شاید بدون اغراق بتوانیم با اطمینان بگوییم که فلز رایج ترین ماده است که بشریت به طور فعال از آن نه تنها در تولید، بلکه در زندگی روزمره نیز استفاده می کند. اگر در دوران بدوی، زمانی که فلز به تازگی وارد زندگی بشر شده است، مردم هنوز می توانستند به راحتی بدون آن کار کنند، امروزه حتی یک نفر نمی تواند بدون فلز کار کند. از این گذشته، استفاده از آن در اشکال مختلف به سادگی در ساخت و ساز راه و مسکن، مهندسی مکانیک و سایر صنایع ضروری است. شرکت ما برچیدن ساختمان ها و سازه های فلزی را انجام می دهد.

کیمیاگران قبلاً مطمئن بودند که فلز ساختار بسیار پیچیده ای دارد. در سال 1789، فهرست فلزات به هفده افزایش یافت، فهرست آنها توسط A.L. راهنمای لاووازیه برای شیمی. با توسعه شیمی، تعداد فلزات نیز در نیمه اول قرن نوزدهم افزایش یافت، فلزات قلیایی و قلیایی با استفاده از الکترولیز کشف شدند. قبلاً در پایان قرن نوزدهم ، با کمک یک سری آزمایشات ، اکتشافات D.I. مندلیف که توانست بر اساس قانون تناوبی وجود آنها را مشخص کند. پس از این، جستجوی فعال برای فلزات رادیواکتیو در طبیعت آغاز شد و تا اواسط قرن بیستم، برخی از آنها با استفاده از دگرگونی های هسته ای ایجاد شدند.

توسعه شاخه های بشری مانند صنعت، ساخت و ساز، صنایع دستی و هنر ارتباط تنگاتنگی با مطالعه و استفاده از فلزات دارد. هر نوع فلز بسیار شگفت‌انگیز و منحصربه‌فرد است، اغلب داستان کشف آن حماسه‌ای کامل است که در آن حقایق تاریخی قابل اعتماد اغلب با اسطوره‌ها و داستان‌ها در هم تنیده می‌شوند.

برای اینکه بتوانیم نقش فلز را در زندگی خود به طور کامل درک کنیم، کافی است به سادگی بچرخیم و به اطراف خود نگاه کنیم. خواص منحصر به فرد هر فلز زندگی انسان را بسیار راحت تر کرده است. گاهی اوقات ما به سادگی به بسیاری از چیزهایی که در زندگی و زندگی روزمره ما تثبیت شده اند فکر نمی کنیم. به عنوان مثال، به لطف پلاستیکی بودن آلومینیوم، می‌توانیم خمیر دندان را از لوله خارج کنیم. آیا اگر چاقویی با تیغه فولادی تیز نبود، می توانستیم یک مداد تیز کنیم یا میوه را برش دهیم؟ ویژگی های منحصر به فرد فلز مانند خاصیت ارتجاعی را فراموش نکنید، زیرا آنها در یک تشک یا سنجاق ایمنی استفاده می شوند. و در مورد آشپزخانه چه می توانیم بگوییم: قاشق، چنگال، قابلمه، تابه و حتی اجاق گاز و غیره، احتمالاً هیچ کس نمی تواند آن را بدون وجود فلز تصور کند.

نقش فلزات در توسعه و استقرار فرهنگ فنی بشر فوق العاده است. سختی، شکل پذیری و چکش خواری آنها را به ماده ای ضروری برای ساخت ابزار و تولید تبدیل کرده است. نام‌های تثبیت‌شده تاریخی >، > نشان‌دهنده تأثیر قوی فلزات و آلیاژهای آنها در تمام زمینه‌های توسعه تولید است. بعدها خواص الکتریکی و مغناطیسی فلزات کشف شد و آمد > و سپس - >. چشم انداز فوری الکترونیک شامل اتوماسیون کامل تولید، ایجاد ماشین آلات، روبات ها و تسخیر موفقیت آمیز فضا است.

در تمرین روزانه ما هر دقیقه با فلزات روبرو می شویم. دکمه سوئیچ را فشار می دهیم و الکترون ها شروع به عبور از هادی های فلزی می کنند و به قطعات فلزی یک لامپ یا کاشی یا موتور الکتریکی برخورد می کنند. الکترون ها شروع به حرکت کردند زیرا در جایی در یک نیروگاه ژنراتوری وجود دارد که در آن یک روتور فلزی در یک میدان مغناطیسی می چرخد ​​که توسط خواص شگفت انگیز فلز - آهن تقویت شده است. با نگاه کردن به خیابان، صدها اتومبیل را می بینیم که هر کدام از آنها فلزی است. پل های فولادی، ریل های فولادی، برج های انتقال نیرو، تراموا و در نهایت هواپیماهایی را می بینیم که در سازه های خود از آلومینیوم، آهن، مس، کروم، وانادیم و تیتانیوم استفاده می کنند. فلزات همه جا!

خوب، آیا ما خودمان آنها را در بر می گیریم؟ آیا در سلول های گیاهی، جانوری و انسان فلزات وجود دارد؟ البته ما در مورد فلزات در حالت آزاد صحبت نمی کنیم، بلکه فلزات به راحتی به حالت یونی تبدیل می شوند و نمک تشکیل می دهند. آیا آنها در سلول هستند؟ اگر بله، پس چرا و در آنجا چه می کنند؟ آیا اینها ناخالصی های تصادفی هستند یا اجزای ضروری ماده زنده؟

در این پروژه سعی خواهیم کرد به سوالات مطرح شده پاسخ دهیم. شیمی بیوان آلی، رشته ای که آنها به آن تعلق دارند، یک علم جوان است. او هنوز همه چیز را در مورد نقش بیولوژیکی فلزات نمی داند. اما او هنوز خیلی چیزها را می داند. اما دقیقاً به این دلیل که این علم جوان است، فضاهای ناشناخته ای در برابر آن باز می شود که می توان در آنها اکتشافاتی کرد. شاید برای معروف شدن، اما مهمترین چیز این است که به نفع کشور خود باشید.

فلزات و آلیاژهای آنها یکی از مصالح ساختاری اصلی تمدن مدرن هستند. این در درجه اول با استحکام بالا، یکنواختی و نفوذناپذیری آنها در برابر مایعات و گازها مشخص می شود. علاوه بر این، با تغییر فرمول آلیاژ می توان خواص آنها را در محدوده بسیار وسیعی تغییر داد.

مواد الکتریکی

فلزات هم به عنوان رسانای خوب الکتریسیته (مس، آلومینیوم) و هم به عنوان مواد با مقاومت بالا برای مقاومت ها و عناصر گرمایش الکتریکی (نیکروم و غیره) استفاده می شوند.

مواد ابزار

فلزات و آلیاژهای آنها به طور گسترده برای ساخت ابزار (قطعات کاری آنها) استفاده می شود. اینها عمدتاً فولادهای ابزار و آلیاژهای سخت هستند. از الماس، نیترید بور و سرامیک نیز به عنوان مواد ابزار استفاده می شود.

توسعه علم مواد مغناطیسی

در دوران باستان، بیش از دو هزار سال پیش، یونانی ها و چینی ها از خاصیت سنگ آهن مغناطیسی (سنگ مگنتیت) برای جذب اجسام آهنی می دانستند. مردم باستان همچنین می دانستند که یک میله مغناطیسی از مگنتیت معلق روی یک نخ (نمونه اولیه یک قطب نما) در امتداد نصف النهار، یعنی در جهت شمال به جنوب، جهت گیری شده است. استفاده از قطب نما مغناطیسی در ناوبری نقش زیادی در کشف سرزمین ها و کشورهای جدید و به ویژه 500 سال پیش در کشف آمریکا توسط کلمب داشت.

با این حال، بشریت اهمیت فراوان مواد مغناطیسی برای پیشرفت فنی را تنها در اواسط قرن نوزدهم پس از کشف قانون القای الکترومغناطیسی توسط فارادی احساس کرد، زمانی که امکان طراحی و تولید ژنراتورهای الکتریکی، موتورها، ترانسفورماتورها و سایر وسایل و ابزار فراهم شد. برای فناوری برق و ارتباطات

بخش مهمی از تمام ماشین ها و دستگاه های ذکر شده هسته مغناطیسی است - متمرکز کننده شار مغناطیسی. برای مدت طولانی، آهن "نرم" به عنوان هسته عمل کرد تا حدودی بعد، آلیاژهای نیکل-آهن، به اصطلاح پرمالیاژها (از آلیاژ انگلیسی - آلیاژ)، که دارای پارامترهای مغناطیسی بهتری هستند، شروع به استفاده کردند.

علاوه بر مواد مغناطیسی "نرم"، مواد مغناطیسی "سخت مغناطیسی" برای ساخت آهنرباهای دائمی (منابع میدان مغناطیسی مستقل که نیازی به برق ندارند) تولید شدند. این آهنرباهای دائمی در ابزارهای اندازه گیری الکتریکی و سایر دستگاه ها استفاده می شد. آهن کربن و آلیاژهای آهن کبالت برای مدت طولانی برای ساخت آهنرباهای دائمی استفاده می شده است.

امروزه نام بردن از هر شاخه ای از فناوری که در آن مواد مغناطیسی به این شکل یا آن شکل مورد استفاده قرار نگیرد، دشوار است. توسعه مهندسی رادیو و برق، فناوری هسته ای و فضایی به مواد مغناطیسی با خواص کاملاً جدید نیاز دارد. بنابراین، جای تعجب نیست که در کشورهای مختلف جهان، از جمله روسیه، تحقیقات تجربی و نظری به شدت بر روی فیزیک مواد دارای مرتبه مغناطیسی (فرومغناطیسی و فرومغناطیسی) انجام می شود، که بر اساس آن، مغناطیسی جدید و پیشرفته تر مواد ایجاد می شود.

اساس علم مواد مغناطیسی مدرن هنوز هم فلزات گروه آهن (Fe, Ni, Co) است. از آنها برای ساخت اکسیدهای مختلف فلزی و دی الکتریک (ترکیبات آهن و سایر فلزات با اکسیژن به نام فریت) و مواد مغناطیسی استفاده می شود. وظیفه فیزیک مغناطیس این است که راه هایی را برای توسعه بیشتر مواد مغناطیسی جدید و بهبود مواردی که قبلاً مورد استفاده قرار می گرفتند، ایجاد کند. اما این مشکل تنها با استفاده از فلزات گروه آهن قابل حل نیست.

در دهه 60، تمایل به ایجاد مواد مغناطیسی بر اساس فلزات متعلق به گروه لانتانید وجود داشت: Gd، Tb، Dy، Ho، Er، Sm، Eu و دیگران، که معمولاً به آنها خاک های کمیاب می گویند. آنها را خاک های کمیاب می نامند زیرا در پوسته زمین پراکنده هستند و برای استخراج آنها از سنگ به فناوری خاصی نیاز است. پیش از این، مطالعه خواص مغناطیسی آنها عملا غیرممکن بود. در سال‌های پس از جنگ، زمانی که امکان جداسازی عناصر کمیاب خاکی از سنگ با استفاده از فناوری توسعه یافته برای جداسازی ایزوتوپ‌های اورانیوم و استفاده در صنعت هسته‌ای، وضعیت به‌طور چشمگیری تغییر کرد. هزینه فلزات کمیاب خاکی به شدت کاهش یافت و کار فشرده برای مطالعه خواص مغناطیسی آنها آغاز شد. شرط اصلی موفقیت این بود که روش هایی برای رشد تک بلورهای این فلزات با اندازه های به اندازه کافی بزرگ ایجاد شد. این تک بلورها بودند که به منظور تعیین ثابت های مغناطیسی اساسی مورد استفاده قرار گرفتند که بر اساس آن می توان توانایی های برخی از فلزات کمیاب خاکی و آلیاژهای آنها را به عنوان مواد مغناطیسی برای استفاده در فناوری ارزیابی کرد. در نتیجه تحقیقات انجام شده در خارج از کشور و در کشور ما، مواد خاکی کمیاب یافت شد که دارای انرژی مغناطیسی بسیار زیادی هستند، مناسب برای ساخت آهنرباهای دائمی بسیار قوی، آلیاژها و ترکیباتی که دارای انقباض مغناطیسی بالا (غول) هستند، یعنی متغیر. اندازه آنها هنگام مغناطیسی (از لاتین strictio - فشرده سازی، کشش)، و غیره. همه این مواد از علاقه زیادی برای تکنولوژی مدرن هستند.

قبل از صحبت در مورد مواد مغناطیسی خاکی کمیاب و خواص آنها، لازم است توضیح دهیم که پدیده مرتب سازی مغناطیسی چیست و با چه کمیت هایی مشخص می شود.

برخی از اطلاعات از فیزیک مواد مغناطیسی مرتب شده است

خاصیت مغناطیسی چنین موادی توسط خواص مغناطیسی اتم های به اصطلاح عناصر انتقالی موجود در این مواد تعیین می شود. آنها انتقالی نامیده می شوند زیرا در اتم های آنها برخی از لایه های الکترونی (پوسته های d و f) به طور کامل توسط الکترون ها "اشغال" نشده اند. همانطور که بعدا خواهیم دید، این دلیل مغناطیس قوی چنین اتمی است.

مغناطیس یک اتم با گشتاور مغناطیسی Mat که توسط الکترون های اتم ایجاد می شود مشخص می شود. الکترون ها به دو صورت در ایجاد مات شرکت می کنند. اولاً، هر الکترون که در اطراف هسته می چرخد، یک جریان بسته میکروسکوپی تشکیل می دهد که دارای گشتاور مغناطیسی است. مقدار آن برابر با حاصلضرب جریان میکروسکوپی مشخص شده و مساحت مدار الکترون است. این گشتاور مغناطیسی مداری نامیده می شود که به آن Morb می گویند و به صورت بردار عمود بر ناحیه مدار نشان داده می شود. ثانیاً، هر الکترون یک گشتاور ذاتی منحصر به فرد دارد (طبق نتایج مکانیک کوانتومی)، به آن اسپین می گویند و Msp نامیده می شود. در یک اتم تک الکترونی، Morb و Msp پس از جمع بردار، گشتاور مغناطیسی اتمی Mat را می‌دهند.

در یک اتم چند الکترونی وضعیت پیچیده تر است. هسته الکترونی یک اتم از پوسته هایی تشکیل شده است که با نمادهای s، p، d و f مشخص می شوند. اولین لایه، که نزدیکترین لایه به هسته اتم است، حاوی دو الکترون با اسپین های ضد موازی است. در نتیجه، جبران گشتاورهای اسپین الکترونیکی در پوسته های s و p رخ می دهد و ممان مغناطیسی ندارند. (مورد فوق را می توان در مورد گشتاورهای مغناطیسی مداری نیز اعمال کرد: آنها یکدیگر را جبران می کنند.) در قسمت بعدی، دورتر از هسته، پوسته های d و f هنگامی که به طور کامل با الکترون پر می شوند، باید به ترتیب حاوی 10 و 14 الکترون باشند. . اما معلوم می شود که این پوسته ها، به عنوان یک قاعده، به طور کامل پر نمی شوند. مشاهده می شود که پوسته d فاقد دو الکترون برای پر شدن کامل است و لایه f فاقد پنج الکترون است. بنابراین، در اتم‌هایی با پوسته‌های d و f پر نشده، مقادیر Mat قابل توجهی به وجود می‌آیند. به شرح زیر، بزرگترین گشتاور مغناطیسی اسپینی پوسته d زمانی اتفاق می‌افتد که هر پنج الکترون دارای Msp در یک جهت باشند و هیچ ممان مغناطیسی در مقابل آنها وجود نداشته باشد. هفت SME یک طرفه در f-shells وجود دارد. از اینجا واضح است که اتم‌های دارای پوسته f پر نشده می‌توانند مغناطیس بیشتری نسبت به اتم‌های دارای پوسته d پر نشده داشته باشند، زیرا در اولی هفت ممان اسپین «یک جهته» و در دومی پنج لحظه وجود دارد. عناصری که دارای اتم هایی با پوسته f پر نشده هستند عناصر خاکی کمیاب هستند که نمایندگان اصلی آنها نئودیمیم (Nd)، ساماریوم (Sm)، یوروپیوم (Eu)، گادولینیم (Gd)، تربیوم (Tb)، دیسپروزیم (Dy)، هولمیوم (Ho)، تولیوم (Tm).

تا به حال، ما خواص مغناطیسی اتم‌های با پوسته‌های d و f پر نشده را در خارج از شبکه بلوری در نظر گرفته‌ایم. هنگامی که در یک شبکه کریستالی "قرار می گیرند"، خواص مغناطیسی آنها، به عنوان یک قاعده، تغییر می کند. واقعیت این است که به نظر می رسد میدان های الکتریکی کریستال که بر روی مدارهای الکترون تأثیر می گذارد آنها را ثابت می کند و در نتیجه حرکت مداری سرکوب می شود. این پدیده معمولاً "انجماد" Morb نامیده می شود. این بسیار مشخصه اتم های گروه آهن است، به طوری که مغناطیس کریستال های حاوی این اتم ها تقریباً به طور کامل ناشی از گشتاورهای مغناطیسی اسپینی است. برعکس، در بلورهای مواد کمیاب، "یخ زدگی" مورب ناچیز است و مغناطیس ناشی از گشتاورهای چرخشی و مداری است، یعنی مغناطیس کریستال های خاکی کمیاب قوی تر از آن هایی است که حاوی اتم های زمین هستند. گروه آهن. دلیل اینکه میدان‌های الکتریکی در کریستال‌های خاکی کمیاب تأثیر کمی بر مورب دارند این است که پوسته f در اتم‌های خاکی کمیاب در اعماق اتم قرار دارد و لایه‌های الکترونی دیگری در بالای آن قرار دارند که تأثیر میدان‌های الکتریکی را بر روی پوسته f نشان می‌دهند. .

