Bakar i njegova svojstva. Svojstva bakra i njegova primjena. Jedinice specifične težine

Sinonimi: Tanke mješavine prirodnog bakra i kuprita nazvane su kuprokuprit (Vernadsky, 1910). Whitneyite (Gent, 1859) i Darwinite (Forbes, 1860) su arsenski bakar koji formira mješavine s algodonitom.

porijeklo imena

Latinski naziv za bakar cuprum dolazi od imena ostrva Kipar, odakle se u davna vremena uvozio bakar. Podrijetlo ruskog imena nije jasno.

Engleski naziv za mineral Bakar je Bakar

• Hemijski sastav
• Sorte
• Oblik bivanja u prirodi
• Fizička svojstva
• Hemijska svojstva. Ostale nekretnine
• dijagnostičkih znakova. Sateliti.
• Poreklo minerala
• Mjesto rođenja
• Praktična upotreba
• Kupi

Formula

Hemijski sastav

Ponekad sadrži primese Fe, Ag, Pb, Au, Hg, Bi, Sb, V, Ge 3 (srebrni bakar sa 3-4% Ag, gvožđe-2,5% Fe i zlatni 2-3% Au). Nečistoće se češće primjećuju u primarnom prirodnom bakru; reciklirani bakar je obično čistiji. Sastav prirodnog bakra iz ležišta Šamlug (Jermenija): Cu - 97,20 -97,46%, Fe - 0,25%; u bakru iz ležišta Altaja utvrđeno je 98,3% Cu i više.

Kristalografska karakteristika

Syngony. Cubic.

Klasa. Hexoctahedral.

Kristalna struktura

Kristalnu strukturu karakterizira rešetka usmjerena na lice; atomi bakra nalaze se na uglovima i u centrima lica elementarne kocke. Ovo je formalni izraz činjenice da u strukturi bakra postoji najbliže pakovanje (tzv. kubično najbliže pakiranje) atoma metala poluprečnika 1,27 A i rastojanja između najbližih atoma od 2,54 A dok ispunjava prostor od 74,05%. Svaki atom Cu je okružen sa 12 sličnih (koordinacioni broj 12), koji se nalaze oko njega duž vrhova takozvanog arhimedovog kuboktaedra.

Glavni oblici:a (100), d (110), o (111), l (530), e (210), h (410).

Oblik bivanja u prirodi

Crystal Shape. Oblik kristala je kubni, tetraheksaedarski, dodekaedarski, rjeđe - oktaedarski (moguće, pseudomorfi nakon kuprita). Rubovi su često hrapavi, sa udubljenjima ili uzvišenjima. Jednostavni kristali su rijetki.

Parovi. Međurasni blizanci duž (111) su uobičajeni, ponekad polisintetski, često lamelarni u smjeru blizanaca osi ili izduženi ravni blizanci paralelni s dijagonalom. Obično su kristali (jednostavni i blizanci) neravnomjerno razvijeni: izduženi, skraćeni ili deformisani. Karakteristični su dendritski oblici, koji su jednolične izrasline mnogih kristala (jednoliko deformiranih ili pravilnih) u bilo kojem smjeru. To su, na primjer, kristali sbratnjeni duž (111) izduženi duž osi simetrije 2. reda i srasli paralelno s plohama rombičnog dodekaedra) ili izrasline pravilnih zbratimljenih kristala koji se granaju duž rubova i dijagonala oktaedarskih lica, kao i parametara, kao i izrasline kristala izdužene u osi smjera 4. reda. U neprekidnim precipitatima prirodnog bakra tokom jetkanja nalaze se znaci kolektivne kristalizacije sa razvojem krupnih zrna zbog manjih zonskih zrna nepravilnog oblika.

Agregati. Iskrivljeni kristali, u pojedinačnim nepravilnim zrnima, dendritičnim izraslinama, nitastim, žičastim, mahovinastim formacijama, tankim pločama, konkrecijama, praškastim nakupinama i neprekidnim masama težine do nekoliko stotina tona.

Fizička svojstva

Optički

Boja na svježem prijelomu je svijetloružičasta, brzo se mijenja u bakrenocrvenu, zatim u smeđu; često sa žutom ili šarolikom nijansom.

Linija je bakrenocrvena, sjajna.

Sjajni metalik.

Transparentnost. Opaque. U najtanjim pločama blista zelenom bojom.

Indeksi loma

Ng = , Nm = i Np =

Mehanički

Tvrdoća 2,5-3.

Gustina 8,4-8,9

Rascjep se ne opaža.

Fraktura krhotina, kukasta.

Hemijska svojstva

Lako rastvorljiv u razblaženom HNO 3 i u carskoj vodi, u H 2 SO 4 - kada se zagreje, u HCl - teško. Otapa se u vodenoj otopini amonijaka i postaje plava. U poliranim profilima može se nagrizati svim glavnim reagensima. Unutrašnja struktura se lako otkriva upotrebom NH 4 OH + H 2 O 2 ili HCl + CrO 3 (50% rastvor).

