Mūsų amžius, kaip jį pavadintume - atomo, chemijos, mokslinės techninės revoliucijos, kibernetikos ar kitaip - faktiškai tebėra geležies amžiaus tęsinys. Geležies lydinių - ketaus ar plieno - pasaulyje kasmet išlydoma šimtai milijonų tonų. Nors aplink labai daug metalo, bet mes jį pažįstame menkai, todėl jis atrodo pilkas, kasdieniškas ir neįdomus.
Iš tikrųjų apie kiekvieną metalą galima papasakoti labai daug, apie kiekvieną iš jų parašyta ir teberašoma disertacijos ir daugybė mokslinių straipsnių. Tik populiarios, plačiajai visuomenei skirtos informacijos apie metalus pasigendame. Daugelis mūsų domisi jais tik tiek, kiek jie būtini kasdieninei veiklai, o platesnės ir gilesnės žinios paliekamos specialistams. Žinoma, tai neteisingas požiūris. Taip, matyt, yra iš dalies todėl, kad mokslas apie metalus nėra pakankamai populiarinamas.
Dėl plačios informacijos apimties išsamiai ir populiariai papasakoti apie metalus beveik neįmanoma, todėl mano referato pagrindinis tikslas - praskaidrinti metalus supančią nuobodžią ir pilką kasdienybę, parodyti jų svarbą mokslui, technikai ir gyvenimui. Pagrindinis referato uždavinys - populiaria fforma papasakoti apie metalų istoriją, jų kelią į gyvenimą, išaiškinti metalų pavadinimų kilmę, aprašyti metalų savybes, panaudojimą bei pateikti metalų ateities prognozes.
Kasdieninėje praktikoje metalais vadiname grynus cheminius elementus ir sudėtingus jų lydinius (kartais metalų lydinius su nemetalais, pavyzdžiui, plienas - geležies anglies lydinys), kuriems būdingos metališkosios savybės: elektros ir šilumos laidumas, plastiškumas, kalumas, kristalinė sandara, lūžio blizgesys, didėjanti elektrinė varža kylant temperatūrai, elektromagnetinių bangų atspindys ir kt. Idealiai grynų metalų nėra. Juose visuomet yra natūralių arba gamybinių priemaišų.
Visi metalai ir jų lydiniai sąlyginai sskirstomi į juodosius ir spalvotuosius. Juodieji metalai - tai geležis ir lydiniai jos pagrindu: plienas, ketus, ferolydiniai. Jie sudaro 95% visų gaminamų metalų. Spalvotieji - tai visi kiti metalai ir jų lydiniai. Jie skirstomi į lengvuosius, kurių tankis iki 4g/cm3 (magnis, berilis, aliuminis ir kt.), sunkiuosius (nikelis, varis, švinas ir kt.), tauriuosius (auksas, sidabras, platina ir kt.), retuosius sunkiai lydžius metalus (vanadis, molibdenas, volframas ir kt.). Palyginus su juodaisiais, spalvotieji metalai yra labai brangūs, todėl visur, kur tik galima, juos sstengiamasi pakeisti juodaisiais metalais arba plastikais.
Spalvotieji metalai naudojami daugelyje mašinų bei prietaisų. Jie naudojami gryni arba įeina į daugelio lydinių sudėtį. Metalų lydiniai yra medžiagos, gautos sulydžius skirtingus metalus arba metalus su nemetalais. Svarbiausia lydinių savybė yra metalinis ryšys, kuris suteikia metališkųjų savybių. Metalų lydinius galima gauti sukepinant skirtingų metalų supresuotus miltelių mišinius, išpurškiant skystus metalus, panaudojus difuzinius ir kitus procesus.
Techniškai gryni metalai yra plastiški. Jie laidesni elektrai bei šilumai negu jų lydiniai, tačiau ne tokie stiprūs, mažiau atsparūs dilimui. Metalus legiruojant (sulydant su kitais elementais) gali keistis jų savybės. Cheminiai elementai, iš kurių sudaromi lydiniai, vadinami komponentais. Be pagrindinių komponentų lydinyje yra naudingų (gerinančių lydinio savybes) ir žalingų priemaišų, galinčių pabloginti ir mechanines, ir fizines savybes.
