Медь: факты и фактики

Мотыляев А.
(«ХиЖ», 2016, №2)

pic_2016_02_10-1.jpgПравда ли, что медь — первый металл технологической цивилизации? Деление истории цивилизации на периоды по основному материалу для изготовления инструментов, оружия и украшений предложил в начале XIX века датский собиратель древностей Христиан-Юргенсен Томсен — директор Копенгагенского нумизматического комитета, директор Художественного музея, основатель Музея северных древностей и Этнографического музея.

Согласно Томсену, сначала был каменный век, за ним бронзовый, а потом наступил нынешний, железный. Некоторые утверждают, что идея трех подобных периодов взята из античной литературы; встречается она, например, в поэме Тита Лукреция Кара «О природе вещей». Археологи установили, что бронзовому веку предшествовал медный, а железо в некоторых местностях начали использовать одновременно с бронзой. Но по-прежнему неясно, как была создана технология плавки меди.

Современные реконструкторы истории технологии рассуждают так. В природе медь часто встречается в виде самородков: она если и окисляется, то во влажном воздухе, а с водой не реагирует. Поэтому металлическая медь вполне могла оказаться в руках древних людей. Предполагается, что до возникновения кузнечного горна придавать форму самородкам меди можно было только ковкой вхолодную. Чистая медь — мягкий металл, ее можно ковать каменным молотком. Однако сковать сколько-нибудь сложное изделие из нескольких кусков никому из реконструкторов не удалось. Максимум достигнутого — булавка или наконечник для стрелы из плоских самородков, растущих в виде дендритов (это основная форма медных самородков).

Для литья нужен большой жар — температура плавления меди 1083°С, а простой костер дает лишь 700—800°С. Повысить жар можно, продувая через угли кислород хотя бы в виде воздуха. Для этого необходимо сложное устройство — горн с мехами либо печь с хорошей вентиляцией. На территории нынешней Австрии, например, такие печи строили на подветренном склоне горы, чтобы ветер раздувал жар, в Аркаиме (о котором ниже) — рядом с колодцем: предполагается, что перепад высот обеспечивал тягу. Выплавить медь случайно, бросив в походный костер руду, невозможно. И чтобы заняться изобретением горна, нужно было еще догадаться, что высокий жар позволит получить качественно новый результат: камень станет металлом. Тот безвестный мастер, который решил повысить температуру пламени и придумал, как это сделать, и стал основателем нашей технологической цивилизации. Древние греки, впрочем, считали, что это был не человек, а титан Прометей, давший людям огонь и средства обращения с ним — технологии.


Как получали и получают медь? На Земле есть три группы веществ, из которых можно получить медь, не считая самородков. Это карбонаты, оксиды и сульфиды. Самый известный карбонатный минерал меди — малахит, дигидроксокарбонат меди. Он неизбежно образуется из меди на влажном воздухе, то есть при наличии воды, кислорода и углекислого газа. Именно из гидроксокарбоната меди состоит зеленая патина, которая со временем покрывает бронзовые скульптуры и медные крыши. Возможно, карбонаты зеленый малахит, синий азурит и голубая бирюза — стали первыми минералами, из которых человек выплавил медь. Для этого нужно было разложить гидроксокарбонат и восстановить медь из получившегося оксида. Общая реакция имеет такой вид:


(CuOH)2CO3+2CO → 3CO2+2Cu+H2O


Восстановление оксидов металлурги издавна проводят с помощью вещества, которое всегда под рукой, — угля, прежде всего древесного. Сжигая его при недостатке кислорода, можно получить угарный газ, который и отберет кислород у оксида. Считается, что карбонатную руду смешивали с размолотым углем, помещали смесь в глиняный горшок и сильно его нагревали.

