“Sedam metala stvorila je svjetlost prema broju sedam planeta” - ovi jednostavni stihovi sadržavali su jedan od najvažnijih postulata srednjovjekovne alkemije. U antičko doba i u srednjem vijeku bilo je poznato samo sedam metala i isto toliko nebeskih tijela (Sunce, Mjesec i pet planeta, ne računajući Zemlju). Samo su budale i neznalice u tome, prema riječima svjetionika tadašnje znanosti, mogle ne vidjeti najdublju filozofsku šablonu. Harmonična alkemijska teorija tvrdila je da je zlato na nebu predstavljeno Suncem, srebro je tipičan Mjesec, bakar je nedvojbeno povezan s Venerom, željezo je personificirano s Marsom, živa odgovara Merkuru, kositar s Jupiterom, olovo s Saturnom. Sve do 17. stoljeća metali su u literaturi označavani odgovarajućim simbolima.

Slika 1 - Alkemijski znakovi metala i planeta

Trenutno je poznato više od 80 metala, od kojih se većina koristi u tehnologiji.

Od 1814. godine, na prijedlog švedskog kemičara Berzeliusa, za označavanje metala koriste se abecedni simboli.

Prvi metal koji je čovjek naučio obrađivati ​​bilo je zlato. Najstarije stvari od ovog metala izrađene su u Egiptu prije otprilike 8 tisuća godina. U Europi su prije 6 tisuća godina prvi počeli izrađivati ​​zlato i broncu Nakit i oružje Tračana, koji su živjeli na području od Dunava do Dnjepra.

Povjesničari razlikuju tri faze u razvoju čovječanstva: kameno doba, brončano doba i željezno doba.

U 3 tisuće pr. ljudi su počeli široko koristiti u svojim ekonomska aktivnost metali. Prijelaz s kamenih alata na metalne bio je od ogromne važnosti u povijesti čovječanstva. Možda niti jedno drugo otkriće nije dovelo do tako značajnih društvenih promjena.

Prvi metal koji je postao široko rasprostranjen bio je bakar (slika 2).

Slika 2 - Shematska karta teritorijalne i kronološke distribucije metala u Euroaziji i Sjevernoj Africi

Na karti se jasno vidi mjesto najstarijih nalaza metalni proizvodi. Gotovo svi poznati artefakti koji datiraju iz razdoblja od kraja 9. do 6. tisućljeća pr. (tj. prije nego što se kultura tipa Uruk široko proširila u Mezopotamiji), potječu od samo tri tuceta spomenika razasutih na ogromnom teritoriju od 1 milijun km2. Odavde je pronađeno oko 230 malih uzoraka, od kojih 2/3 pripadaju dvama predkeramičkim neolitskim naseljima - Chayonu i Ashikli.

Neprestano tražeći potrebno kamenje, naši su preci, vjerojatno, već u davnim vremenima obraćali pozornost na crvenkastozelene ili zelenkastosive komade samorodnog bakra. U liticama obala i stijenama naišli su na bakrene pirite, bakrenu gliteru i crvenu bakrenu rudu (kuprit). U početku su ih ljudi koristili kao obično kamenje i prema tome ih obrađivali. Ubrzo su otkrili da kada se bakar tretira udarcima kamenog čekića, njegova tvrdoća značajno raste, te postaje pogodan za izradu alata. Tako su u upotrebu ušle tehnike hladne obrade metala ili primitivnog kovanja.

Zatim je došlo do još jednog važnog otkrića - komad domaćeg bakra ili površinske stijene koja sadrži metal, pavši u vatru vatre, otkrio je nove značajke koje nisu karakteristične za kamen: od jakog zagrijavanja metal se rastalio i, hladeći se, dobio nova uniforma. Ako je kalup napravljen umjetno, tada je dobiven proizvod koji je čovjeku trebao. Drevni su majstori koristili ovo svojstvo bakra najprije za lijevanje nakita, a potom i za izradu bakrenih alata. Tako je nastala metalurgija. Taljenje se počelo provoditi u posebnim visokotemperaturnim pećima, koje su bile malo modificiranog dizajna poznato ljudima lončarske peći (slika 3).

Slika 3 - Taljenje metala u starom Egiptu (puhanje se dobiva krznom od životinjske kože)

U jugoistočnoj Anatoliji, arheolozi su otkrili vrlo staro neolitsko naselje prije keramike, Çayonü Tepesi (Slika 4), koje je zadivilo neočekivanom složenošću svoje kamene arhitekture. Među ruševinama znanstvenici su otkrili stotinjak malih komadića bakra, kao i mnogo fragmenata bakrenog minerala malahita, od kojih su neki prerađeni u perle.

Slika 4 - Naselje Çayonü Tepesi u istočnoj Anatoliji: IX-VIII tisućljeće pr. Ovdje je otkriven najstariji metal na planetu

Općenito govoreći, bakar je mekan metal, puno manje tvrd od kamena. Ali bakreni alat mogao se brzo i jednostavno naoštriti. (Prema zapažanjima S.A. Semenova, pri zamjeni kamene sjekire bakrenom, brzina rezanja se povećala otprilike tri puta.) Potražnja za metalnim alatima počela je brzo rasti.

Ljudi su započeli pravi “lov” na bakrenu rudu. Pokazalo se da ga nema svugdje. Na onim mjestima gdje su otkrivena bogata nalazišta bakra, došlo je do njihovog intenzivnog razvoja, pojavila se ruda i rudarstvo. Kako pokazuju otkrića arheologa, već u davnim vremenima proces rudarenja rude se odvijao u velikim razmjerima. Na primjer, u blizini Salzburga, gdje je rudarenje bakra počelo oko 1600. pr. Kr., rudnici su dosezali dubinu od 100 m, a ukupna duljina nanosa koji su se protezali od svakog rudnika bila je nekoliko kilometara.

