Zaman Besi - Bahagian 1
Media sentiasa melaporkan bahawa zaman plastik telah tiba, dan tamadun silikon berkembang pesat. Walau bagaimanapun, realitinya berbeza: kita telah hidup di Zaman Besi selama lebih daripada tiga ribu tahun. Anda juga boleh menambah bahawa abad kesembilan belas, i.e. zaman wap dan elektrik (memandangkan elektrik masih dijana terutamanya oleh kuasa aliran wap air), berterusan dari segi tenaga.
Penyair Rom Ovid, dalam Transformasinya, menggambarkan zaman mitos umat manusia, sebahagian besarnya sesuai dengan pembangunan tamadun. Jadi, selepas zaman bahagia emas dan perak (di sini penulis mempunyai fantasi, kerana ia adalah zaman batu), zaman gangsa, salah satu aloi tembaga dan timah, memerintah. Pada masa itu, Hercules, Theseus dan Argonauts hidup, dan pahlawan Homer, berpakaian perisai gangsa, bertempur di bawah tembok Troy dengan pedang gangsa. Ahli arkeologi memanggil zaman ini Zaman Gangsa. Selepas dia (selepas Ovid) ...
... zaman besi keras telah tiba
Bilakah ia bermula? Sukar untuk menjawab soalan ini. mereka berasal dari alaf pertama SM, dan mungkin lebih awal. Dan ia bukan "sebarang" besi, tetapi syurgawi, asal usul meteorik (1). Tidak menghairankan bahawa mereka dianggap sebagai hadiah sebenar daripada tuhan dan dihormati sewajarnya.
1. Serpihan meteorit besi Poland terbesar yang ditemui di pinggir bandar Poznań (Morasco). Spesimen ada di Muzium Bumi AMU (pengarang: Wikimedia/MOs810)
Dengan bersih dengan besi duniawi seorang lelaki bertemu apabila dia mula menerima logam daripada bijih, dan bukan dari nugget. ,: pada suhu yang boleh dicapai pada masa itu dalam relau (sehingga maksimum 1000 ° C), logam ini cair dan boleh dituang, dan kelembutannya memudahkan untuk bekerja dengan penempaan.
Z besi ia tidak semudah itu. Pertama, ia cair pada suhu melebihi 1500 ° C, dan kedua, apabila sejuk, ia keras dan tidak boleh dibentuk dengan kaedah lama milenium. Pada mulanya, ia adalah hasil sampingan yang menyusahkan (tembaga dan bijih besi selalunya bersebelahan antara satu sama lain) - sekeping spongy, jisim keras kekal di bahagian bawah relau. Ia adalah besi yang diperbuat daripada oksida terkurang daripada bijih. Secara kebetulan, tukang besi purba mula memproses batu tulis yang terhasil (dari bahasa Latin, bermaksud serigala) walaupun sebelum ia menjadi sejuk (2). Kali ini logam mudah digunakan. Walaupun mengikut piawaian hari ini ia adalah besi yang sangat berkualiti rendah, ia ternyata lebih keras daripada semua logam yang diketahui pada masa itu.
2. Tukang besi telah menjadi profesion penting selama beribu-ribu tahun (Pengarang: Wikimedia/Jorgeroyan)
Kekerasan besi bergantung kepada jumlah karbon yang terlarut di dalamnya. (ia datang dari arang yang digunakan untuk peleburan), dan ini, seterusnya, dari suhu peleburan - meningkat dengannya. Besi karbon rendah diperolehi dalam relau primitif (kandungan karbon tidak melebihi 0,5%).
Walau bagaimanapun, teknologi itu terus berkembang. Relau yang lebih baik telah dibangunkan untuk mencapai suhu yang lebih tinggi supaya lebih banyak karbon terlarut dalam besi. Apabila kandungannya mencapai kira-kira 1%, seseorang pertama kali bertemu dengannya. adalah. Bilah yang diperbuat daripadanya tidak cepat kusam, dan selain itu, ia boleh mengeras, yang juga meningkatkan kekerasannya. Sejak itu, logam baru telah diganti dengan pantas coklat. Bilakah kejayaan ini? Sekitar pertengahan milenium kedua SM di wilayah Syria moden dan Anatolia (Turki). Dari sana, keluli tersebar ke seluruh dunia ketika itu, walaupun di bahagian yang berlainan ciptaan ini dilakukan secara bebas antara satu sama lain (contohnya, di India dan China).
Tapi kenapa besiwalaupun masalah dengan pengeluarannya, digantikan dengan gangsa? Kali ini kami akan memberikan lantai kepada Bolesław Prus, yang dalam Firaun menggambarkan kelebihan bahan baru seperti berikut: “salah seorang pegawai Mesir menghunus pedang gangsanya dan memegangnya seolah-olah hendak menyerang. Kemudian Sargon mengangkat pedang keluli, memukul dan memotong sebilah senjata kepada musuh.