Основной источник меди для современной металлургии — смешанный сульфид меди и железа. Исходное содержание меди в руде невелико, менее 10%. Поэтому сначала руду дробят, обогащают — удаляют пустую породу — и получают концентрат, в котором содержится до трети меди; почти половина его — сера, а остальное — железо и в небольшом количестве прочие примеси. Далее вплоть до XVIII века применяли окислительный обжиг, полностью превращающий сульфиды в оксиды. Их сплавляли с флюсом, прежде всего кремнеземом, и так удаляли оксид железа — он переходил в шлак в виде силиката, после чего восстанавливали медь, нагревая ее оксид с размолотым углем. Медь получалась грязной, содержала до пятой части железа и в немалом количестве оказывалась в шлаке. В XIX веке процесс усовершенствовали, и теперь окислительный обжиг применяют редко — только если руда бедная и нужно удалить из нее побольше серы. Концентрат руды смешивают с пережженным углем — коксом, карбонатом кальция (в древности вместо него добавляли перемолотые кости), кварцевым песком, а затем плавят в печи, подавая снизу кислород. Реакция с углем дает необходимое тепло, в печи же сера окисляется и улетает в виде газа, а часть железа становится силикатом и переходит в шлак. Под шлаком собирается так называемый штейн — расплав сульфидов меди и железа. Печь для выплавки штейна работает непрерывно.

На третьем этапе можно окончательно избавиться и от железа и от серы. Этот способ предложил в 1866 году инженер В.С.Семенников, взяв за основу бессемеровский конвертер для выплавки стали. Конвертер — это нечто вроде огромной бочки, в которую залит расплав исходных веществ, а через него с помощью специальной трубы — фурмы продувают воздух или чистый кислород. В конвертер заливают штейн, загружают флюсы. Кислород окисляет прежде всего железо, которое переходит в шлак в виде силиката. Этот шлак время от времени сливают, а новый штейн доливают. После того как все железо выжжено, а на это требуется от нескольких часов до суток, начинается окисление меди. Образуется оксид, который сразу же вступает в реакцию с остающимся сульфидом, — жидкость в конвертере расслаивается: вниз уходит черновая медь с чистотой 96—99%, над ней располагается белый штейн с содержанием меди около 76%, выше — шлак, а в атмосферу улетает серный ангидрид.

Далее черновую медь рафинируют очищают от следов других элементов, удаляют растворенные газы. Для этого есть много способов. Один из них предусматривает опять-таки продувку воздуха для окончательного окисления и перевода в шлак всего, что может окислиться, и последующее восстановление окислившейся меди с помощью дразнения. Раньше медь дразнили, помещая в ванну с расплавленным металлом свежую древесину, теперь сквозь нее продувают паромазутную смесь или природный газ. Водяной пар и испаряющиеся углеводороды перемешивают и разбрызгивают металл, способствуя удалению растворенных в нем газов, оксид меди при этом реагирует с углеродом, угарным газом и образующимся при распаде органики водородом. Чистота металла возрастает до 99,6%, после чего можно применить электролитическую очистку. Она и дает чистую медь.


pic_2016_02_10-2.jpgГде используют медь? У этого металла множество применений, основанных на его уникальных свойствах. Например, медь отлично проводит электричество, поэтому большая ее часть в чистом виде идет на изготовление проводов, а в виде сплавов — на изготовление электрических контактов. Медь одновременно в меру прочна, пластична и мало подвержена коррозии. Неудивительно, что из нее делают всевозможные трубы: для систем отопления, водоснабжения, подачи газа, воздуха, топлива, масла в гидравлических системах, фреона в холодильниках. Говорят, что высокая пластичность не позволяет медным трубам системы отопления или водопровода лопнуть при замерзании воды. У меди высокая теплопроводность, в десять раз больше, чем у стали, поэтому из нее получаются хорошие радиаторы охлаждения или посуда. Медная кастрюля или сковородка, как и латунный тах для варенья, быстро и равномерно нагреваются, обеспечивая одинаковый нагрев пищи со всех сторон.