Ostale nekretnine

Veoma savitljiv i duktilan. Električna provodljivost je vrlo visoka; značajno smanjen nečistoćama.

Ponašanje pri grijanju. Čisto bakar topi se na 1083°. Toplotna provodljivost je nešto manja od one u srebru.

Umjetna proizvodnja minerala.

Može se lako dobiti iz taline ili elektrolizom iz otopina soli bakra.

Dijagnostički znaci

Slični minerali

Prepoznatljiv po crvenoj boji svježe površine, sjajnoj liniji, srednje tvrdoće i savitljivosti, obično prekriven zelenkastim, crnim, plavim naslagama oksidiranih minerala bakra. Pod mikroskopom u reflektiranoj svjetlosti, lako se određuje po boji i refleksivnosti.

Povezani minerali. Bakarovo zlato, halkocit, kalcit, diopsid, apatit, sfen, magnetit, malahit, barit, kvarc, halkopirit.

Porijeklo i lokacija

Hidrotermalni. Akumulira se u placerima. Nuggets teški do 450 tona opisuju se kao jedinstveni fenomeni.

Prirodni bakar nastaje u redukcionim uslovima tokom različitih geoloških procesa; značajan dio se oslobađa iz hidrotermalnih otopina. U obliku mikroskopskih segregacija, uočava se u mnogim, uglavnom mafičnim, magmatskim stijenama izloženim hidrotermalnim otopinama, na primjer, u serpentiniziranim peridotitima, dunitima i serpentinitima. U ovom slučaju, pojava prirodnog bakra je vjerojatno povezana s razgradnjom prethodno formiranih bakrenih sulfida, na primjer, kubanita (Ural, Transcaucasia). Slično porijeklo može se pripisati prirodnom bakru u amfiboliziranim osnovnim stijenama Serovske regije u regiji Sverdlovsk. U ležištu bakrenog zlata u Karabašu u regiji Čeljabinsk, samorodni bakar je uočen u venastim tijelima diopsid-granatnih stijena koje se javljaju među serpentinitima; za samorodni bakar karakteriše ga povezanost sa bakrenim zlatom, halkocitom, kalcitom, diopsidom, apatitom, sfenom, magnetitom itd.
U nekim drevnim vulkanskim stijenama (melafirima, dijabazima itd.), metamorfoziranim pod utjecajem para, plinova i hidrotermalnih otopina, bakar ispunjava krajnike, formira cement između minerala izmijenjene lave, ispunjava praznine i pukotine; u pratnji hidrotermalnih minerala: analcim, lomontit, prehnit, datolit, adularija, hlorit, epidot, pumpeliit, kvarc, kalcit. Najveća ležišta ovog tipa nalaze se na poluostrvu Kivino u regiji Lake Superior (Mičigen, SAD), gde je mineralizacija ograničena na gornji proterozojski niz. Glavna masa bakra se dobija iz melafira i konglomerata, ali najveće segregacije bakra (do 400 tona i više) nalaze se u kalcitnim žilama koje sadrže prirodno srebro i domeikit.

Promjena minerala.

Najčešći proizvodi alteracije prirodnog bakra su kuprit, malahit i azurit.

