Роль металлов в истории человечества трудно переоценить. Их влияние во все времена было столь велико, что об этом говорят даже названия веков «бронзовый», «железный», а когда были открыты электрические и магнитные свойства металлов наступили «век электричества» и «век электроники». В современном, столь технически развитом мире, человек ежеминутно встречается с металлами: дома, на улице, транспорте, работе.
Благодаря таким свойствам как твердость, прочность, пластичность, жаропрочность, коррозийная стойкость, высокая электрическая проводимость, металлы и их сплавы играют огромную роль в современной промышленности. На современном этапе развития производства число металлов, находящих применение, постоянно растет. Например, до XX века многие наиболее востребованные металлы не производились, более активно использовать металлы начали накануне и в годы второй мировой войны, а во второй половине прошлого века в промышленности применяют уже все известные металлы.
Интересно, что из наиболее ценных и важных для современной техники, лишь немногие имеются в земной коре в большом количестве. Это железо (5,1% от веса земной коры), алюминий (8,8%), магний (2,1%), титан (0,6%). Некоторые весьма важные металлы содержаться в земной коре в сотых долях процента (например, медь, марганец, хром, ванадий, цирконий) и даже тысячных долях (например, цинк, олово, свинец, никель, кобальт, церий, ниобий). Прочие металлы, обладающие ценными техническими свойствами, присутствуют в количествах, во много раз меньших.
На сегодняшний день одним из наиболее востребованных материалов является нержавеющая сталь, которая была открыта чуть более 100 лет назад. Такая сталь применяется во всех сферах человеческой деятельности:
- строительной
- пищевой
- химической
- автомобилестроение
- нефтегазовое
- космическое оборудование.
Такая востребованность происходит из того, что нержавейка обладает высокой устойчивостью против коррозии в самых разных условиях: атмосферных, газовых средах, речной, морской воде, растворах щелочей, кислот, солей, при разных температурах.
Ввиду широкого сортимента выпускаемых сталей и сплавов существует необходимость единой системы маркировки сталей. Наиболее популярной системой является американская AISI. Для нашей же страны актуальна советская система. Кстати, она удобнее американской в плане прочтения: первые цифры в ней обозначают содержание углерода, а последующие буквы и цифры- элементы и проценты их содержания.Например, таблица 1
| СНГ (GOST) | Европа (EN) | Германия (DIN) | США (AISI) | США (AISI) | Япония (JIS) |
| 08X18H10 | 1.4301 | X5CrNi18-10 | 304 | 304 | SUS 304 |
| 03X18H11 | 1.4306 | X2CrNi19-11 | 304L | 304L | SUS 304 L |
| 1.4006 | X12CrN13 410 410 SUS 410|||||
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.)
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.
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.
Роль металлов в истории человеческой цивилизации
Цельпроекта: Ознакомиться с ролью металлов в истории
человечества, использовании металлов в различные
периоды истории, о применении металлов и сплавов.
Металлы
Металлы – это группа элементов, в виде простых веществ, обладающиххарактерными металлическими свойствами, такими, как высокие теплои электропроводность
Использование металлов в различные периоды
Металлы были известны человеку с древних времен, однако, их они ненашли применения, пока их не научились обрабатывать. В истории
развития человечества по длительности и интенсивности использования
соответствующих материалов выделяют каменный, медный, бронзовый и
железный века
Применение металлов и сплавов
Применение металлов и сплавовВ чистом виде металлы используют редко, чаще применяют
сплавы металлов.
На данном этапе развития цивилизации наиболее широко
применяемый металл – железо. Твердость чистого железа
невелика, поэтому используют его сплавы, как правило с
углеродом
Источники
1. Емельянова Е. О., Иодко А. Г. Организация познавательной деятельностиучащихся на уроках химии в 8-9 классах. Опорные конспекты с
практическими заданиями, тестами: Часть II. – М.: Школьная Пресса, 2002.
(с.110-113)
2. Ушакова О. В. Рабочая тетрадь по химии: 8-й кл.: к учебнику П. А.
Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О. В. Ушакова, П. И. Беспалов, П. А.
