Меди основные свойства: Электротехническая медь, основные характеристики

Получение и химические реакции меди

Нахождение в природе.

Медь встречается главным образом в виде сульфидных соединений. Наиболее важные минералы — медный блеск Cu₂S, медный колчедан (халькопирит) CuFeS₂ и борнит Cu₃FeS₂ входят в состав так называемых полиметаллических сульфидных руд. Реже встречаются кислородсодержащие соединения: малахит (основной карбонат меди) СuСО₃ • Сu(ОН)₂, азурит 2СuСО₃ • Сu(ОН)₂ и куприт СuO₂.

Физические свойства.

Медь — металл красного цвета, плавится при температуре 1083°С, кипит при 2877°С. Чистая медь довольно мягка, легко поддается прокатке и вытягиванию. Примеси увеличивают твердость меди. Медь отличается очень высокой электро- и теплопроводностью. Примеси мышьяка и сурьмы значительно уменьшают электропроводность меди. Медь образует различные сплавы (латуни, бронзы и др.).

Химические свойства.

Медь относится к числу малоактивных металлов. На холоду она очень слабо взаимодействует с кислородом воздуха, покрываясь пленкой оксида, которая препятствует дальнейшему окислению меди. При нагревании медь окисляется полностью:

2Cu + O₂ = 2СuО

Сухой хлор на холоду не взаимодействует с медью, однако в присутствии влаги реакция проходит довольно энергично:

Сu + Сl₂ = СuС1₂.

При нагревании медь довольно энергично взаимодействует с серой:

Си + S = CuS.

Медь может растворятся только в кислотах-окислителях. В концентрированной серной кислоте она растворяется только при нагреваний, a в азотной — и на холоду:

Сu+ 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ + 2Н₂O,
ЗСu + 8HNO₃(Разбавл.) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4Н₂O,
Сu + 4HNO₃(Конц .) = Cu(NO₃)₂+ 2NO + 2Н₂O.

Получение.

Процесс получения меди состоит из нескольких стадий. Сначала сульфидную руду обжигают. При этом часть меди превращается в оксид:

4CuFeS₂ + 13O₂ = 4CuO + 2Fe₂0₃ + 8SO₂.

Затем проводят плавку на штейн и получают сульфид меди (I). При этом к огарку прибавляют кокс и песок для образования шлака:

2CuO + FeS + С + SiO₂ = Cu₂S + FeSi0₃ + СО
или
CuO + FeO + CuS + С + SiO₂ = Cu₂S + FeSiO₃+ CO.

Далее штейн подвергают конвертерной плавке:

9Cu₂ S + 3O₂ = 2Cu₂ O + 2SO₂ ,
2CuO₂ + Cu₂ S = 6Cu + SO₂ .

Получаемая медь называется черновой.
Очищают медь рафинированием. Электролитом служит раствор сульфата меди, анодом — медные болванки ,катодом — пластинка чистой меди. При пропускании электрического тока через электролит медь анода растворяется, а на катоде выделяется чистая медь.

Оксид меди

Обладает основными свойствами. Он может взаимодействовать с кислотами и кислотными оксидами:

CuO + H₂SО₄ = CuSО₄ + Н₂О,
CuO + SО₃ = CuSО₄.

Оксид меди не растворим в воде. При нагревании оксида меди и присутствии восстановителя довольно легко происходит его восстановление:

CuO + Н₂ = Сu + Н₂O,
СuО + СО = Сu + СO₂.

Оксид меди получают окислением меди при нагревании или прокаливанием гидроксида меди:

2Сu + O₂ = 2СuО,
Cu(OH)₂ = CuO + Н₂O.

Оксид меди встречается в природе в продуктах выветривания некоторых медных руд. Он используется в производстве стекла и эмалей как зеленый и синий красители (медно-рубиновое стекло), как окислитель в органическом анализе и в медицине.

