Rautakausi - Osa 1

Media raportoi jatkuvasti, että muovin aika on tullut ja piisivilisaatio kukoistaa ympärillä. Todellisuus on kuitenkin toinen: olemme eläneet rautakaudella yli kolme tuhatta vuotta. Voit myös lisätä, että XNUMX-luku, ts. höyryn ja sähkön aikakausi (koska sähköä tuotetaan edelleen pääosin vesihöyryn virtauksen voimalla) jatkuu energian suhteen.

Roomalainen runoilija Ovidius kuvasi Transformationsissaan ihmiskunnan myyttisiä aikakausia suurelta osin sivilisaation kehitystä. Joten kullan ja hopean onnellisten aikakausien jälkeen (tässä kirjoittajalla oli fantasiaa, koska se oli kivikausi) hallitsi pronssin, yhden kuparin ja tinan seoksista, aika. Tuolloin Hercules, Theseus ja argonautit elivät, ja Homeroksen sankarit, pukeutuneena pronssisiin haarniskaisiin, taistelivat Troijan muurien alla pronssimekoilla. Arkeologit kutsuvat tätä ajanjaksoa pronssikaudeksi. Hänen jälkeensä (Ovidiuksen jälkeen)...

... kovan raudan aika on tullut

Milloin se alkoi? Tähän kysymykseen on vaikea vastata. ne ovat peräisin 1. vuosituhannelta eKr. ja ehkä jopa aikaisemmin. Ja se ei ollut "mitä tahansa" rautaa, vaan taivaallista, tiukasti meteorista alkuperää (XNUMX). Ei ole yllättävää, että niitä kohdeltiin todellisena jumalien lahjana ja kunnioitettiin sen mukaisesti.

1. Fragmentti Puolan suurimmasta rautameteoriitista, joka löydettiin Poznańin (Morasco) esikaupunkialueelta. Näyte on AMU Earth Museumissa (tekijä: Wikimedia/MOs810)

Puhtaalla maallisella raudalla mies tapasi, kun hän alkoi saada metalleja malmeista, ei malmeista nuggets. ,: Uuneissa tuolloin saavutettavissa olevissa lämpötiloissa (enintään 1000 °C) nämä metallit sulaivat ja niitä voitiin valaa, ja niiden pehmeys helpotti taontatyötä.

Z rauta se ei ollut niin helppoa. Ensinnäkin se sulaa yli 1500 °C:n lämpötilassa ja toiseksi kylmänä se on kovaa eikä sitä voida muovata vuosituhansia vanhoilla menetelmillä. Aluksi se oli hankala sivutuote (kupari ja rautamalmit ovat usein vierekkäin) - uunin pohjalle jäi pala sienimäistä, kovaa massaa. Se oli malmin pelkistetyistä oksideista valmistettua rautaa. Sattumalta muinainen seppäseppä alkoi työstää syntynyttä liuskekiveä (latinan kielestä tarkoittaa susia) jo ennen kuin se oli jäähtynyt (2). Tällä kertaa metallia on helppo työstää. Vaikka se oli nykystandardien mukaan erittäin heikkolaatuista rautaa, se osoittautui kovempaa kuin kaikki tuolloin tunnetut metallit.

2. Seppä on ollut tärkeä ammatti tuhansia vuosia (Kirjoittaja: Wikimedia/Jorgeroyan)

Raudan kovuus riippuu siihen liuenneen hiilen määrästä. (se tuli sulatukseen käytetystä hiilestä), ja tämä puolestaan ​​sulatuksen lämpötilasta - nousee sen mukana. Vähähiilinen rauta saatiin alkukantaisissa uuneissa (hiilipitoisuus ei ylittänyt 0,5 %).

Tekniikka kuitenkin kehittyi edelleen. Parempia uuneja on kehitetty korkeampien lämpötilojen saavuttamiseksi, jotta rautaan liukenee enemmän hiiltä. Kun sen pitoisuus saavutti noin yhden prosentin, henkilö tapasi hänet ensimmäisen kerran. on tullut. Siitä tehdyt terät eivät tylsyneet nopeasti, ja lisäksi sitä voitiin karkaista, mikä lisäsi sen kovuutta entisestään. Siitä lähtien uusi metalli on vaihtunut nopeasti ruskea. Milloin tämä läpimurto tapahtui? Toisen vuosituhannen puolivälissä eKr. nykyaikaisen Syyrian ja Anatolian (Turkki) alueella. Sieltä teräs levisi koko silloiseen maailmaan, vaikka sen eri osissa tämä keksintö toteutettiin toisistaan ​​riippumatta (esimerkiksi Intiassa ja Kiinassa).

Mutta miksi rautatuotantoongelmista huolimatta korvattiin pronssilla? Tällä kertaa annamme puheenvuoron Bolesław Prusille, joka faraossa kuvaili uuden materiaalin etuja seuraavasti: "Yksi egyptiläisistä upseereista veti pronssimekkansa ja piti sitä ikään kuin hyökkäämässä. Sitten Sargon nosti teräsmiekan, löi ja katkaisi aseen palan viholliselle.

