Как появилось железо на земле
Как на земле появилось железо?
Железо – один из самых распространенных элементов на земле. Если точнее – четвертый по распространенности после кислорода, кремния и алюминия. Железо занимает 4,65% массы в земной коре.
Где рождается железо?
Своим происхождением железо обязано звездам. Для синтеза железа необходимо много энергии. Такая энергия есть у звезд. Но не у всех.
Звезды образуются из облака межзвездного газа, сжимающегося под действием гравитационных сил. В результате такого сжатия начинаются термоядерные реакции.
«Молодые» звезды, находящиеся на первых этапах своего существования, рождают легкие элементы. Водород и гелий. И энергия, выделяемая при их образовании выше энергии, необходимой на слияние протонов и нейтронов. В результате синтеза происходит дальнейший разогрев звезды. На этой стадии существуют звезды долго и устойчиво. Именно на этой стадии сегодня находится Солнце.
Дальнейшая эволюция звезды происходит по мере расходования водорода и выделения его в межзвездное пространство. В определенный момент начинаются более сложные термоядерные реакции, образующие уже углерод.
А при увеличении относительной плотности звезды начинается синтез еще более тяжелых элементов, основным из которых является железо.
Звезда продолжает остывать, доля железа в составе звезды увеличивается. И вот уже это не звезда, а просто материал для новых космических тел.
Небесные посланники
Звезда остывает и разрушается, и элементы остывшей звезды уносятся в космическое пространство в виде больших и малых объектов, которые продолжают свое движение в космосе под действием гравитационных сил.
В недрах крупных объектов-планет продолжаются термоядерные реакции, и после того, как они попадают в звездные системы. Реакции уже идут в том числе под действием гравитационного поля звезды, вокруг они вращаются.
И железо уже находясь в недрах этого космического объекта, становится самым важным элементом. Соединяясь с другими элементами, формируя горные породы и минералы, вовлекаясь в все процессы, происходящие на планете.
Планеты продолжают получать большое количество небесного материала в виде метеоритов, бомбардирующих поверхность. Примерно 6-7% метеоритов – железные.
Именно с таким железом впервые познакомился человек. Еще не умея выплавлять металл из земных горных пород, люди обрабатывали небесное железо, считая его «небесным даром Богов».
История открытия железа
Дата публикации:
Автор:
Раздел сайта:
Крупнейшим достижением человечества, вызвавшим бурный рост производительных сил, явилось получение и применение железа. Железо окончательно вытеснило каменные орудия, чего не могли сделать ни медь, ни бронза. В чем же заключались преимущества железных орудий труда перед орудиями труда из камня и бронзы?
Когда появилось железо?
В Китае железо было известно уже в 2357 году до н.э., а в Египте — в 2800 году до н.э., хотя в Египте еще в 1600 г. до н.э. на железо смотрели как на диковину. В эти времена оно еще не получило широкого распространения. Железный век в Европе начался приблизительно за 1000 лет до н.э., когда на берега Средиземного моря проникло искусство получения железа.
Правда, следует отметить, что с чистым железом люди познакомились еще в эпоху энеолита, однако никакого практического значения этот факт тогда не имел. Дело в том, что в чистом виде железо в природе встречается в метеоритах. Эти падающие с неба куски металла стали предметом культа у некоторых народов: они встречаются при раскопках ряда стоянок.
Как добывали железо в древности?
В отличие от меди и олова, железо в древности добывалось повсюду из озерных, болотистых, луговых и других руд, которые в настоящее время уже не имеют большого практического значения.
Сыродутный способ получения железа
Одним из величайших изобретений человечества был сыродутный процесс получения железа. При этом процессе восстановление железа из руды достигается при температуре 900°. Для получения железа сыродутным способом:
Для восстановления металла в горн добавлялся древесный уголь и нагнетался воздух.
Изобретение кожаных мехов
Кожаные меха, которыми нагнетался воздух в горны, были изобретены для ускорения плавки меди. Для сыродутного процесса кожаные меха стали совершенно необходимы, без них люди не смогли бы получать железо.
Впервые усовершенствованная искусственная воздуходувка появилась в Египте около 1580 г. до н.э.
Кричное железо
Кричное железо, которое получалось в результате сыродутного процесса, отличалось мягкостью, однако еще в древности был открыт способ получения более твердого металла. Для этого применялось сваривание, а также закалка железных изделий или их цементация.
Способ получения сварного железа, а также методы поверхностной закалки, по-видимому, были впервые применены в 1400 г. до н.э. в Армении, в небольшом местечке Шохдок-Карадаг, расположенном к северо-востоку от горы Арарат.
Здесь имелись богатые залежи железных руд, так называемых гематитов, а также запасы топлива в виде обширных лесных массивов. Жители этого района начали выплавлять железо, основываясь на опыте разработки и плавки медных руд.
