Медь из чего состоит – Структура, состав, сырье, оборудование и технологии производства меди

медь — это… Что такое медь?

МЕДЬ -и; ж.

1. Химический элемент (Сu), ковкий металл желтого цвета с красноватым отливом (широко применяется в промышленности). Добыча меди. Надраить м. самовара. Изготовить из меди котелок.

2. собир. Изделия из этого металла. Вся м. в подвале позеленела. / О музыкальных инструментах из такого металла (преимущественно духовых). М. оркестра.

3. собир. Разг. Монеты из такого металла. Дать сдачу медью. В кошельке одна м.

4. обычно чего. Красновато-желтый, цвета такого металла. Осенняя м. листьев. Любоваться медью заката.

5. Звонкий, низкий, отчётливый (о звуках). Слушать м. колоколов. В голосе звучала м.

◁ Ме́дный (см.).

МЕДЬ (лат. Cuprum), Cu (читается «купрум»), химический элемент с атомным номером 29, атомная масса 63,546. Латинское название меди происходит от названия острова Кипра (Cuprus), где в древности добывали медную руду; однозначного объяснения происхождения этого слова в русском языке нет.
Природная медь состоит из двух стабильных нуклидов (см. НУКЛИД) ⁶³Cu (69,09% по массе) и ⁶⁵Cu (30,91%). Конфигурация двух внешних электронных слоев нейтрального атома меди 3s²p⁶d¹⁰4s¹. Образует соединения в степенях окисления +2 (валентность II) и +1 (валентность I), очень редко проявляет степени окисления +3 и +4.
В периодической системе Менделеева медь расположена в четвертом периоде и входит в группу IВ, к которой относятся такие благородные металлы, как серебро (см. СЕРЕБРО) и золото (см. ЗОЛОТО (химический элемент)).
Радиус нейтрального атома меди 0,128 нм, радиус иона Cu⁺ от 0,060 нм (координационное число 2) до 0,091 нм (координационное число 6), иона Cu

2+ — от 0,071 нм (координационное число 2) до 0,087 нм (координационное число 6). Энергии последовательной ионизации атома меди 7,726, 20,291, 36,8, 58,9 и 82,7 эВ. Сродство к электрону 1,8 эВ. Работа выхода электрона 4,36 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность меди 1,9; медь принадлежит к числу переходных металлов. Стандартный электродный потенциал Cu/Cu²⁺ 0,339 В. В ряду стандартных потенциалов медь расположена правее водорода и ни из воды, ни из кислот водорода не вытесняет.
Простое вещество медь — красивый розовато-красный пластичный металл.
Нахождение в природе
В земной коре содержание меди составляет около 5·10^-3 % по массе. Очень редко медь встречается в самородном виде (см. МЕДЬ САМОРОДНАЯ) (самый крупный самородок в 420 тонн найден в Северной Америке). Из руд наиболее широко распространены сульфидные руды: халькопирит ( см. ХАЛЬКОПИРИТ), или медный колчедан, CuFeS₂ (30% меди), ковеллин (см. КОВЕЛЛИН) CuS (64,4% меди), халькозин (см. ХАЛЬКОЗИН), или медный блеск, Cu₂S (79,8% меди), борнит (см. БОРНИТ) Cu₅FeS₄.(52—65% меди). Существует также много и оксидных руд меди, например: куприт (см. КУПРИТ) Cu₂O, (81,8% меди), малахит (см. МАЛАХИТ) CuCO₃·Cu(OH)₂ (57,4% меди) и другие. Известно 170 медьсодержащих минералов, из которых 17 используются в промышленных масштабах.
Различных руд меди много, а вот богатых месторождений на земном шаре мало, к тому же медные руды добывают уже многие сотни лет, так что некоторые месторождения полностью исчерпаны. Часто источником меди служат полиметаллические руды, в которых, кроме меди, присутствуют железо, цинк, свинец, и другие металлы. Как примеси медные руды обычно содержат рассеянные элементы (см. РАССЕЯННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) (кадмий, селен, теллур, галий, германий и другие), а также серебро, а иногда и золото. Для промышленных разработок используют руды, в которых содержание меди составляет немногим более 1% по массе, а то и менее.
В морской воде содержится примерно 1·10^-8 % меди.
Получение
Промышленное получение меди — сложный многоступенчатый процесс. Добытую руду дробят, а для отделения пустой породы используют, как правило, флотационный метод обогащения. Полученный концентрат (содержит 18—45% меди по массе) подвергают обжигу в печи с воздушным дутьем. В результате обжига образуется огарок — твердое вещество, содержащее, кроме меди, также и примеси других металлов. Огарок плавят в отражательных печах или электропечах. После этой плавки, кроме шлака, образуется так называемый штейн (см. ШТЕЙН (в металлургии)) , в котором содержание меди составляет до 40—50%.
Далее штейн подвергают конвертированию — через расплавленный штейн продувают сжатый воздух, обогащенный кислородом. В штейн добавляют кварцевый флюс (песок SiO ₂). В процессе конвертирования содержащийся в штейне как нежелательная примесь сульфид железа FeS переходит в шлак и выделяется в виде сернистого газа SO₂:
2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ = 2FeSiO₃ + 2SO₂
Одновременно сульфид меди(I) Cu₂S окисляется:
2Cu₂S + 3О₂ = 2Cu₂О + 2SO₂
Образовавшийся на этой стадии Cu₂О далее реагирует с Cu₂S:
2Cu₂О + Cu₂S = 6Cu + SО₂
В результате возникает так называемая черновая медь, в которой содержание самой меди составляет уже 98,5—99,3% по массе. Далее черновую медь подвергают рафинированию. Рафинирование на первой стадии — огневое, оно заключается в том, что черновую медь расплавляют и через расплав пропускают кислород. Примеси более активных металлов, содержащихся в черновой меди, активно реагируют с кислородом и переходят в оксидные шлаки.
На заключительной стадии медь подвергают электрохимическому рафинированию в сернокислом растворе, при этом черновая медь служит анодом, а очищенная медь выделяется на катоде. При такой очистке примеси менее активных металлов, присутствовавшие в черновой меди, выпадают в осадок в виде шлама (см. ШЛАМ), а примеси более активных металлов остаются в электролите. Чистота рафинированной (катодной) меди достигает 99,9% и более.
Физические и химические свойства
Кристаллическая решетка металлической меди кубическая гранецентрированная, параметр решетки а = 0,36150 нм. Плотность 8,92 г/см³, температура плавления 1083,4 °C, температура кипения 2567 °C. Медь среди всех других металлов обладает одной из самых высоких теплопроводностей и одним из самых низких электрических сопротивлений (при 20 °C удельное сопротивление 1,68·10^-3 Ом·м).
В сухой атмосфере медь практически не изменяется. Во влажном воздухе на поверхности меди в присутствии углекислого газа образуется зеленоватая пленка состава Cu(OH)

