Maleabilitatea se referă la susceptibilitatea metalelor și aliajelor la forjare și la alte tipuri de tratament sub presiune. Poate fi desenat, ștanțat, rulat sau presat. Ductilitatea cuprului se caracterizează nu numai prin rezistența la deformare, ci și prin ductilitate. Ce este plasticitatea? Aceasta este capacitatea metalului de a-și schimba contururile sub presiune fără distrugere. Metalele maleabile sunt alama, oțelul, duraluminiul și alte aliaje de cupru, magneziu, nichel și aluminiu. Aceștia sunt cei care au un nivel ridicat de plasticitate combinat cu o rezistență scăzută la deformare.
Cupru
Mă întreb cum arată caracteristica cuprului? Se știe că acesta este un element din grupa a 11-a din perioada a 4-a a sistemului de elemente chimice a lui D. I. Mendeleev. Atomul său are numărul 29 și este notat cu simbolul Cu. De fapt, este un metal ductil de tranziție de culoare roz-aurie. Apropo, are o culoare roz dacă filmul de oxid este absent. Multă vreme, acest element a fost folosit de oameni.
Istorie
Unul dintre primele metale pe care oamenii au început să le folosească în mod activ în gospodăriile lor este cuprul. Într-adevăr, este prea accesibil pentru a fi obținut din minereu și are un mictemperatură de topire. De multă vreme, rasa umană a cunoscut cele șapte metale, care include și cuprul. În natură, acest element este mult mai comun decât argintul, aurul sau fierul. Obiectele antice făcute din cupru, zgură, sunt dovezi ale topirii sale din minereuri. Au fost descoperite în timpul săpăturilor din satul Chatal-Khuyuk. Se știe că în epoca cuprului s-au răspândit lucrurile din cupru. În istoria lumii, el îl urmează pe cel de piatră.
S. A. Semyonov și colegii săi au efectuat studii experimentale, în care a descoperit că uneltele din cupru sunt superioare celor din piatră în multe privințe. Au o viteză mai mare de rindeluire, găurire, tăiere și tăiere a lemnului. Iar prelucrarea unui os cu un cuțit de cupru durează atâta timp cât cu unul de piatră. Dar cuprul este considerat un metal moale.
Foarte des în vremuri străvechi, în loc de cupru, se foloseau aliajul acestuia cu staniu - bronz. Era necesar pentru fabricarea de arme și alte lucruri. Deci, epoca bronzului a venit să înlocuiască epoca cuprului. Bronzul a fost obținut pentru prima dată în Orientul Mijlociu în anul 3000 î. Hr. AD: Oamenilor le-a plăcut rezistența și maleabilitatea excelentă a cuprului. Din bronzul rezultat au ieșit unelte magnifice de muncă și vânătoare, ustensile și decorațiuni. Toate aceste obiecte se găsesc în săpături arheologice. Apoi, epoca bronzului a fost înlocuită cu epoca fierului.
Cum putea fi obținut cuprul în antichitate? Inițial, a fost extras nu din sulfură, ci din minereu de malachit. Într-adevăr, în acest caz, nu a fost nevoie să se angajeze în trageri preliminare. Pentru a face acest lucru, într-un vas de lut a fost pus un amestec de cărbune și minereu. Vasul a fost introdus îno gaură mică și amestecul a fost dat pe foc. Apoi a început să se elibereze monoxid de carbon, care a contribuit la reducerea malachitului la cupru liber.
Se știe că minele de cupru au fost construite în Cipru deja în mileniul III î. Hr., unde a fost topit cuprul.
Pe pământurile Rusiei și ale statelor învecinate, minele de cupru au apărut la două milenii î. Hr. e. Ruinele lor se găsesc în Urali și în Ucraina și în Transcaucaz și în Altai și în îndepărtata Siberia.
Topirea industrială a cuprului a fost stăpânită în secolul al XIII-lea. Și în al cincisprezecelea la Moscova, a fost creat Cannon Yard. Acolo au fost turnate din bronz pistoale de diferite calibre. O cantitate incredibilă de cupru a fost folosită pentru a face clopote. În 1586, tunul țarului a fost turnat din bronz, în 1735 - clopotul țarului, în 1782 a fost creat Călărețul de bronz. În 752, meșterii au realizat o statuie magnifică a Marelui Buddha la Templul Todai-ji. În general, lista operelor de artă de turnătorie este nesfârșită.
