СДЕЛАЙТЕ СВОИ УРОКИ ЕЩЁ ЭФФЕКТИВНЕЕ, А ЖИЗНЬ СВОБОДНЕЕ

Благодаря готовым учебным материалам для работы в классе и дистанционно

Скидки до 50 % на комплекты
только до

Готовые ключевые этапы урока всегда будут у вас под рукой

Организационный момент

Проверка знаний

Объяснение материала

Закрепление изученного

Итоги урока

Металлы в руках художника

Категория: Химия

Нажмите, чтобы узнать подробности

Разработка представляет из себя проект по химии для 9 класса

Просмотр содержимого документа
«Металлы в руках художника»

19



Введение

Металл – материал с уникальными свойствами. На протяжении длительного времени металл остаётся одним из наиболее широко употребляемых материалов во всех сферах деятельности человека. Металл используют как в быту для изготовления посуды, инструментов и ювелирных изделий, так и в производстве высокотехнологичных изделий (от автомобиля до космического оборудования). Почему же человечество с древних времен остается верным этому, в общем-то, непростому и зачастую капризному материалу? Ответ прост: металлы обладают уникальными свойствами, делающими, возможным их применения в любой сфере производства, быта, и, конечно же, культуры. Ведь благодаря комплексу свойств металл в руках настоящего художника способен превратиться в настоящее произведение искусства. Именно поэтому вопросы рассмотрения значения металла в изготовлении предметов искусства, попытка изучения химических процессов, которые происходят при этих производствах, на мой взгляд, являются весьма актуальными как с научной, так и с практической точек зрения.

Цель работы: сформировать представление о металлах, как о материале для создания шедевров мирового искусства, расширить знания о способах их изготовления, защиты и обработки.

Задачи:

  • Узнать историю открытия металлов.

  • Изучить изделия, шедевры, созданные с помощью того или иного способа изготовления.

  • Выяснить влияние природы (коррозии) на металлические шедевры и на их долговечность.

  • Решить задачу по защите и очистке металлов.

  1. Металлы

    1. История использования металла

Примерно шесть тысячелетий тому назад люди жили в каменном веке. Тогда человек еще не умел использовать металл. Вероятнее всего, первыми металлами, с которыми люди научились обращаться, стали медь и золото. Причиной этому послужил тот факт, что и медь, и золото встречаются в природе не только в рудах, но и в чистом виде. Люди находили целые самородки золота и куски меди и при помощи подручных средств придавали им нужную форму. Причем металлы эти не нужно было даже плавить. И хотя нам до сих пор неизвестно точно, когда люди научились использовать металлы, но ученые могут поручиться за то, что человек впервые применил медь примерно в пятом тысячелетии, а золото – не позже четвертого тысячелетия до нашей эры.

Приблизительно в третьем тысячелетии до нашей эры люди открыли некоторые из наиболее важных свойств металлов. К тому времени человек уже познакомился с серебром и свинцом, но чаще всего использовал по-прежнему медь, главным образом из-за прочности, да и, пожалуй, еще потому, что медь встречалась в изобилии.

Начав работать с металлами, люди научились придавать им нужные формы и делать из них посуду, инструменты, оружие. Но как только человек познакомился с металлами, он обратил внимание на их полезные свойства. Если металл нагреть, он становится мягче, а если потом вновь остудить, он снова твердеет. Человек научился лить, варить и плавить металлы. Помимо этого, люди узнали, как можно добывать металлы из руд, ведь те значительно чаще встречаются в природе, чем самородки.
Позднее человек открыл олово, а научившись смешивать, плавить медь и олово, начал делать бронзу. В период с 3500 до примерно 1200 года до нашей эры бронза стала основным материалом, из которого изготавливали оружие и орудия труда. Этот период человеческой истории называется бронзовым веком.

Находя упавшие на нашу Землю метеориты, люди узнали о железе – причем задолго до того, как они научились получать его из земных руд. Приблизительно в 1200 году до нашей эры человек перешагнул и этот барьер – научился плавить железо. Умение это быстро распространилось по всему миру. Железо заменило медь практически во всех областях. Это стало началом следующего, железного века. Кстати, во времена могущества Римской империи людям были известны: золото, медь, серебро, олово, железо, свинец и ртуть.

