Выступление на студенческой конференции. Тема: «Бронзовый век. История одного металла. Открытие меди и ее сплавов».
творческая работа учащихся на тему

Областное государственное автономное  образовательное учреждение

среднего профессионального образования

                   «Белгородский машиностроительный техникум»

Тема: «Бронзовый век. История одного металла.

Открытие меди и ее сплавов».

Автор: студент Губарев Евгений

группа № 16

профессия «Сварочное производство»

Руководитель: Шахбанова В.И.

г. Белгород  

Цель выступления:

 Рассказать о значении открытия меди и ее сплавов для развития техники. Обратить внимание на применение чистой меди и сплавов в древние века и  в электротехнике и электронике на современном этапе, а также на использование латуней и бронз в машиностроении. Особое внимание уделить на свойства меди и ее сплавов, учитывая знания химии и физики.

Историческое деление цивилизаций.

Каменный век – Медный век – Бронзовый век – Железный век.

Введение.

Так уж случилось, что в одной подгруппе оказались медь, серебро и золото: элементы- ровесники цивилизации. Все они в разное время выступали в качестве конечного мерила ценностей, проще говоря, денег. Из этих металлов ковали оружие, делали домашнюю утварь и украшения. В наши дни медь, серебро и золото в самой гуще технического прогресса. Физик подчеркнёт их непревзойдённую тепло и электропроводность. Ваятель отметит пластичность и красивый внешний вид. Его поддержат ювелир и чеканщик, а химик непременно вспомнит о благородной инертности и высокой коррозионной стойкости этих металлов.

История меди.

Медь известна с незапамятных времён и входит в «великолепную семёрку» древнейших металлов, используемых человечеством, это золото, серебро, медь, железо, олово, свинец и ртуть. По археологическим данным, медь была известна людям уже 600 лет назад. Она оказалась первым металлом, заменившим древнему человеку камень в первобытных орудиях труда. Это было начало так называемого  медного века, который длился около 2000 лет. Из меди выковывали, а потом и выплавляли топоры, ножи, булавы, предметы домашнего обихода.

По преданию, античный бог-кузнец Гефест выковал для непобедимого Ахилла щит из чистой меди. Камни для 147-метровой пирамиды Хеопса.

Сейчас невозможно установить, когда человек впервые познакомился с медью.

Во всяком случае, около 3000 лет до н. э. египтяне уже могли делать из неё проволоку. В природе медь встречается иногда в самородном состоянии, и это облегчило добычу древним мастерам. Они умели каменными инструментами выковывать из этого металла различные изделия. Позднее стали разрабатываться медные копи, которые были разбросаны по всей планете: и в Северной Америке на берегах Великих озёр, и в Азии на Синайском п-ове, и в Европе на территории теперешней Австрии, и на о-ве

Кипр. По мнению специалистов, латинское наименование металла "купрум" произошло от названия этого острова. Привычное русскому уху имя металла  "медь", вероятно, пошло от старославянского "смида", что означало металл вообще.  С помощью каменного топора впоследствии, был изготовлен медный топор. Таким образом, медь стала одним из первых  металлов, который человек начал применять в своей сознательной деятельности.

Физические свойства.

 Металлы подгруппы  меди обладают довольно высокими температурами плавления. Металлы подгруппы меди обладают, по сравнению со щелочными металлами, большей твердостью. Объясняется это увеличением электронной плотностью и отсутствием “зазоров” между ионами-атомами. В Академии Наук СССР была получена медь без нарушения в кристаллической решетке. Как оказалось такая медь в сто раз прочнее, чем обычная.

 Цвет меди и её соединений.

 Красный цвет обусловлен следами растворенного в ней кислорода. Оказалось, что медь, многократно возогнанная в вакууме (при отсутствии кислорода), имеет желтоватый цвет. Медь в полированном состоянии обладает сильным блеском. При повышении валентности понижается окраска меди, например CuCl – белый, Cu2O – красный, CuCl + H2O – голубой, CuO – черный.

Электропроводимость.

Медь обладает наибольшей (после серебра) электропроводимостью, чем и обусловлено её применение в электронике.

Отношение к кислороду.

Медь проявляет к кислороду незначительную активность, но во влажном  воздухе     постепенно окисляется и покрывается пленкой зеленоватого цвета, состоящей из карбонатов меди.