Что делает медь в организме человека? Это жизненно необходимый элемент, который входит в состав ферментов, регулирующих энергетический обмен, работу антиоксидантной системы, синтез коллагена и эластина, то есть материала мышц и костей, использование железа, пигментацию волос. Кроме того, есть подозрения, что медь сама по себе регулирует активность некоторых генов и влияет на формирование белков, например нарушает строение амилоидных бляшек, разрушающих мозг при болезни Альцгеймера, или, наоборот, нарушает строение прионного белка, способствуя его переходу в опасную форму.

Соответственно дефицит или избыток меди могут приводить к неприятностям. Избыток, как правило, возникает при нарушении правил охраны труда. Недостаток в клинической практике встречается крайне редко, прежде всего у недоношенных детей или у пациентов, которых кормят искусственной смесью. К числу явных проявлений дефицита меди относят анемию, нарушения развития костей, недостаток белых кровяных телец — нейтрофилов. Менее яркие проявления — нарушения обмена холестерина и глюкозы, сердечно-сосудистые нарушения, низкое давление, нарушения роста, недостаточная пигментация волос, слабая сопротивляемость инфекциям. К нарушениям обмена меди приводят и мутации. Так, известна мутация в Х-хромосоме, препятствующая усвоению меди, она замедляет рост, развитие мозга и приводит к ранней смерти. Другая мутация, в 13-й хромосоме, наоборот, усиливает усвояемость меди, которая накапливается в печени, разрушая ее.

Как ни удивительно, обоснованных норм потребления меди с пищей до сих пор нет. Авторы обзоров и 1985 года, и 2011 года пишут, что хорошо бы такие нормы установить («The Journal of the American College of Nutrition», 1985;4, 1, 83—105, «Journal of Trace Elements in Medicine and Biology», 2011, 25, 1, 3—13; doi: 10.1016/j.jtemb.2010.11.004). Однако авторы обоих обзоров сходятся во мнении, что современная диета западного человека приводит к дефициту меди, который не фиксируется клинически. За день организм теряет около 1,3 мг меди, с пищей житель стран Евросоюза получает по 0,8—1,8 мг, из них усваивается от 12 до 65%. В медицинской литературе тема устранения дефицита меди активно не обсуждается, а энтузиасты придумывают разные способы, от хранения питьевой воды в медных кувшинах до поедания коллоидной меди или прикладывания медных пластин к определенным точкам на теле. К подобным экспериментам надо относиться осторожно, поскольку медь, как все тяжелые металлы, может быть ядовита.


pic_2016_02_11.jpgЧем хороша и чем опасна медная посуда? Помимо высокой теплоемкости, медь обладает бактерицидными свойствами. Медный купорос издавна применяют для борьбы с грибковыми заболеваниями растений. В прессе встречались сообщения, что медная проволочка, продетая сквозь стебель помидора, защищает его от бича огородников — грибка фитофторы (вопрос лишь в том, сколько меди окажется в плодах). Медь входит в состав краски, которая защищают днища судов от обрастателей. Медь убивает и бактерии, и вирусы; еще в древности люди держали воду в медных сосудах, чтобы предохранить ее от порчи. Этим ее свойством пользуются и сейчас. Так, корейские исследователи установили, что если на дно бассейна с рыбами положить кусок бронзы, то через 40 часов 99,99% содержащихся в воде холерных вибрионов погибнет. Это очень актуальное открытие: в Корее и Японии принято есть сырую свежую рыбу, люди при этом часто заражаются инфекционными заболеваниями, причем в 12% случаев — именно холерой (агентство «AlphaGalileo», 9 сентября 2008 года). Эта работа показала, как полезен давний корейский обычай запускать свежую рыбу плавать в банцца — специальные сосуды из оловянистой бронзы. В другом исследовании кишечная палочка прожила в холодильнике на стальной поверхности более 35 дней, на бронзовой — 12 дней, на медной — 14 часов. При комнатной температуре эффект был сильнее: 34 дня, 4 дня и4 часа (агентство «AlphaGalileo», 20 августа 2001 года). Из этого британского исследования следует, что столы для приготовления пищи, особенно в местах общественного питания и больницах, надо делать не из нержавейки, а из меди. Коронавирус, вызывающий тяжелую простуду, живет на медной поверхности считаные минуты (агентство «AlphaGalileo», 10 ноября 2015 года). Медные ручки дверей, окон, сиденья унитазов в больницах снизили количество микробов на этих поверхностях на 70—100% (агентство «AlphaGalileo», 1 декабря 2009 года).

