7 древних металлов известных в древности. Тайны древних сплавов. Задания для самостоятельной работы

С глубокой древности человеку были известны семь металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо и ртуть. Эти металлы можно назвать «доисторическими», так как они применялись человеком ещё до изобретения письменности.

Очевидно, что из семи металлов человек вначале познакомился с теми, которые в природе встречаются в самородном виде. Это золото, серебро и медь. Остальные четыре металла вошли в жизнь человека после того, как он научился получать их из руд с помощью огня.

Часы истории человечества стали отсчитывать время быстрее, когда в его жизнь вошли металлы и, что важнее всего, их сплавы. Век каменный сменился веком медным, потом - бронзовым, а затем веком железным:

История цивилизаций Древнего Египта, Древней Греции, Вавилона и других государств неразрывно связана с историей металлов и их сплавов. Установлено, что египтяне за несколько тысячелетий до нашей эры уже умели изготавливать изделия из золота, серебра, олова, меди. В египетских гробницах, сооружённых за 1500 лет до н. э., найдена ртуть, а самые древние предметы из железа имеют возраст 3500 лет.

Из серебра, золота и меди чеканили монеты - человечество издавна отвело этим металлам роль мерила стоимости товара, мировых денег (рис. 18).

Рис. 18.
Древние монеты из золота, серебра и меди:
1 - золотая с изображением Александра Македонского и орла (символа власти императора) (Греция);
2 - серебряная с изображением богини Афины и совы (птицы, посвящённой Афине) (Греция);
3 - медная в виде дельфина (Причерноморье)

Древние римляне начали чеканить серебряные монеты в 269 г. до н. э. - на полстолетия раньше, чем золотые. Родиной золотых монет стала Лидия, расположенная в западной части Малой Азии и торговавшая с Грецией и другими странами посредством таких монет.

Рассмотрим кратко смену эпох в ранней истории человечества.

В поэме древнегреческого поэта Лукреция Кара «О природе вещей» установлен следующий порядок вхождения металлов в быт человека: «...Всё-таки в употребление вошла раньше медь, чем железо, так как была она мягче, причём изобильней гораздо...»

Самородная медь нередко встречается в природе, она легко обрабатывается, поэтому предметы из меди пришли на смену каменным орудиям. И даже там, где ещё господствовал камень, медь играла немалую роль. Например, одно из чудес света - пирамида Хеопса, сложенная из 2 миллионов 300 тысяч каменных глыб массой по 2,5 т каждая, была сооружена с помощью инструмента, изготовленного из камня и меди.

При выплавке меди человек однажды использовал не чистую медную руду, а руду, содержавшую одновременно и медь, и олово. В результате была получена бронза - сплав двух металлов: меди и олова, который гораздо твёрже своих компонентов. Наступил бронзовый век.

Слово «бронза» произошло от названия небольшого итальянского городка Бриндизи на берегу Адриатического моря, который славился своими бронзовыми изделиями.

В Египте уже в IV тысячелетии до н. э. умели примитивным способом получать бронзу. Из неё изготавливали оружие и различные декоративные изделия. У египтян, ассирийцев, финикийцев, этрусков литьё из бронзы достигло значительного развития. В VII в. до н. э., когда были разработаны способы отливки статуй из бронзы, наступает расцвет художественного применения бронзы.

Гигантская бронзовая статуя Колосса Родосского (32 м) - ещё одно чудо света - возвышалась над входом во внутреннюю гавань древнего порта Родоса. Даже самые крупные морские суда свободно проходили под ней (рис. 19).

Рис. 19.
Колосс Родосский (бронза)

Позже были созданы уникальные бронзовые творения: конная статуя Марка Аврелия, «Дискобол», «Спящий Сатир» и др. А великолепные бронзовые скульптуры «Медный всадник» и четыре скульптурные группы «Укрощение коня» на Аничковом мосту в Санкт-Петербурге - красноречивое свидетельство того, что бронза продолжает оставаться одним из основных материалов скульпторов.

Рис. 20.
Царь-колокол (бронза)

Знаменитые Царь-колокол и Царь-пушка в Московском Кремле - ещё два примера художественной ценности меди и её важнейшего сплава - бронзы (рис. 20 и 21).

Рис. 21.
Царь-пушка (бронза)

Бронзовый век сменился железным только после того, как человечество смогло поднять температуру пламени в металлургических печах до 1540 °С, т. е. до температуры плавления железа. Однако первые изделия из железа имели низкую механическую прочность. И только когда древние металлурги открыли способ изготовления из железных руд сплавов - чугуна и стали - более прочных, чем само железо, материалов, началось широкое распространение этого металла и его сплавов, стимулировавшее развитие человеческой цивилизации.

Наступил железный век, который, очевидно, длится и по сей день, так как примерно 9/10 всех используемых человеком металлов и сплавов - это сплавы на основе железа.

Изменилась и стоимость железа. В IX-VII вв. до н. э., когда начался железный век, этот металл ценился дороже золота. Именно с железом, а не с золотом сравнивали сердца выдающихся людей. Так, герои «Илиады» Гомера облачались в «меднокованые доспехи» и имели «сердца твёрдые, как железо», а героев его «Одиссеи», победителей игр, награждали куском золота и куском железа.

С развитием металлургии стоимость железа снижалась, но всё более возрастала его роль в жизни человеческого общества. Железные сплавы - чугун и сталь - не только основа развития техники, но и важнейший материал искусства. Так, из чугуна отлит узор «кружев чугунных» Санкт-Петербурга, ограды его мостов и решётка Летнего сада (рис. 22). Великолепные произведения искусства из чугуна созданы мастерами Каслинского чугунолитейного завода. Вспомните хотя бы замечательную «Чугунную бабушку» П. Бажова.

Рис. 22.
Решётка ограды Летнего сада

Знаменитый булат, из которого оружейники Дамаска, а затем и нашего Златоуста делали лучшие в мире клинки, - это сталь. Из стали тульские оружейники создавали непревзойдённое по качествам оружие.

Из стали сделаны барельефы, светильники и опоры метро, а также скульптуры, например «Рабочий и колхозница» скульптора В. И. Мухиной (рис. 23).

Рис. 23.
Скульптура «Рабочий и колхозница» (нержавеющая хромоникелевая сталь)

Семь металлов в древности соотносили с семью известными тогда планетами (табл. 3). Даже открытые в XIX в. палладий и церий были названы в честь небесных тел - астероидов Паллада и Церера.

Таблица 3
Металлы и небесные тела

Сейчас у металлов имеются очень серьёзные «конкуренты» в виде продуктов современной химии - пластмасс, синтетических волокон, керамики и стекла. Но ещё многие и многие годы человечество будет использовать металлы, которые продолжают играть ведущую роль в жизни человека.

Новые слова и понятия

1. Семь металлов древности: железо, медь, серебро, ртуть, олово, свинец, золото.
2. Век медный, бронзовый, железный.
3. Бронза и художественное литьё.
4. Сплавы, чугун и сталь.

Задания для самостоятельной работы

1. Назовите семь чудес света и укажите, какую роль играли металлы в их создании.
2. Какими из прилагательных можно описать свойства ртути при обычных условиях: а) твёрдая; б) жидкая; в) хрупкая; г) ядовитая; д) тягучая; е) блестящая; ж) прозрачная?
3. Какие свойства металлов или сплавов лежат в основе образования литературных выражений: «стальной характер», «железные нервы», «золотое сердце», «металлический голос», «свинцовый кулак»?
4. Какими из прилагательных можно воспользоваться для характеристики предгрозового неба: а) железное; б) магнитное; в) свинцовое; г) серебристо-белое; д) тяжёлое.
5. Подготовьте сообщение на тему «Использование металлов в искусстве».
6. Какую роль в истории человечества сыграли металлы?

Вероятно, первый металл, с которым познакомился человек еще во времена нового каменного века (около 6 тыс. лет назад на Древнем Востоке и около 4 тыс. лет назад в Европе), была медь. Она встречается в природе В самородном состоянии в виде пластинок, губчатых и сплошных масс, а также кристаллов. Самый крупный из найденных самородков весил 420 т. Медные самородки гораздо больше распространены в природе, чем самородки других металлов. Поэтому естественно, что в поисках подходящих пород для изготовления орудий человек в первую очередь встретился именно с медными самородками. Эта встреча знаменовала собой начало медного века.

Надо полагать, человек довольно быстро оценил преимущества нового материала. Возраст предметов из самородной меди достигает 6 тыс. лет. Особенно крупные самородки находили в Северной Америке на берегах Гудзонова залива и Верхнего озера. Первые орудия человека были сделаны из камня, поэтому первые медные изделия появились на свет в результате обработки медных самородков каменными топорами. Длительное время затем каменные и медные орудия применялись совместно. В этот период человек на примере меди постигал основы металлургии и металловедения.