2·CuCO₃. Так как в воздухе всегда имеются следы сернистого газа и сероводорода, то в составе поверхностной пленки на металлической меди обычно имеются и сернистые соединения меди. Такая пленка, возникающая с течением времени на изделиях из меди и ее сплавов, называется патиной. Патина предохраняет металл от дальнейшего разрушения. Для создания на художественных предметах «налета старины» на них наносят слой меди, который затем специально патинируется.
При нагревании на воздухе медь тускнеет и в конце концов чернеет из-за образования на поверхности оксидного слоя. Сначала образуется оксид Cu₂O, затем — оксид CuO.
Красновато-коричневый оксид меди(I) Cu₂O при растворении в бромо- и иодоводородной кислотах образует, соответственно, бромид меди(I) CuBr и иодид меди(I) CuI. При взаимодействии Cu₂O с разбавленной серной кислотой возникают медь и сульфат меди:
Cu₂O + H₂SO₄ = Cu + CuSO₄ + H₂O.
При нагревании на воздухе или в кислороде Cu₂O окисляется до CuO, при нагревании в токе водорода — восстанавливается до свободного металла.
Черный оксид меди (II) CuO, как и Cu₂O, c водой не реагирует. При взаимодействии CuO с кислотами образуются соли меди (II):
CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O
При сплавлении со щелочами CuO образуются купраты, например:
CuO + 2NaOH = Na₂CuO₂ + H₂O
Нагревание Cu₂O в инертной атмосфере приводит к реакции диспропорционирования:
Cu₂O = CuO + Cu.
Такие восстановители, как водород, метан, аммиак, оксид углерода (II) и другие восстанавливают CuO до свободной меди, например:
CuO +СО = Cu + СО₂.
Кроме оксидов меди Cu₂O и CuO, получен также темно-красный оксид меди (III) Cu ₂O₃, обладающий сильными окислительными свойствами.
Медь реагирует с галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ), например, при нагревании хлор реагирует с медью с образованием темно-коричневого дихлорида CuCl₂. Существуют также дифторид меди CuF₂ и дибромид меди CuBr₂, но дииодида меди нет. И CuCl₂, и CuBr₂ хорошо растворимы в воде, при этом ионы меди гидратируются и образуют голубые растворы.
При реакции CuCl₂ с порошком металлической меди образуется бесцветный нерастворимый в воде хлорид меди (I) CuCl. Эта соль легко растворяется в концентрированной соляной кислоте, причем образуются комплексные анионы [CuCl₂]^—, [CuCl₃]^2- и [СuCl₄]^3-, например за счет процесса:
CuCl + НCl = H[CuCl₂]
При сплавлении меди с серой образуетcя нерастворимый в воде сульфид Cu₂S. Сульфид меди (II) CuS выпадает в осадок, например, при пропускании сероводорода через раствор соли меди (II):
H₂S + CuSO₄ = CuS + H₂SO₄
C водородом, азотом, графитом, кремнием медь не реагирует. При контакте с водородом медь становится хрупкой (так называемая «водородная болезнь» меди) из-за растворения водорода в этом металле.
В присутствии окислителей, прежде всего кислорода, медь может реагировать с соляной кислотой и разбавленной серной кислотой, но водород при этом не выделяется:
2Cu + 4HCl + O₂ = 2CuCl₂ + 2H₂O.
С азотной кислотой различных концентраций медь реагирует довольно активно, при этом образуется нитрат меди (II) и выделяются различные оксиды азота. Например, с 30%-й азотной кислотой реакция меди протекает так:
3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.
С концентрированной серной кислотой медь реагирует при сильном нагревании:
Cu + 2H ₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂+ 2H₂O.
Практическое значение имеет способность меди реагировать с растворами солей железа (III), причем медь переходит в раствор, а железо (III) восстанавливается до железа (II):
2FeCl₃ + Cu = CuCl₂ + 2FeCl₂
Этот процесс травления меди хлоридом железа (III) используют, в частности, при необходимости удалить в определенных местах слой напыленной на пластмассу меди.
Ионы меди Cu²⁺ легко образуют комплексы с аммиаком, например, состава [Cu(NH₃)]²⁺ . При пропускании через аммиачные растворы солей меди ацетилена С₂Н₂ в осадок выпадает карбид (точнее, ацетиленид) меди CuC₂.
Гидроксид меди Cu(OH)₂ характеризуется преобладанием основных свойств. Он реагирует с кислотами с образованием соли и воды, например:
Сu(OH)₂ + 2HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2H₂O.
Но Сu(OH)₂ реагирует и с концентрированными растворами щелочей, при этом образуются соответствующие купраты, например:
Сu(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Cu(OH)₄]
Если в медноаммиачный раствор, полученный растворением Сu(OH)₂ или основного сульфата меди в аммиаке, поместить целлюлозу, то наблюдается растворение целлюлозы и образуется раствор медноаммиачного комплекса целлюлозы. Из этого раствора можно изготовить медноаммиачные волокна, которые находят применение при производстве бельевого трикотажа и различных тканей.
Применение
Медь, как полагают, — первый металл, который человек научился обрабатывать и использовать для своих нужд. Найденные в верховьях реки Тигр изделия из меди датируются десятым тысячелетием до нашей эры. Позднее широкое применение сплавов меди определило материальную культуру бронзового века (см. БРОНЗОВЫЙ ВЕК) (конец 4 — начало 1 тысячелетия до нашей эры) и в дальнейшем сопровождало развитие цивилизации на всех этапах. Медь и ее использовались для изготовления посуды, утвари, украшений, различных художественных изделий. Особенно велика была роль бронзы (см. БРОНЗА) .
С 20 века главное применение меди обусловлено ее высокой электропроводимостью. Более половины добываемой меди используется в электротехнике для изготовления различных проводов, кабелей, токопроводящих частей электротехнической аппаратуры. Из-за высокой теплопроводности медь — незаменимый материал различных теплообменников и холодильной аппаратуры. Широко применяется медь в гальванотехнике — для нанесения медных покрытий, для получения тонкостенных изделий сложной формы, для изготовления клише в полиграфии и др.
Большое значение имеют медные сплавы — латуни (см. ЛАТУНЬ) (основная добавка цинк, Zn), бронзы (сплавы с разными элементами, главным образом металлами — оловом, алюминием, берилием, свинцом, кадмием и другими, кроме цинка и никеля) и медно-никелевые сплавы, в том числе мельхиор (см. МЕЛЬХИОР) и нейзильбер (см. НЕЙЗИЛЬБЕР) . В зависимости от марки (состава) сплавы используются в самых различных областях техники как конструкционные, антидикционные, стойкие к коррозии материалы, а также как материалы с заданной электро- и теплопроводностью Так называемые монетные сплавы (медь с алюминием и медь с никелем) применяют для чеканки монет — «меди» и «серебра»; но медь входит в состав и настоящих монетного серебра и монетного золота.
Биологическая роль
Медь присутствует во всех организмах и принадлежит к числу микроэлементов, необходимых для их нормального развития (см. Биогенные элементы (см. БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) ). В растениях и животных содержание меди варьируется от 10^-15 до 10^-3 %. Мышечная ткань человека содержит 1·10^-3 % меди, костная ткань — (1—26) ·10^-4%, в крови присутствует 1,01 мг/л меди. Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 72 мг меди. Основная роль меди в тканях растений и животных — участие в ферментативном катализе. Медь служит активатором ряда реакций и входит в состав медьсодержащих ферментов, прежде всего оксидаз (см. ОКСИДАЗЫ), катализирующих реакции биологического окисления. Медьсодержащий белок пластоцианин участвует в процессе фотосинтеза (см. ФОТОСИНТЕЗ). Другой медьсодержащий белок, гемоцианин (см. ГЕМОЦИАНИН), выполняет роль гемоглобина (см. ГЕМОГЛОБИН) у некоторых беспозвоночных. Так как медь токсична, в животном организме она находится в связанном состоянии. Значительная ее часть входит в состав образующегося в печени белка церулоплазмина, циркулирующего с током крови и деставляющего медь к местам синтеза других медьсодержащих белков. Церулоплазмин обладает также каталитической активностью и участвует в реакциях окисления. Медь необходима для осуществления различных функций организма — дыхания, кроветворения (стимулирует усвоение железа и синтез гемоглобина), обмена углеводов и минеральных веществ. Недостаток меди вызывает болезни как растений, так и животных и человека. С пищей человек ежедневно получает 0,5—6 мг меди.
Сульфат меди и другие соединения меди используют в сельском хозяйстве в качестве микроудобрений и для борьбы с различными вредителями растений. Однако при использовании соединений меди, при работах с ними нужно учитывать, что они ядовиты. Попадание солей меди в организм приводит к различным заболеваниям человека. ПДК для аэрозолей меди составляет 1 мг/м³, для питьевой воды содержание меди должно быть не выше 1,0 мг/л.

dic.academic.ru

медь — это… Что такое медь?

медь — металл розовато-красного цвета, пластичный, с высокими коррозионной стойкостью, электро- и теплопроводностью. В древности из меди изготовляли различные бытовые изделия и орудия труда. Ныне она — один из наиболее ценных конструкционных материалов. Медь используют для изготовления кабелей, проводов, деталей электротехнических установок, в химическом машиностроении и теплотехнике. Широко распространены сплавы на основе меди: бронза, латунь, мельхиор, константан.

Бронза — сплав меди с различными элементами: оловом, алюминием, свинцом, марганцем и т. д., кроме цинка и никеля (сплав меди с цинком называется латунью, а с никелем — медно-никелевым сплавом). Имеет золотисто-жёлтый цвет; при окислении поверхностного слоя приобретает другую окраску — от зелёной до густокоричневой и чёрной; применяется для изготовления сантехнических приборов, деталей машин, художественных изделий и т. д.

Латунь — сплав меди с цинком, часто с добавками алюминия, никеля, железа, марганца, олова и другие.гих элементов. Имеет цвет от красноватого до золотисто-жёлтого в зависимости от содержания цинка. Из латуни протягивают прутки, прокатывают листы, получают изделия литьём, ковкой, штамповкой и прессованием; изготовляют винты, гайки, детали сантехнического оборудования и электротехнических устройств; применяется в художественном литье, чеканке, гравировке, ювелирном деле.

Мельхиор — коррозионностойкий сплав меди с никелем (5—30%), иногда с добавлением железа (0,8%) и марганца (1%). По внешнему виду напоминает серебро; применяется для производства посуды, создания художественных изделий и в других целях.

Константан — сплав меди с никелем (39—41%) и марганцем (1—2%). Обладает относительно высоким электрическим сопротивлением; используется для изготовления реостатов, резисторов, термопар.

Энциклопедия «Жилище». — М.: Большая Российская энциклопедия. А. А. Богданов, В. И. Бородулин, Е. А. Карнаухов, В. И. Штейман. 1999.

house.academic.ru

Физические и механические свойства меди

<< Назад

Медь — один из первых металлов, которые человек начал применять для технических целей. Вместе с золотом, серебром, железом, оловом, свинцом и ртутью, медь известна людям с древнейших времен и сохраняет свое важное техническое значение до наших дней.

Медь или Сu(29)

Медь — металл розово-красного цвета, относится к группе тяжелых металлов, является отличным проводником тепла и электрического тока. Электропроводность меди в 1,7 раза выше, чем у алюминия, и в 6 раз выше, чем у железа.

Латинское название меди Cuprum произошло от названия острова Кипр, где уже в III в. до н. э. существовали медные рудники и выплавлялась медь. Около II — III в. выплавка меди производилась в широком масштабе в Египте, в Месопотамии, на Кавказе, в других странах древнего мира. Но, тем не менее, медь — далеко не самый распространенный в природе элемент: содержание меди в земной коре составляет 0,01%, а это лишь 23-е место среди всех встречающихся элементов.

Получение меди

В природе медь присутствует в виде сернистых соединений, оксидов, гидрокарбонатов, углекислых соединений, в составе сульфидных руд и самородной металлической меди. 

Наиболее распространенные руды — медный колчедан и медный блеск, содержащие 1-2 % меди.

90 % первичной меди получают пирометаллургическим способом, 10 % — гидрометаллургическим. Гидрометаллургический способ — это получение меди путём её выщелачивания слабым раствором серной кислоты и последующего выделения металлической меди из раствора. Пирометаллургический способ состоит из нескольких этапов: обогащения, обжига, плавки на штейн, продувки в конвертере, рафинирования.

Для обогащения медных руд используется метод флотации (основан на использовании различной смачиваемости медьсодержащих частиц и пустой породы), который позволяет получать медный концентрат, содержащий от 10 до 35 % меди. 

Медные руды и концентраты с большим содержанием серы подвергаются окислительному обжигу. В процессе нагрева концентрата или руды до 700-800°C в присутствии кислорода воздуха, сульфиды окисляются и содержание серы снижается почти вдвое от первоначального. Обжигают только бедные (с содержанием меди от 8 до 25 %) концентраты, а богатые (от 25 до 35 % меди) плавят без обжига.

После обжига руда и медный концентрат подвергаются плавке на штейн, представляющий собой сплав, содержащий сульфиды меди и железа . Штейн содержит от 30 до 50 % меди, 20-40 % железа, 22-25 % серы, кроме того, штейн содержит примеси никеля, цинка, свинца, золота, серебра. Чаще всего плавка производится в пламенных отражательных печах. Температура в зоне плавки 1450°C. 

С целью окисления сульфидов и железа, полученный медный штейн подвергают продувке сжатым воздухом в горизонтальных конвертерах с боковым дутьём. Образующиеся окислы переводят в шлак. Температура в конвертере составляет 1200-1300°C. Интересно, что тепло в конвертере выделяется за счёт протекания химических реакций, без подачи топлива. Таким образом, в конвертере получают черновую медь, содержащую 98,4 — 99,4 % меди, 0,01 — 0,04 % железа, 0,02 — 0,1 % серы и небольшое количество никеля, олова, сурьмы, серебра, золота. Эту медь сливают в ковш и разливают в стальные изложницы или на разливочной машине.

Далее, для удаления вредных примесей, черновую медь рафинируют (проводят огневое, а затем электролитическое рафинирование). Сущность огневого рафинирования черновой меди заключается в окислении примесей, удалении их с газами и переводе в шлак. После огневого рафинирования получают медь чистотой 99,0 — 99,7%. Её разливают в изложницы и получают чушки для дальнейшей выплавки сплавов (бронзы и латуни) или слитки для электролитического рафинирования.

Электролитическое рафинирование проводят для получения чистой меди (99,95% ). Электролиз проводят в ваннах, где анод — из меди огневого рафинирования, а катод — из тонких листов чистой меди. Электролитом служит водный раствор. При пропускании постоянного тока анод растворяется, медь переходит в раствор, и, очищенная от примесей, осаждается на катодах. Примеси оседают на дно ванны в виде шлака, который идёт на переработку с целью извлечения ценных металлов. Катоды выгружают через 5-12 дней, когда их масса достигнет от 60 до 90 кг. Их тщательно промывают, а затем переплавляют в электропечах.

Кроме этого, существуют технологии получения меди из лома. В частности, путем огневого рафинирования из лома получают рафинированную медь.
По чистоте медь делится на марки: М0 (99,95% Cu), М1 (99,9%), М2(99,7%), М3 (99,5%), М4 (99%).