Оржековский; под. ред. проф. П. А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель:
Профиздат, 2006. (с. 56-59)
3. Химия. 8 класс. Учеб. для общеобр. учреждений / П. А. Оржековский, Л. М.
Мещерякова, М. М. Шалашова. – М.:Астрель, 2012. (§19)
4. Химия: 8-й класс: учеб. для общеобр. учреждений / П. А. Оржековский, Л. М.
Мещерякова, Л. С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005. (§§22,23)
5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В.А. Володин, вед. науч.
ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.
Вывод
Мы узнали о роли металлов в истории человечества,использовании металлов в различные периоды
истории, о применении металлов и сплавов.
Откуда к нам пришло слово «металл» Наиболее часто встречаемая версия следующая: греческое слово металлон, что значит копи, рудники, производное от слова metalleuo – выкапываю, добываю из земли. В латинском языке слово металлум значит руда и выплавляемый из неё металл. В Россию слово металл попало из Франции, где оно звучало как металл
Как давно люди начали использовать металлы Медь. При раскопках в Юго-Восточной Анатолии в пластах холмов, возраст которых составляет 9200 – 8750 лет до н.э., были найдены медные изделия. Золото. В Египте в погребениях были обнаружены изделия из самородного золота возрастом 5000 – 3400 лет до н.э.. Серебро. В гробнице фараона Тутанхамона (ок – 1337гг. до н.э.) и на его троне были найдены остатки листового серебра. Свинец. На территории Анатолии найдены свинцовые изделия, датированные началом VII тысячелетия до н.э.. Олово. Раскопки показали, что в странах Ближнего Востока люди знали олово с середины III тысячелетия до н.э.. Ртуть. В одной из египетских гробниц XV или XVI веков до н.э. была найдена ртуть. Железо. Раскопки в Малой Азии показали, что выплавлять железо люди научились примерно в 1500 году до н.э.
Почему человечество веками обходилось семью металлами 1.Рассмотрим содержание семи металлов в Земной коре: Золото 4,3*10 -7 % по массе; Серебро 1*10 -5 % по массе; Медь 5*10 -3 % по массе; Олово 2*10 -4 % по массе; Свинец 1,6*10 -3 % по массе; Ртуть 8*10 -8 % по массе; Железо 4,65 % по массе. Для сравнения – алюминий – содержание в Земной коре достигает 8,6 % по массе. Вывод: для наших далёких предков встреча с металлами определялась в первую очередь не распространённостью металлов в природе, а нахождением этих металлов в виде самородков. Так распространённость самородного серебра по отношению к золотым самородкам составляет около 20 %, а по отношению к медным самородкам – всего 0,2 %. Поэтому человек сначала познакомился с медью и золотом, а затем уж с серебром.
Почему человечество веками обходилось семью металлами 2. Семь металлов древности радикальным образом изменили жизнь человечества, заложили основу для технических достижений последующих поколений. Веками и даже тысячелетиями человечество обходилось семью металлами, привыкло к этому и создало очередной миф о том, что в мире существует семь металлов. 3. Наступившая эпоха алхимиков попыталась создать теоретические гипотезы, касающиеся металлов и обосновать существование именно семи металлов. Каждый металл произрастает в земле под влиянием определённой планеты. Люди к этому времени знали только семь планет, значит и металлов должно быть только семь: «Семь металлов создал свет по числу семи планет».
Алхимики о природе металлов Один из самых просвещённых алхимиков Альберт Великий, как и другие его современники- алхимики, считал, что все металлы сотворены из ртути, что ртуть - "материя" металлов, а их окраску определяют четыре "духа" - ртуть, сера, мышьяк и нашатырь. Часть алхимиков считали природу живой и одушевленной, поэтому были уверены, что металлы растут и созревают в недрах Земли от смешения серы с серебром. Золото рассматривалось ими как вполне созревший металл, а железо - как недозрелый. Поскольку считалось, что главная составная часть любого из металлов -- ртуть, а вторая составная часть - сера, у алхимиков возникло твердое убеждение, что меняя содержание ртути и серы в смеси, можно произвольно превращать одни металлы в другие.
