Свойства меди – химические, физические и уникальные целебные

Медь - это пластичный золотисто-розовый металл с характерным металлическим блеском. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Сu (Cuprum) и находится под порядковым номером 29 в I группе (побочной подгруппе), в 4 периоде.

Латинское название Cuprum произошло от имени острова Кипр. Известны факты, что на Кипре ещё в III веке до нашей эры находились медные рудники и местные умельцы выплавляли медь. Купить медь можно в комании «КуПрум».

По данным историков, знакомству общества с медью около девяти тысячелетий. Самые древние медные изделия найдены во время археологических раскопок на местности современной Турции. Археологи обнаружили маленькие медные бусинки и пластинки для украшения одежды. Находки датируются рубежом VIII-VII тыс. до нашей эры. Из меди в древности изготавливали украшения, дорогую посуду и различные инструменты с тонким лезвием.

Великим достижением древних металлургов можно назвать получение сплава с медной основой - бронзы.

Основные свойства меди

1. Физические свойства.

На воздухе медь приобретает яркий желтовато-красный оттенок за счёт образования оксидной плёнки. Тонкие же пластинки при просвечивании зеленовато-голубого цвета. В чистом виде медь достаточно мягкая, тягучая и легко прокатывается и вытягивается. Примеси способны повысить её твёрдость.

Высокую электропроводность меди можно назвать главным свойством, определяющим её преимущественное использование. Также медь обладает очень высокой теплопроводностью. Такие примеси как железо, фосфор, олово, сурьма и мышьяк влияют на базовые свойства и уменьшают электропроводность и теплопроводность. По данным показателям медь уступает лишь серебру.

Медь обладает высокими значениями плотности, температуры плавления и температуры кипения. Важным свойством также является хорошая стойкость по отношению к коррозии. К примеру, при высокой влажности железо окисляется значительно быстрее.

Медь хорошо поддаётся обработке: прокатывается в медный лист и медный пруток , протягивается в медную проволоку с толщиной, доведённой до тысячных долей миллиметра. Этот металл является диамагнетиком, то есть намагничивается против направления внешнего магнитного поля.

Медь является сравнительно малоактивным металлом. В нормальных условиях на сухом воздухе её окисления не происходит. Она легко реагирует с галогенами, селеном и серой. Кислоты без окислительных свойств не оказывают воздействия на медь. С водородом, углеродом и азотом химических реакций нет. На влажном воздухе происходит окисление с образованием карбоната меди (II) - верхнего слоя платины.
Медь обладает амфотерностью, то есть в земной коре образует катионы и анионы. В зависимости от условий, соединения меди проявляют кислотные или основные свойства.

Способы получения меди

В природе медь существует в соединениях и в виде самородков. Соединения представлены оксидами, гидрокарбонатами, сернистыми и углекислыми комплексами, а также сульфидными рудами. Самые распространённые руды - это медный колчедан и медный блеск. Содержание меди в них составляет 1-2%. 90% первичной меди добывают пирометаллургическим способом и 10% гидрометаллургическим.

1. Пирометаллургический способ включает в себя такие процессы: обогащение и обжиг, плавка на штейн, продувка в конвертере, электролитическое рафинирование.
Обогащают медные руды методом флотации и окислительного обжига. Сущность метода флотации заключается в следующем: частицы меди, взвешенные в водной среде, прилипают к поверхности пузырьков воздуха и поднимаются на поверхность. Метод позволяет получить медный порошкообразный концентрат, который содержит 10-35% меди.

Окислительному обжигу подлежат медные руды и концентраты со значительным содержанием серы. При нагреве в присутствии кислорода происходит окисление сульфидов, и количество серы снижается почти в два раза. Обжигу подвергаются бедные концентраты, в которых содержится 8-25% меди. Богатые концентраты, содержащие 25-35% меди, плавят, не прибегая к обжигу.

Следующий этап пирометаллургического способа получения меди - это плавка на штейн. Если в качестве сырья используется кусковая медная руда с большим количеством серы, то плавку проводят в шахтных печах. А для порошкообразного флотационного концентрата применяют отражательные печи. Плавка происходит при температуре 1450 °С.

В горизонтальных конвертерах с боковым дутьём медный штейн продувается сжатым воздухом для того, чтобы произошли процессы окисления сульфидов и феррума. Далее образовавшиеся окислы переводят в шлак, а серу в оксид. В конвертере образуется черновая медь, которая содержит 98,4-99,4% меди, железо, серу, а также незначительное количество никеля, олова, серебра и золота.

Черновая медь подлежит огневому, а далее электролитическому рафинированию. Примеси удаляют с газами и переводят в шлак. В результате огневого рафинирования образуется медь с чистотой до 99,5%. А после электролитического рафинирования чистота составляет 99,95%.

2. Гидрометаллургический способ заключается в выщелачивании меди слабым раствором серной кислоты, а затем выделении металлической меди непосредственно из раствора. Такой способ применяется для переработки бедных руд и не допускает попутного извлечения драгоценных металлов вместе с медью.

Применение меди

Благодаря ценным качествам медь и медные сплавы используются в электротехнической и электромашиностроительной отрасли, в радиоэлектронике и приборостроении. Существуют сплавы меди с такими металлами, как цинк, олово, алюминий, никель, титан, серебро, золото. Реже применяются сплавы с неметаллами: фосфором, серой, кислородом. Выделяют две группы медных сплавов: латуни (сплавы с цинком) и бронзы (сплавы с другими элементами).

Медь обладает высокой экологичностью, что допускает её использование в строительстве жилых домов. К примеру, медная кровля за счёт антикоррозионных свойств, может прослужить больше ста лет без специального ухода и покраски.

Медь в сплавах с золотом используется в ювелирном деле. Такой сплав увеличивает прочность изделия, повышает стойкость к деформированию и истиранию.

Для соединений меди характерна высокая биологическая активность. В растениях медь принимает участие в синтезе хлорофилла. Поэтому её можно увидеть в составе минеральных удобрений. Недостаток меди в организме человека может вызвать ухудшение состава крови. Она есть в составе многих продуктов питания. К примеру, этот металл содержится в молоке. Однако важно помнить, что избыток соединений меди может вызвать отравление. Именно поэтому нельзя готовить пищу в медной посуде. Во время кипячения в пищу может попасть большое количество меди. Если же посуда внутри покрыта слоем олова, то опасности отравления нет.

В медицине медь используют, как антисептическое и вяжущее средство. Она является компонентом глазных капель от конъюнктивита и растворов от ожогов.

Древние греки называли этот элемент халкосом, на латинском она именуется cuprum (Сu) или aes, а средневековые алхимики именовали этот химический элемент не иначе как Марс или Венера. Человечество давно познакомилось с медью за счет того, что в природных условиях ее можно было встретить в виде самородков, имеющих зачастую весьма внушительные размеры.

Легкая восстанавливаемость карбонатов и окислов данного элемента поспособствовала тому, что именно его, по мнению многих исследователей, наши древние предки научились восстанавливать из руды раньше всех остальных металлов.

Сначала медные породы просто-напросто нагревали на открытом огне, а затем резко охлаждали. Это приводило к их растрескиванию, что давало возможность выполнять восстановление металла.

Освоив столь нехитрую технологию, человек начал постепенно развивать ее. Люди научились вдувать при помощи мехов и труб в костры воздух, затем додумались устанавливать вокруг огня стены. В конце концов, была сконструирована и первая шахтная печь.

Многочисленные археологические раскопки позволили установить уникальный факт – простейшие медные изделия существовали уже в 10 тысячелетии до нашей эры! А более активно медь начала добываться и использоваться через 8–10 тысяч лет. Именно с тех пор человечество применяет этот уникальный по многим показателям (плотность, удельный вес, магнитные характеристики и так далее) химический элемент для своих нужд.

В наши дни медные самородки встречаются крайне редко. Медь добывают из различных , среди которых можно выделить следующие:

• борнит (в нем купрума бывает до 65 %);
• медный блеск (он же халькозин) с содержанием меди до 80 %;
• медный колчедан (иначе говоря – халькоперит), содержащий порядка 30 % интересующего нас химического элемента;
• ковеллин (в нем Cu бывает до 64 %).

Также купрум добывают из малахита, куприта, иных оксидных руд и еще без малого из 20 минералов, содержащих ее в различных количествах.

2

В простом виде описываемый элемент представляет собой металл розовато-красного оттенка, характеризуемый высокими пластичными возможностями. Природный купрум включает в себя два нуклида со стабильной структурой.

Радиус положительно заряженного иона меди имеет следующие значения:

• при координационном показателе 6 – до 0,091 нм;
• при показателе 2 – до 0,060 нм.

А нейтральный атом элемента характеризуется радиусом 0,128 нм и сродством к электрону 1,8 эВ. При последовательной ионизации атом имеет величины от 7,726 до 82,7 эВ.

Купрум является переходным металлом, поэтому он имеет переменные степени окисления и малый показатель электроотрицательности (1,9 единиц по шкале Полинга). (коэффициент) равняется 394 Вт/(м*К) при температурном интервале от 20 до 100 °С. Электропроводность меди (удельный показатель) составляет максимум 58, минимум 55,5 МСм/м. Более высокой величиной характеризуется лишь серебро, электропроводность других металлов, в том числе и алюминия, ниже.

Медь не может вытеснять водород из кислот и воды, так как в стандартном потенциальном ряду она стоит правее водорода. Описываемый металл характеризуется гранецентрированной кубической решеткой с величиной 0,36150 нм. Кипит медь при температуре 2657 градусов, плавится при температуре чуть больше 1083 градусов, а ее плотность равняется 8,92 грамм/кубический сантиметр (для сравнения – плотность алюминия равняется 2,7).

Другие механические свойства меди и важные физические показатели:

• давление при 1628 °С – 1 мм рт. ст.;
• термическая величина расширения (линейного) – 0,00000017 ед.;
• при растяжении достигается предел прочности равный 22 кгс/мм2;
• твердость меди – 35 кгс/мм2 (шкала Бринелля);
• удельный вес – 8,94 г/см3;
• модуль упругости – 132000 Мн/м2;
• удлинение (относительное) – 60 %.

Магнитные свойства меди в какой-то мере уникальны. Элемент полностью диамагнитен, показатель его магнитной атомной восприимчивости составляет всего лишь 0,00000527 ед. Магнитные характеристики меди (впрочем, как и все ее физические параметры – вес, плотность и пр.) обуславливают востребованность элемента для изготовления электротехнических изделий. Примерно такие же характеристики имеются и у алюминия, поэтому они с описываемым металлом составляют "сладкую парочку", используемую для производства проводниковых деталей, проводов, кабелей.

