Кандидат педагогических наук Мещанинова И.А.

Ученика 8-ого класса

Воровича Константина

«Качественный химический анализ монет конца 20 – начала 21 века».

Научный руководитель работы:

Кандидат педагогических наук Мещанинова И.А.

Москва

2005

История монет и их сплавов.

     Деньги играют важнейшую роль в жизни людей на протяжении всей истории человечества. Первыми настоящими деньгами были металлические монеты. Поэтому было интересно проанализировать качественный химический состав современных монет.

В первобытном обществе обычно совершался простой товарообмен. При этом приходилось при приобретении одного товара иметь под рукой другой, пользующийся спросом. С расширением товарообмена возникла необходимость в удобном эквиваленте цены. Сначала эту роль выполняли различные предметы: раковины, драгоценные камни, благородные металлы (золото и серебро) и так далее. Из-за неудобства обращения слитков золота и серебра, требовавших постоянной проверки веса и пробы, была начата чеканка монет. Первоначально изготовление монет, или монетное дело, находилось в руках частных лиц. Позднее чеканка монет становится монополией государства, так как возникла необходимость более авторитетного удостоверения пробы и веса монет при расширении географии торговли.

  Первые выпущенные государством металлические монеты установленного достоинства почти одновременно появились в малазийском государстве Лидия (рубеж 8-7 веках до н. э.) и в Древней Греции - на острове Эгина (в 7 веке до н. э.). Поэтому древнюю Лидию принято считать Родиной монет. Монеты Лидии изготовляли из электрума (серебристого золота), но уже при Крезе их стали делать из чистого золота строго фиксированной стоимости. Позднее в 3 веке до н. э. в Риме был основан монетный двор при храме Юноны – Монеты (Juno Moneta), отсюда и термин “монета”. В Англии серебряные и медные монеты начали входить в обиход лишь в первом веке. В средневековой Европе и на Руси монеты собственной чеканки появились в 9-10 веках. Национальные монеты постепенно вытеснили из обращения римские, византийские, арабские и подражания им.

   Итак, монеты появляются с развитием товарно-денежных отношений и торговли. В отличие от товаров, обращавшихся в качестве эквивалента (скот, зерно, раковины и др.) и слитков металлов, монета стала универсальным платёжным средством, т.к. качество и вес металла в монете удостоверялись государством (государственным штемпелем). Выпуск монет постепенно стал исключительным правом суверенной власти. В феодальной Европе право чеканки монет имел любой суверенный феодал (вплоть до нетитулованного дворянина), в новое и новейшее время – национальные государства. Нарушение монетного права всегда рассматривалось как тягчайшее преступление, не только уголовное, но и политическое. Изображения на монетах (в ранний период только на её лицевой стороне) являются государственной эмблемой. Исходно существовали разнообразные формы монет. В итоге утвердилась круглая форма. В монете различают лицевую (аверс) и оборотную (реверс) стороны и обрез (гурт). Монета была обязательным платёжным средством внутри государства, выпустившего её. Однако отдельные монеты обращались далеко от места их чеканки (например, римские серебряные монеты за пределами империи, арабские дирхемы в 9-13 вв. в Восточной Европе). Как указывалось выше, изготовление монет во всех странах производится на специальных заводах – монетных дворах.

  С древнейших времён и до недавнего времени большую часть монет изготавливали из золота и серебра, а монеты низкого достоинства – из меди и бронзы. Со временем широко распространилось производство фальшивых монет либо отсечение от настоящих монет небольших кусочков драгоценного металла. Поэтому с тысячи семьсот двадцать четвёртого года стали выпускаться монеты с рифлёным ободком, чтобы предотвратить «откусывание».

  В условиях золотого (а также серебряного) монометаллизма чеканились полноценные монеты – стоимость содержавшегося в них металла равнялась их нарицательной цене. При чеканке монет из благородного металла к ней добавляется для прочности определённое количество меди (лигатура). Число частей благородного металла в монете называется пробой. Сплав полноценной монеты обычно состоит из девяти частей валютного металла и одной части лигатуры. Увеличение количества лигатуры сверх установленной нормы приводило к порче монет.

    Основы монетного дела определяются монетной системой, принятой в государстве: законодательно определяются вес монет при чеканке (допускаемая законом граница дозволенных отклонений монет по пробе и весу от образца называется терпимостью, или ремедиумом), выбор металла, основного для данной системы, относительная стоимость монетных металлов по отношению друг к другу (рацио) и др. В соответствии с потребностями товарного обращения чеканятся монеты различного достоинства. С развитием капитализма в большинстве стран была достигнута определенная стандартизация пробы валютных металлов. При чеканке неполноценных разменных монет медь, золото и серебро были постепенно вытеснены никелевыми и бронзовыми сплавами (монетная бронза).

   Монетная бронза – это группа сплавов на медной основе, служащих для изготовления мелкой разменной монеты жёлтого цвета различных оттенков. Современная монетная бронза содержит примерно 4,5 – 8,5 % алюминия, остальное - медь.

    С появлением бумажных денег роль монет как основного платёжного средства падает. Важное значение сохраняют монеты из драгоценных металлов, они высоко ценятся нумизматами. В конце 20 в. монета повсеместно является разменным денежным знаком с условным, по отношению к бумажным денежным знакам, курсом. Монеты из золота и серебра выпускаются редко и не имеют серьёзного экономического значения. В большинстве случаев это памятные (или юбилейные) монеты.