Химические свойства меди

Медь — малоактивный металл, который не взаимодействует с водой, растворами щелочей, соляной и разбавленной серной кислотой. Однако, медь растворяется в сильных окислителях (например, азотной и концентрированной серной).

Медь обладает достаточно высокой стойкостью к коррозии. Однако, во влажной атмосфере, содержащей углекислый газ, поверхность металла покрывается зеленоватым налетом (патиной).

Основные физические свойства меди

Температура плавления °C	1084
Температура кипения °C	2560
Плотность, γ при 20°C, кг/м³	8890
Удельная теплоемкость при постоянном давлении, Ср при 20°C, кДж/(кг•Дж)	385
Температурный коэфициент линейного разширения, а•106 от 20 до 100°C, К-1	16,8
Удельное електрическое сопротивление, р при 20°C, мкОм•м	0,01724
Теплопроводность λ при 20°C, Вт/(м•К)	390
Удельная электрическая проводимость, ω при 20°C, МОм/м	58

Механические свойства меди

Свойства	Состояние
	Деформированное	Отожженное
Предел прочности на разрыв, σ МПа	340 — 450	220 — 245
Относительное удлинение после разрыва, δ ψ%	4 — 6	45 — 55
Относительное сужение, после разрыва, %	40 — 60	65 — 80
Твердость по Бринеллю, НВ	90 — 110	35 — 55

При отрицательных температурах медь имеет более высокие прочностные свойства и более высокую пластичность, чем при температуре 20°С. Признаков холодноломкости техническая медь не имеет. С понижением температуры увеличивается предел текучести меди и резко возрастает сопротивление пластической деформации.

Применение меди 

Такие свойства меди, как электропроводность и теплопроводность, обусло- вили основную область применения меди — электротехническая промыш- ленность, в частности, для изготовления проводов, электродов и т. д. Для этой цели применяется чистый металл (99,98-99,999%), прошедший электролитическое рафинирование. 

Медь обладает многочисленными уникальными свойствами: устойчивостью к коррозии, хорошей технологичностью, достаточно долгим сроком службы, прекрасно сочетается с деревом, природным камнем, кирпичом и стеклом. Благодаря своим уникальным свойствам, с древнейших времен этот металл используется в строительстве: для кровли, украшения фасадов зданий и т. д. Срок службы медных строительных конструкций исчисляется сотнями лет. Кроме этого, из меди изготовлены детали химической аппаратуры и инструмент для работы с взрывоопасными или легковоспламеняющимися веществами. 

Очень важная область применения меди — производство сплавов. Один из самых полезных и наиболее употребляемых сплавов — латунь (или желтая медь). Ее главные составные части: медь и цинк. Добавки других элементов позволяют получать латуни с самыми разнообразными свойствами. Латунь тверже меди, она ковкая и вязкая, потому легко прокатывается в тонкие листы или выштамповывается в самые разнообразные формы. Одна беда: она со временем чернеет. 

С древнейших времен известна бронза. Интересно, что бронза более легкоплавка по сравнению с медью, но по своей твердости превосходит отдельно взятые чистые медь и олово. Если еще 30-40 лет назад бронзой называли только сплавы меди с оловом, то сегодня уже известны алюминиевые, свинцовые, кремниевые, марганцевые, бериллиевые, кадмиевые, хромовые, циркониевые бронзы.

Медные сплавы, так же как и чистая медь, с давних пор используются для производства различных орудий, посуды, применяются в архитектуре и искусстве. 

Медные чеканки и бронзовые статуи украшали жилище людей с древних времен. До наших дней сохранились изделия из бронзы мастеров Древнего Египта, Греции, Китая. Большими мастерами в области бронзового литья были японцы. Гигантская фигура Будды в храме Тодайдзи, созданная в VIII веке, весит более 400 тонн. Чтобы отлить такую статую, требовалось поистине выдающееся мастерство.

Интересное о меди

Среди товаров, которыми торговали в далекие времена александрийские купцы, большой популярностью пользовалась «медная зелень». С помощью этой краски модницы подводили зеленые круги под глазами — в те времена это считалось проявлением хорошего вкуса. 

С древних времен люди верили в чудодейственные свойства меди и исполь- зовали этот металл при лечении многих недугов. Считалось, что медный браслет, одетый на руку, приносит своему владельцу удачу и здоровье, нормализует давление, препятствует отложению солей. 

Многие народы и в настоящее время приписывают меди целебные свойст- ва. Жители Непала, например, считают медь священным металлом, который способствует сосредоточению мыслей, улучшает пищеварение и лечит желудочно-кишечные заболевания (больным дают пить воду из стакана, в котором лежат несколько медных монет). Один из самых больших и красивых храмов в Непале носит название «Медный».

Был случай, когда медная руда стала… виновником аварии, которую потер- пело норвежское грузовое судно «Анатина». Трюмы теплохода, направляв- шегося к берегам Японии, были заполнены медным концентратом. Внезапно прозвучал сигнал тревоги: судно дало течь.

Оказалось, что медь, содержащаяся в концентрате, образовала со сталь- ным корпусом «Анатины» гальваническую пару, а испарения морской воды послужили электролитом. Возникший гальванический ток разъел обшивку судна до такой степени, что в ней появились дыры, куда и хлынула океан- ская вода.

<< Назад

melita.com.ua

Медь — Википедия (с комментариями)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

29 Никель ← Медь → Цинк Cu ↓ Ag <imagemap>: неверное или отсутствующее изображение 29Cu
Внешний вид простого вещества
Пластичный металл золотисто-розового цвета
Свойства атома
Название, символ, номер	Медь/Cuprum (Cu), 29
Атомная масса (молярная масса)	63,546(3)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d10 4s1
Радиус атома	128 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	117 пм
Радиус иона	(+2e) 73 (+1e) 77 (K=6) пм
Электроотрицательность	1,90 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	+0,337 В/ +0,521 В
Степени окисления	3, 2, 1, 0
Энергия ионизации (первый электрон)	745,0 (7,72) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	8,92 г/см³
Температура плавления	1356,55 K (1 083,4 °С)
Температура кипения	2840,15 K
Уд. теплота плавления	13,01 кДж/моль
Уд. теплота испарения	304,6 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,44[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём	7,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая гранецентрированая
Параметры решётки	3,615 Å
Температура Дебая	315 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 401 Вт/(м·К)

Медь — элемент одиннадцатой группы четвёртого периода (побочной подгруппы первой группы) периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 29. Обозначается символом Cu (лат. Cuprum). Простое вещество медь — это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). C давних пор широко используется человеком.

История

Медь — один из первых металлов, широко освоенных человеком из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления. Он входит в семёрку металлов, известных человеку с очень древних времён^[3]. Этот металл встречается в природе в самородном виде чаще, чем золото, серебро и железо. Одни из самых древних изделий из меди, а также шлак — свидетельство выплавки её из руд — найдены на территории Турции, при раскопках поселения Чатал-Гююк^[4]. Медный век, когда значительное распространение получили медные предметы, следует во всемирной истории за каменным веком. Экспериментальные исследования С. А. Семёнова с сотрудниками показали, что, несмотря на мягкость меди, медные орудия труда по сравнению с каменными дают значительный выигрыш в скорости рубки, строгания, сверления и распилки древесины, а на обработку кости затрачивается примерно такое же время, как для каменных орудий^[5].

В древности медь применялась также в виде сплава с оловом — бронзы — для изготовления оружия и т. п., бронзовый век пришел на смену медному. Сплав меди с оловом (бронзу) получили впервые за 3000 лет до н. э. на Ближнем Востоке. Бронза привлекала людей прочностью и хорошей ковкостью, что делало её пригодной для изготовления орудий труда и охоты, посуды, украшений. Все эти предметы находят в археологических раскопах. На смену бронзовому веку относительно орудий труда пришёл железный век.

Первоначально медь добывали из малахитовой руды, а не из сульфидной, так как она не требует предварительного обжига. Для этого смесь руды и угля помещали в глиняный сосуд, сосуд ставили в небольшую яму, а смесь поджигали. Выделяющийся угарный газ восстанавливал малахит до свободной меди:

<math>\mathsf{2CO + (CuOH)_2CO_3 \rightarrow 2Cu + 3CO_2 + H_2O}</math>

На Кипре уже в III тысячелетии до н. э. существовали медные рудники и производилась выплавка меди.

На территории России и сопредельных стран медные рудники появились за два тысячелетия до н. э. Остатки их находят на Урале (наиболее известное месторождение — Каргалы), в Закавказье, на Украине, в Сибири, на Алтае.

В XIII—XIV вв. освоили промышленную выплавку меди. В Москве в XV в. был основан Пушечный двор, где отливали из бронзы орудия разных калибров. Много меди шло на изготовление колоколов. Из бронзы были отлиты такие произведения литейного искусства, как Царь-пушка (1586 г.), Царь-колокол (1735 г.), Медный всадник (1782 г.), в Японии была отлита статуя Большого Будды (храм Тодай-дзи) (752 г.).

С открытием электричества в XVIII—XIX вв. большие объёмы меди стали идти на производство проводов и других связанных с ним изделий. И хотя в XX в. провода часто стали делать из алюминия, медь не потеряла значения в электротехнике^[6].

Происхождение названия

Латинское название меди Cuprum (древн. Aes cuprium, Aes cyprium) произошло от названия острова Кипр, где было богатое месторождение.

У Страбона медь именуется халкосом, от названия города Халкиды на Эвбее. От этого слова произошли многие древнегреческие названия медных и бронзовых предметов, кузнечного ремесла, кузнечных изделий и литья. Второе латинское название меди Aes (санскр. ayas, готское aiz, герм. erz, англ. ore) означает руда или рудник.

Слова медь и медный встречаются в древнейших русских литературных памятниках. Славянское *mědь «медь» не имеет чёткой этимологии, возможно, исконное слово^[7][8]. В. И. Абаев предполагал происхождение слова от названия страны Мидия: *Мѣдь из ир. Мādа- через посредство греч. Μηδία^[9]. Согласно этимологии М. Фасмера, слово «медь» родственно др-герм. smid «кузнец», smîdа «металл»^[9].

Медь обозначалась алхимическим символом «♀» — «зеркало Венеры», и иногда сама медь именовалась алхимиками тоже как «венера». Это связано с тем, что богиня красоты Венера (Афродита), являлась богиней Кипра^[10], и из меди делались зеркала. Этот символ Венеры также был изображён на брэнде Полевского медеплавильного завода, им с 1735 по 1759 годы клеймилась полевская медь, и изображён на современном гербе города Полевской^[10][11] С Гумёшевским рудником Полевского, — крупнейшим в XVIII—XIX веках месторождением медных руд Российской империи на Среднем Урале, — связан известный персонаж сказов П. П. Бажова — Хозяйка медной горы, покровительница добычи малахита и меди. По одной из гипотез, она является преломленным народным сознанием образом богини Венеры^[10].