Многие механические показатели меди изменить практически нереально (те же магнитные свойства, например), а вот предел прочности рассматриваемого элемента можно улучшить посредством выполнения наклепа. В данном случае он повысится примерно в два раза (до 420–450 МН/м2).

3

Купрум в системе Менделеева включен в группу благородных металлов (IB), находится он в четвертом периоде, имеет 29 порядковый номер, имеет склонность к комплексообразованию. Химические характеристики меди не менее важны, чем ее магнитные, механические и физические показатели, будь то ее вес, плотность либо иная величина. Поэтому мы будем говорить о них подробно.

Химическая активность купрума мала. Медь в условиях сухой атмосферы изменяется незначительно (можно даже сказать, что почти не изменяется). А вот при повышении влажности и наличии в окружающей среде углекислого газа на ее поверхности обычно формируется пленка зеленоватого оттенка. В ней присутствует CuCO3 и Cu(OH)2, а также различные сернистые медные соединения. Последние образовываются из-за того, что в воздухе практически всегда есть некоторое количество сероводорода и сернистого газа. Указанную зеленоватую пленку именуют патиной. Она защищает от разрушения металл.

Если медь нагреть на воздухе, начнутся процессы окисления ее поверхности. При температурах от 375 до 1100 градусов в результате окисления образуется двухслойная окалина, а при температуре до 375 градусов – оксид меди. При обычной же температуре обычно наблюдается соединение Cu с влажным хлором (итог такой реакции – появление хлорида).

С иными элементами группы галогенов медь также взаимодействует достаточно легко. В парах серы она загорается, высокий уровень сродства она имеет и к селену. Зато с углеродом, азотом и водородом Сu не соединяется даже при повышенных температурах. При контакте оксида меди с серной кислотой (разбавленной) получается сульфат и чистая медь, с иодоводородной и бромоидоводородной кислотой – иодид и бромид меди соответственно.

Если же оксид соединить с той или иной щелочью, результатом химической реакции станет появление купрата. А вот самые известные восстановители (оксид углерода, аммиак, метан и другие) способны восстановить купрум до свободного состояния.

Практический интерес представляет способность этого металла вступать в реакцию с солями железа (в виде раствора). В этом случае фиксируется восстановление железа и переход Cu в раствор. Данная реакция применяется для снятия с декоративных изделий напыленного слой меди.

В одно- и двухвалентных формах медь способна создавать комплексные соединения с высоким показателем устойчивости. К таким соединениям относят аммиачные смеси (они представляют интерес для промышленных предприятий) и двойные соли.

4

Главная сфера применения алюминия и меди известна, пожалуй, всем. Из них делают разнообразные кабели, в том числе и силовые. Способствует этому малое сопротивление алюминия и купрума, их особые магнитные возможности. В обмотках электрических приводов и в трансформаторах (силовых) широко используются медные провода, которые характеризуются уникальной чистотой меди, являющейся исходным сырьем для их выпуска. Если в такое чистейшее сырье добавить всего лишь 0,02 процента алюминия, электропроводимость изделия уменьшится процентов 8–10.

Сu, имеющий высокую плотность и прочность, а также малый вес, прекрасно поддается механической обработке. Это позволяет производить отличные медные трубы, которые демонстрируют свои высокие эксплуатационные характеристики в системах подачи газа, отопления, воды. Во многих европейских государствах именно медные трубы используются в подавляющем большинстве случаев для обустройства внутренних инженерных сетей жилых и административных строений.

Мы много сказали об электропроводимости алюминия и меди. Не забудем и об отличной теплопроводности последней. Данная характеристика дает возможность использовать медь в следующих конструкциях:

• в тепловых трубках;
• в кулерах персональных компьютеров;
• в отопительных системах и системах охлаждения воздуха;
• в теплообменниках и многих других устройствах, отводящих тепло.

Плотность и небольшой вес медных материалов и сплавов обусловили и их широкое применение в архитектуре.

5

Понятно, что плотность меди, ее вес и всевозможные химические и магнитные показатели, по большому счету, мало интересуют обычного человека. А вот целебные свойства меди хотят узнать многие.

Древние индийцы применяли медь для лечения органов зрения и различных недугов кожных покровов. Древние греки излечивали медными пластинками язвы, сильную отечность, синяки и ушибы, а также и более серьезные болезни (воспаления миндалин, врожденную и приобретенную глухоту). А на востоке медный красный порошок, растворенный в воде, применялся для восстановления сломанных костей ног и рук.

Лечебные свойства меди были хорошо известны и россиянам. Наши предки излечивали с помощью этого уникального металла холеру, эпилепсию, полиартриты и радикулиты. В настоящее время для лечения обычно используются медные пластинки, которые накладываются на специальные точки на теле человека. Целебные свойства меди при такой терапии проявляются в следующем:

• защитный потенциал организма человека возрастает;
• инфекционные болезни не страшны тем, кто лечится медью;
• наблюдается снижение болевых ощущений и снятие воспалительных явлений.

§1. Химические свойства простого вещества (ст. ок. = 0).

а) Отношение к кислороду .

В отличие от своих соседей по подгруппе – серебра и золота, - медь непосредственно реагирует с кислородом. Медь проявляет к кислороду незначительную активность, но во влажном воздухе постепенно окисляется и покрывается пленкой зеленоватого цвета, состоящей из основных карбонатов меди:

В сухом воздухе окисление идет очень медленно, на поверхности меди образуется тончайший слой оксида меди:

Внешне медь при этом не меняется, так как оксид меди (I) как и сама медь, розового цвета. К тому же слой оксида настолько тонок, что пропускает свет, т.е. просвечивает. По-иному медь окисляется при нагревании, например, при 600-800 0 C. В первые секунды окисление идет до оксида меди (I), которая с поверхности переходит в оксид меди (II) черного цвета. Образуется двухслойное окисное покрытие.

Q образования (Cu 2 O) = 84935 кДж.

Рисунок 2. Строение оксидной пленки меди.

б) Взаимодействие с водой .

Металлы подгруппы меди стоят в конце электрохимического ряда напряжений, после иона водорода. Следовательно, эти металлы не могут вытеснять водород из воды. В то же время водород и другие металлы могут вытеснять металлы подгруппы меди из растворов их солей, например:

Эта реакция окислительно-восстановительная, так как происходит переход электронов:

Молекулярный водород вытесняет металлы подгруппы меди с большим трудом. Объясняется это тем, что связь между атомами водорода прочная и на ее разрыв затрачивается много энергии. Реакция же идет только с атомами водорода.

Медь при отсутствии кислорода с водой практически не взаимодействует. В присутствии кислорода медь медленно взаимодействует с водой и покрывается зеленой пленкой гидроксида меди и основного карбоната:

в) Взаимодействие с кислотами .

Находясь в ряду напряжений после водорода, медь не вытесняет его из кислот. Поэтому соляная и разбавленная серная кислота на медь не действуют.

Однако в присутствии кислорода медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей:

Исключение составляет только иодоводородная кислота, которая вступает в реакцию с медью с выделением водорода и образованием очень устойчивого комплекса меди (I):

2 Cu + 3 HI → 2 H [ CuI 2 ] + H 2

Медь так же реагирует с кислотами – окислителями, например, с азотной:

Cu + 4HNO 3( конц .) → Cu(NO 3 ) 2 +2NO 2 +2H 2 O

3Cu + 8HNO 3( разбав .) → 3Cu(NO 3 ) 2 +2NO+4H 2 O

А так же с концентрированной холодной серной кислотой:

Cu + H 2 SO 4(конц.) → CuO + SO 2 + H 2 O

C горячей концентрированной серной кислотой:

Cu + 2H 2 SO 4( конц ., горячая ) → CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

C безводной серной кислотой при температуре 200 0 С образуется сульфат меди (I):

2Cu + 2H 2 SO 4( безводн .) 200 °C → Cu 2 SO 4 ↓ + SO 2 + 2H 2 O

г) Отношение к галогенам и некоторым другим неметаллам .

Q образования (CuCl) = 134300 кДж

Q образования (CuCl 2) = 111700 кДж

Медь хорошо реагирует с галогенами, дает два вида галогенидов: CuX и CuX 2 .. При действии галогенов при комнатной температуре видимых изменений не происходит, но на поверхности вначале образуется слой адсорбированных молекул, а затем и тончайший слой галогенидов. При нагревании реакция с медью происходит очень бурно. Нагреем медную проволочку или фольги и опустим ее в горячем виде в банку с хлором – около меди появятся бурые пары, состоящие из хлорида меди (II) CuCl 2 с примесью хлорида меди (I) CuCl. Реакция происходит самопроизвольно за счет выделяющейся теплоты. Одновалентные галогениды меди получают при взаимодействии металлической меди с раствором галогенида двухвалентной меди, например:

При этом монохлорид выпадает из раствора в виде белого осадка на поверхности меди.

Медь так же достаточно легко ступает в реакции с серой и селеном при нагревании (300-400 °C):

2Cu +S→Cu 2 S

2Cu +Se→Cu 2 Se

А вот с водородом, углеродом и азотом медь не реагирует даже при высоких температурах.

д) Взаимодействие с оксидами неметаллов

Медь при нагревании может вытеснять из некоторых оксидов неметаллов (например, оксид серы (IV) и оксиды азота (II, IV)) простые вещества, образуя при этом термодинамически более устойчивый оксид меди (II):

4Cu+SO 2 600-800°C →2CuO + Cu 2 S

4Cu+2NO 2 500-600°C →4CuO + N 2

2 Cu +2 NO 500-600° C →2 CuO + N 2

§2. Химические свойства одновалентной меди (ст.ок. = +1)

В водных растворах ион Cu + очень неустойчив и диспропорционирует:

Cu + ↔ Cu 0 + Cu 2+

Однако медь в степени окисления (+1) может стабилизироваться в соединениях с очень низкой растворимостью или за счет комплексообразовния .

