ювелирным и кузнечным делом.

В V тыс. до н. э. человек познакомился с другими цветными металлами: серебром и золотом.

Первым сплавом, как предполагают исследователи, был биллон - сплав меди с серебром. Из него в Южной Туркмении на рубеже V-IV тыс. до н. э. отковывали украшения (булавки). Сплав меди с мышьяком стал известен в IV тыс. до н. э. Мышьяковые сплавы появляются в Закавказье на тысячу лет ранее, чем оловянистые бронзы Западной Европы . С III тыс. до н. э. в странах Древнего Востока бронзу получали чаще из сплава меди с различными пропорциями олова. По сравнению с медью бронзовые сплавы отличаются легкоплавкостью, высокими литейными качествами, большой прочностью. В зависимости от назначения отливки в металл добавляли от 1-2% до 8-10% олова. Чем больше добавляли олова, тем более хрупким было изделие.

Если руду плавили в непосредственной близости от мест добычи, то медные и бронзовые изделия отливали на поселениях. Для получения бронзового сплава медь и олово или медь и мышьяк, взятые в определенных пропорциях, помещали в глиняные тигли, которые ставили в печь. Расплавленный металл из тиглей разливали в формы из песка, камня, дерева. Сначала использовали открытые, а затем и закрытые створчатые формы. В формах отливали оружие, орудия труда и разнообразный инструмент. Художественные и ювелирные изделия отливались по восковой модели. Модель лепили из воска, на которую слоями наносили тонкоотмученную глину до тех пор, пока глиняная стенка не становилась прочной. В глиняной форме оставляли специальные отверстия, чтобы вытопить воск и залить внутрь бронзовый сплав. По остывании, для того чтобы извлечь предмет, глину разламывали, а для получения новой отливки весь процесс необходимо было повторить заново. Изделия, отлитые по восковой модели, представляют художественную ценность.

Руды цветных металлов были мало доступны для разработок; залежи олова - основное сырье для бронзовых сплавов - известны были в древности в довольно ограниченных масштабах. Металл приходилось транспортировать с места добычи руд на очень большие расстояния. Все это мешало широкому внедрению цветных металлов в производство. По словам Ф. Энгельса, «...бронза давала пригодные орудия и оружие, но не могла вытеснить каменные орудия; это было под силу только железу, а добывать железо еще не умели» (Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 21, с. 161).

Особые свойства нового материала освоили быстро, были созданы более производительные орудия и оружие, что не могло не сказаться на развитии земледелия и ремесла.