В более древние времена встречается название «марс» (Mars).К:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан)^{[источник не указан 1521 день]}

Нахождение в природе

Среднее содержание меди в земной коре (кларк) — (4,7-5,5)·10⁻³% (по массе)^[2]. В морской и речной воде содержание меди гораздо меньше: 3·10⁻⁷% и 10⁻⁷% (по массе) соответственно^[2].

Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS₂, также известный как медный колчедан, халькозин Cu₂S и борнит Cu₅FeS₄. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu₂O, азурит Cu₃(CO₃)₂(OH)₂, малахит Cu₂CO₃(OH)₂. Иногда медь встречается в самородном виде, масса отдельных скоплений может достигать 400 тонн^[12]. Сульфиды меди образуются в основном в среднетемпературных гидротермальных жилах. Также нередко встречаются месторождения меди в осадочных породах — медистые песчаники и сланцы. Наиболее известные из месторождений такого типа — Удокан в Забайкальском крае, Жезказган в Казахстане, меденосный пояс Центральной Африки и Мансфельд в Германии. Другие самые богатые месторождения меди находятся в Чили (Эскондида и Кольяуси) и США (Моренси)^[13].

Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,3 до 1,0 %.

Физические свойства

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

Наряду с осмием, цезием и золотом, медь — один из четырёх металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов. Этот цветовой оттенок объясняется наличием электронных переходов между заполненной третьей и полупустой четвёртой атомными орбиталями: энергетическая разница между ними соответствует длине волны оранжевого света. Тот же механизм отвечает за характерный цвет золота.

Медь образует кубическую гранецентрированную решётку, пространственная группа F m3m, a = 0,36150 нм, Z = 4.

Медь обладает высокой тепло-^[14] и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности среди металлов после серебра). Удельная электропроводность при 20 °C: 55,5-58 МСм/м^[15]. Медь имеет относительно большой температурный коэффициент сопротивления: 0,4 %/°С и в широком диапазоне температур слабо зависит от температуры. Медь является диамагнетиком.

Существует ряд сплавов меди: латуни — с цинком, бронзы — с оловом и другими элементами, мельхиор — с никелем и другие.

Изотопы меди

Природная медь состоит из двух стабильных изотопов — ⁶³Cu и ⁶⁵Cu с распространённостью 69,1 и 30,9 атомных процентов соответственно. Известны более двух десятков нестабильных изотопов, самый долгоживущий из которых ⁶⁷Cu с периодом полураспада 62 часа^[16].

Получение

Медь получают из медных руд и минералов. Основные методы получения меди — пирометаллургия, гидрометаллургия и электролиз.

Пирометаллургический метод

Пирометаллургический метод заключается в получении меди из сульфидных руд, например, халькопирита CuFeS₂. Халькопиритное сырье содержит 0,5-2,0 % Cu. После флотационного обогащения исходной руды концентрат подвергают окислительному обжигу при температуре 1400°:

<math>\mathsf{ 2CuFeS_2 + O_2 \longrightarrow 2Cu_2S + 2FeS + SO_2\uparrow }</math>

<math>\mathsf{ 2FeS + 3O_2 \longrightarrow 2FeO + 2SO_2\uparrow }</math>

Затем обожженный концентрат подвергают плавке на штейн. В расплав для связывания оксида железа добавляют кремнезём:

<math>\mathsf{ FeO + SiO_2 \longrightarrow FeSiO_3 }</math>

Образующийся силикат в виде шлака всплывает и его отделяют. Оставшийся на дне штейн — сплав сульфидов FeS и Cu₂S — подвергают бессемеровской плавке. Для этого расплавленный штейн переливают в конвертер, в который продувают кислород. При этом оставшийся сульфид железа окисляется до оксида и с помощью кремнезема выводится из процесса в виде силиката. Сульфид меди частично окисляется до оксида и затем восстанавливается до металлической меди:

<math>\mathsf{ 2Cu_2S + 3O_2 \longrightarrow 2Cu_2O + 2SO_2 }</math>

<math>\mathsf{ 2Cu_2O + Cu_2S \longrightarrow 6Cu + SO_2 }</math>

Получаемая черновая медь содержит 90,95 % металла и подвергается дальнейшей электролитической очистке с использованием в качестве электролита подкисленного раствора медного купороса. Образующаяся на катоде электролитическая медь имеет высокую чистоту до 99,99 % и используется для изготовления проводов, электротехнического оборудования, а также сплавов.

Гидрометаллургический метод

Гидрометаллургический метод заключается в растворении минералов меди в разбавленной серной кислоте или в растворе аммиака; из полученных растворов медь вытесняют металлическим железом:

<math>\mathsf{ CuSO_4 + Fe \longrightarrow Cu\downarrow + FeSO_4 }</math>

Электролизный метод

Электролиз раствора сульфата меди:

<math>\mathsf{ CuSO_4 \rightleftarrows Cu^{2+}+ SO_4^{2-} }</math>

<math>\mathsf{ K^{-}: Cu^{2+}+ 2e \longrightarrow Cu^{0} }</math>

<math>\mathsf{ A^{+}: 2H_2O — 4e \longrightarrow O_2 + 4H^{+} }</math>

<math>\mathsf{ 2CuSO_4 + 2H_2O \longrightarrow 2Cu\downarrow + O_2\uparrow +2H_2SO_4 }</math>

Химические свойства

Возможные степени окисления

В соединениях медь проявляет две степени окисления: +1 и +2. Первая из них склонна к диспропорционированию и устойчива только в нерастворимых соединениях (Cu₂O, CuCl, CuI и т. п.) или комплексах (например, [Cu(NH₃)₂]⁺). Её соединения бесцветны. Более устойчива степень окисления +2, которая даёт соли синего и сине-зелёного цвета. В необычных условиях можно получить соединения со степенью окисления +3 и даже +5. Последняя встречается в солях купраборанового аниона Cu(B₁₁H₁₁)₂³⁻, полученных в 1994 году.

Простое вещество

Не изменяется на воздухе в отсутствие влаги и диоксида углерода. Является слабым восстановителем, не вступает в реакцию с водой и разбавленной соляной кислотой. Окисляется концентрированными серной и азотной кислотами, «царской водкой», кислородом, галогенами, халькогенами, оксидами неметаллов. Вступает в реакцию при нагревании с галогеноводородами.

На влажном воздухе медь окисляется, образуя основный карбонат меди(II) (внешний слой патины):

<math>\mathsf{ 2Cu + H_2O + CO_2 + O_2 \longrightarrow \ Cu_2CO_3(OH)_2\downarrow }</math>

Реагирует с концентрированной холодной серной кислотой:

<math>\mathsf{ Cu + H_2SO_4 \longrightarrow \ CuO + SO_2\uparrow\ + H_2O }</math>

С концентрированной горячей серной кислотой:

<math>\mathsf{ Cu + 2H_2SO_4 \longrightarrow \ CuSO_4 + SO_2\uparrow\ + 2H_2O }</math>

С безводной горячей серной кислотой:

<math>\mathsf{ 2Cu + 2H_2SO_4 \ \xrightarrow{200^oC} \ Cu_2SO_4\downarrow + SO_2\uparrow\ + 2H_2O}</math>

C разбавленной серной кислотой при нагревании в присутствии кислорода воздуха:

<math>\mathsf{ 2Cu + 2H_2SO_4 + O_2 \xrightarrow{t^\circ }\ 2CuSO_4 + 2H_2O}</math>

С концентрированной азотной кислотой:

<math>\mathsf{ Cu + 4HNO_3 \longrightarrow \ Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O}</math>

С разбавленной азотной кислотой:

<math>\mathsf{ 3Cu + 8HNO_3 \longrightarrow \ 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O}</math>

С «царской водкой»:

<math>\mathsf{ 3Cu + 2HNO_3 + 6HCl \longrightarrow \ 3CuCl_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O}</math>

С концентрированной горячей соляной кислотой:

<math>\mathsf{ 2Cu + 4HCl \longrightarrow\ 2H[CuCl_2] + H_2\uparrow}</math>

C разбавленной хлороводородной кислотой в присутствии кислорода:

<math>\mathsf{ 2Cu + 4HCl + O_2\longrightarrow \ 2CuCl_2 + 2H_2O}</math>

С газообразным хлороводородом при 500—600 °C:

<math>\mathsf{ 2Cu + 4HCl + O_2\ \xrightarrow{500-600^oC} \ 2CuCl_2 + 2H_2O }</math>

С бромоводородом:

<math>\mathsf{ 2Cu + 4HBr \longrightarrow \ 2H[CuBr_2] + H_2\uparrow}</math>

Также медь реагирует с концентрированной уксусной кислотой в присутствии кислорода:

<math>\mathsf{ 2Cu + 4CH_3COOH + O_2\longrightarrow \ [Cu_2(H_2O)_2(CH_3COO)_4]}</math>

Медь растворяется в концентрированном гидроксиде аммония, с образованием аммиакатов:

<math>\mathsf{ Cu \xrightarrow{NH_3\cdot H_2O, O_2}\ [Cu(NH_3)_2]OH\rightleftarrows \ [Cu(NH_3)_4](OH)_2}</math>

Окисляется до оксида меди(I) при недостатке кислорода и 200 °C и до оксида меди(II), при избытке кислорода и температурах порядка 400—500 °C:

<math>\mathsf{ 4Cu + O_2 \ \xrightarrow{200^oC} \ 2Cu_2O}</math>

<math>\mathsf{ 2Cu + O_2 \ \xrightarrow{400-500^oC} \ 2CuO}</math>

Медный порошок реагирует с хлором, серой (в жидком сероуглероде) и бромом (в эфире), при комнатной температуре:

<math>\mathsf{ Cu + Cl_2\longrightarrow \ CuCl_2}</math>

<math>\mathsf{ Cu + Br_2\longrightarrow \ CuBr_2}</math>

<math>\mathsf{ Cu + S\ \xrightarrow{CS_2} \ CuS}</math>

При 300—400 °C реагирует с серой и селеном:

<math>\mathsf{ 2Cu + S\ \xrightarrow{300-400^oC} \ Cu_2S}</math>

<math>\mathsf{ 2Cu + Se\ \xrightarrow{300-400^oC} \ Cu_2Se}</math>

C оксидами неметаллов:

<math>\mathsf{ 4Cu + SO_2\ \xrightarrow{600-800^oC} \ Cu_2S + 2CuO}</math>

<math>\mathsf{ 2Cu + 2NO\ \xrightarrow{500-600^oC} \ 2CuO + N_2\uparrow}</math>

<math>\mathsf{ 4Cu + 2NO_2\ \xrightarrow{500-600^oC} \ 4CuO + N_2\uparrow}</math>

<math>\mathsf{ Cu + 2N_2O_4\ \xrightarrow{80^oC, CH_3-COO-CH_2-CH_3} \ Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow}</math>

С концентрированной соляной кислотой и хлоратом калия:

<math>\mathsf{ 6Cu + 12HCl + KClO_3\longrightarrow \ 6H[CuCl_2] + 2KCl + 3H_2O}</math>

Соединения меди(I)

Степени окисления +1 соответствует оксид Cu₂O красно-оранжевого цвета. Соответствующий гидроксид CuOH (жёлтого цвета) быстро разлагается с образованием оксида. Гидроксид CuOH проявляет основные свойства.

