Ртуть

Природа не богата ртутью. Она очень редко встречается в самородном состоянии – в виде капелек на горных породах. Одним из самых известных месторождений самородной ртути является гора Терлиг-Хая в Туве. Ее название переводится как «потная скала» – действительно на ее каменных откосах время от времени выступают капельки ртути, создавая впечатление того, что скала «потеет».

Основным ртутным минералом и единственным, образующим рудные скопления, является киноварь. Это красивый камень, словно покрытый алыми пятнами крови. Отсюда и происходит его название: греческое «киннабарис» переводится как «кровь дракона». Оно связано с древней легендой о погибшем в горах драконе и пролитой им крови, превратившейся в замечательный минерал. Глыбы киновари из богатых месторождений действительно очень похожи на куски кровавого мяса.

Киноварь была одной из первых минеральных красок, использованных человеком. Ею пользовались в Древнем Мире практически повсеместно. В эллинистическую эпоху в Греции и Египте ртуть называли «хюдор скифакон» – «скифская вода», по аналогии с «купрумом» – «металлом из Кипра». Скифы, населявшие тогда причерноморские степи, добывали киноварь, по-видимому, из Никитовского месторождения, находящегося на территории Донбасса. Здесь на различной глубине (до 20 м) обнаружены древние горные выработки, в которых были найдены древние орудия труда, в том числе и из камня.
Еще более древний рудник «Хайдаркан» («Великий рудник») расположен в Ферганской долине. В нем также сохранились многочисленные следы древних работ: металлические и деревянные клинья, светильники, глиняные реторты для обжига киновари, отвалы образующихся при этом огарков. Археологические исследования показали, что ртуть в Ферганской долине добывали на протяжении многих столетий, вплоть до XII–XIV вв., когда вследствие завоеваний Чингисхана и его преемников эти края пришли в запустение.
В Средней Азии разрабатывались и другие месторождения ртути: например, для персидских царей династии Ахеменидов (VI–V вв. до н.э.) ртуть доставляли из Зеравшанских гор, расположенных на территории Таджикистана и Узбекистана.
Крупнейшим в истории Древнего Мира месторождением ртути было Альмаденское, расположенное на территории Испании. Плиний Старший упоминает в своих сочинениях, что Рим закупал ежегодно в Испании до 5 т ртути.

Римляне долгое время называли ртуть «argentum vivum» – «живое серебро», это название сохранилось в современных английском и немецком языках.

Технология извлечения ртути из киновари описывается многими древними авторами: Теофрастом, Диоскоридом, Плинием и др.
Живший в III в. до н.э. Теофраст, ученик Платона и последователь Аристотеля, сообщает, что ртуть можно получить, растирая киноварь с уксусом медным пестом в медной ступе. Этот же способ упоминает и Плиний, но он описывает еще одну технологию экстракции ртути. В его «Естественной истории» написано: «Киноварь помещают в железной чашке на глиняное блюдо, покрывают другой чашкой, которую замазывают глиной, раскаляют на огне, раздуваемом с помощью меха, и собирают осевший на глине пот, который имеет вид серебра и подвижность воды».
По-видимому, способ получения ртути с помощью нагрева киновари в закупоренном железном сосуде был в те времена общеупотребительным, поскольку его приводит в своих сочинениях также и современник Плиния врач Диоскорид. Кстати именно он и предложил общепринятое сегодня название ртути как химического элемента: «гидраргирум», что означает «серебряная вода».

В том, что именно врач имел в те времена дело с ртутью, нет ничего удивительного. Ее широко использовали при лечении самых разнообразных заболеваний, например, при болезнях суставов или кожи. Порой применение ртути в лечебных целях носило весьма оригинальный характер. Известны случаи, когда ее вливали больному при предполагаемом завороте кишок. По мнению древних эскулапов, ртуть, благодаря своей тяжести и подвижности, должна была пропутешествовать по хитросплетениям кишок и расправить своей тяжестью их перекрутившиеся части.

В древности и ртуть, и киноварь чаще всего использовались в виде красителей, например, для личных печатей: оттиски получались благородного пурпурного цвета, не выцветали и сохранялись очень долго. При добавлении к киновари мышьякового минерала реальгара получали краску канареечного цвета. В Китае киноварную краску до сих пор добавляют в тесто. Сернистая ртуть применялась как ярко-красная краска («вермильон»).

От красного цвета происходит и русское название металла: «ртуть» одного корня со словами «руда» и «рдеть», обозначавшими у древних славян красный цвет. Следует также отметить, что в основе упомянутых слов лежит древнейший индоевропейский корень «рд» и однокоренными со словами «руда» и «рдеть» являются слова «радость» и «радуга», в которых корень «рад» имеет смысл «светлый», «яркий».