а) Оксид меди (I ) Cu 2 O

Амфотерный оксид. Кристаллическое вещество коричнево-красного цвета. В природе встречается в виде минерала куприта. Исскуственно может быть получен нагреванием раствора соли меди (II) с щелочью и каким-нибудь сильным восстановителем, например, формалином или глюкозой . Оксид меди(I) не реагирует с водой. Оксид меди(I) переводится в раствор концентрированной соляной кислотой с образованием хлоридного комплекса:

Cu 2 O +4 HCl →2 H [ CuCl 2]+ H 2 O

Так же растворим в концентрированном растворе аммиака и солей аммония:

Cu 2 O+2NH 4 + →2 +

В разбавленной серной кислоте диспропорционирует на двухвалентную медь и металлическую медь:

Cu 2 O+H 2 SO 4(разбав.) →CuSO 4 +Cu 0 ↓+H 2 O

Также оксид меди(I) вступает в водных растворах в следующие реакции:

1. Медленно окисляется кислородом до гидроксида меди(II):

2 Cu 2 O +4 H 2 O + O 2 →4 Cu (OH ) 2 ↓

2. Реагирует с разбавленными галогенводородными кислотами с образованием соответствующих галогенидов меди(I):

Cu 2 O +2 H Г→2 Cu Г↓ + H 2 O (Г= Cl , Br , J )

3.Восстанавливается до металлической меди типичными восстановителями, например, гидросульфитом натрия в концентрированном растворе:

2 Cu 2 O +2 NaSO 3 →4 Cu ↓+ Na 2 SO 4 + H 2 SO 4

Оксид меди(I) восстанавливается до металлической меди в следующих реакциях:

1. При нагревании до 1800 °C (разложение):

2 Cu 2 O - 1800 ° C →2 Cu + O 2

2. При нагревании в токе водорода, монооксида углерода, с алюминиеми прочими типичными восстановителями:

Cu 2 O + H 2 - >250°C →2Cu +H 2 O

Cu 2 O + CO - 250-300°C →2Cu +CO 2

3 Cu 2 O + 2 Al - 1000° C →6 Cu + Al 2 O 3

Также, при высоких температурах оксид меди(I) реагирует:

1. C аммиаком (образуется нитрид меди(I))

3 Cu 2 O + 2 NH 3 - 250° C →2 Cu 3 N + 3 H 2 O

2. С оксидами щелочных металлов:

Cu 2 O+M 2 O- 600-800°C →2 М CuO (M= Li, Na, K)

При этом образуются купраты меди (I).

Оксид меди (I) заметно реагирует с щелочами :

Cu 2 O +2 NaOH (конц.) + H 2 O ↔2 Na [ Cu (OH ) 2 ]

б) Гидроксид меди (I ) CuOH

Гидроксид меди(I) образует жёлтое вещество, не растворяется в воде.

Легко разлагается при нагревании или кипячении:

2 CuOH → Cu 2 O + H 2 O

в) Галогениды CuF , Cu С l , CuBr и CuJ

Все эти соединения – белые кристаллические вещества, плохо растворимые в воде, но хорошо растворимые в избытке NH 3 , цианидных ионов, тиосульфатных ионов и иных сильных комплексообразователей. Иод образует только соединение Cu +1 J. В газообразном состоянии образуются циклы типа (CuГ) 3 . Обратимо растворимы в соответствующих галогенводородных кислотах:

Cu Г + HГ ↔ H [ Cu Г 2 ] (Г= Cl , Br , J )

Хлорид и бромид меди (I) неустойчивы во влажном воздухе и постепенно превращаются в основные соли меди (II):

4 Cu Г +2 H 2 O + O 2 →4 Cu (OH )Г (Г=Cl, Br)

г) Прочие соединения меди (I )

1. Ацетат меди (I) (СН 3 СООСu) - соединение меди, имеет вид бесцветных кристаллов. В воде медленно гидролизуется до Сu 2 О, на воздухе окисляется до ацетата двухвалентной меди; Получают СН 3 СООСu восстановлением (СН 3 СОО) 2 Сu водородом или медью, сублимацией (СН 3 СОО) 2 Сu в вакууме или взаимодействием (NH 3 OH)SO 4 с (СН 3 СОО) 2 Сu в р-ре в присутствии Н 3 СООNH 3 . Вещество токсично.

2. Ацетиленид меди(I) - красно-коричневые, иногда черные кристаллы. В сухом виде кристаллы детонируют при ударе или нагреве. Устойчивы во влажном состоянии. При детонации в отсутствие кислорода не образуется газообразных веществ. Под действием кислот разлагается. Образуется в виде осадка при пропускании ацетилена в аммиачные растворы солей меди(I):

С 2 H 2 +2[ Cu (NH 3 ) 2 ](OH ) → Cu 2 C 2 ↓ +2 H 2 O +2 NH 3

Данная реакция используется для качественного обнаружения ацетилена.

3. Нитрид меди - неорганическое соединение с формулой Cu 3 N, тёмно-зелёные кристаллы.

Разлагается при нагревании:

2 Cu 3 N - 300° C →6 Cu + N 2

Бурно реагирует с кислотами:

2 Cu 3 N +6 HCl - 300° C →3 Cu ↓ +3 CuCl 2 +2 NH 3

§3. Химические свойства двухвалентной меди (ст.ок. = +2)

Наиболее устойчивая степень окисления у меди и самая характерная для нее.

а) Оксид меди (II ) CuO

CuO - основный оксид двухвалентной меди. Кристаллы чёрного цвета, в обычных условиях довольно устойчивые, практически нерастворимые в воде. В природе встречается в виде минерала тенорита (мелаконита) чёрного цвета. Оксид меди(II) реагирует с кислотами с образованием соответствующих солей меди(II) и воды:

CuO + 2 HNO 3 → Cu (NO 3 ) 2 + H 2 O

При сплавлении CuO со щелочами образуются купраты меди (II):

CuO +2 KOH - t ° → K 2 CuO 2 + H 2 O

При нагревании до 1100 °C разлагается :

4CuO- t ° →2 Cu 2 O + O 2

б) Гидроксид меди (II) Cu (OH ) 2

Гидроксид меди(II) - голубое аморфное или кристаллическое вещество, практически не растворимое в воде. При нагревании до 70-90 °C порошка Cu(ОН) 2 или его водных суспензий разлагается до CuО и Н 2 О:

Cu (OH ) 2 → CuO + H 2 O

Является амфотерным гидроксидом. Реагирует с кислотами с образованием воды и соответствующей соли меди:

С разбавленными растворами щелочей не реагирует, в концентрированных растворяется, образуя ярко-синие тетрагидроксокупраты (II):

Гидроксид меди(II) со слабыми кислотами образует основные соли . Очень легко растворяется в избытке аммиака с образованием аммиаката меди:

Cu(OH) 2 +4NH 4 OH→(OH) 2 +4H 2 O

Аммиакат меди имеет интенсивный сине-фиолетовый цвет, поэтому его используют в аналитической химии для определения малых количеств ионов Cu 2+ в растворе.

в) Соли меди (II )

Простые соли меди (II) известны для большинства анионов, кроме цианида и иодида, которые при взаимодействии с катионом Cu 2+ образуют ковалентные соединения меди (I), нерастворимые в воде.

Соли меди (+2), в основном, растворимы в воде. Голубой цвет их растворов связан с образованием иона 2+ . Они часто кристаллизуются в виде гидратов. Так, из водного раствора хлорида меди (II) ниже 15 0 С кристаллизуется тетрагидрат, при 15-26 0 С – тригидрат, свыше 26 0 С – дигидрат. В водных растворах соли меди (II) в небольшой степени подвержены гидролизу, и из них часто осаждаются основные соли .

1. Пентагидрат сульфата меди (II) (медный купорос)

Наибольшее практическое значение имеет CuSO 4 *5H 2 O, называемый медным купоросом. Сухая соль имеет голубую окраску, однако при несильном нагревании (200 0 С) она теряет кристаллизационную воду. Безводная соль белого цвета. При дальнейшем нагревании до 700 0 С она превращается в оксид меди, теряя триоксид серы:

CuSO 4 ­-- t ° → CuO + SO 3

Готовят медный купорос растворением меди в концентрированной серной кислоте. Эта реакция описана в разделе «Химические свойства простого вещества». Медный купорос применяют при электролитическом получении меди, в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений, для получения других соединений меди .

2. Дигидрат хлорида меди (II).

Это темно-зеленые кристаллы, легкорастворимые в воде. Концентрированные растворы хлорида меди имеют зеленый цвет, а разбавленные – голубой. Это объясняется образованием хлоридного комплекса зеленого цвета:

Cu 2+ +4 Cl - →[ CuCl 4 ] 2-

И его дальнейшим разрушением и образованием голубого аквакомплекса.

3. Тригидрат нитрата меди (II).

Кристаллическое вещество синего цвета. Получается при растворении меди в азотной кислоте. При нагревании кристаллы сначала теряют воду, затем разлагаются с выделением кислорода и диоксида азота, переходя в оксид меди (II):

2Cu(NO 3 ) 2 -- t° →2CuO+4NO 2 +O 2

4. Карбонат гидроксомеди (II).

Карбонаты меди малоустойчивы и в практике почти не применяются. Некоторое значение для получения меди имеет лишь основной карбонат меди Cu 2 (OH) 2 CO 3 , который встречается в природе в виде минерала малахита. При нагревании легко разлагается с выделением воды, оксида углерода (IV) и оксида меди (II):

Cu 2 (OH) 2 CO 3 -- t° →2CuO+H 2 O+CO 2

§4. Химические свойства трехвалентной меди (ст.ок. = +3)

Эта степень окисления является наименее стабильной для меди, и поэтому соединения меди (III) являются скорее исключениями, чем «правилами». Тем не менее, некоторые соединения трехвалентной меди существуют.

а) Оксид меди (III) Cu 2 O 3

Это кристаллическое вещество, темно-гранатового цвета. Не растворяется в воде.

Получается окислением гидроксида меди(II) пероксодисульфатом калия в щелочной среде при отрицательных температурах:

2Cu(OH) 2 +K 2 S 2 O 8 +2KOH -- -20°C →Cu 2 O 3 ↓+2K 2 SO 4 +3H 2 O

Это вещество разлагается при температуре 400 0 С:

Cu 2 O 3 -- t ° →2 CuO + O 2

Окисид меди (III) – сильный окислитель. При взаимодействии с хлороводородом хлор восстанавливается до свободного хлора :

Cu 2 O 3 +6 HCl -- t ° →2 CuCl 2 + Cl 2 +3 H 2 O

б) Купраты меди (Ш)

Это черные или синие вещества, в воде не устойчивы, диамагнитны, анион – ленты квадратов (dsp 2). Образуются при взаимодействии гидроксида меди(II) и гипохлорита щелочного металла в щелочной среде :

2 Cu (OH ) 2 + М ClO + 2 NaOH →2М CuO 3 + NaCl +3 H 2 O (M = Na - Cs )

в) Калия гексафторкупрат(III)

Зеленое вещество, парамагнитно. Октаэдрическое строение sp 3 d 2 . Комплекс фторида меди CuF 3 , который в свободном состоянии разлагается при -60 0 С. Образуется нагреванием смеси хлоридов калия и меди в атмосфере фтора:

3KCl + CuCl + 3F 2 → K 3 + 2Cl 2

Разлагает воду с образованием свободного фтора.