Многие соединения меди +1 имеют белую окраску либо бесцветны. Это объясняется тем, что в ионе Сu⁺ все пять Зd-орбиталей заполнены парами электронов.

Ионы меди(I) в водном растворе неустойчивы и легко диспропорционируют:

<math>\mathsf{2Cu^+ \rightarrow Cu^{2+} + Cu\downarrow}</math>

В то же время медь(I) встречается в форме соединений, которые не растворяются в воде, либо в составе комплексов. Например, дихлорокупрат(I)-ион [CuCl₂]⁻ устойчив. Его можно получить, добавляя концентрированную соляную кислоту к хлориду меди(I):

<math>\mathsf{CuCl + Cl^- \rightarrow [CuCl_2]^-}</math>

Свойства соединений меди (I) похожи на свойства соединений серебра (I). В частности, CuCl, CuBr и CuI нерастворимы. Также существует нестабильный сульфат меди(I).

Соединения меди(II)

Степень окисления II — наиболее стабильная степень окисления меди. Ей соответствует чёрный оксид CuO и голубой гидроксид Cu(OH)₂, который при стоянии легко отщепляет воду и при этом чернеет:

<math>\mathsf{Cu(OH)_2 \rightarrow CuO + H_2O}</math>

Гидроксид меди (II) носит преимущественно основный характер и только в концентрированной щелочи частично растворяется с образованием синего гидроксокомплекса. Наибольшее значение имеет реакция гидроксида меди (II) с водным раствором аммиака, при которой образуется так называемый реактив Швейцера (растворитель целлюлозы):

<math>\mathsf{Cu(OH)_2 + 4NH_3 \rightarrow \left[ Cu(NH_3)_4 \right](OH)_2}</math>

Соли меди(II) образуются при растворении меди в кислотах-окислителях (азотной, концентрированной серной). Большинство солей в этой степени окисления имеют синюю или зелёную окраску. Соединения меди(II) обладают слабыми окислительными свойствами, что используется в анализе (например, использование реактива Фелинга).

Карбонат меди(II) имеет зелёную окраску, что является причиной позеленения элементов зданий, памятников и изделий из меди и медных сплавов при взаимодействии оксидной плёнки с углекислым газом воздуха в присутствии воды. Сульфат меди(II) при гидратации даёт синие кристаллы медного купороса CuSO₄∙5H₂O, используется как фунгицид.

Оксид меди (II) используются для получения оксида иттрия бария меди (YBa₂Cu₃O_7-δ), который является основой для получения сверхпроводников.

Соединения меди(III) и меди(IV)

Степени окисления III и IV являются малоустойчивыми степенями окисления и представлены только соединениями с кислородом, фтором или в виде комплексов.

Аналитическая химия меди

Медь можно обнаружить в растворе по зелёно-голубой окраске пламени бунзеновской горелки, при внесении в него платиновой проволочки, смоченной исследуемым раствором.

• Традиционно количественное определение меди в слабокислых растворах проводилось с помощью пропускания через него сероводорода, при этом сульфид меди выпадает в далее взвешиваемый осадок.
• В растворах, при отсутствии мешающих ионов, медь может быть определена комплексонометрически или потенциометрически, ионометрически.
• Микроколичества меди в растворах определяют кинетическими и спектральными методами.

Применение

В электротехнике

Из-за низкого удельного сопротивления (уступает лишь серебру, удельное сопротивление при 20 °C: 0,01724-0,0180 мкОм·м/^[15]), медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых и других кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмотках электроприводов (быт: электродвигателях) и силовых трансформаторов. Для этих целей металл должен быть очень чистый: примеси резко снижают электрическую проводимость. Например, присутствие в меди 0,02 % алюминия снижает её электрическую проводимость почти на 10 %^[17].

Теплообмен

Другое полезное качество меди — высокая теплопроводность. Это позволяет применять её в различных теплоотводных устройствах, теплообменниках, к числу которых относятся и широко известные радиаторы охлаждения, кондиционирования и отопления, компьютерных кулерах, тепловых трубках.

Для производства труб

В связи с высокой механической прочностью и пригодностью для механической обработки медные бесшовные трубы круглого сечения получили широкое применение для транспортировки жидкостей и газов: во внутренних системах водоснабжения, отопления, газоснабжения, системах кондиционирования и холодильных агрегатах. В ряде стран трубы из меди являются основным материалом, применяемым для этих целей: во Франции, Великобритании и Австралии для газоснабжения зданий, в Великобритании, США, Швеции и Гонконге для водоснабжения, в Великобритании и Швеции для отопления.

В России производство водогазопроводных труб из меди нормируется национальным стандартом ГОСТ Р 52318-2005^[18], а применение в этом качестве федеральным Сводом Правил СП 40-108-2004. Кроме того, трубопроводы из меди и сплавов меди широко используются в судостроении и энергетике для транспортировки жидкостей и пара.

Сплавы

Сплавы на основе меди

В разнообразных областях техники широко используются сплавы с использованием меди, самыми широко распространёнными из которых являются упоминавшиеся выше бронза и латунь. Оба сплава являются общими названиями для целого семейства материалов, в которые, помимо олова и цинка, могут входить никель, висмут и другие металлы. Например, в состав пушечной бронзы, использовавшейся для изготовления артиллерийских орудий вплоть до XIX века, входят все три основных металла — медь, олово, цинк; рецептура менялась от времени и места изготовления орудия. Большое количество латуни идёт на изготовление гильз артиллерийских боеприпасов и оружейных гильз, благодаря технологичности и высокой пластичности. Для деталей машин используют сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, кремнием и др. (а не чистую медь) из-за их большей прочности: 30—40 кгс/мм² у сплавов и 25—29 кгс/мм² у технически чистой меди. Медные сплавы (кроме бериллиевой бронзы и некоторых алюминиевых бронз) не изменяют механических свойств при термической обработке, и их механические свойства и износостойкость определяются только химическим составом и его влиянием на структуру. Модуль упругости медных сплавов (900—12000 кгс/мм², ниже, чем у стали). Основное преимущество медных сплавов — низкий коэффициент трения (что делает особенно рациональным применением их в парах скольжения), сочетающийся для многих сплавов с высокой пластичностью и хорошей стойкостью против коррозии в ряде агрессивных сред (медно-никелевые сплавы и алюминиевые бронзы) и хорошей электропроводностью. Величина коэффициента трения практически одинакова у всех медных сплавов, тогда как механические свойства и износостойкость, а также поведение в условиях коррозии зависят от состава сплавов, а следовательно, от структуры. Прочность выше у двухфазных сплавов, а пластичность у однофазных. Медноникелевый сплав (мельхиор) используются для чеканки разменной монеты^[19]. Медноникелевые сплавы, в том числе и так называемый «адмиралтейский» сплав, широко используются в судостроении (трубки конденсаторов отработавшего пара турбин, охлаждаемых забортной водой) и областях применения, связанных с возможностью агрессивного воздействия морской воды из-за высокой коррозионной устойчивости. Медь является важным компонентом твёрдых припоев — сплавов с температурой плавления 590—880 градусов Цельсия, обладающих хорошей адгезией к большинству металлов, и применяющихся для прочного соединения разнообразных металлических деталей, особенно из разнородных металлов, от трубопроводной арматуры до жидкостных ракетных двигателей.

Сплавы, в которых медь значима

Дюраль (дюралюминий) определяют как сплав алюминия и меди (меди в дюрали 4,4 %).

Ювелирные сплавы

В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациям и истиранию, так как чистое золото — очень мягкий металл и нестойко к механическим воздействиям.

Соединения меди

Оксиды меди используются для получения оксида иттрия бария меди YBa₂Cu₃O_7-δ, который является основой для получения высокотемпературных сверхпроводников. Медь применяется для производства медно-окисных гальванических элементов и батарей.

Другие сферы применения

Медь — самый широко употребляемый катализатор полимеризации ацетилена. Из-за этого трубопроводы из меди для транспортировки ацетилена можно применять только при содержании меди в сплаве материала труб не более 64 %.

Широко применяется медь в архитектуре. Кровли и фасады из тонкой листовой меди из-за автозатухания процесса коррозии медного листа служат безаварийно по 100—150 лет. В России использование медного листа для кровель и фасадов нормируется федеральным Сводом Правил СП 31-116-2006^[20].

Прогнозируемым новым массовым применением меди обещает стать её применение в качестве бактерицидных поверхностей в лечебных учреждениях для снижения внутрибольничного бактериопереноса: дверей, ручек, водозапорной арматуры, перил, поручней кроватей, столешниц — всех поверхностей, к которым прикасается рука человека.

Пары меди используются в качестве рабочего тела в лазерах на парах меди, на длинах волн генерации 510 и 578 нм^[21].

Стоимость

В январе 2008 года, впервые за всю историю, на Лондонской бирже металлов цены на медь превысили 8000 долларов США за тонну. В начале июля цены возросли до 8940 долларов за тонну, что стало абсолютным рекордом начиная с 1979 года — момента начала ведения торгов на ЛБМ. Цена достигла пика в почти 10,2 тыс. долл. в феврале 2011 г.^[22]

На 2011 год стоимость меди составляет около $8900 за тонну^[23]. Вследствие торможения мировой экономики цена на большинство видов сырья упала, и стоимость 1 тонны меди на 1 сентября 2016 не превышает $4700^[24]

Биологическая роль

Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных. В токе крови медь переносится главным образом белком церулоплазмином. После усваивания меди кишечником она транспортируется к печени с помощью альбумина.

Медь встречается в большом количестве ферментов, например, в цитохром-с-оксидазе, в содержащем медь и цинк ферменте супероксид дисмутазе, и в переносящем молекулярный кислород белке гемоцианине. В крови всех головоногих и большинства брюхоногих моллюсков и членистоногих медь входит в состав гемоцианина в виде имидазольного комплекса иона меди, роль, аналогичная роли порфиринового комплекса железа в молекуле белка гемоглобина в крови позвоночных животных.

Предполагается, что медь и цинк конкурируют друг с другом в процессе усваивания в

wiki-org.ru

Медь и ее основные и популярные сплавы. Маркировка по ГОСТ.

 
Медь и ее сплавы — отличное вещество, которое применяется во всех отраслях промышленности. Сейчас сложно представить жизнь без этого металла.

Медь — металл, который необходимый во всех отраслях промышленности

Основные факты

Медь является очень важным материалом для человека. Первыми орудиями труда у людей были именно медные изделия. Раньше обработка металла производилась холодным методом, что подтверждают различные археологические находки на территории Северной Америки. Еще до приезда Колумба индейцы сохранили такие традиции. Установлено, что еще 7 000 лет назад человек добывал и использовал медную руду. Именно благодаря его податливости он стал очень популярным.