در تعداد بسیار زیادی از کریستال های حاوی اتم های عناصر گذار، پدیده مرتب سازی مغناطیسی رخ می دهد - جهت گیری خود به خودی گشتاورهای مغناطیسی اتمی Mat (خود به خودی به این معنا که این جهت گیری بدون مشارکت میدان مغناطیسی خارجی H، اما تحت تأثیر اتفاق می افتد. یک میدان موثر ایجاد شده توسط شبکه کریستالی). اگر گشتاورهای مغناطیسی مات به موازات یکدیگر جهت گیری کنند، فرومغناطیس رخ می دهد. اگر آنها به صورت ضد موازی با یکدیگر قرار گیرند، آنتی فرومغناطیس رخ می دهد (خط - بردارهایی که روی همان خط مستقیم قرار دارند). آنتی فرومغناطیس غیر خطی اغلب مشاهده می شود. به دلیل خاصیت تقارن خاص کریستال هایی که در آنها پدید می آید، ممان های مات با یک زاویه کوچک خاص می چرخند. چنین ساختاری باید یک گشتاور مغناطیسی کوچک ایجاد کند - DM. این پدیده فرومغناطیس "ضعیف" نامیده می شود.

این پدیده در به اصطلاح ارتوفریت های خاکی کمیاب رخ می دهد - اکسیدهایی با فرمول RFeO3، جایی که R یک عنصر خاکی کمیاب است. اکسیدهای خاکی کمیاب با فرمول پیچیده تر R3Fe5O12، به نام گارنت فریت، وجود دارد که در آنها ضد فرومغناطیس جبران نشده رخ می دهد، به نام فری مغناطیس (از کلمه "فریت"). شبکه کریستالی این مواد (و ضد فرومغناطیس) را می توان به گونه ای تصور کرد که گویی از دو زیرشبکه 1 و 2 تشکیل شده است که در داخل یکدیگر قرار گرفته اند. زیرشبکه 2 گشتاورهای حصیر به سمت پایین هدایت می شوند، در حالی که طبیعتا تشک اتم های خاکی کمیاب و آهن متفاوت است. این منجر به ضد فرومغناطیس جبران نشده (زیرفورت های 1 و 2 به صورت مغناطیسی یکدیگر را خنثی نمی کنند)، به عنوان مثال، به فرو مغناطیس منجر می شود. چنین ماده ای دارای خاصیت مغناطیسی مشابه فرومغناطیس های معمولی است. مغناطیس I، گشتاور مغناطیسی نمونه M، مربوط به حجم V آن است، یا همان مقدار، تعداد گشتاورهای یک جهته Mat در 1 سانتی متر از نمونه است. مغناطیس I و شدت میدان مغناطیسی H در حال حاضر اغلب در واحدهای گاوسی اندازه گیری می شوند. در آن، I بر حسب گاوس (Gs) و H در ارستدس (E) اندازه گیری می شود. در سیستم بین المللی SI I و H بر حسب A/m اندازه گیری می شود.

فرومغناطیس ها و همچنین آهنرباها با وابستگی غیرخطی مغناطیس I به میدان مغناطیسی H (ایجاد شده توسط یک الکترومغناطیس یا الکترومغناطیسی)، پسماند مغناطیسی - تاخیر در تغییر I از H (از هیسترزیس یونانی - تاخیر) مشخص می شوند. ویژگی های فرومغناطیس ها و فرومغناطیس ها نیز عبارتند از: آیا - مغناطیس اشباع. در میدان Hs به دست می آید، که در آن شاخه منحنی مغناطیسی یک مسیر افقی پیدا می کند، Ir مغناطیسی باقی مانده است که پس از خاموش شدن میدان H در نمونه ظاهر می شود، و نیروی اجباری Hc (از لاتین coercitio - حفظ). هر چه Hc بالاتر باشد، ماده "قوی تر" مغناطش باقی مانده را حفظ می کند.

این سوال مطرح می شود: این میدان موثر در شبکه بلوری که منجر به پدیده نظم مغناطیسی می شود چیست؟ این به اصطلاح فیلد «مبادله» است. بین اتمهای مغناطیسی همسایه در نتیجه برهمکنش الکترونهای d آنها (در مورد فلزات و ترکیبات گروه آهن) و الکترونهای f (در مورد مواد خاکی کمیاب) ایجاد می شود. با این حال، این یک برهمکنش الکترواستاتیک ساده (کولن) الکترون ها نیست. مکانیسم آن نه تنها شامل بارهای الکتریکی، بلکه شامل گشتاورهای اسپین الکترون ها نیز می شود. این برهمکنش الکترواستاتیک کوانتومی است. این تبادل نامیده می شود زیرا در طول برهمکنش الکترون های اتم های همسایه به نظر می رسد مکان هایی را مبادله می کنند. مقدار انرژی مبادله یک آهنربای آهن یا آهن معین را می توان از دمایی که در آن نظم مغناطیسی توسط حرکت حرارتی از بین می رود، تخمین زد. این دما به نام دانشمند فرانسوی که آن را کشف کرد، نقطه کوری (TC) نامیده می شود.

برهمکنش تبادلی بین الکترون‌ها در لایه‌های d و f، یعنی داخل اتم نیز وجود دارد. در نتیجه این برهمکنش تبادل درون اتمی، گشتاورهای مغناطیسی اسپین در این پوسته ها به موازات یکدیگر جهت گیری می کنند.

در یک کریستال از یک ماده مرتب شده مغناطیسی، یک برهمکنش مغناطیسی نیز وجود دارد. معمولاً از نظر قدر کوچکتر از مقدار مبادله است، اما نقش بسیار مهمی ایفا می کند، زیرا پدیده ناهمسانگردی مغناطیسی، مغناطیس انقباض و تقسیم آهنربای آهن و آهن به حوزه های مغناطیسی (مناطق با تشک یک طرفه) را تعیین می کند. همه این پدیده ها در شکل گیری خواص مواد مغناطیسی فنی شرکت می کنند.

1. 6. مواد مغناطیسی خاکی کمیاب و کاربردهای آنها

در زیر چندین نمونه از استفاده موثر از فلزات خاکی کمیاب مغناطیسی، آلیاژها و ترکیبات اکسیدی آنها در فناوری آورده شده است.

1. مواد با انرژی ناهمسانگردی مغناطیسی عظیم برای ساخت آهنرباهای دائمی. این مواد دارای انرژی ناهمسانگردی مغناطیسی بسیار بالایی در مقایسه با مواد مربوطه بر اساس گروه آهن هستند. در این واقعیت است که در انرژی مغناطیسی در امتداد محورهای کریستال نابرابری وجود دارد. به عنوان مثال، در یک کریستال شش ضلعی از فلز دیسپروزیم Dy، محور مغناطیسی آسان (که انرژی مغناطیسی در امتداد آن کم است) در جهت عمود بر محور شش ضلعی c قرار دارد و در امتداد محور c بلور مغناطش به سختی رخ می دهد. اشباع مغناطیسی با اعمال میدان بزرگ H (c محور مغناطیسی دشوار است) به دست می آید. خواص مغناطیسی ناهمسانگردی کریستال ها با ثابت ناهمسانگردی مغناطیسی Kl ​​مشخص می شود که مقدار آن متناسب با تفاوت در انرژی های مغناطیسی کریستال در جهت مغناطش سخت و آسان است. انرژی های بالای ناهمسانگردی مغناطیسی مشخصه مواد کمیاب خاکی نقش تعیین کننده ای در ایجاد مواد برای آهنرباهای دائمی دارد. ترکیبات SmCo5، NdCo5 به دلیل Kl و Is بالا، با پردازش تکنولوژیکی مناسب، به دست آوردن نیروهای اجباری بی سابقه برای چنین موادی (تا 104 Oe) و انرژی های مغناطیسی عظیم برای آهنرباهای دائمی (محصول HcIs ~ 106 G Oe) را ممکن می سازد. ) که دو مرتبه بزرگتر از انرژی های مربوط به آهنرباهای ساخته شده از فلزات گروه آهن است. این به نوبه خود تولید آهنرباهایی را چندین ده برابر قوی تر از آهنرباهای مبتنی بر فلزات گروه آهن ممکن می سازد. آنها به طور گسترده ای در جاهایی استفاده می شوند که لازم است میدان های مغناطیسی قوی با حداقل وزن و ابعاد ایجاد شود: آهنربا برای موتورهای الکتریکی مینیاتوری، در سیستم های فوکوس مغناطیسی میکروسکوپ های الکترونی، در لوله های الکترونی قدرتمند و مگنترون ها.

2. مواد با اشباع مغناطیسی بالا. این مواد برای ساخت هسته های مغناطیسی الکترومغناطیسی و سایر دستگاه ها برای تولید میدان مغناطیسی قوی ضروری هستند. تاکنون برای این منظور از آهن و برخی آلیاژهای Fe-Co با مغناطیس اشباع نسبتاً بالا استفاده شده است. بر اساس عناصر کمیاب خاکی، می توان ماده ای با Is بسیار بالاتر تهیه کرد. اتم های خاکی کمیاب دارای مقادیر زیادی مات هستند. دلیل آن عدم انجماد گشتاور مداری در کریستال ها و همچنین این واقعیت است که در پوسته های F مسئول مغناطیس در این اتم ها، هفت گشتاور مغناطیسی اسپینی می توانند در ایجاد مات شرکت کنند، در حالی که در اتم های گروه آهن پنج چنین لحظاتی وجود دارد. با توجه به این شرایط، بسیاری از فلزات خاکی کمیاب (Gd، Dy، Tb، Er، Eu) دارای مقادیر Is (در 0 K) بالاتر از آلیاژهای Fe و Fe-Co هستند. به عنوان مثال، Dy دارای مقدار Is 1.7 برابر بیشتر از Is برای Fe است (برای Dy در 0 K مقدار Is = 3000 G، در حالی که برای Fe در همان دما 1720 G است). با این حال، استفاده از فلزاتی مانند Dy، Ho، Er در حالت چند کریستالی عملا غیرممکن است، زیرا میدان اشباع مغناطیسی Hs برای آنها به طور غیرعادی زیاد است (~ 106 Oe). دلیل این امر وجود انرژی ناهمسانگردی مغناطیسی عظیم در آنها است.

اخیراً راهی برای کاهش انرژی ناهمسانگردی با آلیاژ کردن Dy با Er یا Ho با Er پیدا شده است. واقعیت این است که Er و Dy دارای نشانه های مختلفی از ثابت های K l هستند (در Dy Kl مثبت و در Er - منفی است)، بنابراین، در این آلیاژها، جبران جزئی نیروهای ناهمسانگردی مغناطیسی رخ می دهد، سپس مغناطش Is است. در زمینه های قابل قبول (H = 5 " 104 E) این آلیاژها برای ساخت هسته آهنرباهای الکتریکی ابررسانا استفاده می شوند.

برای تعدادی از اهداف، داشتن موادی با اشباع بالا و در عین حال دارای خواص دی الکتریک یا نیمه هادی (برای کاهش تلفات انرژی ناشی از جریان های گردابی) مهم است. اکسید یوروپیوم فرومغناطیسی (EuO) می تواند به عنوان چنین ماده ای عمل کند. مشخص شد که ارزش Is آن به طور قابل توجهی بالاتر از فریت است که معمولاً برای این اهداف استفاده می شود.

نقطه ضعف مواد مغناطیسی خاکی کمیاب با اشباع مغناطیسی بالا، دامنه دمای پایین استفاده از آنها است، زیرا نقاط کوری آنها پایین است.

3. مواد برای ایجاد دستگاه های ذخیره سازی کامپیوتری موثر. پیدایش دامنه‌ها در مواد مرتب شده مغناطیسی نتیجه رقابت بین انرژی‌های مبادله و فعل و انفعالات مغناطیسی است. نیروهای مبادله تمایل دارند گشتاورهای مغناطیسی اتم ها را در موقعیت موازی و ممان های مغناطیسی را در موقعیت ضد موازی نگه دارند. در نتیجه، آهن‌رباها و فرومغناطیس‌ها به نواحی کوچک با جهت‌های خاصی از مغناطیسی تقسیم می‌شوند. در صفحات نازک گارنت فریت گادولینیوم Gd3Fe5O12 (با افزوده های کوچک Ga و Al) شرایط خوبی برای ظهور حوزه های مغناطیسی بسیار کوچک (چند میکرون) وجود دارد که به آنها استوانه ای یا حبابی می گویند. دامنه ها، زمانی که میدان های مغناطیسی ناهمگن محلی اعمال می شوند، به عنوان مثال، توسط آهنرباهای کوچک یا سیم پیچ های سیم کوچک با جریان ایجاد می شوند، می توانند به سرعت در این صفحه حرکت کنند. این پدیده در حال حاضر برای ایجاد نوع جدیدی از عناصر حافظه در رایانه های الکترونیکی استفاده می شود.

اخیراً یک واقعیت جالب کشف شده است: آلیاژهای خاکی کمیاب Gd-Fe و Tb-Fe (به شکل فیلم های پراکنده) ساختارهای اتمی نامنظم هستند، یعنی آمورف هستند و در عین حال نظم فرو مغناطیسی را حفظ می کنند. این آلیاژها همچنین دارای ناهمسانگردی مغناطیسی بالایی هستند. فیلم‌های فری مغناطیسی خاکی کمیاب آمورف برای ضبط مغناطیسی نوری و مغناطیسی مناسب هستند، زیرا حاوی دانه‌های کریستالی نیستند و بنابراین، هیچ حرکت تیز دیواره دامنه در طول مغناطیسی وجود ندارد، بنابراین نسبت سیگنال به نویز در آنها بهتر از نمونه پلی کریستالی از همان آلیاژ هستند.

4. مواد با مغناطیسی غول پیکر. انقباض مغناطیسی - تغییر طول یک نمونه از یک ماده مرتب شده مغناطیسی در هنگام مغناطیسی - معمولاً با یک کمیت بدون بعد تخمین زده می شود: l = Dl / l، جایی که l طول نمونه است، Dl طول نمونه است. در یک میدان مغناطیسی انقباض مغناطیسی در یک کریستال ناهمسانگردی مغناطیسی الاستیک (اضافی) ایجاد می کند که (مانند Kl) تأثیر زیادی بر سیر منحنی مغناطیسی دارد. فلزات Tb، Dy، Ho، Er و گارنت های فریت این فلزات (به عنوان مثال، Tb3Fe5O12) در دماهای پایین دارای اثرات مغناطیسی انقباض غیرمعمول بالایی هستند، دو تا سه مرتبه بزرگتر از مغناطیس انقباض در فلزات، آلیاژها و فریت های گروه آهن. (در 100 K برای Tb l = 5.3 "10-3، برای Dy l = 8.0" 10-3، برای Ni در همان دما l = 4.0 "10-5). مشخص شده است که چنین انقباضات مغناطیسی غول پیکری را می توان به دست آورد. و در دمای اتاق با استفاده از ترکیبات فریمغناطیسی: DyFe2، HoFe2، DyFe3، و غیره. نقاط کوری این ترکیبات، از آنجایی که حاوی اتم آهن هستند، در اینجا، مانند مواد خاکی کمیاب با اشباع مغناطیسی بالا، بالاتر از دمای اتاق هستند لازم است اقداماتی برای کاهش تأثیر "مضر" ناهمسانگردی مغناطیسی عظیم انجام شود، یعنی کاهش بزرگی میدان اشباع Hs پس از حل این مشکل، مواد خاکی کمیاب برای ایجاد دستگاه های فنی مختلف امیدوار کننده خواهند بود. برای تولید سونوگرافی با قدرت بالا، طراحی دستگاه هایی که امکان کنترل موارد مختلف را با استفاده از یک میدان مغناطیسی و دستگاه های خودکار فراهم می کند.

5. فرومغناطیس های شفاف و آهنربایی. ارتوفریت‌های خاکی کمیاب و گارنت‌های فریت، و همچنین ترکیبات EuO و EuSe، موادی هستند که دارای نظم مغناطیسی شفاف در نواحی مرئی و نزدیک به مادون قرمز طیف هستند. علاوه بر این، ارتوفریت های خاکی کمیاب دارای مقادیر چرخش غول پیکر صفحه قطبش نور در یک میدان مغناطیسی هستند (اثر فارادی). این مواد مواد امیدوارکننده‌ای برای تعدیل‌کننده‌های نور و سایر دستگاه‌های نوری، به‌ویژه برای کنترل پرتو لیزر با استفاده از یک میدان مغناطیسی متناوب هستند.

زاویه بزرگ فارادی ارتوفریت‌های خاکی کمیاب به فرد اجازه می‌دهد تصاویر بسیار متضادی از ساختار دامنه به دست آورد. بنابراین، در صفحات تولیوم ارتوفریت برش عمود بر محور نوری، ساختار دامنه نواری به شدت دوره ای مشاهده می شود. این یک توری فاز پراش برای نور است. با استفاده از چنین توری می توان پراش پرتو لیزر را مشاهده کرد. با اعمال میدان مغناطیسی و تغییر دما، می توان دوره ساختار دامنه را کاهش داد و در نتیجه موقعیت حداکثر پراش را تغییر داد.

جابجایی الگوی پراش تحت تأثیر میدان می تواند برای اسکن یک پرتو نور، به ویژه در دستگاه هایی برای ضبط و خواندن اطلاعات نوری استفاده شود.

2. فلزات در فناوری. فلزات موشکی

با توجه به خواصی مانند استحکام، سختی، شکل پذیری، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر حرارت، رسانایی الکتریکی بالا و بسیاری موارد دیگر، فلزات نقش بسیار زیادی در فناوری مدرن ایفا می کنند و تعداد فلزات مورد استفاده دائما در حال افزایش است. مشخص است که تا اوایل قرن بیستم. بسیاری از فلزات مهم - Al، V، W، Mo، Ti، U، Zr و غیره - یا اصلا تولید نشدند یا در مقیاس بسیار محدودی تولید شدند. فلزاتی مانند Be، Nb، Ta تنها در آستانه جنگ جهانی دوم 1939 - 45 به طور نسبتاً گسترده ای مورد استفاده قرار گرفتند. در دهه 70. قرن 20 تقریباً تمام فلزات موجود در طبیعت در صنعت استفاده می شود.

