Металлы и люди
Практически вся жизнь человека связана с металлами. Металлы находятся в составе многих окружающих нас предметов, техники, транспорта. А металлы в свободном состоянии могут образовывать соли и даже входить в состав человеческого организма. Да что там могут — они необходимы человеческому организму для нормального функционирования и развития.
Металлы в людях
Каждый день мы сталкиваемся с металлами. Например, нажимая выключатель в комнате, мы запускаем процесс, когда электроны начинают свой путь по металлическим проводникам к металлическим деталям лампочки. И в комнате появляется свет! Гуляя по улице, мы видим множество металлических конструкций: мосты, рельсы, дома и т. д. Вокруг перемещаются автомобили и велосипеды, которые также состоят во многом из металлов. Металлы везде!
И даже в нас самих? Да, находясь в свободном состоянии, металлы могут включаться в состав солей, которые, в свою очередь, входят в состав человеческих клеток. Например, ионы калия регулируют белковый и углеводный обмен, а также необходимы для всех мышц, особенно сердечной! Соли магния оказывают антисептическое и сосудорасширяющее действие, соли кальция нужны для нормального роста скелета, а натрий помогает сохранять кислотный баланс в организме.
Таким образом, можно понять, что возможности металлов практически безграничны. Поговорим о конкретных представителях этих веществ и их значении для людей.
Золото
Золото — драгоценный металл, красивый и дорогой. Золото легко обрабатывается, не поддается коррозии. Конечно, в первую очередь это металл, важный для ювелирной индустрии. Но не только. К примеру, эксперты подсчитали, что в одном iPhone содержится 30 мг золота, которое используется при изготовлении плат.
Всё добытое золото сегодня находится в различных государственных и международных финансовых организациях, ювелирных изделиях, продукции электронной промышленности и стоматологии, а также в инвестиционных накоплениях (как известно, золото можно покупать и хранить в слитках).
Если золото смешать с другими металлами, оно не потеряет своих свойств и не впустит их в свою структуру, поэтому золото используют чистым. При этом золото легко выделить из любого вещества, так как оно не переходит из одного состояния в другое. Даже находясь в составе воздуха, золото останется золотом.
Говорят, что золото обладает магической силой и дает ее человеку. При этом поклоняться золоту нельзя, иначе у человека может начаться депрессия и даже болезнь, но если человек не одержим этим металлом, то оно помогает духовному росту. Так гласят легенды.
Серебро
Серебро также является редким металлом, но оно не вызывает в людях помешательства и в целом воспринимается более спокойно и в истории, и в наши дни.
Ценность серебра заключается в том, что оно может очищать — воду, воздух. Так, например, часто используются ионизаторы воздуха с серебряными частичками.
В то же время серебро быстро окисляется, когда взаимодействует с кислородом. Поэтому украшения из него делают реже, чем из золота, и они дешевле. Зато оно активно участвует в создании зеркал, елочных игрушек и т. д.
Говорят, что серебро обладает лечебными свойствами как раз в силу своей способности очищать. Народная медицина гласит: если настоять воду в течение суток на серебре и пить ее, можно очистить организм от шлаков.
Железо
С железом всё понятно: в быту и в жизни без него никуда, нужно железо и организму. При недостатке железа в организме возникает железодефицитная анемия. Препараты с содержанием железа использовали еще в древних Китае, Египте, Греции.
При этом опасен и переизбыток железа. Так, если в питьевой воде повышенное содержание железа, это, напротив, может привести к заболеваниям печени, крови и вызывать аллергические реакции.
Медь
Медь обладает редким свойством, которого нет у других металлов. Она не реагирует на электромагнитные бури, которые вызывают скачки давления. Это свойство легло в основу создания лечебных медных браслетов, которые часто носят люди с гипертонией.
Конечно же, много меди и в различных деталях окружающей нас техники. К примеру, в холодильниках, электродвигателях, газовых плитах содержится примерно по 1 кг меди.