В общем, от медной утвари много пользы. Однако возможен и вред. Как уже было сказано, в присутствии кислорода, воды и углекислого газа медь становится гидроксокарбонатом. А он легко растворяется даже в слабом растворе кислоты. Поэтому приготовление кислой пищи в медной посуде повышает в ней содержание меди. То же происходит и при хранении. Опыты по тушению кислой капусты в медной кастрюле показали, что через два часа в продукте были лишь следы меди, через сутки — 29 мг/кг, а через двое — 59 мг/кг. Кстати, отравление, вызывающее рвоту, наступает при съедании 77—120 мг меди зараз.

Отсюда простые рекомендации: не оставляйте готовую еду в медной посуде, перед приготовлением тщательно очищайте посуду от следов патины или используйте луженую посуду, на которую изнутри нанесен слой олова. Пока полуда не истерлась, никакой угрозы нет, правда, нет и антибактериальных свойств. Посуду с поврежденной полудой надо чинить, ведь неизвестно, из чего она сделана — из чистой меди или из медного сплава, где могут быть и вредные добавки.

В семье автора этих строк рассказывают такую историю. Дед купил на рынке большой медный чайник. Воду из него до конца не сливали, а при необходимости добавляли и кипятили снова. Через некоторое время заметили, что чай из этой воды сладок и без сахара. Расследование показало, что полуда на чайнике почти исчезла. Судя по всему, чайник был сделан из латуни или бронзы с добавками свинца, или же полуда содержала свинец, а кто-то решил помыть чайник от накипи уксусом. Мог получиться сладкий ацетат свинца — алхимики называли его сахаром Сатурна. Впрочем, в современной посуде вряд ли присутствует свинец.


Что можно сделать с наночастицами меди? Многое. Прежде всего их можно добавить в краску, и она приобретет антибактериальные свойства. Существует такая краска для пола, прочная и гладкая. Выращивая углеродные нановолокна на графитовом субстрате с наночастицами меди, можно создать волокнистый материал с высокими антибактериальными свойствами — для лечения ран. Поместив наночастицы меди и цинка в оболочку из хитозанового геля и добавив полученное вещество в корм животным, можно бороться с болезнетворными бактериями без антибиотиков, то есть не провоцируя появление устойчивых бактерий. Используя мощный лазер, можно получать крупные капли меди для трехмерной печати медных узоров. Дело в том, что мелкие капли, созданные слабым лазером, быстро застывают, а крупные падают на основу в полужидком состоянии и формируют не шарики, а блины — получается более монолитная структура. Чернилами с наночастицами меди можно нарисовать электрическую схему на кремниевом субстрате, а потом лазером сплавить эти частицы в проводящий электричество монолит.


Как вырастить монокристаллы меди? Поместить стальной гвоздь в раствор медного купороса. Через неделю на нем вырастут красные медные кристаллы, а раствор станет из голубого зеленым. Это будет уже железный купорос, отличное средство для лечения хлороза — недостатка железа в растениях.


Как повысить прочность меди? Традиционный способ — добавить в нее легирующие элементы и получить бронзу или латунь. Но можно пойти другим путем — создать более мелкую структуру. Например, в 2009 году исследователи из КНР и Голландии, сделав с помощью электронапыления медную фольгу с нанометровым масштабом структуры (обычно он измеряется десятками микронов), увеличили прочность в четыре раза. Что интересно, при этом не уменьшилась пластичность («Science», 2009, 323, 5914, 607—610; doi: 10.1126/science.1167641).