تمام فلزات و آلیاژهای تشکیل شده از آنها به آهنی (اینها شامل آهن و آلیاژهای مبتنی بر آن است؛ حدود 95٪ محصولات فلزی تولید شده در جهان را تشکیل می دهند) و غیر آهنی یا به طور دقیق تر، غیر آهنی (همه) تقسیم می شوند. سایر فلزات و آلیاژها). تعداد زیاد فلزات غیرآهنی و گستره وسیع خواص آنها اجازه نمی دهد آنها را بر اساس هیچ معیاری طبقه بندی کنند. در فناوری، یک طبقه بندی مشروط اتخاذ شده است که بر اساس آن این فلزات با توجه به ویژگی های مختلف (خواص فیزیکی و شیمیایی، ماهیت وقوع در پوسته زمین) خاص یک گروه خاص به چند گروه تقسیم می شوند: فلزات سبک (به عنوان مثال). ، Al، Mg)، فلزات سنگین (مس، سرب، و غیره)، فلزات نسوز (W، Mo، و غیره)، فلزات نجیب (Au، Pt، و غیره)، فلزات کمیاب (Ga، In، TI)، کمیاب فلزات خاکی (Sc، Y، La و لانتانیدها)، فلزات رادیواکتیو (Ra، U، و غیره). فلزاتی که در مقیاس محدود تولید و مورد استفاده قرار می گیرند، فلزات کمیاب نامیده می شوند. اینها شامل تمام فلزات کمیاب، خاکی کمیاب و رادیواکتیو، اکثر فلزات نسوز و برخی فلزات سبک است.

توانایی زیاد فلزات برای تشکیل ترکیبات متعدد از انواع مختلف و دستخوش تغییر فازهای مختلف، شرایط مساعدی را برای تولید انواع آلیاژها ایجاد می کند که با ترکیب مورد نیاز از خواص مفید مشخص می شود. تعداد آلیاژهای مورد استفاده در فناوری تاکنون از 10 هزار نفر فراتر رفته است. در همان زمان، با توجه به توسعه فن آوری نیمه هادی و هسته ای، تولید تعدادی از فلزات بسیار خالص (خلوص، به عنوان مثال، 99.9999٪ و بالاتر) در حال گسترش است.

استفاده از یک فلز خاص (یا آلیاژ) تا حد زیادی توسط ارزش عملی خواص آن تعیین می شود. با این حال، شرایط دیگر نیز قابل توجه است، در درجه اول ذخایر طبیعی فلز، در دسترس بودن و سودآوری استخراج آن. از با ارزش ترین و مهم ترین فلزات برای فناوری مدرن، تنها تعداد کمی در پوسته زمین به مقدار زیاد یافت می شوند: Al (8.8%)، Fe (4.65%)، Mg (2.1%)، Ti (0.63%). منابع طبیعی تعدادی از فلزات بسیار مهم بر حسب صدم درصد (مثلاً مس، منگنز، کروم، V، Zr) و حتی هزارم (مثلاً روی، قلع، سرب، نیکل، کو، Nb) اندازه گیری می شود. برخی از فلزات ارزشمند در پوسته زمین حتی در مقادیر کمتری وجود دارند. بنابراین، محتوای اورانیوم - مهمترین منبع انرژی هسته ای - 0.0003٪، تنگستن، که اساس آلیاژهای سخت است، - 0.0001٪، و غیره تخمین زده می شود. طبیعت به ویژه در نجیب و به اصطلاح فقیر است. فلزات کمیاب

تنوع فلزات تعداد زیادی روش برای تولید و فرآوری آنها را تعیین می کند. رابطه بین ترکیب، ساختار و خواص فلزات و آلیاژها و همچنین الگوهای تغییرات آنها در نتیجه اثرات حرارتی، شیمیایی یا مکانیکی توسط متالورژی مورد مطالعه قرار می گیرد.

2. 1 آلومینیوم

"فلز بالدار" مورد علاقه طراحان هواپیما. آلومینیوم خالص سه برابر سبک تر از فولاد است، بسیار انعطاف پذیر است، اما خیلی قوی نیست.

برای اینکه آن را به یک ماده ساختاری خوب تبدیل کنید، باید آلیاژهایی از آن ساخته شود. از نظر تاریخی، اولین آلیاژ دورالومین (دورالومین، دورالومین، همانطور که ما اغلب آن را می نامیم) بود - این نام توسط شرکت آلمانی که برای اولین بار آن را در سال 1909 پیشنهاد کرد (از نام شهر Duren) به آلیاژ داده شد. این آلیاژ علاوه بر آلومینیوم حاوی مقادیر کمی مس و منگنز است که استحکام و سفتی آن را به طرز چشمگیری افزایش می دهد. اما دورالومین معایبی نیز دارد: نمی توان آن را جوش داد و مهر زنی آن دشوار است (نیاز به عملیات حرارتی دارد). با گذشت زمان استحکام کامل پیدا می کند، به این فرآیند > می گویند و پس از عملیات حرارتی آلیاژ باید دوباره کهنه شود. بنابراین، قطعات ساخته شده از آن با پرچ و پیچ و مهره به هم متصل می شوند.

در یک موشک فقط برای محفظه های "خشک" مناسب است - طراحی پرچ شده سفتی تحت فشار را تضمین نمی کند. آلیاژهای حاوی منیزیم (معمولاً بیش از 6٪) می توانند تغییر شکل داده و جوش داده شوند. آنها بیشترین فراوانی را در موشک R-7 دارند، یک موشک بالستیک قاره پیما با کلاهک جداشدنی به وزن 3 تن و برد پرواز 8 هزار کیلومتر. این اولین موشک بالستیک قاره پیما در جهان بود (به ویژه، تمام تانک ها از آنها ساخته شده اند).

در ربع آخر قرن بیستم، پیشرفت در متالورژی منجر به ظهور آلیاژهای آلومینیوم-لیتیوم شد. اگر قبلاً مواد افزودنی به آلومینیوم فقط افزایش استحکام را هدف قرار می دادند، لیتیوم این امکان را فراهم می کرد که آلیاژ را به میزان قابل توجهی سبک تر کند. مخزن هیدروژن موشک Energia از آلیاژ آلومینیوم-لیتیوم ساخته شده بود و مخازن شاتل اکنون از آن ساخته شده است.

در نهایت، عجیب‌ترین ماده مبتنی بر آلومینیوم، کامپوزیت بورا-آلومینیوم است، که در آن آلومینیوم همان نقش رزین اپوکسی در فایبرگلاس را ایفا می‌کند: الیاف بور با استحکام بالا را در کنار هم نگه می‌دارد. یک خرپا از آن بین مخازن آخرین اصلاح مرحله فوقانی DM-SL ساخته شده است که در پروژه پرتاب دریا نقش دارد.

2. 2 آهن

یک عنصر ضروری از هر سازه مهندسی. آهن، به شکل انواع فولادهای ضد زنگ با استحکام بالا، دومین فلز پرمصرف در موشک است.

هر جا که بار روی یک سازه بزرگ توزیع نشود، بلکه در یک نقطه یا چند نقطه متمرکز شود، فولاد بر آلومینیوم پیروز می شود.

فولاد سفت تر است - سازه ای از فولاد که ابعاد آن نباید تحت بار "شناور" باشد، تقریباً همیشه فشرده تر و گاهی اوقات حتی سبک تر از آلومینیوم است. فولاد ارتعاش را بسیار بهتر تحمل می کند، در برابر گرما تحمل بیشتری دارد، فولاد ارزان تر است، به استثنای انواع عجیب و غریب، فولاد، از این گذشته، برای ساختار پرتاب مورد نیاز است، بدون آن یک موشک - خوب، متوجه شدید.

اما مخازن موشک نیز می توانند از فولاد ساخته شوند. اولین موشک بین قاره ای آمریکایی، اطلس، از مخازن ساخته شده از فولاد ضد زنگ با دیواره نازک استفاده کرد. برای اینکه یک موشک فولادی بهتر از موشک آلومینیومی عمل کند، بسیاری از چیزها باید به طور اساسی تغییر می کردند. ضخامت دیواره مخازن در نزدیکی محفظه موتور به 1.27 میلی متر (1/20 اینچ) رسید، ورق های نازک تر در بالاتر استفاده شد و در بالای مخزن نفت سفید ضخامت آن تنها 0.254 میلی متر (0.01 اینچ) بود. و مرحله بالایی هیدروژن سنتاور که طبق همین اصل ساخته شده است، دارای دیواره ای به ضخامت یک تیغ است - 0.127 میلی متر!

چنین دیوار نازکی حتی تحت وزن خود فرو می ریزد، بنابراین فقط به دلیل فشار داخلی شکل خود را حفظ می کند: از لحظه ساخت، مخازن مهر و موم شده، باد می شوند و با افزایش فشار داخلی ذخیره می شوند.

در طول فرآیند ساخت، دیوارها توسط نگهدارنده های مخصوص از داخل پشتیبانی می شوند. سخت ترین مرحله این فرآیند جوش دادن کف به قسمت استوانه ای است. در نتیجه، چندین تیم جوشکار، هر کدام دو جفت، این کار را در طول شانزده ساعت انجام دادند. تیپ ها هر چهار ساعت یکبار یکدیگر را تعویض می کردند. در این حالت یکی از دو جفت داخل تانک کار می کرد.

مطمئناً کار آسانی نیست. اما روی این موشک بود که جان گلن آمریکایی برای اولین بار وارد مدار شد. و سپس تاریخ با شکوه و طولانی داشت و واحد سنتور تا به امروز پرواز می کند. به هر حال، V-2 همچنین دارای بدنه فولادی بود - فولاد فقط روی موشک R-5 کاملا رها شد، جایی که بدنه فولادی به دلیل سرجنگی قابل جدا شدن غیر ضروری بود.

چه فلزی را می توان «از نظر قدرت موشکی» در رتبه سوم قرار داد؟ پاسخ ممکن است واضح به نظر برسد. تیتانیوم؟ معلوم است که اصلا.

فلز اصلی تکنولوژی الکتریکی و حرارتی. خوب عجیب نیست؟ بسیار سنگین، نه خیلی قوی، در مقایسه با فولاد - قابل ذوب، نرم، در مقایسه با آلومینیوم - گران است، اما با این وجود یک فلز غیر قابل تعویض.

همه چیز در مورد هدایت حرارتی هیولایی مس است - ده برابر بیشتر از فولاد ارزان قیمت و چهل برابر بیشتر از فولاد ضد زنگ گران قیمت است. آلومینیوم همچنین از نظر هدایت حرارتی و در عین حال از نظر نقطه ذوب از مس پایین تر است. و ما به این هدایت حرارتی دیوانه کننده در قلب موشک - در موتور آن - نیاز داریم. دیواره داخلی موتور موشک از مس ساخته شده است، دیواری که گرمای سه هزار درجه ای قلب موشک را مهار می کند. برای جلوگیری از ذوب شدن دیوار، آن را کامپوزیت می کنند - خارجی، فولاد، بارهای مکانیکی را نگه می دارد و داخلی، مس، گرما را جذب می کند.

در شکاف نازک بین دیوارها جریانی از سوخت وجود دارد که از مخزن به سمت موتور حرکت می کند و سپس معلوم می شود که مس از فولاد بهتر عمل می کند: واقعیت این است که دمای ذوب یک سوم متفاوت است، اما هدایت حرارتی ده هاست. از زمان ها بنابراین دیوار فولادی قبل از دیوار مسی می سوزد. رنگ زیبای "مسی" نازل های موتور R-7 در تمام عکس ها و گزارش های تلویزیونی در مورد موشک هایی که به محل پرتاب منتقل می شوند به وضوح قابل مشاهده است.

در موتورهای موشک R-7، دیواره داخلی "آتش" نه از مس خالص، بلکه از کروم برنز ساخته شده است که تنها حاوی 0.8٪ کروم است. این تا حدودی هدایت حرارتی را کاهش می دهد، اما در عین حال حداکثر دمای عملیاتی (مقاومت در برابر حرارت) را افزایش می دهد و زندگی را برای فناوران آسان تر می کند - مس خالص بسیار چسبناک است، پردازش آن با برش دشوار است، و دنده ها باید در قسمت داخلی آسیاب شوند. ژاکت، که با آن به بیرونی وصل شده است. ضخامت دیواره برنزی باقیمانده فقط یک میلی متر است.

هرچه نیروی رانش موتور کمتر باشد، شرایط خنک کننده بدتر است - مصرف سوخت کمتر است و سطح نسبی به نسبت بزرگتر است. بنابراین، در موتورهای کم رانش مورد استفاده در فضاپیما، لازم است نه تنها از سوخت برای خنک کردن، بلکه از یک اکسید کننده - اسید نیتریک یا اکسید نیتروژن (IV) استفاده شود. در چنین مواردی، دیوار مسی باید با کروم در سمتی که اسید در آن جریان دارد برای محافظت پوشانده شود. اما باید این را هم تحمل کنید، زیرا موتوری با دیوار آتش مسی کارآمدتر است.

برای انصاف، بیایید بگوییم که موتورهایی با دیواره داخلی فولادی نیز وجود دارند، اما پارامترهای آنها، متأسفانه، بسیار بدتر است. و این فقط در مورد قدرت یا رانش نیست، نه، پارامتر اصلی کمال موتور - ضربه خاص - در این مورد یک چهارم کمتر می شود، اگر نه یک سوم. برای موتورهای "متوسط" 220 ثانیه، برای موتورهای خوب - 300 ثانیه، و برای بهترین موتورهای "خنک و پیچیده" که سه عدد از آنها در پشت شاتل وجود دارد - 440 ثانیه است. درست است، موتورهای دارای دیواره مسی، این را نه به کمال طراحی خود مدیون هستند، بلکه مدیون هیدروژن مایع هستند. حتی از نظر تئوری ساخت یک موتور نفت سفید مانند این غیرممکن است. با این حال، آلیاژهای مس این امکان را فراهم کردند که تا 98 درصد از بازده نظری آن از سوخت موشک فشرده شود.

2. 4 نقره

فلزی گرانبها که از زمان های قدیم برای بشر شناخته شده است. فلزی که هیچ جا نمی توانید بدون آن کار کنید. مثل میخی که در شعر معروف از جعل گم شده بود، همه چیز را روی خود نگه می دارد.

اوست که مس را با فولاد در موتور موشک مایع وصل می کند و شاید اینجاست که جوهر عرفانی آن آشکار می شود. هیچ یک از مصالح ساختمانی دیگر ربطی به عرفان ندارد - مسیر عرفانی قرن ها منحصراً دنبال این فلز بوده است. و این مورد در طول تاریخ استفاده از آن توسط انسان بوده است، که به طور قابل توجهی طولانی تر از مس یا آهن است. در مورد آلومینیوم چه می توانیم بگوییم که فقط در قرن نوزدهم کشف شد و حتی بعدها - در قرن بیستم - نسبتاً ارزان شد.

در طول تمام سال های تمدن بشری، این فلز خارق العاده کاربردهای فراوان و حرفه های گوناگونی داشته است. بسیاری از خواص منحصر به فرد به آن نسبت داده شده است. به عنوان مثال، برای مدت طولانی اعتقاد بر این بود که "انواع ارواح شیطانی از او می ترسند."

عیب اصلی این فلز هزینه بالای آن بود، به همین دلیل است که همیشه باید به میزان کم یا بهتر بگوییم عاقلانه از آن استفاده می شد - همانطور که در برنامه بعدی که افراد ناآرام برای آن انتخاب کردند، لازم بود. دیر یا زود جایگزین های خاصی برای آن پیدا شد که به مرور زمان با موفقیت کم و بیش جایگزین آن شد.

احتمالاً قبلاً حدس زده اید که تمام موارد بالا در مورد نقره صدق می کند. از زمان GIRD (گروه مطالعه پیشرانه جت) و تاکنون، تنها راه اتصال قطعات محفظه احتراق موتورهای موشک، لحیم کاری با لحیم های نقره در کوره خلاء یا در گاز بی اثر است. تلاش برای یافتن لحیم‌های بدون نقره برای این منظور تاکنون به جایی نرسیده است. در برخی مناطق باریک، گاهی اوقات می توان این مشکل را حل کرد - به عنوان مثال، یخچال ها اکنون با استفاده از لحیم کاری مس-فسفر تعمیر می شوند - اما در LRE (موتور موشک مایع) جایگزینی برای نقره وجود ندارد. در محفظه احتراق یک موتور موشک پیشران مایع بزرگ، مقدار آن به صدها گرم و گاهی به یک کیلوگرم می رسد.

نقره به عنوان یک فلز گرانبها نامیده می شود که بر اساس عادت هزاره های قدیمی است. برای مثال بریلیم را در نظر بگیرید. این فلز سه برابر گرانتر از نقره است، اما در فضاپیماها نیز استفاده می شود (البته نه در موشک). عمدتاً به دلیل توانایی آن در کاهش سرعت و انعکاس نوترون ها در راکتورهای هسته ای شناخته شده است. بعداً به عنوان یک ماده ساختاری مورد استفاده قرار گرفت.

البته فهرست کردن تمام فلزاتی که با افتخار می توان آنها را "بالدار" نامید، غیرممکن است و نیازی به این کار نیست. انحصار فلزات که در اوایل دهه 1950 وجود داشت مدت هاست که توسط پلاستیک های تقویت شده با فیبر کربن و شیشه شکسته شده است. هزینه بالای این مواد باعث کاهش سرعت تکثیر آنها در راکت های یکبار مصرف می شود، اما به طور گسترده تری در هواپیماها اجرا می شوند. فیرینگ های فیبر کربنی که بار محموله و نازل های موتور مرحله بالایی فیبر کربن را می پوشانند از قبل وجود داشته و به تدریج شروع به رقابت با قطعات فلزی می کنند.

اما همانطور که از تاریخ مشخص است، مردم تقریباً ده هزار سال است که با فلزات کار می کنند و یافتن جایگزینی معادل برای این مواد چندان آسان نیست.

2. 5 تیتانیوم و آلیاژ تیتانیوم

شیک ترین فلز عصر فضا.

برخلاف تصور رایج، تیتانیوم به طور گسترده در فناوری موشک استفاده نمی شود - آلیاژهای تیتانیوم عمدتاً برای ساخت سیلندرهای گاز فشار بالا (به ویژه برای هلیوم) استفاده می شود. آلیاژهای تیتانیوم وقتی در مخازن اکسیژن مایع یا هیدروژن مایع قرار می‌گیرند قوی‌تر می‌شوند و در نتیجه وزن کمتری دارند. در فضاپیمای TKS (>)، که هرگز با فضانوردان پرواز نکرد، هوای آن در چندین بالون تیتانیوم 36 لیتری با فشار کاری 330 اتمسفر ذخیره می شد. وزن هر سیلندر 19 کیلوگرم بود. این تقریباً پنج برابر سبک تر از قوطی جوشکاری استاندارد با همان ظرفیت است، اما برای نیمی از فشار طراحی شده است!