În secolul al XVIII-lea omul a descoperit electricitatea. Atunci au început să intre cantități uriașe de cupru în fabricarea de fire și produse similare. În secolul al XX-lea, firele erau fabricate din aluminiu, dar cuprul era încă de mare importanță în inginerie electrică.
Originea numelui
Știți că Cuprum este numele latin al cuprului, derivat din numele insulei Cipru? Apropo, Strabon numește cupru chalkos - orașul Chalkis de pe Eubeea este vinovat de originea unui astfel de nume. Cele mai multe dintre numele grecești antice pentru cupru șiobiectele din bronz provin tocmai din acest cuvânt. Au găsit o largă aplicație în fierărie, precum și printre produsele și turnările de fierărie. Uneori, cuprul se numește Aes, ceea ce înseamnă minereu sau mine.
Cuvântul slav „cupr” nu are o etimologie pronunțată. Poate este vechi. Dar se găsește foarte des în cele mai vechi monumente literare ale Rusiei. V. I. Abaev a presupus că acest cuvânt provine de la numele țării Midia. Alchimiștii au poreclit cuprul „Venus”. În vremuri mai vechi, era numit „Marte”.
Unde se găsește cuprul în natură?
Scorța Pământului conține (4, 7-5, 5) x 10-3% cupru (în masă). În apă de râu și de mare, este mult mai puțin: 10-7% și, respectiv, 3 x 10-7% (în masă).
Compușii de cupru se găsesc adesea în natură. Industria folosește calcopirită CuFeS2, numită pirita de cupru, bornita Cu5FeS4, calcocit Cu 2S. În același timp, oamenii găsesc și alte minerale de cupru: cuprită Cu2O, azurită Cu3(CO3) 2(OH)2, malachit Cu2CO3 (OH)2 și Covelline CuS. Foarte des, masa acumulărilor individuale de cupru ajunge la 400 de tone. Sulfurile de cupru se formează în principal în filoanele hidrotermale la temperatură medie. Adesea, în rocile sedimentare se pot găsi depozite de cupru - șisturi și gresii cuproase. Cele mai cunoscute zăcăminte sunt în Teritoriul Trans-Baikal Udokan, Zhezkazgan în Kazahstan, Mansfeld în Germania și centura de miere a Africii Centrale. Alte cele mai bogate zăcăminte de cupru sunt localizateîn Chile (Colhausi și Escondida) și SUA (Morenci).
Majoritatea minereului de cupru este extras în cariera deschisă. Conține 0,3 până la 1,0% cupru.
Proprietăți fizice
Mulți cititori sunt interesați de descrierea cuprului. Este un metal ductil roz-auriu. În aer, suprafața sa este acoperită instantaneu cu o peliculă de oxid, care îi conferă o nuanță roșu-galben intensă deosebită. Interesant este că peliculele subțiri de cupru au o culoare verde-albăstruie.
Osmiul, cesiul, cuprul și aurul au aceeași culoare, diferită de griul sau argintiul altor metale. Această nuanță de culoare indică prezența tranzițiilor electronice între a patra jumătate goală și cea de-a treia orbitală atomică umplută. Între ele există o anumită diferență de energie corespunzătoare lungimii de undă a portocaliului. Același sistem este responsabil pentru culoarea specifică a aurului.
Ce altceva este uimitor la cupru? Acest metal formează o rețea cubică centrată pe față, grup spațial Fm3m, a=0,36150 nm, Z=4.
Cupru este, de asemenea, renumit pentru conductivitate electrică și termică ridicată. În ceea ce privește conducția curentului, se află printre metalele pe locul doi. Apropo, cuprul are un coeficient de temperatură uriaș de rezistență și este aproape independent de performanța sa într-un interval larg de temperatură. Cuprul se numește diamagnet.