§5. Соединения меди в степени окисления (+4)

Пока науке известно лишь одно вещество, где медь в степени окисления +4, это гексафторкупрат(IV) цезия – Cs 2 Cu +4 F 6 - оранжевое кристаллическое вещество, стабильное в стеклянных ампулах при 0 0 С. Бурно реагирует с водой. Получается фторированием при высоком давлении и температуре смеси хлоридов цезия и меди :

CuCl 2 +2CsCl +3F 2 -- t ° р → Cs 2 CuF 6 +2Cl 2

Обозначение:

Наружный вид:

красно-оранжевый металлический блеск

Медь представляет собой химический элемент с обозначением Cu (от латинского: cuprum) и менделеевским числом 29. Это пластичный металл с достаточно высокой теплопроводностью и электропроводностью. Чистая медь мягкая и ковкая; свежие обнажения имеют красно-оранжевый цвет. Используется в качестве проводника тепла и электричества, строительного материала и составляющей различных металлических сплавов. Металл и его сплавы используются на протяжении тысячелетий. В римскую эпоху медь преимущественно добывалась на Кипре, отсюда и происхождение названия металла сyprium (металл Кипра), позже сокращенное до сuprum. Его соединения обычно встречаются как медные(II) соли, которые часто обладают голубыми или зелеными цветами, близкими к таким минералам как азурит и бирюза, исторически широко использовались в качестве пигментов. Архитектурные сооружения строятся с использованием меди и, подвергаясь коррозии, дают зеленую медянку (или патину). Прикладное искусство заметно отражает использование меди, как самой по себе, так и в качестве составляющей пигментов. Медь незаменима для всех живых организмов как малый пищевой минерал, так как она является ключевой составляющей комплекса дыхательного фермента цитохром-с-оксидазы. У моллюсков и ракообразных медь входит в состав пигмента крови гемоцианина, который заменен объединенным с железом гемоглобином у рыб и других позвоночных. Основные зоны, где медь обнаруживается у людей, представлены печенью, мышцами и костями. Соединения меди используются в качестве бактериостатических веществ, фунгицидов и антисептиков для древесины.

Характеристики

Физические

Медь, серебро и золото находятся в 11 группе периодической таблицы и разделяют определенные характеристики: они имеют один s-орбитальный электрон наряду с заполненной электронной d-оболочкой и характеризуются высокой ковкостью и электрической проводимостью. Заполненные d-оболочки этих элементов в большей степени не способствуют межатомным взаимодействиям, в которых преобладают s-электроны, посредством металлических связей. В отличие от металлов с незаполненными d-оболочками, металлические связи в меди не имеют ковалентного свойства и достаточно слабы. Это объясняет низкую твердость и высокую ковкость отельных кристаллов меди. На макроскопическом уровне, появление протяженных дефектов на кристаллической решетке, таких как границы зерен, замедление движении материала под накладываемым напряжением повышает твердость металла. По этой причине медь обычно поставляется в тонкозернистой поликристаллической форме, которая имеет большую прочность, чем монокристаллические формы. Мягкость меди отчасти объясняет ее высокую электрическую проводимость (59,6×106 См/м) и, таким образом, высокую теплопроводимость, которая является второй наиболее высокой среди чистых металлов при комнатной температуре. Причина заключается в том, что сопротивление переносу электронов в металлах при комнатной температуре большей частью происходит за счет рассеивания электронов за счет тепловых колебаний решетки, которые сравнительно слабее у мягких металлов. Предельно допустимая плотность потока меди на открытом воздухе составляет приблизительно 3,1×106 А/м2 площади поперечного сечения, при значении выше этого начинает чрезмерно нагреваться. Как и в случае других металлов, если медь располагается вплотную к другому металлу, наблюдается электрохимическая коррозия. Наряду с цезием и золотом (оба желтые), а также осмием (голубоватый) медь представляет собой один из четырех элементарных металлов с естественным цветом, не считая серого или серебристого. Чистая медь имеет красно-оранжевый цвет и приобретает рыжеватый налет под воздействием воздуха. Характерный цвет меди является результатом электронных перескоков между заполненной 3d и полузаполненной 4s оболочками атомов – разница энергий между этими оболочками соответствует оранжевому свету. Аналогичный механизм служит причиной желтого цвета золота и цезия.

Химические

Медь не вступает в реакцию с водой, но дает медленную реакцию с атмосферным кислородом, образуя слой черно-коричневого оксида меди, который, в отличие от ржавчины, которая образуется, когда железо подвергается воздействию влажного воздуха, защищает находящуюся под ним медь от более обширной коррозии. Зеленый слой медянки (меди карбонат) может часто наблюдаться на старых медных конструкциях, таких как Статуя свободы. Медный налет под воздействием сульфидов, с которыми он реагирует, образует различные сульфиды меди.

Изотопы

Существует 29 изотопов меди. 63Cu и 65Cu устойчивы, при этом 63Cu составляет примерно 69% меди естественного происхождения; оба имеют спин в 3⁄2. Другие изотопы радиоактивны, при этом наиболее стабилен 67Cu с периодом полураспада в 61,83 часов. Описаны семь метастабильных изотопов, при этом 68mCu устойчив со значением периода полураспада в 3,8 минут. Изотопы с массовым числом выше 64 разрушаются β−, в то время как изотопы с массовым числом ниже 64 разрушаются β+. 64Cu, имеющий период полураспада в 12,7 часов, разрушается обоими способами. 62Cu и 64Cu имеют обширное применение. 64Cu представляет собой радиоконтрастный агент для формирования рентгеновских изображений, а в сочетании с хелатом может использоваться для лечения рака. 62Cu используется в 62Cu-PTSM, который является радиоактивной изотопной меткой для позитронно-эмиссионной томографии.

Образование

Медь синтезируется в крупных звездах и представлена в земной коре в концентрации около 50 частей на миллион (ч/млн), где она образуется как самородная медь или в минералах, таких как сульфиды меди халькопирит и халькоцит, карбонаты меди азурит и малахит, а также в минерале оксида меди (I) куприте. Наибольшая масса обнаруженной элементарной меди составляет 420 тонн и была найдена в 1857 г. на полуострове Кивинау в Мичигане, США. Самородная медь является поликристаллической, при этом крупнейший описанный отдельный кристалл имеет размеры 4,4×3,2×3,2 см.

Добыча

Большая часть меди добывается или экстрагируется в качестве сульфидов меди из крупных открытых рудников в отложениях медно-порфировой руды, которая содержит от 0,4 до 1,0% меди. В качестве примера можно привести Чукикамата в Чили, шахту Бингем-каньона в Юте, Соединенные Штаты и шахту Эль Чино в Нью-Мексико, США. Согласно Геологической службе Великобритании, в 2005 г. Чили была ведущим добытчиком меди, добывая по меньшей мере одну треть меди в мире, далее следуют Соединенные Штаты, Индонезия и Перу. Медь также может восстанавливаться с помощью подземного выщелачивания. Некоторые залежи штата Аризона считаются первыми кандидатами для данного метода. Количество используемой меди растет и доли доступной меди едва достаточно, чтобы позволить всем странам достичь мирового уровня развития использования.

Запасы

Медь используется как минимум 10000 лет, но более чем 95% всей меди, когда-либо добытой и расплавленной, было получено после 1900 г., и более половины было извлечено только за последние 24 года. Так как имеется множество естественных источников, общее количество меди на Земле значительно (около 1014 тонн всего лишь в верхнем километре земной коры, либо около 5 миллионов лет добычи с текущей скоростью). Тем не менее, только ничтожная часть этих запасов экономически оправдана, учитывая текущие цены и технологии. Различные расчеты существующих запасов меди, доступной для добычи, варьируются от 25 до 60 лет, в зависимости от базовых предположений, таких как темпы развития. Переработка представляет собой основной источник меди в современном мире. Учитывая эти и другие факторы, будущее добычи меди и поставки представляет объект многих дискуссий, включая представление о пике добычи меди, аналогичное пику добычи нефти. Цена меди исторически нестабильна, она поднялась в шесть крат с 60-летней низкой цены в 0,60 USD/фунт (1,32 USD/кг) в июне 1999 г. до 3,75 USD за фунт (8,27 USD/кг) в мае 2006 г. Затем спала до 2,40 USD/фунт (5,29 USD/кг) в феврале 2007 г., а потом восстановилась до 3,50 USD/фунт (7,71 USD/кг) в апреле 2007 г. В феврале 2009 г. ослабление глобального спроса и резкое падение сырьевых цен по сравнению с высокими в прошлом году вернула цену меди на уровне 1,51 USD/фунт (3,33 USD/кг).

Методы

Концентрация меди в руде составляет в среднем всего лишь 0,6%, в основном коммерческие руды представлены сульфидами, в особенности халькопиритом (CuFeS2) и в меньшей степени халькоцитом (Cu2S). Эти минералы концентрируются из дробленой руды с уровнем меди в 10–15% посредством пенной флотации или биовыщелачивания. Нагрев этого материала посредством двуокиси кремния во взвешенной плавке удаляет большую часть железа как шлак. Процесс с легкостью преобразует железо в оксиды, которые в свою очередь реагируют с двуокисью кремния, образуя силикатный шлак, которые всплывает на поверхность расплавленной массы. В результате медный штейн, состоящий из Cu2S, в дальнейшем накаляется с целью преобразования всех сульфидов в оксиды: 2 Cu2S + 3 O2 → 2 Cu2O + 2 SO2 Оксид меди преобразуется в черновую медь в результате плавки: 2 Cu2O → 4 Cu + O2 Процесс образования штейна Садбери преобразует только половину сульфидов в оксиды и затем использует оксиды для удаления остальной серы как оксида. Тогда электролитическое рафинирование и анодный ил использовались в отношении платины и золота, которые он содержит. Этот шаг использует достаточно легкое восстановление оксида меди в металл. Природный газ продувается через черновую медь для удаления большей части оставшегося кислорода, и затем выполняется электролитическое рафинирование в отношении полученного материала, чтобы получить чистую медь: Cu2+ + 2 e− → Cu

Переработка

Как и алюминий, медь на 100% пригодна для повторного использования без потерь в отношении качества, независимо от того, находится она в сыром состоянии или входит в состав промышленного продукта. По объему медь является третьим наиболее перерабатываемым металлом после железа и алюминия. Подсчитано, что 80% меди, когда-либо добытой, на сегодняшний день используется. Согласно Докладу о запасе металлов в обществе Ресурсной панели ООН, мировой запас меди в использовании на душу населения составляет 35–55 кг. Большая часть приходится на более развитые страны (140–300 кг на душу населения), чем на менее развитые (30–40 кг на душу населения). Процесс переработки меди, проще говоря, аналогичен тому, который используется для извлечения меди, но требует меньшего количества шагов. Лом меди с высокой степенью чистоты плавится в печи и затем восстанавливается и заливается в заготовки и формы; скрап с низкой степенью чистоты рафинируется посредством электролитического разделения в ванне с серной кислотой.