3. فلزات موجودات زنده

نقش بیولوژیکی

اثر سمی فلز اضافی

کمبود لیتیوم در بدن انسان منجر به اختلالات روانی می شود

باعث بی حالی عمومی، اختلال در تنفس و ریتم قلب، ضعف، خواب آلودگی، از دست دادن اشتها، تشنگی، اختلالات بینایی، درماتیت صورت و دست ها می شود.

یون‌های پتاسیم متابولیسم پروتئین و کربوهیدرات را تنظیم می‌کنند، بر روند فتوسنتز و رشد گیاه تأثیر می‌گذارند. برای عملکرد طبیعی همه ماهیچه ها به ویژه قلب ضروری است، باعث ترشح سدیم اضافی، دفع آب اضافی بدن و از بین بردن تورم می شود.

باعث افزایش فعالیت حرکتی، افزایش ضربان قلب، اختلال در متابولیسم کربوهیدرات، چربی و پروتئین می شود.

یون‌های سدیم تحریک‌پذیری طبیعی سلول‌های ماهیچه‌ای را در حیوانات و انسان حفظ می‌کنند، در حفظ تعادل اسید-باز در بدن شرکت می‌کنند، فعالیت قلبی را تنظیم می‌کنند و آب را در بدن حفظ می‌کنند.

منجر به عدم تعادل آب، غلیظ شدن خون، اختلال در عملکرد کلیه و اختلالات متابولیک عمومی می شود.

نمک های منیزیم دارای اثر ضد عفونی کننده و گشادکننده عروق، کاهش فشار خون و کلسترول خون، اثر آرام بخشی بر سیستم عصبی، نقش مهمی در پیشگیری و درمان سرطان و تأثیر مفیدی بر اندام های گوارشی دارند.

یون های کلسیم برای فرآیندهای خون سازی، متابولیسم، کاهش نفوذپذیری عروق، رشد طبیعی اسکلتی، تأثیر مفیدی بر وضعیت سیستم عصبی و اثر ضد التهابی لازم هستند.

با کلسیم اضافی، سیستیت رخ می دهد. اگر کلسیم به صورت گرد و غبار سیمان وارد بدن شود، دستگاه تنفسی آسیب می بیند و در کودکان تحریک پذیری سیستم عصبی و آنالایزر بویایی کاهش می یابد.

استرانسیوم

بر فرآیندهای تشکیل استخوان تأثیر می گذارد.

بافت استخوان، کبد، خون تحت تاثیر قرار می گیرد، شکنندگی استخوان افزایش می یابد و ریزش مو مشاهده می شود.

آلومینیوم

موجود در ریه ها، کبد، استخوان ها، مغز، آنزیم های گوارشی و سیستم عصبی را تحت تاثیر قرار می دهد.

منجر به اختلال در متابولیسم مواد معدنی می شود.

بخشی از خون و بافت ماهیچه ای است، کاتالیزور بسیاری از واکنش ها، بخشی از انسولین است و در متابولیسم پروتئین شرکت می کند.

موتاژن و انکوژن باعث بیماری های سیستم اسکلتی عضلانی می شود.

فعالیت آنزیم های گوارشی را کاهش می دهد، عملکرد پانکراس، متابولیسم کربوهیدرات ها را مختل می کند، بر کلیه ها اثر می گذارد و رشد استخوان را مهار می کند، خطر شکستگی استخوان را افزایش می دهد.

این سیستم عصبی مرکزی را تحت تأثیر قرار می دهد، در کلیه ها متمرکز می شود، فعالیت آنها را مختل می کند و همچنین در سلول های مغز و مخاط دهان تجمع می یابد.

بر بافت استخوان، مغز استخوان و کبد تأثیر می گذارد، NS، به دلیل جابجایی کلسیم از آنها منجر به شکنندگی استخوان می شود.

بر سیستم عصبی محیطی، دستگاه گوارش و کلیه ها تأثیر می گذارد. در مو، استخوان ها، کلیه ها، ماهیچه ها تجمع می یابد. یکی از علائم مسمومیت با تالیوم ریزش مو است.

تأثیر کمبود و بیش از حد یون های فلزی بر وضعیت گیاهان و حیوانات.

تأثیر فلز (یون) بر وضعیت موجودات ناکافی است

توسعه اشکال گیاهی خاص

در حیوانات - درد عضلانی، ضعف. در گیاهان - مهار تشکیل کلروفیل

یک فرد فشار خون دارد. در گیاهان، توسعه سازگاری با زندگی در شرایط شوری بالا.

در حیوانات - بیماری استخوان

برای مسمومیت با منیزیم استفاده می شود

گیاهان دارای برگ های مرمری هستند

فردی فلج تنفسی دارد

آلومینیوم

توسعه اشکال گیاهی خاص. در انسان - کاهش توانایی های ذهنی، نوریت

منگنز

گیاهان دارای کلروز هستند. در پرندگان - اختلالات رشد بال

اختلالات رشد گیاهی در حالت های اکسیداسیون بالا بسیار سمی است

در گیاهان - کلروز، کاهش سرعت تشکیل کلروفیل

در مقادیر زیاد برای حیوانات و گیاهان سمی است

حیوانات کم خونی دارند

در غلظت های بالا برای حیوانات و گیاهان سمی است

بیماری های گیاهی

برای حیوانات و گیاهان سمی است

مولیبدن

بیماری های گیاه حبوبات

اگر در خاک بیش از حد وجود داشته باشد - بیماری های دام

4. فلزات و انسان

4. 1 تعامل طلا با زمین و انسان

طلا یک فلز ساده نیست. این نه تنها زیبا است، بلکه دارای خواص جادویی است. سایه های آن می تواند از سفید مایل به زرد تا نارنجی باشد.

طلا یک فلز کمیاب است. در اعماق روده های زمین قرار دارد و ارتباط نزدیکی با آن دارد. طلا زیبا است، پردازش آن آسان است و خورده نمی شود - این جایی است که بیشترین ارزش آن نهفته است. در عمل، این عنصر ابدی است که از زمین متولد شده است.

هنگامی که با فلزات دیگر مخلوط می شود، خواص خود را تغییر نمی دهد، وارد فلزات دیگر می شود، اما در عین حال به آنها اجازه ورود به ساختار خود را نمی دهد. می خواهیم بگوییم که این فلز هرگز فرمول خود را تغییر نمی دهد، فقط ابعاد کمی حضور خود را تغییر می دهد. بنابراین جداسازی طلا از هر ماده ای آسان است. طلا از حالتی به حالت دیگر منتقل نمی شود و حتی وجود در بدن انسان (و در هر شخصی فقط در اندازه های کوچک کیهانی وجود دارد) با این وجود یک ذره طلایی باقی می ماند.

این فلزی است که قدرت جادویی بی نظیری دارد. او به معنای واقعی کلمه مردم را با جاذبه درونی خود مجذوب می کند. این شامل تمام قدرت زمین است.

و بیش از هر آهنربایی چیزی را به زمین جذب می کند که وزنی در انسان ندارد - روح او. کسی که طلا را می پرستد به هر چیز زمینی و جسمانی وابسته است. روحش بی حس می شود و اگر طلا (پول) زیاد داشته باشد، فراموش می کند که زندگی روی زمین ابدی نیست و انسان به مکتب زمین می آید تا عمرش را بیهوده و طولانی شدن تلف نکند. دایره تجسم های بی پایان . این گونه افراد، حتی اگر به خدا ایمان داشته باشند، از روی عادت، بدون این که به معنای وجود این ایمان در زمین فکر کنند، این کار را انجام می دهند.

طلا به انسان قدرت، آرامش و آزادی می دهد. این زندگی او را جالب تر می کند و با این وجود، در پایان همه چیز "خسته کننده" می شود و فرد شروع به افول می کند. افسردگی و بیماری اغلب رخ می دهد. مرحله دیگری آغاز می شود - مبارزه با بیماری ها، پیگیری داروها - نگرانی بیشتر و بیشتر برای بدن. طلا به انسان آرزو نمی دهد، چشمان او را به روی چیزی که قابل مشاهده نیست، اما زیبا و آنقدر چند وجهی است که همیشه بی نهایت جالب است باز نمی کند. البته این به معنای آگاهی شخص از عالم روحانی در خود و در عالم است.

اما اگر طلا بر روح انسان چیره نشود، بلکه به رشد معنوی کمک کند، آنگاه همه درها را در دانش عملی زمین و فضا باز می کند. افرادی که طلای زیادی دارند، اما به آن دلبسته نیستند، به راحتی از زندگی می گذرند، به دیگران کمک می کنند، اما در عین حال فقیرتر نمی شوند، بلکه برعکس، هم از نظر معنوی و هم از نظر مادی ثروتمندتر نمی شوند آزار چنین افرادی طلا انسان را با زمین هماهنگ می کند، اما نه با کیهان، این شباهت آن با سنگ های سیاه است. در انگشتر (در هر انگشت) موقعیت فرد را در جامعه تقویت می کند و عشق او را تثبیت می کند. (بیهوده نیست که حلقه ازدواج طلا است.) هر جواهری از طلا ساخته و پوشیده می شود، به هر مقدار. با سنگ های کل طیف ترکیب می شود، به جز سبز و سبز-آبی، به استثنای نادر.

4. 2 خواص دارویی

طلا به حفظ سلامت انسان کمک می کند، اما خواص درمانی آن ضعیف است. می توان از آن برای بیماری های دستگاه تناسلی ادراری، اختلالات هورمونی، بیماری های گوارشی، درد مفاصل، ساکروم، رادیکولیت استفاده کرد و روی محل درد استفاده کرد. دم کرده روزانه را آزادانه، یک لیوان در روز بنوشید. یک هفته بنوشید، یک هفته استراحت کنید تا به نتیجه دلخواه برسید. حرز زیبا

4. 3 تعامل نقره با زمین و انسان

نقره نیز یک فلز کمیاب است، اما چنین "زمینه ای" را برای شخص به عنوان طلا فراهم نمی کند، اگرچه همچنین فرد را با کیهان متصل نمی کند. ارزش نقره این است که یک پاک کننده عالی است و محصولات ساخته شده از آن بر خلاف طلا خاصیت ضد عفونی کنندگی دارند. اما یک اشکال بزرگ دارد - هنگامی که با اکسیژن موجود در هوا تعامل می کند، به سرعت اکسید می شود. و به همین دلیل است که مردم از نقره خالص ظروف نمی سازند و کمتر از طلا در جواهرات استفاده می کنند. اگرچه محصولات نقره ای به هیچ وجه از نظر زیبایی از پادشاه فلزات کم نیستند.

نقره نسبت به انسان خنثی است. این یک طلسم فوق العاده است، اما هیچ انرژی را به انسان انباشته یا منتقل نمی کند، اما زیبایی هر سنگی را کاملاً برجسته می کند و در عین حال در سایه می ماند. تاثیر نقره بر انسان بسیار ملایم است. بسیاری از مردم نقره را دوست دارند. محصولات نقره ای می توانند بسیار متنوع باشند. انگشتر بهتر است روی انگشت اشاره استفاده شود. تأثیر این فلز بر روی یک فرد در جواهرات بسیار ضعیف است، اما به همین دلیل است که به سنگ اجازه می دهد آزادانه خواص خود را بیان کند. بهتر است نقره را در ترکیب با سنگ ها بپوشید.

4. 4 خواص دارویی

متال آنقدرها هم که گفته های من به نظر می رسد ساده نیست. این یک شفا دهنده عالی است. محصولات نقره ای دارویی هستند. اگر 24 تا 48 ساعت آب را با نقره دم کنید و بنوشید، حتی می توانید باسیل اسهال خونی را شکست دهید. علاوه بر این، آب تزریق شده به این روش معده را بهبود می بخشد، لامبلیا را از کبد خارج می کند، التهاب کبد و کیسه صفرا و کل دستگاه گوارش را درمان می کند. شما می توانید یک شستشوی روده را با آب نقره انجام دهید، می توانید به سادگی آب حاوی نقره را هر روز بنوشید، کل بدن را پاکسازی می کند. اگر کبودی دارید، می‌توانید به جای سرب از لوسیون نقره استفاده کنید (دمنوش به مدت 48 ساعت)، کبودی در عرض 24 ساعت برطرف می‌شود. اگر وریدهای ملتهب پاهای خود دارید، همین لوسیون به شما کمک می کند تا درد و سوزش را تسکین دهید و استفاده طولانی مدت (به مدت یک هفته) حتی تغییر شکل رگ های خونی را ترمیم کرده و تا حدی از بین می برد. می توانید نقره را با سنگ خاصی دم کنید تا جلوه ای مضاعف به دست آورید.

مس رایج ترین فلز است. محصولات مختلفی نیز می توان از آن تهیه کرد، اما متأسفانه به سرعت اکسید می شود و به همین دلیل برای مردم ارزش زیادی ندارد. توصیه ما به شما این است که به مس توجه بیشتری داشته باشید، زیرا مس در ارتباط هماهنگ با زمین است و از همه مهمتر توانایی هماهنگ کردن انسان با طبیعت زمینی را دارد. مس خاصیتی دارد که سایر فلزات آن را ندارند. به طوفان های الکترومغناطیسی که قبل از تغییرات در فشار اتمسفر هنگام تغییر آب و هوا هستند، پاسخ نمی دهد. نوسانات خطوط نیروی الکترومغناطیسی بر وضعیت فرد تأثیر می گذارد و باعث تشدید بیماری های مختلف از جمله تأثیر بر سیستم گردش خون (فشار) می شود. مس با تعامل با بیوفیلد انسان، از آن در برابر اثرات طوفان های الکترومغناطیسی محافظت می کند. یعنی فرد شروع به واکنش کمتری نسبت به تغییرات فشار اتمسفر می کند. این خاصیت شگفت انگیز مس به درستی مورد توجه انسان قرار گرفت و اکنون در درمان فشار خون و افت فشار خون استفاده می شود، اما می توان از آن برای سایر بیماری ها نیز استفاده کرد که تشدید آن با تغییرات آب و هوایی همراه است. برای این کار باید یک دستبند مسی روی دست چپ خود ببندید. باید در مچ دست با بدن فرد تماس داشته باشد، اما دست را سفت نکند. سایر جواهرات مسی هیچ مزیتی برای سلامتی ندارند. مس مانند نقره یک فلز خنثی است. آلیاژهای مس با فلزات دیگر ممکن است خواص درمانی داشته باشند.

5. فلزات سنگین در آب و در بدن انسان

5. 1 آهن

این یک ماده معدنی با توزیع گسترده است. این آهن است که به آب رنگ قهوه ای ناخوشایندی می دهد و قطعاً کیفیت ارگانولپتیک آب را بدتر می کند. چای یا قهوه ای که از این آب تهیه می شود طعم فلزی، قابض و «آهنی» دارد. در تعدادی از مناطق منطقه مسکو، غلظت بالایی از آهن در آب لوله کشی وجود دارد که منجر به بیماری های کبدی و خونی و ایجاد واکنش های آلرژیک می شود. بنابراین، ساکنان شهر ژلزنودوروژنی مایعی را که از شیر آب جاری می شود به روشی بسیار بدیع نامیده می شود: "کوکتل آهنی ما". با نوشیدن این آب، به زودی تبدیل به یک چوب‌بر آهنی می‌شوید!

5. 2 سرب

بسیاری از خانه های قدیمی هنوز اغلب از لوله های آب سربی استفاده می کنند - آنها بسیار بادوام هستند. در جاهایی که لوله های سربی در دسترس نبود، اغلب از لحیم کاری سرب استفاده می شد. به هر حال سرب حتی در مقادیر کم خطرناک است! عملکرد تولید مثل را مختل می کند، سیستم عصبی مرکزی را تضعیف می کند و می تواند باعث ایجاد مشکلاتی در رشد رفتاری و عاطفی در کودکان شود، زیرا بدن کودک درصد بسیار بیشتری از سرب را نسبت به بدن بزرگسالان جذب می کند. در افراد مسن، سرب باعث افزایش فشار خون و اختلال در شنوایی می شود. افزایش سطح سرب در بدن باعث کم خونی (کم خونی)، نارسایی کلیه و عقب ماندگی ذهنی می شود. سرب در استخوان‌ها رسوب می‌کند و منجر به تغییراتی در سیستم عصبی مرکزی (پلی‌نوریت، تصلب شرایین مغزی)، خون (کاهش هموگلوبین، کاهش تعداد گلبول‌های قرمز)، دستگاه گوارش (کولیت مزمن اسپاستیک) و همچنین متابولیک می‌شود. اختلالات، بسیاری از آنزیم ها و هورمون ها.

5. 3 آلومینیوم

آلومینیوم سیستم عصبی و ایمنی را فلج می کند و در ایجاد بیماری آلزایمر نقش دارد. دانشمندان گمان می‌کنند که آلومینیوم در سلول‌های طولانی‌مدت مانند سلول‌های عصبی تجمع می‌یابد و به عنوان سم عصبی عمل می‌کند و باعث آسیب تخریبی در مغز می‌شود. تأثیر مخربی بر بدن کودک دارد. آلومینیوم عمدتاً از طریق غذا وارد بدن می شود، بلکه از طریق جوش شیرین، نمک، ویتامین ها و حتی خمیر دندان نیز وارد بدن می شود. منابع اصلی آلومینیوم کارخانه های صنعتی، ظروف پخت و پز و لوازم خانگی هستند. در "استانداردهای بهداشتی فدراسیون روسیه" ذکر شده، محتوای سرب و آلومینیوم به ترتیب 3-10 برابر بیشتر از آنچه در استانداردهای WHO ارائه شده است مجاز است. باید در نظر داشت که سرب و آلومینیوم از دسته "مواد بسیار خطرناک" هستند.

