Тема: «Материалы, изменившие мир»
Камень
- Камень стал первым материалом, который смог обработать человек, чтобы облегчить себе жизнь. Возраст наиболее древнего из найденных на данный момент обработанных каменных предметов – 3,3 миллиона лет. Первой исторической эпохой, знавшей каменные орудия, была Ашельская культура, существовала в период раннего палеолита. Следует уточнить, что далеко не из каждого камня и сегодня удастся изготовить качественное орудие труда. И миллионы лет назад это также довольно быстро поняли. Приемлемым для обработки камнем считался такой, который имеет достаточную твердость, острый скол и устойчивость к появлению трещин после работы с ним.
- Разнообразие видов камней, которые обрабатывал древний человек, варьировалось в зависимости от распространенности определенного типа, а также географического положения первобытного поселения. Так, наибольшей «популярностью» пользовался кремень, а вот, к примеру, находки из обсидиана чаще всего обнаруживают в районах расположения вулканических пород. В тот же исторический период появляются первые свидетельства «знакомства» человека с минералами – в палеолитических захоронениях можно найти горный хрусталь. Область применения камня была достаточно широкой – его использовали как оружие или инструмент для сельскохозяйственных работ, а также им подвергали обработке орудия из других материалов, например, дерева. Однако каменный век все же закончился: основной материал был недолговечным и орудия труда быстро приходили в негодность.
Бронза
- На смену каменному веку пришел бронзовый. И это был огромный скачок на эволюционном пути человечества. Ведь, в отличие от камня, который можно найти буквально под ногами, бронза является сплавом меди и олова, и для того, чтобы изготовить из нее орудия труда, следовало вначале выплавить ее саму, предварительно обеспечив себя нужными ископаемыми. С появлением бронзы связано существование одной из самых развитых цивилизаций древнего мира — крито-минойской (2700—1400 гг. до н. э.). Места расположения – остров Крит, Закрос, Кносс, Тилисс, Фест. Предшественники древних греков, работая с бронзой, сумели получить более качественные и долговечные орудия труда, в сравнении с каменными.
- Бронзовый век подарил людям ранней античности целый ряд новых занятий и отраслей производства: прежде всего, была освоена технология выплавки металла, его обработка в виде ковки и гравировки. Обученные этому делу мастера стали изготовлять из бронзы не только орудия труда, но и элементы защиты для воинов и оружие, украшения и элементы одежды, а также различные предметы быта. Стремительное развитие данной отрасли повлекло за собой увеличение объемов международной торговли, что, в свою очередь, способствовало активному культурному обмену с последующим установлением новых связей. Изделия из бронзы оказались ходовым товаром, больше всего на рынке ценилось оружие.
Железо
- Следует отметить, что настоящую революцию спровоцировало не столько попадание в руки человека самого железа, как полезного ископаемого, сколько открытие технологии выплавки из руды с добавлением углерода . Так производилась сталь, которая была гораздо прочнее и долговечнее, чем бронза . Достигается этот эффект как раз за счет сплава с углеродом: материал становится более твердым, одновременно теряя в вязкости и пластичности. Но и сама сталь со временем претерпевала серьезные трансформации. Люди заметили, что свойства этого материала могут варьироваться в зависимости от добавок в основной состав сплава, а также различий в технологии выплавки. Так, например, с помощью подобных экспериментов человек получил чугун.
Железо
- Различные типы сплавов со временем приспособили для изготовления разнообразных предметов и орудий. В первую очередь, это коснулось оружия. Металлические клинки были качественнее и эффективнее в бою. Кроме того, еще в древние времена были изобретены сплавы, оружие из которых ценится и сегодня – это дамасская сталь и булат. Клинки из этих материалов привлекают не только своим качеством, но и необычным внешним видом – сталь получается «узорной». Интересный факт: на сегодняшний день секреты технологии выплавки легендарной дамасской стали считается утраченным. Ученые до сих пор не могут разгадать все детали ее производства.
Полимеры
- Примеры: пластик, полиэтилен, кевлар.
- В 20–30-е годы ХХ века наступила эра полимеров. Нельзя представить нашу жизнь без пластиков, резин и тому подобного. Эра этих материалов длилась вплоть до начала компьютерной революции, но и сейчас они играют огромную роль в нашей жизни (мы и сами состоим из полимеров!). Синтез полимеров оказался очень непростой задачей, с которой ученые блестяще справились в 20–30-е годы XX века.
- Полимеры уникальны, потому что сочетают в себе несколько противоположных качеств. С одной стороны, в основе полимеров лежат длинные цепочки органических блоков с очень сильными связями — к ним относятся, например, связи «углерод — углерод», тянущиеся на тысячи атомов. Эти связи очень жесткие, одни из самых сильных, что только возможны между атомами химических элементов. Поэтому порвать такую полимерную цепочку непросто.
Полимеры
- С другой стороны, эти цепочки обладают гибкостью. И в зависимости от того, как эти цепочки укладываются в пространстве, можно получить абсолютно разные результаты. Если цепочки полиэтилена спутаются между собой и образуется неупорядоченная структура, то мы получим обычный полиэтилен — такой, как в полиэтиленовом пакете. Это гибкий материал, но не очень прочный.
- Другой уникальный полимер — кевлар — уже давно используют в бронежилетах.
- Высококачественный, высокоупорядоченный полиэтилен с очень длинными цепочками — сверхвысокомолекулярный полиэтилен — обладает не только очень высокой прочностью, но и невероятно высокой теплопроводностью. Есть теоретические расчеты и даже первые эксперименты, согласно которым теплопроводность полиэтилена такая же, как у металлов. Если это окажется так, то этот сверхлегкий и прочный материал с огромной теплопроводностью станет полезен для многих применений, ведь им отчасти можно будет заменить металлы.
Кремний
- Сложно представить нашу жизнь без этого материала, больше которого из химических элементов на нашей планете распространен только кислород. А область его применения не просто огромна — она кажется необъятной. Но, пожалуй, самую прочную нишу кремний, как незаменимый пока материал занял в электронике и цифровых технологиях. Каждый телефон, компьютер и даже солнечная батарея не сможет работать без него. А началось все с обыкновенного транзистора. Несмотря на то, что кремний является неметаллом, он оказался хорошим полупроводником. И именно ним в новом поколении транзисторов заменили морально устаревший германий. Автором этой гениальной идеи был будущий нобелевский лауреат Джон Бардин. А его изобретение совершило настоящую революцию, ведь, по сути, именно оно позволило родиться кремниевой электронике, которая развивается вот уже не одно десятилетие, и замены ей пока так никто и не нашел.