Todėl neišvengiamų priemaišų kiekį ir metaluose, ir iš jų gaminamuose lydiniuose stengiamasi kiek galima sumažinti. Visiškai pašalinti priemaišas yra per brangu ar net techniškai neįmanoma. Todėl praktikoje naudojami metalai su tam tikru priemaišų kiekiu. Metalų lydinių savybės priklauso nuo trijų faktorių: komponentų savybių, komponentų sudaromo lydinio tipo ir lydinio bbūvio.
Besidomintiems istorija yra aišku, jog visuomenės ir civilizacijos raida, ypač vystymosi šuoliai, glaudžiai susiję su metalų gavyba. Tai liudija metalų vardais pavadintos istorinės epochos bei tuo metu klestėjusių kultūrų palikimas. Nors ir labai svarbus metalų vaidmuo civilizacijos raidai, tačiau apie juos mus pasiekusios žinios yra labai paviršutiniškos, neišsamios. Todėl neatrodytų keista, jei net šiuolaikinis metalų specialistas nežinotų vieno ar kito metalo amžiaus, jo tėvynės, sunkaus ir vingiuoto kelio į gyvenimą arba kitų metalų istorijos klausimų.
Taigi, išsamiai aprašyta metalų dabartis ir mažai pateikiama duomenų iš metalų istorijos, kuri iš dalies atsako į rūpimus klausimus: kaip metalų ištekliai naudoti anksčiau, kaip kinta jų sąnaudos dabar ir t.t. Kad pasakojimas apie metalus būtų aiškesnis, reikėtų bent trumpai apžvelgti sąvokas, susijusias su jų gavybą. Žodis metalas (lot. metallum) kilęs iš graikų kalbos žodžio metalon - šachta, rūdynas. Taigi pavadinimas apibūdina ne pačią medžiagą, o jos žaliavų šaltinį. Gr. metallurgio - kasu rūda, apdirbu metalą.
Net natūraliomis sąlygomis randamuose aukso, sidabro, platinos, vario, geležies ir kt. grynuoliuose yra įvairių metalų priemaišų (jie nėra gryni). Meteoritinė geležis taip pat nėra gryna - tai geležies ir nikelio lydinys. Taigi tradicinė metalurgija yra ne grynų metalų, o lydinių lydymas. Grynų metalų metalurgija yyra nauja tradicinės metalurgijos atšaka, kurioje tradiciniais metodais išlydyti lydiniai sudėtingais būdais ir priemonėmis gryninami, kol gaunami metalai su suskaičiuotais priemaišų atomais. Taip gaunami metalai - superlaidininkai, kosminės ir strateginės technikos metalai.
Apie metalurgijos raidą, kaip dabar gaminami plačiausiai technikoje naudojami metalai, žinios labai įdomios, plačios ir gilios. Daugelyje darbų minima populiarioji senovės metalų septyniukė: auksas, sidabras, varis, alavas, švinas, gyvsidabris ir geležis. Pasak mitologijos, visi metalai priklausė Plutonui, valdžiusiam požemio karalystę. Jie taip pat buvo siejami su kosmine planetų energija. Septyniukė, o kodėl ne aštuoniukė arba net devyniukė? Auksas, sidabras, gyvsidabris ir varis gamtoje randami grynuolių pavidalu, todėl žmogui žinomi nuo neatmenamų laikų.
Geležį pirmiausia žmogus galėjo aptikti meteorituose. Kad alavas ir švinas gerai išlydomi iš rūdų, žinojo jau senovės metalurgai. Kada žmogus pradėjo naudoti metalus, rašytinių šaltinių nėra. Iškasenos yra vienintelis ir kuklus senovės metalų kalendorius, todėl ir žinios apie juos yra menkos. Mokslininkai mano, kad ankstyvajame istoriniame periode (gerokai prieš Senovės Graikijos kultūros suklestėjimą) žmogus dar naudojo paplitusias gamtines medžiagas. Įgijęs patirties, senovės žmogus gamtoje paplitusį molį sugebėjo perdirbti į tvirtą keramiką. ir metalais.