5. 4 فلزات دیگر

افزایش غلظت مس در آب آشامیدنی باعث آسیب به غشاهای مخاطی کلیه ها و کبد می شود. ضایعات پوستی نیکل؛ روی - کلیه ها. کادمیوم یک سم ژنتیکی اولیه است که به شدت ساختارهای DNA را از بین می برد و بر کلیه ها و استخوان ها نیز تأثیر می گذارد. آرسنیک در محیط زیست گسترده است و از منابعی مانند آب، هوا، غذا، دود تنباکو و آفت کش ها به دست می آید. در حال حاضر، علم پزشکی ثابت کرده است که آرسنیک دستگاه گوارش و ریه ها را از بین می برد، بر سیستم عصبی مرکزی تأثیر می گذارد و باعث بیماری های التهابی - پلی نوریت می شود. در مورد آلاینده بسیار رایجی مانند جیوه (لامپ های فلورسنت شکسته، ضایعات تولید باتری و متالورژی) چه می توانیم بگوییم؟ اگر این فلز برای مدت زمان کافی در بدن نفوذ کند، فرد را به یک بیماری وحشتناک سوق می دهد - میاستنی گراویس (از دست دادن تکانه های عصبی عضلانی)، بیماری های کلیوی و کبدی.

6. منابع ورود فلزات سنگین به محیط زیست

منابع فلزات سنگین به دو دسته طبیعی (هوازدگی سنگ‌ها و مواد معدنی، فرآیندهای فرسایش، فعالیت‌های آتشفشانی) و مصنوعی (استخراج و فرآوری مواد معدنی، احتراق سوخت، ترافیک، فعالیت‌های کشاورزی) تقسیم می‌شوند. برخی از گازهای گلخانه ای ساخته شده توسط انسان که به شکل ذرات معلق در هوا وارد محیط طبیعی می شوند در فواصل قابل توجهی منتقل می شوند و باعث آلودگی جهانی می شوند.

فلزات سنگین در خاک، به ویژه در افق های هوموس بالایی تجمع می یابند و به آرامی با شستشو، مصرف توسط گیاهان، فرسایش و بادکردن از خاک حذف می شوند.

دوره نیمه حذف یا حذف نیمی از غلظت اولیه طولانی است: برای روی - از 70 تا 510 سال، برای کادمیوم - از 13 تا 110 سال، برای مس - از 310 تا 1500 سال و برای سرب - از 740 تا 5900 سال.

از تمام مواد مضر و سمی که به طور منظم وارد بدن انسان می شود، 70٪ از غذا، 20٪ از هوا، 10٪ از آب تامین می شود. فلزات می توانند از هوا به شکل ذرات ریز تشکیل شده در طی احتراق زغال سنگ، نفت، ذغال سنگ نارس و سایر سوخت ها، و همچنین از دود و گازهای گلخانه ای از کوره های ذوب و صنایع مختلف مرتبط با فرآوری فلزات به وجود بیایند. به همین دلیل، در حال حاضر هزار برابر فلزاتی مانند طلا، کادمیوم، سرب، قلع، سلنیوم و تلوریم در هوای زمین نسبت به شرایط طبیعی وجود دارد. علاوه بر این، ترکیبات آلی فلزی فرار حاصل به صورت بخار در جو وجود دارد. یکی از منابع اصلی آلودگی سمی حمل و نقل موتوری است. خودروها علاوه بر اکسیدهای نیتروژن، کربن و گوگرد، نمک های سرب را در جو منتشر می کنند. سرب از دیرباز به دلیل اثر سمی آن بر بدن انسان شناخته شده است. مسمومیت با سرب خود را با علائم غیر اختصاصی نشان می دهد: در ابتدا افزایش تحریک پذیری و بی خوابی، بعداً خستگی و افسردگی. علائم بعدی شامل اختلال در عملکرد سیستم عصبی و آسیب به مغز است. سرب و همچنین سایر فلزات سنگین، کادمیوم، جیوه بر شبکیه چشم تأثیر منفی می گذارد و بینایی را مختل می کند. کادمیوم می تواند باعث اختلال در متابولیسم آنزیم، تخریب سیستم عصبی و اسکلتی عضلانی شود. یون های فلزی مانند آهن و منگنز که آثاری از آنها در جو نیز وجود دارد، علاوه بر اثر سمی مستقیم، اکسیداسیون دی اکسید گوگرد به تری اکسید و تشکیل اسید سولفوریک را تسریع می کنند که به صورت باران اسیدی می ریزد.

آلودگی فلزی در بخش آب به ویژه با صنعتی شدن افزایش یافته است. آب های طبیعی (زمینی، سطحی) حاوی فلزات سنگینی هستند که در هنگام هوازدگی سنگ ها به آنجا می رسند. غلظت آنها در شرایط عادی زیاد نیست. علاوه بر این، فرآیندهای معدنی با فرآیندهای بیولوژیکی طبیعی مرتبط هستند و این باعث تعادل در حضور فلزات سنگین می شود. مورد دیگر منابع انسانی یون های فلزی است که در هنگام استخراج نفت، زغال سنگ، سنگ معدن و همچنین با زباله های صنعتی وارد آب می شوند. حتی محصولات بهداشتی به ظاهر بی ضرر مانند مواد شوینده می توانند منبعی از یون های روی و سلنیوم باشند. و این دو مورد از فلزات سمی ذکر شده در بالا هستند. بسیاری از آلودگی های فلزی سمی به آب ها و از طریق رواناب های کشاورزی وارد می شود. فلزات سنگین به شکل ذرات کلوئیدی مخلوط با مواد آلی و معدنی وجود دارند. یکی از انواع این فلزات سمی، اشکال مختلف ترکیبات آلکیل جیوه و تالیم است. اکنون مشخص شده است که ترکیبات آلکیل آرسنیک، قلع، سرب، سلنیوم و کادمیوم در آب وجود دارد. چنین موادی قادر به تشکیل ترکیبات آلی بسیار سمی هستند که برای همه موجودات زنده حتی در مقادیر نانوگرم مضر هستند. به عنوان مثال، مورد طاسی کودکان در شهر Chernivtsi مرتبط با مسمومیت با زباله های صنعتی حاصل از تولید تالیم آلی است. تشکیل ترکیبات مختلف فلزی با مواد آلی اغلب منجر به پدیده های ناشناخته جدیدی می شود. به عنوان مثال، معلوم شد که دی متیل جیوه، یک ترکیب آلی فلزی نسبتاً فرار، در هوا پیدا شده است. این ماده به نوبه خود می تواند تحت واکنش های شیمیایی بیشتری قرار گیرد (مثلاً تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش) و تجزیه شود و محصولات تجزیه به شکل باران جیوه می ریزند. سالانه هزاران تن جیوه فرار و محلول وارد هیدروسفر می شود. آلودگی آب رودخانه ها بر زنجیره های غذایی نیز تأثیر می گذارد. مصرف ماهی توسط انسان، حتی با غلظت جیوه 0.8-1.6 میلی گرم بر کیلوگرم، منجر به رسوب 50 میلی گرم بر کیلوگرم فلز در مو می شود و علائم مسمومیت ظاهر می شود. محتوای جیوه در مو بیش از 300 میلی گرم بر کیلوگرم زندگی انسان را تهدید می کند. جیوه همچنین می تواند از طریق گوشت حیوانات وارد شود اگر خاکی که آنها در آن می چرند با کمپوست سپتیک تانک های شهری بارور شود.

فلزات به راحتی در خاک انباشته می شوند، اما حذف آنها بسیار دشوار است: نیمه عمر روی از خاک تا 500 سال، سرب - تا چند هزار سال است. آلودگی با ایزوتوپ های فلزی که رادیواکتیو نیز هستند به ویژه خطرناک است. بنابراین، ایزوتوپ‌های استرانسیوم در استخوان‌ها و سزیم در ماهیچه‌ها رسوب می‌کنند. پس از فاجعه چرنوبیل، مناطق وسیعی نه تنها در اوکراین، بلکه حتی در موردوویا نیز آلوده شد. ایزوتوپ های رادیواکتیو که در خاک جمع می شوند، سپس وارد گیاهان می شوند و همراه با غذای گیاهی وارد بدن انسان می شوند.

نتیجه

کار ما روی این پروژه اکنون به پایان رسیده است. در فرآیند جستجو و پردازش اطلاعات در مورد این موضوع، همه اطلاعات مفید زیادی در مورد فلزات کشف کردند، خواه دانشمند آینده باشد یا فقط یک فرد علاقه مند.

اکنون هر یک از ما در نگاه اول به این ایده گریزان که همه چیز به هم مرتبط است، حتی مفاهیمی مانند شیمی و فیزیک، شیمی و معماری، شیمی و کشاورزی، شیمی و فضا، شیمی و پزشکی، قابل رویت شده ایم.

نقاط عطفی در تاریخ تمدن وجود دارد که بدون آنها تصور توسعه جامعه بشری دشوار است. روزی روزگاری، هزاران سال پیش، اجداد دور ما یاد گرفتند که آتش درست کنند. به گفته اف. انگلس، تسلط بر آتش "برای اولین بار به انسان تسلط بر نیروی خاصی از طبیعت داد و در نتیجه انسان را از قلمرو حیوانات جدا کرد." سپس مردم شروع به پرورش گاو کردند، شروع به پرورش گیاهان غلات کردند، و در نهایت، گام مهم دیگری در حرکت خود به جلو برداشتند - آنها راز تبدیل سنگ معدن به فلز را کشف کردند.

تسلط بر متالورژی - هنر استخراج، ذوب و فرآوری فلزات - نقطه عطف قابل توجهی در زندگی نامه انسان است که در کنار رام کردن آتش، پیدایش دامداری و کشاورزی رتبه بندی می شود. این متالورژی بود که همانطور که توسط کاوش‌های باستان‌شناسی نشان می‌دهد در هزاره هفتم قبل از میلاد سرچشمه گرفت و بنابراین یکی از کهن‌ترین حوزه‌های فعالیت بشری است، انگیزه قدرتمندی به توسعه نیروهای تولیدی داد و فلزات و آلیاژهایی را برای مردم فراهم کرد. نقش تعیین کننده در شکل گیری فرهنگ مادی. دوره های عطف تصادفی آن در زندگی بشر تاریخ نامیده می شود که بر اساس مواد فلزی حاکم در آن زمان است: عصر مس، عصر برنز و عصر آهن.

متالورژی از زمان پیدایش خود تا به امروز راهی طولانی، پیچیده و جالب را طی کرده است - از شعله آتش و ساده ترین آهنگرها که در سپیده دم تمدن سنگ های سنگ معدن را به کریت های فلزی تبدیل کردند، تا کارگاه ها و کارخانه های غول پیکر مدرن، که در آن، همراه با کوره های آتشین سنتی، کوره های الکتریکی و الکترونیکی قدرتمند کار می کنند - تاسیسات پرتو و پلاسما، که امکان به دست آوردن فلز با کیفیت بالا را فراهم می کند.

1 دوره استفاده از آلیاژها

در متنوع ترین نقاط جهان قدیم در دوران اولیه فلز، سه دوره اصلی قابل تشخیص است: 1) استفاده از محصولات فقط از مس خالص، 2) ترکیب محصولات مس خالص با اشیاء از آلیاژهای مصنوعی، و 3) گسترش اشیاء منحصراً از آلیاژهای مصنوعی.

همچنین امکان ایجاد یک الگوی کلی وجود داشت: دوره اول - تسلط محصولات ساخته شده از خالص و بدون آلیاژهای مصنوعی مس - همیشه مقدم بر دو مورد دیگر بود، در حالی که این دوره دوم می توانست مکان خود را تغییر دهد. اما، اگر برنز مصنوعی در زندگی روزمره یک قبیله یا مردم خاص ظاهر می شد، دوره مس خالص برای همیشه از بین می رفت.

شرایط جالب دیگری نیز ظاهر شد: در دنیای قدیم هیچ دوره واحدی از وجود مس خالص وجود نداشت که برای همه مناطق همزمان باشد. به عنوان مثال، این مرحله برای متالوژیست های خاورمیانه در هزاره چهارم قبل از میلاد به پایان رسید. ه. در این زمان، قبایل اورال هنوز در عصر سنگ زندگی می کردند و تنها در اواسط هزاره دوم قبل از میلاد شروع به استفاده از ابزارهای ساخته شده از برنز مصنوعی کردند. e.، یعنی حداقل 2000-1500 سال بعد. برای جمعیت تعدادی از مناطق آفریقا و آسیا، عصر فلز تقریباً در دوران مدرن آغاز شد.

برای دنیای قدیم امروز، تنها می توان به طور تقریبی مرزی بین عصر مس و برنز ترسیم کرد: این گذار در فاصله زمانی قابل توجهی بین هزاره چهارم و اواسط هزاره دوم پیش از میلاد اتفاق افتاد. ه. قبل از هزاره چهارم، در ادبیات اطلاعاتی در مورد وجود برنزهای مصنوعی وجود ندارد و بعد از اواسط هزاره دوم، هیچ یک از مراکز معدنی و متالورژی شناخته شده ما ابزاری را که منحصراً از مس خالص ساخته شده است تولید نمی کنند.

به طور غیر منتظره ای معلوم شد که در عصر برنز فقط مس شناخته شده نبود. در کنار مس، سرب نیز برای کسب عنوان قهرمانی عجله دارد. تا به حال، مورخان متالورژی معتقد بودند که این فلز خاکستری نرم نسبتاً دیر - نه زودتر از هزاره سوم قبل از میلاد - توجه انسان را به خود جلب کرد. ه.

قدمت طلا و نقره کاملاً متفاوت ارزیابی شد. نقره و به ویژه طلا اغلب در رسوبات به شکل قطعات یافت می شود. با این حال، تا کنون باستان شناسان هیچ اطلاعاتی در مورد یافته های مربوط به قدمت قبل از هزاره پنجم ندارند.

با این حال، مس یک ماده به اندازه کافی کامل نبود. برنز، آلیاژ مس و قلع، بسیار قوی تر از مس است. اولین آلیاژی که انسان به دست آورد نام یک دوره کامل در توسعه تمدن بشری را داد - عصر حجر با عصر برنز جایگزین شد. ابزار برنزی به تدریج جایگزین ابزارهای مسی شد. تبر برنزی درختان را بهتر قطع می کرد و کمتر کسل کننده می شد. شمشیر برنزی در نبرد بسیار قابل اعتمادتر بود.

مشخص است که قبایل کوچ نشین فلزکاری را از همسایگان کم تحرک خود آموختند، اما در این زمینه به اوج نرسیدند. آنها فلزات را به ابتدایی ترین روش پردازش می کردند. به جای گیره، یک تکه فلز را با یک چوب شکاف نگه می داشتند که به عنوان سندان و چکش خدمت می کردند، و "چکش" گاهی اوقات حتی یک دسته نداشت، بلکه به یک کمربند وصل می شد. البته، با چنین ابزارهایی نمی توانید ابزارهای خوبی بسازید.

ما چیزی کاملاً متفاوت را در کشورهای فرهنگ باستانی می یابیم - در شمال آفریقا، در بخش های غربی و شرقی آسیای صغیر، در ساحل دریای مدیترانه. بنابراین، مصری ها، مجبور به مقابله با شرایط نامساعد آب و هوایی، با استفاده از ابزارهای برنزی، موفق به ایجاد یک سیستم آبیاری مصنوعی عظیم شدند - آنها کانال ها و مخازن عظیمی را حفر کردند. برای مثال، دریاچه مصنوعی مریس چند صد کیلومتر محیط داشت.

ذوب فلزات در این کشورها بدون شک پیشرفته تر بود، اما در سطح فنی بسیار پایینی نیز باقی ماند. در کوره های ابتدایی که دمای بالا را فراهم نمی کردند، مس بسیار کمی از سنگ معدن ذوب می شد. با اطمینان می توان حدس زد که در آغاز متالورژی، بیش از نیمی از فلز در سنگ معدن باقی مانده و همراه با آن به زباله ها ریخته شده است. برای به دست آوردن چند کیلوگرم مس، لازم بود که در تمام روز بو داده شود.

تولید فلز، همراه با هزینه های قابل توجه نیروی کار، هزینه بسیار بالای آن را تعیین کرد. برنز به ویژه گران بود - از این گذشته ، قلع مورد نیاز برای آن در دوران باستان بسیار نادر بود. فقط افراد بسیار ثروتمند می توانستند ابزارهای برنزی داشته باشند. بنابراین مس و حتی برنز به طور کامل جایگزین ابزار سنگی نشدند. در زمان ساخت اهرام معروف مصر به همراه اسکنه های مسی و برنزی، بلوک های عظیمی نیز با تبرهای سنگی تراشیده شده است. و مردم عادی عموماً در زندگی روزمره فقط از ابزار سنگی استفاده می کردند. سنگ سرانجام تنها با ظهور یک ماده جدید در دست انسان، که کل توسعه بیشتر تمدن را تعیین کرد، جای خود را به فلز داد. معلوم شد که این ماده آهن است.

دانشمندان هنوز نمی توانند در مورد اینکه مردم چگونه ذوب آهن را یاد گرفتند به اتفاق نظر برسند. تقریباً هرگز به شکل طبیعی و بومی خود یافت نمی شود. این فرضیه وجود دارد که اولین آهنی که مردم دریافت کردند از آسمان - در شهاب سنگ ها - آمده است. یکی از دلایل چنین فرضیه ای نام فلز در بین اقوام مختلف است. بنابراین، مصریان باستان آهن را "vaaepere" می نامیدند که به معنای "متولد در بهشت" است. قبطیان باستان آن را "سنگ بهشت" می نامیدند.

اما شهاب سنگ های آهنی بسیار نادر هستند، احتمال یافتن آنها بسیار کم است. اما لازم بود نه تنها یک شهاب سنگ پیدا کنیم، بلکه باید بفهمیم که چگونه یک محصول را از آن جعل کنیم. بدیهی است که آهن اساساً به صورت کاملاً زمینی به دست مردم آمده است. شاید قطعات سنگ آهن در همان کوره هایی که مس در آن ذوب می شد افتاد و صنعتگران در نهایت متوجه شدند که از این ماده تیره می توان چاقوها، تبرها و شمشیرهای بسیار قوی تری ساخت تا از برنز.