Выплавляемое в Закавказье железо шло в Месопотамскую долину, в Шумерийское государство, в страны, расположенные в Передней Азии, а оттуда — и в Египет.
Греческие авторы в своих работах различают понятия железа, которое они называли «сидеро», и стали, которую они называли «халипс». Это название происходило от народа халипсов, жившего в то время на юго-восточном берегу Черного моря.
Применение железа в древности
Железо очень скоро проникло во все области производства, быта и военного дела, так как улучшение способов выплавки сделало его дешевым металлом. Оно в буквальном смысле произвело переворот во всех областях производства.
Распространение железа оказало влияние и на такие отрасли хозяйства, как рыболовство, охота и др. Важную роль железо сыграло и в изменении методов обработки дерева. Дерево в древности являлось основным материалом для строительства домов, сооружения средств передвижения по суше и воде, изготовления разнообразной утвари и т. д. Поэтому усовершенствование методов обработки дерева при помощи железных инструментов позволило поднять производительность труда в строительном деле.
Распространение железной металлургии и железных орудий привела человечество к последнему периоду первобытной истории, который Ф. Энгельс характеризует как эпоху «железного меча, а вместе с ним – железного плуга и топора». (К. Маркс, Ф. Энгельс, Избранные произведения, т. II, стр. 295). Безусловно, выплавка железа — одно из крупнейших достижений человечества.
Роль железа в земледелии
Овладение железом способствовало развитию земледелия. Железный топор и соха с железным лемехом способствовали расширению обработки земли. Железные орудия обеспечили обработку полей не только в безлесных, но и в лесных местах, где приходилось предварительно вырубать деревья.
Вместе с распространением железа земледелие превратилось в важную отрасль производства. Развитие земледелия отразилось и на характере скотоводства, которое либо превратилось в дополнение к земледелию, либо развивалось в самостоятельную отрасль — кочевое скотоводство.
История открытия меди. Первое применение металла
Важнейшие открытия и изобретения средних веков
История сатинового постельного белья
История кубиков и дальше
Когда появилась бронза. Как ее добывали в древности
Как железо попало на Землю
Вопросами о существовании железа на нашей Земле и об их истинном происхождении задались учёные-астрофизики. И вот к каким интересным выводам они пришли в ходе своих изучений: Открытия современной астрофизики свидетельствуют, что на Земле и во всей Солнечной системе железо появилось не из нашей галактики, ибо температура Солнца недостаточна для возникновения железа, как химического элемента. Железо может быть образовано лишь в условиях сверхвысоких температур, измеряемых в сотни миллионов градусов, что возможно лишь в ядрах звезд, массивнее нашего Солнца в несколько раз.
В момент, когда железная масса внутри этих гигантских звездных тел, называемые“новые” и “сверхновые звезды”, достигает критической массы, переполнившая звезду раскаленная железная масса взрывает ее изнутри. Образующиеся в результате такого взрыва метеориты, содержащие в себе массы железной породы, разлетаются в космическом пространстве, попадают в поле тяготения одного из небесных тел и падают на его поверхность. Конечно же это не было в течении одного или двух столетий. Это происходило на этапе формирования планеты и занимало гораздо большее время. И сам факт внеземного происхождения железа очевиден.
А вот что говорится в Коране в суре «Железо» 25 аяте:
«…Мы низвели железо, в котором могучая сила и польза для людей».
Примечательно, что тут говорится именно о том, что железо низведено, было спущено, указывая на его внеземное происхождение. Именно подобные факты подтверждают, что Коран не мог быть написан человеком, и так же имеет внеземное происхождение.
Железо помогло при эволюции жизни на Земле. Оно влияет и на обитаемость других планет
Железо является непременным условием развития жизни на Земле. Это же работает и для других планет.
Читайте «Хайтек» в
Ученые из Оксфордского университета исследовали, как железо повлияло на развитие сложных форм жизни. Это поможет понять, где могут находиться другие обитаемые планеты.
Начальное количество железа в земных породах задается условиями планетарной аккреции, во время которой металлическое ядро Земли отделялось от каменистой мантии. Слишком мало железа в каменистой части планеты, как у Меркурия, и жизнь маловероятна. Слишком много, как у Марса, и воду трудно удерживать на поверхности в течение времени, необходимого для развития сложной жизни.
Джон Вейд, доцент кафедры планетарных материалов факультета наук о Земле Оксфордского университета
А вот на Земле наоборот, в первые дни существования планеты геологического железа было достаточно, особенно в мантии и коре. Ученые считают, что твердое железо, появилось на Земле благодаря метеоритами. Металл частично растворялся в воде, поэтому был в изобилии в морской среде.