Как связаны медь и графен? Не все знают, что графен получают осаждением углерода на медную подложку.


Используют ли медь как катализатор химических реакций? Да, и весьма активно. Только в 2014 году было опубликовано 500 статей на эту тему. Как указывают авторы обзора «Медный катализ в органическом синтезе» («Beilstein Journal of Organic Chemistry», 2015, 11, 2252—2253, doi:10.3762/bjoc.11.244): «Рост числа медных катализаторов связан с несколькими факторами. Во-первых, химия меди очень многогранна. В зависимости от степени окисления этот металл ускоряет реакции, включающие и полярный, и радикальный механизмы, или даже оба. Медь легко взаимодействует с гетероатомами и пи-связями, активирует конечные алкены. Во-вторых, медь — распространенный металл, катализаторы из нее обходятся дешевле, чем из переходных и благородных металлов».


Какие побочные продукты образуются при производстве меди? Поскольку сырьем служат соединения серы, при выплавке меди выделяются значительные объемы серного ангидрида. Выбрасывать его в атмосферу вредно для окружающей среды, к тому же он может стать сырьем для производства чистой серы или серной кислоты. Поэтому рядом с медным производством часто располагается сернокислотное. Кроме того, в сульфидной медной руде содержится немало сопутствующих элементов, прежде всего это тяжелые металлы и мышьяк. Часть из них оказывается в шлаке, часть —в отходящих газах, при охлаждении которых выпадает в виде пыли. Если не очистить газы от этой пыли, опять-таки будет нанесен серьезный вред живым существам в окрестностях предприятия. А если пыль отделить, собрать и переработать, то можно извлечь ценнейшие элементы. Так, редчайший рений добывают именно из пыли медного производства.

Шлам, остающийся после электролитической очистки меди, содержит неокисляющиеся примеси вроде золота, серебра, платины, свинца или теллура. Всего медная промышленность дает более двух десятков ценных элементов. Кроме уже перечисленных, это висмут, кадмий, мышьяк, селен, галлий, германий, цинк, кобальт, никель — в чистом виде либо в виде пригодных для переработки концентратов и соединений.


Когда и где началось производство меди? Самые древние медные изделия — бусины, четырехгранное шило и проволочные острые булавки — нашли на Анатолийском нагорье при раскопках холма Чайоню-Тепези в верховьях Тигра, в 40 км к северо-западу от нынешнего города Диарбекира, неофициального центра турецкого Курдистана. Начатые во второй половине XX века раскопки дошли уже до культурного слоя X тысячелетия до н. э. А металл нашли в слоях XCII и XXCVII веков до н. э. Из-за плохой сохранности невозможно определить, медь это была или бронза, и если медь, то выкованы ли они из самородков или выплавлены. Ясно одно: уже тогда существовала развитая металлургическая промышленность, способная изготавливать не только украшения, но и инструменты. За четыре тысячи лет до появления первой общепризнанной цивилизации — шумерской.

В пользу гипотезы, что это выплавленная, а не самородная медь, свидетельствует то обстоятельство, что в 15 км от холма расположено крупное медное месторождение Эргани Маден, где встречаются и малахит, и азурит, а также скопления медных шлаков разного возраста. На том же нагорье, только существенно западнее — на полпути от курортной Анталии к городу Конья, ныне знаменитому танцами вертящихся дервишей и производством керамических тарелок, —в середине XX века при раскопках холма Чатал-Хююк обнаружили поселение VIII—VI тысячелетий до н. э. Точнее, город —в нем жило до 10 тысяч человек, а плоские крыши домов, стоящих вплотную друг к другу, как соты, служили улицами. Раскопано всего несколько процентов этой территории. И там были найдены следы плавки меди — окалина и шлак. Неподалеку было крупное месторождение обсидиана, и горожане занимались производством каменной утвари — топоров, ножей, которыми обменивались с жителями побережья: в городе найдены раковины моллюсков Средиземного и Красного морей, а также злаки и кости домашних животных. Неудивительно, если знатокам горного дела посчастливилось найти способ получения меди. Интересно, что в этом неолитическом поселении было бесклассовое общество: ни в одном из полутора десятках культурных слоев, накопленных за полторы тысячи лет существования города, не найдено следов социального расслоения, а фрески на стенах домов не содержат сцен насилия.