یک چیز مسلم است: برای مدت بسیار طولانی آهن آنقدر کم بود که ارزش آن بسیار بیشتر از طلا بود. در میان گنجینه های اهرام مصر که تا ما باقی مانده است، جایی که تن ها طلا وجود دارد، دانشمندان تنها چند جواهرات ساخته شده از آهن ساده پیدا کرده اند. فقط افراد بسیار ثروتمند می توانستند حلقه یا سنجاق آهنی داشته باشند. و یکی از مستبدان شرقی حتی قانونی را به مجازات اعدام تصویب کرد که همه را به جز خودش، البته از پوشیدن جواهرات آهنی منع می کرد. استرابون جغرافی دان و مورخ یونان باستان در مورد برخی از مردمان آفریقایی نوشته است که ده برابر وزن طلا برای آهن داده اند. در اودیسه هومر آمده است که به برنده یک مسابقه ورزشی یک تکه طلا و یک تکه آهن به عنوان پاداش داده می شود. یکی از فراعنه مصر از پادشاه هیتی خواست که در ازای طلا برای او آهن بفرستد. این امر ادامه داشت تا اینکه مردم راهی ارزان و مولد برای ساخت آهن پیدا کردند. پس از آن، قیمت آن به سرعت شروع به کاهش کرد و دیگر جواهراتی از آن ساخته نمی شد، بلکه تبر، بیل، شمشیر، چاقو، پست زنجیر...

عصر آهن بر روی زمین آغاز شد.

ارزیابی نقش فلزات در زندگی ما بسیار ساده است - فقط به اطراف خود نگاه کنید و به اطراف خود نگاه کنید. فلز همه جا هست ظروف آشپزخانه - قاشق، چنگال، چاقو، قابلمه، تابه - تقریباً همه از فلز ساخته شده اند. لوازم خانگی - ماشین لباسشویی، جاروبرقی، تلویزیون، کامپیوتر - بدون فلزات غیرممکن است. خانه ها و خیابان های شهر با برق روشن می شوند که از طریق سیم های فلزی تامین می شود. سازه های مدرن توسط سازه های بتن مسلح پشتیبانی می شوند. بین شهرها، قطارها در امتداد ریل‌های فولادی حرکت می‌کنند که در ایجاد آن از فلزات مختلفی استفاده می‌شود و اتومبیل‌ها که عمدتاً از فلزات نیز تشکیل شده‌اند، در امتداد جاده‌ها حرکت می‌کنند. کشتی ها در دریا، هواپیماها در آسمان، موشک ها و فضاپیماها - همه اینها بدون فلزات و آلیاژهای آنها غیرممکن است. و عجیب است اگر در زندگی خود بدون چیزی که سهم قابل توجهی از جدول تناوبی شیمیایی را اشغال می کند انجام دهیم.

برنج. 1.برج ایفل در پاریس از فلز ساخته شده است

خواص متنوع فلزات - چکش‌خواری، استحکام و انعطاف‌پذیری آنها - مدت‌هاست که زندگی مردم را بسیار راحت‌تر کرده است، زیرا فلزات برای هزاران سال در حوزه‌های مختلف فعالیت‌های انسانی مورد استفاده قرار گرفته‌اند، که شاید مهم‌ترین آنها خلقت باشد. از ابزار. ابزارهایی که با کمک آنها فرد به طور فعال دنیای اطراف خود را تغییر می دهد و آن را با نیازهای خود تطبیق می دهد. بی دلیل نیست که از زمان های قدیم به کسانی که می دانستند چگونه فلز را کار کنند و همین ابزار را از آن بسازند، ارزش زیادی داشته اند.

به عنوان مثال، یک تمثیل معروف که حداقل سه هزار سال پیش ساخته شده است، چنین می گوید.

پس از اتمام ساخت معبد اورشلیم، پادشاه سلیمان تصمیم گرفت تا بهترین سازندگان را تجلیل کند و آنها را به کاخ دعوت کرد. او حتی تاج و تخت سلطنتی خود را در طول مدت جشن به بهترین ها واگذار کرد - کسی که کارهای زیادی برای ساخت معبد انجام داد.

وقتی مدعوین به قصر رسیدند، یکی از آنها به سرعت از پله های تخت طلا بالا رفت و بر آن نشست. اقدام او باعث تعجب حاضران شد.

- شما کی هستید و به چه حقی این مکان را گرفتید؟ - پادشاه عصبانی با تهدید پرسید.

مرد غریبه رو به مزون کرد و از او پرسید:

سازهای شما را چه کسی ساخته است؟

او پاسخ داد: آهنگر.

مردی که نشسته بود رو به نجار و وصال کرد:

سازهای شما را چه کسی ساخته است؟

آنها پاسخ دادند: "یک آهنگر."

و هرکسی که غریبه خطاب می کرد پاسخ داد:

- بله آهنگر ابزارهای ما را که معبد با آن ساخته شده بود جعل کرد.

سپس مرد غریبه به پادشاه گفت:

- من آهنگر هستم. پادشاه، می بینید، هیچ یک از آنها بدون ابزار آهنی که من ساخته بودم نمی توانستند کار خود را انجام دهند. این مکان حقاً متعلق به من است.

شاه که از استدلال های آهنگر متقاعد شده بود، به حاضران گفت:

- بله آهنگر درست می گوید. او سزاوار بزرگترین افتخار در میان سازندگان معبد است.

برنج. 2.داوری سلیمان (نیکلاس پوسین)

آهنگر در دوران باستان فقط فردی نبود که فلز را پردازش کند. دامنه فعالیت او تقریباً کل زنجیره فناوری از جستجو و استخراج سنگ معدن تا ایجاد محصولات فلزی نهایی که از این سنگ ذوب می شد را در بر می گرفت. و کسانی که او را در محل کار می دیدند، البته از این واقعیت شگفت زده شدند که آهنگر (که اساساً یک متالورژیست) چیزهای ارزشمندی را عملاً "از هیچ" به دست آورده است - از یک تکه سنگ. بنابراین، در میان بسیاری از مردم، متالورژی تقریباً یک جادوگر در نظر گرفته می شد و خود این حرفه بسیار محترم بود.

یک ضرب المثل فنلاندی با احترام اشاره می کند که قرار نیست با آهنگر بر اساس نام کوچک صحبت کنید.

به گفته باسیل دیویدسون، دانشمند و روزنامه‌نگار انگلیسی، قبایل کشاورزی مستقر آفریقا تقریباً در همه جا آهنگران را یک طبقه شریف و اغلب حتی یک طبقه ممتاز می‌دانستند. دیویدسون همچنین به سخنان یکی از محققان استناد می کند که در برخی از مناطق زولولند (ایالت سابق زولو در جنوب آفریقا) حرفه آهنگر نه تنها یکی از شریف ترین ها به حساب می آید، بلکه با راز تقریباً عرفانی احاطه شده است.

ژولیوس لیپ، قوم شناس آلمانی گزارش می دهد که در برخی از ایالت های آفریقایی واقع در جنوب صحرا، اغلب برای پادشاهان کاملاً ضروری بود که آهنگری بدانند. بنابراین در یکی از ایالت های بزرگ در قلمرو کنگو در قرون وسطی، پادشاه توسط شورایی از اشراف انتخاب می شد. البته از بین مردم عادی انتخاب نشدند. اما هر نامزدی که می خواست پادشاه شود باید ثابت می کرد که آهنگر خوبی است.

روشن است که برای چنین فعالیت چند وجهی که باید در مسیر سنگ معدن تا محصول نهایی فلزی انجام می شد، فلزکار باید دانش عظیمی داشت که اغلب از نسلی به نسل دیگر منتقل می شد. بنابراین، در میان بسیاری از مردمان باستانی، تنها کسانی که در میان اجدادشان آهنگر وجود داشته است، می توانند آهنگر شوند. یک فرد معمولی نمی توانست این هنر مقدس را در دست بگیرد.

برنج. 3.جستجوی سنگ معدن با استفاده از داسینگ (حکاکی قرون وسطایی)

البته کهن ترین سازهای فلزی هنوز ویژگی سختی و استحکامی که محصولات امروزی دارند را نداشتند. اما آنها، همانطور که مشخص است، می توانند با موفقیت با ابزار سنگی رقابت کنند.

به عنوان مثال، زمانی اعتقاد بر این بود که مس نرم بومی یک ماده نسبتاً ضعیف حتی برای پردازش چوب است. اما در اواخر دهه 50 و اوایل دهه 60، سمنوف مورخ شوروی تحقیقات عملی را برای مقایسه کارآمدی ابزارهای سنگی و مسی ترتیب داد و بی‌اساس این تردیدها را ثابت کرد.

دکترای علوم تاریخی S.A. Semenov به همراه گروهی از باستان شناسان جوان در تایگا Angara مجموعه ای از آزمایشات را برای مقایسه نسبی بهره وری ابزارهای مسی و سنگی انجام دادند. برای بریدن درختان کاج با ضخامت مساوی با قطر 25 سانتیمتر از دو تبر به یک شکل - مس و سنگ - استفاده شد. همین شخص به عنوان چوب بری عمل می کرد. او با استفاده از تبر سنگی، تنها 75 دقیقه پس از شروع کار، درخت کاج را قطع کرد. تعجب حاضران را تصور کنید زمانی که درخت کاج همسایه توسط او با تبر مسی تنها در 25 دقیقه قطع شد! یک تبر مسی 3 برابر موثرتر از تبر سنگی بود! برای مقایسه کیفیت کار نه تنها کوبه ای، بلکه ابزارهای برش، آنها شروع به تراشیدن یک شاخه چوبی با مس و سپس با چاقوی چخماق کردند. بهره وری یک چاقوی مسی 6-7 برابر بیشتر از چاقوی سنگی بود! (ن. ریندینا، «انسان در خاستگاه دانش متالورژیکی»).

"یک مته مسی 22 برابر سریعتر از یک مته سنگ چخماق در کنده درخت غان سوراخ کرد. به طور قابل توجهی، این سوال که چرا ابزارهای مسی تکنولوژی باستانی را متحول کردند، به سادگی حذف شد» (S. Ivanova، «Metal: Birth for Civilization»).

بعدها، ریندینا مورخ متالورژی و همکارانش به طور تجربی تأیید کردند که کیفیت ابزار مسی را می توان با استفاده از تکنیک های نسبتاً ساده به طور قابل توجهی بهبود بخشید. به عنوان مثال، از طریق آهنگری معمولی که در دسترس اجداد باستانی ما نیز بود، برای آنها کافی بود که یک سنگ مناسب را بردارید و از آن به عنوان چکش استفاده کنید. واقعیت این است که در طول فرآیند آهنگری سختی مس به طور قابل توجهی افزایش می یابد که می توان از این طریق چندین برابر آن را افزایش داد.

دانشمند انگلیسی G. G. Coghlen به طور تجربی ثابت کرد که مس ریختگی با سختی اولیه 30-40 واحد در مقیاس برینل را می توان با یک آهنگری به سختی 110 واحد رساند. اگر به یاد بیاوریم که سختی آهن تنها 70 تا 80 واحد است، این ارقام اهمیت ویژه ای پیدا خواهند کرد.

تنها مشکل این بود که با این به اصطلاح آهنگری سرد، نه تنها سختی، بلکه شکنندگی فلز نیز افزایش می‌یابد، که کار دستیابی به یک محصول واقعاً با کیفیت را بسیار پیچیده می‌کند. اما این مشکل با حرارت دادن دوره ای مس تا دمای 850 درجه سانتیگراد، که شکنندگی مواد را کاهش داد، دور زده شد.

آزمایش‌های زیادی قبل از یافتن شرایط بهینه انجام شد: آنها یک تکه مس را در آتش انداختند، داغ شد، سپس سرد شد - فلز نرم شد و به راحتی خم شد. حالا می شد آن را سرد جعل کرد. هر شلیک جدید هم سختی و هم شکل پذیری مس را افزایش می دهد» (S. Ivanova، «Metal: Birth for Civilization»).

برنج. 4.تبر مسی

انسان با کشف خواص مفید فلزات، البته خود را فقط به ابزار محدود نکرد. شاید برعکس باشد - در ابتدا، همانطور که مورخان معتقدند، درخشندگی و تنوع رنگی فلزات دلیل استفاده از آنها برای ساخت جواهرات مختلف و اشیاء مذهبی بود. این اقلام قدیمی ترین یافته های باستان شناسی شناخته می شوند. کمی بعد، از فلز برای ساخت انواع ظروف خانگی - از سوزن های کوچک و قلاب ماهی گرفته تا آینه ها و قابلمه های پخت و پز استفاده شد. فلزات همچنین کاربرد خود را در کاربردهای غیرمنتظره ای مانند پزشکی پیدا کرده اند.

نسخه های خطی باستانی از مزایای استفاده از جواهرات فلزی صحبت می کنند و حاوی شرح مفصلی از مواردی هستند که در آن صفحات فلزات مختلف برای پاکسازی و شفا استفاده می شد. ارسطو، بقراط، جالینوس، پاراسلسوس، بیرونی و ابن سینا در مورد این واقعیت نوشتند که با کمک صفحات مسی می توان بیماری های پوستی، زخم ها و کبودی های مختلف و همچنین وبا را درمان کرد. فرآورده های حاوی طلا و نمک های آن در درمان جذام، لوپوس، سل و برخی بیماری های مقاربتی استفاده می شد.

پزشکان تبتی معتقد بودند که فرآورده های طلا نه تنها باعث طولانی شدن عمر و افزایش ایمنی در افراد مسن می شود، بلکه سموم مختلف را از بدن خارج می کند، بنابراین استفاده از طلا را برای مسمومیت توصیه کردند. علاوه بر این، طلا و ترکیبات آن به عنوان یک داروی موثر در درمان بیماری های کلیوی به حساب می آیند، زیرا باعث تحریک دفع مایعات اضافی از بدن می شوند. نقره از نظر آنها توانایی التیام چروک و تصفیه خون و همچنین تسریع در بهبود زخم ها را دارد. آماده سازی مس زخم های چرکی را پاک می کند و به درمان بیماری های دستگاه تنفسی فوقانی و کبد کمک می کند. رساله تبتی "Dzeitshar Migzhan" شامل توصیف 25 داروی دارویی است که حاوی فلزات است.

در طب چینی، فلز درمانی جزء طب سوزنی است. به گفته حامیان این روش، وارد کردن سوزن‌های فلزی به نقاط خاصی به جبران کمبود فلز در بدن و بازگرداندن اختلال در گردش جریان انرژی کمک می‌کند.

به هر حال، فلزات به سرعت به حوزه های مختلف زندگی انسان نفوذ کردند و کل وجود او را در همان طلوع تمدن بشری تغییر دادند.

برنج. 5.از دستبندهای مسی نیز برای مصارف دارویی استفاده می شد

ارسال کار خوب خود در پایگاه دانش ساده است. از فرم زیر استفاده کنید

دانشجویان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، دانشمندان جوانی که از دانش پایه در تحصیل و کار خود استفاده می کنند از شما بسیار سپاسگزار خواهند بود.

نوشته شده در http://www.allbest.ru/

اهمیت فلزات در زندگی ما

معرفی

1. دوره های مصرف آلیاژها

2. عصر آهن

3. گران تر از طلا

4. حرفه شریف

5. از کریتچ تا شمش

نتیجه

فهرست منابع مورد استفاده

معرفی

نقاط عطفی در تاریخ تمدن وجود دارد که بدون آنها تصور توسعه جامعه بشری دشوار است. روزی روزگاری، هزاران سال پیش، اجداد دور ما یاد گرفتند که آتش درست کنند. به گفته اف. انگلس، تسلط بر آتش "برای اولین بار به انسان تسلط بر نیروی خاصی از طبیعت داد و در نتیجه انسان را از قلمرو حیوانات جدا کرد." سپس مردم شروع به پرورش گاو کردند، شروع به پرورش گیاهان غلات کردند، و در نهایت، گام مهم دیگری در حرکت خود به جلو برداشتند - آنها راز تبدیل سنگ معدن به فلز را کشف کردند.

تسلط بر متالورژی - هنر استخراج، ذوب و فرآوری فلزات - نقطه عطف قابل توجهی در زندگی نامه انسان است که در کنار رام کردن آتش، پیدایش دامداری و کشاورزی رتبه بندی می شود. این متالورژی بود که همانطور که توسط کاوش‌های باستان‌شناسی نشان می‌دهد در هزاره هفتم قبل از میلاد سرچشمه گرفت و بنابراین یکی از کهن‌ترین حوزه‌های فعالیت بشری است، انگیزه قدرتمندی به توسعه نیروهای تولیدی داد و فلزات و آلیاژهایی را برای مردم فراهم کرد. نقش تعیین کننده در شکل گیری فرهنگ مادی. دوره های عطف تصادفی آن در زندگی بشر تاریخ نامیده می شود که بر اساس مواد فلزی حاکم در آن زمان است: عصر مس، عصر برنز و عصر آهن.

متالورژی از زمان پیدایش خود تا به امروز راهی طولانی، پیچیده و جالب را طی کرده است - از شعله آتش و ساده ترین آهنگرها که در سپیده دم تمدن سنگ های سنگ معدن را به کریت های فلزی تبدیل کردند، تا کارگاه ها و کارخانه های غول پیکر مدرن، که در کنار کوره های آتشین سنتی، کوره های الکتروسرباره قدرتمندی کار می کنند که امکان تولید فلز با کیفیت بالا را فراهم می کند.

1 . دوره های مصرف آلیاژ

در متنوع ترین نقاط جهان قدیم در دوران اولیه فلز، سه دوره اصلی قابل تشخیص است: 1) استفاده از محصولات فقط از مس خالص، 2) ترکیب محصولات مس خالص با اشیاء از آلیاژهای مصنوعی، و 3) گسترش اشیاء منحصراً از آلیاژهای مصنوعی.

همچنین امکان ایجاد یک الگوی کلی وجود داشت: دوره اول - تسلط محصولات ساخته شده از خالص و بدون آلیاژهای مصنوعی مس - همیشه مقدم بر دو مورد دیگر بود، در حالی که این دوره دوم می توانست مکان خود را تغییر دهد. اما، اگر برنز مصنوعی در زندگی روزمره یک قبیله یا مردم خاص ظاهر می شد، دوره مس خالص برای همیشه از بین می رفت.

