بوتقة

تنوع شكل البوتقة عبر الزمن، حيث عكست التصاميم العملية التي تُستخدم فيها، بالإضافة إلى الاختلافات الإقليمية. تعود أقدم أشكال البوتقات إلى الألفية السادسة/الخامسة قبل الميلاد في ^أوروبا الشرقية وإيران . ^{[ 2} ]

كانت البواتق المستخدمة في صهر النحاس عبارة عن أوعية واسعة ضحلة مصنوعة من الطين الذي يفتقر إلى الخصائص الحرارية ، وهو مشابه لأنواع الطين المستخدمة في صناعة الخزف الأخرى في ذلك الوقت. ^{[ 3 ]} خلال العصر النحاسي ، كانت البواتق تُسخّن من الأعلى باستخدام أنابيب النفخ . ^{[ 4 ]} شهدت البواتق الخزفية في ذلك الوقت تعديلات طفيفة على تصميمها، مثل إضافة مقابض أو أزرار أو فوهات صب ^{[ 5 ]} مما سهّل التعامل معها وصب النحاس فيها. ويمكن رؤية أمثلة مبكرة لهذه الممارسة في فينان، الأردن. ^{[ 4 ]} أُضيفت مقابض إلى هذه البواتق لتسهيل التعامل معها، ولكن نظرًا لسوء حالة حفظها، لا يوجد دليل على وجود فوهة صب. كان الغرض الرئيسي من البوتقة خلال هذه الفترة هو إبقاء الخام في المنطقة التي تتركز فيها الحرارة لفصله عن الشوائب قبل تشكيله. ^{[ 6 ]}

تم العثور على فرن بوتقة يعود تاريخه إلى الفترة ما بين 2300 و1900 قبل الميلاد لصب البرونز في منطقة دينية في كرمة . ^{[ 7 ]}

ظل استخدام البواتق في العصر الحديدي مشابهاً إلى حد كبير لاستخدامها في العصر البرونزي ، حيث استُخدم صهر النحاس والقصدير لإنتاج البرونز . كما بقيت تصاميم البواتق في العصر الحديدي مماثلة لتلك المستخدمة في العصر البرونزي.

شهد العصر الروماني ابتكارات تقنية، تمثلت في استخدام البواتق في تطوير أساليب جديدة لإنتاج سبائك جديدة. كما شهدت عملية الصهر والانصهار تطورًا ملحوظًا، شمل تغيير تقنية التسخين وتصميم البواتق. فقد تحولت البواتق إلى أوعية ذات قاع مستدير أو مدبب وشكل مخروطي، وكانت تُسخّن من الأسفل، على عكس الأنواع القديمة التي كانت غير منتظمة الشكل وتُسخّن من الأعلى. وقد منحت هذه التصاميم استقرارًا أكبر للفحم. ^{[ 8 ]} وفي بعض الحالات، تتميز هذه البواتق بجدران أرق وخصائص حرارية أعلى. ^{[ 9 ]}

خلال العصر الروماني، بدأت عملية جديدة في تشكيل المعادن تُعرف باسم "التصليد" ، والتي استُخدمت في إنتاج النحاس الأصفر . تتضمن هذه العملية دمج معدن مع غاز لإنتاج سبيكة. ^{[ 10 ]} يُصنع النحاس الأصفر بمزج معدن النحاس الصلب مع أكسيد الزنك أو كربونات الزنك، والتي تأتي على شكل كالامين أو سميثسونيت . ^{[ 11 ]} يُسخّن المزيج إلى حوالي 900  درجة مئوية، فيتبخر أكسيد الزنك متحولًا إلى غاز، ويتحد غاز الزنك مع النحاس المنصهر. ^{[ 12 ]} يجب أن يحدث هذا التفاعل في وعاء شبه مغلق أو مغلق تمامًا، وإلا سيتسرب بخار الزنك قبل أن يتفاعل مع النحاس. لذلك، تحتوي بوتقات التصليد على غطاء يحد من كمية الغاز المتسرب منها. تصميم البوتقة مشابه لتصميم بوتقات الصهر والصهر في تلك الفترة، حيث تُستخدم نفس المادة. وقد سمح شكلها المخروطي وفوهتها الضيقة بإضافة الغطاء. تُشاهد هذه البواتق الصغيرة في كولونيا أولبيا تراجانا ( زانتن حاليًا ) بألمانيا، حيث يبلغ  حجمها حوالي 4 سم، إلا أن هذه نماذج صغيرة. ^{[ 13 ]} وهناك أمثلة على أوانٍ أكبر حجمًا، مثل أواني الطبخ والأمفورات، تُستخدم في عملية التصليد لمعالجة كميات أكبر من النحاس الأصفر؛ ونظرًا لأن التفاعل يحدث في درجات حرارة منخفضة، يُمكن استخدام خزف منخفض الحرارة. ^{[ 6 ]} وتُعد الأواني الخزفية المستخدمة مهمة، إذ يجب أن يكون الوعاء قادرًا على تصريف الغازات من خلال جدرانه، وإلا فإن الضغط سيتسبب في كسره. ويتم إنتاج أواني التصليد بكميات كبيرة نظرًا لضرورة كسر البواتق لاستخراج النحاس الأصفر بعد انتهاء التفاعل، حيث يكون الغطاء في معظم الحالات قد التصق بشدة بالوعاء أو التصق النحاس بجدرانه.