Широкое применение ртути в металлургии Древнего Мира началось после того, как была открыта ее способность, подобно свинцу, экстрагировать и концентрировать золото, то есть осуществлять с помощью ртути процесс купеляции.
В силу редкости киновари, а значит и ртути, амальгамирование золота сначала использовали только для повторного извлечения металла. Самое раннее описание этого процесса содержится в знаменитом труде Витрувия «Архитектура»: «Если золото вплетено в одежду, которая износилась…, эту одежду разрывают на куски, которые бросают в горшок и сжигают в нем на огне. Получившуюся золу бросают в воду, и туда же добавляют ртуть. Ртуть привлекает к себе все мельчайшие частицы золота и соединяется с ними. Затем воду выливают через холст, который выжимают руками. Ртуть просачивается сквозь неплотное переплетение нитей холста, а золото остается на внутренней стороне холста в совершенно чистом виде». Схема этого процесса приведена на рис. 1.13.

Таким образом, благодаря свинцу и ртути были заложены основы технологии рафинирования металлов. Кроме того, свинец оказался металлом – основателем промышленного трубного производства.

Медь

Задолго до знакомства с медью в виде металла, человек прекрасно научился распознавать многие ее минералы. Дело в том, что основные минералы меди часто располагаются непосредственно на поверхности земли и имеют яркую окраску. Это, например: малахит, бирюза, азурит, хризоколла и др. Изделия из этих минералов обнаруживаются в древнейших человеческих захоронениях, относящихся к эпохе неолита. Так, малахитовые бусы были найдены в древнем поселении Чайоню-Тепези в Анатолии (VIII тыс. до н.э.), а фигурки из азурита – на острове Крит (VI тыс. до н.э.). Следует отметить, что практически все минералы меди, из-за их своеобразной цветовой гаммы, наряду с минералом свинца галенитом, широко использовались в древности в косметических целях (например, для окраски глазниц). Дадим краткую характеристику наиболее распространенным в древности минералам меди.

Малахит (от греч. «малахе» – мальва) представляет собой водный карбонат меди (CuCO₃·Cu(OH)₂ или Cu₂(OH)₂CO₃). Малахит очень рано получил распространение в качестве поделочного камня, из которого изготовлялись амулеты, бусы, кольца и другие мелкие изделия. Он широко использовался в качестве краски для настенных росписей и в виде косметического средства. После изобретения керамики, он стал применяться для окрашивания глазури и цветного стекла.

Азурит (от перс. «ладжвард» – лазурный, голубой) также является водным карбонатом меди (2СuСО₃·Сu(ОН)₂ или Cu₃(CO₃)₂(OH)₂). Это очень красивый и яркий минерал,цвет которого изменяется от лазурного до ультрамаринового. Азурит часто сочетается с малахитом и всегда находится на поверхности или близко от нее.

Хризоколла (от греч. «хризос» – золото и «колла» – клей) это синий или сине-зеленый водосодержащий силикат меди (Cu₈[Si₄O₁₀]₂(OH)₁₂·nH₂O, где n = 8, реже 0 и 4). В древности использовался как поделочный камень для изготовления мелких ритуальных предметов и амулетов, а также в качестве косметического средства. Свое название получил в связи с тем, что материал, изготовленный на основе хризоколлы, в древности использовался при пайке золотых изделий.

Бирюза (от перс. «пируза» – победитель) – в древности достаточно распространенный минерал, гидрофосфат меди (CuAl₆[PO₄]₄·[OH]₈·5H₂O). Бирюза может быть различных цветов от ярко небесно-голубого до блекло-зеленого. В древности, также как многие другие минералы меди, использовалась в качестве поделочного камня и минеральной краски.

Несколько позднее человек познакомился с сульфидом меди (CuFeS₂) – халькопиритом (от греч. «халькос» – медь и «пирос» – огонь), который и стал основной медной рудой в эпоху Древнего Мира.

Как уже отмечалось выше, первоначально человеку стала известна самородная медь. Некоторые ученые полагают, что она даже могла быть первым металлом цивилизации, поскольку медные самородки встречаются в природе чаще золотых. Самородную медь и теперь находят во многих регионах Земли. Богаты ею Малая Азия, Индокитай, Алтай, но особенно – страны Нового Света: США, Мексика, Боливия и др. И в настоящее время не являются редкостью медные самородки массой несколько килограммов. В 1977 г. в карьере Береговом у Онежского озера был найден самородок массой 200 кг, хранящийся в Карельском музее археологии. Крупнейшим проявлением самородной меди считается сплошная медная жила, обнаруженная на полуострове Кьюсиноу (озеро Верхнее, США), масса которой оценивается примерно в 500 т. Можно предполагать, что в древности находок самородной меди было значительно больше, чем сейчас.
Необходимо отметить, что самородная медь концентрируется именно в верхних горизонтах месторождений и ей сопутствуют малахит и азурит, то есть окисленные формы меди. Для полиметаллических месторождений меди в Азии и Европе характерно также присутствие в верхних горизонтах минералов никеля и мышьяка. В глубинных участках месторождений, как правило, располагаются минералы олова, свинца, цинка и сульфидные медные минералы.
По этой причине древние предметы из рудной меди содержат значительные количества никеля (иногда до 5% (масс.)) и мышьяка (до 2% (масс.)). Присутствие этих примесей показали химические анализы более двух третей раритетов из Месопотамии, Египта, Малой Азии, Индии, датируемых временем не позднее III тыс. до н.э.