شرایط جالب دیگری نیز ظاهر شد: در دنیای قدیم هیچ دوره واحدی از وجود مس خالص وجود نداشت که برای همه مناطق همزمان باشد. به عنوان مثال، این مرحله برای متالوژیست های خاورمیانه در هزاره چهارم قبل از میلاد به پایان رسید. ه. در این زمان، قبایل اورال هنوز در عصر سنگ زندگی می کردند و تنها در اواسط هزاره دوم قبل از میلاد شروع به استفاده از ابزارهای ساخته شده از برنز مصنوعی کردند. e.، یعنی حداقل 2000-1500 سال بعد. برای جمعیت تعدادی از مناطق آفریقا و آسیا، عصر فلز تقریباً در دوران مدرن آغاز شد.

برای دنیای قدیم امروز، تنها می توان به طور تقریبی مرزی بین عصر مس و برنز ترسیم کرد: این گذار در فاصله زمانی قابل توجهی بین هزاره چهارم و اواسط هزاره دوم پیش از میلاد اتفاق افتاد. ه. قبل از هزاره چهارم، در ادبیات اطلاعاتی در مورد وجود برنزهای مصنوعی وجود ندارد و بعد از اواسط هزاره دوم، هیچ یک از مراکز معدنی و متالورژی شناخته شده ما ابزاری را که منحصراً از مس خالص ساخته شده است تولید نمی کنند.

به طور غیرمنتظره ای معلوم شد که در دوره پیش از برنز فقط مس شناخته نمی شد. در کنار مس، سرب نیز برای کسب عنوان قهرمانی عجله دارد. تا به حال، مورخان متالورژی معتقد بودند که این فلز خاکستری نرم نسبتاً دیر - نه زودتر از هزاره سوم قبل از میلاد - توجه انسان را به خود جلب کرد. ه.

قدمت طلا و نقره کاملاً متفاوت ارزیابی شد. نقره و به ویژه طلا اغلب در رسوبات به شکل قطعات یافت می شود. با این حال، تا کنون باستان شناسان هیچ اطلاعاتی در مورد یافته های مربوط به قدمت قبل از هزاره پنجم ندارند.

با این حال، مس یک ماده به اندازه کافی کامل نبود. برنز، آلیاژ مس و قلع، بسیار قوی تر از مس است. اولین آلیاژی که انسان به دست آورد نام یک دوره کامل در توسعه تمدن بشری را داد - عصر حجر با عصر برنز جایگزین شد. ابزار برنزی به تدریج جایگزین ابزارهای مسی شد. تبر برنزی درختان را بهتر قطع می کرد و کمتر کسل کننده می شد. شمشیر برنزی در نبرد بسیار قابل اعتمادتر بود.

مشخص است که قبایل کوچ نشین فلزکاری را از همسایگان کم تحرک خود آموختند، اما در این زمینه به اوج نرسیدند. آنها فلزات را به ابتدایی ترین روش پردازش می کردند. به جای گیره، یک تکه فلز را با یک چوب شکاف نگه می داشتند که به عنوان سندان و چکش خدمت می کردند، و "چکش" گاهی اوقات حتی یک دسته نداشت، بلکه به یک کمربند وصل می شد. البته، با چنین ابزارهایی نمی توانید ابزارهای خوبی بسازید.

ما چیزی کاملاً متفاوت را در کشورهای فرهنگ باستانی می یابیم - در شمال آفریقا، در بخش های غربی و شرقی آسیای صغیر، در ساحل دریای مدیترانه. بنابراین، مصری ها، مجبور به مقابله با شرایط نامساعد آب و هوایی، با استفاده از ابزارهای برنزی، موفق به ایجاد یک سیستم آبیاری مصنوعی عظیم شدند - آنها کانال ها و مخازن عظیمی را حفر کردند. برای مثال، دریاچه مصنوعی مریس چند صد کیلومتر محیط داشت.

ذوب فلزات در این کشورها بدون شک پیشرفته تر بود، اما در سطح فنی بسیار پایینی نیز باقی ماند. در کوره های ابتدایی که دمای بالا را فراهم نمی کردند، مس بسیار کمی از سنگ معدن ذوب می شد. با اطمینان می توان حدس زد که در آغاز متالورژی، بیش از نیمی از فلز در سنگ معدن باقی مانده و همراه با آن به زباله ها ریخته شده است. برای به دست آوردن چند کیلوگرم مس، لازم بود که در تمام روز بو داده شود.

تولید فلز، همراه با هزینه های قابل توجه نیروی کار، هزینه بسیار بالای آن را تعیین کرد. برنز به ویژه گران بود - از این گذشته ، قلع لازم برای آن در دوران باستان بسیار نادر بود. فقط افراد بسیار ثروتمند می توانستند ابزارهای برنزی داشته باشند. بنابراین مس و حتی برنز به طور کامل جایگزین ابزار سنگی نشدند. در زمان ساخت اهرام معروف مصر به همراه اسکنه های مسی و برنزی، بلوک های عظیمی نیز با تبرهای سنگی تراشیده شده است. و مردم عادی عموماً در زندگی روزمره فقط از ابزار سنگی استفاده می کردند. سنگ سرانجام تنها با ظهور یک ماده جدید در دست انسان، که کل توسعه بیشتر تمدن را تعیین کرد، جای خود را به فلز داد. معلوم شد که این ماده آهن است.

دانشمندان هنوز نمی توانند در مورد اینکه مردم چگونه ذوب آهن را یاد گرفتند به اتفاق نظر برسند. تقریباً هرگز به شکل طبیعی و بومی خود یافت نمی شود. این فرضیه وجود دارد که اولین آهنی که مردم دریافت کردند از آسمان - در شهاب سنگ ها - آمده است. یکی از دلایل چنین فرضیه ای نام فلز در بین اقوام مختلف است. بنابراین، مصریان باستان آهن را "vaaepere" می نامیدند که به معنای "متولد در بهشت" است. قبطیان باستان آن را "سنگ بهشت" می نامیدند.

اما شهاب سنگ های آهنی بسیار نادر هستند، احتمال یافتن آنها بسیار کم است. اما لازم بود نه تنها یک شهاب سنگ پیدا کنیم، بلکه باید بفهمیم که چگونه یک محصول را از آن جعل کنیم. بدیهی است که آهن اساساً به صورت کاملاً زمینی به دست مردم آمده است. شاید قطعات سنگ آهن در همان فورج هایی که در آن مس ذوب می شد، افتاد و صنعتگران در نهایت متوجه شدند که از این ماده تیره می توان چاقوها، تبرها و شمشیرهای بسیار قوی تری ساخت تا از برنز.

یک چیز مسلم است: برای مدت بسیار طولانی آهن آنقدر کم بود که ارزش آن بسیار بیشتر از طلا بود. در میان گنجینه های اهرام مصر که تا ما باقی مانده است، جایی که تن ها طلا وجود دارد، دانشمندان تنها چند جواهرات ساخته شده از آهن ساده پیدا کرده اند. فقط افراد بسیار ثروتمند می توانستند حلقه یا سنجاق آهنی داشته باشند. و یکی از مستبدان شرقی حتی قانونی را به مجازات اعدام تصویب کرد که همه را به جز خودش، البته از پوشیدن جواهرات آهنی منع می کرد. استرابون جغرافی دان و مورخ یونان باستان در مورد برخی از مردمان آفریقایی نوشته است که ده برابر وزن طلا برای آهن داده اند. در اودیسه هومر آمده است که به برنده یک مسابقه ورزشی یک تکه طلا و یک تکه آهن به عنوان پاداش داده می شود. یکی از فراعنه مصر از پادشاه هیتی خواست که در ازای طلا برای او آهن بفرستد. این امر ادامه داشت تا اینکه مردم راهی ارزان و مولد برای ساخت آهن پیدا کردند. پس از آن، قیمت آن به سرعت شروع به کاهش کرد و دیگر جواهراتی از آن ساخته نمی‌شد، بلکه تبر، بیل، شمشیر، چاقو و پست زنجیر بود.

عصر آهن بر روی زمین آغاز شد.

2 . عصر آهن

برخلاف نقره، طلا، مس و سایر فلزات، آهن به ندرت در طبیعت به صورت خالص یافت می شود، بنابراین انسان نسبتاً دیر به آن دست یافت. اولین نمونه های آهنی که اجداد ما در دست داشتند، منشأ غیرزمینی و شهاب سنگی داشتند. در حفاری در ال عبید (سودان) و اور (بین النهرین)، دو شیء ساخته شده از آهن شهاب سنگی پیدا شد که قدمت آنها به قرن 4-3 قبل از میلاد باز می گردد. ه. در میان یافته های باستان شناسی آزتک های مکزیک، سرخپوستان آمریکای شمالی، اسکیموها و قبایلی که نمی دانستند چگونه آهن را از سنگ معدن استخراج کنند، محصولات آهنی با منشاء شهاب سنگی اغلب یافت می شود. علاوه بر این، اینها نه تنها تزئینات، بلکه وسایل خانه نیز هستند. در قرن 17 قبل از میلاد. ه. مصریان از سوزن های مغناطیسی به سمت جنوب و آینه های ساخته شده از آهن جلا استفاده می کردند.

استفاده از آهن شهاب سنگ آسان نبود. افسانه‌ای وجود دارد که چگونه امیر بخارا به بهترین تفنگ‌سازان خود دستور ساخت شمشیر را از تکه‌ای از آهن آسمانی می‌دهد. آهنگرها هر چه تلاش کردند، شکست خوردند. آهنگران به خاطر عمل نکردن به دستور امیر با جان خود هزینه کردند. اما واقعیت این بود که با گرم شدن، آهن شهاب سنگ شکننده می شود

این واقعیت که آهنی که مردم برای اولین بار با آن آشنا شدند «از آسمان افتاد» مؤید ممنوعیت خرافی برخی از مردم از استفاده و حتی دست زدن به آن است. کشیش های رومی و سابین از دست زدن به آهن منع می شدند، زیرا آنها فقط با تیغ های برنزی می تراشیدند و موهای خود را با قیچی برنزی کوتاه می کردند. هرگاه ابزار حکاکی آهنی را برای حک کردن کتیبه ای بر روی سنگ به بیشه مقدس برادران آروال در روم می آوردند، باید قربانی کفاره ای به شکل بره یا خوک انجام می شد. مردم بودوی که در جزیره جاوه زندگی می کنند هنوز هنگام شخم زدن مزارع خود از ابزار آهنی استفاده نمی کنند.

ممنوعیت دست زدن به آهن یادآور قوانین شرقی است که دست زدن به حاکمان عالی را که مقدس می دانستند، منع می کند.

مشخص است که با مجازات مرگ، دست زدن به حاکم سیامی بدون اجازه خاص ممنوع بود، هیچ کس حق نداشت به پادشاه کامبوج دست بزند. یک روز که از کالسکه واژگون شده به پایین افتاد، هیچ یک از همراهانش جرات کمک به او را نداشتند. او مدت زیادی بیهوش روی زمین دراز کشید تا اینکه یک اروپایی که به موقع به محل حادثه رسید او را بلند کرد و به قصر آورد.

انسان از چه زمانی به دست آوردن آهن و سنگ معدن را آموخت؟ پاسخ دادن به این سوال دشوار است: از این گذشته، عصر آهن به یکباره و نه به لطف کشف جداگانه یک شخصیت برجسته در یک مکان، همانطور که قدیمی ها معتقد بودند و بسیاری از مورخان متالورژی تا همین اواخر بر این باور بودند. یافته های باستان شناسی از آهن مربوط به هزاره دوم قبل از میلاد. ه.، و همچنین ذکر آن در اسناد کهن فراوان است. در حدود 1800 ق.م. ه. پادشاه پوروشاندا نمادهای فرمانروایی عالی را به حاکم هیتی آنیتاس - یک تخت آهنین و یک عصای آهنین - تحویل داد. نامه ای از توشراتا، پادشاه ایالت میتانیا در بین النهرین شمالی، به فرعون آمنهوتپ سوم (قرن پانزدهم قبل از میلاد) حفظ شده است که به او از هدیه یک خنجر با تیغه آهنی اطلاع داده است. در میان هیتی ها، مهمترین اسناد بر روی لوح های آهنی حک شده بود. قوانین هیتی قیمت آهن را تعیین می کند. قیمت آن 6400 برابر بیشتر از مس، 20 برابر بیشتر از نقره، 5 برابر بیشتر از طلا بود. در پایان عصر برنز، آهن به طور گسترده ای گسترش یافت و بسیار ارزان تر شد. در سندی از قرن 13 ق.م. ه. از اوگاریت (سرزمین سوریه امروز)، آهن در حال حاضر تنها 2 برابر گرانتر از نقره است.

GE. آرشنیان از دانشگاه دولتی ایروان نسبتاً اخیراً تحلیل جالبی از ذکر آهن در ایلیاد و ادیسه انجام داده است. هومر خود در عصر آهن زندگی می کرد، اما حماسه او به یونان میسنی عصر برنز باز می گردد. آهن، همانطور که G.E. ارشنیان، هومر سه بار اصلی را حمل می کند. اولاً به عنوان یک "فلز بهشتی" ، "فلز خدایان" به نظر می رسد - محور ارابه هرا و دروازه های تارتاروس (جهنم المپیک) از آهن ساخته شده است.

دوم اینکه آهن یک گنج است. رهبران تروا، پس از دستگیری، برای خود باج می دهند "مس و طلا و محصولات حیله گر آهن". ثالثاً آهن مانند زمان ما برای مقایسه استفاده می شود. هکوبا رو به پریام می‌کند و فریاد می‌زند: «مگر تو قلب آهنی نداری؟»

بنابراین، یونانیان عصر برنز و مردم شرق باستان به خوبی با آهن آشنا بودند. اما آیا آهن از سنگ معدن بدست می آمد؟ ثابت شده است که آهن بومی هنوز در طبیعت وجود دارد. تجمع بزرگی از آن، به عنوان مثال، در سواحل جنوبی جزیره دیسکو در سواحل گرینلند پیدا شد. در بازالت به شکل جرقه ها، دانه ها و حتی بلوک های قدرتمند قرار داشت. برخلاف آهن شهاب سنگی، آهن بومی حاوی نیکل بسیار کمتر و کربن بسیار کمی است.

و هنوز G.E. آرشنیان مدعی است که یونانیان باستان آهن را از سنگ معدن بدست می آوردند. او توجه خود را به این واقعیت جلب می کند که هومر دائماً لقبی را برای آهن به کار می برد که N.I. Gnedich آن را به عنوان "محصول حیله گر"، "محصول زیبا" ترجمه می کند، اما به معنای واقعی کلمه به معنای "پر زحمت" است که با سختی زیادی ساخته شده است. شواهد دیگری برای حمایت از گسترش ذوب آهن از سنگ معدن در پایان عصر برنز وجود دارد.

علیرغم اینکه فرآیند ساخت آهن قطعاً در هزاره دوم قبل از میلاد شناخته شده بود. ه.، عصر آهن خیلی دیرتر آغاز شد. مشخص است که آهن اول اغلب نرمتر از برنز بود. صدها سال طول کشید تا مردم راهی برای سخت‌تر کردن آهن و جایگزینی ابزارهای سنگی، چوبی و برنزی با آن بیابند.

در خاور نزدیک، ماوراء قفقاز و مدیترانه شرقی، انتقال به تولید انبوه آهن تنها در قرون 12-11 قبل از میلاد اتفاق افتاد. ه. از این زمان "عصر آهن" آغاز شد که تا به امروز ادامه دارد.

درست است، تولید انبوه آهن در کشورهای مختلف در زمان های مختلف آغاز شد. در مصر، جایگزینی کامل ابزار سنگی با ابزار آهنی در سال 671 قبل از میلاد اتفاق افتاد. ه. پس از فتح آن توسط آشور. در همان زمان، عصر آهن در هند و 100 سال بعد در چین آغاز شد. در قلمرو اتحاد جماهیر شوروی، تولید گسترده آهن در قرن هفتم قبل از میلاد آغاز شد. ه. و در قرون V-IV قبل از میلاد. ه. به اوج خود رسید.

یافتن فلز دیگری که پیشرفت فنی با آن ارتباط نزدیکی داشته باشد دشوار است. برای چندین قرن، تولید آهن، چدن و ​​فولاد شاخصی از توسعه فنی و اقتصادی دولت، فرهنگ عمومی آن بوده است.

3 . گران تر از طلا

ضرب المثل تاتاری می گوید: "در جنگ، آهن از طلا ارزشمندتر است." و روس ها گفتند: در ارتش، آهن از طلا با ارزش تر است، من با آهن طلا خواهم گرفت.

شواهد محکمی وجود دارد که نشان می دهد زمانی آهن ارزشمندتر از طلا بود.

در مصر، در دوران پادشاهی قدیم و جدید، آهن در ابتدا عمدتاً برای جواهرات - طلسم و تزئینات استفاده می شد. در قرن 14 قبل از میلاد. ه. آهن را فلزی گرانبها می دانستند و مانند طلا از آن جواهرات می ساختند. آهن، همراه با طلا و نقره، بخشی از خراج مردمان فتح شده آشور در قرن نهم قبل از میلاد بود. ه.

معروف است که زنان بسیاری از قبایل آفریقایی حلقه های آهنی را به دست و پای خود می انداختند. همسران افراد ثروتمند گاهی تقریباً یک پوند از چنین جواهراتی را می پوشیدند. عروس یکی از قبایل سیاه پوست غرب آفریقا چنان مملو از جواهرات آهنی بود که بدون کمک نمی توانست حرکت کند.

بومیان آفریقا و جزیره نشینان کمربند استوایی تقریباً تا اواسط قرن نوزدهم آهن را ارزشمندتر از همه فلزات می دانستند.

جیمز کوک، دریانورد انگلیسی قرن هجدهم گفت که در تمام جزایر پلی‌نزی که او را می‌شناسند، هدیه مورد علاقه ساکنان آهن است. همراهان کوک گفتند که برای یک میخ بزرگ بومیان با کمال میل چندین یارد پارچه محلی دادند و برای یک دوجین عصای آهنی ملوانان ده خوک دریافت کردند. کوک مثالی می‌زند که چگونه یکی از رهبران جزیره. تاهیتی با داشتن دو میخ درآمد قابل توجهی برای آنها دریافت کرد. او از این میخ ها برای ایجاد سوراخ در مواردی استفاده می کرد که غیر از این نمی شد.

در پایان قرن هجدهم، آموزگار روسی V. Pevshin در "فرهنگ لغت تجاری" خود نوشت: "اگر قیمت چیزها بر اساس سودمندی آنها تعیین می شد، آهن را باید گرانبهاترین فلز در نظر گرفت.