Обработка медных самородков с помощью каменного топора имела, конечно, ограниченные возможности. Холодной ковкой самородков пластинчатой формы можно было изготовить небольшие по величине предметы - булавки, крючки, наконечники стрел и т. п. Получить же листовую медь холодной ковкой невозможно - материал растрескивается. Также невозможно изготовить холодной ковкой предметы сложного профиля: сосуды, сковороды и др. К тому времени человек уже уверенно управлял огнем. Лагерный костер с температурой 700-800 °С сменили печи, где достигалась более высокая температура - 1000-1200 °С. На территории Египта, например, были найдены керамические сосуды, датированные 5 тыс. лет до н. э., обжиг которых был проведен при 1100-1200 °С. Медь плавится при температуре 1084 °С, поэтому, естественно, что следующим шагом в металлургической практике человека явилось, получение расплавленной меди. Это существенно расширило ассортимент изготовляемых из меди изделий.

Однако самородная медь встречается редко, и ее было явно недостаточно, чтобы удовлетворить стремительно растущие потребности в этом металле. На следующем этапе человек начал получать медь восстановительной плавкой ее руды. Медные руды - природные минералы, агрегаты, содержащие медь в таких количествах и соединениях, при которых извлечение металла экономически выгодно. В настоящее время известно свыше 170 медьсодержащих минералов, из них только 10-15 имеют практическое значение. К важнейшим минералам относятся: халькопирит CuFeS 2 (30 % меди), халькозин - "медный блеск" Cu 2 S (79,8% меди), ковелин CuS (64,4% меди), малахит CuCО 3 ·Cu(OH) 2 (57,4% меди), азурит 2CuCО 3 ·Cu(OH) 2 (55,5 % меди), куприт Cu 2 О (81,8% меди). Руды современных промышленных месторождений почти никогда не бывают сложены только одними минералами меди. Обычно медьсодержащие минералы срастаются с нерудными минералами (кварц, барит и др.) и некоторыми рудными минералами железа и цветных металлов (пирит, пирротин и др.).

Месторождения медных руд распространены гораздо шире, чем месторождения крупных медных самородков, и были известны человеку с глубокой древности. Сейчас трудно выяснить, как именно была открыта выплавка меди из руд и произошло ли это существенно позже, чем человек встретился с самородной медью. Имеются данные, что уже за 7 тыс. лет до н. э. на Ближнем Востоке употреблялась металлургическая медь. Добыча самородной меди и выплавка меди из руд - операции, существенно отличающиеся в техническом и технологическом отношениях, по-видимому, в разных районах мира осваивались человеком одновременно.

Первоначально использовались окисленные руды. Они не требуют предварительного обжига в отличие от сульфидных руд, для которых такая обработка необходима, чтобы удалить химически связанную серу. Восстановительная плавка малахитовых руд проводилась в примитивных печах. Они представляли собой глиняные тигли, наполненные рудой и углем, которые помещались в неглубокую ямку. Поверх насыпали слой древесного угля.

Уголь, сгорая, образует оксид углерода (II), который взаимодействует с малахитом, восстанавливая химически связанную медь до металла:

CO + CuCО 3 = 2CО 2 +Cu

Крытое устройство печей обеспечивало изоляцию реакционной среды от избытка кислорода воздуха, который окисляет оксид углерода (II) в оксид углерода (IV) и тем самым мешает восстановлению меди. Неизвестно, как человек пришел к мысли, что медь надо выплавлять именно так, но, очевидно, у него для экспериментов было много времени и упорства. Имеются свидетельства очень раннего знакомства человека с металлургической выплавкой меди. В Египте, например, обработка медных руд Синайского полуострова велась уже в IV тысячелетии до н. э. С глубокой древности были известны медные руды на острове Кипр. Предполагается, что слово "купрум", научное название меди, произошло от наименования острова Кипр, где находились медные рудники древних римлян.

В Европе древние медные копи найдены в Австрии на Миттерберге. Там же обнаружены каменные орудия, которыми эти копи разрабатывались. Предки древних славян, жившие в бассейне Дона и Преднепровье, использовали небогатые месторождения меди, находившиеся в районе нынешнего Донбасса и затопленных Днепровских порогов. Они применяли медь для изготовления оружия, предметов домашнего обихода, украшений.

По мнению некоторых ученых, русское слово "медь" произошло от слова "смида", которое у некоторых древних племен, живших на европейской части современной территории СССР, обозначало вообще металл. На рубеже XVII-XVIII вв. начало промышленной переработки меди в России было положено Никитой Демидовым. В музее Тагила имеется огромный раскладной медный стол, на котором сделана надпись: "Сия первая в России медь отыскана в Сибире... Никитою Демидовиче.м Демидовым по грамотам великого Государя Императора Петра Первого в 1702 и 1706 и 1709 годах, а из сей первовыплавленной меди сделан оный стол в 1715 году".

После того как человек научился получать и обрабатывать медь, несколько тысячелетий наряду с камнем она являлась основньш твердым материалом древности (рис. 12). Уже первобытные металлурги пытались повысить твердость этого в чистом виде довольно мягкого металла. Первоначально, по-видимому, случайное образование сплава меди с оловом, которое могло произойти при обработке некоторых руд, содержащих вместе олово и медь, определило направление поисков улучшения механических свойств меди. Удачное соединение меди с оловом воспроизводилось человеком уже сознательно.

Естественно, что испытывались композиции меди и с другими металлами (цинк, мышьяк, никель и др.). Сплав меди с цинком получали, например, в Древнем Иране. Медно-мышьяково-никелевая четырехгранная приколка, найденная в Азербайджане, имеет возраст более 5 тыс. лет. Предметы, изготовленные из медно-никелевых сплавов, найдены в Германии, Испании, Португалии и относятся примерно к тому же периоду.

Особое место в практической деятельности человека занимает бронза - сплав меди с оловом. Бронза превосходит медь по твердости, хорошо поддается обработке, очень устойчива к окислению. Период истории приблизительно с начала III тысячелетия до н. э. до начала I тысячелетия до н. э. называют бронзовым веком. В это время появились новые, более разнообразные орудия и предметы вооружения, сделанные из бронзы (топоры, ножи, серпы), появилась бронзовая утварь - кубки, чаши, котлы и т. п. Изделия из бронзы отливались у египтян, индусов, ассирийцев. Широко использовалась бронза для изготовления украшений, статуй и других предметов художественного творчества.

Статуя высотой 32 м, созданная в 290 г. до н. э. в честь бога солнца Гелиоса - Колосс Родосский, была отлита из бронзы и поставлена на самом восточном острове Эгейского моря - Родосе, у входа в порт. В Японии в 749 г. была отлита и помещена в храм Тодайдзи четырехсоттонная статуя Будды. О большом распространении бронзы в искусстве древнего мира можно судить по дошедшим до нас статуям (Дискобол, Спящий сатир, Марк Аврелий и др.). Само слово "бронза" имеет относительно позднее происхождение и связано с названием итальянского торгового городка на берегу Адриатического моря Бридзини, где продавались разнообразные изделия из бронзы.

По мере того как человечество накапливало технический и технологический опыт, наряду с бронзой появились и другие сплавы меди, обладающие различными ценными свойствами. В настоящее время известно большое количество сплавов, которые медь образует с другими элементами: Zn, Sn, Al, Ni, Pb, Mn, Be, Fe, Mg, Hg, Ag, Au, Si. Широкое распространение медных сплавов объясняется тем, что разные группы их имеют разные достоинства. К этим достоинствам можно отнести антифрикционность, коррозийную стойкость, пластичность, хорошие литейные свойства, красивый внешний вид и т. п. Сплавы меди с цинком называются латунями и по составу делятся на красные латуни (меньше 20% Zn), обладающие хорошей текучестью; желтые латуни (20-50% Zn); хрупкие белые латуни (50-80% Zn) и специальные латуни, которые наряду с медью и цинком содержат Ni, Mn, Fe, Sn и Al.

Бронзой раньше называли только сплав меди с оловом. Из-за дефицитности олова сплавы с аналогичными свойствами стали получать, добавляя к меди другие металлы. Теперь, помимо оловянных, широко используются алюминиевые, свинцовые, кремниевые, кадмиевые и другие бронзы. Все эти сплавы содержат небольшие количества легирующих компонентов, которые улучшают те или иные их качества. Из-за большого разнообразия, свойств применение медных сплавов издавна было весьма широким. Из бронзы состава 90% меди и 10% олова отливались артиллерийские орудия. Сплав, состоящий из 76-82 % меди, 16-22 % олова и до 4 % свинца, использовался для отливки колоколов. Из такого колокольного металла сделаны один "часовой" и 10 "четвертных" колоколов Спасской башни Московского Кремля. Эти колокола отлиты в XVII-XVIII вв. и весят: "часовой" - 2160 кг, "четвертные" - от 300 до 350 кг.

Для изготовления художественных изделий пользуются сплавом, содержащим 70-80 % меди, до 10 % цинка, 5-8 % олова и 3 % свинца. Это так называемая художественная бронза. В 1863 г. на одном из островов (Мас-а-Тьерре) в 600 км от побережья Чили была установлена отлитая из художественной бронзы мемориальная доска шотландскому моряку Александру Селкирку - прототипу знаменитого Робинзона Крузо. В Московском Кремле в Успенском соборе находится выполненный в 1625 г. из художественной бронзы шатер ажурного литья - образец высочайшего мастерства русских умельцев. История литья статуй из бронзы в России начинается с эпохи Петра I. В 1714 г, была отлита первая статуя Самсона для фонтана в Петергофе. Труднейшее литье в один прием знаменитого "Медного Всадника" - монумента Петру I, провели по проекту скульптора Э. Фальконе в 1775 г. При Академии художеств в Петербурге в 1764 г. был основан "Литейный дом", в котором выполнялись из бронзы многочисленные предметы для украшения дворцов, а также скульптурные работы.