Drevni rudari morali su rješavati sve probleme s kojima se susreću moderni rudari: ojačati trezore, ventilaciju, rasvjetu, penjati se na planinu iskopane rude. Adits su bili ojačani drvenim nosačima. Iskopana rudača taljena je u blizini u niskim glinenim pećima debelih stijenki. Slična metalurška središta postojala su i drugdje (slike 5,6).

Slika 5 - Drevni rudnici

Slika 6 - Alati starih rudara

Krajem 3 tisuće pr. drevni majstori počeli su koristiti svojstva legura, od kojih je prva bila bronca. Otkriće bronce mora biti potaknuto nesrećom neizbježnom tijekom masovne proizvodnje bakra. Neke vrste bakrenih ruda sadrže neznatnu (do 2%) primjesu kositra. Pri taljenju takve rude majstori su primijetili da je bakar dobiven od nje mnogo tvrđi nego inače. Kositrena rudača mogla je ući u peći za taljenje bakra iz drugog razloga. Bilo kako bilo, promatranje svojstava ruda dovelo je do razvoja vrijednosti kositra, koji se počeo dodavati bakru, tvoreći umjetnu leguru - broncu. Zagrijan s kositrom, bakar se bolje topio i lakše ga je lijevati, jer je postajao fluidniji. Brončani instrumenti bili su tvrđi od bakrenih i dobro su se i lako oštrili. Brončana metalurgija omogućila je nekoliko puta povećanje produktivnosti rada u svim sektorima ljudske djelatnosti (slika 7).

Sama izrada oruđa postala je znatno jednostavnija: umjesto da dugotrajnim i mukotrpnim radom tuku i glačaju kamen, ljudi su punili gotove forme tekući metal i dobili rezultate o kakvima njihovi prethodnici nisu ni sanjali. Tehnike lijevanja postupno su se usavršavale. Isprva se lijevalo u otvorenim glinenim ili pješčanim kalupima, koji su bili jednostavno udubljenje. Zamijenili su ih otvoreni oblici isklesani u kamenu koji su se mogli više puta koristiti. Međutim, veliki nedostatak otvorenih kalupa bio je taj što su proizvodili samo plosnate proizvode. Nisu bili prikladni za lijevanje proizvoda složenih oblika. Rješenje je pronađeno kada su izumljeni zatvoreni kalupi. Prije lijevanja, dvije polovice kalupa bile su čvrsto povezane jedna s drugom. Zatim je kroz rupu izlivena rastaljena bronca. Kada se metal ohladio i stvrdnuo, kalup se rastavljao i dobivao gotov proizvod.

Slika 7 - Brončano oruđe

Ova je metoda omogućila izlijevanje proizvoda složenih oblika, ali nije bila prikladna za lijevanje figura. Ali ova poteškoća je prevladana kada je izumljen zatvoreni oblik. Ovom metodom lijevanja najprije se iz voska oblikuje točan model budućeg proizvoda. Zatim je premazana glinom i pečena u peći.

Vosak se topio i isparavao, a glina je uzimala točan odljev modela. U tako nastalu prazninu ulivena je bronca. Kad se ohladilo, kalup je bio razbijen. Zahvaljujući svim tim operacijama, majstori su mogli lijevati čak i šuplje predmete vrlo složenih oblika. Postupno se otkrivaju nove tehničke tehnike obrade metala, kao što su provlačenje, zakivanje, lemljenje i zavarivanje, nadopunjujući već poznato kovanje i lijevanje (slika 8).

Slika 8 - Zlatni šešir keltskog svećenika

Možda najveći metalni odljevak napravili su japanski majstori. To je bilo prije 1200 godina. Težak je 437 tona i predstavlja Budu u pozi mira. Visina skulpture zajedno sa postoljem je 22 m, dužina jednog kraka je 5 m. Četvero ljudi moglo je slobodno plesati na otvorenom dlanu. Dodajmo da je poznata starogrčka statua - Kolos s Rodosa - visoka 36 m, teška 12 tona, izlivena u 3. stoljeću. PRIJE KRISTA e.

S razvojem metalurgije brončani su proizvodi posvuda počeli zamjenjivati ​​kamene. Ali nemojte misliti da se to dogodilo vrlo brzo. Rude obojenih metala nisu bile svugdje dostupne. Štoviše, kositar je bio mnogo rjeđi od bakra. Metali su morali biti transportirani na velike udaljenosti. Cijena metalnih alata ostala je visoka. Sve je to spriječilo njihovu široku distribuciju. Bronca nije mogla potpuno zamijeniti kameno oruđe. To je moglo samo željezo.

Osim bakra i bronce, naširoko su se koristili i drugi metali.

Najstarijim predmetima od olova smatraju se perle i privjesci pronađeni u Maloj Aziji tijekom iskapanja u Çatalhöyüku te pečati i figurice otkriveni u Yarym Tepeu (sjeverna Mezopotamija). Ovi nalazi datiraju u 6. tisućljeće pr. Prve rijetkosti željeza datiraju iz istog vremena, predstavljaju male krite pronađene u Çatalhöyüku. Najstariji srebrni predmeti otkriveni su u Iranu i Anatoliji. U Iranu su pronađeni u gradu Tepe-Sialk: to su gumbi koji datiraju s početka 5. tisućljeća pr. U Anadoliji, u Beyjesultanu, pronađen je srebrni prsten s kraja istog tisućljeća.