Алхимики о природе металлов Природа свинца Это тело несовершенное и нечистое, составленное из нечистой, неустойчивой, землистой, распыляющейся, слегка белой снаружи и красной внутри ртути. Таков же и его сульфур, притом из самых горючих сортов. Свинцу недостает чистоты, прочности, цвета. Он недостаточно проварен.
Алхимики о природе металлов Природа меди Медь – металл нечистый и несовершенный, составленный из нечистой, неустойчивой, землистой, красной без блеска, горючей ртути. То же самое и относительно ее сульфура. Меди недостает прочности, чистоты, веса. В ней слишком много землистых, негорючих частиц и нечистого цвета
Алхимики о природе металлов Природа железа Железо есть тело нечистое, несовершенное, составленное из ртути нечистой, слишком прочной, содержащей землистые частицы, белой и красной, но без блеска. Ему недостает плавкости, чистоты, веса. Оно содержит слишком много нечистого сульфура и землистых горючих частичек»
Свойства металлов. Пластичность Благодаря металлической связи и металлической кристаллической решётке металлы, в большинстве своём, характеризуются высокой пластичностью. Наиболее пластичные из металлов золото, серебро и медь. Это свойство металлов позволило человечеству освоить такое ремесло как холодная ковка металлов, что привело к изготовлению украшений, а затем и изготовлению металлических орудий труда.
Свойства металлов. Твёрдость Как наши предки сумели повысить твёрдость обрабатываемых металлов: освоив холодную ковку, человек позднее начал ковать с предварительным отжигом (например самородную медь); человек научился выплавлять сплавы: мышьяковая бронза, оловянная бронза, латунь и др.Например в Троянскую войну все воины были одеты в доспехи из оловянной бронзы и вооружены дротиками с бронзовыми наконечниками
Свойства металлов. Температура плавления Человек научился плавить металлы из руды. Но для этого нужно было достигнуть температуру, необходимую для восстановительной плавки руды – получила развитие технология с продуванием воздуха. Человек заметил, что некоторые сплавы плавятся при более низкой температуре, чем чистый металл –началось накопление материала для будущей науки – металлургии и металловедения
Роль металлов в истории человечества 1)Металлы помогли человеку создать простые орудия труда. 2)Металлы оказались незаменимыми при изготовлении машин – наступила эпоха машинного производства. 3)Человек открыл магнитные и электрические свойства металлов – наступила эпоха электричества.
Первичное закрепление материала Установите соответствие между металлом и «планетой», под действием которой, по мнению алхимиков, этот металл «зреет» на Земле: МЕТАЛЛ «ПЛАНЕТА» А) Ag 1. Солнце Б) Cu 2. Луна В) Sn 3.Меркурий Г) Au 4. Венера Д) Fe 5.Марс Е) Pb 6. Юпитер Ж) Hg 7. Сатурн
Первичное закрепление материала Выберите три правильных ответа из шести предложенных. Среди перечисленных веществ укажите те, которые являются металлами: 1 ВАРИАНТ 2 ВАРИАНТ 1) Натрий 1) Мышьяк 2) Кремний 2) Сурьма 3) Сера 3)Дубний 4) Магний 4)Азот 5) Алюминий 5) Фосфор 6) Фосфор 6) Висмут
Первичное закрепление материала Установите соответствие между металлом и его свойством МЕТАЛЛ СВОЙСТВО А) Cr 1) наиболее электропроводный Б) Ag 2) наиболее легкоплавкий В)W 3) наибольший блеск Г) Os 4) наиболее пластичный Д) Au 5) наиболее тугоплавкий Е) Hg 6) наиболее твёрдый Ж) Pd 7) наиболее плотный
Организация домашнего задания 1. Изучить параграфы4,6; выполнить задания 1 – 6, с; 1 – 5, – учебник 9 класса Изучить параграф 14; выполнить задания 1 – 5, с. 85 – учебник 8 класса 2. Насколько обоснованной была теория средневековых алхимиков, утверждающая, что отец всех металлов – сера? Вам в помощь привожу следующие сведения по некоторым минералам: Минерал Формула Пентландит (Fe,Ni) 9 S 8 Молибденит MoS 2 Станнин Cu 2 FeSnS 4 Киноварь HgS Халькопирит CuFeS 2 Халькозин Cu 2 S Галенит PbS Аргентит Ag 2 S Сфалерит ZnS 3. Обсудите дома с родителями варианты применения металлов в домашнем хозяйстве.