Logam perang
Novel ini berlatarkan pada abad ke-3 SM, tetapi sebelum itu, senjata yang lebih baik bermakna kelebihan di medan perang. Ia mungkin bukan kebetulan bahawa ciptaan pengeluaran keluli dicipta oleh orang Hittites, seorang pahlawan. Selepas mereka, ia telah diterima pakai oleh orang Asyur yang tidak kurang berani, yang utusannya Sargon begitu jelas menunjukkan kepada pewaris muda takhta Mesir kelebihan senjata baru. Sejak itu, besi selama-lamanya dikaitkan dengan peperangan, ia telah didedikasikan kepada tuhan-tuhan yang mengawasi bidang kehidupan ini, dan (XNUMX).
3. Permukaan Marikh yang diselaputi oksida besi (daripada sumber NASA). Simbol astronomi planet Marikh dan simbol alkimia besi menggambarkan perisai dan lembing - sifat tuhan perang
Berabad-abad berlalu, teknologi peleburan dan pemprosesan bertambah baik (di Poland sudah pada abad ke-XNUMX SM. metalurgi). Rahsia mereka dijaga dengan teliti, dan ciptaan mereka yang berjaya diketahui secara meluas, seperti sempurna bulat. Sebagai tambahan kepada rumah asap primitif kecil, relau besar semakin dibina untuk peleburan. Di Eropah zaman pertengahan, adalah mungkin untuk kali pertama mencapai takat lebur besi dan - bukannya jisim span yang terletak di bahagian bawah perapian, logam cecair mengalir keluar dari relau, i.e. salad. Walau bagaimanapun, ini tidak menyebabkan kekaguman: aloi dengan kandungan karbon tinggi (besi tuang) rapuh dan tidak boleh ditempa, hanya sesuai untuk tuangan (ia masih digunakan untuk tujuan ini hari ini).
Kejayaan dalam pengeluaran keluli berlaku pada abad ke-XNUMX dan terutamanya pada abad ke-XNUMX. Pada mulanya ia digunakan untuk peleburan kok ( arang batu keras dinyahgas ) bukannya arang batu. Ini berlaku di England, di mana industri keluli menyumbang kepada penebangan hutan yang ketara di negara itu (permintaan untuk kok adalah insentif untuk perkembangan pesat industri perlombongan). arang batu). Pembangunan kaedah untuk menghasilkan keluli daripada besi lebur dengan mengeluarkan karbon berlebihan dan bahan tambahan lain (fosforus, sulfur, silikon) menjadikan keluli murah dan boleh didapati dalam kuantiti yang banyak, yang seterusnya memulakan penggunaannya secara meluas sebagai bahan struktur.
Proses teknologi abad ke-XNUMX - Bessemer, Thomas, dan terutamanya Siemens-Martin - sehingga hari ini mereka adalah asas pengeluaran keluli (sudah tentu, mereka telah diperbaiki dalam banyak cara). Walaupun percubaan dan kesilapan pada masa ini tidak diamalkan, dan proses peleburan dan pemprosesan keluli dikaji oleh pakar dalam pelbagai bidang, masih terdapat unsur seni tambahan dalam metalurgi. Pakar dalam bidang ini boleh dibandingkan dengan tukang masak yang, menggunakan rempah yang betul, boleh mendapatkan hidangan yang lazat. Dalam kes ini, fungsi rempah dilakukan oleh aditif aloi (iaitu, pelbagai unsur), dan hidangan siap sedia adalah aloi "untuk semua majlis".
Logam #1
Besi inilah asas ketamadunan kita, biarlah angka bercakap sendiri. Pada tahun 2019, 1300-10 juta tan besi babi telah dileburkan di seluruh dunia, di mana kira-kira 1900% digunakan untuk pengeluaran produk besi tuang, selebihnya diproses menjadi keluli. Kira-kira 10 juta tan keluli telah dihasilkan (perbezaannya ialah sekerap keluli ditambah semasa pemprosesan besi tuang). "Loji Keluli Dunia" ialah China, yang membekalkan lebih separuh daripada produk (Poland mempunyai kira-kira 2 juta tan). Nombor pengeluaran logam tahunan 80, i.e. aluminium, adalah kurang daripada XNUMX juta tan, yang, berbanding dengan dua bilion tan keluli dan besi, membuktikan sepenuhnya bahawa kita masih hidup di zaman Besi (4).