Для определения качества чеканных монет на протяжении всей истории денежного обращения использовались различные физические и химические методы анализа состава монет. Уже в древности люди умели проводить такие анализы. Изначально использовали органолептические и физические методы: “надкусывание” золотых монет, определение веса, плотности, сравнение цвета, блеска, способности плавиться, окрашивать пламя при прокаливании и т.д. Так, например, Архимед, используя данные о плотности золота и серебра, установил, что корона царя Сиракуз Гиерона сделана не из чистого золота, а из сплава золота и серебра. Позднее стали использовать качественные химические методы анализа, разработанные средневековыми алхимиками, которые позволяли решать более сложные задачи, чем физические методы. С возникновением и развитием методов аналитической химии в 17 – 18 веках точность оценки состава монет выросла, появилась возможность подбирать состав сплавов для чеканки монет, чтобы чеканные монеты удовлетворяли требованиям налично-денежного обращения и были достаточно дешевы в изготовлении. Позднее с конца 19 века для анализа состава монетных сплавов стали использовать физические и физико-химические методы анализа (инструментальные): электрохимические, хроматографические, масс – спектрометрические, радиометрические и спектральные.

Сплавы представляют собой сочетание двух или нескольких компонентов. Эти компоненты в расплавленном состоянии растворяются друг в друге, а при охлаждении образуют смеси - твёрдые растворы или химические соединения металлов друг с другом.

Обычно химический анализ монетных сплавов проводят дробным методом при помощи капельных реакций или реакций образования кристаллов. В первую очередь определяют отношение сплавов к действию растворителей, которое в большинстве случаев определяется свойствами соответствующего основного компонента. Важнейшие сплавы делят на четыре типа:

а) Сплавы железа, как и само железо, расположенное в ряду напряжений левее водорода, обычно растворяются в разбавленной и концентрированной HCl, а также в разбавленных H₂SO₄ и HNO₃. Концентрированная азотная и серная кислоты часто делает железо и его сплавы "пассивными". При этом металл покрывается тонкой поверхностной пленкой оксидов, защищающей его от соприкосновения с кислотой, что сильно замедляет его растворение. Подобным же образом действуют и другие окислители. Нужно, однако, иметь в виду, что для растворения некоторых сплавов железа требуется кипячение в царской водке или в иных смесях кислот, а иногда даже сплавление с какими-либо подходящими реагентами, например с Na₂O₂ или NaOH.

б) Сплавы меди, как и сама медь, помещающаяся в ряду напряжения правее водорода, в разбавленных HCl и H₂SO₄ нерастворимы. Наоборот, концентрированная и разбавленная HNO₃ (при нагревании) легко растворяет их.

в) Сплавы алюминия и магния хорошо растворимы в кислотах. Кроме того, сплавы алюминия и сам алюминий легко растворяются в едких щелочах, которые и являются для них наиболее подходящим растворителем.

Кроме алюминия, в щелочи растворяется также цинк, олово и кремний.

Другие компоненты сплава остаются после действия щелочи в осадке в виде свободных металлов (или частично в виде гидроксидов). Этот осадок вследствие возможного присутствия меди следует растворять в HNO₃.

г) Сплавы свинца и олова. Свинец находится в ряду напряжений левее водорода, но, тем не менее, плохо растворим в разбавленных HCl и H₂SO₄, так как образующиеся на поверхности сплава труднорастворимые соли PbCl₂ и PbSO₄, защищают его от дальнейшего действия кислоты.

Поэтому для растворения свинцово-оловянистых сплавов следует применять HNO₃, ведя реакцию при нагревании. При этом входящие в состав сплава Sn и Sb переходят в осадок в виде H₂SnO₃ и HSbO₃.

Поскольку сплавы каждого данного типа могут содержать только некоторые, характерные для них металлы, для упрощения анализа следует, прежде всего, решить вопрос о том, к какому типу относится исследуемый сплав, и в соответствии с этим вести анализ.

Цель и задачи работы.

Целью работы было изучить и сравнить качественный состав монетных сплавов используемых в Западной Европе и в России в разное время (в интервале с 1987 по 2003 год).

При выполнении работы необходимо было решить следующие задачи:

1. Подобрать и ознакомиться с литературой по теме работы.

2. Научиться планировать химические эксперименты.

3. Освоить методы растворения металлических сплавов.

4. Освоить методы определения наиболее распространенных металлов.

5. Определить качественный состав монет: 2 евроцента (Евросоюз), 1 копейка (Россия), 20 крон (ЧССР) и 50 рублей (Россия).

6. Оценить наличие временных и страновых различий в составе монетных сплавов.

7.  Продемонстрировать принципиальную возможность определения состава монетных сплавов методами качественного анализа в условиях школьной лаборатории.

Методы, использовавшиеся для качественного определения состава монет.

Для анализа использовали 4 монеты – 1 копейка России 2003 года, 50 рублей России 1993 года, 20 крон ЧССР 1987 года и 2 евроцента 2001 года.

1. Определение цвета и плотности монетных сплавов.

Цвет монет определяли визуально.

Плотность сплава определяли по формуле:

r = M/V, где М – масса монеты; V – объем монеты.

Массу определяли путем взвешивания монет на аналитических весах, объем находили по формуле:

V = πhd² /4, предварительно измерив с помощью штангельциркуля диаметр монеты – d и ее толщину – h. Плотность выражали в г/см³.

Растворение монет.

Монеты растворяли под тягой в соляной для определения Fe²⁺, Fe³⁺, Pb²⁺, Sn²⁺, Ni²⁺, Mn²⁺ и Al³⁺,а после в азотной кислоте для определения Cu²⁺. Некоторые монеты нагревали, для ускорения растворения.