Медь также входит в состав катализаторов окислительных процессов в человеческом организме. Известно более 50 белков и ферментов с содержанием меди. При этом медь и железо в живых организмах тесно связаны. Медь ускоряет окислительные реакции клеток, способствует образованию гемоглобина, накоплению железа впрок.
Чтобы получить достаточное организму количество меди, человеку нужно правильно питаться. К примеру, медь содержится в морепродуктах, в печени палтуса и трески, в гречневой и овсяной каше, в ржаном и пшеничном хлебе и т. д.
Алюминий
А вот «космический» алюминий вреден организму. Он парализует нервную и иммунную системы, способствует развитию болезни Альцгеймера. Алюминий может попасть в организм с продуктами питания, питьевой водой, солью и т. д.
Металлы и окружающая среда
Загрязнение металлами особенно возросло с всеобщей индустриализацией и глобализацией.
Из токсинов, попадающих в организм человека, 70% поступает из пищи, 20% — из воздуха, 10% — из воды. Токсины в виде металлов, не нужных организму в своем основном состоянии, как правило, попадают из воздуха в виде мельчайших частичек, образующихся при сгорании угля, нефти, торфа и другого горючего, а также в результате выбросов отдельных производств.
Кроме того, одним из основных источников токсичных загрязнений также является автотранспорт. Автомобили выбрасывают в атмосферу соли свинца, серу, углерод. От отравления свинцом у человека может даже начаться депрессия.
В связи с особенностями влияния металлов на окружающую среду, современные металлургические предприятия повсеместно заботятся об экологической безопасности производства и активно внедряют «зеленые» технологии. Речь идет и об инвестициях в проекты, направленные на минимизацию воздействия компаний на окружающую среду, и о закупке оборудования для природоохранных мероприятий. А крупнейшие металлурги проходят сертификацию по международному экологическому стандарту ISO 14001.
Таким образом, металлы в жизни людей сегодня могут играть различные роли: от важных составляющих конструкций и жизненно необходимой человеку техники до незаметных частиц в рассеянном состоянии, от микроэлементов человеческого организма до токсичных веществ, вызывающих аллергию и болезни. И если в промышленности управление металлами лежит на плечах металлургов, то в природе и живых организмах движение металлов регулируется законами биологии. Возможно, когда речь пойдет об освоении космоса и других планет с другими формами жизни, работа с металлами приобретет какие-то иные, новые образы и смыслы.
Какую роль в истории человечества сыграли металлы?
Обсуждение вопроса:
На протяжении истории человечества и в современном мире металлы играют очень важную, роль. Поэтому даже историческое деление на различные периоды развития человечества обозначают по названиям металлов и их сплавов: медный, бронзовый железные века.
Невозможно представить существование цивилизации в прошлом и сегодняшний день без использования различных металлов. И в древности и в современном обществе металлы, и в частности железо составляли и составляют фундамент нашего общества. Без металлов не было ба автомобилей, самолётов, невозможно строительство, на их использовании основаны такие отрасли как транспорт, космос, медицина (приборы и медицинские инструменты), сельское хозяйство и т.д. И в быту мы постоянно пользуемся изделиями из металлов.
Оценить роль металлов в нашей жизни довольно просто – достаточно оглянуться и посмотреть вокруг себя. Металл повсюду. Кухонная утварь – ложки, вилки, ножи, кастрюли, сковородки – практически все из металла. Бытовая техника – стиральные машины, пылесосы, телевизоры, компьютеры – невозможна без металлов. Дома и улицы городов освещаются электричеством, которое подводится по металлическим проводам. Современные сооружения держатся за счет железобетонных конструкций. Между городами по стальным рельсам мчатся поезда, при создании которых использованы самые разные металлы, а по дорогам колесят машины, которые также во многом состоят из металлов. Корабли в море, самолеты в небе, ракеты и космические аппараты – все это просто невозможно без металлов и их сплавов. Да и странно было бы, если бы мы в нашей жизни обходились без того, что занимает весомую долю химической таблицы Менделеева.