Позже, после Великого окислительного события (GOE) растворимое железо начало сокращаться и конкуренция между клетками за него усилилась. Организмы начали искать альтернативные способы перерабатывать его из мертвых клеток, захватывать его из живых или паразитировать. Именно эти процессы стали стимулом для развития и эволюции живых организмов, считают авторы работы.
Наши концепции намекают, что условий для поддержания зарождения простых форм жизни недостаточно для обеспечения дальнейшей эволюции сложных форм жизни. Может потребоваться дальнейший отбор методом серьезных конфигураций окружающей среды — к примеру, как жизни на Земле потребовалось отыскать новый метод доступа к железу. Такие временные изменения в планетарном масштабе могут быть редкими или случайными, это означает, что вероятность появления разумной жизни может быть низкой.
Железо — металл войны, труда, искусства
Железо — один из наиболее распространенных элементов: земная кора содержит около 5% железа. Однако лишь сороковая часть этих запасов сконцентрирована в виде месторождений, пригодных для разработки. Основные рудные минералы железа — магнетит, гематит, бурый железняк и сидерит. Само слово «железо» произошло, как полагают одни ученые, от санскритского «джальжа» — металл, руда. Другие считают, что в основе русского названия лежит другой санскритский корень — «жель», означающий «блестеть», «пылать».
Метеоритное железо
Первое железо, попавшее в руки человека, было не земного, а космического происхождения: железо входило в состав метеоритов, падающих на Землю. Поэтому шумеры называли его «небесной медью», а древние копты — «небесным камнем». В эпоху первых династий Ур в Месопотамии железо именовали ан-бар (небесное железо). Египтяне всегда изображали железные предметы синими — цвета неба. В папирусе Эберса (ранее 1500 г. до н. э.) о нем говорится как о металле небесного изготовления.
Самый крупный железный метеорит был найден в 1920 г. в юго-западной части Африки. Это метеорит «Гоба», весящий 60 т.
О том, что древние люди пользовались вначале именно железом метеоритного происхождения, свидетельствуют распространенные у некоторых народов мифы о богах, сбросивших с неба железные предметы и орудия, — плуги, топоры. Метеоритное железо подвергается ковке в холодном состоянии, поэтому люди начали изготавливать из него простейшие орудия. Метеоритное железо обрабатывали так же, как и медь. При холодной ковке оно приобретает нужную форму и одновременно становится прочнее и тверже, а отжиг в огне снова делает кованый металл мягким.
«Сыродутное» железо
Несмотря на повсеместное использование железа на земле после бронзового века, способ получения его непосредственно из руды не менялся на протяжении 3000 лет, до тех пор, пока в Европе в XIII в. не изобрели доменную печь. Способ этот назывался «сыродутным», так как «сырую» болотную или луговую руду закладывали в обмазанную глиной яму вместе с древесным углем, а затем через отверстие в нижней части ямы дули ручными, а позднее механическими мехами. В результате этого, окись железа превращалась в металл, а пустая порода стекала вниз, а на самом дне печи скапливались зерна железа, которые, слипаясь, образовывали «крицу», то есть рыхлую губчатую массу, пропитанную шлаками. Раскаленную добела крицу вынимали, быстро проковывали, отжимая из нее шлак, и сваривали в монолитный кусок железа лепешкообразной формы.
Само по себе кричное железо являлось сплавом с углеродом, процентное содержание которого не превышало сотых долей. В наше время название железоуглеродистого сплава зависит от пропорций углерода к металлу: если в железе до 2 % углерода, то оно называется сталью. Стоит отметить, что если углерода меньше 0,25 %, то сплав носит название мягкой стали (малоуглеродистой), а по старой терминологии именно она называлась железом. Когда углерода более 2 %, то железный сплав называют чугуном.
Загадка древней колонны
В Дели стоит знаменитая Кутубская колонна весом около 6,5 т, ее высота 7,5 м, диаметр 42 см у основания и до 30 см у верха. Изготовлена она почти из чистого железа (99,72%), чем и объясняется ее долголетие. До сих пор на ней не обнаружено ржавчины. Колонна была воздвигнута в 415 г. в честь царя Чандрагупты II. По народному поверью, у того, кто прислонится к колонне спиной и сведет за ней руки, исполнится заветное желание.
Как же смогли древние металлурги изготовить эту чудную колонну, перед которой бессильно время? Древняя Индия издавна славилась искусством своих металлургов. О выплавке железа в Индии говорится в Ригведах — священных книгах, относящихся примерно к XIII-XII вв. до н. э. Таким образом, ко времени создания колонны металлургия Индии имела, по крайней мере, полуторатысячелетнюю историю, и железо уже стало применяться для изготовления плугов.