Производство меди. Медьсодержащие минералы в чистом виде в промышленных масштабах не встречаются. В кусках руд тесно переплетены между собой минералы, содержащие разные элементы. Они срастаются, образуют небольшие вкрапления. Обычно медные руды содержат от 0,5 до 2 % меди. Только в Конго встречаются месторождения, содержание меди в которых доходит до 20 %. Малая концентрация меди в рудах затрудняет ее добычу, и производство меди становится сложным многоступенчатым процессом.

Из сульфидных руд медь добывается, главным образом, пирометаллургическим путем, а из окисленных - гидрометаллургическим. Пирометаллургическим способом в настоящее время получают 75 % всей добываемой меди. Этот способ основан на частичном окислении сернистых руд до оксидов меди, которые восстанавливаются избытком сульфида до металлической меди:

2Сu 2 О + Cu 2 S = 6Cu + SО 2

Малая концентрация меди в рудах, естественно, затрудняет ее извлечение. Поэтому перед тем, как добытую руду пускают на переплавку, ее обогащают - искусственно увеличивают процентное содержание меди. Для того чтобы провести обогащение, руду измельчают до таких размеров, которые позволяют выделить зерна с процентом содержания меди, большим, чем в исходной руде. Затем такие "богатые" зерна отделяют от остальных, используя то обстоятельство, что зерна различного состава обладают различными свойствами. К числу таких свойств относятся: цвет, блеск, масса, электрическая и магнитная восприимчивость, смачиваемость.

Самым распространенным сейчас способом обогащения является флотация (рис. 13). В металлургии флотация применяется, в основном, для отделения сульфидных минералов от пустой породы, а также для разделения частиц руд различных металлов. Метод основан на различии адсорбционных

свойств поверхности частиц сернистых металлов и пустой породы силикатного типа. Флотация медных руд осуществляется следующим образом. К суспензии тонкоизмельченной руды (0,05-0,5 мм) в воде, называемой пульпой, добавляют какое-нибудь полярное органическое вещество с длинной углеводородной цепью - собиратель. Собиратель обладает способностью полярными концами избирательно сорбироваться на поверхности частиц медной руды. При этом его углеводородный конец остается в водной фазе. Таким образом, в результате сорбции поверхность частицы оказывается покрытой и углеводородной "щетко", уменьшает ее смачиваемость. Частицы пустой породы, обладающие полярной поверхностью, смачиваются хорошо.

Далее пульпу при интенсивном перемешивании продувают воздухом, который образует пузырьки. Известно, что неполярные молекулы, помещенные в воду, в первую очередь стремятся расположиться на границе раздела вода - воздух. Точно так же ведут себя неполярные концы собирателя, покрывающие частицу руды. Для них самой доступной границей раздела вода - воздух является поверхность пузырьков. В результате частицы руды прилипают к пузырькам и вместе с ними всплывают на поверхность в виде пены. Пустая же порода - "хвосты" - остается в пульпе. Пену снимают, обезвоживают и получают концентрат, а хвосты сбрасывают в отвал. Полученный концентрат содержит уже до 55 % меди. Это верхний предел. В большинстве случаев после флотации содержание меди в концентрате находится в пределах 11-35 %. Наряду с медью там имеются сера, железо, цинк, оксиды кремния, алюминия, кальция, а также в небольших количествах благородные металлы - золото, серебро, платина. Сульфидные руды часто содержат много пирита, поэтому и в концентрате существенная часть железа и серы приходится на его долю.

Чтобы получить чистую медь, от примесей необходимо избавиться. Это удается сделать не сразу, а в несколько этапов. Первым из них является обжиг концентрата. Концентрат подвергают обжигу для того, чтобы снизить в нем содержание серы. Кроме того, в результате обжига получается оксид серы (IV) в таких концентрациях, что его можно в дальнейшем использовать для производства серной кислоты. Комплексное использование сырья приводит к уменьшению загрязнения атмосферы отходами производства.

Обжиг ведут при температуре 600-700 °С в многоподовых печах. Печь загружают концентратом в смеси с флюсами (кварц, известняк), необходимыми для последующего этапа - выплавки штейна. Во время обжига наряду с окислением серы происходит целый ряд процессов: разложение сложных сульфидов, прямое окисление минерала, образование ферритов примесных металлов и др. Как уже говорилось, в концентрате, подвергающемуся обжигу, содержится значительное количество пирита (40-50 %). Его горение при обжиге, в зависимости от доступа воздуха, описывается уравнениями:

3FeS 2 + 8О 2 = Fe 3 О 4 + 6SО 2 + 2349 кДж

4FeS 2 +11О 2 = 2Fe 2 О 3 + 8SО 2 + 3282 кДж

Эти реакции сопровождаются выделением значительного количества тепла. В результате обжиг проходит самопроизвольно, без затрат топлива. Достаточно только в начале процесса временными топками нагреть шихту до температуры воспламенения сульфидов. В процессе обжига из руды удаляется не вся сера. После обжига в шихте остаются сульфиды меди, железа, устойчивые оксиды - Cu 2 О, Fe 2 О 3 , Fe 3 О4, ZnO, PbO, a также флюсы.

Следующий этап производства меди - выплавка из обожженного концентрата штейна и отделение его от шлака.

Штейн - это сплавы Cu 2 S с FeS с примесями некоторых сульфидов (Zn, Pb, Ni) и оксидов (Fe, Si, Al, Ca)

Содержание меди в штейне колеблется от 10 до 79,9% (чистый Cu 2 S). Шлаки - сплавы силикатов различных металлов. В металлургии меди это, в основном, силикаты железа. Плавка на штейн производится в отражательных печах (рис. 14), куда помещается прошедшая обжиг шихта. Топливом служит угольная пыль, мазут или природный газ. Температура зависит от расстояния, от места ввода топлива и лежит в пределах 1200-1600 °С.

Основным химическим процессом, который происходит на этом этапе, является переход железа в шлак:

FeS + 3F 3 O 4 + 5SiO 2 = 5Fe 2 SiO 4 + SO 2

Часть сульфида железа расходуется на обменную реакцию с оксидом меди:

Cu 2 O + FeS=Cu 2 S + FeO

FeO в присутствии кварца также связывается в силикат. Жидкие сплавы сульфидов и силикатов взаимно нерастворимы и различаются по плотности. Это обстоятельство используется для их разделения. Шлак располагается в верхнем слое, нижний - сплав сульфидов Cu 2 S·FeS - штейн. Их разделяют, выпуская по мере накопления через расположенные на разных уровнях специальные выпускные отверстия.

Само слово штейн происходит от немецкого слова - камень. Это связано с тем, что застывший сплав сульфидов меди и железа внешне очень похож на камень. Дальнейшая переработка штейна производится в продуваемом воздухом конверторе и целью своей имеет уже получение черновой меди. В конвертор заливают жидкий штейн (температура 1200 °С), туда же загружают измельченный (6-20 мм) кварц. В продувке воздуха через штейн можно выделить два этапа, отличающиеся химизмом происходящих в них процессов. На первом окисляется сульфид железа и образуется шлак:

2FeS+3О 2 + SiО 2 = Fe 2 SiО 4 +2SО 2 +966кДж

Эта реакция является основным источником тепла для конверторных процессов.

Оксид меди (I), который также получается на этом этапе:

Cu 2 S + О 2 =Cu 2 О + SО 2

сразу же переводится обратно в сульфид по реакции:

Cu 2 О + FeS = Cu 2 S + FeO

Далее FeO, связываясь с кварцем, переходит в шлак. Накопившийся шлак сливают через горловину, наклоняя конвертор. После слива шлака в конвертор загружают новую порцию штейна и процедуру продувки повторяют до тех пор, пока в конверторе не накопится достаточного количества богатого медью расплава. Таким образом на этом этапе продувки происходит отделение железа от меди: железо удаляется со шлаком, медь остается в конверторе в виде расплава.

На втором этапе из расплава сульфида меди получают металлическую медь. После окисления железа и слива шлака окислению в конверторе подвергается Cu2S:

2Cu 2 S + 3О 2 = 2Cu 2 О + 2SО 2

Так как в отличие от первого этапа в реакционной среде отсутствует сульфид железа, оксид меди реагирует уже с избытком сульфида меди. В результате получается черновая медь:

Cu 2 S + 2Cu 2 О = 6Cu + SО 2

Суммарно процесс, происходящий в конверторе на втором этапе продувки, можно описать следующей реакцией:

Cu 2 S + О 2 = 2Cu + SО 2 + 215 кДж

Черновая медь, слитки которой называют штыками (от немецкого Stück - штука), содержит 1 % примесей (Fe, S, О 2 , As, Ni, Zn и др.) и, кроме того, включает все примеси благородных металлов, которые Содержались в исходной руде и флюсах. Многие примеси ухудшают механические свойства металла, снижают его электрическую проводимость, делают менее пластичным. Для того чтобы избавиться от примесей, а также извлечь представляющие ценность благородные металлы, черновую медь подвергают очистке - рафинированию.