U prapovijesti se zlato dobivalo iz posuda ispiranjem. Izašao je u obliku pijeska i grumena. Zatim su počeli koristiti pročišćavanje zlata (uklanjanje nečistoća, odvajanje srebra), u drugoj polovici 2. tisućljeća pr. U 13. i 14. stoljeću naučili su koristiti dušičnu kiselinu za odvajanje zlata i srebra. A u 19. stoljeću razvijen je proces amalgamacije (iako je bio poznat u antičko doba, nema dokaza da se koristio za vađenje zlata iz pijeska i ruda).

Srebro se vadilo iz galenita, zajedno s olovom. Zatim su se stoljećima kasnije počeli taliti zajedno (oko 3. tisućljeća pr. Kr. u Maloj Aziji), a to je postalo rašireno još 1500-2000 godina kasnije.

Oko 640. pr e. počeo kovati novac u Maloj Aziji, a oko 575. pr. e. - u Ateni. Zapravo, ovo je početak proizvodnje žigosanja.

Nekada davno kositar se talio u jednostavnim šahtnim pećima, nakon čega se pročišćavao posebnim oksidativnim postupcima. Sada se u metalurgiji kositar dobiva preradom ruda prema složenim integriranim shemama.

Pa, živa je nastala prženjem rude u hrpama, pri čemu se kondenzirala na hladnim predmetima. Tada se pojavljuju keramičke posude (retorte), koje su zamijenjene željeznim. A s rastućom potražnjom za živom, počela se proizvoditi u posebnim pećima.

Željezo je bilo poznato u Kini već 2357. pr. e., au Egiptu - 2800. pr. e., iako je još 1600. pr. e. na željezo se gledalo kao na zanimljivost. Željezno doba u Europi počelo je otprilike 1000. pr. e., kada je umijeće taljenja željeza prodrlo u mediteranske države od Skita iz crnomorske regije.

Upotreba željeza započela je puno prije njegove proizvodnje. Ponekad su pronađeni komadi sivkasto-crnog metala koji su, kada su iskovani u bodež ili vrh koplja, proizvodili oružje jače i rastezljivije od bronce i duže držalo oštricu. Poteškoća je bila u tome što je ovaj metal pronađen samo slučajno. Sada možemo reći da je to bilo meteoritsko željezo. Budući da su željezni meteoriti legura željeza i nikla, može se pretpostaviti da bi se kvaliteta pojedinačnih unikatnih bodeža, primjerice, mogla natjecati s modernom potrošnom robom. Međutim, ista jedinstvenost dovela je do činjenice da takvo oružje nije završilo na bojnom polju, već u riznici sljedećeg vladara.

Željezno oruđe odlučno je proširilo praktične mogućnosti čovjeka. Postalo je moguće, na primjer, graditi kuće izrezane od balvana - uostalom, željezna sjekira je srušila stablo ne tri puta brže od bakrene, ali 10 puta brže od kamene. Raširena je i gradnja od klesanog kamena. Naravno, koristio se iu brončanom dobu, ali velika potrošnja Relativno mekan i skup metal presudno je ograničio takve eksperimente. Značajno su se proširile i mogućnosti poljoprivrednika.

Narodi Anatolije prvi su naučili obrađivati ​​željezo. Starogrčka tradicija je pronalazačem željeza smatrala narod Khalib, za koji se u literaturi koristio ustaljeni izraz “otac željeza”, a sam naziv naroda dolazi upravo od grčke riječi Χ?λυβας (“željezo”). ).

“Željezna revolucija” započela je na prijelazu u 1. tisućljeće pr. e. u Asiriji. Od 8. stoljeća pr. Kovano se željezo brzo počelo širiti Europom u 3. stoljeću pr. e. zamijenio broncu u Galiji, pojavio se u Njemačkoj u 2. stoljeću nove ere, au 6. stoljeću nove ere već je široko korišten u Skandinaviji i među plemenima koja su živjela na području buduće Rusije. U Japanu je željezno doba počelo tek u 8. stoljeću nove ere.

U početku su se dobivale samo male količine željeza, a tijekom nekoliko stoljeća ponekad je koštalo četrdeset puta više od srebra. Trgovina željezom obnovila je prosperitet Asirije. Otvoren je put za nova osvajanja (slika 9).

Slika 9 - Peć za taljenje željeza kod starih Perzijanaca

Metalurzi su mogli vidjeti tekuće željezo tek u 19. stoljeću, međutim, čak iu zoru metalurgije željeza - početkom 1. tisućljeća prije Krista - indijski su obrtnici uspjeli riješiti problem proizvodnje elastičnog čelika bez taljenja željeza. Ovaj čelik je nazvan damast čelik, ali zbog složenosti izrade i nedostatka potrebne materijale U većem dijelu svijeta ovaj je čelik dugo ostao indijska tajna.

Tehnološki napredniji način proizvodnje elastičnog čelika, koji nije zahtijevao posebno čistu rudu, grafit ili posebne peći, pronađen je u Kini u 2. stoljeću nove ere. Čelik je kovan mnogo puta, pri svakom kovanju obradak je presavijan na pola, što je rezultiralo izvrsnim materijalom za oružje zvanim Damask, od kojeg su se posebno izrađivale poznate japanske katane.

Kao što je navedeno u prethodnom poglavlju, pojedini bakarski obrti (uglavnom nakit) pojavili su se vrlo rano. Trenutno arheologija ne može točno naznačiti gdje su rude prvi put taljene ili gdje je bronca, legura bakra s drugim metalima, prvi put dobivena. Po svoj prilici, ljudi su prvo koristili bakar autohtonog podrijetla, koji je obrađivan kao posebna vrsta kamena koja je imala rastegljiva svojstva. Ali kada su otkrili da se komadi bakrene rude počinju topiti jakim zagrijavanjem, a kada se ohlade ponovno postaju čvrsti, otkriven je proces taljenja metala. Novo svojstvo bakra počelo se koristiti za izradu alata s unaprijed zamišljenim oblikom, tj. izumljen je postupak ljevanja.