Разнообразные свойства металлов – их ковкость, прочность и пластичность – давно сделали жизнь людей намного комфортней, ведь металлы используются уже на протяжении многих тысячелетий в самых разных сферах человеческой деятельности, из которых, пожалуй, наиболее значимой является создание орудий труда. Орудий, с помощью которых человек активно преобразует окружающий мир, приспосабливая его под свои нужды. Недаром с древнейших времен высоко ценились те, кто умел обращаться с металлом и изготавливать из него эти самые орудия труда.
Конечно, самые древние инструменты из металла еще не обладали теми характеристиками по твердости и прочности, какими обладают современные изделия. Но и они весьма успешно могли конкурировать с каменными орудиями труда.
Открыв для себя полезные свойства металлов, человек, конечно же, не ограничился лишь одними орудиями труда. Пожалуй, даже наоборот – первоначально, как полагают историки, блеск и цветовое разнообразие металлов послужили причиной использования их для изготовления различных украшений и культовых предметов. Именно такие изделия считаются самыми древними из известных археологических находок. Чуть позднее металл стали использовать для изготовления разнообразных предметов бытовой утвари – от мелких иголок и рыболовных крючков до зеркал и котлов для приготовления пищи. Нашли металлы свое применение и в такой неожиданном для нас прикладном использовании как медицина.
В древних манускриптах говорится о пользе ношения металлических украшений и содержатся подробные описания случаев, в которых для очищения и лечения применялись пластины из различных металлов. О том, что с помощью пластин из меди можно лечить заболевания кожи, различные язвы и ушибы, а также холеру, писали Аристотель, Гиппократ, Гален, Парацельс, Аль-Бируни и Авиценна.
Во времена каменного века человек ориентировался на использование того, что было под рукой – в ход шли камни, дерево, кости, обсидиан (вулканическое стекло) и другие материалы, которые давала природа. Постепенно человек научился их дополнительно обрабатывать, добиваясь полезного улучшения свойств этих подручных предметов. Основным же орудием труда оказывались камни, которым люди стали придавать самую разнообразную форму сначала простым откалыванием кусков камня, а позднее используя дополнительно сверление, шлифовку и полировку. Как полагают ныне историки и антропологи, камень играл главную роль в жизни человека на протяжении сотен тысяч лет.
И вот в какой-то момент человек открыл для себя металлы. Сначала, как полагают историки, в самой доступной – самородной форме.
«Открытие, вероятно, состоялось – как это иногда случается – в результате какой-то неудачной операции. Ну, например, так: доисторическому земледельцу потребовалось пополнить запас каменных пластинок и топоров. Из кучи заготовок, лежавших у его ног, он выбирал камень за камнем и умелыми движениями отбивал одну пластину за другой. А потом в его руки попал какой-то блестящий угловатый камень, от которого, сколько он ни бил по нему, ни одна пластинка не отделялась. Более того, чем усерднее он дубасил по этому бесформенному куску сырья, тем больше тот начинал походить на лепешку, которую в конце концов можно было мять, крутить, вытягивать в длину и свивать в самые удивительные формы. Так люди впервые познакомились со свойствами цветных металлов – меди, золота, серебра. » (Р.Малинова, Я.Малина, «Прыжок в прошлое: Эксперимент раскрывает тайны древних эпох»).
Поскольку в природе в самородном виде медь и золото (по сравнению с другими металлами) встречается достаточно часто, серебро – значительно реже, а железо вообще в редчайших случаях, то первыми металлами, с которыми познакомился человек, стали как раз золото и медь. Именно из них наши древние предки стали изготавливать сначала украшения, а затем и другие предметы и орудия труда.
Роль металлов в истории человечества
Благодаря таким свойствам как твердость, прочность, пластичность, жаропрочность, коррозийная стойкость, высокая электрическая проводимость, металлы и их сплавы играют огромную роль в современной промышленности. На современном этапе развития производства число металлов, находящих применение, постоянно растет. Например, до XX века многие наиболее востребованные металлы не производились, более активно использовать металлы начали накануне и в годы второй мировой войны, а во второй половине прошлого века в промышленности применяют уже все известные металлы.