Гидроксид меди

Гидроксид меди Сu(ОН)₂. Выпадает в виде осадка при действии на растворы солей меди (II) растворов щелочей (но не аммиака):

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄.

При действии аммиака на соли меди (II) сначала выпадает гидроксид меди, который очень легко растворяется в избытке аммиака с образованием аммиаката меди:

Cu(OH)₂ + 4NH₄OH = [Cu(NH₃)₄](OH)₂ + 4Н₂O
или
Cu(OH)₂ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄](OH)₂.

Аммиакат меди окрашен в интенсивный сине-фиолетовый цвет, Поэтому он позволяет обнаружить малые количества ионов меди (П) в растворе. Эта реакция применяется в аналитической химии.
Гидроксид меди обладает очень слабо выраженными амфотерными свойствами. В кислотах он растворяется легко, в концентрированных растворах щелочей — с большим трудом. В первом случае образуются соли меди, во втором — гидроксокупраты:

Сu(ОH)₂ + 2NaOH = Na₂[Cu(OH)₄].

Гидроксид меди может восстанавливаться до гемиоксида меди при нагревании С различными не очень сильными восстановителями: альдегидами, сахарами, гидразином, гидроксиламином и др.:

2Cu(OH)₂ + R—СНО → Cu₂O + R—COOH + 2H₂O.

Гемиоксид, или оксид меди (I)

Гемиоксид, или оксид меди (I), Си₂0. Обладает только основными свойствами. Часть солей меди (I) хорошо растворима, но довольно неустойчива и легко окисляется кислородом воздуха. Устойчивыми соединениями меди (I) являются, как правило, либо нерастворимые соединения (Cu₂S, Cu₂O, Cu₂I₂), либо комплексные соединения (Cu(NH₃)⁺₂ и др.). Гемиоксид меди применяется для изготовления купроксных выпрямителей переменного тока.

При растворении гемиоксида меди в кислородсодержащих кислотах, например серной, образуются соли меди (II) и медь:

Cu₂O + H₂SO₄ = CuSO₄ + Сu + Н₂O,

а при растворении в галогеноводородных кислотах — соли меди (I):

Cu₂0 + 2НС1 = 2СuС1 + Н₂O.

Многие соли меди (II) хорошо растворимы в воде, но подвержены гидролизу, поэтому в растворе всегда должен быть небольшой избыток кислоты. Нерастворимыми солями меди (II) являются сульфид CuS, карбонат (основной карбонат) СuСO₃• Сu(ОН)₂ • 0,5Н₂О, оксалат СuС₂O₄ и фосфат Сu₃(РO₄)₂.

Под действием восстановителей соли меди (II) в кислом растворе могут восстанавливаться до солей меди (I):

2CuSO₄ + 4KI = 2K₂SO₄ + Cu₂I₂ + I₂

Аммиачные растворы солей меди (I) могут взаимодействовать с ацетиленом, образуя ацетиленид меди;

СН≡СН + 2CuCl = Cu₂C₂ + 2НС1.

Литература [3]

№29 Медь

29 Cu    63,546 Таблица  &nbsp    =>> v Самородная медь (фото сайта Википедия) Медный купорос (фото сайта Википедия) Изделия из меди (фото сайта Тульские самовары) и ее сплавов: См. также: Иван Неумывакин: Медь. Мифы и реальность:

История открытия: Латинское название меди Cuprum произошло от названия острова Кипр, где уже в III в. до н. э. существовали медные рудники и производилась выплавка меди. Слова медь и медный встречаются в древнейших русских литературных памятниках. Русское слово «медь» производят от греческого слова, означающего рудник, копь. Нахождение в природе, получение: 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. Получение меди из сульфидных руд ведут сначала обжигая их на воздухе, а потом подвергая окислительной плавке с добавлением флюса SiO2 и продуванием воздуха. При этом сера окисляется до SO2, железо уходит в шлак в виде силиката, а медь остается в виде простого вещества. Суммарно эти несколько процессов можно выразить уравнением: 2CuFeS2 + 5 O2 + 2SiO2 = 2Cu + 2FeSiO3 + 4SO2 Такую черновую медь окончательно очищают электролизом, где изготовленные из нее аноды растворяются, на катоде оседает чистая медь, а примеси оседают на дне в виде осадка, шлама. В состав шлама могут входить такие ценные элементы, как Au, Ag, Se, Te, поэтому его подвергают дальнейшей переработке. Физические свойства: Чистая медь — тягучий вязкий металл светло-розового цвета, легко прокатываемый в тонкие листы. 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). Химические свойства: В химическом отношении медь является малоактивным металлом. Однако с галогенами она реагирует уже при комнатной температуре, например, с влажным хлором образует хлорид CuCl2. При нагревании медь взаимодействует и с серой, образуя сульфид Cu2S. В сухой атмосфере медь практически не изменяется. Во влажном воздухе на поверхности меди в присутствии углекислого газа образуется «патина» — зеленоватая пленка состава Cu(OH)2·CuCO3, содержащая также сернистые соединения меди. 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. Находясь в ряду напряжений после водорода, медь не вытесняет его из кислот. Поэтому соляная и разбавленная серная кислоты на медь не действуют. Однако в присутствии кислорода воздуха медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей: 2Cu + 4HCl + O2 = 2CuCl2 + 2H2O. Для меди характерны соединения со степенью окисления: +1 (менее стабильная) и +2 (более стабильная). В необычных условиях можно получить соединения со степенью окисления +3 и даже +5. Важнейшие соединения: Оксид меди(I) — Cu2O, имеет красновато-коричневую окраску. Ионы меди(I) в водном растворе неустойчивы и легко подвергаются диспропорционированию: 2Cu+(водн.) Cu2+(водн.) + Cu(тв.) Хлорид меди(I) — белое нерастворимое твердое вещество. Как и другие галогениды меди(I), он имеет ковалентный характер и более устойчив, чем галогенид меди (II). Может быть получен при сильном нагревании хлорида меди(II): CuCl2(тв.) = 2CuCl(тв.) + Cl2(г.) Также существует нестабильный сульфат меди(I). Оксид меди(II) — — черное вещество, встречающееся в природе. Проявляет окислительные свойства. Нагревание с органическими веществами используется при элементном анализе органических веществ для определения содержания в них углерода и водорода. Гидроксид меди(II) — осаждается из растворов солей меди(II) в виде голубой студенистой массы при действии щелочей. Очень слабое амфотерное основание. Соли меди(II) — образуют кристаллогидраты синего и сине-зелёного цвета, растворы солей меди(II) в большинстве случаев имеют кислую реакцию в следствие гидролиза. Сульфат меди(II), CuSO4 — белый порошок, при гидратации даёт синие кристаллы медного купороса CuSO4*5H2O, используется как фунгицид. Применение: — В электротехнике — Для производства труб — катализатор полимеризации ацетилена — Для производства медно-окисных гальванических элементов и батарей. — Широко используются сплавы с использованием меди: латунь — сплав меди с цинком, бронза — сплав меди с оловом, мельхиор — сплав меди и никеля, и другие. Они применяются для чеканки разменной монеты, в судостроении, в ювелирном деле. — Оксиды меди используются для получения оксида иттрия бария меди YBa2Cu3O7-x, который является основой для получения высокотемпературных сверхпроводников. Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных, входя в состав многих ферментов. В крови головоногих и некоторых брюхоногих моллюсков медь выполняет ту же роль, что и железо в крови человека. В организме взрослого человека содержится до 80 мг меди и для восполнения потерь необходимо поступление меди в количестве 0,9 мг в день. При недостатке меди в организме снижается активность ферментных систем и замедляется белковый обмен и нарушается рост костных тканей. Однако содержание меди в питьевой воде не должно превышать 1 мг/л, многие соединения меди обладают токсичными свойствами. Жерновникова А., Третьякова М. ХФ ТюмГУ, 571 группа. Источники: Википедия: http://ru.wikipedia.org/wiki/Cu, Н.А.Фигуровский «Открытие элементов и происхождение их названий». Москва, Наука, 1970. (на сайте ХФ МГУ http://www.chem.msu.su/rus/history/element/Cu.html) Поделиться в

Медь и медные сплавы.