Razvojem taljenja bakra porastao je interes za njega kao novi materijal za izradu alata, a ne samo nakita. Međutim, samorodni bakar rijetko se nalazi na površini zemlje. U 5. tisućljeću pr. e. počele razvijati oksidirane bakrene rude, čije su žile izbile na površinu. Razvoj sulfidnih ruda datira iz kasnijeg vremena. Radovi su bili uske pukotine koje su nastale kao rezultat iskopavanja rudonosnih žila. Kad bi rudar naišao na moćnu rudnu leću, praznina bi se pretvorila u šupljinu na mjestu rudnika. U 4. tisućljeću pr. e. počelo se prelaziti na razvoj podzemnih ležišta. Na Balkanskom poluotoku, na primjer, rudarski radovi dosezali su dubinu od 27 m da bi se odlomili komadi rude, bilo je potrebno prvo zagrijati stijenu, a zatim je polivati ​​vodom. Rezultat su bile pukotine u koje su ubačeni drveni klinovi namočeni u vodu. Kad su drveni klinovi nabubrili, rastrgali su rude na komade. Na Balkanskom poluotoku otkriveni su klinovi s utičnicama od jelenjeg roga. Vjeruje se da su ih rudari koristili za vađenje bakrene rude iz žila.

U blizini rudnika odvijao se proces obogaćivanja rude. Isprva je bila poznata metoda suhog obogaćivanja: iskopana rudača odvajala se od jalovine i drobila kamenim čekićima. Kasnije su počeli koristiti metodu mokrog obogaćivanja. Usitnjena ruda se stavljala u drvene posude s vodom. Posude su se tresle, zbog čega su se teži komadi rude taložili na dno, a lakši otpadni kamen isplivao je na vrh. Grabljalo se, a komadići bakrene rude ostali su u ladici. Sulfidne bakrene rude su dugo spaljivane u požarima prije taljenja.

U blizini rudnika topila se i ruda u posebnim glinenim pećima. Da bi se postigla viša temperatura u peći, ljudi su upuhivali zrak kroz cijevi puhala. U 3. tisućljeću pr. e. Izumljeni su kožni puhači. Metalni ingoti istopljeni iz bakrenih ruda služili su kao razmjena; Metalurzi se u pravilu nisu bavili nakitom i kovaštvom.

U 5. tisućljeću pr. e. ljudi su se upoznali i s drugim obojenim metalima: srebrom i zlatom.

Prva legura, kako sugeriraju istraživači, bila je bilon - legura bakra i srebra. Iz njega u južnom Turkmenistanu na prijelazu 5.-4. tisućljeća pr. e. kovali su nakit (igle). Legura bakra i arsena postala je poznata u 4. tisućljeću pr. e. Slitine arsena pojavljuju se u Zakavkazju tisuću godina ranije od kositrene bronce Zapadna Europa. Od 3. tisućljeća pr e. u zemljama Stari Istok Bronca se često dobivala od legure bakra s različitim udjelima kositra. U usporedbi s bakrom, brončane legure odlikuju se niskom taljivošću, visokom kvalitetom lijevanja i velikom čvrstoćom. Ovisno o namjeni odljevka u metal se dodavalo od 1-2% do 8-10% kositra. Što je više kositra dodano, proizvod je bio lomljiviji.

Ako se ruda talila u neposrednoj blizini rudarskih nalazišta, onda su se proizvodi od bakra i bronce lijevali u naseljima. Da bi se dobila brončana legura, bakar i kositar ili bakar i arsen, uzeti u određenim omjerima, stavljani su u glinene lonce, koji su se stavljali u peć. Rastaljeni metal iz lonaca izlijevao se u kalupe od pijeska, kamena i drva. Prvo su korišteni otvoreni, a zatim zatvoreni oblici krila. Oružje, oruđe i razni alati lijevani su u kalupe. Umjetnički i nakit izliven iz voštanog modela. Model se klesao od voska na koji je u slojevima nanošena fino mljevena glina dok glineni zid nije ojačao. U glinenom kalupu ostavljene su posebne rupe kako bi se otopio vosak i izlila brončana legura unutra. Nakon hlađenja, da bi se predmet izvadio, glina je lomljena, a da bi se dobio novi odljev, cijeli se postupak morao ponovno ponoviti. Umjetničke su vrijednosti proizvodi izliveni iz voštanog modela.

Rude obojenih metala bile su slabo dostupne za razvoj; Ležišta kositra - glavne sirovine za brončane legure - bila su poznata u antičko doba u prilično ograničenom opsegu. Metal se morao transportirati s mjesta iskopavanja rude na vrlo velike udaljenosti. Sve se to ispriječilo široka primjena obojenih metala u proizvodnju. Prema F. Engelsu, “... bronca je pružala prikladno oruđe i oružje, ali nije mogla istisnuti kameno oruđe; samo je željezo to moglo učiniti, a oni još nisu znali kako iskopati željezo” (Marx K., Engels F. Soch., sv. 21, str. 161).

Posebna svojstva novog materijala brzo su svladana, stvoreni su produktivniji alati i oružje, što nije moglo utjecati na razvoj poljoprivrede i obrta.

17

u Favorite u Favorite iz Favorita 7

Tisućama godina proizvodi od kamena bili su glavno oruđe koje je čovjek koristio. Majstori koji su obrađivali kamen, poput kipara, uočili su u njemu novu kvalitetu i odrezavši višak izradili potreban predmet. Međutim, stari čovjek je, u biti, samo reproducirao prirodne procese, uništavajući stijene.