Интересно, что из наиболее ценных и важных для современной техники, лишь немногие имеются в земной коре в большом количестве. Это железо (5,1% от веса земной коры), алюминий (8,8%), магний (2,1%), титан (0,6%). Некоторые весьма важные металлы содержаться в земной коре в сотых долях процента (например, медь, марганец, хром, ванадий, цирконий) и даже тысячных долях (например, цинк, олово, свинец, никель, кобальт, церий, ниобий). Прочие металлы, обладающие ценными техническими свойствами, присутствуют в количествах, во много раз меньших.
На сегодняшний день одним из наиболее востребованных материалов является нержавеющая сталь, которая была открыта чуть более 100 лет назад. Такая сталь применяется во всех сферах человеческой деятельности:
Такая востребованность происходит из того, что нержавейка обладает высокой устойчивостью против коррозии в самых разных условиях: атмосферных, газовых средах, речной, морской воде, растворах щелочей, кислот, солей, при разных температурах.
Ввиду широкого сортимента выпускаемых сталей и сплавов существует необходимость единой системы маркировки сталей. Наиболее популярной системой является американская AISI. Для нашей же страны актуальна советская система. Кстати, она удобнее американской в плане прочтения: первые цифры в ней обозначают содержание углерода, а последующие буквы и цифры- элементы и проценты их содержания.Например, таблица 1
Роль металлов в истории человечества и применение их сплавов.
На протяжении многих веков металл является верным спутником человеческой цивилизации в её развитии, начиная с древнейших времен, с изготовления самых примитивных оружий и орудий труда. Металлы известны с древних времен, однако, они не получили широкого применения, пока их не научились обрабатывать. Уровень развития современного производства дал возможность повысить качество изделий из металлопроката и расширить сферу его применения.
В истории человечества по интенсивности и длительности применения соответствующего материала выделяют каменный, медный, бронзовый и железный века.
 |
 |
Бронзовый век – исторический период, сменивший энеолит и характеризующийся распространением металлургичной бронзы, бронзовых орудий труда (III-II тысячелетия до н.э.)
 |
С последующим подразделением на этапы археологическая периодизация незаменима при исследовании дописьменных обществ.
Дело в том, что железо в самородном виде встречается крайне редко. Железо с древнегреческого расшифровывается как « звездный», то есть самородное железо может входить только в состав осколков метеоритов, упавших на землю из космоса.
Медь же встречается в самородном виде гораздо чаще в природе. Во-вторых, медь достаточно просто получить из медной руды. Ну вот представьте, если мы возьмем (черный порошок оксида меди 11) СuO, и нагреем его с углем на открытом пламени, то через некоторое время этот порошок станет красного цвета, то есть образуется медь.
И тогда мы можем легко представить, как люди в древности могли получать медь из медной руды только на костре.
Следующий период Бронзовый век.
Бронза – это сплав меди с оловом. Бронза по сравнению с медью имеет ряд преимуществ: она тверже и прочнее.
Где-то с середины I тысячелетия до нашей эры начинается Железный век.
Его начало обусловлено тем, что люди научились добывать железо.
Серебро и золото тоже широко применялись с древних времен, причем эти металлы часто использовались в качестве эквивалента обмена.
Стоит отметить, что серебро и золото широко используются в современной технике, потому что драгоценные металлы незаменимы, как материал для электрических контактов из-за своей высокой электропроводности. Поэтому компьютеры, телевизоры, телефоны, автомобили, холодильники, микроволновые печи содержат в большей или меньшей степени этот драгоценный металл.
Какие же свойства металлов позволяют так широко их использовать? В первую очередь, это особенности их физических свойств:
Но и некоторые особенности химических свойств также обусловили широкое применение металлов.
Это неспособность некоторых металлов взаимодействовать с окружающей средой, то есть относительная химическая инертность.