  1. Металлы как сырье для создания предметов искусства

Металлы широко применяются с глубокой древности в различных видах художественного творчества. Металлы используются для изготовления отдельной украшающей предмет детали, либо для создания самостоятельного произведения искусства. Разработана техника изготовления и отделки художественных предметов из металла. Их форма создается литьем, ковкой, штамповкой, чеканкой, резьбой, гальванопластикой (замечательное русское изобретение в области обработки металла электричеством), сваркой, спайкой или склепкой деталей. Отделка поверхности металлов производится расчеканкой, полировкой, золочением или серебрением, патинировкой и т.д.; Узоры также могут наноситься гравировкой, травлением, насечкой или наводкой, инкрустацией, чернью или эмалью и т.д. Железо и сталь подвергаются воронению (особенно при украшении оружия). Поверхность изделий из серебра, меди и других металлов обрабатывается путем оксидирования. Появление художественных изделий из металлов восходит к IV – III тысячелетиям до н.э. Со II-I тысячелетия до н.э. они распространяются на территории Евразии. С железного века развивается ювелирное искусство, в котором используются драгоценные металлы. В странах Древнего Востока и античного мира оружие, утварь и другие изделия из металлов украшались высокохудожественной отделкой; с древности металлы начали применяться также для создания монументальной и камерной скульптуры. Особенно большую роль в скульптуре играет бронза. Высокого совершенства литая скульптура из бронзы достигает в Италии в эпоху Возрождения, в России в XVIII – XIX вв.

В архитектуре металлы используются в конструктивно-технических целях и издавна служат материалом для декоративной отделки: решётки дверные и оконные, ворота, двери, дверные приборы, осветительная арматура, балконы, перила и пр. Высоким художественным качеством отличаются железные кованые русские решётки (ограда Летнего сада, церкви Спаса-на-крови), бронзовые литые двери Исаакиевского и Казанского соборов. Используются железные и медные фигурные кровли, шпили, флюгеры, подзоры. Особую отрасль применения металлов в архитектуре Петербурга составляют ограды, перила мостов, главным образом, из копаного железа или литого чугуна, вытесняющего ковку с начала XIX в. Из бронзы и чугуна выполняются фонарные столбы, фонтаны, декоративные вазы, различные парковые павильоны, садовая мебель.

      1. Художественная обработка металлов

Художественная обработка металлов известна со времен глубокой древности. Человек, встретив на своем пути золото, был очарован его красотой, поражен способностью в любых условиях сохранять солнечный цвет и блеск, легко поддаваться обработке. Использовав эти качества металла в сочетании с гармонией линий и форм, человек создал один из неподражаемых видов народного художественного творчества. Художественная обработка металла включает: фигурное литье, ковку, чеканку, гравировку, высечение ажурных узоров, создание эмалей и другие приемы.

Ковка – один из способов обработки металлов под давлением, при котором инструмент оказывает многократное прерывистое воздействие на заготовку, в результате чего она, деформируясь, постепенно приобретает заданную форму и размеры.

Литье – технологический процесс изготовления отливок, заключающийся в заполнении форм расплавленным материалом и дальнейшей обработке полученных изделий.

2.2 Вырубка, просечка и художественные изделия из листового металла

Существует несколько способов обработки листового металла: отрезка, обрезка, вырубка, просечка, гибка, завивка и скручивание, а также формовка и выколотка, чеканка и штамповка, обработка с помощью басманных дисков и давильные работы на станках. Кроме этого, бывает комбинированная обработка.

Любое изделие начинается с заготовки, а заготовка отделяется от листа с помощью ручных или гильотинных ножниц. Этот процесс называется отрезкой. Дальше идёт операция отделения от листовой заготовки, какой-либо фигуры или фигурной заготовки. Это делается способом обрезки или вырубки по шаблону или рисунку, нанесённому непосредственно на фигурную заготовку. В тех случаях, когда невозможно вырезать весь контур рисунка ножницами, применяют зубильца, а затем дорабатывают контур напильником (надфилем). Если же задуманный рисунок требует проработки внутренних отверстий в заготовке, то это делается с помощью просечки зубильцами с прямым или радиусным лезвием.