Считается, что такая идиллия закончилась в III тысячелетии до н. э., когда медь и ее сплавы стали широко использовать для производства оружия. В городище Арслантепе в верховьях Евфрата (не так уж далеко от Чайоню-Тепези) найдены древнейшие мечи из мышьяковистой бронзы; они сделаны в XXXIII—XXXI веках до нашей эры. Примерно в это время город и был разрушен.

К началу IV тысячелетия формируются две крупные металлургические провинции. Одна охватывает Анатолию и северо-запад Ирана, другая же, Балкано-Карпатская, расположена к северу от Черного моря. На территории последней находят прежде всего бронзовые инструменты — топоры-мотыги, тёсла-долота, втульчатые наконечники. То есть никакого оружия; нет в соответствующих слоях и следов войн. Эта культура угасает как будто сама собой к III тысячелетию до нашей эры, после чего получается лакуна в 700 лет, когда люди в этой местности словно и не жили. Затем появляются следы гораздо более примитивной цивилизации, которая формирует Циркумпонтийскую металлургическую провинцию, охватывающую Балканы, Карпаты, Донбасс, Кавказ, Южный Урал. На всей этой территории делают схожие предметы из металла сходного состава — мышьяковистой бронзы: помимо долот и топоров появляются шилья, кинжалы и ножи. Эта цивилизация существует в III—II тысячелетиях до н. э., тогда же возникают сети укрепленных поселений. Например, в районе Карпат они расположены на курганах, или теллях (от этого слова происходит и арабское тель, и тюркское тюбе в названиях городов) в стратегически важных местах — на берегах рек или в местах прохода в долину. Такие курганы образуются из-за строительства новых домов на развалинах старых. Есть мнение, что чем выше курган, тем более значительным была власть этого поселения над окрестностями (агентство «AlphaGalileo», 11 января 2011 года) — ведь высота свидетельствует о древности, которая подкрепляет право определять порядки в зоне своего влияния. Обитатели укрепленных курганов, видимо, взимали таможенную пошлину за провоз товаров по реке и дорогам, могли посредничать в торговле между регионами, занимавшимися сельским хозяйством, ткачеством, гончарным, пушным промыслом и обработкой металлов. Окрестности они держали под контролем силой оружия. Примером такого поселения может служить курган Сазхоламбатта-Фольдвар в Венгрии на берегу Дуная; город там был с XX по XIV век до н. э. К середине II тысячелетия и эта культура прекращает свое существование.

Даты знакомые — время действия героического древнегреческого эпоса, который заканчивается в XIII веке до нашей эры Троянской войной и упадком всех тогдашних великих цивилизаций, хеттской, египетской, микенской и финикийской, — так называемой катастрофой бронзового века. Лишь спустя несколько столетий начнется история Древней Греции с ее философами, поэтами, стратегами и городами-государствами. Но это будет уже железный век.