Общая информация

Введение в медь и ее сплавы

Медь является старейшим металлом, используемым человеком. Его использование восходит к доисторическим временам. Медь добывалась более 10 000 лет, а медный кулон, найденный в современном Ираке, датируется 8700 г. до н.э. К 5000 г. до н.э. медь выплавляли из простых оксидов меди.

Медь встречается в виде самородного металла и в минералах куприте, малахите, азурите, халькопирите и борните. Он также часто является побочным продуктом производства серебра. Сульфиды, оксиды и карбонаты являются наиболее важными рудами.

Медь и медные сплавы являются одними из самых универсальных доступных конструкционных материалов. Сочетание физических свойств, таких как прочность, проводимость, коррозионная стойкость, обрабатываемость и пластичность, делает медь подходящей для широкого спектра применений. Эти свойства могут быть дополнительно улучшены за счет изменения состава и методов производства.

Медь в основном используется в строительной отрасли. В строительной отрасли использование материалов на основе меди широко. Применение меди в строительной отрасли включает:
~ Кровля
~ Облицовка
~ Водосточные системы
~ Системы отопления
~ Водопроводные трубы и фитинги
~ Нефтегазопроводы
~ Электропроводка

Использование меди

Строительная промышленность является крупнейшим потребителем медных сплавов. В следующем списке представлена ​​разбивка потребления меди по отраслям в годовом исчислении:
~ Строительная промышленность – 47%
~ Электронная продукция – 23%
~ Транспорт – 10%
~ Потребительские товары – 11%
~ Промышленное оборудование – 9%

Существует около 370 коммерческих составов для медных сплавов. Наиболее распространенным сплавом, как правило, является C106/CW024A – стандартный сорт меди для водопроводных труб.

Мировое потребление меди и медных сплавов в настоящее время превышает 18 миллионов тонн в год.

Области применения

Медь и медные сплавы могут использоваться в необычайно широком диапазоне применений. Некоторые из областей применения меди включают:

~ Линии электропередачи

~ Архитектурные применения

~ Кулинарная посуда

~ Зажишки зажигания

~ Электрическая проводка, кабели и шины

~ провода с высокой проводимостью

~ Электроды

~ Теплоистряки

~ У всеоттрайные. ~ Медные тигли с водяным охлаждением

Кроме того, медные сплавы – латунь и бронза могут использоваться во многих других областях

Структура

Медь имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую структуру. Медь и ее сплавы имеют желтый/золотой/красный цвет, а при полировке приобретают яркий металлический блеск.

Переработка

Медные сплавы хорошо подходят для переработки. Около 40% годового потребления медных сплавов приходится на переработанные медные материалы.

Степень переработки латуни для свободной обработки (CZ121/CW614N) особенно высока, поскольку чистая/сухая стружка имеет высокую ценность, что способствует расчету рентабельности при выборе материала.

Свойства медных сплавов

Основные свойства медных сплавов

Медь – прочный, пластичный и ковкий материал. Эти свойства делают медь чрезвычайно подходящей для формовки труб, волочения проволоки, прядения и глубокой вытяжки. Другие ключевые свойства меди и ее сплавов включают:

~       Отличная теплопроводность

~       Отличная электропроводность

~       Хорошая коррозионная стойкость

~ Хорошая устойчивость к биологическим переворотам

~ Хорошая механизм

~ Удерживание механических и электрических свойств при криогенных температурах

~ Несагнические

Другие свойства

~ Медные и медные аллее. Они могут передаваться контактным путем, поэтому их следует держать подальше от пищевых продуктов, хотя в некоторых кастрюлях используются эти металлы.