Медь имеет красноватый оттенок за счет небольшого количества кислорода в составе. Если полностью исключить этот элемент, то оттенок будет желтоватым. Если начистить медь, то она будет иметь яркий блеск. Чем больше будет валентность, тем слабее оттенок. К примеру, медные карбонаты обычно имеют зеленый либо синий цвет.

После серебра медь является вторым металлом, который обладает хорошей электропроводностью. Из-за этого он активно применяется в электронике. Медь плохо реагирует на кислород. Она покрывается пленкой из-за окисления на свежем воздухе.

Медный оксид можно получить, если прокалить медь, гидрокарбонат или нитрат на воздухе. Это соединение способно окисляюще воздействовать на соединения органического характера.

Если растворить медь в серной кислоте, то выходит медный купорос. Его применяют в химической промышленности, а также использует в качестве профилактики вредителей урожая.

В зависимости от влияния примесей на характер общего медного сплава можно выделить 3 основные группы.

• К первой относятся те соединения, которые вместе с медью создают твердые вещества. Это касается мышьяка и сурьмы. Сюда же относятся железо, цинк, никель, олово, алюминий, фосфор и прочие.
• Вторую группу составляют соединения, которые практически не растворяются в меди. Примером является висмут, свинец и прочие. Из-за них обработка посредством давления затруднена. На способность к электропроводности это практически не влияет.
• Третья группа — это сера и кислород. Вместе с медью они создают химические соединения, которые отличаются своей хрупкостью.

Маркировка по ГОСТ

Существуют различные маркировки меди

В зависимости от добавок, примесей и их доли в общем объеме, сплав имеет разные свойства. Это может быть устойчивость к коррозии, прочность, антифрикционный эффект и прочее. Самыми распространенными являются смеси меди с алюминием, цинком, марганцем, магнием. Но в промышленности применяются варианты и с другими химическими веществами.

Разработано специальная таблица с маркировкой меди и ее характеристиками. Она применяется, когда нужно определить состав по классификации ГОСТ.

• К примеру, в Марке М00 содержание меди должно быть не менее 99,99%.
• В марке М0 содержится примерно 99,95% меди. В марке М0б присутствует примерно 99,97% основного компонента.
• Если медь обозначается как М1, это значит, что ее доля во всем составе около 99,9%.
• Если имеется пометка М1р, то это означает, что в веществе содержится 99,9 меди.
• Если имеется обозначение М2, то меди будет 99,7%, а вот в марке М2р тоже такая же концентрация основного компонента.
• Если пишется марка М3 иМ3р, то количество меди составляет 99,5%. Если марка М4, то количество основного вещества равняется 99%.
• Несмотря на то что количество меди в марках М1 и М1р, М2 и М2р, М3 и М3р одинаковое, при этом в продуктах с буквой «р» содержание кислорода меньше и составляет только не более 0,01%, а вот в других — примерно 0,05-0,08%. Кроме того, в состав включен фосфор, но его доля не более 0,04%.

А вот в продукте с маркой М0б совсем отсутствует кислород, в отличие от продукта с пометкой М0, где содержание кислорода составляет примерно 0,02%.

В большинстве случаев применяется катодная медь либо полуфабрикаты из меди (это касается проката, катанок и прочих изделий). Особенности и область применения зависят от процентного содержания примесей в общем продукте. В различных марках может быть 10–50 примесей. Чаще всего медь разделяют на 2 группы:

1. Сплавы, которые содержат минимальное количество кислорода — не более 0,011%. По ГОСТу они обозначаются как М00, М01 и М3. Обычно применяются они для токопроводников либо создания сплавов, которые отличаются высокой чистотой.
2. Металл рафинированного типа, которые имеет примеси фосфора в общем объеме. Предназначен для общего применения. По ГОСТу обозначается как М1ф, М2р, М3р. Обычно применяется для создания фольги, труб и листов горячего и холоднокатаного типа.

Для создания чистых и высокоточных металлов применяется только медь той марки, где отсутствует кислород. Это очень важно для криогенной промышленности. В остальных же случаях используются другие виды меди. Например, применение бывает следующим в зависимости от марки:

1. М0 и М00 используется в производстве электропроводниковых деталей и деталей с высокой частотой. Обычно такие элементы получаются дороже, и делают их на заказ.
2. М001б и М001бф применяется для медной проволоки с небольшим диаметром сечения. Также подходит для другой проводки и электрических шин.
3. М1 (в том числе М1р, М1ре и М1ф) применяются как проводники для электрического тока. Они задействованы для создания бронзы высокого качества, где минимальное количество олова. Обычно делают электроды и прутья для сварки чугуна и прочих металлов, которые трудно сваривать.
4. М2 (в том числе М2к, М2р) используется обычно для деталей, которые применяются в криогенной промышленности. Еще подходит для литого проката, который будет подвергаться обработки под давлением.
5. М3 (в том числе М3р и М3к) подходит для производства полуфабрикатов прессованного типа либо проката плоского характера. Еще используется для проволоки, которая задействуется для сварки электромеханического характера чугунных и медных деталей.

Популярные сплавы меди

В качестве легирующего компонента в сплавах меди обычно применяется фосфор, золото, цинк и марганец. Их концентрация обычно составляет меньше 10%. Исключением является только латунь. Такая доля зависит от того, какие свойства сплавов требуются, а также учитывается его назначение.

Вот основные разновидности сплавов меди:

1. Смесь с оловом. Она считается одной из самых первых, которые были открыты. Еще в Древней Греции активно применялась для создания шедевров, которые на данный момент являются ценностью для людей. Сегодня процесс создания такого сплава значительно улучшен. Используются электрически печи дугового типа. Для защиты от окисления задействован вакуум. Сплав закаливают, чтобы увеличить его прочность и пластичность.
2. Алюминиевая бронза. Этот сплав меди и алюминия может деформироваться. Практически не подвержен коррозии. Его применяют обычно для создания деталей, которые будут подвергаться высокотемпературному воздействию.
3. Смесь меди со свинцом. Этот материал отличается антифрикционными свойствами. За счет добавления свинца значительно увеличен показатель прочности.
4. Латунь. Это сплав из 2 либо 3 компонентов.
5. Нейзильбер — сплав на основе меди, причем добавлен никель — примерно от 6 до 34%. Еще в состав включен цинк. Стоимость такого материала меньше, чем у мельхиора, однако по внешним данным, характеристикам и свойствам они идентичные.
6. Смесь меди и железа. Это возможно благодаря тому, что оба материала обладают схожими химическими показателями, но при этом температура плавления у них разная, так что выходит пористый сплав.

Сплавы с медью используют во многих отраслях промышленности

Сплавы на основе меди применяются в промышленности. Трудно найти хотя бы одну отрасль, где бы ни задействовали медь для производства различных деталей. В чистом виде металл используется в коммуникациях электротехнического типа. Камеры теплообмена, трубопровод, вакуумные механизмы на 1/3 состоят из этого металла.

Сплавы активно применяются в производстве автомобилей и сельскохозяйственного оборудования. Благодаря высокой резистентности к коррозии сплавы меди применяют для производства аппаратуры в химической отрасли. Смесь свинца и меди используется в создании техники сверхпроводникового типа.

Когда нужно сделать детали со сложным узором, то требуется сплав, обладающий пластичностью и вязкостью. Этим критериям соответствует мягкая медь. Из нее можно сделать любые шнуры и детали. Проволока хорошо гнется. К тому же ее можно соединять (паять) с серебряными и золотыми поверхностями. Сплавы меди отлично взаимодействуют с эмалью. Такая поверхность долго будет сохраняться, она не отслоится, не растрескается.

Бронза как сплав меди

Бронза как сплав меди активно используется в жизни человека

Медь и сплавы на ее основе очень разнообразны. Одним из ярких примером является бронза. Это смесь из меди, кремния, алюминия, бериллия и прочих элементов (исключением является только цинк). Марка заключается в символе Бр и других буквах, которые указывают на легирующее вещество. Затем пишется цифра, которая указывает на их пропорции. К примеру, марка БрОЦС4-4-2,5. Такой набор символов означает, что бронза содержит 4% олова, столько же цинка и 2,5% свинца. Всем остальным является уже медь.

Существует классификация по содержанию дополнительных веществ в общем сплаве. Выделяют бронзу оловянного и безоловянного типа. Последняя имеет подвиды. Характеристики бронзы:

1. Оловянная. Эта смесь с оловом имеет высокий показатель резистентности к коррозии, имеется еще и антифрикционный эффект. Благодаря этому материал часто используется в химической отрасли. Это обычно смесь с никелем. Еще могут добавлять фосфор и цинк. Последнего материала добавляют не более 10%. Благодаря этому сплав по цене недорогой, но его характеристики не изменяются. Благодаря последним двум элементам улучшается антифрикционное действие. БрОц4–5 задействуют в производстве пружин. Это касается деформируемых бронз. Относительно литейных бронз, то обычно их применяют для арматуры, антифрикционных изделий. К примеру, это БрО4Ц4С17, БрО5ЦНС5, БрО3Ц12С5.
2. Алюминиевая. Обладает хорошей сопротивляемостью коррозии в соленой воде и климатических условиях тропиков. Если бронза 1-фазная, то она отличается хорошей гибкостью и применяется для штамповки глубокого типа. Если бронза 2-фазная, то ее подвергают деформации горячего типа либо используют для фасонного литья. По литейным характеристикам алюминиевая бронза уступает оловянной, но благодаря ей получаются более плотные изделия. Примерами алюминиевой бронзы является БрАЖН10-4-4, БрА10Ж3Мц2.
3. Кремнистые. За счет добавления кремния (не более 3,5%) материал становится прочнее и эластичнее. За счет никеля и марганца улучшаются коррозионные и механические показатели. Такую бронзу легко обрабатывать с помощью резания, давления и сварки. За счет упругости, механических характеристик и устойчивости к коррозии кремнистые бронзы применяются для создания пружинящих изделий различных приборов, в том числе и радиооборудования. Причем детали устанавливают в аппаратуру, которая будет работать в агрессивных условиях — морская вода, температура до 2 500°С. Примером кремнистой бронзы является БрКМц3–1.
4. Бериллиевые. Эти сплавы отличаются тем, что они упрочнены за счет температурной обработки. Обладают высокой характеристикой к временному сопротивлению, хорошими пределами текучести, упругостью. Имеет устойчивость к коррозии. Подвергаются резанию и сварке. Активно используются для создания пружин, мембран и прочих деталей, которые будут работать на износ. Элементы обычно используются для приборов электронной техники. Примером бериллиевой бронзы является БрБ2.
5. Свинцовые. В жидкой меди свинец почти не растворяется. После того как сплав затвердеет, он будет состоять их отдельных кристаллов меди и свинца. Благодаря такой необычной структуре имеются антифрикционные свойства. Из-за этого такие сплавы применяются для создания подшипников и вкладышей, которые будут работать с высокими показателями скорости и давления. Теплопроводность бронзы БрС30 в 4 раза больше, чем у оловянных сплавов. Благодаря этому она хорошо убирает нагревание, которое возникает из-за сильного трения. Довольно часто в свинцовые сплавы добавляют олово и никель, чтобы улучшить коррозионные и механические характеристики.