Рафинирование осуществляют двумя способами: огневым (вдувание воздуха при температуре 1150°С) и электролитическим. Первым способом удается избавиться от примесей путем перевода их в нерастворимые в меди оксиды:

4Cu + О 2 = 2Cu 2 О

Me + Cu 2 О = MeO + 2Cu

Оксиды примесей всплывают на поверхность и шлакуются кварцевым флюсом. Образующийся оксид меди (I) восстанавливается продуктами сухой перегонки дерева. Для этого в печь, где проводится рафинирование, после удаления шлаков вводят сырое дерево (жерди, бревна). Выделяющиеся пары воды и углеводороды, перемешивая медь, способствуют удалению из нее газов и переводят в металлическую медь:

4Сu 2 О + СН 4 = СО 2 + 2Н 2 О + 8Сu

Однако огневой способ не позволяет извлечь из меди благородные металлы. Это удается сделать, подвергая медь электролитическому рафинированию. Смысл его заключается в анодном растворении очищаемой меди и высаживании чистой меди на катоде. Для этого из меди, прошедшей предварительную очистку огневым способом, отливают аноды. Они имеют особую форму, удобную для подвешивания (рис. 15). Их масса 250-320 кг. В качестве катодов используют листы чистой меди. Электроды помещают в электролитической ванне, представляющей собой обложенные свинцовыми пластинами бетонные чаны, наполненные соответствующим раствором и серной кислотой. Ванны имеют несколько метров в длину (от 3 до б м) и содержат до сотни электродов. Из соображений экономии ванны соединяют между собой в блоки (рис. 16). При пропускании через такую систему тока на катодах выделяется чистая медь:

а аноды растворяются:

При этом примеси, содержащиеся в медном аноде, в зависимости от их свойств либо переходят в электролит (Zn, Fe, Sn, Ni), либо выпадают в осадок (Ag, Au, Pt), откуда их потом извлекают. Процесс растворения анодов продолжается около 20 суток. Катоды меняют через 6-8 суток. Их извлекают, сушат, переплавляют и разливают медь в слитки. Чистота получаемой электролитическим способом меди достигает 99,95-99,96 %.

Как мы видим, процесс добычи меди из руд состоит из нескольких этапов. Цель каждого из них - отделение меди от сопутствующих примесей. Иногда в зависимости от качества руды, технических возможностей, экономических соображений из производства исключают флотацию или обжиг концентрата. Несколько отличаются на разных заводах условия производства. В самом общем виде схема выплавки меди пирометаллургическим способом изображена на рис. 17. Химические процессы этого способа можно описать суммарной реакцией:

2CuFeS 2 + 5О 2 + SiО 2 = 2Cu + Fe 2 SiО 4 + 4SО 2

Характерной особенностью пирометаллургии является использование высоких температур.

Гидрометаллургический способ, которым сейчас добывают около 25 % всей меди, не связан с использованием высоких температур. Этот способ применяют для извлечения меди главным образом из бедных окисленных руд, но он также может быть использован и для переработки сульфидных и смешанных руд. В ходе гидрометаллургической переработки меди ее труднорастворимые соединения переводятся в растворимые действием различных реагентов. Такими реагентами могут быть: H 2 SО 4 , NH 4 OH, NaCN, Fe 2 (SО 4) 3 . Затем из раствора медь извлекают тем или иным способом. Например, обработка руды, содержащей медь в виде оксида СиО, разбавленной серной кислотой переводит медь в раствор в виде сульфата:

CuO + H 2 SО 4 = CuSО 4 + H 2 О

Извлечь медь из полученного раствора можно электролизом или вытеснением с помощью железа:

CuSО 4 + Fe = Cu + FeSО 4

Преимуществом гидрометаллургического метода является то, что получать металлы можно, не извлекая руду на поверхность. В настоящее время этот метод является весьма перспективным.

Естественно, что за многие тысячелетия, которые насчитывает металлургия меди и медных сплавов, менялись задачи, стоявшие перед металлургами, менялись условия труда, совершенствовалась технология, менялась область применения продуктов производства.

Презентация по химии

на тему:

Семь доисторических металлов

• Создатели
• Цели и задачи исследования
• Цитата по теме исследований
• Введение
• Золото
• Серебро
• Медь
• Железо
• Ртуть
• Олово
• Свинец
• Список литературы

Создатели

• Васильев Евгений
• Катцин Олег

Цели и задачи исследования

• Изучить эпоху знакомства с 7 металлами древности
• Классификация древнего периода
• Изучение особенностей различных металлов

Цитата по теме исследований

• Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева - основа современной химии. Они относятся к таким научным закономерностям, которые отражают явления, реально существующие в природе, и поэтому никогда не потеряют своего значения.
• Их открытие было подготовлено всем ходом истории развития химии, однако потребовалась гениальность Д. И. Менделеева, его дар научного предвидения, чтобы эти закономерности были сформулированы и графически представлены в виде таблицы.

• Олимпиодр (VI в.), греческий философ и астролог, профессор Александрийской школы. Он соотнес 7 планет древности с 7 металлами и ввел обозначение этих металлов символами планет (Золото-Солнце, Серебро-Луна, Ртуть-Меркурий, Медь-Венера, Железо-Марс, Олово-Юпитер, Свинец-Сатурн).
• Термин "металл" произошёл от греческого слова metallon (от metalleuo - выкапываю, добываю из земли). По алхимическим представлениям, металлы зарождались в земных недрах под влиянием лучей планет и постепенно крайне медленно совершенствовались, превращаясь в серебро и золото. Алхимики полагали, что металлы - вещества сложные, состоящие из "начала металличности" (ртути) и "начала горючести" (серы).

Введение

Золото (лат.Aurum)

• Золото-элемент редкий, его содержание в земной коре составляет всего 4,310 -7 %. В природе золото встречается почти всегда в чистом виде: в самородках или в виде мелких зерен и чешуек, вкрапленных в твердые породы или рассредоточенных в золото-носных песках. В наши дни основным источником золота служат руды, в которых на тонну пустой породы приходятся считанные граммы драгоценного металла.
• Золото добывают и попутно- при переработке полиметаллических и медных руд. Есть оно и в морской воде – в крайне малых концентрациях.
• В представлении алхимиков золото считалось «царем металлов». Причиной тому, очевидно, его эффектный внешний вид, неизменный блеск и устойчивость к действию подавляющего большинства реагентов. Золото при нагревании не реагирует с кислородом, водородом, углеродом, азотом, щелочами и большинством кислот. Растворяется золото лишь в хлорной воде, смеси соляной и азотной кислот (царской водке), в растворах цианидов щелочных металлов, продуваемых воздухом, а также в ртути.
• В ювелирных и технических изделиях применяют не чистое золото, а его сплавы, чаще всего с медью и серебром, а его сплавы, чаще всего с медью и серебром. Чистое золото – металл слишком мягкий, ноготь оставляет на нем след, износостойкость его невысока. Проба, стоящая на золотых изделиях отечественного производства, означает содержание золота в сплаве из расчета на тысячу его весовых частей.

Золотой самородок «Мефистофель» массой 20,25 г, найденный в Сибири. Алмазный фонд. Москва.

Серебро (лат. Argentum)

• Серебро – драгоценный металл, известный с глубокой древности. Серебренные самородки люди находили еще до того, как научились выплавлять металлы из руд. Серебро встречается на нашей планете и почти чистым, самородным, и в виде соединений (например, Ag 2 S, Ag 3 SbS 3 и др.) На Земле этого элемента в 20 раз больше, чем золота ,- примерно 7×10 -6 % от массы земной коры, но значительно меньше, чем меди .
• Чистое серебро – блестящий белый металл, очень мягкий, по ковкости уступает лишь золоту. Лучше всех металлов проводит тепло и электрический ток.
• Как и другим благородным металлам, серебру свойственна высокая химическая стойкость. Серебро не вытесняет водород из растворов обычных кислот, не изменяется на чистом и сухом воздухе, но, если в воздухе содержатся сероводород и другие летучие соединения серы , серебро темнеет. Азотная и концентрированная серная кислоты медленно реагируют с серебром, растворяя его.
• Бромид серебра (в меньшей степени и другие галогениды) чрезвычайно важен для фото- и кинопромышленности как важнейший компонент светочувствительной пленки.
• Поскольку мировые запасы этого металла уменьшаются, серебро стараются заменить везде, где только можно. Для этого химики-технологи ищут рецептуры бессеребренных светочувствительных кинофотоматериалов. Из похожих на серебро сплавов на никелевой основе делают монеты, посуду и художественные изделия.

Медь (лат. Cuprum)

• Медь входит более чем в 170 минералов, из которых для промышленности важны лишь 17. Иногда встречается и самородная медь. Содержание меди в земной коре 4,7×10 -3 % по массе.
• Каменные глыбы пирамиды Хеопса были обработаны медным инструментом. Целый период истории человечества назван медным веком.
• Чистая медь – тягучий, вязкий металл красного, в изломе розового цвета, в очень тонких слоях на просвет медь выглядит зеленовато-голубой. В соединениях медь обычно проявляет степень окисления +1 и +2, известны также немногочисленные соединения трехвалентной меди.
• Медь-металл сравнительно мало активный. В сухом воздухе и кислороде при нормальных условиях медь не окисляется. Она достаточно легко вступает в реакции с галогенами, серой, селеном . А вот с водородом, углеродом и азотом медь не взаимодействует даже при высоких температурах.
• Особенно важна медь для электротехники. По электропроводности медь занимает II место среди всех металлов - после серебра. Однако в наши дни во всем мире электрические провода, на которые раньше уходила почти половина выплавляемой меди, все чаще делают из алюминия. Он хуже проводит ток, но легче и доступнее.
• Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата – медного купороса. В значительных количествах он ядовит. В малых дозах медь совершенно необходима всему живому.