Сплавы

Существует несколько медных сплавов, многие имеют важное применение. Латунь представляет собой сплав меди и цинка. Бронза относится к медно-оловянным сплавам, но также может иметь отношение к любым сплавам меди, таким как алюминиевая бронза. Медь является одной из наиболее важных составляющих карата серебряных и золотых сплавов, при этом припои каратов используются в ювелирной промышленности, изменяя цвет, твердость и температуру плавления получающихся сплавов. Сплав меди и никеля, носящий название мельхиор, используется в монетах низкого достоинства, часто для наружной оболочки. Монета США в 5 центов, называемая никель, состоит из 75% меди и 25% никеля и обладает гомогенной структурой. Сплав, состоящий из 90% меди и 10% никеля примечателен за счет устойчивости к коррозии и используется в различных деталях, подверженных действию морской воды. Сплавы меди с алюминием (около 7%) имеют приятный золотой цвет и используются в декорациях. Некоторые бессвинцовые припои состоят из олова, сплавленного с небольшими долями меди и других металлов.

Соединения

Медь образует широкий спектр соединений, обычно за счет окислительных состояний +1 и +2, которые часто называются соединениями закисной меди и двухвалентной меди соответственно.

Бинарные соединения

Как и у других элементов, простейшие соединения меди представляют собой бинарные соединения, т.е. содержащие только два элемента. Преимущественно представлены оксидами, сульфидами и галогенидами. Известны оксиды как с закисной медью, так и с двухвалентной. Среди многочисленных сульфидов меди наиболее важные примеры включают сульфид меди (I) и сульфид меди (II). Существуют галогениды закисной меди с хлором, бромом и йодом, а также галогениды двухвалентной меди – с фтором, хлором и бромом. Попытка получить йодид меди (II) дает йодид меди и йод. 2 Cu2+ + 4 I− → 2 CuI + I2

Координационная химия

Медь, как и все металла, образует координационные соединения с лигандами. В водном растворе медь (II) существует как 2+. Данное соединение демонстрирует наиболее быструю скорость водообмена (скорость, с которой лиганды воды присоединяются и отсоединятся) для перехода к металло-аквокомплексу. Добавление водного гидроксида натрия вызывает выпадение осадка в виде светло-синего твердого гидроксида меди (II). Упрощенное уравнение: Cu2+ + 2 OH− → Cu(OH)2 Водный аммиак вызывает аналогичное выпадение осадка. За счет добавления избыточного аммония осадок растворяется, образуя тетраамминмедь(II): Cu(H2O)4(OH)2 + 4 NH3 → 2+ + 2 H2O + 2 OH− Множество других оксианионов образуют комплексы; они включают ацетат меди (II), нитрат меди (II) и карбонат меди (II). Сульфат меди (II) образует голубой кристаллический пентагидрат, который является наиболее узнаваемым соединением меди в лаборатории. Он используется в качестве фунгицида под названием бордосская жидкость. Полиолы, соединения, состоящие более чем из одной спиртовой функциональной группы, в целом взаимодействуют с медными солями. Например, медные соли используются в тесте восстанавливающих сахаров. В особенности, использование реактива Бенедикта и раствора Фелинга в присутствии сахара сигнализирует посредством изменения цвета с синего Cu(II) до красноватого оксида меди (I). Реактив Швейцера и родственные комплексы с этилендиамином и другими аминами растворяют целлюлозу. Аминокислоты образуют достаточно устойчивые хелатные комплексы с медью (II). Существует множество жидких реактивов для тестирования ионов меди, один из них включает калия ферроцианид, который дает коричневый осадок с медными (II) солями.

Органическая химия

Соединения, содержащие связь углерод-медь, известны как органомедные соединения. Они в высокой степени реактивны в отношении кислорода, образуя оксид меди (I), и обладают множеством применений в химии. Они синтезируются посредством обработки медных (I) соединений реактивами Гриньяра, терминальными алкинами или органолитиевыми реактивами; в частности, последняя описанная реакция вырабатывает реактив Гилмана. Они могут подвергаться замещению алкилгалогенидами, образуя контактирующие продукты; фактически, они важны в области органического синтеза. Ацетилид меди (I) высокочувствителен к ударным нагрузкам, но представляет собой посредник в таких реакциях как реакция Кадио-Ходкевича и связывание по Соногашира. Сопряженное соединение с енонами и карбокупрация алкинов также могут быть достигнуты за счет органомедных соединений. Медь (I) образует множество слабых комплексов с алкенами и монооксидом углерода, в особенности в присутствии аминовых лигандов.

Медь (III) и медь (IV)

Медь (III) обычно обнаруживается в оксидах. Простейшим примером является купрат калия, KCuO2, черно-синее твердое вещество. Наиболее хорошо исследованными соединения меди (III) являются меднокислые сверхпроводники. Оксид иттрий-барий-медь (YBa2Cu3O7) состоит как из центров Cu(II), так и Cu(III). Как и оксид, фторид представляет собой высокоосновный анион и стабилизирует ионы металлов в состояниях с высокой степенью окисления. Более того, известны фториды и меди (III), и даже меди (IV), K3CuF6 и Cs2CuF6 соответственно. Некоторые медьсодержащие белки образуют оксо комплексы, которые также содержат медь (III). Что касается ди- и трипептидов, пурпурные комплексы меди (III) стабилизируются депротонированными амидными лигандами. Комплексы меди (III) также наблюдаются в качестве посредников в реакциях органомедных соединений.

История

Медный век

Медь образуется в природе как самородная медь и обнаруживается в записях некоторых древнейших цивилизаций. Она обладает историей применения, которая насчитывает по меньшей мере 10000 лет, по расчетам она была открыта в 9000 г. до н.э. на Среднем Востоке; медная подвеска была обнаружена в северном Ираке и датируется 8700 г. до н.э. Это свидетельствует, что золото и метеоритное железо (но не выплавка чугуна) были единственными металлами, которые использовались людьми до меди. История медной металлургии предположительно развивалась в следующей последовательности: 1) холодная обработка самородной меди, 2) прокаливание, 3) плавка и 4) литье по выплавляемым моделям. В юго-восточной Анатолии все четыре металлургические техники более или менее единовременно появились в Новом каменном веке в 7500 г. до н.э. Тем не менее, точно так же как земледелие было независимо открыто в нескольких регионах мира (включая Пакистан, Китай и Америку), плавка меди была изобретена в нескольких разных регионах. Предположительно, она была открыта независимо в Китае до 2800 г. до н.э., в Центральной Америке, возможно, около 600 г. н.э., а также в Западной Африке около 9 или 10 века н.э. Литье по выплавляемым моделям было изобретено в 4500–4000 гг. до н.э. в Юго-Восточной Азии, датирование по углероду установило, что горные работы велись в Олдерли Эдж в Чешире, Великобритания, с 2280 до 1890 г. до н.э. Ötzi the Iceman, мужчина, датированный 3300–3200 гг. до н.э., был обнаружен с осью с медной головкой со степенью чистоты 99,7%; высокий уровень мышьяка в его волосах свидетельствует, что он был причастен к плавке меди. Опыт обращения с медью сопровождался развитием других металлов; в частности, плавка меди привела к открытию плавки железа. Производство в Старом медном комплексе в Мичигане и Висконсине датируется между 6000 и 3000 гг. до н.э. Натуральная бронза, тип меди, изготавливаемый из руды, обогащенной кремнием, мышьяком и (редко) оловом, вошла в употребление на Балканах около 5500 г. до н.э.[требуется источник]

Бронзовый век

Сплавливание меди с оловом для получения бронзы было впервые применено на практике спустя 4000 лет после открытия плавки меди, и спустя около 2000 лет после этого «натуральная бронза» вошла в употребление. Бронзовые артефакты из культуры Винча датируются 4500 г. до н.э. Шумерские и египетские артефакты медных и бронзовых сплавов датируются 3000 г. до н.э. Бронзовый век начался в Юго-Восточной Европе около 3700–3300 гг. до н.э., в Северо-Западной – около 2500 г. до н.э. Он закончился с началом Железного века, 2000–1000 гг. на Ближнем Востоке, 600 г. до н.э. в Северной Европе. Переход между Каменным веком и Бронзовым ранее назывался Хальколитическим веком (медь-камень), когда медные инструменты использовались наряду с каменными. Это понятие постепенно впало в немилость, поскольку в некоторых частях света Хальколитический и Каменный век имеют общую границу с обоих концов. Латунь, сплав меди и цинка, имеет более недавнее происхождение. Она была известна грекам, но стала значительным дополнением к бронзе во времена Римской Империи.