Вырубка или просечка – основные операции при изготовлении просечных украшений из кровельного железа, которое используется в архитектурно-декоративных изделиях. В таких архитектурных элементах, как свесы крыш и коньковые гребни, дымники и водостоки, чаще применялась просечка, придающая изделиям ажур, работающий на просвет, что для этих элементов очень важно. Но наряду с просечкой иногда применялись, гибка, завивка и скручивание, а в отдельных случаях и формовка-дифовка, чеканка и выколотка.

Техника просечки железа имела широкое и разнообразное применение и применялась вместе с кузнечным мастерством. Происхождение этого способа обработки металла связано с самым ранним периодом развития кузнечного и слесарного ремесла и в значительной степени было обусловлено ограниченными возможностями примитивного ремесленного производства.

В декоративном древнерусском искусстве просечный металл нашёл широкое распространение. Этот вид художественной обработки металла и в дальнейшем сохранил своё значение, при этом, конечно, совершенствовался, вырубка и просечка нередко дополнялись рельефным узором, чеканкой, которая в ряде случаев становилась самостоятельным декоративным приёмом. При появлении прокатного листового железа просечка не обходилась без обрезки с применением ножниц. Этот приём дошёл и до наших дней.

Техника просечки проста. Для вырезания узора употребляются специальные сечки наподобие долота и мелкие зубильца с рабочей поверхностью необходимых форм. Используется плоский металл, чаще всего железо, латунь, красная медь. Готовый узор воронили, лудили, покрывали позолотой.

В музеях представлено много прекрасных образцов изделий прикладного и хозяйственно-бытового назначения, изготовленных в просечной технике: украшения, бляхи, застёжки, ключевины, замки, ларцы, сундучки-подголовники, осветительные приборы.

Эта техника привилась и получила широкое распространение в сундучном производстве, которое в XVII веке представляло собой особую отрасль.

В XVI-XVII веках просечным железом отделывались входные двери церквей. Отдельные просечные детали украшали церковную утварь: паникадила, цепи, светильники, хоругви, ажурные двери в алтари, алтарные преграды или их отдельные детали. Но особенно широко в то время просечный металл использовался в отделке верхней части зданий: коньков, свесов, карнизов. Это явление связано с традицией украшения деревянных построек сквозными резными узорами, где поначалу прототипом послужила резная доска, прикрывавшая нижние концы кровельных балок под свесом кровли или торцы обрешётки на фронтоне крыши.

В XVII-XVIII веках карнизные и коньковые подзоры становятся распространённым и существенным элементом оформления каменной архитектуры. Подлинные подзоры того времени теперь уже почти не сохранились, но в большинстве случаев они возобновлены. Часто возобновление велось с повторением старых образцов.

2.3 Разновидности ювелирных сплавов и их свойства

Ювелирные сплавы – это сплавы благородных и цветных металлов, из которых изготавливают ювелирные украшения. К таким металлам относятся: золото, серебро, платина и металлы платиновой группы.

Золотой сплав для украшений состоит из золота, серебра, меди, платины, цинка, кадмия и никеля. Серебро и платина придают сплаву белый цвет. Примесь меди придает красный оттенок сплаву, делает его тверже, но снижает антикоррозийные свойства. Никель является компонентом белого золота. Он также делает сплав более твердым.

Термин «червонное золото» в значении «красное» стали употреблять относительно недавно, а в дореволюционной России червонным называлось высококачественное золото яркого жёлтого оттенка с приглушённым блеском. Именно такой цвет во всём мире называют «русское золото».

Недавно учёными был разработан золотой сплав, в котором содержится 75% золота, 15% кобальта и 10% хрома. Данный сплав окисляется при наличии высокой температуры и становится чёрным. В процессе экспериментов исследователям удалось скрестить золото с алюминием и галлием, благодаря чему получили ювелирные сплавы золота пурпурного и красивого фиолетового цвета, а слияние золота с рубидием и индием даёт голубое золото. Синее золото получается в сплаве с высококачественной сталью. Серый цвет золото получает в сплаве со сталью (но её здесь меньше, чем в синем золоте) и серебром. Зелёный оттенок золотому сплаву дают добавки немного кадмия и серебра. Коричневое (или бурое) золото мало используется, но постепенно изделия из него становятся всё более модными украшениями. Цвет получают путём химической обработки обычного сплава золота и меди.