Медная сковорода, ок.3000г до н.э.

«Медный всадник». Санкт-Петербург.

Железо (лат.Ferrum)

• Железо можно назвать главным металлом нашего времени. Это химический элемент очень хорошо изучен. Тем не менее ученые не знают, когда и кем открыто железо: слишком давно это было. Использовать железные изделия человек начал еще в начале I тысячелетия до н.э. На смену бронзовому веку пришел железный. Металлургия железа на территории Европы и Азии начала развиваться еще в IX-VII в.в. до н.э.
• Первое железо, попавшее в руки человека, вероятно, неземного происхождения. Ежегодно на Землю падает больше тысячи метеоритов, часть их железные, состоящие в основном из никелистого железа. Самый большой из обнаруженных железных метеоритов весит около 60 т. Он найден в 1920 г. В юго-западной части Африки. У «небесного» железа есть одна важная технологическая особенность: в нагретом виде этот металл не поддается ковке, ковать можно лишь холодное метеоритное железо. Оружие из «небесного» металла долгие века оставалось чрезвычайно редким и драгоценным.
• Железо- металл войны, но это и важнейший металл мирной техники. Из железа, как полагают ученые, состоит ядро Земли, и вообще на Земле это один из самых распространенных элементов. На Луне железо найдено в больших количествах в двухвалентном состоянии и самородное. В таком же виде железо существовало и на Земле, пока на ней восстановительная атмосфера не сменилась на окислительную, кислородную. Еще в глубокой древности было открыто замечательное явление – магнитные свойства железа, которые объясняются особенностями строения электронной оболочки атома железа. В древности железо ценилось очень высоко.
• Основная масса железа находится в месторождениях, которые можно разрабатывать промышленным способом. По запасам в земной коре железо занимает 4 место среди всех элементов, после кислорода, кремния и алюминия. Намного больше железа в ядре планеты. Но это железо недоступно и вряд ли станет доступным в обозримом будущем. Больше всего железа – 72,4% - в магнетите. Крупнейшие в СССР железорудные месторождения – Курская магнитная аномалия, Криворожское железорудное месторождение, на Урале (горы Магнитная, Высокая, Благодать), в Казахстане – Соколовское и Сарбайское месторождения.
• Железо – блестящий серебристо-белый металл, его легко обрабатывать: резать, ковать, прокатывать, штамповать.

Древние предметы из железа,бронзы,

меди датированы 1300г. до н.э.

Ртуть (лат. Hydrargyrum)

В египетских гробницах, сооруженных за 1500 лет до н.э. найдены также изделия из железа, свинца, олова, ртути. Железо в те времена ценилось во много раз дороже золота. В гробнице фараона Тутанхамона (14 век до н.э.) найдено лишь несколько предметов из железа: маленькие лезвия, подголовник, амулет и небольшой кинжал.

• Ртуть – элемент редкий и рассеянный, его содержание примерно 4,5×10 -6 % от массы земной коры. Тем не менее известна ртуть с глубокой древности.
• Ртуть – тяжелый (плотность 13,52 г/см3) металл серебристо-белого цвета, единственный металл, жидкий при обычных условиях. Затвердевает ртуть при -38,9°С, закипает – при +357,25°С. При нагревании ртуть довольно сильно (всего в 1,5 раза меньше воды) расширяется, плохо проводит электрический ток и тепло – в 50 раз хуже серебра.
• Как и благородные металлы, ртуть на воздухе не изменяется- не окисляется кислородом, не реагирует с другими компонентами атмосферы. С галогенами ртуть реагирует легче, чем с кислородом; взаимодействует с азотной кислотой, а при нагревании и с серной. В соединении ртуть всегда двухвалентна.
• Соединения ртути весьма ядовиты. Работа с ними требует не меньшей осторожности, чем работа с самой ртутью.
• В промышленности и в технике ртуть используют очень широко и разнообразно. Каждый из нас держал в руках ртутный термометр. Ртуть работает и в других приборах- барометрах, расходомерах. Важны ртутные катоды в производстве хлора и едкого натра, щелочных и щелочноземельных металлов , известны ртутные выпрямители переменного тока, ртутные лампы.

Олово (лат. Stannum)

Колокольчик из бронзы, середина второго тысячелетия до н. э.

• Олово – один из металлов , известных людям с древности. Сплав олова с медью – бронза – был впервые получен более 4000 лет назад. Бронза и в наши дни остается главным сплавом олова. Олово – средний по распространенности элемент, в природе он встречается в составе 24 минералов, 2 из них – касситерит и станин – имеют промышленное значение.
• Олово – достаточно пластичный серебристо-белый металл, плавится при 231,9°С, кипит при 2270°С. Существует в двух аллотропических модификациях- альфа и бета-олово.
• При комнатной температуре олово обычно существует в бета-форме. Это всем известное белое олово – знакомый и привычный металл, из которого раньше отливали оловянных солдатиков, делали посуду и которым до сих пор покрывают изнутри консервные банки. При температуре ниже +13,2°С более устойчиво альфа-олово-серый мелкокристаллический порошок. Процесс превращения белого олова в серое быстрее всего идет при -33°С. Это превращение получило образное название «оловянной чумы». В прошлом оно не раз приводило к драматическим последствиям.
• Химическая стойкость олова достаточно высока. При температуре до 100°С оно практически не окисляется кислородом воздуха – лишь поверхность покрывается тонкой оксидной пленкой состава SnO2. Растворяет олово и азотная кислота, даже разбавленная, и на холоде.
• Большая часть олова идет на производство припоев и сплавов, главным образом типографских и подшипниковых.

Свинец (лат. Plumbum)

• Свинец – это синевато-серый мягкий и тяжелый металл, это цветной металл.
• Содержание свинца в земной коре 1,6×10-3% по массе. Самородный свинец встречается крайне редко. Чаще всего свинец встречается в виде в виде сульфида PbS. Этот хрупкий блестящий минерал серого цвета называют галенитом, или свинцовым блеском.
• Плавится свинец при температуре 327,4°С, а кипит при 1725°С. Плотность его 11,34 г/см. Свинец – пластичный, мягкий металл: он режется ножом, царапается ногтем.
• На воздухе он быстро покрывается тонким слоем оксида PbO. Разбавленные соляная и серная кислоты на свинец почти не действуют, но он растворяется в концентрированных серной и азотной кислотах. С середины XIV в. из свинца отливали пули для огнестрельного оружия, в XV в. Гуттенберг в Германии приготовил знаменитый типографский сплав сурьмы, свинца и олова, или гарт, и положил начало книгопечатанию.
• Легкоплавкий, удобный в переработке, свинец широко применяется в наши дни. Свинец хорошо поглощает рентгеновское и радиоактивное излучение

Топор - секира из бронзы, второе тысячелетие до н. э.

Список литературы

• Крицман В.А., Станцо В.В. Энциклопедический словарь юного химика 1982г.
• Дибров И.А. Неорганическая химия. СПб.: Изд. «Лань», 2001 * .
• Краткий справочник физико-химических величин / Под ред.К.П.Мищенко А.А. Равделя. Л.: Химия, 1999 *.
• Нейгебауэр О. Точные науки в древности. - М.: "Наука", 1968.

В русском языке много заимствованных названий металлов: цинк, платина, молибден и т.п. Так случилось потому, что не русские их открыли - русские узнали о них от других.
Есть металл с "международным" названием: золото. Международное оно потому, что о золоте узнали очень давно и сходные его названия распространились по многим племенам, включая "не-индоевропейцев" - предков финнов (kulta), монголов (altn) и, возможно, арабов (zahab).
Есть металлы, родственные названия которых имеют хождение только в балтских, германских и славянских языках: медь (только в славянских), железо, олово и свинец (в балтских и славянских, причем у западных и южных славян слово "олово" обозначает свинец), серебро (во всех упомянутых языках).

Внимание обращает на себя тот факт, что металлы, ранее прочих открытые человеком, - медь, железо, олово, свинец, ртуть - в славянских языках имеют славянские же названия.
"Медь" - мягкая, "железо" - желваками (читал ещё про версию "залезо-зарезо", от "лезвие, резать"), "олово" - льётся (что олово, что свинец - легкоплавки), ртуть - крутится (от "рутиться" - "опрокидываться, падать", см. у Фасмера) - такова наиболее вероятная этимология названий этих металлов.