Все эти разновидности бронзы активно применяются в промышленности и других отраслях.

Внимание: латунь

Под латунью понимают смесь из меди и цинка, причем последнего компонента может быть от 5 до 44%. Если в состав включен еще и цинк (от 5 до 20%), то такая латунь называется красной либо томпаком. Если содержание цинка от 20 до 35%, то латунь называется желтой. Латунь, где концентрация цинка более 45%, редко применяется на практике.

Классификация латуни следующая:

• Двухкомпонентная. Еще ее называется простой. Входит только медь, цинк и небольшое количество примесей.
• Многокомпонентная — специальная. Кроме цинка и меди в состав включены другие легирующие компоненты.

Марка латуни обозначается как буква Л и двузначное число, которое указывает на долю меди. К примеру, если марка латуни Л80, то содержание меди составляет 80%, а цинка — 20%.

Томпак может обозначаться как Л96. Тогда содержание меди составляет примерно 95-96%. Еще томпак может обозначаться как Л90. В это случае мед содержится примерно 88–91%. В обоих случаях допускается не более 0,2% примесей.

Полутомпак обозначается как Л85. Это означает, что меди в нем будет от 84 до 86%. Если полутомпак записан как Л80, то содержание меди составит от 79 до 81%. В обоих случаях допускается содержание примесей не более 0,3%.

Латунь обозначается еще как Л70. В этом случае меди будет примерно 69–72%, примесей разрешено не более 0,2%. Если марка Л68, то концентрация основного вещества — от 67 до 70%, а примесей допускается не более 0,3%. Марка Л63 предполагает, что содержание меди составит от 62 до 65%, а примесей может быть до 0,5%. Если записана марка Л69, то основного компонента будет от 59 до 62%, причем примесей — не более 1%.

Латунь 2-компонентного типа довольно просто подвергается давлению. Обычно из нее делают изделия в виде труб, листов и прочего. Латунные детали могут растрескиваться из-за большого внутреннего напряжения. Когда они долго хранятся на открытом воздухе, то появляются трещины, которые могут располагаться как по ширине, так и по длине. Чтобы предотвратить это, нужно воспользоваться низкотемпературным воздействием (температура 200–300°С).

А вот марок латуни поликомпонентного типа намного больше, чем 2-компонентного. В обозначения сначала пишется Л. Потом записаны буквы, указывающие на легирующие компоненты, которые включены в состав вещества помимо цинка. После этого идет дефис и записываются числа. Первая цифра указывает на концентрацию основного вещества (в процентах). Все остальные — это доли легирующих веществ. Их последовательность будет такой же, как и в части с буквенными обозначениями. Сначала записываются те элементы, доля которых больше. К примеру, если марка записана как ЛАЖМц66-6-3-2, то это означает, что меди содержится 66%, алюминия — 6%, железа — 3% и марганца — 2%.

Для информации

Основные легирующие вещества в латуни многокомпонентного типа следующие:

1. Марганец. Он применяется для улучшения прочности готового изделия. Повышается устойчивость к коррозии. Особенно это касается сочетания с железом. Еще это подходит для олова и алюминия.
2. Олово. Тоже используется для улучшения прочности. Еще конечное вещество будет отличаться высокой устойчивостью к коррозии, особенно в соленой воде. Такие материалы, которые имеет включения олова, часто именуются еще морскими.
3. Никель. Это вещество тоже улучшает прочность и добавляет устойчивость к коррозии, причем в различных условиях.
4. Свинец. Из-за него ухудшаются механические характеристики, но при этом улучшается способность к обработке посредством резания. Обычно добавляют немного — содержание в латуни не более 1–2%. Это используется для деталей, которые будут подвергаться обработке на станках. Вот почему такую латунь еще именуют автоматной.
5. Кремний. Из-за него твердость материала ухудшается, как и прочность. Но если добавлять сразу и кремний, и свинец, то антифрикционные свойства увеличиваются. Такой латунью можно будет заменить бронзу, которая применяется в подшипниках и считается более дорогой по цене.

Латунь — один из популярных металлов используемых в промышленности

Заключение

Медь, сплавы меди — это материалы, без которых сейчас трудно представить современный мир. Они обладают различными свойствами и используются в разных отраслях промышленности. Самыми известными сплавами являются бронза и латунь.

Похожие статьи

ometallah.com

Медь — Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия — статья

Природная медь состоит из двух стабильных нуклидов⁶³Cu (69, 09% по массе) и ⁶⁵Cu (30, 91%). Конфигурация двух внешних электронных слоев нейтрального атома меди 3s²p⁶d¹⁰4s¹. Образует соединения в степенях окисления +2 (валентность II) и +1 (валентность I), очень редко проявляет степени окисления +3 и +4.В периодической системе Менделеева медь расположена в четвертом периоде и входит в группу IВ, к которой относятся такие благородные металлы, как серебро и золото.

Радиус нейтрального атома меди 0, 128 нм, радиус иона Cu⁺ от 0, 060 нм (координационное число 2) до 0, 091 нм (координационное число 6), иона Cu²⁺ — от 0, 071 нм (координационное число 2) до 0, 087 нм (координационное число 6). Энергии последовательной ионизации атома меди 7, 726, 20, 291, 36, 8, 58, 9 и 82, 7 эВ. Сродство к электрону 1, 8 эВ. Работа выхода электрона 4, 36 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность меди 1, 9; медь принадлежит к числу переходных металлов. Стандартный электродный потенциал Cu/Cu²⁺ 0, 339 В. В ряду стандартных потенциалов медь расположена правее водорода и ни из воды, ни из кислот водорода не вытесняет.

Простое вещество медь — красивый розовато-красный пластичный металл.

В земной коре содержание меди составляет около 5·10^-3 % по массе. Очень редко медь встречается в самородном виде (самый крупный самородок в 420 тонн найден в Северной Америке). Из руд наиболее широко распространены сульфидные руды: халькопирит, или медный колчедан, CuFeS₂ (30% меди), ковеллин CuS (64, 4% меди), халькозин, или медный блеск, Cu₂S (79, 8% меди), борнит Cu₅FeS₄.(52-65% меди). Существует также много и оксидных руд меди, например: куприт Cu₂O, (81, 8% меди), малахит CuCO₃·Cu(OH)₂ (57, 4% меди) и другие. Известно 170 медьсодержащих минералов, из которых 17 используются в промышленных масштабах.Различных руд меди много, а вот богатых месторождений на земном шаре мало, к тому же медные руды добывают уже многие сотни лет, так что некоторые месторождения полностью исчерпаны. Часто источником меди служат полиметаллические руды, в которых, кроме меди, присутствуют железо, цинк, свинец, и другие металлы. Как примеси медные руды обычно содержат рассеянные элементы (кадмий, селен, теллур, галий, германий и другие), а также серебро, а иногда и золото. Для промышленных разработок используют руды, в которых содержание меди составляет немногим более 1% по массе, а то и менее.

В морской воде содержится примерно 1·10^-8 % меди.

Промышленное получение меди — сложный многоступенчатый процесс. Добытую руду дробят, а для отделения пустой породы используют, как правило, флотационный метод обогащения. Полученный концентрат (содержит 18-45% меди по массе) подвергают обжигу в печи с воздушным дутьем. В результате обжига образуется огарок — твердое вещество, содержащее, кроме меди, также и примеси других металлов. Огарок плавят в отражательных печах или электропечах. После этой плавки, кроме шлака, образуется так называемый штейн, в котором содержание меди составляет до 40-50%.

Далее штейн подвергают конвертированию — через расплавленный штейн продувают сжатый воздух, обогащенный кислородом. В штейн добавляют кварцевый флюс (песок SiO₂). В процессе конвертирования содержащийся в штейне как нежелательная примесь сульфид железа FeS переходит в шлак и выделяется в виде сернистого газа SO₂:

2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ = 2FeSiO₃ + 2SO₂

Одновременно сульфид меди(I) Cu₂S окисляется:

2Cu₂S + 3О₂ = 2Cu₂О + 2SO₂

Образовавшийся на этой стадии Cu₂О далее реагирует с Cu₂S:

2Cu₂О + Cu₂S = 6Cu + SО₂

В результате возникает так называемая черновая медь, в которой содержание самой меди составляет уже 98, 5-99, 3% по массе. Далее черновую медь подвергают рафинированию. Рафинирование на первой стадии — огневое, оно заключается в том, что черновую медь расплавляют и через расплав пропускают кислород. Примеси более активных металлов, содержащихся в черновой меди, активно реагируют с кислородом и переходят в оксидные шлаки.

На заключительной стадии медь подвергают электрохимическому рафинированию в сернокислом растворе, при этом черновая медь служит анодом, а очищенная медь выделяется на катоде. При такой очистке примеси менее активных металлов, присутствовавшие в черновой меди, выпадают в осадок в виде шлама, а примеси более активных металлов остаются в электролите. Чистота рафинированной (катодной) меди достигает 99, 9% и более.

Кристаллическая решетка металлической меди кубическая гранецентрированная, параметр решетки а = 0, 36150 нм. Плотность 8, 92 г/см³, температура плавления 1083, 4 °C, температура кипения 2567 °C. Медь среди всех других металлов обладает одной из самых высоких теплопроводностей и одним из самых низких электрических сопротивлений (при 20 °C удельное сопротивление 1, 68·10^-3 Ом·м).

В сухой атмосфере медь практически не изменяется. Во влажном воздухе на поверхности меди в присутствии углекислого газа образуется зеленоватая пленка состава Cu(OH)₂·CuCO₃. Так как в воздухе всегда имеются следы сернистого газа и сероводорода, то в составе поверхностной пленки на металлической меди обычно имеются и сернистые соединения меди. Такая пленка, возникающая с течением времени на изделиях из меди и ее сплавов, называется патиной. Патина предохраняет металл от дальнейшего разрушения. Для создания на художественных предметах «налета старины» на них наносят слой меди, который затем специально патинируется.

При нагревании на воздухе медь тускнеет и в конце концов чернеет из-за образования на поверхности оксидного слоя. Сначала образуется оксид Cu₂O, затем — оксид CuO.

Красновато-коричневый оксид меди(I) Cu₂O при растворении в бромо- и иодоводородной кислотах образует, соответственно, бромид меди(I) CuBr и иодид меди(I) CuI. При взаимодействии Cu₂O с разбавленной серной кислотой возникают медь и сульфат меди:

Cu₂O + H₂SO₄ = Cu + CuSO₄ + H₂O.

При нагревании на воздухе или в кислороде Cu₂O окисляется до CuO, при нагревании в токе водорода — восстанавливается до свободного металла.

Черный оксид меди (II) CuO, как и Cu₂O, c водой не реагирует. При взаимодействии CuO с кислотами образуются соли меди (II):

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

При сплавлении со щелочами CuO образуются купраты, например:

CuO + 2NaOH = Na₂CuO₂ + H₂O

Нагревание Cu₂O в инертной атмосфере приводит к реакции диспропорционирования:

Cu₂O = CuO + Cu.