Kokį metalą žmogus pradėjo naudoti pirmiausia, vieningos nuomonės nėra. Galima tik spėlioti, kad akiai patrauklius gamtinius darinius iš aukso ar sidabro žmogus galėjo pastebėti pirmiausia. Įrankiams gaminti šie metalai netiko, nes jie labai minkšti ir plastiški, mažai paplitę jų grynuolių. Tačiu tas ir kitas vertingas šių tauriųjų metalų savybes senovės žmogus pastebėjo ir labai meistriškai jas panaudojo. Dar 2600 m. pr. m. e. Tarpupio meistrai pradėjo šiuolaikinio juvelyrinio meno epocha. Jų dirbiniai meniškumu ir techniniu atlikimu prilygsta arba nnetgi pralenkia šiuolaikinius. Iš to aišku, kad tuometiniai meistrai jau žinojo šių metalų savybes ir juvelyrinių dirbinių gamybos technologiją.
Taip pat spėjama, kad visų pirma žmogus pradėjo naudoti varį. Tuomet jo amžius yra apie 10 000 metų. Akmenį jis pakeitė jau VI tūkst. pr. m. e. Vario tėvynė - tai dabartinė Turkija, šiaurės Irakas ir šiaurės vakarų Iranas. Iš vario grynuolių pirmieji primityviai kalti papuošalai datuojami net VIII tūkst. pr. m. ee. Varis akmenį įvairiuose žemės kampeliuose pakeitė ne vienu metu. Vario grynuolių, karštai kaltų ir atkaitintų peilių, ginklų ašmenų, žemės ūkio padargų ir kt. rasta Šiaurės Amerikoje prie Didžiųjų ežerų. Jie pagaminti II-I tūkst. pr. m. e. Pietų Amerikos ttikrieji šeimininkai - indėnai - vario epochą sutiko tik prieš 400 metų. Senovės Graikijos vario epocha vėlesnė negu Egipto, o bronzos - atvirkščiai, nes Graikijoje greta vario lydinių buvo ir “alavinio akmens” (alavo rūdu). Jau tada pastebėta, kad varis su “alaviniu akmeniu” lengviau lydosi, įgauna geresnių savybių. Alavinė bronza kur kas kietesnė už varį, mažiau dyla.
Seniausia žalvario (vario lydinys su cinku) iškasena rasta Palestinoje. Ji datuojama 1500 m. pr. m. e. Dabartinis vario lydinys su 4% cinko - tompakas - visiškai panašus į auksą. Šis žalvaris yra aaukso pakaitalas. Bronza savo vardą gavo nuo nedidelio Italijos uosto Adrijos jūroje Brindizio. Per šį uostą senovės romėnai gabendavo es brintisi - varį iš Brindizio į Europą. Geležies kelias į gyvenimą buvo nelengvas, nes ją buvo kur kas sunkiau apdoroti negu bronzą. Dar sunkiau išlydyti geležį iš rūdų (iš geležies oksidų arba karbonatų). Todėl tuometinė geležis buvo labai brangi. Afrikos tautelės už svarą geležies duodavusios ddešimt svarų aukso.
Alavas naudotas anksčiau negu pradėta lydyti bronza. Alavinių dirbinių amžius siekia V tūkst. pr. m. e. Meniški alaviniai indai buvo gaminami net iki XVII a. Alavas pradėtas anksti ir plačiai naudoti tikriausiai dėl to, kad jis yra plastiškas, minkštas, sidabriškai baltas. Be to, senovėje alavo rūdų telkinių buvo randama tiesiog žemės paviršiuje.
