Металлы и сплавы у древних народов

Содержание

Значение огня для древнего человека

Крупнейшим приобретением человека на первых ступенях периода его развития был огонь. С ним люди могли познакомиться при пожарах, происходивших от молнии. При таких пожарах они могли наблюдать также действие огня на животных, что дало возможность использовать его не только для зашиты от холода, но и для приготовления пищи.

Значение огня для древнего человека

Таким образом огонь стал могучим орудием в борьбе человека с природой. Значение огня сделалось еще большим в связи с открытием (примерно 400 тыс. лет назад) способов для добывания его трением или высеканием искр.

Все основные орудия производства выделывались в те времена, главным образом, из камня. Каменные орудия употреблялись человеком в течение сотен тысяч лет. В поисках камней, наиболее пригодных для изготовления орудий, человек мог наткнуться на самородные металлы: золото, серебро и медь.

Камень и металл

В доисторические времена эти металлы могли использоваться лишь для изготовления украшений и, может быть, для предметов домашнего обихода, а оружие и орудия человек делал из камня.

Но развитие земледелия требовало введения более совершенных орудий, которых нельзя было изготовить из камня. Так как самородных металлов не могло хватить даже для частичного удовлетворения потребностей, человек стал использовать факт изменения руды на огне.

Благодаря введению выплавки металлов из руд металлургическое производство в II тысячелетии до н. э. выделяется в особую отрасль хозяйственной деятельности. Это производство настолько двинулось вперед, что появилась возможность изготовления сельскохозяйственных орудий из металла.

а — орудия из бронзы: б — из железа

Усовершенствование орудий обработки земли создавало возможность для роста сельского хозяйства и требовало привлечения рабочей силы со стороны. Средством для захвата рабочей силы являлись войны.

Но для войны требовалось хорошее оружие и хорошие средства защиты. Таким образом рост металлургии был необходим и для удовлетворения военных нужд.

Существенным препятствием в увеличении размеров металлургического производства была опять-таки нехватка рабочей силы. Выходом из положения явилось использование даровой рабочей силы — рабов.

Применение силы рабов было настолько выгодным, что владельцы не задумывались над усовершенствованием чрезвычайно примитивных орудий труда. Раб был закабален и измучен этими орудиями, а потому старался портить их.

Рабовладелец же давал ему наиболее грубые, наиболее неуклюжие орудия труда, которые как раз вследствие своей грубости и неуклюжести труднее поддаются порче.

Золото и серебро

Чтобы дать представление об условиях, в которых работали рабы, приведем описание добычи золота греческого историка Диодора Сицилийского (l в. до н. э.).

«В Египте, на границе Аравии и Эфиопии, находится страна, изобилующая золотыми рудниками. Земля черного цвета…, и в этой земле надсмотрщики над рудничными работами с помощью большого количества рабочих добывают золото.

Этими рабочими по преимуществу являются осужденные преступники, военнопленные…, различные группы несчастных, которых цари Египта по обыкновению посылали в рудники…, чтобы отомстить за преступления, совершенные осужденными, так и для того, чтобы извлечь большие доходы из плодов их пота. Несчастные… все закованы, принуждаются к работам день и ночь, без отдыха».

Даже женщины, дети и старики должны были носить к огню огромные глыбы земли. Под влиянием огня эти глыбы растрескивались, а потом обрабатывались руками, пока не получатся мелкие обломки.

Для промывания их «… отводят воду на протяжении 100 и миль и более. Падение воды должно быть стремительным. Для этого проводят ее по самым высоким местам… При начале падения воды на краю горы выкапывают водоем… У каждого водоема имеется по 5 шлюзов…

Акведук

Когда порода, содержащая золото, приготовлена для промывки, вода из шлюзов устремляется с такой силой, что откатывает обломки скал.

Внизу выкапывают каналы, по которым вода должна течь дальше, и заваливают их кучами терновника, который имеет шероховатую поверхность и благодаря этому удерживает золото.

Терновник высушивается и сжигается, а зола от него промывается на подстилке из плотного дерна, на котором и оседает золото». (Плиний Старший – выдающийся римский писатель и ученый, род. в 23 – 79 гг. н. э.)

Хотя золото добывалось с большим трудом, добыча его, как указывает Геродот (484 — 425 гг. до н. э.) достигла 20 – 30 тонн в год. К этой цифре нужно, правда, отнестись с большим сомнением, но тем не менее необходимо констатировать наличие большой потребности в золоте, которая вызывалась очень ценными его свойствами: большой химической стойкостью и тягучестью.

Золотой меч скифов

Эти свойства делали возможным применение золота для изготовления изящных вещей путем покрытия моделей тонкими листочками металла. Предварительно золото очищалось от примесей путем сплавления со свинцом, оловом, поваренной солью и ячменными отрубями.

Но этот способ не давал возможности очистить золото от серебра. Последнее давало с ним сплав, известный под названием электрона или озема.

Электрон до начала первого тысячелетия до н. э. стоил дешевле серебра, добывавшегося в очень небольших количествах и ценившегося поэтому дороже золота.