На данном этапе развития цивилизации наиболее широко применяется металл – это железо. Чистое железо обладает невысокой твердостью. Поэтому чаще всего используют его сплавы с углеродом.
Это чугун, в котором содержание углерода более 2%, и стали, содержащие менее 2% углерода.
Эти сплавы очень широко используются в настоящие время.
Чугун, из-за того что содержит большое количество углерода, очень хрупок и его нельзя ковать, поэтому чугун используют для изготовления тяжелых деталей: станков, машин, различных плит, чугунных решеток.
Медь в чистом виде используют только в тепло- и электротехнике. Чаще всего используют сплав меди.
Применение Al основано на его легкости, относительно его стойкости и высокой электропроводимости, то есть инертности. Но есть у Al и недостаток. Дело в том, что Al очень мягкий металл, поэтому чаще всего используют его сплавы с Cu, Mg и Mn, такие сплавы называют дюралюминами.
Этот сплав используют в авиатехнике, поэтому Al называют крылатым металлом.
У Al еще есть тонкая, но прочная оксидная пленка. Поэтому Al используют в процессах алитирования. Это покрытие чугунных и стальных изделий тонкой пленкой Al. Это проводится с целью защиты данных изделий от коррозии.
Итак, сегодня мы узнали, какую роль играют металлы в развитии человеческой цивилизации.
Список используемой литературы :
1) Советский энциклопедический словарь главный ред. А.М. Прохоров
2) Учебное пособие по химии за 9 класс Ф.г. Фельдман
4) 5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия Глав. ред.В.А. Володин, вед.
науч. ред. И. Леенсон.
к научно- исследовательской работе по химии на тему «Роль металлов в истории человечества и применение их сплавов ».
1) Металл начал применятся в быту, при изготовлении орудий с IV тысячелетия до н.э.
3) В бронзовом веке отмечается активное применение сплава меди с оловом – бронза.
5) Серебро и золото широко применялись как с древних времен, так и в настоящее время.
8) Легкость алюминия позволяет его использовать в авиатехнике и для защиты металлических изделий от коррозии.
9) Металлы играют значительную роль в развитии человеческой цивилизации.
История металлов
Благодаря металлам и их сплавам возникла современная цивилизация. Причина этого — высокая прочность металлов, однородность, непроницаемость для жидкостей и газов. Изменяя рецептуру сплавов, можно в очень широких пределах менять их свойства.
Первые металлы, с которыми познакомился человек, — золото, серебро и медь. Они встречаются на земной поверхности в виде самородков. Затем были открыты металлы, которые широко распространены в природе и легко выделяются из руд. Это железо, олово, свинец и ртуть.
Таким образом, в древности были известны семь металлов. Более того, по названиям металлов и сплавов, наиболее важных в определенные периоды развития человечества, названы эти эпохи: медный, бронзовый и железный века. Алхимики соотнесли с металлами известные в то время небесные тела. Символом Солнца стало золото, Меркурия — ртуть, Венеры — медь, Луны — серебро, Марса — железо, Юпитера — олово, Сатурна — свинец.
В Средние века были открыты цинк, висмут и сурьма, в XVIII в. — мышьяк. В Средневековье мышьяк не хотели считать металлом, потому что для него не хватало планеты. Однако количество открытых металлов все время возрастало.
Процессы, связанные с добычей и обработкой металлов, как никакие другие, способствовали развитию химии. Их свойства настолько характерны, что уже в глубокой древности семь известных тогда металлов объединили в одну группу сходных веществ. Однако не была известна их природа. Аристотель, например, считал, что все вещества созданы из четырех элементов (огня, воды, земли и воздуха). В XVIII в. полагали, что металлы — сложные вещества, куда входит горючее начало — флогистон.
В том же веке Антуан Лоран Лавуазье выяснил, что горение металлов — это их соединение с кислородом, а сами металлы — простые вещества. И когда была создана периодическая система элементов Менделеева, металлы заняли в ней свое место.