كان صهر النحاس وسبائكه، كالبرونز المحتوي على الرصاص، يتم في بوتقات مشابهة لتلك المستخدمة في العصر الروماني، والتي تتميز بجدران أرق وقواعد مسطحة لتثبيتها داخل الأفران. بدأت تقنية هذا النوع من الصهر بالتطور في أواخر العصور الوسطى مع ظهور مواد جديدة لتلطيف البوتقات الخزفية. استُخدمت بعض هذه البوتقات المصنوعة من سبائك النحاس في صناعة الأجراس، حيث كان لا بد من أن تكون بوتقات صناعة الأجراس أكبر حجمًا، إذ بلغ قطرها حوالي 60  سم. ^{[ 14 ]} وقد أصبحت هذه البوتقات، التي ظهرت في أواخر العصور الوسطى، منتجًا يُصنع بكميات كبيرة.

استمرت عملية التصليد، التي فُقدت من أواخر العصر الروماني إلى أوائل العصور الوسطى، بنفس الطريقة مع النحاس الأصفر. وازداد إنتاج النحاس الأصفر خلال العصور الوسطى نتيجةً لفهم أفضل للتكنولوجيا الكامنة وراءه. علاوة على ذلك، لم تتغير عملية التصليد للنحاس الأصفر بشكل كبير حتى القرن التاسع عشر. ^{[ 15 ]}

مع ذلك، شهدت هذه الفترة ابتكارًا تقنيًا هائلًا وهامًا للغاية باستخدام عملية التصليد، وهو إنتاج الفولاذ البوتقي . يشبه إنتاج الفولاذ باستخدام الحديد والكربون إنتاج النحاس الأصفر، حيث يُخلط الحديد بالكربون لإنتاج الفولاذ. أولى الأمثلة على الفولاذ البوتقي هي فولاذ ووتز من الهند ^{[ 16 ]} ، حيث كانت البواتق تُملأ بحديد مطاوع منخفض الكربون عالي الجودة، بالإضافة إلى الكربون على شكل مواد عضوية مثل الأوراق والخشب، وما إلى ذلك. مع ذلك، لم يُستخدم الفحم النباتي داخل البوتقة. كانت هذه البواتق المبكرة تُنتج كمية صغيرة فقط من الفولاذ، إذ كان لا بد من تكسيرها بعد انتهاء العملية.

بحلول أواخر العصور الوسطى، انتقل إنتاج الصلب من الهند إلى أوزبكستان الحالية، حيث استُخدمت مواد جديدة في صناعة بوتقات الصلب؛ فعلى سبيل المثال، استُخدمت بوتقات الموليت. ^{[ 17 ]} كانت هذه البوتقات مصنوعة من الطين الرملي، وشُكّلت حول أنبوب من القماش. ^{[ 17 ]} استُخدمت هذه البوتقات بنفس طريقة استخدام أوعية التصلب الأخرى، ولكن مع وجود ثقب في أعلى الوعاء للسماح بتسريب الضغط.

في أواخر العصور الوسطى وبداية العصر الحديث، ظهرت أنواع جديدة من تصاميم وعمليات الصهر. وأصبحت تصاميم بوتقات الصهر محدودة، حيث اقتصر إنتاجها على عدد قليل من المتخصصين. وكانت بوتقات هيسن، التي صُنعت في منطقة هيسن بألمانيا، من أبرز الأنواع المستخدمة خلال العصر الحديث. وهي عبارة عن أوعية مثلثة الشكل تُصنع على دولاب أو داخل قالب باستخدام طين غني بالألومينا، وتُقسّى برمل الكوارتز النقي. ^{[ 18 ]} كما ظهرت في نفس الفترة بوتقات جرافيت متخصصة من جنوب ألمانيا. وكانت هذه البوتقات تشبه إلى حد كبير بوتقات هيسن المثلثة، ولكنها كانت تُصنع أيضاً بأشكال مخروطية. وقد انتشرت هذه البوتقات في جميع أنحاء أوروبا والعالم الجديد .