Jau I tūkst. pr. m. e. atsirado rūdų importas ir eksportas. Telkiniai, kuriuose būtų bent 1% alavo, dabar yra retenybė (panašių telkinių neseniai aptikta Lenkijoje). Šiuo metu alavas išgaunamas iš rūdų, kuriose yra bent 0,002 -0,001% alavo. Štai kodėl jau daugiau kaip 50 metų šis metalas labai taupomas. Deja, taupumas nepakankamas. Alavo vardas (lot. Stannum) kilęs iš sanskrito stan - kietas.
Iš švino (Plumbum) nepagaminsi nei kardo, nei norago, jis labai minkštas, plastiškas ir lydus. Tačiau švinas labai vertingas metalas žmonijai, nors nė vienas istorinis amžius nepavadintas jo vardu. Jau žiloje senovėje švinas vartotas kaip statybinis skiedinys. Švino baltasis (bazinis švino karbonatas) buvo žinomas jau prieš 3000 metų. Tai balti milteliai arba kristalai. Jau labai seniai iš švino buvo daromos plombos. Jų ir pavadinimas kilęs iš lotyniško švino pavadinimo. Dabar šioje srityje šviną pakeitė kitos medžiagos.
Gyvsidabris yra senovinis nesenstantis taurusis, normaliomis sąlygomis skystas metalas. Yra sunkiausias iš žemėje žinomų skysčių. Nors gyvsidabrio tiek išvaizda, tiek savybės yra kaip metalų, bet tik po ilgų dvejonių 1759 m. Senovės Egipte gyvsidabris ir jo pagrindinis mineralas cinoberis buvo žinomi jau III a. pr. m. e., o Indijoje - II-I a. pr. m. e. Senovėje amalgavimu iš rūdų buvo išgaunamas auksas. Šis būdas taikomas ir dabar. Viduramžių alchemikams gyvsidabris buvo vienu iš daugelio klaidų šaltinių.
Cinko istorija iš dalies aptarta kalbant apie varį. Kada pirmą kartą gautas grynas cinkas, tiksliai nenustatyta. Nedideliais kiekiais jis buvo gabenamas iš Rytų. Cinko metalurgijos pradžia buvo labai sunki. Tik po daug mėginimų 1743 mm. Bristolyje pastatyta pirmoji cinko metalurgijos gamykla, lydžiusi juodcinkį (cinką su kitų metalų priemaišomis).
Ieškota, ko nėra, rasta, ko nelaukta. Viduramžius senovė pasitiko tik su senovės metalų septyniuke. Iš neregėto prietaringumo, painių klaidų ir atkaklaus darbo dirvos pradėta žengti sunkiu ir vingiuotu keliu prie mūsų laikų mokslo slenksčio. Viduramžių chemijos mokslą net iki XVI a. užgožė alchemija. Lot. alchemia kilusi iš arabiško žodžio al-kimiya - tyrinėjimai; jų tikslas - paprstus metalus paversti auksu, naudojant nesamą filosofinį akmenį. Į klaidingą kelią alchemikus pastūmėjo tai, kad nebuvo mokslinės bazės ir programos. Tačiau ir klysdami, patys to nesitikėdami, į mokslą ir gamybą jie įnešė nemažą indėlį. Jų nuopelnas yra tas, kad senovės metalus papildė naujai atrastais: arsenu, stibiu, bismutu, cinku ir vėliau - nikeliu ir kobaltu. Vėliau jų tyrinėjimų rezultatai buvo apibendrinti to meto veikaluose apie metalus ir davė neabejotinos naudos tiek mokslui, tiek praktikai.
Kalnakasyba, metalurgija ir metalų apdirbimas sparčiai plėtojosi. Greta kuriamų mokslinių medžiagotyros pradų atsirado ir pseudomokslinių. Alchemija sudarė evoliucinę metalų grandinę, kurios apačioje - geležis, toliau varis, švinas, alavas, sidabras, o pačiame viršuje - auksas. Tradiciškai metalams buvo priskiriamos antgamtinės savybės, iš jų daromi amuletai, papuošalai, ginklai, pinigai ir t.t. Bet kuris metalinis daiktas pritraukia dėmesį, net jei tai tik bronzinė stalčiaus rankenėlė ar kukli žvakidė.