Dizajn proizvoda, koji je svladavan tijekom nekoliko tisuća godina, zahtijevao je razvoj prostornog mišljenja i razvoj temeljno novih vještina u izradi kompozitnih alata izrađenih od više dijelova i spojnih elemenata. Ali čak iu ovom slučaju, majstor je imao pred očima izvorni materijal prirodnog podrijetla. Čak iu procesu svladavanja proizvodnje keramike oponašali su prirodni procesi pečenje gline u plamenu vatre. Izrada proizvoda od rude metala je revolucionarna tehnologija, tehnologija kakva se nije mogla “vidjeti” u prirodi! Ovo je prva potpuno umjetna tehnologija u povijesti civilizacije. Kako je čovjek naučio dobivati ​​i obrađivati ​​metale? Pogledajmo modernu verziju ovog nevjerojatnog procesa.

Što je zajedničko oklopima jastoga i "superčeliku" bliske budućnosti? Znanstvenici su otkrili da je hitinska baza ljušture, koja se sastoji od ugljika, vodika i dušika, struktura saća izgrađena od polimernih kristala veličine nanometra, čiji je slobodni prostor ispunjen proteinima. To omogućuje materijalu da istovremeno pluta u vodi i ima veću čvrstoću nego kod mnogih specijalnih vrsta čelika. Ostaje proučiti i primijeniti prirodnu tehnologiju u praksi. Dakle, analiza prirodnih procesa i struktura je ključ uspjeha inovativne tehnologije XXI stoljeće. Međutim, čovjek je naučio rukovati tim ključem još u davnim vremenima, a razvoj metalurških tehnologija jasan je primjer toga.

Samorodni metali

Neolitskoj civilizaciji prethodilo je dugo formiranje i spor razvoj oruđa i alata kojima se čovjek služio. Povijest primitivnog ljudskog društva bila je neraskidivo povezana s kamenom. Najprimitivniji kameni proizvodi bili su obični riječni kamenčići, okrhnuti na jednom rubu. Starost najstarijeg kamenog oruđa seže u razdoblje od oko 2,5 milijuna godina. Najvažniji događaj započeo razvoj kremenog oruđa.

U kremenu je prvi put pronađen i utjelovljen oblik takvih temeljnih elemenata. tehnički napredak proizvodi kao što su sjekira, srp, nož, čekić. Upotreba samorodnih metala počela je najvjerojatnije u mezolitiku (srednje kameno doba), tj. prije nekoliko desetaka tisuća godina. Do tog vremena vještina traženja, vađenja kamenja i izrade od njega ne samo alata, već i nakita za primitivnog čovjeka postala je uobičajena i pretvorila se u neku vrstu industrije.

Upravo u procesu potrage za kamenjem prikladnim za izradu novih proizvoda, čovjek je obratio pozornost na prve grumenčiće metala, po svemu sudeći bakra, koji su u prirodi puno češći od grumena plemenitih metala - zlata, srebra, platine. Samorodni (telurski, od latinske riječi “tellus” - zemlja) bakar i danas se nalazi u mnogim regijama svijeta: u Maloj Aziji, Indokini, Altaju i Americi. Još uvijek se mogu pronaći bakreni grumeni teški nekoliko kilograma. Najvećom pojavom samorodnog bakra smatra se čvrsta bakrena žila otkrivena na poluotoku Kyusinaw (Jezero Superior, SAD). Njegova se masa procjenjuje na oko 500 tona.

Ne samo da plemeniti metali mogu biti prisutni u prirodnom obliku u zemaljskim uvjetima. Poznato je da se u prirodi nalaze grumeni željeza, žive i olova, a mnogo rjeđe - grumeni metala i legura kao što su cink, aluminij, mesing i lijevano željezo. Nalaze se u obliku listića i ljuskica utisnutih u stijene, najčešće bazalt. U 20. stoljeću autohtono željezo pronađeno je, primjerice, na otoku Disko blizu obale Grenlanda, u Njemačkoj (u blizini grada Kassel), u Francuskoj (departman Auvergne), u SAD-u (Connecticut). Uvijek sadrži znatnu količinu nikla, primjesa kobalta, bakra i platine (od 0,1 do 0,5% težine svakog elementa) i, u pravilu, vrlo je siromašan ugljikom. Nalazi autohtonog lijevanog željeza poznati su, na primjer, na Russkim otocima (na Daleki istok) i Borneo, kao i u zaljevu Avaria (Novi Zeland), gdje je domaća legura bila kohenit - željezo-nikal-kobalt karbid (Fe, Ni, Co)3C.

Promatranje promjene oblika grumena pod udarcima tvrdog kamenja dalo je čovjeku ideju da se od njih napravi mali nakit hladnim kovanjem. Kovanje je najstarija metoda oblikovanja metala. Ovladavanje metodom obrade samorodnog metala kovanjem temeljilo se na vještini i iskustvu izrade kamenog oruđa “tapeciranjem” kamena kamenim čekićem. Samorodni bakar, koji su primitivni ljudi isprva također smatrali vrstom kamena, pri udarcu kamenog čekića nije stvarao karakteristične kamenčiće, već je mijenjao svoju veličinu i oblik bez narušavanja kontinuiteta materijala. Ovo izvanredno tehnološko svojstvo "novog kamena" postalo je snažan poticaj za traženje i vađenje samorodnog metala i njegovu upotrebu od strane ljudi. Osim toga, uočeno je da kovanje povećava tvrdoću i čvrstoću metala.

Isprva su se kao čekić koristili obični komadi tvrdog kamena. Prvobitni je majstor, držeći kamen u ruci, udarao njime po komadu domaćeg, a kasnije metala istopljenog iz rude. Evolucija ove najjednostavnije metode kovanja dovela je do stvaranja prototipa kovačkog čekića opremljenog ručkom. Međutim, obrada metala hladnim kovanjem imala je ograničene mogućnosti. Na taj način je bilo moguće dati oblik samo malim predmetima - igla, kuka, vrh strijele, šilo. Kasnije je savladana tehnologija kovanja bakrenih grumena s predgrijavanjem - žarenjem.