Серебряный сплав чаще всего содержит медь, она увеличивает прочность металла, но именно такой сплав окисляется и темнеет. Серебряные сплавы могут содержать алюминий и никель.

Серебро всегда ценилось за красоту и блеск. Первые украшения из серебра и его сплавов стали появляться в Египте более 6000 лет назад. В Индии особой любовью пользуются серебряные украшения. Их передают по наследству как фамильные драгоценности. Антибактериальные свойства серебра известны во всем мире. Да и в нашей стране существует способ очистки воды – серебряной ложечкой в чашке. На международной космической станции вода в употреблении только та, что прошла очищение серебром. Ранее на Руси женщины специально носили серебряные кольца, т.к. считалось, что при дойке коров или вымешивании теста серебро убивало микробы. Великий историк древности Геродот в своих трудах писал, что персидский царь Кир в своих дальних походах пользовался водой, которая хранилась в серебряных священных сосудах. В жарком климате вода в них долго оставалась свежей и не портилась. Ещё до 2500 лет до нашей эры серебро использовалось для лечения боевых ран. Египетские воины накладывали на раны тонкие серебряные пластины, после чего раны быстро заживали.

Платиновый сплав имеет особенный белый цвет и красивый блеск. Платина, название которой в буквальном смысле слова означает «серебришко», получила его из-за сходства с серебром. Любопытно, что пренебрежительному имени она была обязана конкистадорам, которых разозлили свойства находки – исключительно тугоплавкую, ее было практически невозможно переплавить. По этой причине на платину повесили ярлык со стоимостью, в несколько раз ниже, чем у серебра. На данный момент платина стоит в 100 раз дороже своего «старшего брата».

Есть один печальный, но интересный факт связанный с платиной. Испанские ювелиры в 18 веке обнаружили, что платина хорошо сплавляется с золотом, и те из них, кто был не чист на руку, стали примешивать ее к золоту при изготовлении ювелирных изделий и фальшивых монет. Об этом стало известно правительству, и король не нашел ничего лучшего, как издать приказ, требующий прекратить ввоз в Испанию никчемного металла, а заодно и уничтожить все его запасы. Вся имевшаяся в стране платина была собрана и при свидетелях брошена в море. И далее на протяжении 43 лет, пока действовал королевский указ, вся завезенная платина на территорию Испании уничтожалась тем же способом.

Платина не растворяется в кислоте и щелочи, с этим справляется только «царская водка» (азотная и соляная кислота в соотношении 1:3). Обладая высокой плотностью, она хорошо сплавляется с золотом и серебром. Платина является редким элементом. Богатейшие россыпи содержат всего несколько граммов платины на тонны руды. Благодаря исследованию платины были открыты еще несколько металлов: родий, палладий, иридий, осмий и рутений.

Металлы платиновой группы отличаются красивым серебристо-белым цветом. Самым популярным из таких сплавов является сплав на основе палладия. Из него изготавливают броши, кольца, браслеты. В России законодательно утверждены 500 и 850 проба палладия, но в обиходе еще есть сплав и 950 пробы (не пробируют), из этого сплава обычно делают обручальные кольца. На вид такие изделия похожи на белое золото, покрытое родием.

Благородные металлы отличаются особой химической стойкостью, тягучестью и красивым внешним видом. Их называют благородными за природные свойства и драгоценными за высокую стоимость. Но, как мы видим, для изготовления ювелирных изделий в чистом виде эти металлы не применяют, так как они сравнительно мягки и обладают малой механической прочностью. Поэтому используют сплавы благородных металлов с другими металлами. По сравнению с чистым металлом, сплавы обладают лучшими механическими свойствами, более низкой температурой плавления и определенным оттенком. Металлы, входящие в состав таких сплавов, называют лигатурными. Состав сплавов строго регламентируется государственными стандартами и называется лигатурой. Качественный состав легирующих компонентов влияет на цвет сплава и его технические характеристики, а количество лигатур определяет пробу сплава.