Aliajele de cupru sunt diverse. Oamenii au învățat să combine alama cu zincul și nichelul cu cupronicul și plumbul cu babbits,și bronz cu staniu și alte metale.
Izotopi de cupru
Cupru este format din doi izotopi stabili, 63Cu și 65Cu, care au abundențe de 69,1 și, respectiv, 30,9 procente atomice. În general, există mai mult de două duzini de izotopi care nu au stabilitate. Cel mai lung izotop cu viață este 67Cu cu un timp de înjumătățire de 62 de ore.
Cum se obține cuprul?
Fabricarea cuprului este un proces foarte interesant. Acest metal este obținut din minerale și minereuri de cupru. Metodele de bază pentru obținerea cuprului sunt hidrometalurgia, pirometalurgia și electroliza.
Să luăm în considerare metoda pirometalurgică. În acest fel, cuprul este obținut din minereuri sulfurate, de exemplu, calcopirită CuFeS2. Materia prima calcopirită conține 0,5-2,0% Cu. În primul rând, minereul original este supus îmbogățirii prin flotație. Apoi se oxidează prăjit la o temperatură de 1400 de grade. Apoi, concentratul calcinat este topit pentru mată. Se adaugă silice la topitură pentru a lega oxidul de fier.
Silicatul rezultat plutește ca zgură și este separat. Mate rămâne în partea de jos - un aliaj de sulfuri CU2S și FeS. Apoi se topește după metoda lui Henry Bessemer. Pentru a face acest lucru, mata topită este turnată în convertor. Vasul este apoi purjat cu oxigen. Iar sulfura de fier care rămâne este oxidată în oxid și, cu ajutorul silicei, este îndepărtată din proces sub formă de silicat. Sulfura de cupru este oxidată în oxid de cupru incomplet, dar apoi este redusă la cupru metalic.
Bcuprul blister rezultat conține 90,95% din metal. Apoi este supus epurării electrolitice. Interesant este că o soluție acidificată de sulfat de cupru este folosită ca electrolit.
Pe catod se formează cuprul electrolitic, care are o frecvență ridicată de aproximativ 99,99%. Din cupru obținut sunt fabricate o varietate de articole: fire, echipamente electrice, aliaje.
Metoda hidrometalurgică arată puțin diferit. Aici, mineralele de cupru sunt dizolvate în acid sulfuric diluat sau în soluție de amoniac. Din lichidele preparate, cuprul este deplasat de fier metalic.
Proprietăți chimice ale cuprului
În compuși, cuprul prezintă două stări de oxidare: +1 și +2. Primul dintre ele tinde spre disproporționare și este stabil doar în compuși sau complecși insolubili. Apropo, compușii de cupru sunt incolori.
Starea de oxidare +2 este mai stabilă. Ea este cea care dă sării culoarea albastru și albastru-verde. În condiții neobișnuite, se pot prepara compuși cu o stare de oxidare de +3 și chiar +5. Acesta din urmă se găsește de obicei în sărurile anionice de cupbororan obținute în 1994.
Cupru pur nu se schimbă în aer. Este un agent reducător slab care nu reacționează cu acidul clorhidric diluat și apa. Oxidat de acizi concentrați azotic și sulfuric, halogeni, oxigen, acva regia, oxizi nemetalici, calcogeni. Când este încălzit, reacţionează cu halogenuri de hidrogen.
Dacă aerul este umed, cuprul se oxidează pentru a forma carbonat de cupru (II) bazic. Reacționează grozav cu acid sulfuric saturat rece și fierbinte, acid sulfuric anhidru fierbinte.
Cupru reacționează cu acidul clorhidric diluat în prezența oxigenului.
Chimia analitică a cuprului
Toată lumea știe ce este chimia. Cuprul în soluție este ușor de detectat. Pentru a face acest lucru, este necesar să umeziți firul de platină cu soluția de testare și apoi să îl aduceți în flacăra arzătorului Bunsen. Dacă cupru este prezent în soluție, flacăra va fi albastru-verde. Trebuie să știți că:
- De obicei, cantitatea de cupru din soluții ușor acide se măsoară folosind hidrogen sulfurat: se amestecă cu substanța. De regulă, sulfura de cupru precipită în acest caz.