Слайд 2
Цели работы:
Исследовать историю древних цивилизаций, а также металлы, характерные для той эпохи. Установить связь между свойствами металлов и культурой древних цивилизаций. Исследовать особенности металлов.
Слайд 3
История древних цивилизаций. Откуда взялись металлы?
Можно без преувеличения сказать, что материальная основа мироздания выстроена из металлов и сплавов. Орудия труда, машины, механизмы, компьютеры, железные дороги, линии электропередач, трубопроводы, морские и космические корабли... Немыслима без металла и духовная культура цивилизации: древние легенды и сказки, повествующие о волшебных мечах, разящих противника наповал, "Медный всадник" Санкт-Петербурга, взывающий к душам людским звон церковных колоколов, ювелирные шедевры.Как древние люди, так и мы, стоящие на пороге третьего тысячелетия, не можем не восхищаться рукотворящими мастерами: литейщиками, кузнецами, эмальерами, чеканщиками, всеми, кто постиг тайны искусства обработки металлов.
Слайд 4
Польза металла как и в древних цивилизаций, так и в современном мире
Уже в глубокой древности человеку было известны семь металлов: золото, серебро, медь, олово свинец, железо и ртуть. Эти металлы можно назвать «доисторическими», так как они применялись человеком еще 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 добывать 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 цивилизации Древнего Египта, Древней Греции, Вавилона и других государств неразрывно связана с историей металлов и их сплавов. Установлено, что египтяне за несколько тысячелетий до н. э. Уже умели изготавливать изделия из золота, серебра, олова и меди. В египетских гробницах, сооруженных за 1500 лет до н. э., найдена ртуть, а самые древние предметы из железа имеют возраст, исчисляемый 3,5 тыс. лет. Из серебра, золота и меди чеканили монеты – человечество издавна отвело этим металлам роль мерила стоимость товара мировых денег. Древние римляне начали чеканить серебряные монеты с 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.
Слайд 5
Получение металлов
Медь При выплавкемеди человек однажды использовал не чистую медную руду, а содержавшую одновременно и медь, и олово. В результате бала получена бронза – сплав меди и олова, который гораздо тверже своих компонентов. Бронза
Слайд 6
В употребление вошла раньше медь, чем железо, так как была мягче.Самородная медь нередко встречается в природе, она легко обрабатывается, поэтому предметы из меди пришли на смену каменным орудиям. И даже там, где еще 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 тонны каждая, была сооружена с помощью инструмента, изготовленного из камня и меди.
Слайд 7
В Египте уже в IV тысячелетии до н. э. Умели примитивным способом получать бронзу. Из него изготавливали оружие и различные декоративные изделия. У египтян, ассирийцев, финикийцев, этрусков литье из бронзы достигло значительного развития. В VII в до н. э., когда была разработаны способы отливки статуй из бронзы, наступает расцвет художественного применения бронзы. Гигантская бронзовая статуя Колосса Родосского (32 метра) еще одно чудо света – возвышалась над входом во внутреннюю гавань древнего порта Родоса, и даже самые крупные суда свободно проходили под ней. Потом были уникальные бронзовые творения: конная статуя Марка Аврелия, «Дискобол», «Спящий Сатир» и многие другие.
Слайд 8
Бронзовый век сменился железным только тогда, когда человечество смогло поднять температуру пламени в металлургических печах до 15400 С, т. е. до температуры плавления железа. Было освоено производство железных изделий. 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 материалов, чем само железо, началось широкое распространение этого металла и его сплавов, стимулировавшее развитие человеческой цивилизации.
Слайд 9
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 решетки 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 непревзойденное по качества оружие. Сейчас у металлов имеется очень серьезный «конкурент» в виде продуктов современной химии – пластмасс, синтетических волокон, керамики, стекла. Но еще многие и многие годы человечество будет использовать металлы, которые продолжают играть ведущую роль в развитии всех областей его жизнедеятельности. 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