Античность и средние века

В Греции медь была известна под названием халькос (χαλκός). Она была важным ресурсом для римлян, греков и других античных народов. Во времена Римской Империи она была известна как Cyprium, так как является обобщенным латинским термином для обозначения медных сплавов, и Cyprium от названия острова Кипр, где добывалось большое количество меди. Слово было сокращено до cuprum, а затем до английского copper. Афродита и Венера представляют медь в мифологии и алхимии, поскольку, за счет ее глянцевитой красоты, в античности она использовалась для производства зеркал, а также за счет связи с Кипром, который был посвящен богине. Семь небесных светил, известных в античности, ассоциировались с семью известными в то время металлами, и Венера была закреплена за медью. Первое применение в Британии латуни датируется около III–II века до н.э. В Северной Америке добыча меди началась с малодоходных работ, проводимых коренными американцами. Самородная медь извлекалась из мест заложения на Айл Роял примитивными каменными инструментами между 800 и 1600 гг. Медная металлургия процветала в Южной Америке, а именно в Перу около 1000 г. н.э.; более медленно она переходила на другие континенты. Были найдены погребальные украшения из меди XIV века, но коммерческое производство металла не начиналось до ранних годов XX века. Роль меди в культуре достаточно важна, в частности в качестве платежного средства. Римляне с VI до III века до н.э. использовали куски меди в качестве денег. В первую очередь, медь ценилась сама по себе, но постепенно форма и внешний вид меди становились все более важными. У Юлия Цезаря имелись собственные монеты, изготовленные из латуни, в то время как монеты цезаря Октавиана Августа были выполнены из сплава Cu-Pb-Sn. Учитывая расчетный ежегодный выход приблизительно в 15000 т, активность римлян в отношении добычи и плавки меди достигла уровня, непревзойденного до времен Промышленной революции; добыча наиболее интенсивно велась в провинциях, таких как Испания, Кипр и Центральная Европа. Ворота Иерусалимского храма выполнены из коринфской бронзы, покрытой позолотой. Это было широко распространено в Александрии, где предположительно получила начало алхимия. В древней Индии медь использовалась в холистической медицинской науке Аюрведе для хирургических инструментов и другого медицинского оборудования. Древние египтяне (~2400 г. до н.э.) использовали медь для обеззараживания ран и питьевой воды, а позже в отношении головных болей, ожогов и зуда. Багдадская батарея с медными цилиндрами, припаянными к проволочному выводу, датируется с 248 г. до н.э. до 226 г. н.э. и имеет сходство с гальваническим элементом, в связи с чем люди полагают, что это была первая батарейка; не было подтверждено.

Наше время

Великая медна гора представляла собой шахту в Фалун, Швеция, которая работала с X века до 1992 г. Она удовлетворяла две трети европейского спроса на медь в XVII веке и финансировала многие шведские войны в это время. Упоминалась как сокровище нации; Швеция имела обеспеченную медью денежную единицу. Использование меди в искусстве не ограничивалось деньгами: она использовалась скульпторами Ренессанса, в фотографической технологии, известной как дагерротип, а также в Статуе свободы. Было широко распространено нанесение медного покрытия и медная обшивка корпусов кораблей; корабли Христофора Колумба были среди первых, имевших такое новшество. Компания Norddeutsche Affinerie в Гамбурге была первым современным гальваническим заводом, начавшим производство в 1876 г. Немецкий ученый Готтфрид Озанн открыл порошковую металлургию в 1830 г. и в то же время определение атомной массы металлов; позже было открыто, что количество и тип добавляемого элемента (например, олова) к меди влияет на тон колокола. Взвешенная плавка была развита компанией Оутокумпу в Финляндии и впервые применена в Харьявалте в 1949 г.; энергосберегающий процесс лежал в основе 50% мирового первичного производства меди. Межгосударственный совет стран-экспортеров меди, сформированный в 1967 г. Чили, Перу, Заиром и Замбией, играл аналогичную роль в отношении меди, как ОПЕК для нефти. Он никогда не достиг такого же влияния, в частности, потому что был вторым по величине производителем, Соединенные Штаты никогда не были членом Совета; Совет был распущен в 1988 г.

Применения

Основное применение меди заключается в использовании в электрических проводах (60%), в качестве кровельного покрытия и для паяльных работ (20%), а также в промышленном оборудовании (15%). Медь в основном используется в виде чистого металла, но когда требуется повышенная прочность, она объединяется с другими элементами в сплавы (5% от общего использования), такие как латунь и бронза. Малая часть поставляемой меди используется в производстве соединений для биологически активных добавок и фунгицидов в сельском хозяйстве. Механическая обработка меди возможна, хотя обычно необходимо использовать сплав для сложных деталей, чтобы получить хорошую обрабатываемость.

Провода и кабели

Несмотря на конкуренцию со стороны других материалов, медь остается предпочтительным электрическим проводником практически во всех категориях электрических проводов, в основном за исключением воздушной передачи электроэнергии, где часто предпочтение отдают алюминию. Медный провод используется в электрогенерации, электропередаче, распределении электроэнергии, телекоммуникациях, электронной схематике и бесчисленных типах электрооборудования. Монтаж электрических проводок представляет собой наиболее важный рынок для медной промышленности. Он включает установочный провод, кабель связи, распределительный кабель, провода для бытовых нужд, автомобильные провода и кабели, а также обмоточный провод. Примерно половина всей добываемой меди используется в производстве электрических проводов и многожильных кабелей. Многие электрические устройства имеют медные провода за счет множества их полезных свойств, таких как высокая электрическая проводимость, разрывное сопротивление, пластичность, устойчивость к деформации, устойчивость к коррозии, низкое термальное расширение, высокая теплопроводимость, способность к пайке и легкая установка.

Электроника и сходные устройства

В интегральных схемах и платах с печатной схемой все больше и больше используется медь вместо алюминия за счет ее выдающейся электрической проводимости (см. Медная соединительная панель в качестве основной статьи); в теплоотводах и теплообменниках используется медь благодаря ее значительной способности к теплопередаче по сравнению с алюминием. В электромагнитах, электронно-лучевых трубках, кинескопах и магнетронах в микроволновых печах используется медь, так как обеспечивает волновод для микроволнового излучения.

Электродвигатели

Более высокая проводимость меди по сравнению с другими металлами повышает эффективность использования электроэнергии двигателей. Это имеет значение, поскольку двигатели и приводимые двигателем системы составляют 43%-46% мирового потребления электроэнергии и 69% всей электроэнергии, используемой промышленностью. Повышение массы и площади поперечного сечения меди в катушке повышает эффективность использования электроэнергии двигателя. Медные роторы двигателей, новая технология, разработанная для применения в двигателях, где экономия энергии является первоочередным требуемым параметром, способны сделать индукционные электродвигатели общего назначения соответствующими и превосходящими стандарты высшего КПД Национальной ассоциации производителей электрического оборудования (NEMA).

Архитектура

Медь использовалась с античных времен в качестве износостойкого, устойчивого к коррозии и стойкого против атмосферных влияний строительного материала. Крыши, водосливы, водосточные желоба, отводные трубы, купола, шпили, арки и двери изготавливались из меди сотни и тысячи лет. Использование меди в строительстве распространяется и на современность, включая внутреннюю и внешнюю обшивку стен, монтаж расширительных швов, радиоэкранирования и противомикробных внутренних предметов, таких как перила, сантехника и опорные поверхности. Некоторые другие важные полезные свойства меди как строительного материала включают низкую степень термической деформации, легкий вес, молниезащиту и способность к переработке. Отличительным свойством металла является натуральная зеленая патина, которая на протяжении долгого времени жаждалась архитекторами и дизайнерами. В конечном итоге, патина – это износостойкий слой, высоко устойчивый к атмосферной коррозии, таким образом, защищающий находящийся под ним металл от дальнейшего разрушения. Может представлять собой смесь карбонатных и сульфатных соединений в различных количествах, в зависимости от условий окружающей среды, таких как содержащий серу кислотный дождь. Строительная медь и ее сплавы также «дорабатываются» для получения конкретного внешнего вида, качества на ощупь и/или цвета. Доработка включает механическую обработку поверхности, химическое окрашивание и нанесение покрытия. Медь обладает превосходными свойствами в отношении плавки и пайки, также может подвергаться сварке; наилучшие результаты наблюдаются за счет газодуговой сварки металлическим электродом.

Применение против биообрастания

Медь биостатична, что означает, что бактерии не могут расти на ней. По этой причине она долгое время использовалась в деталях кораблей для защиты против усоногих рачков и моллюсков. Изначально использовалась в виде чистого металла, но потом была заменена морской латунью. Схожим образом, как обсуждалось в медные сплавы в аквакультуре, сплавы меди стали важным сетематериалом в аквакультурной промышленности, поскольку они обладают противомикробными свойствами и предотвращают биологическое обрастание, даже в экстремальных условиях, а также обладают сильной структурой и устойчивостью к коррозии в условиях моря.

Противомикробное применение

Многочисленные исследования противомикробной эффективности были проведены за последние 10 лет в отношении способности меди уничтожать широкий диапазон бактерий, например, вируса гриппа A, аденовируса и фунги. Контактные поверхности из медных сплавов обладают естественными внутренними свойствами уничтожать широкий спектр микроорганизмов например, E. coli O157:H7, метициллин-устойчивый Staphylococcus aureus (MRSA), Staphylococcus, Clostridium difficile, вирус гриппа A, аденовирус и фунги). Некоторые из 355 медных сплавов подтвержденно убивают более чем 99,9% вызывающих заболевания бактерий в течение всего лишь двух часов при регулярной очистке. Управление по охране окружающей среды США (EPA) утвердило регистрацию этих медных сплавов в качестве “противомикробных материалов с полезным действием для общественного здоровья,» что позволяет производителям заявлять о полезном действии в отношении здоровья продуктов, изготовленных из зарегистрированных противомикробных медных сплавов. Более того, EPA утвердила обширный перечень противомикробных медных продуктов, изготовленных из данных сплавов, таких как перильца, перила, надкроватные столики, раковины, вентили, дверные ручки, туалетное оборудование, компьютерные клавиатуры, оборудование спортивно-оздоровительных центров, ручки магазинных тележек и т.д. (полный перечень продуктов: Противомикробные контактные поверхности из медных сплавов#Утвержденные продукты). Медные дверные ручки использовались в госпиталях для снижения распространения болезни, при этом болезнь легионеров была подавлена за счет медных труб в водопроводных системах. Предметы из противомикробных медных сплавов в настоящее время устанавливаются в медицинских учреждениях Великобритании, Ирландии, Японии, Кореи, Франции, Дании и Бразилии, а также в подземных транспортных системах в Сантьяго и Чили, где перила из сплава медь-цинк были установлены на 30 станциях в период 2011–2014 гг.

Народная медицина

Медь широко используется в ювелирном деле, и фольклор сообщает, что медные браслеты облегчают симптомы артрита. В альтернативной медицине некоторые сторонники предполагают, что избыток меди, абсорбирующийся через кожу, может вылечивать некоторые заболевания, или что медь в некоторой степени создает магнитное поле, вылечивающее близлежащие ткани. В различных исследованиях не было обнаружено различий между артритом, подвергающимся лечению медным браслетом, магнитным браслетом или плацебо. Что касается медицинской науки, ношение меди не несет полезного действия ни при каких заболеваниях вообще. Люди могут страдать дефицитом пищевой меди, но это достаточно редко встречается, потому что медь представлена во многих обычных продуктах питания, включая бобовые растения (бобы), зерна и орехи. Отсутствует свидетельства, что медь может абсорбироваться через кожу. Если бы это было реально, это фактически привело бы к отравлению медью, что на деле более вероятно, чем полезное действие. В последнее время некоторая утягивающая одежда может реализовываться с медными вплетениями в ней, если учитывать заявления со стороны традиционной медицины. В то время как утягивающая одежда представляет собой реальное лечение некоторых заболеваний, в связи с чем одежда может действовать, добавление меди может не давать полезного действия помимо эффекта плацебо.