- În acele soluții în care nu există ioni de interferență, cuprul este determinat complexometric, ionometric sau potențiometric.
- Cantitățile mici de cupru din soluții sunt măsurate prin metode spectrale și cinetice.
Utilizarea cuprului
De acord, studiul cuprului este un lucru foarte distractiv. Deci, acest metal are o rezistivitate scăzută. Datorită acestei calități, cuprul este folosit în inginerie electrică pentru producția de energie electrică și alte cabluri, fire și alți conductori. Firele de cupru sunt utilizate în înfășurările transformatoarelor de putere și acționărilor electrice. Pentru a crea produsele de mai sus, metalul este selectat foarte pur, deoarece impuritățile reduc instantaneu conductivitatea electrică. Și dacă există 0,02% aluminiu în cupru, conductivitatea sa electrică va scădea cu 10%.
A doua calitate utilă a cuprului esteconductivitate termică excelentă. Datorită acestei proprietăți, este utilizat în diferite schimbătoare de căldură, conducte de căldură, radiatoare și răcitoare pentru computer.
Și unde este folosită duritatea cuprului? Se știe că tuburile rotunde de cupru fără sudură au o rezistență mecanică remarcabilă. Ele rezistă perfect prelucrărilor mecanice și sunt folosite pentru deplasarea gazelor și lichidelor. De obicei pot fi găsite în sistemele interne de alimentare cu gaz, alimentare cu apă, încălzire. Sunt utilizate pe scară largă în unitățile frigorifice și sistemele de aer condiționat.
Drititatea excelentă a cuprului este cunoscută de multe țări. Deci, în Franța, Marea Britanie și Australia, țevile de cupru sunt folosite pentru alimentarea cu gaz a clădirilor, în Suedia - pentru încălzire, în SUA, Marea Britanie și Hong Kong - acesta este principalul material pentru alimentarea cu apă.
În Rusia, producția de țevi de cupru pentru apă și gaz este reglementată de standardul GOST R 52318-2005, iar Codul federal de reguli SP 40-108-2004 reglementează utilizarea acestora. Țevile din cupru și aliajele sale sunt utilizate în mod activ în industria energetică și în construcțiile navale pentru a transporta abur și lichide.
Știți că aliajele de cupru sunt folosite în diverse domenii ale tehnologiei? Dintre acestea, bronzul și alama sunt considerate cele mai cunoscute. Ambele aliaje includ o familie colosală de materiale, care, pe lângă zinc și staniu, pot include bismut, nichel și alte metale. De exemplu, gunmetal, folosit până în secolul al XIX-lea pentru a face piese de artilerie, era format din cupru, staniu și zinc. Reteta sa se schimba in functie de loc sitimpul de fabricație a sculei.
Toată lumea cunoaște capacitatea de fabricație excelentă și ductilitatea ridicată a cuprului. Datorită acestor proprietăți, o cantitate incredibilă de alamă intră în producția de obuze pentru arme și muniție de artilerie. Este de remarcat faptul că piesele auto sunt fabricate din aliaje de cupru cu siliciu, zinc, staniu, aluminiu și alte materiale. Aliajele de cupru se caracterizează prin rezistență ridicată și își păstrează proprietățile mecanice în timpul tratamentului termic. Rezistența lor la uzură este determinată doar de compoziția chimică și de efectul acesteia asupra structurii. Vă rugăm să rețineți că această regulă nu se aplică bronzului de beriliu și unor bronzuri de aluminiu.
Aliajele de cupru au un modul de elasticitate mai mic decât oțelul. Principalul lor avantaj poate fi numit un coeficient mic de frecare, combinat pentru majoritatea aliajelor cu ductilitate ridicată, conductivitate electrică excelentă și rezistență excelentă la coroziune într-un mediu agresiv. De regulă, acestea sunt bronzuri de aluminiu și aliaje de cupru-nichel. Apropo, și-au găsit aplicația în perechi de slip.