4. Pengeluaran keluli dunia ialah dua bilion tan setahun.
Kami mempunyai banyak besi di Bumi, lapisan permukaan mengandungi 5,6%, yang meletakkan logam ini di tempat ke-4 (selepas oksigen dan tanah liat). Jika kita mengambil Bumi secara keseluruhan, maka besi berada di hadapan, menyumbang hampir satu pertiga daripada jisim dunia (di tengah-tengah planet ini terdapat teras besi-nikel dengan diameter hampir 7000 km). Di alam semesta, besi adalah unsur ke-6 paling banyak, serta unsur terberat yang boleh dihasilkan dalam teras bintang (yang lebih berat dicipta akibat bencana kosmik - letupan supernova).
Besi percuma di bumi berlaku sekali-sekala dalam bentuk nugget kecil dan. Walau bagaimanapun, mineral besi adalah banyak: hematit Fe2O3, siderit FeCO3, magnetit Fe3O4 limonit (oksida terhidrat, yang dipanggil bijih paya) ialah bijih logam yang paling biasa dilombong, dan pirit, yang meniru FeS emas2 ia digunakan untuk menghasilkan asid sulfurik (5).
5. Warna kemerahan di bahagian bawah sungai menandakan kehadiran sebatian besi di mana-mana.
Dunia yang hidup juga telah mengambil kesempatan daripada faedah besi, yang penting untuk semua organisma. Ion besi berada di tengah-tengah dua protein penting: hemoglobin, yang mengangkut oksigen, dan mioglobin, yang menyimpan gas pemberi hidup dalam otot. Juga, banyak enzim yang bertanggungjawab untuk tindak balas pengoksidaan dan pengurangan berfungsi kerana kehadiran ion besi (dengan bereksperimen, anda akan mengetahui mengapa ini berlaku). Tubuh orang dewasa mengandungi kira-kira 4 gram zat besi, dan kekurangannya menyebabkan anemia. Sumber kaya zat besi yang mudah dihadam adalah: daging, hati, kuning telur, kacang, susu dan kekacang.
Transformasi bersama
Garam ferus dan ferik boleh didapati dari makmal anda. Contoh yang pertama ialah FeSO sulfat.4dan satu lagi ialah klorida FeCl3 (kedua-duanya sebagai garam terhidrat). Dalam kes FeCl3 berhati-hati terutamanya: penyelesaiannya adalah kaustik dan meninggalkan bintik coklat yang sukar dihilangkan. Oleh itu, sarung tangan pelindung diperlukan dan ujian dijalankan pada dulang. Sediakan larutan kedua-dua garam dan tuangkan ke dalam tabung uji. Larutan yang mengandungi ion Fe2+ mempunyai warna hijau muda dalam kes kation Fe3+ warna kuning (6). Tambah sedikit larutan NaOH natrium hidroksida ke setiap tiub. Dalam kedua-dua kes, deposit berikut terbentuk: Fe(OH)2 kelabu-hijau, dan Fe(OH)3 - merah perang (7).
6. Warna larutan garam besi.
7. Pemendakan hidroksida besi
Untuk tabung uji dengan sedimen Fe(OH).2 tambah beberapa titik larutan hidrogen peroksida 3% N2O2 (hidrogen peroksida digunakan sebagai pembasmi kuman). Mendakan cepat bertukar merah-coklat (8):
2Fe(OH)2 +H2O2 → 2Fe(OH)3
8. Besi (II) hidroksida cepat teroksida kepada ferum (III) hidroksida.
Tuangkan beberapa titis larutan FeCl ke dalam tabung uji dengan air.3 jadi warna kuning muda sahaja. Tambah sedikit larutan kalium iodida KI, ia akan segera menggelapkan kandungannya. Sekarang tambah larutan natrium tiosulfat. Na2S2O3. Kandungan kapal itu hampir berubah warna. Akhir sekali tambahkan beberapa titis larutan NaOH. Mendakan yang terbentuk mempunyai warna ... yang mengejutkan, kehijauan. Apakah tindak balas yang berlaku dalam tabung uji?
Pertama, ion Fe3+ iodida teroksida kepada iodin bebas (penggelapan larutan), secara semula jadi, ia sendiri telah dipulihkan. Penambahan tiosulfat sekali lagi menyebabkan pengurangan iodin kepada iodida tidak berwarna, dan di bawah tindakan bes, mendakan Fe(OH) telah terbentuk.2.
Peralihan yang mudah ini, kerana ia disambungkan dengan Transformasi Ovid, ion Fe(II) kepada Fe(III) dan sebaliknya menjadi asas aktiviti biologinya.
Besi, keluli, besi tuang
Selalunya, apabila kita bercakap tentang besi, kita maksudkan keluli. Besi tulen hampir tidak pernah digunakan. Besi dengan sedikit kekotoran (besi ARMCO) digunakan sebagai bahan magnet. Keluli adalah aloi dengan kandungan karbon 1,7-2,1%. Sekiranya terdapat lebih banyak karbon, ia terpisah dalam bentuk grafit dan membentuk besi tuang.