Velike mogućnosti za razvoj prvih tehnologija obrade metala pružili su grumeni zlata, metala koji je mnogo duktilniji od bakra. Zlato je imalo izuzetnu ulogu u razvoju rudarstva i metalurške proizvodnje civilizacije. Prva nalazišta zlata koja je razvio čovjek bila su aluvijalna ležišta. Zlatni grumeni pronađeni su u masi aluvijalnog pijeska i šljunka, koji su bili produkti razaranja zlatonosnih stijena koje su dugo bile izložene riječnim tokovima. Navodno su najstariji zlatni nakit bili grumeni prerađeni u perle hladnim kovanjem. Ove uglačane perle izgledale su kao obojeno kamenje nanizano u raznim kombinacijama.

Prilikom vađenja zlata iz žila stvorene su tehnologije koje su potom korištene za razvoj nalazišta drugih starih metala. Zlato je bio prvi metal od kojeg su naučili lijevati proizvode, proizvoditi žicu i foliju, zlato je prvo podvrgnuto rafinaciji. U biti, sve metalurške tehnologije korištene u doba starog svijeta za srebro, bakar, olovo i kositar u početku su razvijene korištenjem zlata.

Međutim, osnova civilizacije do 3. tisućljeća pr. e. ostao je kamen. Karakteristična značajka tehnologije ranog neolitika bio je prijelaz na velika kamena oruđa. Njihova pojava povezana je s razvojem novih tehnoloških metoda obrade kamena - bušenje, piljenje, brušenje. Izumljeni su kompozitni (“liner”) alati kod kojih je kameni materijal korišten samo za radni dio, a drške su bile od drveta, rožine ili kosti. Postupno se počeo razvijati popravak pušaka - njihova korekcija kako se radni dio istrošio. Pojavile su se rudarske operacije u kojima se vatra koristila za uništavanje stijena. Nevjerojatno tehničko dostignuće neolitskih ljudi je vađenje kremena u rudnicima s okomitim oknom do 10 m dubine i kratkim otkopima. Dakle, na početku neolitske revolucije ljudi su imali različita znanja o prirodnim tvarima i materijalima, metodama njihove obrade.

Toplinske tehnologije neolitika

Najvažnije obilježje produktivnog neolitskog gospodarstva je stvaranje zaliha hrane. Prilikom rješavanja problema izrade posuđa za njegovo čuvanje, izmišljaju se keramički proizvodi i postupno se razvijaju toplinske tehnologije. Prvi keramički proizvodi bile su košare od granja premazane glinom i pečene na vatri. Tada su nastale posebne peći – kovačnice.

Neolitska peć prilagođena prirodnom puhanju

Suvremene rekonstrukcije reproduciraju neolitsku metodu pečenja keramike na sljedeći način. Kovačnica se gradila na strmoj obali rijeke, unutar zidova gudura ili brežuljaka, a sastojala se od dva kraka. Horizontalni tuljac služio je kao ložište, a okomiti tuljac punio se loncima. Kad je kovačnica bila napunjena prethodno osušenim posudama, vrh je bio napunjen otpadom od posude i založena je slaba vatra pomoću vlažnog drva. Takva vatra se održavala sve dok nije prestalo odvajanje para, nakon čega je vatra pojačana do crvenog žara. Lonci su držani na ovoj vatri najmanje 6 sati, zatim je vrh peći prekriven pijeskom, ložište je pokriveno glinom i jedinica je ostavljena u tom stanju nekoliko dana. Nakon toga je napravljena rupa u ložištu i postupno se povećavala. Na kraju su otvorili vrh kovačnice i izvadili gotove posude. Takve drevne peći za pečenje keramike otkrivene su u Mezopotamiji, sjevernoj Africi i istočnoj Europi. Temperatura zagrijavanja proizvoda u njima dosegnula je 1100 °C.

Za ovladavanje metalurškom tehnologijom vađenja metala iz rude, koja zahtijeva pouzdane visoke temperature, bila je potrebna peć s umjetnim mlazom. Po prvi put su takve peći stvorene za proizvodnju keramike. Tako su ljudi upoznali rudu metala tijekom pečenja glinenih posuda. Postojao je proces dobivanja metala iz tvari nanesenih na stijenke keramike za njihovo bojanje. Poznato je da su bakreni karbonati - malahit i lapis lazuli, živin sulfid - cinobar, žuti, crveni i smeđi željezni oker svijetle mineralne boje, a nanošenje šara u boji na keramičke proizvode jedan je od najstarijih oblika umjetnosti.

Proces postupnog razvoja novih metala i materijala od strane civilizacije

Prva ruda metala koju je čovjek ovladao bio je bakar. To se očito dogodilo prije otprilike 10 tisuća godina. Najstarijim proizvodima od rude bakra trenutno se smatraju igle, šila, svrdla, perle, prstenje i privjesci pronađeni u naseljima Çayonü Tepesi i Çatal Höyük, koja se nalaze na visoravni Konya u Turskoj. Ovi nalazi datiraju u 8.–7. tisućljeće pr. e.

Početak metalne ere

Prava era metala započela je u Euroaziji u 5. tisućljeću pr. e. Karakteriziraju ga rijetkosti otkrivene na sjeveru Balkanskog poluotoka iu Karpatskoj regiji. U arheologiji se ti teritoriji obično klasificiraju kao najvažnija balkansko-karpatska metalurška provincija bakreno-kamenog doba.