По вопросу о способе изготовления замечательной колонны до сих пор нет единого мнения. Некоторые авторы считают, что колонна изготовлена методом сварки отдельных криц массой по 36 кг и последующей их ковкой. По мнению других специалистов, древние металлурги для получения чистого железа растирали губку сварочного железа в порошок и просеивали его. А потом полученный чистый порошок железа нагревали до красного каления и под ударами молота его частицы слипались в одно целое — сейчас это называется методом порошковой металлургии.
Непревзойденный в литье
При доменном процессе получаются три вида чугуна:
Литье из серого литейного чугуна хорошо работает на сжатие, в два раза слабее на изгиб и в три-четыре раза хуже на растяжение, — эти свойства необходимо учитывать при проектировании художественных изделий, предназначенных под отливку. Серый чугун, благодаря своей высокой коррозийной стойкости, чрезвычайно широко применяется в изготовлении изделий экстерьерного характера: парковых декоративных скульптур, ваз и фонтанов, садовых оград, ворот, надгробных плит и решеток. А долговечность и прочность на истирание делают его незаменимым материалом для ступеней и ограждений лестниц.
Наконец, исключительно высокие литейные свойства позволяют отливать тончайшие ажурные предметы с красивым черно-коричневым цветом. Превосходно получаются из чугуна и мелкие бытовые предметы: пепельницы, дверные ручки, туалетные принадлежности и даже цепочки для часов.
Во кузнице
Сталь — самый распространенный сплав из «семейства» железоуглеродистых. С глубокой древности кузнецы научились получать из железной руды не только мягкое железо, но и высокоуглеродистую сталь. В Древней Руси, например, она вместе с железом шла на изготовление сложноузорчатых сварных клинков мечей, кинжалов и ножей. Технология производства данных видов изделий была невероятно сложной и трудоемкой. Не случайно древнерусские кузнецы почитались как особое привилегированное сословие. А в раннюю языческую эпоху их считали самыми могучими, мудрыми и незаменимыми людьми, ибо сам бог грома и молнии Перун был их покровителем и советчиком.
В древнерусских письменных источниках сталь именуют специальными терминами: «Оцел», «Харолуг» и «Уклад». Говоря о железе и стали, невозможно не упомянуть об еще раз об Индии. Из записей одного арабского географа XII в. можно узнать, что в то время Индия славилась производством железа и стали. Оказывается, сталь эта служила непосредственным сырьем для получения из нее тех сортов булата, которые впоследствии использовали кузнецы Персии, Сирии, и Египта при изготовлении клинков мечей и сабель. И получается, что родиной дамасской стали являлся отнюдь не Дамаск, а Индия.
Металл драгоценнее золота
На Ближнем Востоке и в Китае железо было известно уже за 2400 лет до н. э., а в Египте еще раньше. В Центральной Европе ранний железный век приходится примерно на 1000-450 гг до н. э. Эту эпоху называют гольштаттской по названию города в Австрии, в окрестностях которого археологи нашли много железных предметов.
Одними из первых железо из руды стали получать халибры — легендарный народ, живший в Закавказье около 1500 г. до н. э. В сыродутных горнах железную руду восстанавливали древесным углем и получали ковкое, так называемое кричное железо. В древности у некоторых народов железо ценилось дороже золота. Лишь представители знати могли украшать себя изделиями из железа, причем нередко в золотой оправе.
В Древнем Риме из железа изготавливали даже обручальные кольца. Дошедшие до нас документы рассказывают, что один из египетских фараонов обратился к царю хеттов с просьбой прислать ему железо в обмен на любое количество золота. В египетских гробницах, наряду с другими ценностями, было найдено ожерелье, в котором железные бусы чередовались с золотыми.
Разноцветный металл с узором
Нет ничего необычного в том, что любой из известных нам металлов, подвергаясь какой-либо обработке, может менять цвет. «Палитра» того или иного металла зависит и от степени нагрева, и от самой обработки, и от химических свойств. Но невозможно представить голубое золото или красное серебро. Напротив, железо, а соответственно сталь и чугун во всех своих «ипостасях», имеет несравнимую ни с каким другим металлом цветовую растяжку.
В холодном состоянии оно может быть серым, черным, почти белым, голубым, и синим, золотистым и красноватым. Более того, железо является единственным металлом, который может сам себя украшать декоративным орнаментом, проступающим как бы изнутри. Варианты этого фактурного орнамента бесконечны, и их нельзя причислить ни к одному из общеизвестных, так как этот рисунок рождается самим металлом.
Другие статьи по сходной тематике
Основные понятия о токарной обработке и токарных станках.
Стали марок AISI 409, 430, 439 — аналоги отечественных марок 08×13, 12×17 и 08×17Т
Гидравлические гильотинные ножницы, гильотинные ножницы с ЧПУ для раскроя и обработки листовых материалов.
Правила нанесения обозначений шероховатости поверхностей на чертежах