Во всем мире для распознания количества входящей в золотой сплав лигатуры используется несколько систем. Наиболее известными являются метрическая и каратная системы. В России уже долгие годы пользуются метрической системой. Она более простая и понятная, указывает на количество граммов золота, входящего в состав сплава весом в 1 кг.

2.4 Эмалирование металлов

Эмали – это стекловидные или стеклокристаллические материалы, наносимые на металлическую подложку и приобретающие в результате обжига необходимые свойства. Процессы приготовления эмали, подготовка металла к эмалированию (очистка, травление), нанесение эмали на металл, обжиг и охлаждение готового изделия получили название эмалирование металлов. Это трудоемкий, но очень интересный процесс. Первоначально эмали выполняли защитную функцию, защищая металлы от коррозии, окисления и воздействия агрессивных сред. Но, в дальнейшем, они приобрели декоративное, а, впоследствии, и ювелирное использование. На сегодняшний день известно большое множество изделий из благородных металлов, от меди и серебра до золота и платины, покрытых ювелирными эмалями.

  1. Коррозия металлов

В основном все металлы и сплавы постепенно разрушаются под воздействием факторов окружающей среды. При взаимодействии металлов с веществами воздуха и атмосферными осадками на их поверхности образуется плёнка. Она состоит из различных соединений.

Эти соединения обладают абсолютно другими свойствами, чем сами металлы. В обычной жизни мы чаще употребляем слова «ржавчина», «ржавление», видя коричнево-рыжий налёт на изделиях из железа и его сплавов. Ржавление – это  и есть коррозия железа.

Коррозия – это процесс самовольного разрушения металлов и их сплавов под влиянием внешней среды (природы), от лат. Corrosio — «разъедание».

Предметы из меди и её сплавов (предметы искусства, памятники, крыши зданий) со временем также подвергаются коррозии. Патина – налёт зеленоватого цвета, - состоит в основном из гидроксокарбоната меди(II) (CuOH)2CO3.

Подвержены коррозии даже ювелирные изделия. Всем известно, что серебро со временем темнеет, покрываясь черным налетом.

Одним из наиболее эффективных способов защиты металлов от коррозии является эмалирование, о котором мы говорили в разделе 2.4. Экспериментальная же часть посвящена вопросу очистки изделий из серебра в домашних условиях.

  1. Экспериментальная часть

    1. Изучение химического состава черного налета

В изученной литературе нет однозначного ответа по химическому составу черного налета на серебряных изделиях, причем различные гипотезы о химизме его возникновения как научно обоснованы, так и весьма спорны. Так, мнение, что черный налет – это сульфид серебра Ag2S, который образуется по реакции 2Ag+H2S=Ag2S+H2, на мой взгляд, не соответствует действительности, поскольку крайне сомнительно, что благородное серебро будет реагировать с сероводородной кислотой (которая, безусловно, присутствует при потоотделении, как и другие сульфиды), тем более с выделением водорода. Как известно, благородные металлы не могут замещать водород в бескислородных кислотах. Считаю, химически черный налет, скорее всего, представляет из себя по большей части сульфид меди CuS, поскольку, как указывалось в разделе 2.3, серебряный сплав содержит в своем составе медь. Да и бытовое название налета «патина» (а патина – это пленка или налет на меди и ее сплавах) говорит в пользу данной гипотезы. Возможно, сульфид серебра Ag2S также присутствует в этой «патине», но в гораздо более меньшем количестве и образуется он точно не в результате прямой реакции серебра с сероводородной кислотой.

    1. Изучение, выбор и оптимизация способа очистки серебряных изделий

Из всех рассмотренных в литературе методах очистки серебра в домашних условиях, по способу очистки можно выделить два основных:

- абразивная очистка;

- химическая очистка.

Абразивная очистка удаляет налет механическим способом за счет наличия в чистящем веществе твердых частичек. Наиболее популярна очистка губной помадой за счет содержащегося в ней оксида титана TiO2, а также с помощью зубной пасты или зубного порошка (здесь основной абразив – обычный мел CaCO3, так что с таким же успехом можно использовать и его). Данный способ очистки, во-первых, не является, строго говоря, химическим, во вторых, способен поцарапать поверхность уже очищенного изделия.