pic_2016_02_13.jpg

Древний город Чатал-Хююк раскинулся на склоне близ потухшего вулкана



Что такое Каргалы? Это древнейший металлургический памятник на территории РФ — медные рудники бронзового века к северо-западу от Оренбурга. В ходе раскопок 1989—2002 годов под руководством доктора исторических наук Е.Н.Черных из Института археологии РАН там были обнаружены следы производственной деятельности, которая началась в IV тысячелетии до н. э., затем угасла, возобновилась в XVIII веке до н. э. и опять прервалась в XIV веке до н. э. Снова об этом месте вспомнили уже в XVIII веке н. э. и тогда их называли ордынскими и чудскими рудниками. На территории комплекса помимо шахт есть древние жилища металлургов — и примитивные норы, и обширные дома, а также печи, рудные дворы более позднего периода. Считается, что медь из Каргалы, входившей в Циркупонтийскую провинцию, распространялась по огромной площади и достигала не только Волги, но и Донбасса, и нижнего течения Днепра. Поскольку для выплавки меди нужно много древесного угля, а оренбургская степь лесом не богата, археологи предполагают, что значительную часть руды отправляли на экспорт, в лесные районы, получая оттуда уголь. На территории есть гора из нескольких миллионов костей домашних животных — не исключено, что их тоже меняли на руду или медь. Значит, в этих степях с глубокой древности существовали и региональное разделение труда, и торговые отношения, то есть была развитая технологическая цивилизация.


Связаны ли Аркаим и Каргалы? После находки Синташты в 1968 году, Аркаима в 1987-м и еще двух десятков подобных объектов в 1990—2000-х годах появились термины южноуральская «Страна городов», или синташтско-аркаимская культура, а среди специалистов и энтузиастов не умолкают споры о роли, которую играли эти древнейшие города мира. «Страна городов» занимает круг диаметром 350 км на территории Оренбургской, Челябинской областей, Башкирии и Северного Казахстана. Основаны эти города в III—II тысячелетиях до н. э., причем самый старый объект относят к XXXVII веку до н. э. Хорошо изученный Аркаим сгорел в XVII веке до н. э. и не был отстроен заново. Города, как правило, стоят на берегах рек. Все они округлые или овальные в плане, с общей стеной, рвом и центральной площадью, внутри стены расположены однотипные строения — жилые помещения, загоны для скота, мастерские. Во многих из них были печи, как гончарные, так и явно металлургического предназначения.

Все это дает повод утверждать, что найдены древние металлургические комплексы, где переплавляли каргалинскую руду и отправляли готовые изделия или полуфабрикаты водным путем. Возможно, когда-нибудь ученые смогут подтвердить или опровергнуть эти измышления — большинство городов найдено по данным аэрофотосъемки, и раскопки там не проводились.


Что такое бронза? Это распространенная группа сплавов меди. Легирующими элементами бронзы в древности служили мышьяк, олово, свинец. Сейчас появились алюминиевая, бериллиевая, кремнистая и другие бронзы. Добавки легирующих элементов увеличивают прочность основного металла либо улучшают его технологичность. Например, снизить температуру плавления и повысить текучесть расплава важно при использовании сплава для литья.

Порой для экономии дефицитное олово заменяли сурьмой или свинцом. Сейчас свинцовистые бронзы служат в качестве антифрикционных материалов. Оловянистую бронзу и сегодня широко используют — везде, где нужен относительно мягкий металл с высокой стойкостью к коррозии в воде. Это и сетки для целлюлозно-бумажной промышленности, и различные пружины, втулки подшипников, поршни, шестеренки, вентили для водопроводов и газопроводов, детали химического оборудования. Конкуренцию оловянистой составляют алюминиевые и кремнистые бронзы. Например, из алюминиевой бронзы делают монеты желтого цвета — такая бронза дешевле оловянистой.

Самая прочная бронза — бериллиевая, она может посоревноваться со сталью. Изделия из нее прекрасно сопротивляются микродеформации: полностью восстанавливают свою форму после снятия нагрузки. Это незаменимый сплав для изготовления пружин, пружинных контактов в электротехнике, различных мембран. Кроме того, при ударе инструмент из бериллиевой бронзы не дает искры — такой инструмент незаменим при работе с огнеопасными материалам: в газовой и нефтяной промышленности.