Sodan metallia

Romaani sijoittuu 3. vuosisadalle eKr., mutta sitä ennen paremmat aseet tarkoittivat etua taistelukentällä. Ei luultavasti ole sattumaa, että heettiläiset, soturien kansa, keksivät terästuotannon. Heidän jälkeensä sen omaksuivat yhtä rohkeat assyrialaiset, joiden lähettiläs Sargon osoitti niin selvästi nuorelle Egyptin valtaistuimen perilliselle uuden aseen edut. Siitä lähtien rauta on ikuisesti liitetty sotaan, se on omistettu jumalille, jotka valvovat tätä elämänaluetta, ja (XNUMX).

3. Marsin pinta, joka on peitetty rautaoksideilla (NASA:n resursseista). Marsin planeetan tähtitieteellinen symboli ja raudan alkemiallinen symboli kuvaavat kilpeä ja keihästä - sodan jumalan ominaisuuksia

Vuosisatoja kului, sulatus- ja käsittelytekniikka parani (Puolassa jo XNUMX. vuosisadalla eKr.). metallurgia). Heidän salaisuuksiaan varjeltiin huolellisesti, ja heidän onnistuneet keksintönsä olivat laajalti tunnettuja, kuten täydellisiä Bulat. Pienten primitiivisten savuhuoneiden lisäksi sulatusta varten rakennettiin yhä enemmän suuria uuneja. Keskiaikaisessa Euroopassa oli ensimmäistä kertaa mahdollista saavuttaa raudan sulamispiste ja - tulisijan pohjalla makaavan sienimäisen massan sijaan uunista valui ulos nestemäistä metallia, ts. salaatti. Tämä ei kuitenkaan herättänyt ihailua: korkean hiilipitoisuuden omaava metalliseos (valurauta) oli hauras, eikä sitä voitu takoa, ja se soveltuu vain valukappaleisiin (käytetään edelleen tähän tarkoitukseen).

Terästuotannon läpimurto tapahtui XNUMX. ja erityisesti XNUMX. vuosisadalla. Aluksi sitä käytettiin sulatukseen koksi (kaasuton kivihiili) sen sijaan kivihiili. Tämä tapahtui Englannissa, jossa terästeollisuus vaikutti maan merkittäviin metsien hävittämiseen (koksin kysyntä oli kannustin kaivosteollisuuden nopealle kehitykselle). hiili). Menetelmien kehittäminen teräksen valmistamiseksi sulatetusta raudasta poistamalla ylimääräistä hiiltä ja muita lisäaineita (fosfori, rikki, pii) teki teräksestä halvan ja suuria määriä saatavaa, mikä puolestaan ​​aloitti sen laajan käytön rakennemateriaalina.

XNUMX-luvun teknologiset prosessit - Bessemer, Thomas, ja erityisesti Siemens-Martin - tähän päivään asti ne ovat terästuotannon perusta (tietysti niitä on paranneltu monella tapaa). Vaikka yritys- ja erehdystä ei tällä hetkellä harjoiteta ja sulatuksen ja teräksen jalostuksen prosesseja tutkivat eri alojen asiantuntijat, metallurgiassa on edelleen taiteen elementtiä. Tämän alan asiantuntijoita voidaan verrata kokkeihin, jotka oikeita mausteita käyttämällä saavat herkullisia ruokia. Tässä tapauksessa mausteiden tehtävää suorittavat seosainelisäaineet (eli erilaiset elementit), ja valmiit astiat ovat seoksia "kaikkiin tilanteisiin".

Metalli nro 1

rauta tämä on sivilisaatiomme perusta, puhukoon numerot puolestaan. Vuonna 2019 harkkorautaa sulatettiin maailmanlaajuisesti 1300 10 1900 miljoonaa tonnia, josta noin 10 2 % meni valurautatuotteiden tuotantoon, loput jalostettiin teräkseksi. Terästä valmistettiin noin 80 miljoonaa tonnia (ero on valuraudan käsittelyn aikana lisätty teräsromu). ”Maailman terästehdas” on Kiina, joka toimittaa yli puolet tuotteista (Puolassa noin XNUMX miljoonaa tonnia). Vuosittainen metallin tuotantonumero XNUMX, ts. alumiinia on alle XNUMX miljoonaa tonnia, mikä verrattuna kahteen miljardiin tonniin terästä ja rautaa todistaa täysin, että elämme edelleen Rautakausi (4).

4. Maailman terästuotanto on kaksi miljardia tonnia vuodessa.

Meillä on maapallolla paljon rautaa, pintakerros sisältää 5,6%, mikä asettaa tämän metallin neljännelle sijalle (hapen ja saven jälkeen). Jos otamme maapallon kokonaisuutena, niin rauta on johtoasemassa, ja sen osuus on lähes kolmasosa maapallon massasta (planeetan keskellä on rauta-nikkeliydin, jonka halkaisija on lähes 4 km). Universumissa rauta on kuudenneksi runsain alkuaine, samoin kuin raskain alkuaine, joka voidaan tuottaa tähden ytimessä (raskaitampia syntyy kosmisten kataklysmien seurauksena - supernovaräjähdyksiä).