Но с IX — VIII вв. до н. э. производство серебра довольно значительно возросло, особенно в Греции. Из греческих рудников наибольшее значение имели Лаврийские, где уже с VI в. дли извлечения свинцового блеска, в котором содержится серебро, приступили к вырубке галерей высотой до 1 м. Несколько позже начали вырубать шахты — колодцы глубиной от 35 до 119 м.

Рытье шахт представляло очень тяжелый труд, так как производилось оно с помощью таких неуклюжих орудий, как кайло, клин, лопата. Этими же орудиями рабы отбивали куски руды.

Руда сортировалась, и пригодные для обработки куски извлекались на плечах раба на поверхность, а непригодные предназначались для крепления шахт. На поверхности руда измельчалась в ступах или мельницах.

За обработкой руды следовала ее промывка и высушивание. Затем руда помещалась в плавильную печь вместе с древесным углем и флюсами. Уголь зажигали, и под влиянием высокой температуры свинцовый блеск при взаимодействии с кислородом воздуха давал окись свинца и сернистый газ.

Окись свинца тотчас же взаимодействовала с углем. Образовавшийся в результате реакции свинец, содержавший серебро, выбирали через нижнее отверстие в печи.

Последним этапом обработки было отделение серебра от свинца. Крупный французский археолог Ардальон предполагает, что образующийся при этом металл стекал в нижнее отделение печи, где он сильно нагревался. При высокой температуре свинец окислялся, а серебро лишь расплавлялось.

Из окиси получали свинец восстановлением углем, а серебро выливали в формы, и получившиеся слитки употребляли для изготовления украшений и чеканки монет.

Медь и бронза

В очень отдаленные времена в качестве денег применяли самородную медь, встречавшуюся в Египте, Палестине, Испании, Америке. С медью человек познакомился 6 — 7 тыс. лет тому назад.

Но самородной меди нахватало, чтобы хоть частично заменить трудно обрабатываемый камень. Тут человеку пришло на помощь открытие выплавки меди из руд: окиси меди (CuO), закиси меди (Cu₂O), и малахита – Cu(OH)₂ CuCO₃. — Cu2CO3(OH)2.

Малахит.

Сравнительно легкая способность этих руд восстанавливаться позволила выплавлять медь в большом количестве. Увеличение производства меди позволило в значительной мере заменять ею камень при изготовлении орудий труда. Камень в некоторых отраслях производства перестали применять совсем в связи с открытием сплава меди с оловом — бронзы.

Можно думать, что бронза была открыта случайно, при обжиге руды, содержащей и соединения меди и соединения олова. Но этот метод получения бронзы не являлся единственным. Кроме него, можно указать на получение бронзы путем сплавления меди с оловом.

Олово для этой цели добывалось, главным образом, из оловянного камня (двуокись олова). Оловянный камень смешивали с углем и помещали в печь, представлявшую собой бамбуковую корзину, тщательно обмазанную слоем глины. В стенках корзины были особые отверстия, через которые продувался воздух, ускорявший течение процесса.

В результате через несколько часов образовывался жидкий металл. Его собирали в специальные котлы и употребляли для чеканки монет, изготовления украшений и т. д. Для изготовления орудий труда олово не годилось из-за его мягкости. Гораздо более выгодными механическими свойствами обладала бронза, которая давала пригодные орудия и оружия.

Очень велико значение бронзы в античном искусстве. Листами ее, по описанию греческого писателя II в. Павзания, «покрывали статуи, как платьем». На одну статую часто шло много листов, в этом случае их скрепляли гвоздями.

Употреблявшаяся для литья бронза содержала до 14% олова, лишь в некоторых случаях содержание олова превышало эту цифру. Большой процент олова делал бронзу более мягкой, а, следовательно, и более доступной для обработки: такая бронза могла легко обрабатываться на токарном станке.

Железо

Железо стало служить человеку, последнее и важнейшее из всех видов сырья, сыгравших революционную роль в истории…

Железо создало обработку земли на крупных площадях, обеспечило расчистку под пашню широких лесных пространств; оно дало ремесленнику орудия такой твердости и остроты, которым не мог противостоять ни один камень, ни один из известных тогда металлов.

С этим ценным металлом человек познакомился около 5 тыс. лет тому назад. В те отдаленные времена люди использовали лишь метеорное железо, которое добывалось с большим трудом и в очень незначительных количествах. Поэтому утверждение Страбона, что у одного арабского племени 10 фунтов золота отдавались за 1 фунт железа… отнюдь не кажется неправдоподобным.

Окончательное вытеснение камня железом относится к началу первого тысячелетия до н. э. В это время, как показывают материалы раскопок и литературное наследство, из железа изготовляли ножи, топоры, наконечники для копий, мечи, простейшие плуги и т. д.

Большое количество перечисленных предметов было найдено в Сирии при раскопках древнего города Джерара. Материалы раскопок позволяют считать Сирию местом, где производство железа стояло на наибольшей высоте.