~       Большинство коммерчески используемых металлов имеют металлический белый или серебристый цвет. Медь и медные сплавы имеют желтый/золотой/красный цвет.

Температура плавления

Температура плавления чистой меди составляет 1083ºC.

Коррозионная стойкость

Все медные сплавы устойчивы к коррозии пресной водой и паром. В большинстве сельских, морских и промышленных атмосфер медные сплавы также устойчивы к коррозии. Медь устойчива к солевым растворам, почвам, неокисляющим минералам, органическим кислотам и щелочным растворам. Влажный аммиак, галогены, сульфиды, растворы, содержащие ионы аммиака и окисляющие кислоты, такие как азотная кислота, воздействуют на медь. Медные сплавы также имеют плохую устойчивость к неорганическим кислотам.

Коррозионная стойкость медных сплавов обусловлена ​​образованием липкой пленки на поверхности материала. Эти пленки относительно невосприимчивы к коррозии, поэтому защищают основной металл от дальнейшего воздействия.

Медно-никелевые сплавы, алюминиевая латунь и алюминиевая бронза демонстрируют превосходную стойкость к коррозии в морской воде.

Электропроводность

Электропроводность меди уступает только серебру. Электропроводность меди равна 9.7% проводимости серебра. Из-за своей гораздо более низкой стоимости и большей распространенности медь традиционно была стандартным материалом, используемым для передачи электроэнергии.

Однако соображения веса означают, что большая часть воздушных линий электропередач высокого напряжения теперь использует алюминий, а не медь. По весу проводимость алюминия примерно в два раза больше, чем у меди. Используемые алюминиевые сплавы имеют низкую прочность и должны быть усилены оцинкованной или покрытой алюминием высокопрочной стальной проволокой в ​​каждой пряди.

Хотя добавление других элементов улучшает такие свойства, как прочность, электропроводность несколько снижается. Например, добавление кадмия в количестве 1% может увеличить прочность на 50%. Однако это приведет к соответствующему снижению электропроводности на 15%.

Окисление поверхности/патинирование

Большинство медных сплавов образуют сине-зеленую патину при воздействии элементов на открытом воздухе. Типичным для этого является цвет Медной статуи Свободы в Нью-Йорке. Некоторые медные сплавы темнеют после длительного воздействия элементов и приобретают цвет от коричневого до черного.

Лаковые покрытия могут использоваться для защиты поверхности и сохранения первоначального цвета сплава. Акриловое покрытие с бензотриазолом в качестве добавки прослужит несколько лет в большинстве наружных условий без истирания.

Предел текучести

Предел текучести медных сплавов четко не определен. В результате, как правило, сообщается либо о 0,5% удлинении под нагрузкой, либо о смещении 0,2%.

Чаще всего предел текучести отожженного материала при растяжении на 0,5% соответствует приблизительно одной трети предела прочности при растяжении. Упрочнение холодной обработкой означает, что материал становится менее пластичным, а предел текучести приближается к пределу прочности при растяжении.

Соединение

Для соединения большинства медных сплавов можно использовать такие широко используемые процессы, как пайка и сварка. Пайка часто используется для электрических соединений. Сплавы с высоким содержанием свинца непригодны для сварки.

Медь и медные сплавы также могут быть соединены с помощью механических средств, таких как заклепки и винты.

Горячая и холодная обработка

Хотя медь и медные сплавы могут подвергаться механической обработке, они могут подвергаться как горячей, так и холодной обработке.

Пластичность можно восстановить отжигом. Это может быть сделано либо с помощью специального процесса отжига, либо путем случайного отжига посредством процедур сварки или пайки.

Отпуск

Медные сплавы могут быть указаны в соответствии со степенями отпуска. Отпуск придается холодной обработкой и последующими степенями отжига.