Взаимодействие с водой.

Медь при отсутствии кислорода с водой практически не взаимодействует. В     присутствии кислорода медь медленно взаимодействует с водой и покрывается     зеленой пленкой гидроксида меди и основного карбоната

Взаимодействие с кислотами.

Находясь в ряду напряжений после водорода, медь не вытесняет его из кислот. Поэтому соляная и разбавленная серная кислота на медь не действуют. Однако в     присутствии кислорода медь растворяется в этих кислотах с образованием     соответствующих солей.

Применение меди

         Медь издавна применялась в строительстве: древние египтяне строили медные водопроводы; крыши средневековых замков и церквей покрывали листовой медью, например знаменитый королевский замок в Эльсиноре (Дания) покрыт кровельной медью.

Из меди изготовляли монеты и украшения. Благодаря малому электрическому сопротивлению медь является главным металлом электротехники: больше половины всей получаемой меди идёт на производство электрических проводов для высоковольтных передач и слаботочных кабелей. Даже ничтожные примеси в меди приводят к повышению её электрического сопротивления и большим потерям электроэнергии.

Медной жестью обшивают корпуса кораблей. Высокая теплопроводность и сопротивление коррозии позволяют изготовлять из меди детали теплообменников, холодильников, вакуумных аппаратов, трубопроводов для перекачки масел и топлив и пр. Широко используется медь и в гальванотехнике при нанесении защитных покрытий на стальные изделия. Так, например, при никелировании или хромировании стальных предметов на них предварительно осаждают медь; в этом случае защитное покрытие служит дольше и эффективней. Медь используют также в гальванопластике (т. е. при тиражировании изделий методом получения их зеркального отображения), например при изготовлении металлических матриц для печатания денежных  купюр, воспроизведение скульптурных изделий.  

 Сплавы меди.

 Бронза

Древние металлурги научились добывать медь из руд и вносить в неё добавки, улучшающие свойства сплава. Так, смешав медь с оловом, они получили бронзу. Это был настолько важный этап в человеческой истории, что мы называем его бронзовым веком. Необычно простой способ получения сплава (пламя костра расплавляет смесь олова и меди) позволил мастерам изготовлять из него различные инструменты, орудия труда и, конечно же, оружие.

        Бронза твёрже меди, устойчива на воздухе, хорошо перерабатывается в различные изделия, но более легкоплавка. Особенно качественные сплавы умели получать древние греки, жители Месопотамии, японские мастера. Поэтому совсем не случайно возвышение и закат государств были непосредственно связаны со степенью развития металлургии. Изделия из бронзы были в ходу у древних египтян, ассирийцев, этрусков. Прекрасные бронзовые статуи отливали в Греции и Риме; многие из них сохранились до настоящего времени, например знаменитая конная статуя Марка Аврелия в Риме или одно из семи чудес света Колосс Родосский. Для скульптурных произведений, стоящих на открытом воздухе, особенно в местах с влажным климатом, бронза предпочтительна потому, что со временем на её поверхности появляется плотный зеленовато-коричневый налёт-патина, которая защищает металл от дальнейшего окисления. Также бронзой оковывали щиты римских легионеров. Именно из бронзы отлиты воспетый

А. С. Пушкиным  "Медный всадник" в Санкт-Петербурге и памятник Минину и Пожарскому на Красной площади в Москве. Благодаря особым механическим свойствам и хорошим  литейным качествам бронза идеальный металл для отливки колоколов, обладающих громким и красивым звуком. Всем известен гигантский "Царь-колокол" в Московском Кремле весом почти 202 тонны, отлитый в 1733-1735 годах русскими мастерами

И. Ф. и М. Ф. Матрониными. Из бронзы в старину делали также пушки; самая большая из них "Царь-пушка" (39,3 т) предназначалась для обороны

Московского Кремля и была отлита мастером А. Чоховым в 1586 г. Царь-колокол был отлит по приказу императрицы Анны  Иоанновны в 1733-1735 гг. московскими литейщиками Иваном  Моториным и его сыном Михаилом вместо разбившегося в 1701 г. во время пожара Большого Успенского колокола. Памятник мещанину Кузьме Минину и князю Дмитрию Пожарскому создан по проекту художника И. П. Мартоса и отлит из бронзы литейным мастером Академии Художеств В. П. Екимовым, открыт 20 февраля 1818.П. К. Клодт. Статуя на Аничковом мосту в П. К. Клодт. Одна из четырех бронзовых статуй, Санкт-Петербурге. И сейчас из бронзы отливают скульптуры, изготавливают люстры, канделябры, подсвечники, а также детали различных механизмов (например, подшипники). Как и много веков назад, для получения бронзы медь и медный лом сплавляют с оловом.

