Метали в водопроводах Стародавнього світу

Зміст

Вступ.

1. Доісторичні метали.

2. Вивчення в древні часи таємниць металургії.

3. Метали в водопроводах  Стародавнього світу.

Висновки.

Список використаних джерел.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Ми живемо не тільки в світі людей, світі рослин і тварин – світі живої природи, але і в світі речовин. Звичайних і разом з тим незвичайних... Мова піде про метали, а точніше прадавні метали. Нашої цивілізації не існувало, якби не чотири основоположних винаходи: сільське господарство, колесо, писемність і металургія. У кожному разі в процесі відкриттів був витрачений титанічна праця. Це – основа розвитку будь-якої цивілізації, а процес цей практично ніколи не аналізувався вченими, археологами і антропологами.

Проблема отримання матеріалів (речовин) з заданими властивостями в практичному плані виникає одночасно з людиною, який на протязі достатньо довгого часу не стільки пристосовувалася до оточуючого середовища, скільки пристосовували оточуюче середовище до себе. Важливу роль в перетворенні людиною природи грають різного роду хімічні операції з речовиною  Але початок зародження ремісничої хімії слід в першу чергу  пов’язувати  з появою і розвитком металургії.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Доісторичні  метали

В історії Давнього світу традиційно виділяють Мідний, Бронзовий та Залізний віку, в яких основним матеріалом для виготовлення продуктів праці і зброї є відповідно мідь, бронза і залізо. Відповідно і в розвитку давньої металургії  можна виділити слідуючи основні етапи:

• Мідь вперше отримали виплавкою з руд приблизно за 9000 років до н.є.  Достовірно відомо, що в кінці VII століття до н.е. існувала металургія міді та свинцю. У ІV столітті до н.е. вже має місце широкого поширення виробів з міді.
• Приблизно 3000 років до н.е. датуються перші вироби з олов’яної бронзи, сплав міді і олова, значно більш твердіший, ніж мідь. Раніше (приблизно з V століття до н.е.) широко поширюються вироби з миш’яковистої бронзи – сплав міді з миш’яком. Бронзовий вік в історії продовжується біля двох тисяч років; а саме у бронзовому віці зароджується найкрупніша цивілізація давності.
• Перші вироби з заліза не метеоритного походження виготовлені приблизно 2000 років до н.е. Починаючи з середини ІІ століття до н.е., вироби з заліза отримали широке поширення в Малій Азії, дещо пізніше – в Греції, Єгипті. Поява металургії заліза представляла собою значно важливий крок  вперед, так як технологічно отримати залізо значно важче виплавки міді або бронзи. Для отримання заліза використовували дуття – продування повітря крізь гаряче деревне вугілля, а також використання домішок – флюсів, шлаків. Приблизно в ІV ст. до н.е. в Персії відкривається спосіб виготовлення бутанової сталі – високовуглеродистого заліза, який відрізняється унікальною міцністю та твердістю.

У ІІІ столітті до н.е. були відомі також і способи добування з руд золота та срібла. У середині ІІ століття до н.е. вперше отримали ртуть.  Таким чином, в Давньому світі були відомі у чистому вигляді сім металів: мідь, свинець, олово, залізо, срібло та ртуть, а у вигляді сплавів – ще і миш’як, цинк та вісмут. Досягнення металургів давності стали основою металургійної техніки усього середньовіччя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Вивчення в  древні часи таємниць металургії

Метали майже настільки ж важливі для нашої цивілізації, як і сільське господарство. Навіть важче пояснити, як древній людина могла ідентифікувати підземну руду, як відділяв її від гірської породи, а потім додумався до процесу плавлення.

 Принаймні, з сільським  господарством ми могли б припустити, що наші предки могли накопичити  великий досвід поводження з  рослинами і мали деякі знання  в цій сфері. Ніяких подібних  передумов не існувало для  відкриття металевих руд та  винаходи металургійного процесу. Як люди кам'яного століття  визначали, що деякі камені містять  мідь і золото, яке може бути  відокремлене від породи, якщо  її гарненько нагріти?

 Загальноприйняті теорії  знову відсилають нас до пана  нагоди. Можливо, хтось кинув брилу  руди в багаття, і вона розплавилася. Невірно. Доведено, що звичайний  багаття не дозволяє досягти  температури, необхідної для виплавлення  з руди металевого вмісту.

 Дозвольте нам тепер  позначити деякі проблемні деталі  винаходу процесу металургії, ті  загадки, що лежать в основі  його відкриття.

 Галеніт (срібна руда) завжди містить невелику кількість  срібла. Тисячі років тому, на  світанку цивілізацій, було з'ясовано, що, якщо свинець окислявся в  порошкоподібну золу, то виділяється  крапелька срібла. Ці відкриття  були зроблені більш ніж 4500 років  тому в Шумері, коли більшість  світових культур ще жило в  кам'яному столітті. Як? Ми повинні  це запитати, бо ці відкриття  вимагають величезних геологічних  і хімічних пізнань.