Ilmainen rauta maan päällä esiintyy toisinaan pienten kimpaleiden muodossa ja. Rautamineraaleja on kuitenkin runsaasti: hematiitti Fe₂O₃, siderite FeCO₃, magnetiitti Fe₃O₄ limoniitti (hydratoidut oksidit, ns. suomalmi) on tämän metallin yleisimmin louhittu malmi ja rikkikiisu, joka jäljittelee kultaa FeS.₂ sitä käytetään rikkihapon valmistukseen (5).

5. Punertava väri virran pohjassa osoittaa kaikkialla esiintyvien rautayhdisteiden läsnäolon.

Elävä maailma on myös hyödyntänyt kaikille eliöille välttämättömän raudan etuja. rauta-ionit ovat kahden tärkeän proteiinin keskiössä: hemoglobiini, joka kuljettaa happea, ja myoglobiini, joka varastoi lihaksiin elämää antavaa kaasua. Myös monet hapettumis- ja pelkistysreaktioista vastaavat entsyymit toimivat rauta-ionien läsnäolon vuoksi (kokeilemalla opit, miksi näin tapahtuu). Aikuisen ihmisen keho sisältää noin 4 grammaa rautaa ja sen puute aiheuttaa anemiaa. Runsaat helposti sulavan raudan lähteet ovat: liha, maksa, munankeltuaiset, pähkinät, maito ja palkokasvit.

Keskinäiset muunnokset

Rauta- ja rautasuoloja on saatavilla laboratoriostasi. Esimerkki edellisestä on FeSO-sulfaatti.₄ja toinen on kloridi FeCl₃ (molemmat hydratoituina suoloina). FeCl:n tapauksessa₃ ole erityisen varovainen: sen liuokset ovat syövyttäviä ja jättävät ruskeita pilkkuja, joita on vaikea poistaa. Siksi suojakäsineet vaaditaan ja testit suoritetaan tarjottimella. Valmista molemmista suoloista liuokset ja kaada ne koeputkiin. Liuos, joka sisältää Fe-ioneja²⁺ sillä on vaaleanvihreä väri Fe-kationien tapauksessa³⁺ väri keltainen (6). Lisää jokaiseen putkeen pieni määrä NaOH-natriumhydroksidiliuosta. Molemmissa tapauksissa muodostuu seuraavat kerrostumat: Fe(OH)₂ harmaa-vihreä ja Fe(OH)₃ - punaruskea (7).

6. Rautasuolojen liuosten värit.

7. Rautahydroksidien saostus

Koeputkille, joissa on Fe(OH)-sedimenttiä₂ lisää muutama tippa 3-prosenttista vetyperoksidiliuosta N₂O₂ (desinfiointiaineena käytetty vetyperoksidi). Sakka muuttuu nopeasti punaruskeaksi (8):

2Fe(OH)₂ +H₂O₂ → 2Fe(OH)₃

8. Rauta(II)hydroksidi hapettuu nopeasti rauta(III)hydroksidiksi.

Kaada muutama tippa FeCl-liuosta koeputkeen, jossa on vettä.₃ joten väri on vain vaaleankeltainen. Lisää pieni määrä kaliumjodidiliuosta KI, se tummentaa sisällön välittömästi. Lisää nyt natriumtiosulfaattiliuos. _Na2S2O3. Astian sisältö oli lähes värjäytynyt. Lisää lopuksi muutama tippa NaOH-liuosta. Tuloksena oleva sakka on väriltään ... yllättäen vihertävää. Mitä reaktioita koeputkessa tapahtui?

Ensinnäkin Fe-ionit³⁺ hapettuneet jodidit vapaaksi jodiksi (liuoksen tummuminen), luonnollisesti ne itse palautuivat. Tiosulfaatin lisäys aiheutti jälleen jodin pelkistymisen värittömiksi jodideiksi ja emäksen vaikutuksesta muodostui Fe(OH)-sakka.₂.

Tämä Fe(II)-ionien helppo siirtyminen Fe(III):ksi ja päinvastoin on niiden biologisen aktiivisuuden taustalla, kuten se yhdistettiin Ovidin Transformaatioihin.

Rauta, teräs, valurauta

Useimmiten kun puhumme raudasta, tarkoitamme terästä. Puhdasta rautaa ei käytetä lähes koskaan. Magneettisena materiaalina käytetään rautaa, jossa on vähän epäpuhtauksia (ARMCO-rauta). Teräs on seos, jonka hiilipitoisuus on 1,7-2,1 %. Jos hiiltä on enemmän, se erottuu grafiitin muodossa ja muodostaa valurautaa.