Только уже не в земляных , а в современных электрических печах. Чтобы при плавлении медь и олово не окислялись, а бронза отличалась особой прочностью, в шихту перед литьём добавляют соединения фосфора. Из-за дефицита олова и его высокой цены оловянная бронза постепенно вытесняется другими бронзами, гл. обр. алюминиевой. Алюминиевая бронза, содержащая до 11% Аl, обладает хорошими механическими свойствами, устойчива в морской воде и даже в разбавленной соляной кислоте. Этот очень прочный сплав идёт на изготовление трубопроводов, деталей паровых турбин и авиационных двигателей и др. Из алюминиевой бронзы в России чеканили "медные" монеты с 1926 по 1957гг. Из свинцовой бронзы делают подшипники для тепловозов, судовых двигателей, водяных турбин. Исключительно прочна и долговечна бериллиевая бронза, которая благодаря упругим свойствам служит материалом для пружин, практически не знающих усталости (выдерживают до 20 миллионов циклов нагрузки).

Латунь.

Латунь- это сплав меди с цинком. Хотя цинк был открыт только в средние века, латунь была известна ещё древним римлянам, которые получали её плавкой медных руд с цинковыми без доступа воздуха. Для придания латуни нужных свойств в её состав в её состав часто вводят в небольших количествах такие легирующие металлы, как Al, Mn, Ni, Fe и др. Латунь плавится легче, чем медь, но она твёрже её. Латунь хорошо куётся, прокатывается в листы, штампуется, вытягивается в проволоку и отлично полируется(до зеркального блеска). Изделия из неё поддаются закалке. При необходимости латунь можно наносить на поверхность других металлов электрохимическим методом. Немаловажно, что латунь значительно дешевле меди.

Используют латунь в машиностроении и электротехнике; из неё делают детали различных механизмов, водопроводные и газовые краны, радиаторные трубы, дверные ручки, петли патронные гильзы. Латунь с добавкой алюминия по внешнему виду похожа на золото, из неё изготовляют значки, эмблемы, медали. Если цинка в сплаве относительно мало (до 18%), латуни имеют красноватый оттенок. Например, латунь с содержанием до 10% цинка называется томпаком; из этого сплава с 1961 по 1991 в России чеканили «медные» монеты, достоинством от 1 до 5 копеек. Сплавы с большим содержанием цинка (до 50%) - жёлтого цвета и называются собственно латунями. Они прекрасно обрабатываются вальцеванием, прессованием и протяжкой, из них получают добротные отливки.

Другие сплавы.

Из других сплавов отметим монель-мельхиор (50 - 70% меди,15 - 25% никеля и цинка с добавками свинца, олова и железа) раньше применялсядля изготовления столовых приборов и украшений "под серебро". Благодаря своей высокой коррозийной стойкости и прочности, хорошей пластичности сейчас применяется в химической, судостроительной, медицинской, нефтяной, текстильной и др. отраслях промышленности.

А вот константан, манганин, хромель и копель почти не изменяют своего сопротивления при значительных колебаниях температуры и поэтому верой и правдой служат в электротехнике для изготовления термопар – очень чувствительных приборов, измеряющих температуру. Также из хромеля и копеля изготавливаются компенсационные провода, реостаты, детали нагревательных устройств. Из манганина изготовляют эталонные резисторы и элементы измерительных приборов.

Выводы:

Значение открытия меди и ее сплавов сложно сразу оценить. Бронзовый век продвинул развитие человечества далеко вперед. Впервые деревянные инструменты заменились металлическими, впервые получили металлические монеты, заменившие золотые. Благодаря своим свойствам медь  сейчас занимает ведущее место в электротехнике и электронике. Сплавы меди из-за высоких литейных свойств применяются в технике.