Роль металлов в истории человечества и применение их сплавов.

На протяжении многих веков металл является верным спутником человеческой цивилизации в её развитии, начиная с древнейших времен, с изготовления самых примитивных оружий и орудий труда. Металлы известны с древних времен, однако, они не получили широкого применения, пока их не научились обрабатывать. Уровень развития современного производства дал возможность повысить качество изделий из металлопроката и расширить сферу его применения.

В истории человечества по интенсивности и длительности применения соответствующего материала выделяют каменный, медный, бронзовый и железный века.

Каменный век – период развития человечества, когда оружие и орудия труда изготавливались из камня, дерева и кости (2милл.- IV тыс. до н.э.)

 

Медный век - переходный период от каменного к бронзовому веку (IV-III тысячелетия до н.э.) –появились первые орудия труда из металлов.

 

 

Бронзовый век – исторический период, сменивший энеолит и характеризующийся распространением металлургичной бронзы, бронзовых орудий труда (III-II тысячелетия до н.э.)

 

Железный век - период в развитии, наступивший с распространением металлургии железа и изготовлением железных оружий и орудий труда (с I тысячелетия до н.э. по сей день)

С последующим подразделением на этапы археологическая периодизация незаменима при исследовании дописьменных обществ.

Обратите внимание, что медь – это первый металл, который стали использовать для изготовления оружия и орудий труда.

Почему медь, а не железо, ведь, казалось бы, железо гораздо более распространенный металл, чем медь в природе. Массовая доля железа в природе составляет около 4 %, а меди всего 0,005 тысячная доля %.

Дело в том, что железо в самородном виде встречается крайне редко. Железо с древнегреческого расшифровывается как «звездный», то есть самородное железо может входить только в состав осколков метеоритов, упавших на землю из космоса.

Медь же встречается в самородном виде гораздо чаще в природе. Во-вторых, медь достаточно просто получить из медной руды. Ну вот представьте, если мы возьмем (черный порошок оксида меди 11) СuO, и нагреем его с углем на открытом пламени, то через некоторое время этот порошок станет красного цвета, то есть образуется медь.

И тогда мы можем легко представить, как люди в древности могли получать медь из медной руды только на костре.

Следующий период Бронзовый век.

Бронза – это сплав меди с оловом. Бронза по сравнению с медью имеет ряд преимуществ: она тверже и прочнее.

Где-то с середины I тысячелетия до нашей эры начинается Железный век.

Его начало обусловлено тем, что люди научились добывать железо.

Таким образом, использование металлов стало условием, предопределившим развитие цивилизации, ведь возросла производительность труда, а значит некоторые люди могли освободиться например, для управления государством, занятия ремеслом, искусством.

Серебро и золото тоже широко применялись с древних времен, причем эти металлы часто использовались в качестве эквивалента обмена.

Стоит отметить, что серебро и золото широко используются в современной технике, потому что драгоценные металлы незаменимы, как материал для электрических контактов из-за своей высокой электропроводности. Поэтому компьютеры, телевизоры, телефоны, автомобили, холодильники, микроволновые печи содержат в большей или меньшей степени этот драгоценный металл.

Какие же свойства металлов позволяют так широко их использовать? В первую очередь, это особенности их физических свойств:

Ковкость и пластичность. Это объясняется особенностью металлической связи, так как ионы в металлической решетке непосредственно не связаны друг с другом, то отдельные слои их могут свободно перемещаться один относительно другого. Это свойство металлов используют при их механической обработке.

1) Тепло- и -электропроводность. Металлы - отличные проводники теплоты и электричества.Это обусловлено наличием в металлических решетках свободно перемещающихся электронов, которые в электрическом поле приобретают направленное движение

2) Твердость (у некоторых металлов). По твердости металлы сравнивают с алмазом, твердость которого принята за 10. Самыми мягкими являются щелочные металлы, а самым твердым – хром.

Но и некоторые особенности химических свойств также обусловили широкое применение металлов.

Это неспособность некоторых металлов взаимодействовать с окружающей средой, то есть относительная химическая инертность.

На данном этапе развития цивилизации наиболее широко применяется металл – это железо. Чистое железо обладает невысокой твердостью. Поэтому чаще всего используют его сплавы с углеродом.

Это чугун, в котором содержание углерода более 2%, и стали, содержащие менее 2% углерода.

Эти сплавы очень широко используются в настоящие время.

Чугун, из-за того что содержит большое количество углерода, очень хрупок и его нельзя ковать, поэтому чугун используют для изготовления тяжелых деталей: станков, машин, различных плит, чугунных решеток.

В стали же содержание углерода значительно меньше, чем в чугунах, из стали изготавливают кузова автомобилей, крыши домов, рельсы, технические детали, технику военную. Но чтобы сталь не ржавела, то есть железо не взаимодействовало с кислородом и водой, ее покрывают особым слоем какого-либо металла, который более химически инертен, чем железо.

 

Медь в чистом виде используют только в тепло- и электротехнике. Чаще всего используют сплав меди.

Это латунь и бронза. Отличаются они и по внешнему виду, и по физическим свойствам. Бронза – сплав меди с оловом. Она очень хорошо отливается, поэтому ее используют для изготовления мелких деталей бытовых приборов -подшипников, поршневых колец, арматуры.

Латунь более твердый и прочный сплав. Латунь – это сплав меди с цинком - применяется обычно в моторостроении.

Применение Al основано на его легкости, относительно его стойкости и высокой электропроводимости, то есть инертности. Но есть у Al и недостаток. Дело в том, что Al очень мягкий металл, поэтому чаще всего используют его сплавы с Cu, Mg и Mn, такие сплавы называют дюралюминами.

Этот сплав используют в авиатехнике, поэтому Al называют крылатым металлом.

У Al еще есть тонкая, но прочная оксидная пленка. Поэтому Al используют в процессах алитирования. Это покрытие чугунных и стальных изделий тонкой пленкой Al. Это проводится с целью защиты данных изделий от коррозии.

Также алюминий можно встретить в виде кухонной утвари, в фольге, в проводах, в строительных материалах.

Итак, сегодня мы узнали, какую роль играют металлы в развитии человеческой цивилизации.

 

Список используемой литературы:

 

1) Советский энциклопедический словарь главный ред. А.М. Прохоров

2) Учебное пособие по химии за 9 класс Ф.г. Фельдман

3) Учебное пособие по истории «Древность.Средневековье.Новое время»

Данилов А.А., Косулина Л.Г., Бранд М.Ю.

4) 5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия Глав. ред.В.А. Володин, вед.

науч. ред. И. Леенсон.

Тезисы

к научно- исследовательской работе по химии на тему «Роль металлов в истории человечества и применение их сплавов».

Выполнил ученик 10 а класса Медведев Данил Михайлович.

Научный руководитель учитель высшей категории Акбарова Римма Халимовна.

 

1) Металл начал применятся в быту, при изготовлении орудий с IV тысячелетия до н.э.

2) Медь – первый металл, который стали широко использовать для изготовления оружия и орудий труда.

3) В бронзовом веке отмечается активное применение сплава меди с оловом – бронза.

4) С I тысячелетия до н.э. люди научились добывать железо, что явилось одним из условий развитии цивилизации.

5) Серебро и золото широко применялись как с древних времен, так и в настоящее время.

6) Пластичность, твердость, тепло- и электропроводность металлов позволяют их широко использовать.

7) В настоящее время широко применяется железо, чугун, сталь,медь, латунь и бронза.

8) Легкость алюминия позволяет его использовать в авиатехнике и для защиты металлических изделий от коррозии.

9) Металлы играют значительную роль в развитии человеческой цивилизации.