Для сравнения: у кельтов название железа своё - кельты и начали железный век в Европе, начало чему было положено с освоением железа в Закавказье в 11 - 10 вв до н.э. В германской группе языков названия железа и свинца заимствованы у кельтов, меди - у латинов (от названия Кипра, откуда латины получали медь). То есть германцы узнали об этих металлах от других. Я бы рискнул высказать предположение, что все народы, у которых названия металлов в древности имеют этимологию внутри родного языка, открывали эти металлы сами. То есть праславяне открыли для себя медь и назвали её этим словом сами, ибо даже в близких балтских языках медь называется иначе и тоже не так, как у других. Наиболее логичное предположение: предки славян и предки балтов освоили металлургию меди независимо друг от друга и от других народов. Если так, то это произошло задолго до контактов северян с южными цивилизациями, начавшими медный век много раньше и у которых прабалтославяне в этом случае название бы позаимствовали. Подобно тому как германцы переняли у кельтов название железа. То есть в третьем тысячелетии до нашей эры предки славян уже были знакомы, по крайней мере, с самородной медью (об этом подробнее в очерке "МЕДЬ как свидетель древней истории").

Железо на севере Европы добывали из окислов железа в области болот, каковых там было много: широко известно "датское болотное железо". Выше я привёл авторитетные версии этимологии слова "железо", а сам думаю, что оно - от ЖЁЛтого цвета гётита, основного компонента болотной руды. У балтов, кстати, железо тоже родное, судя по всему: лит. gelezis, лтш. dzelzs - соответственно от лит. geltas, лтш. dze,lts "жёлтый". Суффикс "-ез-" - явление не частое, но имеющее место быть: помимо "железы" и "железа", есть "колодезь", "болезнь" и "селезень", возможно.

Слова, родственные слову "ртуть", в ходу в чешском, польском, белорусском, украинском и русском языках. Во многих прочих европейских языках, включая албанский, южнославянские, литовский и латышский, древние названия ртути переводятся, как "живая" или "живое (быстрое) серебро". Древнее месторождение киновари - руды ртути - обнаружено на Украине (а самое мощное из европейских - в Испании). Киноварь легко разлагается при сильном нагреве с выделением паров ртути и её осаждении на ближайших холодных поверхностях, так что ртуть, скорее всего, была открыта случайно и могла быть открыта праславянами самостоятельно.

Месторождения олова есть в Чешских Рудных горах, эти месторождения разрабатывались уже во 2 тысячелетии до н.э. Поскольку ни кельтские, ни германские, ни италийские племена в те времена к этим месторождениям отношения не могли иметь, то, значит, добычей олова в этих местах занимались предки балтов и славян - народы Тшинецкой и Лужицкой археологических культур. У этих народов должны были быть названия для олова, не связанные с языками южных народов. Но в словарях встречается утверждение, что слова балтов и славян со значением "олово" происходят от названий жёлтого и белого цветов у немцев, латинов и греков, цитирую М. Фасмера: "д.-в.-н. ёlо "желтый", лат. albus "белый", греч. alfos".

Подчеркнём, что слово "олово", имеющее родню только в балтских и славянских языках (применительно к металлу олово - только в восточнославянских языках), никак не может происходить от германского, греческого или латинского слов, обозначающих жёлтый и белый цвет. Во-первых, этих слов в этих местах во втором тысячелетии до нашей эры никто не говорил. Во-вторых, те, кто такие слова где-то говорил, сами-то назвали олово без обращения к названиям этих цветов в своих языках: в латыни "олово" - "stannum", по-немецки - "Zinn", по-английски - "tin", по-гречески - "kassiteros". В третьих, даже если бы слово "albus" ("белый", лат.) кто-то и говорил в этих местах, то уж никак словом, происходящим от "albus", западные славяне - ближайшие к латинам славяне - не назвали бы сине-серый свинец.

Английский этимологический словарь не знает источника слов германской группы, обозначающих олово. Возможно, германцы заимствовали его от кельтов: по-кимрски "олово" - "tun", по-корнски - "stean". Корнуолл был основным поставщиком олова в Западной Европе, даже финикийцы ходили на Британские острова за оловом в начале 1 тысячелетия до нашей эры. Но может, и кельтские слова со значением "олово" - от латинов: по-ирландски "олово" - "sta"in" , явно близко к латинскому "stannum" ("олово"), ранее - "stagnum", которым, по иронии судьбы, до 4 в. до н.э. называли сплав свинца с серебром за его стойкость. Как всё запутано! Но происхождение слова "олово" к этой путанице отношения не имеет: его придумали праславяне.

"Свинец" по-немецки - "Blei", по-шведски - "bly", эти слова, возможно, связаны с "blau"/"bl(ao) - "синий", в этих же языках. Тогда это название окажется параллелью ("калькой") к восточнославянскому наименованию, в предположении, что свинец - это "синец-сивенец". В любом случае, "Blei" - не общегерманское слово (например, по-английски и по-фризски "свинец" - "lead", заимствовано от кельтов), то есть со свинцом германские племена познакомились относительно поздно и в разных обстоятельствах. Напомню, что ирландское "luaide", к которому сводят английское наименование свинца, само уже официальных предков не имеет. Я в одном из недавних очерков предложил связь ирландского слова с литовским "lydyti" ("плавиться") и русским "луда" ("сплав свинца с оловом для лужения"). Если я прав, то балтославянские слова опять получают приоритет в области металлургии свинца на севере Европы.

Западные славяне, похоже, переняли в более позднее время германское название олова вместе с германским выражением благодарности (ср. нем. "Danke", англ. "thank" и пол. "dzi(en)kuje"): по-чешски "олово" - "cin", по-польски - "cyna", - а словом, родственным слову "олово", чехи и поляки назвали свинец. В этом примере отчётливо видно, что для наименования олова славянами (западными) заимствовалось вовсе не далёкое "albus", а присутствующее под боком "Zinn".
Кстати, а почему свинец-то оловом западные славяне назвали, как можно? А потому что легкоплавкие оба эти металла, свинец и олово, их оба можно отЛИВать, расПЛАВив в пламени костра.
Албанцы, македонцы и болгары, оказавшись на перекрестке путей и вдали от месторождений олова, воспользовались, в конце концов, тюркским названием олова - "калай", а словом, родственным слову "олово", также назвали свинец.
Однако перепутыванием олова и свинца дело не закончилось. Из Индии в средние века вывозили металл "calaem", который в одних текстах называется, действительно, оловом, а в других - цинком. Это раз. Есть ещё мнение, что название цинка "Zink" пошло от немецкого же названия олова "Zinn". Это два.

Об этимологии слова "свинец" уверенно сказать не могу - он мог, например, называться по цвету (как выше упомянуто): "синец", "сивенец" - или по тяжести (или "грязности"), в сравнении со свиньями: "свинка" - слиток свинца; аналогично, "чушка" (тоже обозначение свиньи) - слиток чугуна (изначально - "свиного", грязного железа). Поскольку свинец пачкает, то признаки "грязности" и цвета выглядят более предпочтительными кандидатами. Есть такая калька: в Древней Греции свинец назывался "molybdos", что созвучно "molyno" ("пачкать"). Из-за этого свойства свинец применяли для изготовления пишущих стержней. Свинец был известен с незапамятных времён в Месопотамии и Египте, но месторождения свинца есть и на территории нынешних Германии и Польши, так что прабалтославяне могли открыть свинец самостоятельно с помощью термического разложения руды - скорее всего, случайно, как и ртуть.

Помимо вопроса об этимологии слова "свинец", сложным остаётся и вопрос и об этимологии слова "серебро". Учитывая, что богатейшие в Европе месторождения серебра находятся на территории нынешних Польши и Германии, на которых проживали, среди прочих, племена лужицких сербов, нельзя исключать и предположения, что серебро - "металл сербов" (как медь - cuprum - металл киприотов), тем более что первая "е" в обоих словах была беглой: "сребро" и "срб". Тогда литовское "sidabro" и готское "silubr" окажутся заимствованиями с искажениями. А может быть, литовское слово связано с латинским "sidereus" ("звёздный, блестящий")? В этом случае оказалось бы, что славяне и германцы заимствовали свои названия серебра. Однако у латинов чужое слово для обозначения серебра, хотя и связанное тоже с блеском, но заимствованное у греков (argos -> argentum), а у испанцев - совсем своё слово: и там, и там серебро было, наверное, из других источников, не от сербов.

Наконец, полуфантастическая версия: "серебро" связано с незарегистрированным "*сереба", как "добро" - с "доба". Словообразование "*сереба" имеет суффикс "-еб-(-ьб-)", как в "теребить", "жеребиться", "судьба", и может быть образовано от "серый" или близкого по звучанию. Тут заодно и "серьга" может получить славянскую прописку: от корня "сер", и со славянским окончанием на "-га", как в "верига". Против "серого" был бы Фасмер, указывая, что западнославянские слова со значением "серый" фонетически начинаются на "ш", а серебро в тех же языках - на "с".

Основные выводы из расследования.

1. Ареал обитания предков славян во 2 тысячелетии до нашей эры включал в себя древние месторождения меди, олова, свинца, серебра и болотного железа на севере Европы: на территориях нынешних Германии, Дании, Чехии, Польши, Белоруссии, Прикарпатья и северо-восточной части России.

2. Судя по словам со значением "ртуть" и родственным слову "ртуть" только в белорусском, украинском, русском, чешском и польском языках, ареал предков восточных славян включал в себя Прикарпатье и захватывал древние ртутные месторождения на территории нынешней Донецкой области. Названия ртути на языках народов, знакомых с пиренейской ртутью, в том числе - других славянских народов, слову "ртуть" не родственны и по смыслу соответствуют слову/словосочетанию "живая/живое серебро", распространённому от Испании до Балкан.