Такие восстановители, как водород, метан, аммиак, оксид углерода (II) и другие восстанавливают CuO до свободной меди, например:

CuO +СО = Cu + СО₂.

Кроме оксидов меди Cu₂O и CuO, получен также темно-красный оксид меди (III) Cu₂O₃, обладающий сильными окислительными свойствами.

Медь реагирует с галогенами, например, при нагревании хлор реагирует с медью с образованием темно-коричневого дихлорида CuCl₂. Существуют также дифторид меди CuF₂ и дибромид меди CuBr₂, но дииодида меди нет. И CuCl₂, и CuBr₂ хорошо растворимы в воде, при этом ионы меди гидратируются и образуют голубые растворы.

При реакции CuCl₂ с порошком металлической меди образуется бесцветный нерастворимый в воде хлорид меди (I) CuCl. Эта соль легко растворяется в концентрированной соляной кислоте, причем образуются комплексные анионы [CuCl₂]^—, [CuCl₃]^2- и [СuCl₄]^3-, например за счет процесса:

CuCl + НCl = H[CuCl₂]

При сплавлении меди с серой образуетcя нерастворимый в воде сульфид Cu₂S. Сульфид меди (II) CuS выпадает в осадок, например, при пропускании сероводорода через раствор соли меди (II):

H₂S + CuSO₄ = CuS + H₂SO₄

C водородом, азотом, графитом, кремнием медь не реагирует. При контакте с водородом медь становится хрупкой (так называемая «водородная болезнь» меди) из-за растворения водорода в этом металле.

В присутствии окислителей, прежде всего кислорода, медь может реагировать с соляной кислотой и разбавленной серной кислотой, но водород при этом не выделяется:

2Cu + 4HCl + O₂ = 2CuCl₂ + 2H₂O.

С азотной кислотой различных концентраций медь реагирует довольно активно, при этом образуется нитрат меди (II) и выделяются различные оксиды азота. Например, с 30%-й азотной кислотой реакция меди протекает так:

3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.

С концентрированной серной кислотой медь реагирует при сильном нагревании:

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂+ 2H₂O.

Практическое значение имеет способность меди реагировать с растворами солей железа (III), причем медь переходит в раствор, а железо (III) восстанавливается до железа (II):

2FeCl₃ + Cu = CuCl₂ + 2FeCl₂

Этот процесс травления меди хлоридом железа (III) используют, в частности, при необходимости удалить в определенных местах слой напыленной на пластмассу меди.

Ионы меди Cu²⁺ легко образуют комплексы с аммиаком, например, состава [Cu(NH₃)]²⁺ . При пропускании через аммиачные растворы солей меди ацетилена С₂Н₂ в осадок выпадает карбид (точнее, ацетиленид) меди CuC₂.

Гидроксид меди Cu(OH)₂ характеризуется преобладанием основных свойств. Он реагирует с кислотами с образованием соли и воды, например:

Сu(OH)₂ + 2HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2H₂O.

Но Сu(OH)₂ реагирует и с концентрированными растворами щелочей, при этом образуются соответствующие купраты, например:

Сu(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Cu(OH)₄]

Если в медноаммиачный раствор, полученный растворением Сu(OH)₂ или основного сульфата меди в аммиаке, поместить целлюлозу, то наблюдается растворение целлюлозы и образуется раствор медноаммиачного комплекса целлюлозы. Из этого раствора можно изготовить медноаммиачные волокна, которые находят применение при производстве бельевого трикотажа и различных тканей.

Медь, как полагают, — первый металл, который человек научился обрабатывать и использовать для своих нужд. Найденные в верховьях реки Тигр изделия из меди датируются десятым тысячелетием до нашей эры. Позднее широкое применение сплавов меди определило материальную культуру бронзового века (конец 4 — начало 1 тысячелетия до нашей эры) и в дальнейшем сопровождало развитие цивилизации на всех этапах. Медь и ее использовались для изготовления посуды, утвари, украшений, различных художественных изделий. Особенно велика была роль бронзы .

С 20 века главное применение меди обусловлено ее высокой электропроводимостью. Более половины добываемой меди используется в электротехнике для изготовления различных проводов, кабелей, токопроводящих частей электротехнической аппаратуры. Из-за высокой теплопроводности медь — незаменимый материал различных теплообменников и холодильной аппаратуры. Широко применяется медь в гальванотехнике — для нанесения медных покрытий, для получения тонкостенных изделий сложной формы, для изготовления клише в полиграфии и др.

Большое значение имеют медные сплавы — латуни (основная добавка цинк, Zn), бронзы (сплавы с разными элементами, главным образом металлами — оловом, алюминием, берилием, свинцом, кадмием и другими, кроме цинка и никеля) и медно-никелевые сплавы, в том числе мельхиор и нейзильбер . В зависимости от марки (состава) сплавы используются в самых различных областях техники как конструкционные, антидикционные, стойкие к коррозии материалы, а также как материалы с заданной электро- и теплопроводностью Так называемые монетные сплавы (медь с алюминием и медь с никелем) применяют для чеканки монет — «меди» и «серебра»; но медь входит в состав и настоящих монетного серебра и монетного золота.Медь присутствует во всех организмах и принадлежит к числу микроэлементов, необходимых для их нормального развития (см. Биогенные элементы). В растениях и животных содержание меди варьируется от 10^-15 до 10^-3 %. Мышечная ткань человека содержит 1·10^-3 % меди, костная ткань — (1-26) ·10^-4%, в крови присутствует 1, 01 мг/л меди. Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 72 мг меди. Основная роль меди в тканях растений и животных — участие в ферментативном катализе. Медь служит активатором ряда реакций и входит в состав медьсодержащих ферментов, прежде всего оксидаз, катализирующих реакции биологического окисления. Медьсодержащий белок пластоцианин участвует в процессе фотосинтеза. Другой медьсодержащий белок, гемоцианин, выполняет роль гемоглобина у некоторых беспозвоночных. Так как медь токсична, в животном организме она находится в связанном состоянии. Значительная ее часть входит в состав образующегося в печени белка церулоплазмина, циркулирующего с током крови и деставляющего медь к местам синтеза других медьсодержащих белков. Церулоплазмин обладает также каталитической активностью и участвует в реакциях окисления. Медь необходима для осуществления различных функций организма — дыхания, кроветворения (стимулирует усвоение железа и синтез гемоглобина), обмена углеводов и минеральных веществ. Недостаток меди вызывает болезни как растений, так и животных и человека. С пищей человек ежедневно получает 0, 5-6 мг меди.

Сульфат меди и другие соединения меди используют в сельском хозяйстве в качестве микроудобрений и для борьбы с различными вредителями растений. Однако при использовании соединений меди, при работах с ними нужно учитывать, что они ядовиты. Попадание солей меди в организм приводит к различным заболеваниям человека. ПДК для аэрозолей меди составляет 1 мг/м³, для питьевой воды содержание меди должно быть не выше 1, 0 мг/л.

• Биологическая роль меди. М., 1970.
• Смирнягин А. П. и др. Промышленные цветные металлы и сплавы. М., 1974.
• Набойченко С. С., Смирнов В. И. Гидрометаллургия меди. М., 1974.
• Подчайнова В. Н., Симонова Л. Н. Медь. М., 1990.
• Онаев И. А., Жакибаев Б. К. Медь в истории цивилизации. Алма-Ата, 1983.
• Подчайнова В. Н., Симонова Л. Н. Медь. М., 1990.

megabook.ru

Что такое медь? Свойства, история и происхождение меди

История меди

Добрый день, уважаемый читатель, в данной статье хочу рассказать о меди и её свойствах. Что такое медь? Ответ на этот вопрос знают почти все. Она имеет обозначение Cu (произносится купрум) в таблице В. И. Менделеева находится под атомным номером 29. Медь  – химический элемент, представляет собой металл. Название меди Cuprum является латинским и происходит от названия острова Кипр.

Данный металл  широко применяется человеком уже долгие годы. Имеются достоверные факты о том, что индейцы, жившие в Эквадоре уже в XV веке умели добывать и использовать медь. Из неё они изготовляли монеты в виде топориков.

Данная  монета очень продолжительное время являлась единственным денежным знаком, который существовал  на побережье Южной Америки. Эта монета даже использовалась в торговле с инками. На острове Кипр, в III веке до нашей эры уже были открыты медные рудники. Известен интересный факт, что древние алхимики называли медь — венера (Venus).

Происхождение меди

Медь в природе встречается либо в самородках, либо в соединениях. Особое значение в промышленности имеют халькозин, борнит и медный колчедан. Однако и такие популярные в ювелирном деле  поделочные самоцветы, как лазурит и малахит практически на сто процентов состоят из меди.

Медь имеет золотисто – розовую окраску. На воздухе этот металл очень быстро окисляется и покрывается оксидной плёнкой, которая называется патина. Именно из-за патины медь приобретает желтовато – красный цвет. Этот металл входит в состав очень многих сплавов, которые широко используются в промышленности.

Распространённые сплавы меди

Самым известным сплавом является дюралюминий, который состоит из сплава меди и алюминия. Медь в дюралюминии играет главную роль. Мельхиор также содержит медь в соединении с никелем, бронза – соединение олова и меди, латунь – сплав меди с цинком.

Медь обладает довольно  высокой тепло и электропроводностью. По сравнению с другими металлами, она  занимает второе место после серебра по электропроводности. В ювелирном производстве часто используют сплавы золота с медью. Медь в данном сплаве  нужна для увеличения прочности ювелирных украшений к деформациям и истиранию.

В давние времена был известен сплав меди с оловом и цинком, который назывался пушечный металл. Как вы уже, наверно, догадались, что из данного сплава изготавливали пушечные ядра, но с развитием новых технологий, пушки перестали использовать и выпускать, однако данный сплав по сей день используется в производстве оружейных гильз.

Медь имеет  бактерицидные свойства и поэтому она широко применяется в медицине,  которые очень часто применяются в медицине. Данный  факт доказан научными экспериментами и исследованиями. Особенно хорошо медь  противостоит  золотистому стафилококку.  Этот  микроб вызывает большое количество гнойных заболеваний кожи.

Токсичность меди

В тоже время известны факты того, что медь бывает очень токсичной. На планете Земля существует озеро Беркли Пит, оно находится в США в штате Монтана. Так вот это озеро считается самым токсичным в мире. Причиной тому является медный рудник, на месте которого образовалось озеро.

Вода в озере очень токсична, в ней почти нет живых организмов, а глубина озера составляет более 0,5 километра. Сильную токсичность воды  доказывает один пример, который произошёл однажды на озере. Стая диких гусей, состоявшая из 35 взрослых особей, опустилась на водную гладь озера, а через 2,5 часа все птицы были найдены погибшими.

Однако, совсем недавно, на дне озера были обнаружены совсем новые микроорганизмы и водоросли, которые не встречались ранее в природе. В результате мутаций, данные жители хорошо себя чувствуют в токсичной воде озера.

tvoi-uvelirr.ru