Что такое латунь? Это группа сплавов меди с цинком; латунь обычно содержит две части меди и одну часть цинка, при этом получается однородный твердый раствор, поскольку цинк хорошо растворяется в меди. Бывают и двухфазные латуни. Сплав красивого желтого цвета похож на золото, к тому же легко деформируется. Римляне, создавшие латунь в I веке до н. э., то есть на закате республики, чеканили из него «золотые» монеты. По прочности и коррозионной стойкости латунь несколько уступает бронзам, однако цинк дешевле, чем медь или олово. Латунь идет на декоративные изделия, например элементы сантехники, дверные ручки, вешалки, применяют ее при производстве подшипников, нержавеющих гаек, болтов, в судостроении и при изготовлении боеприпасов: гильзы патронов и снарядов латунные. Из нее также делают самовары и тазы для варки варенья. Кроме того, латунь очень вязкая, поэтому из нее изготовляют навесные замки и личинки для врезных замков: вязкий металл трудно пилить или сверлить.


Что такое мельхиор? Этот сплав на основе меди содержит 5—35% никеля, менее 0,8% железа и менее 1% марганца, он — дешевая замена серебру. Сплав, созданный в 1819 году, был назван по фамилиям изобретателей, лионских мастеровых Майо и Шорье — Maillechort, мельхиором он стал в немецком произношении. Его дешевый аналог нейзильбер (от немецкого Neusilber, то есть новое серебро) содержит 5—30% никеля, 13—45% цинка и иногда свинец. Из обоих сплавов делают посуду, причем столовые приборы из нейзильбера надо серебрить, иначе возникает металлический привкус. Из них же изготовляют монеты серебристого цвета (сейчас в РФ, впрочем, часто используют монеты из стали), ордена и медали, а также технические детали с высокой коррозионной стойкостью. Поскольку никель прекрасно растворяется в меди, эти сплавы представляют собой твердый раствор, то есть они пластичны, из них легко ковать и штамповать изделия. Не исключено, что благодаря присутствию меди ножи и вилки из мельхиора, подобно серебряным, обладают бактерицидными свойствами.

123

Разные разности

10.01.2022 17:00:00

…согласно Каталогу ледников России, площадь 22-х ледниковых систем по сравнению с 1965—1982 гг. уменьшилась на 5594 км2, или на 9,3%

…нападения больших белых акул на человека – всего лишь результат ошибки их зрения, которому недоступны детали и оттенки цветов

…дети, наблюдающие, как взрослые едят сырую брокколи с положительной мимикой, то есть с явно выраженным удовольствием, более чем в два раза чаще и больше пробовали и съедали этот овощ…


>>
29.12.2021 16:00:00

Ученые из Университета Вашингтона в Сент-Луисе решили проверить, могут ли мошенники воспользоваться генетическими данными и подделать на их основе внешность человека.

>>
27.12.2021 12:00:00

Согласно расчетам коллектива европейских климатологов, если ничего не менять в текущей экологической политике, то потепление к концу века будет 2,3—2,9°С, а если выполнить взятые обязательства, то 2,2—2,7°С.

>>
21.12.2021 12:00:00

…на Луне найдены холодные ловушки углекислого газа, сосредоточенные вокруг южного полюса Луны…

…«пиксели» слоя черного фосфора толщиной в три атома могут быть в 20 раз меньше, чем у жидкокристаллических дисплеев, но при этом будут реагировать на входные данные в миллион раз быстрее…

…в анализах проб из Японского моря был найден и описан новый вид голожаберных моллюсков Eubranchusmalakhovi sp.n., который назвали в честь заведующего кафедрой зоологии беспозвоночных МГУ, академика РАН В.В. Малахова

>>
17.12.2021 17:00:00

Международная группа зоологов решила обучить телят гигиене. Для этого они вознаграждали каждого теленка после посещения туалета, и те вскоре привыкли справлять нужду в отведенном для этого месте.

>>