3. Западнославянские слова со значением "олово", заимствованные у германцев, подсказывают, когда и как могло произойти разделение славян на западных и восточных: западные славяне с 5 века до нашей эры начали подвергаться сильному влиянию кельтов-бриттов и германцев (и через них - влиянию римлян), а восточные - давно уже испытывали давление со стороны своих восточных соседей. Поле диалектов начало изменяться в соответствии с этими обстоятельствами.

4. До ртутных месторождений на нынешней украинской территории германские племена в те далёкие времена не добрались, что и сохранило исконно славянское слово "ртуть" в восточнославянских языках, а также у ближайших к Карпатам западных славян - чехов и поляков. А в германской группе языков (и во многих прочих европейских языках) уже в историческое время для обозначения ртути образовалась калька с испанского "argento vivo" ("живое серебро") - нем. "Quecksilber", англ. "quicksilver", швед. "kvicksilver" и т.д.

Положение рудных месторождений не зависит от климата, войн и т.п., поэтому названия добываемых в них металлов могут служить более надёжным маркером ареалов обитания народов, придумавших эти названия, чем названия растений, животных и т.п.

Добыча металлов и их обработка

Не подлежит никакому сомнению, что славянам были известны основные металлы, а именно золото, медь, серебро, олово и железо, уже в эпоху их единства. Золото, медь и олово были известны в Центральной и Северной Европе с конца третьего тысячелетия до н. э., а железо - с конца второго тысячелетия, хотя собственно железный век начинается несколькими столетиями позже. При таком условии невозможно, чтобы эти металлы остались неизвестными и славянам Прикарпатья. Это подтверждается также данными индоевропейского сравнительного языкознания. Хотя только два слова - «медь» и «серебро» (славянская форма которых утрачена) - имеют общую форму (санскрит. ?yas, авест. ayah, лат. aes, готск. aiz, древнеинд. raj?tam, авест. erezatam, армянск. arcath, лат. argentum, древнеиранск. argat), но о наличии у славян издавна таких слов, как «золото», «серебро», «олово» и «железо», свидетельствуют термины, общие с терминами германцев или балтов:

слав. железо ; прусск. gelso; лит. gel?is; латв. dzelzs;

слав. злато ; латв. zelts; гот. gulp;

слав. сьребро ; лит. sid?bras; гот. silubr;

слав. олово ; прусск. alvis; латв. alva; лит. alvas.

На этом основании общеславянские названия для золота, серебра, олова и железа можно считать древними, праславянскими, и, следовательно, эти металлы были давно уже известны славянам. Только вместо праарийского ajos у славян установилось другое название - медь , впрочем, также древнее, так как это термин общеславянский, засвидетельствованный в древнейших текстах. Славянское слово руда столь же древнее, так как уже в эпоху индоевропейской первобытности оно перешло из шумерского urudu к финнам и соседним индоевропейцам. Зато славянские названия олова (cin ) и латуни (mosaz ) заимствованы из немецкого языка.

Рис. 81. Наковальня с клещами из г. Власлава (по Й.Л. Пичу)

Прямые доказательства добычи и обработки металлов славянами можно привести, разумеется, только со времен исторической эпохи. Также и археологические свидетельства весьма многочисленны и бесспорны лишь со второй половины первого тысячелетия н. э. Металлические вещи, встречающиеся на поселениях и в погребениях той эпохи, славяне частично получали из чужеземных стран путем торговли, частично выделывали сами, сами же добывая металл, в особенности со времени расселения славян по их историческим землям, где они заняли старые покинутые рудники или же открыли новые. В частности, золота было достаточно в некоторых реках, а также в глинистых пластах Чехии, Моравии, Силезии, Полыни и Померании, а главным образом в старых римских рудниках Венгрии, Семиградья и Балканского полуострова, где в VI и VII веках повсюду появились славяне. Однако большая часть золота доставлялась все же с чужбины; так, на Русь оно привозилось с Урала и Алтая, с территории Акмолинской и Семипалатинской областей, так же как и серебро, которым изобилуют русские находки X и XI веков. Серебра много также в соседней Малой Азии, Армении и Персии. Но у южных и западных славян было в то время достаточно и своего серебра, особенно в чешских и польских землях, где известно много древних рудников, в которых добывалось серебро. При производстве серебра (из галенита) вырабатывался и свинец, который часто служил приплавом для тогдашней бронзы, а также наряду с оловом - металлом, имитирующим серебро. Наличие олова в Чехии в X веке (очевидно, из рудников в Крушных горах) подтверждает Ибрагим Ибн-Якуб . Но наряду с этим сплав олова с медью - бронза - был одним из предметов ввоза в славянские земли. Появление бронзы в конце языческого периода нам мало известно, и ее относительно немного, так как в то время у славян преобладает серебро. В Россию медь поступала главным образом из рудников Урала и Хорасана, а вместе с ней, по всей вероятности, и готовая бронза. Производство меди у славян было незначительным. Больше всего славяне занимались выплавкой железа. Железо добывали из рудных месторождений лимонита, магнетита и гематита, которые имелись в достаточном количестве во всех славянских землях, и плавили в плавильнях - небольших печах, сделанных из глины, применявшихся в Чехии и Польше уже в доримскую эпоху; в этих печах получали либо ковкое железо, либо сталь, конечно, не совсем чистую, так что ее нужно было затем обрабатывать ковкой.

Рис. 82. Железные и медные котлы 1, 2 - из погребения около деревни Сязниги на р. Паше; 3, 4 - из Гнёздова.

Обработка металлов производилась двумя основными способами: ковкой холодного или раскаленного металла и литьем расплавленного металла в формы. Оба этих технических приема мы встречаем у древних славян.

Хотя о литье металла и нет исторических сообщений, но об этом процессе свидетельствуют многочисленные находки литых изделий, прежде всего украшений. Литейных форм найдено мало, и они не представляют большого интереса. Зато кузнечное дело засвидетельствовано не только множеством орудий и оружия, но и упоминанием исторических источников о кузнецах (fabri, fabri armorum), кроме того, древностью слова ковать и производимых от него слов (ковъ, ковачъ, коваль и т. д.), так же как и находками кузнечных инструментов в славянских городищах. На городище Власлав у Тшебенец в Чехии найдена наковальня с большими клещами.

Предметами, изготовлявшимися способом ковки, были, во-первых, разные хозяйственные орудия и предметы: косы, серпы, пилы, топоры, молотки, клещи, гвозди, цепи, замки, ключи, колокольчики и т. п., затем разнообразное оружие, о котором мы будем подробно говорить в главе XI. Сюда относится также ряд сосудов: большие котлы из железа и меди для подвешивания над огнем (несколько таких котлов различной формы было найдено в русских могилах) и более тонко сделанные металлические кувшины и кубки, которые, однако, почти все без исключения являются изделиями чужого производства, попавшие в славянские земли путем торговли, а золотые и серебряные сосуды - просто в качестве даров. Варварские князья получали подобные дары от византийских императоров. Местных славянских имитаций этих вещей очень мало, и они относятся к более позднему времени. Наиболее древней из них является глиняная имитация, найденная близ Костриц и хранящаяся в музее в Гере.

Рис. 83. Серебряная чаша из погребения в Таганче у Канева

Рис. 84. Глиняная славянская чаша из Костриц около Геры

Если в изготовлении металлической посуды славяне X и XI веках отставали, то этого нельзя сказать о тонком ювелирном деле в целом. В этом отношении славяне достигли уже известных высот мастерства.

До X века нельзя говорить о развитии ювелирного производства у славян. Их прародина была страной торговых дорог и художественных влияний. Только когда они проникли на Дунай, Балканский полуостров и к Черному морю и оказались в непосредственной близости к римским и греческим городам, когда у них постоянно перед глазами было множество украшений, изготовленных в тамошних мастерских, только с этого времени мы имеем основание полагать, что и у славян появилось стремление иметь подобные драгоценности и имитировать их. Но еще долго мы не находим подтверждения результатам этого стремления ни в письменных источниках, ни в археологии. Возможно, что, например, некоторые типы грубых фибул так называемого готского типа, найденные в центре России, были изготовлены в славянских мастерских на Днепре или на Оке, но доказать этого нельзя. Лишь начиная с X века можно проследить существование у славян мастеров золотых и серебряных дел и говорить о развитии славянского золотообрабатывающего производства.