Наряду с Сирией железоплавильное дело было хорошо поставлено у африканских племен. Печи африканцев представляли собой четырехметровые башни, сложенные из комьев глины. В печь, наполненную бурым железняком и углем, продувался воздух с помощью мехов, достигавших в высоту 3 м.

Продувание продолжали до образования железа, затем железо или выбирали из печи, или продолжали нагревать в присутствии угля. Во втором случае оно могло растворить такое количество углерода, которое достаточно для образования стали.

Указания на производство и применение стали имеются у Аристотеля и у других авторов. У Гомера есть ссылка на закалку стали:

«… Расторопный ковач, изготовив топор или секиру,

В воду металл (на огне раскаливши его, чтоб двойную

Крепость имел) – погружает…»

Слово, которым обозначали процесс закалки, можно перевести русским словом «заколдовывать». Такое название свидетельствует, что закалка казалась древним мастерам явлением таинственным и что применялась она бессознательно.

Но тем не менее, она была широко распространена и использовалась там, где нужно было получить сталь, обладающую большой механической прочностью.

Указание на очень твердое железо есть у Плиния, в его «Естественной истории»:

«Некоторые области производят… хрупкое железо» — сталь или чугун?

Многие авторы считали чугун детищем средневековья, но сейчас эта точка зрения должна быть пересмотрена, так как ряд данных подтверждает употребление чугуна в античные времена. Так, исследования китайского философа и историка Ханга показали, что чугун вошел в Китае в употребление в последние века первого тысячелетия до н. э.

Из чугуна делали колонны в храмах, столбы, применявшиеся при постройке мостов, были, наконец, найдены и более мелкие чугунные изделия, изготовление которых относится ко II веку до н. э.: печи и чаны, служившие для выпаривания воды при получении соли.

Таким образом железо стало применяться во всех отраслях хозяйства и сыграло поэтому действительно революционную роль в истории человечества.

Ртуть

Как описывает греческий ученый Теофраст (371 — 286 до н. э.), этот жидкий металл получался при действии на киноварь меди и уксуса. Диоскорид (середина I в. н. э.) рекомендует получать ртуть в перегонном аппарате при подогревании смеси киновари железа.

Об этих способах упоминает и Плиний:

«Или киноварь толкут пестами в медной ступке с уксусом, или помещают ее в железной чашке на глиняное блюдо, покрывают другой чашкой, которую замазывают глиной, раскаливают на огне, раздуваемом с помощью меха, и собирают осевший на часике пот, который имеет вид серебра и подвижность воды» (за эту подвижность ртуть называли тогда «живым серебром»).

Образующуюся ртуть очищали продавливанием через шкуру и применяли для различных целей.

«Без нее нельзя, например, как следует позолотить ни серебра, ни меди; также, когда платье, вышитое золотом, износится, обветшает и станет негодным, то лоскутья его жгут на огне, положив в глиняную посуду; оставшийся пепел бросают в воду и добавляют туда ртути, которая вбирает в себя все крупинки золота…

Затем, слив воду, ртуть наливают лоскут и жмут ее там руками: тогда ртуть просачивается наружу сквозь редину лоскута…, а внутри его от этого отжимания остается чистое золото».

Цинк. Сурьма. Соединения щелочных металлов

Чистый цинк не был известен древним народам, но сплав его с медью — латунь имел очень широкое распространение. Выдающийся греческий мыслитель Аристотель (384 — 322 до н. э.) считал латунь сплавом меди с особой землей «кадмия». Латунь имела большое значение в художественном литье, изготовлении украшений и предметов домашнего обихода.

Сурьма из-за своей хрупкости широкого применения иметь не могла, да и получалась она лишь в небольшом количестве при обжиге сурьмяного блеска.

Щелочные металлы не были известны древним, но соединений их имели огромнее значение. В качестве примера можно привести соду, употреблявшуюся для изготовления стекла или поваренную соль.

Последняя известна с древности как соединение, без которого «нельзя представить приятной жизни; соль является настолько необходимым началом, что понятие ее перенесли также на духовные удовлетворения, отсюда… все приятности жизни, равно как и высшую степень радости, нельзя лучше обозначить никаким другим словом» (Плиний).

О способах добычи этого соединения рассказывают книги, относящиеся к I в. н. э. Процесс велся очень просто: наливали в большие сосуды морскую воду и ставили на солнце. В результате испарения воды концентрация соли увеличивалась до тех пор, пока раствор становился насыщенным. После этого дальнейшее испарение вызывало кристаллообразование.

Таким способом добывали очень большое количество соли, спрос на которую был громадным.

Не меньшая потребность ощущалась в негашеной извести, которая была известна человеку с очень древних времен. Первое знакомство с окисью кальция было случайным: древние могли готовить пищу на кусках известняка, который под влиянием высокой температуры разлагался с образованием негашеной извести и углекислого газа.

Получавшаяся окись кальция после дождя превращалась в густую массу, которая при высыхании затвердевала. Это свойство было использовано архитекторами.

Таким образом получение металлов и их соединений уже в древности было тесно связано с самыми различными отраслями производства.

Полянский Н. Г.