 У той же самий  час, коли був виявлений цей  унікальний процес, цивілізації  стає знаком і процес купелірування: додавання золи кісток до оксиду свинцю. Згідно історикам, ми повинні припустити, що якийсь древній геній зрозумів, що таким чином з окису свинцю може бути виділено певну кількість металу, який потім може бути підданий необхідній обробці. З     2500-х рр.. до н.е. цей метод став широко застосовуватися для отримання срібла. Отже, гіпотетичний людина, чиї недавні предки ще жили в печерах, користуючись примітивними кам'яними знаряддями і збираючи дикі рослини, виявився здатний створювати технічні чудеса у виробництві металів нібито без усякого накопиченого знання.

 Шумери також "несподівано" зрозуміли, що, якщо різні руди  в процесі плавлення змішати  разом, то можуть бути отримані  різні типи міді (бронзи), яка володіла  більш легкої плавкості і легкістю  в обробці. Чи був це результат  якоїсь помилки або недбалого  використання руди? Це здається  малоймовірним. Хороша бронза - результат  точного сполуки олова і міді. Наконечник сокири (бл. 2500 р. до н.е.) містить олова 11% і міді 89%, бронза  не могла бути виявлена ​​випадково.

 Крім того, процес сплавлення  металів очевидно повинен "опинитися" перш, ніж була створена бронза. Олово не залягає в поверхневих  шарах землі, як золото або  мідь. Так як же люди кам'яного  століття дізналися про його  існування? Хороше питання. Тут дійсно  криється історичний змову. Олово  виявлено в олов'яної окісної  руді. Руда важка і інертна, для  виділення олова потрібно плавлення. Одне ясно: олово мала бути  виявлена ​​перш, ніж могла бути  створена бронза. Кроки по цьому  маршруту важкі, якщо не неможливі.

 Якщо у вас є золото, срібло і мідь, чому ви занепокоїлися  оловом, яке вимагає розвиненої  металургії, якщо ви досі не  знали, що його можна використовувати  в сплавах? Можна тільки уявити, що шумери мали достатньо геологів-дослідників  і шахтарів, які знаходили, пізнавали  руди, добували їх, постачали рудами "лабораторії", проводили експерименти, оцінювали властивості металів  і їх корисність. І хронологія  історії вимагає, щоб постійні  металургійні відкриття відбувалися  дуже швидко, один за одним.

 Нам розповідають, що  плем'я, яке перетворилося в шумерської  цивілізації, прийшло в Месопотамію  невідомо звідки в 4000 р. до н.е. Як їм вдалося так швидко  піднятися від примітивного рівня  до створення міст, писемності  на кам'яних табличках і карбування  бронзових монет?

 Очевидно, що у шумерів  ще перед винаходом бронзи  повинна була з'явитися ідея  про те, що різні метали можуть  об'єднуватися в сплави. Ми повинні  також прийняти на віру, що  одного разу вони розплавили  олово і знайшли його марність  в окремому використанні, приховали  його на полиці до кращих  часів, щоб потім, в сплавах, оцінити  його справжню цінність. Але сама  концепція "сплаву" вже демонструє  високий рівень розуміння геології  та металургії, яким шумери ну  ніяк не володіли.

Крім металургії, накопичення практичних знань відбувалося і в інших областях хімічної технології. Вже у ІІІ столітті до н.е. крім відомої з давніх часів теракоти (обпаленої  глини) широко розповсюджуються  вироби з майоліки, які вкриті шаром полив’яної глазурі, пофарбованих оксидами свинцю, міді, заліза, кобальту. Приблизно в той самий час з’являються вироби з скла, які вчені знайшли в Месопотамії, Єгипті та Палестині. Теперішнє виробництво скла, яке забарвлює його в різні кольори, з’явилося в Давньому Єгипті у середині ІІ тисячоліття до н.е. Єгипетські рецепти, які датуються ІІ тисячоліттям до н.е., є свідками також і про високий рівень розвитку парфумерного мистецтва, косметики, технології по краски тканин та дубіння шкіри, фармацептії тощо.

Слід відмітити, що в доантичні і ранні античні часи, а саме Єгипет є загальноприйнятим лідером в області хімічної технології (виключая металургію). Важливою особливістю ремісничої хімії в Давньому Єгипті є те, що всі ремесла знаходилися під егідою храмів, в яких жреці дуже скрупульозно записували і зберігали  технології та рецептури які використовували. Найвищого розквіту хімічні технології Давнього світу досягають в елинистисному Єгипті і імператорському Римі.

Накопичення запасів практичних знань та вмінь, отримання великого числа нових речовин з різними властивостями вже в античні часи не тільки дозволяло, але і вимагало зробити певні узагальнення. А саме в античній філософії вперше здійснилася постановка проблеми походження властивостей речовин.

3. Метали в водопроводах  Стародавнього світу

Великі цивілізації Стародавнього світу формувалися в долинах повноводних річок. Так було в Єгипті, Месопотамії, Стародавньої Індії, Китаї. Швидкий розвиток цих регіонів світу, незважаючи на наявність значних водних ресурсів, рано чи пізно призводило до дефіциту питної води. Тому вже в IV тис. до н.е. у вищезазначених регіонах почали будувати трубопроводи для обслуговування найбільш густонаселених територій.