Početkom 70-ih godina prošlog stoljeća tamo su otkriveni nevjerojatno bogati i izražajni spomenici: Varnenska “zlatna” nekropola i golemi rudnik Aibunar, gdje je, prema proračunima, iskopano najmanje 30 tisuća tona bakrene rude. U ukopima u Varni pronađeno je više od 3 tisuće raznih zlatnih i oko 100 bakrenih predmeta. Posebna pažnja Privlače ih zlatni nakit i predmeti ukrašeni složenim ornamentima, ali masivni bakreni alati, alati i oružje nisu manje zanimljivi stručnjacima.

Zlato i bakar balkansko-karpatske metalurške provincije postavili su neočekivani problem za istraživače drevnih metala: na što su bili usmjereni opći napori te metalurške proizvodnje? Za lijevanje i kovanje metalnih alata radi povećanja produktivnosti, kako se uči u većini poznatih udžbenika, ili za nešto drugo? Izračuni arheologa pokazali su da je od prvih koraka rudarske i metalurške proizvodnje pretežan dio svoje energije bio usmjeren na stvaranje onih proizvoda koji su služili simboličkim sferama javnog života - ukrasa, atributa moći i ritualnih predmeta. Gigantski komad metala služio je kao svojevrsni dokaz društvenog značaja mrtvih. Stoga su metali nekoliko tisućljeća prvenstveno služili društvenoj, a ne proizvodnoj funkciji.

U 5. tisućljeću pr. e. U većem dijelu Euroazije aktivno su se kopale oksidirane bakrene rude, čije su žile dosegle površinu. Rudnički radovi su bile uske pukotine koje su nastale kao rezultat iskopavanja rudonosnih žila. Kad bi rudar naišao na moćnu rudnu leću, praznina bi se pretvorila u šupljinu na mjestu rudnika. Najstariji rudnici bakra otkriveni su u Mezopotamiji, Španjolskoj i na Balkanskom poluotoku. U doba antike, otok Cipar postao je jedno od najvećih nalazišta bakra; od njegovog kasnog latinskog naziva "cuprum" nastao je moderni naziv za bakar kemijski element. rusko ime metal dolazi od staroslavenske riječi “smida”, što je značilo metal općenito. Napomenimo da izraz "Smida" seže u ona davna vremena, kada su preci Slavena i Nijemaca još uvijek bili jedan indoarijski narod. Kasnije se u germanskim jezicima izraz "smida" počeo koristiti za označavanje osobe koja radi s metalom, a fiksiran je u obliku "smith" (engleski) ili "schmidt" (njemački) - "kovač".

Razvoj podzemnih rudnih ležišta razvijen je u 4. tisućljeću pr. e. Dubina rudnika dosegla je 30 m ili više. Za drobljenje stijene korišteni su vatra, voda i drveni klinovi. Zapalila se vatra u blizini područja koje se miniralo, stijena je zagrijana, a zatim brzo ohlađena polivanjem s puno vode. U nastale pukotine zabijani su drveni klinovi, koji su također zalijevani vodom. Oteklina, klinovi se cijepaju stijena. Fragmenti rudne stijene ponovno su se zagrijavali u plamenu vatre, oštro hladili i drobili čekićima i pijucima izravno u rudnicima. Usitnjena rudača iz rudnika se iznosila u kožnim vrećama ili pletenim košarama. Zatim je tučen u velikim kamenim žbukama dok nije postao veličine zrna graška. Drevni metalurzi koristili su drveni ugljen, gusto drvo i kosti kao gorivo za taljenje metala.

Najstarija metoda prerade bakrene rude je taljenje u loncu: ruda se miješala s gorivom i stavljala u lonce od gline pomiješane s koštanim pepelom. Dimenzije lonaca bile su male, visina im je bila 12-15 cm, au poklopcu su bile predviđene rupe za ispuštanje plinova. U gore opisanim neolitičkim ložištima za posuđe postignute su temperature (do 1100 °C) dovoljne za proizvodnju bakra koji je sadržavao do 2% težine. prirodne nečistoće arsena, nikla, antimona. Kasnije su se počele postavljati jamske peći za taljenje bakra. U ovom slučaju, glineni lončić s rudačom i ugljenom stavljen je u plitku jamu sa slojem drvenog ugljena na vrhu. Od posebne je važnosti bio odabir mjesta taljenja koje je trebalo osigurati intenzivan protok zraka u jedinicu za raspirivanje vatre i postizanje potrebne temperature.

Količina proizvedenog bakra u loncima bila je mala i obično je iznosila nekoliko desetaka grama, pa se postupno prelazilo na proizvodnju bakra u jamama izravno iz rude. Da bi se to učinilo, bakrena ruda pomiješana s drvenim ugljenom stavljana je u jame duboke do 30 cm, čije je dno bilo obloženo kamenjem. Preko sloja punjenja nasuto je još malo drvenog ugljena, a na vrh su stavljene grane drveća i malo zemlje kako se ne bi ometalo strujanje zraka unutar hrpe. Pokušali su locirati mjesto taljenja na obroncima brda kako bi iskoristili prirodno kretanje zraka. Ovo je bila prva "industrijska" metalurška jedinica.

Po završetku taljenja, neizgoreno gorivo je uklonjeno, a dobiveni metal je usitnjen u komade prikladne za upotrebu. To je učinjeno odmah nakon što se metal stvrdnuo, budući da je u ovoj fazi bakar posebno krhak i lako se može razbiti čekićem. Za prenošenje sirovog bakra prezentacija podvrgnut je hladnom kovanju. Vrlo rano je otkriveno da je bakar mekan i kovak metal, koji se najjednostavnijom mehaničkom obradom lako zbija i oslobađa grubih uključaka.