Practic toate aliajele de cupru au același coeficient de frecare. În același timp, rezistența la uzură și proprietățile mecanice, comportamentul într-un mediu agresiv depind direct de compoziția aliajelor. Ductilitatea cuprului este utilizată în aliajele monofazate, iar rezistența este utilizată în aliajele bifazate. Cupronickel (aliaj de cupru-nichel) este folosit pentru baterea monedelor de schimb. Aliajele cupru-nichel, inclusiv „Amir alty”, sunt folosite în construcțiile navale. Sunt folosite pentru a face tuburi pentru condensatoare care curata aburul de evacuare al turbinei. Este de remarcat faptul că turbinele sunt răcite cu apă din exterior. Aliajele cupru-nichel au o rezistență uimitoare la coroziune, așa că sunt căutate în zonele supuse efectelor agresive ale apei de mare.
De fapt, cuprul este cea mai importantă componentă a lipiturilor dure - aliaje cu un punct de topire de la 590 la 880 de grade Celsius. Ei sunt cei care au o aderență excelentă la majoritatea metalelor, datorită căreia sunt folosite pentru a conecta ferm diverse părți metalice. Acestea pot fi fitinguri de țevi sau motoare cu reacție cu propulsie lichidă fabricate din metale diferite.
Și acum listăm aliajele în care maleabilitatea cuprului este de mare importanță. Dural sau duraluminiu este un aliaj de aluminiu și cupru. Aici cuprul este de 4,4%. Aliajele de cupru și aur sunt adesea folosite în bijuterii. Sunt necesare pentru a crește rezistența produselor. La urma urmei, aurul pur este un metal foarte moale care nu poate fi rezistent la stres mecanic. Articolele din aur pur sunt rapid deformate și zdrobite.
În mod interesant, oxizii de cupru sunt utilizați pentru a crea oxid de ytriu-bariu-cupru. Acesta servește drept bază pentru fabricarea supraconductoarelor de în altă temperatură. Cuprul este, de asemenea, folosit pentru a face baterii și celule electrochimice cu oxid de cupru.
Alte aplicații
Știți că cuprul este adesea folosit ca catalizator pentru polimerizarea acetilenei? Datorită acestei proprietăți, conductele de cupru utilizate pentru transportul acetilenei sunt permiseutilizați numai atunci când conținutul de cupru din acestea nu depășește 64%.
Oamenii au învățat să folosească maleabilitatea cuprului în arhitectură. Fațadele și acoperișurile din cea mai subțire tablă de cupru servesc fără probleme timp de 150 de ani. Acest fenomen este explicat simplu: în foile de cupru, procesul de coroziune se autostinge. În Rusia, tabla de cupru este utilizată pentru fațade și acoperișuri în conformitate cu normele Codului Federal de Reguli SP 31-116-2006.
În viitorul nu prea îndepărtat, oamenii intenționează să folosească cuprul ca suprafețe germicide în clinici pentru a împiedica bacteriile să se miște în interior. Toate suprafețele atinse de mâna omului - uși, mânere, balustrade, fitinguri de apă, blaturi, paturi - vor fi realizate de specialiști numai din acest metal uimitor.
Marcare cupru
Ce grade de cupru folosește o persoană pentru a produce produsele de care are nevoie? Sunt multe dintre ele: M00, M0, M1, M2, M3. În general, clasele de cupru sunt identificate după puritatea conținutului lor.
De exemplu, clasele de cupru M1r, M2r și M3r conțin 0,04% fosfor și 0,01% oxigen, iar clasele M1, M2 și M3 - 0,05-0,08% oxigen. Nu există oxigen în gradul M0b, iar în MO procentul acestuia este de 0,02%.
Deci să aruncăm o privire mai atentă asupra cuprului. Tabelul de mai jos va oferi informații mai precise:
| Crealitate de cupru | M00 | M0 | M0b | M1 | M1p | M2 | M2r | M3 | M3r | M4 |
|
Procent conținut cupru |
99, 99 | 99, 95 | 99, 97 | 99, 90 | 99, 70 | 99, 70 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 00 |
27 clase de cupru
Există douăzeci și șapte de clase de cupru în total. Unde folosește o persoană o asemenea cantitate de materiale de cupru? Luați în considerare această nuanță mai detaliat:
Materialul