هیچ هنر یا صنایع دستی ای وجود ندارد که در آن لازم نباشد، و باید تمام کتاب ها را فقط با شرحی از این چیزها پر کرد.»

4 . حرفه شریف

در قدیم آهنگری که به متالورژی نیز معروف بود از فرآیند دمیدن پنیر برای بدست آوردن آهن و تبدیل آن به محصول استفاده می کرد. مردم از این که آهنگر از تکه ای سنگ قهوه ای چیزهای با ارزشی ساخته بود شگفت زده شدند. بنابراین، بسیاری از مردم آهنگر را یک "مرد نبوی"، تقریبا یک جادوگر می دانستند. اغلب این حرفه بسیار محترم بود.

یک ضرب المثل فنلاندی با کمال احترام می گوید: «قرار نیست با آهنگر از روی نام کوچک صحبت کنید.» ازبک ها با احترام گفتند.

مورد احترام ترین مردم آهنگران در میان قبایل مختلف ابتدایی آفریقا بودند. ج. لیپس، قوم شناس آلمانی گزارش می دهد که حتی پادشاهان کشورهای آفریقای جنوب صحرا اغلب نیاز مطلق به دانستن آهنگری داشتند. در قرون وسطی، در یکی از ایالت های بزرگ کنگو، هر فئودالی که می خواست پادشاه شود، باید ثابت می کرد که آهنگر خوبی است.

در میان اقوام آسیایی، به عنوان مثال، بوریات ها، تنها فردی که اجدادش آهنگر داشته اند، می تواند آهنگر شود. یک فرد عادی نمی توانست به این راحتی این هنر مقدس را در دست بگیرد. یک افسانه باستانی بوریات در مورد منشأ این فعالیت می گوید. در مورد زمان‌های سختی صحبت می‌کند که بشریت، هنوز آهن را ندانسته، زندگی بدی را به وجود آورده است. اما یک روز تنگی ها یا ارواح خوب تصمیم گرفتند خدای بوژینتی و نه پسرش را به زمین بفرستند تا به مردم این هنر مقدس را آموزش دهند. خداوند به زودی به بهشت ​​بازگشت و پسرانش با دختران انسان ازدواج کردند و اولین شاگردان آنها اجداد همه آهنگران شدند. در بین بوریات ها آهنگران از بالاترین طبقه جامعه بودند، از پرداخت مالیات معاف بودند و شبیه خدایان به حساب می آمدند. در میان مغول ها، درهات آهنگرانی هستند که درجه ای مطابق با شوالیه دارند.

جالب است بدانید که تنها "کارگر" در میان خدایان ادیان مختلف، خدای آهنگر بود: هفائستوس در میان یونانیان. ولکان - در میان رومی ها، اسواروگ - در میان اسلاوها.

هند باستان به دلیل مهارت متالوژیست هایش مشهور بود. ذوب آهن در هند در Rig Vedas - کتابهای مقدس که قدمت آنها تقریباً به قرن 13 - 12 قبل از میلاد باز می گردد، ذکر شده است. ه. بنابراین، در زمان ایجاد ستون، متالورژی هند حداقل هزار و نیم هزار سال سابقه داشت و آهن آنقدر رایج شده بود که از آن برای ساخت گاوآهن استفاده می شد. سازندگان معبد خورشید در کنارک یک قاب آهنی برای این ساختمان ساختند. تخته های دیوارهای معبد با میله ها و گوه های آهنی بسته شده است، سقف تالار اصلی توسط تیرهای فلزی به طول 10 متر و قطر 20 سانتی متر نگه داشته شده است. برخی از آنها آهنگری هستند، برخی دیگر از نوارهای پهن آهنی به صورت سرد جوش داده می شوند.

مورخان گزارش می دهند که ابزار آهنی مورد استفاده در ساخت اهرام مصر برای پردازش سنگ در جنوب هند ساخته شده است که تجارت سریع با روم، مصر و یونان انجام می داد. هند به دلیل تولیدات فولادی خود در شرق به قدری معروف بود که ایرانیان وقتی در مورد چیز زائد و غیر ضروری صحبت می کردند، ضرب المثلی داشتند: «فولاد را به هند ببر».

یکی از بناهای شناخته شده معماری ایرانی در قرن چهاردهم، مقبره گنبدی شکل - مسجد اولدشایتو خان ​​در سلطانیه است. مسجد با موزاییکی از کاشی های لعابدار و براق چند رنگ تزئین شده بود. جاذبه اصلی مقبره درهای مقبره خان بود که از مرغوب ترین فولاد هندی ساخته شده بود. توری «به ضخامت یک بازو» که اطراف قبر اولدشایت خان را احاطه کرده بود نیز از فولاد ساخته شده بود. ظاهراً از یک تکه فولاد ساخته شده بود و بیش از هفت سال در هند روی آن کار کردند.

حالا به ستون آهنی برگردیم. احتمالاً خوانندگان به این سؤال علاقه مند هستند - چگونه ساخته شده است؟

برخی معتقدند که متالوژیست های مدرن هنوز یاد نگرفته اند که چگونه چنین کاری را انجام دهند. این اشتباه است. امروزه ما یاد گرفته ایم که هم فولاد ضد زنگ و هم آهن را با خلوصی بسازیم که متالوژیست های باستانی نمی دانستند. و با این حال هنر استادان باستانی قابل تحسین است.

هنوز هیچ اتفاق نظری در مورد روش ساخت این ستون قابل توجه وجود ندارد. برخی از نویسندگان ادعا می کنند که بازیگران آن انتخاب شده است - این کمترین احتمال را دارد. برخی دیگر معتقدند که هنگام ذوب "با چشم"، همانطور که در دوران باستان اتفاق افتاد، انحرافات بسیار زیادی در کیفیت فلز ممکن است. بنابراین، آنها می گویند، یکی از این استثناها می تواند یک ستون باشد. برخی دیگر معتقدند که این ستون با جوش دادن انتهای جداگانه به وزن 36 کیلوگرم و سپس آهنگری آنها ساخته شده است.

به گفته یکی از متخصصان، متالورژیست های باستانی، برای به دست آوردن آهن خالص، اسفنجی از آهن فرفورژه را آسیاب می کردند و آن را الک می کردند. و سپس پودر آهن خالص به دست آمده به حرارت قرمز گرم می شود و ذرات آن تحت ضربات چکش به هم چسبیده و به یک کل می چسبند - اکنون به این روش متالورژی پودر می گویند. ستون عظیم دهلی ممکن است از چنین قطعات آهنی ساخته شده باشد.

5 . از مخلوق تا شمش

آهن یک فلز نسوز است، نقطه ذوب آن 1539 درجه سانتیگراد است. آنها برای مدت طولانی نتوانستند به چنین دمای بالایی برسند. پیش نیاز گسترش گسترده متالورژی آهن، کشف فرآیند دمیدن پنیر بود که باعث کاهش آهن از سنگ معدن در دمای حدود 900 درجه سانتیگراد می شود. این برای انتقال از مس و برنز به آهن اهمیت زیادی داشت. ذوب مس از سنگ معدن پیچیده تر از ذوب آهن بود: به دماهای بالاتر و نیاز به رهاسازی سرباره مایع از کوره نیاز داشت. علاوه بر این، معادن مس از قبل تخلیه شده بود و نمی توانست نیاز جامعه را با فلز تامین کند. سنگ معدن آهن به خوبی شناخته شده بود. اینها سنگ‌های آهن قهوه‌ای، دریاچه‌ای و سایر سنگ‌های معدنی بودند که به راحتی کاهش می‌یابند.

برای تهیه آهن، سنگ معدن را خرد کرده و روی آتش باز برشته می کردند. پس از این، سنگ معدن و زغال سنگ را به صورت لایه ای در یک گودال یا فورج سنگی قرار می دادند که هوا در آن دمیده می شد. با توجه به این واقعیت که هوای "خام" (نه گرم شده) از طریق بخشی از سنگ معدن و زغال سنگ دمیده می شد، این فرآیند قبلاً در زمان ما دمیدن پنیر نامیده می شد. در زمان های قدیم دمیدن به این صورت انجام می شد. آنها ساقه های توخالی بلند نیلوفر یا بامبو را برداشتند، آنها را در سوراخ ته فورج فرو کردند و با فشار دادن به ریه های خود، با تمام قدرت خود دمیدند. اما معلوم شد که ریه های انسان برای تامین جریان هوای مورد نیاز بسیار زیاد است، بنابراین با گذشت زمان، به جای یک لوله دمنده، از دم های ساخته شده از پوست حیوانات استفاده شد.

سوختن در جریان هوا، زغال سنگ سنگ معدن را گرم کرد و تا حدی آن را به آهن تبدیل کرد. قسمت باقی مانده از اکسیدهای آهن همراه با اکسیدهای سایر ناخالصی ها ذوب شده و سرباره مایع تشکیل می دهند. در نتیجه، یک توده فلز متخلخل و خمیر مانند آغشته به سرباره مایع در انتهای کوره به دست آمد. این توده کریتسا نام داشت. در ابتدا، جرم کریتسا حاصل از یک تا چند کیلوگرم متغیر بود. با کوبیدن مکرر کریتسا در حالت داغ، سرباره را "فشرده" کردند و آهنگری آهنی بدست آوردند.

این به اصطلاح آهن فرفورژه، آهن چکش خوار یا فولاد ملایم است. محتوای کربن در چنین فولادی 0.12-0.26٪ کربن بود. به عنوان یک قاعده، گوگرد، فسفر و سایر ناخالصی ها بسیار کم بود.

اکنون مشخص شده است که آهن هرگز خالص نیست، بلکه همیشه حاوی ناخالصی است. فسفر و گوگرد ناخالصی های مضری هستند، زیرا باعث شکنندگی فلز می شوند. آهن فنی آلیاژی از آهن و کربن است که حاوی 99.8-99.9٪، 0.1-0.2٪ ناخالصی و حداکثر 0.02٪ کربن است. آلیاژهای آهن با مقدار زیادی کربن را فولاد یا چدن می نامند. چدن آلیاژی است حاوی بیش از 2٪ کربن، فولاد - کمتر از 2٪. اگر فولاد حاوی 0.6-1.2 درصد کربن باشد، آن را پرکربن، اگر حاوی 0.25-0.6 درصد کربن باشد، کربن متوسط ​​و اگر میزان کربن کمتر از 0.25 درصد باشد، کم کربن نامیده می شود. .

نتیجه

برای درک کامل اهمیت فلزات در زندگی خود کافی است به اطراف خود نگاه کنید. خواص شگفت انگیز هر یک از این مواد زندگی انسان را بسیار راحت کرده است. آیا اگر پلاستیکی بودن آلومینیوم نبود، می توانستیم خمیر دندان را به این راحتی از لوله خارج کنیم؟ یا اگر چاقویی با تیغه فولادی نداشتیم می توانستیم مدادها را تیز کنیم؟ آیا هنگام استفاده از سنجاق یا گیره کاغذ باید خاصیت ارتجاعی فلز را فراموش کنیم؟ امروزه مد محصولات فلزی آهنگری دوباره در حال بازگشت است. مبلمان شیک و اصیل و لوازم گرانقیمت ساخته شده از این مواد دوباره جای شایسته خود را در اتاق نشیمن، اتاق غذاخوری و دفاتر ما می گیرند.

نقش فلز به ویژه در صنعت، تولید حمل و نقل و ساخت و ساز ساختمان ها و جاده ها قابل توجه است. فقط تصور کنید که کمبود فلز به این واقعیت منجر می شود که ما مجبور می شویم هر گونه حمل و نقل مدرن (اتومبیل، قطار، هواپیما و غیره) را رها کنیم، به خانه های ساخته شده از چوب برگردیم، ساخت پل ها را رها کنیم و غیره.

برای قرن های متمادی، این فلز همراه با توسعه و پیشرفت تمدن بشری توسعه و بهبود یافت. کشف و ایجاد انواع جدید فلزات، بهبود خواص آنها با ساخت آلیاژها منجر به این واقعیت شده است که آنها دائماً کاملتر می شوند.

در حال حاضر، فلز را می توان بدون اغراق، رایج ترین ماده مورد استفاده بشر در زندگی روزمره و تولید نامید. و اگر در دوران بدوی، زمانی که مردم به تازگی استفاده از فلزات را در فعالیت های خود آموخته بودند، بدون استفاده از آنها به راحتی انجام می شد، امروزه وجود بشر بدون فلز قابل تصور نیست، زیرا انواع مختلف آن در مهندسی مکانیک، راه و مسکن ضروری است. ساخت و ساز و سایر صنایع

تاریخچه آلیاژ آهن متالورژی

فهرست منابع مورد استفاده

1. Panov A.G. اصلاح پایدار چدن های با مقاومت بالا: روش، اصلاح کننده ها، فن آوری ها. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. - 348 pp. /ISBN-13: 978-3-659-19101-5

2. گلدشتاین یا ای.، Mizin V.G. اصلاح و میکروآلیاژسازی چدن و ​​فولاد. م.: متالورژی، 1986. - 272 ص. /UDC 621.745.55

3. Goldstein Ya., Mizin V.G. تلقیح ذوب آهن-کربن. م.: متالورژی، 1993. - 416 ص. /UDC 669.541

4. گریگوروویچ K.P.، Bogolyubov V.A.، Elyutin V.P.، Samarin، A.M.، Yazykov V.A. فروآلیاژها: تئوری و عمل ذوب فروآلیاژها در کوره های الکتریکی ONTI NKTP اتحاد جماهیر شوروی، 1934.

5. Baum B.A.، Khasin G.A.، Tyagunov G.V. و دیگران فولاد مایع - M.: متالورژی، 1984. - 208s

6. Lekakh S. N., Bestuzhev N. I. فرآوری خارج کوره چدن با کیفیت بالا در مهندسی مکانیک. من.: علم و فناوری، 1992. - 269 ص. /ISBN 5-343-00928-X.

7. Ershov G.S., Poznyak L.A. ریزتروژنی فلزات و کانی ها. م.: متالورژی، 1985، - 214 ص. /UDC 669.18: 669.15

8. لیتوفکا V.I. بهبود کیفیت چدن پر مقاومت در ریخته گری. کیف: ناوک. دومکا، 1987. - 208 ص. /UDC 621.74: 668.131.7: 621.746.58

9. شیمی فیزیک و فناوری در متالورژی: [Sb. علمی آثار]. اکاترینبورگ: شعبه اورال آکادمی علوم روسیه، 1996. ISBN 5-7691-0604-2.

10. ریابچیکوف I.V. اصلاح‌کننده‌ها و فن‌آوری‌ها برای پردازش خارج از کوره آلیاژهای آهن-کربن. M.: "Ekomet"، 2008. - 400 p. /UDC 669.168:669.85/8689 /ISBN 978-5-89594-151-5

ارسال شده در Allbest.ru

اسناد مشابه

شیوع فلزات در طبیعت محتوای فلزات در پوسته زمین در حالت آزاد و به صورت آلیاژ. طبقه بندی مناطق متالورژی مدرن بسته به روش های جداسازی فلزات. ویژگی های فرآیندهای متالورژی.

ارائه، اضافه شده در 2015/02/19


مجموعه ای از روش های تولید پودر فلز و آلیاژ. مزایای متالورژی پودر تولید مواد متخلخل. به دست آوردن مواد با خلوص بالا استفاده از محصولات متالورژی پودر در سایر صنایع.

ارائه، اضافه شده در 2011/02/07


خواص مکانیکی آهن آلوتروپی به عنوان یک ویژگی مهم آهن. نمودار وضعیت آهن. طرح تغییرات در انرژی های آزاد تغییرات کریستالی آهن. روش تجزیه و تحلیل حرارتی منحنی خنک کننده آهن. نقاط بحرانی آهن خالص

چکیده، اضافه شده در 2011/03/30


استخراج، غنی سازی سنگ معدن فلزات غیرآهنی و ذوب فلزات غیرآهنی و آلیاژهای آنها. متالورژی غیر آهنی به عنوان شاخه ای از اقتصاد ملی. عوامل و شرایط اصلی عملکرد و توسعه متالورژی رنگین در کشور. سهم روسیه در بازار جهانی

ارائه، اضافه شده در 2014/05/31


شرح سرباره ها، اسید فسفریک و فرآورده های جانبی که ضایعات متالورژی غیرآهنی هستند. تأثیر دما و مدت زمان بر میزان تبدیل کلرید روی. ویژگی های رژیم بهینه هنگام استفاده از کلرید آهن.

کار دوره، اضافه شده در 2017/12/20


فرآیند بدست آوردن تیتانیوم از سنگ معدن. خواص تیتانیوم و حوزه کاربرد آن نقص در ساختار کریستالی فلزات واقعی، چگونگی تأثیر آن بر خواص آنها. عملیات حرارتی فلزات و آلیاژها اصلی ترین نوع پردازش سختی است.

تست، اضافه شده در 2011/01/19


تولید مدرن متالورژی آهن و فولاد. طرح تولید متالورژی مدرن. محصولات متالورژی آهنی. نورد (تولید پلت). تشکیل آلیاژ آهن و کربن در دمای پایین. بازیابی من

سخنرانی، اضافه شده در 12/06/2008


طبقه بندی مواد کامپوزیت، ویژگی ها و ویژگی های هندسی آنها. استفاده از فلزات و آلیاژهای آنها، پلیمرها، مواد سرامیکی به عنوان ماتریس. ویژگی های متالورژی پودر، خواص و کاربرد مگنتودالکتریک ها.

ارائه، اضافه شده در 10/14/2013


خواص آلیاژهای آلومینیوم- منیزیم، آلومینیوم- منگنز و آلیاژهای آلومینیوم- مس، کاربرد آنها در صنعت. ویژگی های آلیاژهای آلومینیوم پودری و روش های تولید آنها در متالورژی. طرح فن آوری برای تولید آلیاژهای دانه ای.

چکیده، اضافه شده در 12/04/2011


مفاهیم اساسی و فرآیندهای تکنولوژیکی متالورژی پودر. ماهیت ساخت قطعات و بلنک ها با استفاده از این روش. امکان سنجی اقتصادی استفاده از متالورژی پودر در صنعت، جهت گیری های اصلی و چشم انداز توسعه.