Типичные состояния сплавов меди:

~       Мягкий

~       Полутвердый

~       Твердый

~       Пружина

~       Дополнительная пружина.

Предел текучести медного сплава в твердом состоянии составляет примерно две трети предела прочности материалов.

Литье

Характер процесса литья означает, что большинство литых медных сплавов имеют более широкий диапазон легирующих элементов, чем деформируемые сплавы.

Кованые медные сплавы

Кованые медные сплавы производятся с использованием множества различных методов производства. Эти методы включают такие процессы, как прокатка, экструзия, волочение и штамповка. За такими процессами может следовать отжиг (размягчение), холодная обработка давлением, закалка путем термической обработки или снятие напряжений для достижения желаемых свойств.

Обычное применение меди в нашей повседневной жизни

На протяжении тысячелетий медь была настолько широко распространена, что большинство людей сталкиваются с ней, даже не замечая этого. Древние египтяне использовали медь для дезинфекции ран и хирургических инструментов, а самое раннее оружие из медного сплава датируется серединой 5-го тысячелетия до нашей эры. От строительных инструментов до биологии, медь является неотъемлемой частью человеческой жизни. Нам даже нужно 1,2 миллиграмма меди в день, чтобы помочь ферментам передавать энергию внутри наших клеток. Вот несколько фактов об обычном использовании меди сегодня:

1. Медные сплавы, используемые в ювелирных изделиях

Медь представляет собой легко формуемый основной металл, который часто добавляют к драгоценным металлам для улучшения их эластичности, гибкости, твердости, цвета и устойчивости к коррозии.

Сплавы золота

Золото является одним из наиболее распространенных сплавов металлов с медью. В большинстве ювелирных магазинов вы найдете:

• Желтое золото 18 карат
• Палладиевое белое золото 18 карат
• Розовое золото 18 карат
• Розовое золото 18 карат
• Светло-зеленое золото 18 карат

На самом деле желтое золото 18 карат является наиболее часто используемым золотым сплавом в ювелирном деле.

Стерлинговое серебро

Стерлинговое серебро также представляет собой медный сплав, используемый для изготовления посуды, посуды и украшений. Это более твердый сплав, чем золото, что делает его очевидным выбором для:

• Украшения для тела
• Пряжки для ремня
• Запонки
• Браслеты
• Кольца
• Ожерелья

Многие украшения из стерлингового серебра также не вызывают раздражения благодаря гипоаллергенным свойствам меди.

2. Использование меди в медицине

Как задокументировали египтяне, известно, что медь убивает многие микробы при контакте. Доктор Билл Кивил из Университета Саутгемптона обнаружил, что MRSA (устойчивый к антибиотикам штамм бактериального стафилококка) не может выжить на медных поверхностях, как на платиновых металлах, часто используемых в больничных перилах, дверных ручках и кроватях. С помощью его исследований в больницах по всему миру устанавливают медные сенсорные поверхности, чтобы остановить распространение бактериальных инфекций в больницах.

3. Использование меди в бытовых услугах

Медная проволока, трубки и трубопроводы по-прежнему являются одними из наиболее часто используемых строительных материалов в сантехнической и электротехнической промышленности. Вот некоторые из его наиболее распространенных применений:

• Детали двигателя : Медь проводит тепло и электричество более эффективно, чем многие другие металлы
• Электропроводка : Медь пластична, что означает, что ее можно сбивать в листы и растягивать в провода, не ломая
• Медный трубопровод типа M : этот трубопровод хорошо подходит для жилых домов, поскольку он тонкий и доступный по цене
• Промышленное оборудование : для облегчения теплообмена
• Медная кровля : долговечная с минимальным уходом
• Сантехника : его антимикробные свойства и пластичность делают его идеальным выбором для промышленного использования

Как добывают медь

Мы добываем медь на крупных карьерах в Чили и Перу.