Дополнительный материал для учащихся № 2
по теме «Минералы и сплавы в оформлении
станции “Площадь Революции”
Московского метрополитена»
Медь - первый металл, освоенный человеком
Роль меди в становлении человеческой культуры особенна. Использование меди и бронзы как важнейших материалов длилось тысячелетия. Медь, подобно благородным металлам, иногда образует самородки. Ученые полагают, что именно из них 10 тыс. лет назад были изготовлены первые металлические орудия труда. Благодаря мягкости и достаточно широкой распространенности меди в природе человек начал использовать ее задолго до железа.
Историки установили, что в Древнем Египте при постройке пирамид ремесленники применяли каменный инвентарь (из гранита и долерита) и медные инструменты. Металл отличался поразительной твердостью. Это позволило египтологам предположить, что уже в III тысячелетии до н. э. египтяне владели каким-то особым рецептом механической обработки меди, придававшей металлу высокую прочность.
Добавление к меди олова заметно увеличивает прочность и твердость материала. Об этом было известно еще 5000 лет назад, а возможно, и раньше. Получение сплавов меди было величайшим достижением древней металлургии и дало название целой эпохе - бронзовому веку.
Смена эпох у разных народов, в разных точках земного шара происходила неравномерно, и хронологические рамки эпох можно указать лишь приблизительно:
КАМЕННЫЙ→ МЕДНЫЙ ВЕК → БРОНЗОВЫЙ→ЖЕЛЕЗНЫЙ
ВЕК (халколит) ВЕК ВЕК
IV-III тысячелетия IV-I тысячелетия начало I тысячелетия
до н. э. до н. э. до н. э.
Распространение бронзы в передовых культурных центрах металлургии началось с конца IV тысячелетия до н. э. Древнейшие бронзовые изделия найдены на территории Месопотамии (в Шумере), Турции, Ирана. В конце третьего тысячелетия до н. э. бронза появилась в Египте, Индии, а в середине II тысячелетия до н. э. - в Китае и Европе. В Америке бронзовый век бронзовый век охватывает период с IV по Х в. н. э. Ведущие металлургические центры здесь располагались на территории современных Перу и Боливии.
Помимо бронз - сплавов меди с оловом, древние использовали и сплавы меди с цинком - латуни, более прочные и ковкие, чем бронзы. Примечательно, что люди древнейших времен не были знакомы с цинком как веществом. В чистом виде этот металл удалось выделить только в середине XVIII веке путем электролиза. Так, при раскопках в Фивах были найдены папирусы, в которых описывается секрет изготовления «золота» из меди. На самом деле, речь в них идет, по всей вероятности, о получении латуни путем добавления в медь природных соединений цинка. Своим цветом и блеском латунь напоминает золото.
Способы получения меди
Низкая химическая активность меди обусловливает возможность ее существования в природе в самородном состоянии.
Известно более 200 минералов, содержащих в своем составе медь, в том числе халькопирит (медный колчедан) CuFeS2, малахит (СuOH)2CO3, халькозин (медный блеск) Cu2S, куприт Cu2O.
Чистую медь получают различными методами. Гидрометаллургический метод - извлечение металлов из руд с помощью реагентов (H2SO4, KCN и др.) в виде соединений, растворимых в воде, с последующей обработкой этих растворов для выделения металлов в свободном виде.
При обработке разбавленной серной кислотой руды, содержащей CuO, медь переходит в раствор в виде сульфата:
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
Затем ее извлекают из раствора либо электролизом, либо вытесняют из сульфата железом:
CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4
В основе всех способов получения меди из соединений лежат окислительно-восстановительные процессы.
Химические свойства меди
В сухом виде и при обычной температуре медь почти не изменяется. При повышенной температуре медь может вступать в реакции с простыми и сложными веществами.
Взаимодействие с простыми веществами:
t
Cu + Cl2 = CuCl2
t
2CuO + O2 = 2CuO
Взаимодействие со сложными веществами:
t
Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
(конц.)
t
Cu + 4HNO3 = Cu(NO)3 + 2NO2↑ + 2H2O
(конц.)
Медь и ее сплавы
Медь имеет температуру плавления 1083oС.
Различают две группы медных сплавов: латуни – сплавы меди с цинком, бронзы – сплавы меди с другими (кроме цинка) элементами.
Медные сплавы подразделяют на латуни и бронзы, в особую группу выделяют медно-никелевые сплавы.
Приняты следующие обозначения компонентов сплавов:
А – алюминий, Мn – марганец, С – свинец, Б – бериллий, Мг – магний, Ср – серебро, Ж – железо, Мш – мышьяк, Су – сурьма, К – кремний, Н – никель, Т – титан, Кд – кадмий, О – олово, Ф – фосфор, Х – хром, Ц – цинк.
Вся бронза маркируется с помощью аббревиатуры «Бр», указывающей на данную категорию медных сплавов. После обозначения класса медного сплава «Бр» идут буквы, помогающие определить добавленные элементы.
Например, БрО5Ц6 означает, что данный бронзовый сплав содержит 5% олова и 6% цинка, а обозначение БрО5Ц2Н5 говорит о том, что сплав включает 5% олова, 2% цинка и 5% никеля. Маркировка БрО10Ц2 идентифицирует бронзовый сплав, включающий 10% олова и 2% цинка.
Из истории художественного литья в советское время
На ленинградском государственном меднообрабатывающем заводе «Красный выборжец" (1924) для отливки была использована так называемая художественная сукрасная бронза с цинковой добавкой, не превышающей 6%. Сукрасная бронза не чувствительна к переменам температуры.
Но проектам на заводе было отлито 80 скульптурных фигур для станции "Площадь Революции" Московского метрополитена.
Разновидности мраморов в оформлении станций метро
Каждая станция метро как минералогический музей, каждая из них имеет свою экспозицию.
Цокольная часть станции метро «Площадь Революции» облицована черным с «золотыми» прожилками армянским мраморовидным известняком давалу превратилась в огромный постамент, а арки из темно-красного мраморовидного известняка шроша. Арки сложили из цельных камней, вырезанных из из мраморных блоков. Простенки пилонов облицованы красной шрошей, серо-голубым уфалеем, желто-розовым мраморовидным известняком биюк-янка. Путевые стены станции украсили серым уфалейским мрамором, с карнизом из красной шроши, цоколь-ковровой мозаикой из оливково-черных мраморовидных известняков садахло и давалу. Пол станционного зала представляет собой шахматное чередование темно-серого жежелевского гранита и черного габбро, а платформы отделаны тем же гранитом и лабранитом.
На стенах платформ закреплены бронзовые стрелки с надписями «Выход в город» – это старейшие сохранившиеся указатели московского метро.
Наиболее распространены в строительной практике следующие разновидности мраморов:
Уфалейский (Уфалей), серо-голубого цвета.
Мраморы Грузии. Шрошинский (Шроша), темно-красного цвета с белыми прожилками.
Садахлинский (Садахло), темно-черного цвета с белыми и желтовато-золотистыми прожилками.
Мраморы Армении. Давалинский (Давалу), черного цвета с золотистыми прожилками. Этот мрамор применяется обычно в сочетании с мраморами других тональностей для пьедесталов и цокольных частей мраморной облицовки.