Спочатку використовувалися дерев'яні та глиняні гончарні труби. Однак у міру розвитку металургії зростала роль металевих труб, володіють, в порівнянні з дерев'яними та гончарними виробами, цілим рядом техніко-експлуатаційних переваг: меншими габаритами і масою, довготривалої експлуатації і т.д.

1) Акведуки. Акведуки будувалися в такий спосіб. На досить високому місці знаходили рясний джерело води і робили поглиблення у вигляді великої водойми, в якому збиралася вода. З цієї водойми вода надходила до суспільного або власного водопроводу по підземних трубах або по надземним водопроводам.

Підземні труби виконувалися з дерева, глини або свинцю. У місцях перетину водопроводу з твердими скельними породами вирубувалися водовідвідні канали; в м'яких ґрунтах ці канали викладалися каменем і над ними споруджувалися склепіння. На певній відстані один від одного робилися отвори для повітря, щоб вода залишалася чистою і свіжою.

Надземні кам'яні водопроводи мали гідроізоляцію з штукатурки і отвори зверху для доступу повітря. Водопроводи виконувалися на стінах, які скрізь, де потрібен був прохід, мали арки, як наприклад, частина водопроводу Клавдія. Ці арки утворювали один або кілька ярусів, що дозволяло споруджувати водопроводи через річки у вигляді мостів і прокладати по них дороги.

Римські водопроводи простягалися в довжину на багато кілометрів, досягаючи у висоту десятків метрів. Так, водопровід Аnio novus був заввишки майже 40 м; водопровід у Франції і понині двома арками висотою майже 50 м піднімається над околицями. Такі ж залишки водопроводів в Іспанії.

Найбільш ранні з відомих у даний час трубопроводів, в яких застосовувалися металеві труби, виявлені в Єгипті. При розкопках палацової частини піраміди фараона Сухарі в Абукирі були знайдені фрагменти мідних труб, що застосовувалися для відводу і збору дощової води. Труби мали діаметр 4,7 см при товщині стінок 1,4 мм. Вони були виготовлені з листового металу і з'єднувалися один з одним. Приблизний час створення   трубопроводу – 2500 р. до н.е.

Стародавні римляни пішли по іншому шляху, вважаючи за краще проводити більш трудомісткі і дорогі роботи по спорудженню водопроводів, в яких вода тече, слідуючи нахилу дна, як у ранніх грецьких водопроводах. Римські водопроводи були міцніші і псувалися рідко, в той час як більш досконалі водопроводи високого тиску, винайдені греками, вимагали постійного догляду і нагляду. А римляни, напевно, просто лінувалися. Римські водопроводи – акведуки, вода в яких могла проходити частково під землею, частково по каналу, викладеному на спеціально збудованих рабами спорудах, на зразок сучасного моста, так званих субструкціях (підставах). Деякі з них збереглися до наших днів.

2) Свинцеві труби. У стародавніх джерелах є згадки про труби: для підводних трубопроводів (близько 700 років до н.е.); для постачання водою острівних фінікійських колоній (в епоху Пунічних воєн). Згадані труби виготовлялися з міді, олова, бронзи, але справжня трубна індустрія виникла після освоєння технології виробництва свинцевих труб. Свинець має масу достоїнств: це самий пластичний з металів, він прокочується до найтоншого листа, легко піддається механічній обробці, володіє прекрасними ливарними властивостями. З недоліків можна відзначити лише неможливість виготовлення з нього дроту.

Свинець – метал, який, подібно міді, сурми і олова, відомий з глибокої старовини. Як не дивно, але вперше широке застосування свинець знайшов там, де нині він абсолютно не вживається, – при виготовленні водопровідних труб. М'якість свинцю не дозволяла йому конкурувати з міддю, бронзою чи залізом в якості матеріалу для виробництва знарядь праці. Але він виявився прекрасним матеріалом для виготовлення труб і деталей водопроводів. Побудовані в Вавилоні і визнані одним з семи чудес світу висячі сади Семіраміди зрошувалися водою через складну систему колодязів і труб, зроблених зі свинцю.

3) Водопроводи  в Стародавній Греції. Перші відомі нам водопроводи з'явилися в Стародавній Греції. Характерною особливістю античної цивілізації є достаток міст. Тому для забезпечення жителів міст водою були потрібні величезні витрати праці і велика творча винахідливість. Усі ранні грецькі водопроводи споруджувалися так, що вода в них текла, як зазвичай в природі, слідуючи невеликому нахилу дна. Історик Геродот згадує один з таких водопроводів, побудований на острові Самос в VI столітті до н.е.. Відомо ім'я керівника його будівництва – Евполін мегарської. В горі був пробитий тунель довжиною 1323 метри, висотою і шириною 2,5 метра. По ньому протікала вода з рясного джерела. Безпосередньо в місто вода з тунелю потрапляла по керамічним трубам 26 сантиметрів в діаметрі.