Другие применения

Соединения меди в жидкой форме используются в качестве антисептиков для древесины, в частности в обработке первоначальных структур во время хранения от повреждения в связи с загниванием. Совместно с цинком медные провода могут располагаться поверх непроводящих кровельных материалов для предотвращения роста мха. В текстильных волокнах используется медь для создания противомикробных защитных тканей, также она используется в керамической глазури, витражном стекле и музыкальных инструментах. Гальваническое производство обычно использует медь в качестве основы для других металлов, таких как никель. Медь представляет собой один из трех металлов, наряду со свинцом и серебром, использующихся в процедуре тестирования музейных материалов, носящей название тест Одди. В данной процедуре медь используется для обнаружения хлоридов, оксидов и серных соединений. Медь используется в качестве печатной пластины в вытравливании, гравировании и других формах металлографии. Оксид меди и карбонат используются в производстве стекла и в керамической глазури для обеспечения зеленого и коричневого цветов. Медь представляет собой основной легирующий металл в некоторых серебряных и золотых сплавах. Она может использоваться сама по себе, либо в качестве составляющей латуни, бронзы, медно-цинкового сплава для гильз и многих других полиметаллических сплавов.

Разрушение

Хромобактерия фиолетовая и Псевдомонада флуоресцентная могут мобилизовать твердую медь в виде цианистого соединения. Микоризальный фунги Ericoid Calluna, вереск и вакциниум могут произрастать в медном рудоносном грунте. Эктомикоризальный фунги Suillus luteus защищает молодые сосны от токсичности, связанной с медью. Образец грибка Аспергиллус черный был обнаружен произрастающим в золотодобывающем растворе; содержит цианометаллокомплекс, также как золото, серебро, медь, железо и цинк. Грибок также играет роль в солюбилизировании сульфидов тяжелых металлов.

Биологическая роль

Крупнейшие источники меди включают устриц, говядину и печень ягненка, бразильские орехи, сырую мелассу, какао и черный перец. Крупные источники включают лобстера, орехи и семена подсолнечника, зеленые оливки, авокадо и пшеничные отруби. Медьсодержащие белки обладают различными ролями в биологическом переносе электронов и транспортировке кислорода, процессах, которые применяют легкое взаимопреобразование Cu(I) и Cu(II). Биологическая роль меди начинается с присутствия кислорода в земной атмосфере. Белок гемоцианин представляет собой переносчик кислорода у большинства моллюсков и некоторых членистоногих, таких как мечехвост (Limulus polyphemus). Поскольку гемоцианин имеет голубой цвет, эти организмы обладают голубой кровью, в отличие от красной крови, обнаружимой в организмах, которые используют гемоглобин для этой цели. Сходные по структуре с гемоцианином соединения представлены лакказами и тирозиназами. Вместо обратимого связывания кислорода данные белки гидроксилируют субстраты, что объясняется их ролью в образовании летучих лаков. Медь также является составляющей других белков, связанных с обработкой кислорода. В цитохром-c-оксидазе, которая необходима для клеточного дыхания, медь и железо взаимодействуют в снижении уровня кислорода. Медь также обнаруживается во многих супероксиддисмутазах, белках, которые катализируют распад супероксидов посредством преобразования их (за счет перераспределения) в кислород и перекись водорода: 2 HO2 → H2O2 + O2 Некоторые медьсодержащие белки, такие как «голубые медьсодержащие белки», не взаимодействуют напрямую с субстратами, следовательно, не являются ферментами. Данные белки передают электроны посредством процесса, носящего название перенос электронов. Уникальный тетраядерный медьсодержащий центр был обнаружен в редуктазе оксида азота.

Пищевые потребности

Медь представляет собой незаменимый малый элемент в растениях и животных, но не в некоторых организмах. Человеческий организм содержит медь на уровне приблизительно от 1,4 до 2,1 мг на кг массы тела. Другими словами, рекомендованная суточная норма меди для нормальных здоровых взрослых указывается как 0,97 мг/день и как 3,0 мг/день. Медь абсорбируется в толстом кишечнике, а затем переносится в печень, связываясь с альбумином. После обработки в печени медь распределяется в другие ткани во второй фазе. Переносчик меди здесь включает белок церулоплазмин, который переносит подавляющее большинство меди в кровь. Церулоплазмин также переносит медь, которая выделяется в молоко, и отчасти является хорошо абсорбируемым источником меди. Медь в организме обычно подвергается печеночно-кишечной рециркуляции (около 5 мг в день против 1 мг в день абсорбируемой с пищей и выводимой из организма), при этом организм способен выводить некоторое количество избыточной меди при необходимости посредством желчи, выносящей часть меди из печени, которая затем не абсорбируется повторно в кишечнике.

Твердый металл медь люди научились плавить еще до нашей эры. Название элемента по таблице Менделеева – Cuprum, в честь первого массового расположения производства меди. Именно на острове Кипр в третьем тысячелетии до н.э. начали добывать руду. Металл зарекомендовал себя как хорошее оружие и красивый, блестящий материал для изготовления посуды и других приборов.

Процесс плавления меди

Изготовление предметов требовало множество усилий при отсутствии технологий. В первых шагах развития цивилизации и поиску новых металлов, люди научились добывать и плавить медную руду. Получение руды происходило в малахитовом, а не в сульфидном состоянии. Получение на выходе свободной меди, из которой можно изготавливать детали, требовало обжига. Для исключения окислов, металл с древесным углем размещалась в сосуд из глины. Поджигался металл в специально подготовленной яме, образующийся в процессе угарный газ способствовал процессу появления свободной меди.

Для точных расчетов использовался график плавления меди. В то время производился точный расчет времени и примерная температура, при которой происходит плавка меди.

Медь и ее сплавы

Металл имеет красновато-желтый оттенок благодаря оксидной пленке, которая образуется при первом взаимодействии металла с кислородом. Пленка придает благородный вид и обладает антикоррозийными свойствами.

Сейчас доступно несколько способов добычи металла. Распространёнными являются медный колчедан и блеск, которые встречаются в виде сульфидных руд. Каждая из технологий получения меди требует особого подхода и следования процессу.

Добыча в природных условиях происходит в виде поиска медных сланцев и самородков. Объемные месторождения в виде осадочных пород находятся в Чили, а медные песчаники и сланцы расположились на территории Казахстана. Использование металла обусловлено невысокой температурой плавления. Практически все металлы плавятся путем разрушения кристаллической решетки.

Основной порядок плавления и свойства:

• на температурных порогах от 20 до 100° материал полностью сохраняет свои свойства и внешний вид, верхний оксидный слой остается на месте;
• кристаллическая решетка распадается на отметке 1082°, физическое состояние становится жидким, а цвет белым. Уровень температуры задерживается на некоторое время, а затем продолжает рост;
• температура кипения меди начинается на отметке 2595°, выделяется углерод, происходит характерное бурление;
• при отключении источника тепла происходит снижение температуры, происходит переход в твердую стадию.

Плавка меди возможна в домашних условиях, при соблюдении определенных условий. Этапы и сложность задачи зависят от выбора оборудования.

Физические свойства

Основные характеристики металла:

• в чистом виде плотность металла составляет 8.93 г/см 3 ;
• хорошая электропроводность с показателем 55,5S, при температуре около 20⁰;
• теплопередача 390 Дж/кг;
• кипение происходит на отметке 2600°, после чего начинает выделение углерода;
• удельное электрическое сопротивление в среднем температурном диапазоне – 1.78×10 Ом/м.

Основными направлениями эксплуатации меди является электротехнические цели. Высокая теплоотдача и пластичность дают возможность применения к различным задачам. Сплавы меди с никелем, латунью, бронзой, делаю более приемлемой себестоимость и улучшают характеристики.

В природе она не однородна по своему составу, так как содержит ряд кристаллических элементов, образующих с ней устойчивую структуру, так называемые растворы, которые можно подразделить на три группы:

1. Твердые растворы. Образуются, если в составе содержаться примеси железа, цинка, сурьмы, олова, никеля и многих других веществ. Такие вхождения существенно снижают ее электрическую и тепловую проводимость. Они усложняют горячий вид обработки под давлением.
2. Примеси, растворяющиеся в медной решетке. К ним относятся висмут, свинец и другие компоненты. Не ухудшают качества электропроводимости, но затрудняют обработку под давлением.
3. Примеси, формирующие хрупкие химические соединения. Сюда входят кислород и сера, а также другие элементы. Они ухудшают прочностные качества, в том числе снижают электропроводность.

Масса меди с примесями гораздо больше, чем в чистом виде. Ко всему прочему, элементы примесей существенно влияют на конечные характеристики уже готового продукта. Поэтому их суммарный состав, в том числе количественный, по отдельности должен регулироваться еще на этапе производства. Рассмотрим более подробно влияние каждого элемента на характеристики конечных медных изделий.

1. Кислород. Один из самых нежелательных элементов для любого материала, не только медного. С его ростом ухудшается такое качество, как пластичность и устойчивость к коррозионным процессам. Его содержание не должно превышать 0,008%. В ходе термической обработки в результате процессов окисления количественное содержание этого элемента уменьшается.
2. Никель. Образует устойчивый раствор и существенно снижает показатели проводимости.
3. Сера или селен. Оба компонента одинаково влияют на качество готовой продукции. Высокая концентрация таких вхождений снижает пластичные свойства медных изделий. Содержание таких компонентов не должно превышать 0,001% от общей массы.
4. Висмут. Негативно влияет на механические и технологические характеристики готовой продукции. Максимальное содержание не должно превышать 0,001%.
5. Мышьяк. Он не меняет свойств, но образует устойчивый раствор, является своего рода защитником от пагубного влияния других элементов, как кислород, сурьма или висмут.

1. Марганец. Он способен полностью раствориться в меди практически при комнатной температуре. Влияет на проводимость тока.
2. Сурьма. Компонент лучше всех растворятся в меди, наносит ей минимальный вред. Содержание его не должно превышать 0,05% от массы меди.
3. Олово. Образует устойчивый раствор с медью и повышает ее свойства по проведению тепла.
4. Цинк. Его содержание всегда минимально, поэтому такого пагубного влияния он не оказывает.

Фосфор. Основной раскислитель меди, максимальное содержание которого при температуре 714°С составляет 1,7%.