Metalų lydymas
Ar reikalinga šiandien kalvio profesija? Ar gražu metaliniai daiktai interjere? Koks metalas reikalingiausias ir naudingiausias? Auksas - Au (lot. Aurum), pperiodinės elementų sistemos I grupės cheminis elementas, grynuolių klasės mineralas. Tai ryškus, geltonas (įvairių atspalvių dėl priemaišų), taurusis metalas, yra minkštas, tąsus ir kalus, dažniausiai randamas dendritų,grūdelių, žvynelių, plokštelių, dulkių pavidalu. Kaip ir visi taurieji metalai, auksas atsparus oro, rūgščių ir šarmų veikimui. Jį tirpina tik karališkasis vanduo (koncentruotų azoto ir druskos rūgščių mišinys).
Lydiniai. Aukso-sidabro lydiniai yra minkšti, plastiški, lengvai apdirbami mechaniškai. Aukso-vario lydiniai ne tokie plastiški, kietesni ir trapesni už gryną auksą. Lydiniai su platina, geležimi, cinku, indžiu yyra atsparūs dilimui, gerai liejami ir apdirbami mechaniškai. Radimo vietos. Aukso yra Australijoje, Brazilijoje, Indonezijoje, JAV (Kalifornijos, Aliskos valstijos), Kanadoje, Kinijoje, PAR( didžiausias pasaulyje Witawatersando aukso telkimiai), Rusijoje. Panaudojimas. Auksas ir jo lydiniai naudojami monetų ir juvelyrinių dirbinių, medalių, dantų protezų, chem. aparatūros gamybai. Radiotechnikoje ir elektronikoje naudojami auksu padengti laidai ir kontaktai, izotopu 198Au gydomos vėžinės ligos.
Įdomybės. Auksas - Saulės pagimdyta medžiaga, susijusi su Apolonu, raudona spalva, pradžių pradžia. Alchemija sudarė evoliucinę metalų grandinę, kurios apačioje - geležis, o pačiame viršuje - auksas. Šis metalas suteikia energijos, neša sėkmę brandiems žmonėms. Jis gali būti kenksmingas dar bręstančiam, jaunam organizmui. Vaikai ir paaugliai dėl šio metalo gali jausti nuovargį ir įtampą. Auksas padeda atsipalaiduoti nuo pervargimo, depresijos; suteikia protui aiškumo, padeda priimti sprendimus. Manoma, kad iš karto įį kartą perduodami auksiniai papuošalai turi didelę energijos galią. Su jais nevertėtų skirtis.
Sidabras - Ag (lot. Argentum), baltas metalas, metalinio blizgesio, kalus, minkštas. Lydymosi temperatūra 960,8, virimo 2148 C, tankis 10 5000 kg/m3. Geriausiai iš metalų praleidžia elektrą ir šilumą. spalva, žadinantis jausmus ir idealius vaizdinius. metalų, išgaunamas lydant rūdą. Įdomybės. išgyvenimus. išgyvena daug neigiamų emocijų. turi magišką galią. Pvz., naktį galvūgalyje pastačius krištolinį indą su vandeniu ir sidabriniu šaukštu, galima sužinoti atsakymą į rūpimą klausimą. Atsakymas ateis vėliausiai po 3 naktų. Sidabras - mėnulio metalas, simbolizuojantis dvasios tyrumą. Neretai ikonas ir kryžius gamina būtent iš sidabro. Sidabrinis žied...
Sidabro jonų antibakterinis poveikis
Šiame straipsnyje aptarėme metalų savybes, istoriją ir panaudojimą, atkreipdami dėmesį į švino ir gyvsidabrio ypatumus. Metalai yra neatsiejama mūsų civilizacijos dalis, o jų pažinimas leidžia geriau suprasti mus supantį pasaulį.