Интересно было бы сравнить процентное содержание этих элементов в изделиях с тем соотношением, которое имеется в руде. Вдруг вылезет несоответствие как в Южной Америке…

Древнейшими же изделиями из рудной меди в настоящее время считаются, найденные в 1962 г. в Чатал-Хююке (плоскогорье Конья, Турция) бусинки, колечки и подвески. В одном из жилищ этого поселения был обнаружен и шлак от плавки медной руды. Эти находки относятся к VII тыс. до н.э. Такой же возраст имеет и найденное в Чайоню-Тепези медное шило, характерное высоким массовым содержанием мышьяка – 0,8%.

Добыча медной руды осуществлялась по той же технологии, что и добыча рудного золота. Старейшие медные рудники обнаружены на территории Месопотамии, Испании и Балканского полуострова. В эпоху античности одним из крупнейших месторождений меди стал остров Кипр, от его позднелатинского названия «купрум» и произошло современное название меди как химического элемента.
Русское название металла происходит отдревнеславянского слова «смида», обозначавшего металл вообще. Отметим, что термин «смида» восходит к тем древнейшим временам, когда праславяне и прагерманцы были еще единым народом. Впоследствии в германских языках термин «смида» стал употребляться для обозначения человека, работающего с металлом, и закрепился в форме «смит» (англ.) или «шмидт» (нем.) – «кузнец». Данное обстоятельство еще раз подтверждает тот факт, что наши пращуры были знакомы с металлами еще до распада славяно-германской ветви индоевропейцев.

Любопытный момент…

Добытую руду дробили, а затем перебирали вручную. Наиболее древним способом плавки медной руды является тигельный: руду смешивали с древесным углем и помещали в тигли, изготовленные из глины, перемешанной с костной золой. Размеры тиглей были небольшими, так высота тигля, обнаруженного в Египте археологом Брантоном составляет всего лишь 12 см. В тиглях предусматривались отверстия для выхода газов: в крышке, и для подачи дутья: сбоку, примерно на середине высоты. После этого тигли помещались в печь, и начиналась плавка.
Температура, необходимая для получения меди, содержащей около 1–2% (масс.) примесей (мышьяка, никеля, сурьмы и др.), составляет около 900–950°С. Она достигалась уже в примитивных гончарных очагах времен неолита.
Количество меди, производимое в тиглях, было очень небольшим и составляло, как правило, несколько сот грамм. Поэтому довольно быстро перешли к производству меди в ямах. Для этого медную руду, перемешанную с древесным углем, помещали в неглубокие ямы (глубиной до 30 см), дно которых было выложено камнями. Над слоем шихты насыпали еще некоторое количество древесного угля, а сверху укладывали ветви деревьев и небольшое количество земли таким образом, чтобы не препятствовать притоку воздуха внутрь кучи. Место плавки старались располагать на склонах холмов, чтобы использовать естественное движение воздуха. То, что оно способствовало раздуванию огня, было замечено в глубокой древности. Таким был первый промышленный металлургический агрегат.
По завершению плавки несгоревшее топливо убирали, а полученный металл дробили на удобные для использования куски. Это делалось немедленно после затвердевания металла, так как на этой стадии медь особенно хрупка и легко разбивается на куски молотком. Для придания сырцовой меди товарного вида ее подвергали холодной ковке.
Очень рано было обнаружено, что медь представляет собой мягкий и ковкий металл, легко уплотняющийся и освобождающийся от грубых включений при простейшей механической обработке.

Холодная ковка меди позволяла получать очень сложные изделия. Например, по такой технологии был сделан котел диаметром 0,5 м, найденный в гробнице фараона Перибсена (XXVII в. до н.э.). После освоения технологии медного литья в IV тыс. до н.э., техника изготовления медных изделий поднялась на новый уровень. Прекрасными образцами ранних изделий из меди являются таз и кувшин, найденные в гробнице египетской царицы IV династии Хетепхерес. Таз и корпус кувшина выкованы, носик же кувшина отлит, вставлен в специально подготовленное отверстие и прикреплен к корпусу холодной ковкой.

Народами, достигшими наиболее значительных успехов в освоении технологий металлургии меди уже в хальколите, в настоящее время считаются шумеры в Месопотамии, иберы на Пиренейском полуострове и народы, населявшие в то время Малую Азию. Интересные археологические находки, также датируемые IV тыс. до н.э., были сделаны в 1972 г. в Болгарии недалеко от города Варна. Там был обнаружен древний некрополь с большим количеством золотых и медных изделий. Всего было исследовано более 60 захоронений и найдено свыше 2000 металлических предметов. Некоторые исследователи считают, что сокровища из Варны представляют собой свидетельство более высокой культуры, чем культура современных им цивилизаций.

При всех своих достоинствах медь имела и очень существенный недостаток: медные инструменты быстро затуплялись. Даже в холодноупрочненном состоянии износостойкость и другие свойства меди были не настолько высоки, чтобы медные инструменты и орудия могли полностью заменить каменные. Поэтому на протяжении медно-каменного века («хальколита») камень успешно конкурировал с медью, что и нашло отражение в названии эпохи. Решающий шаг в переходе от камня к металлу был сделан после изобретения бронзы.