Сплав на основе меди с добавлением цинка называется латунь. В некоторых ситуациях добавляется олово в меньших пропорциях. Джеймс Эмерсон в 1781 году решил запатентовать комбинацию. Содержание цинка в сплаве может варьироваться от 5 до 45%. Латуни различают в зависимости от предназначения и спецификации:

• простые, состоящие из двух компонентов – меди и цинка. Маркировка таких сплавов обозначается буквой «Л», напрямую значащая содержание меди в сплаве в процентах;
• многокомпонентные латуни – содержат множество других металлов в зависимости от назначения к использованию. Такие сплавы повышают эксплуатационные свойства изделий, обозначаются также буквой «Л», но с прибавлением цифр.

Физические свойства латуни относительно высокие, коррозийная стойкость на среднем уровне. Большинство сплавов не критично к пониженным температурам, возможно эксплуатировать металл в различных условиях.
Технологии получения латуни взаимодействует с процессами медной и цинковой промышленности, обработке вторичного сырья. Эффективным способом плавки является использование электропечи индукционного типа с магнитным отводом и регулировкой температуры. После получения однородной массы, она разливается в формы и подвергается процессам деформации.

Применение материала в различных отраслях, повышает на него спрос с каждым годом. Сплав применяется в суд строительстве и производстве боеприпасов, различных втулок, переходников, болтов, гаек и сантехнических материалов.

Цветной металл для изготовки изделий разных типов начали использовать с древних времен. Данный факт подтверждается найденными материалами при археологических раскопках. Состав бронзы изначально был богат оловом.

Промышленностью выпускается различное количество разновидностей бронзы. Опытный мастер способен по цвету металла определить его предназначение. Однако не каждому под силу определить точную марку бронзы, для этого используется маркировка. Способы производства бронзы подразделяются на литейные, когда происходит плавление и отлив и деформируемые.

Состав металла зависит от предназначения к использованию. Основным показателем является наличие бериллия. Повышенная концентрация элемента в сплаве, подвергнутая процедуре закаливания, может соперничать с высокопрочными сталями. Наличие в составе олова отнимает у металла гибкость и пластичность.

Производство бронзовых сплавов изменилось с древних времен фактически внедрением современного оборудования. Технология с использованием в качестве флюса в виде древесного угля используется до сих пор. Последовательность получения бронзы:

• печь разогревается для требуемой температуры, после этого в нее устанавливается тигель;
• после плавки металл может окислится, во избежание этого добавляют флюс в качестве древесного угля;
• кислотным катализатором служит фосфорная медь, добавление происходит после полного прогрева сплава.

Плавка бронзы

Старинные изделия из бронзы подвержены естественным процессам – патинирование. Зеленоватый цвет с белым оттенком проявляется из-за образования пленки, обволакивающей изделие. Искусственные методы патинирования включают в себя методы с использованием серы и параллельным нагреванием до определенной температуры.

Температура плавления меди

Плавится материал при определенной температуре, которая зависит от наличия и количества сплавов в составе.

В большинстве случаев, процесс происходит при температуре от 1085°. Наличие олова в сплаве дает разбег, плавление меди может начаться при 950°. Цинк в составе также понижает нижнюю границу до 900°.

Для точных расчетов времени понадобится график плавления меди. На обычном листке бумаги используется график, где по горизонтали отмечается время, а по вертикали градусы. График должен указывать, на каких моментах поддерживается температура при нагреве для полного процесса кристаллизации.

Плавление меди в домашних условиях

В домашних условиях медные сплавы возможно плавить несколькими способами. При использовании любого из методов, понадобятся сопутствующие материалы:

• тигель – посуда, изготовленная из закаленной меди или другого огнеупорного металла;
• древесный уголь, понадобится в роли флюса;
• крюк металлический;
• форма будущего изделия.

Наиболее легким вариантом для плавления является муфельная печь. В емкость опускаются куски материала. После установки температуры плавления процесс можно наблюдать через специальное окошко. Установленная дверца позволяет удалять образованную в процессе оксидную пленку, для этого понадобиться заранее подготовленный металлический крюк.

Вторым способом плавления в домашних условиях является использование горелки или резака. Пропан – кислородное пламя отлично подойдет для работ с цинком или оловом. Куски материалов для будущего сплава помещаются в тигель, и нагреваются мастером произвольными движениями. Максимальная температура плавления меди может быть достигнута при взаимодействии с пламенем синего цвета.

Плавка меди в домашних условиях подразумевает работу с повышенными температурами. Приоритетом служит соблюдение техники безопасности. Перед любой процедурой следует одеть защитные огнеупорный перчатки и плотную, полностью закрывающую тело одежду.

Значение плотности меди

Плотность - это отношение массы к объему. Выражается она в килограммах на кубический метр всего объема. В виду неоднородности состава, значение плотности может меняться в зависимости процентного содержания примесей. Поскольку существуют разные марки медных прокатов с разным содержанием компонентов, то и значение плотности у них будет разное. Плотность меди можно найти в специализированных технических таблицах, которая равна 8,93х10 3 кг/м 3 . Это справочная величина. В этих же таблицах показан удельный вес меди, который равен 8,93 г/см 3 . Таким совпадением значений плотности и его весовых показателей характеризуются не все металлы.

Не секрет, что от плотности напрямую зависит конечная масса изготовленного изделия. Однако для расчетов гораздо правильнее использовать удельный вес. Этот показатель очень важен для производства изделий из меди или любых других металлов, но применим больше к сплавам. Он выражается отношением массы меди к объему всего сплава.

Расчет удельного веса

В настоящее время учеными разработано огромное количество способов, помогающих найти характеристики удельного веса меди, которые позволяют даже без обращения к специализированным таблицам вычислять этот немаловажный показатель. Зная его, можно с легкостью подобрать необходимые материалы, благодаря которым в конечном итоге можно получить нужную деталь с требуемыми параметрам. Это делается еще на стадии подготовки, когда планируется создать необходимую деталь из меди или ее содержащих сплавов.

Как уже говорилось выше, удельный вес меди можно подсмотреть в специализированном справочнике, но если под рукой такого нет, то его можно рассчитать по следующей формуле: вес делим на объем и получаем необходимую нам величину. Общими словами такое соотношение можно выразить как общее весовое значение к общему значению объема всего изделия.

Не стоит путать его с понятием плотности, так как он характеризует металл по-другому, хоть и имеет одинаковые значения показателей.

Рассмотрим, как можно вычислить удельный вес, если известна масса и объем медного изделия.

Например, имеем чистый медный лист толщиной 5 мм, шириной 2 м и длиной 1 м. Для начала посчитаем его объем: 5 мм * 1000 мм (1 м = 1000 мм) * 2000 мм, что составляет 10 000 000 мм 3 или 10 000 см 3 . Для удобства расчетов будем считать, что масса листа составляет 89 кг 300 грамм или 89300 грамм. Делим рассчитанный результат на объем и получаем 8,93 г/см 3 . Зная этот показатель, мы всегда с легкостью можем вычислить весовое содержание в меди того или иного сплава. Это удобно, например, для обработки металла.

Единицы измерения удельного веса

В разных системах измерения используются разные единицы для обозначения удельного веса меди:

1. В системе измерения СГС или сантиметр-грамм-секунда используется дин/см 3 .
2. В Международной СИ используются единицы н/м 3 .
3. В системе МКСС или метр-килограмм-секунда-свеча применяется кг/м 3 .

Первые два показателя равны между собой, а третий при конвертации равен 0,102 кг/м 3 .

Расчет веса с использованием значений удельного веса

Не будем уходить далеко и воспользуемся примером, описанным выше. Вычислим общее содержание меди в 25 листах. Поменяем условие и будем считать, что листы изготовлены из медного сплава. Таким образом, берем удельный вес меди из таблицы и он равен 8.93 г/см 3 . Толщина листа 5 мм, площадь (1000 мм * 2000 мм) составляет 2 000 000 мм, соответственно объем будет равняться 10 000 000 мм 3 или 10 000 см 3 . Теперь умножаем удельный вес на объем и получаем 89 кг и 300 гр. Мы вычислили общий объем меди, который содержится в этих листах без учета веса самих примесей, то есть общее весовое значение может быть больше.

Теперь умножаем рассчитанный результат на 25 листов и получаем 2 235 кг. Такие расчеты уместно использовать при обработке медных деталей, так как позволяют узнать, сколько меди всего содержится в изначальных объектах. Аналогичным образом можно рассчитать медные прутки. Площадь сечения провода умножается на его длину, где получим объем прутка, а далее по аналогии с вышеописанным примером.

Как определяется плотность

Плотность меди, как и плотность любого другого вещества, является справочной величиной. Она выражается соотношением массы к объему. Самостоятельно вычислить этот показатель весьма сложно, так как без специальных приборов состав проверить невозможно.

Пример расчета плотности меди

Выражается показатель в килограммах на кубический метр или в граммах на кубический сантиметр. Показатель плотности более полезен для производителей, которые на основе имеющихся данных могут скомпоновать ту или иную деталь с требуемыми свойствами и характеристиками.

Области использования меди

Благодаря физико-механическим свойствам, она широко используется для различных отраслей промышленности. Наиболее часто ее можно встретить в электротехнической области в качестве составляющей части электрического провода. Не меньшей популярностью она пользуется также в производстве систем отопления и охлаждения, электроники и системах теплового обмена.

В строительной отрасли она используется, прежде всего, для создания разного рода конструкций, которые получаются гораздо меньше по массе, чем из любых других аналогичным материалов. Часто ее используют для кровли, так как такие изделия обладают легкостью и пластичностью. Такой материал легко обрабатывается и позволяет менять геометрии профиля, что очень удобно.

Как уже говорилось выше, основное свое применение она находит в изготовлении электрических и иных токопроводящих кабелей, где она используется для изготовления жил проводов и кабелей. Обладая хорошей электропроводностью, она дает достаточное сопротивление электронам тока.

Широко используются также сплавы меди, например, сплав меди и золота повышает прочность последнего в разы.

На стенках медных прокатов никогда не образуются соляные отложения. Такое качество полезно для транспортировки жидкостей и паров.

На основе оксидов меди получают сверхпроводники, а в чистом виде она идет на изготовление гальванических источников питания.

Она входит в состав бронзы, которая обладает стойкостью к агрессивным средам, как морская вода. Поэтому часто ее используют в навигации. Также бронзовые продукты можно увидеть на фасадах домов, как элемент декора, так как такой сплав обрабатывается легко, так как очень пластичен.