Рис. 85. Браслет и перстни из петербургских и гдовских курганов (по А. Спицину)

Начало этого развития связано на западе с расцветом этой отрасли производства в Германии и Франции в эпоху Карла Великого и его преемников, а на Востоке - с тесным общением славян с Азией и Византийской империей во времена князя Владимира. Так, например, мы читаем в легендах, что еще чешский князь Вацлав вызывал aurifices et argentarios из чужеземных стран, желая украсить пражский костел, но уже в XI веке в чешских документах упоминаются чешские мастера золотых дел со славянскими именами: «qui toreumata facit, Nema» - «aurifex Coiata» (1046 год), «Prowod aurifex et filius eius» (1185 год); кроме того, «artifices auri et argenti» упомянуты польскими документами XII и XIII веков. Неизвестно, славянскими или чужеземными мастерами были сделаны замечательные украшения и оружие идолов поморских и руянских богов, но несомненно, что покрытые золотом и серебром головы этих, а также и русских идолов, которых Владимир поставил на Киевском холме, не могли быть изготовлены христианскими золотых дел мастерами греческого или римского происхождения. О балканском округе нам известно, что архиепископ Лаврентий из Спалато в 1060 году послал своего человека в Антиохию для обучения там ювелирному делу, а в другой грамоте, относящейся к 1080 году, упоминается Grubiz aurifex, имя которого славянское. Наличие на Руси в X и XI веках знаменитых ювелирных мастерских подтверждается раскопками. Великий князь Владимир привез в 988 году из Корсуни (Херсона) первые предметы церковного обихода для киевского храма, а также вызвал мастеров из Греции; эти мастера создали в Киеве постоянные мастерские, положив тем самым начало славянской ювелирной школе. Подобные мастерские появились снова и в Великом Новгороде, Рязани, Суздале (здесь, в частности, ювелирное мастерство достигло огромного расцвета в XII и XIII веках, сюда приходили мастера из различных земель), Владимире и Чернигове. Уже в 996 году мы читаем в летописи, что Владимир приказал отлить серебряные ложки для всей своей дружины. С этим связано то, что среди многочисленных драгоценностей, встречающихся в русских могилах и городищах X–XII веков, часть вещей носит несомненно славянский характер, например, некоторые типы ожерелий, браслетов, перстней, главным же образом серег и височных колец, которые мы уже рассматривали выше, в IV главе (с. 239). В этом материале есть явные славянские подделки под чужие образцы, например, под византийскую эмаль. Наконец, киевский археолог В. Хвойко нашел на месте древнего киевского града близ Десятинной церкви остатки ювелирной мастерской с тигельками, в которых осталась расплавленная эмаль.

Рис. 86. Элементы чеканного орнамента

Техника ювелирного дела состояла в том, что основная форма украшения заготовлялась либо на небольшой наковальне при помощи тонких инструментов, либо отливалась в форме с грубым, резко выступающим рисунком. Последующая более тонкая обработка поверхности производилась при помощи специальных приемов, носивших иноземное происхождение, но быстро распространившихся среди славян с началом развития у них ювелирного ремесла.

Рис. 87. Серебряные украшения из клада, найденного в Рудельсдорфе около Немче в Силезии

Наиболее излюбленным ювелирным приемом славян стала филигрань двух видов. При первой из них поверхность украшалась узорами, выполненными при помощи припаянной скрученной проволочки или цепочки, второй вид составляли декоративные линии и фигуры, чаще всего треугольники, сделанные из мелкой припаянной зерни (filigrane granul? - гранулированная филигрань). Оба вида были известны как в южной Европе, так и на Востоке. В Центральной Европе они появились в латенскую эпоху, и оттуда в римскую эпоху (на востоке от Черного моря еще раньше) филигранные предметы стали проникать и к славянам. Но наибольшее распространение филигрань приобрела лишь в IX–XII веках, когда в славянские земли ввозилось из Византии и с Востока множество украшений и других дорогих вещей, на которых филигрань, в особенности зернь, была очень частым декоративным приемом орнаментации по серебру или золоту. Украшения, которые встречаются в многочисленных кладах серебра, сопровождаемых куфическими монетами IX и X веков, все без исключения отделаны зернью или тонким проволочным узором. Эти последние настолько понравились славянам, что они не только покупали и носили подобного рода украшения, но и имитировали их, вернее сказать, делали заново такие же украшения. По большей части это разные височные кольца и серьги (см. о них выше, на стр. 241) - частью славянского происхождения, частью - иноземного. Эти иноземные украшения, отличающиеся необычайно тонким мастерством, были изготовлены где-то в западной Азии, в пункте, до сих пор не установленном, вероятно, в Самарканде.

Рис. 88. Клад украшений, покрытых филигранью и чернью, найденных в Спасском уезде Казанской губернии (по А. Спицину)

Наряду с филигранью, припаянной к поверхности, на славянских предметах того времени часто встречается техника чеканного орнамента , когда поверхность украшалась точками, кружками, крестиками, треугольниками, звездочками, нанесенными на металл при помощи пуансонов. Этот прием также иноземного, вероятнее всего, галло-германского происхождения получил начиная с римской эпохи широкое распространение в германских землях, а отсюда проник вместе с изделиями скандинавского ремесла и к восточным славянам на север Руси. В других местах он встречается реже.

Большую популярность получили у славян и приемы, придававшие украшению многоцветность; к ним относятся, кроме широко распространенного обычного приема покрытия поверхности предмета другим металлом, главным образом золотом, техника инкрустации драгоценными камнями и стеклом, так наз. verroterie cloisonn?e, затем покрытие эмалями и еще один вид инкрустации, так наз. tausia (золотые и серебряные узоры на стальных изделиях) и niello - все эти приемы опять-таки иноземного происхождения, но они получили большее или меньшее распространение в славянской индустрии в X–XII веках.

Наименьшее распространение получила у славян verroterie cloisonn?e, так как время ее расцвета уже миновало к тому периоду, когда славяне начали заниматься ювелирным делом. Эти древние орнаментации, первые образцы которых мы встречали уже в древнем Египте и Халдее, а позднее в Персии и Туркестане, где повсюду в изобилии встречались цветные драгоценные камни, проникли в греческое искусство, которое в последние века нашей эры создало вещи, инкрустированные драгоценными камнями (гранатами, бирюзой) или янтарем и стеклом для варваров южной России. Здесь, главным образом в мастерских Пантикапея, в III–IV веках н. э. было положено начало новому виду ювелирной индустрии, создавшей с помощью этой инкрустации особый стиль, который распространился в IV и V веках по всей Европе и сохранялся вплоть до VIII века, - это так называемый готский, или меровингский, стиль. Отдельные драгоценности, украшенные в этом стиле, попадали в ту эпоху и в области, заселенные славянами, что вполне естественно и подтверждается находками. Вообще же этот стиль у славян распространения не получил. О нем нет сообщений, а в могилах славянских земель очень мало инкрустированных таким способом вещей, хотя славяне любили стекло и ожерелья из стеклянных бус у них всегда многочисленны.

Рис. 89. Бронзовый крест с эмалью русской работы из Белой Церкви (Васильковский уезд Киевской губ.)

Гораздо более распространенной и вызвавшей у славян многочисленные подражания была другая орнаментация, также привлекавшая славян своей многоцветностью, но выполнявшаяся в иной технике, а именно в технике эмалей. Что касается эпохи древности, то тут мы различаем два способа покрытия эмалью: перегородчатая эмаль, когда расплавленная стеклянная масса наливалась между перегородками из проволоки, припаянной на поверхности металла, и выемчатая эмаль, наливавшаяся в сделанные на поверхности ямки. Эмаль также была изобретена на Востоке. В Египте эмаль употреблялась по меньшей мере уже в птолемеевскую эпоху (более древние вещи украшались лишь стеклянными пластинами, вставленными в холодном состоянии), а возможно, еще и раньше. Очевидно, отсюда техника эмали проникла в Европу, скорее всего в Массилию (Марсель), Галлию и затем в Италию, где такие вещи в большом количестве изготовлялись в I–IV веках н. э. для варварских народов. Позднее и Византия заимствовала у Востока (Персии) технику эмали и достигла в этой области в X и XI веках замечательных результатов, тогда как в остальной Европе лишь в отдельных местах сохранились незначительные остатки римских эмалей. Эмаль проникла и к славянам, где приобрела значительную популярность. Из немецких мастерских на Рейне и в верхнем течении Дуная происходят, по всей вероятности, так называемые кетлахские эмали, очень популярные в VIII и IX веках среди славян альпийских земель; из прусско-литовских мастерских, в свою очередь, поступала в Россию в V–VII веках варварская эмаль мошчинского типа; кроме того, из византийских мастерских образцы эмалей поступали в главные русские города и на Кавказ, где повсюду в XI и XII веках вызывали более или менее удачные подражания при производстве золотых украшений (крестиков, энколпионов, диадем, серег, нагрудных блях с изображением святых, так называемых барм и т. п.). В Киеве, как я уже говорил, В. В. Хвойко нашел и мастерскую того времени, изготовлявшую эмаль. Примером русского мастерства служит покрытый эмалью шлем князя Ярослава приблизительно 1200 года и крест из Белой Церкви на Киевщине (рис. 89).

Рис. 90. Серьги и пряжки с эмалью кетлахского типа из славянских могил в Крунгле (по О. Фишбаху)

По сравнению с техникой эмали далеко позади остаются два последних приема: позолота и чернь, техника которых состоит в том, что на гладкой золотой или обычной серебряной поверхности наносят черненый рисунок (niello) либо по железной поверхности наносят серебряный или золотой рисунок (tausia). Оба эти приема мы встречаем в избытке в римском производстве императорской эпохи, в особенности в III и IV веках н. э. Техника позолоты, достигшая в VI и VIII веках столь значительного развития у германцев, у славян вообще не получила распространения, за исключением Балканского полуострова, где сохранилась до исторических времен. Черни подражали больше, но не римской, а византийской и восточной X и XI веков. В России чернь употреблялась и позднее.