Uz mnoge prednosti, bakar, čak i prirodno legiran, imao je vrlo značajan nedostatak: bakreni alati brzo su postali dosadni. Otpornost na trošenje i druga svojstva bakra nisu bila toliko visoka da bi bakreni alati i alati mogli u potpunosti zamijeniti kamene. Stoga je tijekom bakreno-kamenog doba (4. tisućljeće pr. Kr.) kamen uspješno konkurirao bakru, što se odražava iu nazivu ere. Odlučan korak u prijelazu s kamena na metal nastao je nakon izuma bronce.

Kao što znate, glavni materijal od kojeg su primitivni ljudi izrađivali alate bio je kamen. Nisu uzalud stotine tisuća godina koje su prošle od pojave čovjeka na zemlji do pojave prvih civilizacija nazvane kamenim dobom. Ali u 5-6 tisućljeća pr. e. ljudi su otkrili metal.

Najvjerojatnije su u početku ljudi tretirali metal na isti način kao i kamen. Pronašao je, primjerice, bakrene grumenčiće i pokušao ih obraditi na potpuno isti način kao i kamen, odnosno obrezivanjem, mljevenjem, prešanjem ljuskica itd. Ali vrlo brzo je postala jasna razlika između kamena i bakra. Možda su u početku ljudi zaključili da metalni grumeni neće biti od koristi, pogotovo jer je bakar bio prilično mekan, a alati koji su izrađeni od njega brzo su propali. Tko je došao na ideju taljenja bakra? Sada nikada nećemo znati odgovor na ovo pitanje. Najvjerojatnije se sve dogodilo slučajno. Frustrirani čovjek bacio je u vatru kamenčić, koji mu se činio neprikladnim za izradu sjekire ili vrha strijele, a zatim je iznenađeno primijetio da se kamenčić raširio u sjajnu lokvu, a nakon što je vatra izgorjela, smrznuo se. Zatim je bilo potrebno samo malo razmišljanja - i ideja o topljenju je otkrivena. Na području današnje Srbije pronađena je bakrena sjekira, nastala 5500 godina prije rođenja Krista.

Istina, bakar je, naravno, bio inferioran u mnogim karakteristikama čak i kamenu. Kao što je gore spomenuto, bakar je previše mekan metal. Njegova glavna prednost bila je taljivost, što je omogućilo izradu najrazličitijih predmeta od bakra, ali u pogledu čvrstoće i oštrine nije bilo moguće poželjeti. Naravno, prije otkrića, primjerice, Zlatoustovskog čelika (članak “Ruski damast čelik iz Zlatousta”) moralo je proći još nekoliko tisućljeća. Uostalom, tehnologije su nastajale postupno, isprva - nesigurnim, stidljivim koracima, pokušajima i bezbrojnim pogreškama. Bakar je ubrzo zamijenila bronca, legura bakra i kositra. Istina, kositar, za razliku od bakra, nije posvuda. Nije uzalud u davnim vremenima Britaniju nazivali "Otocima kositra" - mnogi su narodi tamo slali trgovačke ekspedicije za kositar.

Bakar i bronca postali su osnova starogrčke civilizacije. U Ilijadi i Odiseji stalno čitamo da su Grci i Trojanci bili odjeveni u bakrene i brončane oklope i koristili brončano oružje. Da, u davna vremena metalurgija je uglavnom služila vojsci. Često su zemlju orali na starinski način, drvenim plugom, a npr. odvodi su mogli biti od drveta ili gline, no vojnici su na bojno polje odlazili u jakim metalnim oklopima. Međutim, bronca kao materijal za oružje imala je jedan ozbiljan nedostatak: bila je preteška. Stoga je čovjek s vremenom naučio taliti i obrađivati ​​čelik.

Željezo je bilo poznato još u danima kada je na Zemlji trajalo brončano doba. Međutim, sirovo željezo, dobiveno kao rezultat obrade na niskoj temperaturi, bilo je previše mekano. Meteoritsko željezo bilo je popularnije, ali je bilo vrlo rijetko i moglo se pronaći samo slučajno. Međutim, oružje od meteorita bilo je skupo i bilo ga je vrlo prestižno imati. Egipćani su bodeže iskovane od meteorita koji su pali s neba nazivali Nebeskim.

Opće je prihvaćeno da je obrada željeza postala raširena među Hetitima koji su živjeli na Bliskom istoku. Oni su oko 1200. pr. e. naučio kako topiti pravi čelik. Neko su vrijeme bliskoistočne sile postale nevjerojatno moćne, Hetiti su izazvali sam Rim, a Filistejci, spomenuti u Bibliji, kontrolirali su ogromna područja na modernom Arapskom poluotoku. Ali ubrzo je njihova tehnološka prednost nestala, jer tehnologiju taljenja čelika, kako se pokazalo, nije tako teško posuditi. Glavni problem bilo je stvaranje kovačnica u kojima je bilo moguće postići temperaturu na kojoj se željezo pretvaralo u čelik. Kad su okolni narodi naučili graditi takve peći za taljenje, proizvodnja čelika započela je doslovno u cijeloj Europi. Naravno, puno je ovisilo o sirovinama. Uostalom, ljudi su tek relativno nedavno naučili obogaćivati ​​sirovine dodatnim tvarima koje čeliku daju nova svojstva. Na primjer, Rimljani su se rugali Keltima jer su mnoga keltska plemena imala tako loš čelik da su im se mačevi u borbi savili i ratnici su morali trčati u zadnji red kako bi ispravili oštricu. Ali Rimljani su se divili proizvodima oružara iz Indije. I neka keltska plemena imala su čelik koji nije bio inferioran od poznatog Damaska. (Članak “Damask čelik: mitovi i stvarnost”)

No, u svakom slučaju, čovječanstvo je ušlo u željezno doba i više se nije moglo zaustaviti. Čak ni najveće širenje plastike koje se dogodilo u dvadesetom stoljeću nije uspjelo istisnuti metal iz većine sfera ljudske djelatnosti.