Среди многообразия химических способов (очистка с помощью нашатырного спирта, перекиси водорода, горячего раствора соды, уксусной кислоты, кока-колы (за счет имеющейся в ее составе фосфорной кислоты H3PO4) наиболее безопасным, экономичным и, в то же время, эффективным, является, на мой взгляд, способ с горячим раствором соды. Только маловероятно, что просто раствор NaHCO3 способен полностью очистить черный налет. В некоторых источниках правильно рекомендуют использовать алюминиевую фольгу. Я предлагаю использовать следующие материалы:

- алюминиевую фольгу;

- пищевую соду NaHCO3;

- поваренную соль NaCl.

4.2.1 Приготовление раствора и технология очистки

Приготовление раствора и технология очистки включают следующие этапы:

- растворение в горячей воде пищевой соды и поваренной соли (1 столовая ложка соды+1 столовая ложка соли на литр воды). Процедуру лучше всего проводить в эмалированной посуде;

- опускание в приготовленный раствор кусочков алюминиевой фольги (3-4 кусочка);

- опускание в подготовленную смесь почерневшего изделия. Желательно, чтобы серебряное изделие не соприкасалось с алюминиевой фольгой. При необходимости смесь можно слегка подогревать на газовой плите.

- Через 3-5 минут вынуть очищенное изделие и промыть под холодной водой.

4.2.2 Химические реакции, происходящие в результате очистки

В использованном процессе происходит достаточно большое количество химических реакций. Попробуем рассмотреть основные из них. Во-первых, горячий раствор соды, который, как известно, гидролизуется с образованием щелочи (NaHCO3+H2O=NaOH+CO2+H2O), которая необходима для того, чтобы очистить алюминиевую фольгу от оксидной пленки:

Al2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4]

Чистый алюминий, в свою очередь, нужен, чтобы вытеснить медь и серебро из сульфидов:

2Al+3CuS=Al2S3+3Cu

2Al+3Ag2S=Al2S3+6Ag

П оваренная соль NaCl нужна, чтобы образовавшиеся в результате растворения соли ионы Cl-1 ускоряли вышенаписанные реакции замещения. По сути, мы имеем здесь сложные электрохимические процессы. Хочется отметить, что при проведении очистки чувствуется лёгкий запах «тухлых яиц». По моему мнению, это вступает в реакцию гидролиза образовавшийся сульфид алюминия:

Al2S3+6H2O=2Al(OH)3+3H2S

Данный запах лишний раз подтверждает записанные химические реакции.

Заключение

В результате проделанной работы я познакомилась со свойствами металлов, узнала о различных способах их художественной обработки, подробно изучила виды ювелирных металлов и сплавов, рассмотрела вопрос, касающийся коррозии металлов, разработала собственный состав для очистки серебряных изделий в домашних условиях и составила протекающие в результате процесса очистки основные химические реакции. Считаю, что цель моего проекта достигнута.

Список используемой литературы

1. Аксенов П.Н. Формовочное дело. - Москва: Машгиз, 1949. - 96 с.

2. Венецкий С.И. Рассказы о металлах. - Златоус: Металлургия, 1981. - 184 с.

3. Головин В.Н., Зубов А.Н., Котова И.Г. Историко-архитектурные памятники Симбирска-Ульяновска. - Ульяновск: Корпорация технологий продвижения, 2006. - 400 с.

4. Зотов Б.Н. Художественное литьё. - Москва: Владос, 1982. - 325 с.

5. Мудрук А.С., Гончаренко П.В. Коррозия металлов и сплавов. - Москва: Физматлит, 2010. - 135 с.

6. Эмалирование металлических изделий. Под общей редакцией В. В. Варгина. Л., «Машиностроение», 1972, 496 стр.

7. https://www.ivd.ru/dizajn-i-dekor/uborka/kak-pochistit-serebro-v-domashnih-usloviyah-13-sposobov-kotorye-tochno-srabotayut-69671

8. https://www.livemaster.ru/topic/1664421-raznovidnosti-yuvelirnyh-splavov-i-ih-svojstva

9. https://zen.yandex.ru/media/nordklad/chistka-medi-ammiakom-5d349b5e92414d00ada62a26






Скачать

Рекомендуем курсы ПК и ППК для учителей

Вебинар для учителей

Свидетельство об участии БЕСПЛАТНО!