أدى تحسين أساليب الفصل خلال العصور الوسطى وما بعدها إلى اختراع وعاء الفصل (الكيبيل)، وهو وعاء يشبه حامل البيض الصغير، مصنوع من السيراميك أو رماد العظام، وكان يُستخدم لفصل المعادن الخسيسة عن المعادن النفيسة. تُعرف هذه العملية باسم " الكيبيليشن" . بدأ استخدام الكيبيليشن قبل العصور الوسطى بفترة طويلة، إلا أن أولى الأواني المستخدمة في هذه العملية ظهرت في القرن السادس عشر. ^{[ 19 ]} يُستخدم وعاء آخر لنفس العملية وهو "السكوريفاير"، وهو مشابه للكيبيل ولكنه أكبر قليلاً، حيث يزيل الرصاص ويترك المعادن النفيسة. تم إنتاج كل من الكيبيل والسكوريفاير بكميات كبيرة، إذ كانت الأواني تمتص الرصاص بالكامل بعد كل عملية فصل وتصبح مشبعة به. استُخدمت هذه الأواني أيضًا في عملية التحليل المعدني ، حيث تُزال المعادن النفيسة من عملة معدنية أو وزن من المعدن لتحديد كمية المعادن النفيسة الموجودة في القطعة.

في مجال التحليل الكيميائي، تُستخدم البوتقات في التحليل الكيميائي الوزني الكمي (التحليل بقياس كتلة المادة المراد تحليلها أو مشتقاتها). ويمكن استخدام البوتقة على النحو التالي: في طريقة التحليل الكيميائي، تُجمع أو تُرشح الرواسب أو المتبقيات من عينة أو محلول باستخدام ورق ترشيح خاص خالٍ من الرماد . تُوزن البوتقة وغطاؤها بدقة عالية مسبقًا على ميزان تحليلي . بعد غسل و/أو تجفيف الرشاحة ، إن أمكن ، تُوضع الرواسب على ورق الترشيح في البوتقة وتُسخن (عند درجة حرارة عالية جدًا) حتى تتبخر جميع المواد المتطايرة والرطوبة من بقايا العينة في البوتقة. يحترق ورق الترشيح الخالي من الرماد تمامًا خلال هذه العملية. تُترك البوتقة مع العينة والغطاء لتبرد في مجفف . يُوزن البوتقة وغطاؤها مع العينة بداخلها بدقة متناهية مرة أخرى بعد أن تبرد تمامًا إلى درجة حرارة الغرفة (إذ أن ارتفاع درجة الحرارة قد يُسبب تيارات هوائية حول الميزان، مما يؤدي إلى نتائج غير دقيقة). تُطرح كتلة البوتقة وغطائها الفارغين، بعد وزنهما مسبقًا، من هذه النتيجة للحصول على كتلة البقايا الجافة تمامًا في البوتقة.

يُطلق على البوتقة ذات القاع المثقوب بثقوب صغيرة والمصممة خصيصًا للاستخدام في الترشيح، وخاصة للتحليل الوزني كما هو موضح للتو، اسم بوتقة غوتش نسبة إلى مخترعها، فرانك أوستن غوتش .

للحصول على نتائج دقيقة تمامًا، يُتعامل مع البوتقة بملقط نظيف لأن بصمات الأصابع قد تُضيف وزنًا ملحوظًا إليها. تتميز بوتقات الخزف بخاصية امتصاص الرطوبة ، أي أنها تمتص كمية ضئيلة من الرطوبة من الهواء. لهذا السبب، تُسخّن البوتقة وغطاؤها مسبقًا (تسخينها إلى درجة حرارة عالية) حتى تصل إلى كتلة ثابتة قبل وزنها. يُحدد هذا وزن البوتقة والغطاء بعد جفافهما تمامًا. يلزم إجراء عمليتي تسخين وتبريد ووزن على الأقل، بحيث تكون النتيجة متطابقة تمامًا، للتأكد من ثبات كتلة البوتقة والغطاء (بعد جفافهما تمامًا)، وكذلك بالنسبة للبوتقة والغطاء وبقايا العينة الموجودة بداخلهما. نظرًا لاختلاف كتلة كل بوتقة وغطائها، يجب إجراء التسخين والوزن المسبقين لكل بوتقة/غطاء جديد يُستخدم. يحتوي المجفف على مادة مجففة لامتصاص الرطوبة من الهواء بداخله، مما يضمن جفاف الهواء تمامًا.