Mjesto rođenja

Alokacije prirodnog bakra uočene su u dijabazima Nove zemlje, u zamkama Sibirske platforme, među glavnim efuzivnim stijenama u Italiji, Farskim otocima (Danska), Novoj Škotskoj (Kanada) i drugim mjestima. Predstavnici rijetkih tipova hipogenih ležišta prirodnog bakra su Franklin cink-mangan ležište (New Jersey, SAD) i nalazišta mangana Longban i Jacobsberg (Švedska). Hipogene su, po svemu sudeći, izdvajanje prirodnog bakra težine do nekoliko tona iz prethodno razvijenog ležišta Kalmaktas u Kazahstanu, predstavljenog u muzejima sa odličnim uzorcima.
U zoni oksidacije, posebno u njenim donjim dijelovima, samorodni bakar je uglavnom rani produkt alteracije minerala bakar sulfida, uglavnom halkocita. Sastoji se pretežno od pražnjenja nepravilnog oblika, rjeđe od kristala i dendritičnih agregata.
Uz samorodni bakar najčešće se nalaze halkocit, kuprit, kalcit i limonit. Uočeno je u brojnim nalazištima u Kazahstanu (Dzhezkazgan, Berkara, Uspenskoye, itd.), Rudny Altai (Belousovskoye, Zyryanovskoye, Chudak, Talovskoye, itd.), SAD (Bisbee i Clifton-Morensee u Arizoni, Tintik u Juti , itd.) .
Dio prirodnog bakra u zoni oksidacije nastaje taloženjem iz otopina koje sadrže bakar sulfat. Takav je, na primjer, samorodni bakar, koji stvara taloženje u šupljinama među agregatima limonita, ponekad u kombinaciji sa kupritom (nalazište rude bakra, Sverdlovska oblast, itd.). Poznati su izvorni pseudomorfi bakra koji nastaju u zoni oksidacije nakon halkocita, kuprita, antlerita, halkantita, azurita, kalcita, aragonita i drugih minerala.
Posebno lijepi uzorci prirodnog bakra (kristali i dendritski agregati) dolaze iz Torinskih rudnika u regiji Sverdlovsk.
U nekim rudarskim radovima takozvani cementni bakar se oslobađa iz voda koje sadrže bakar na željeznim predmetima u obliku filmova i kora. Poznati su i slučajevi nastanka bakra na poluraspadnutim ostacima zatvarača.
U povećanoj količini, samorodni bakar se uočava u pojedinim sedimentnim stijenama (pješčanici, gline, laporci) koje sadrže biljne ostatke, u obliku segregacija nepravilnog oblika, ponekad u pseudomorfima na drvetu ili u obliku konkrecija. Takvi su, na primjer, permski bakreni pješčari pojedinih regija Rusije (Ural, Tatarstan, itd.), Naukata pješčari u Kirgistanu, i kredni bakreni pješčari Korokoro i Kobritsos u Boliviji i drugi.
Formiranje prirodnog bakra u nekim tresetnim močvarama također je povezano s procesima oporavka, na primjer, u regiji Sverdlovsk - duž rijeke Lyovikha u slivu rijeke Tagil i u regiji Sysert.
U obliku kamenčića i zrna, autohtoni bakar se nalazi u Rusiji na nekim mestima: na Uralu, duž Jeniseja, duž reke B. Sarkoj u Burjatiji, duž reke Čorok u Gruziji, na Komandantskim ostrvima i na drugim mestima . U državi Connecticut (SAD) samorodni bakar je pronađen u glacijalnim naslagama u obliku segregacija težine do 75 kg. U prirodnom gvožđu meteorita Vengerovo u vezi sa troilitom primećeni su mali, nepravilno oblikovani precipitati prirodnog bakra.

Praktična upotreba

Važna komponenta nekih ruda bakra, ponekad i glavni bakreni mineral takvih ruda.

Koristi se u elektrotehnici, izradi instrumenata; razne legure sa bakrom (bronza, mesing, bakronikl) se široko koriste.

Metode fizikalnog istraživanja

Diferencijalna termička analiza

Glavne linije na radiografiji:

drevne metode. Topi se ispod duvaljke. Na temperaturi bijele topline, postepeno oksidira, pretvarajući plamen u zeleno.

Render(( blockId: "R-A-248885-7", renderTo: "yandex_rtb_R-A-248885-7", async: true )); )); t = d.getElementsByTagName("script"); s = d.createElement("script"); s.type = "tekst/javascript"; s.src = "//an.yandex.ru/system/context.js"; s.async = istina; t.parentNode.insertBefore(s, t); ))(ovo, ovaj.document, "yandexContextAsyncCallbacks");

Kristalna optička svojstva u tankim preparatima (presjeci)

U poliranim dijelovima u reflektiranoj svijetlo ružičastoj boji. Reflektivnost (u%): za zelene zrake - 61, za narandžaste - 83, za crvene - 89. Izotropno. Indeksi loma (prema Kundtu) u prizmama za crveno svjetlo - 0,45, za bijelo - 0,65, za plavo - 0,95; u reflektirajućem svjetlu (prema Drudeu) za Na-svjetlo 0,641, za crveno - 0,580. Koeficijent apsorpcije za Na-svjetlo je 4,09, za crveno svjetlo - 5,24.

Bakar. Somorodok

Metalni bakar je čovječanstvo dugo koristilo u različitim područjima života. Dvadeset deveti element iz periodnog sistema D. I. Mendeljejeva, koji se nalazi između nikla i cinka, ima zanimljive karakteristike i svojstva. Ovaj element je označen simbolom Cu. To je jedan od rijetkih metala s karakterističnom bojom osim srebrne i sive.

Istorija bakra

Koliko je veliki ovaj hemijski element imao u istoriji čovečanstva i planete, već se može naslutiti iz imena istorijskih epoha. Nakon kamenog doba dolazi bakreno, a potom i bronzano doba, koje je takođe direktno povezano sa ovim elementom.

Bakar je jedan od sedam metala koji su čovječanstvu poznati od davnina. Prema istorijskim podacima, upoznavanje starih ljudi sa ovim metalom dogodilo se prije oko devet hiljada godina.

Najstariji proizvodi napravljeni od ovog materijala pronađeni su na teritoriji moderne Turske. Arheološka istraživanja na lokalitetu velikog neolitskog naselja zvanog Chatalheyuk omogućila su pronalaženje malih bakrenih perli, kao i bakarnih ploča, kojima su stari ljudi ukrašavali svoju odjeću.

Pronađeni gizmosi datirani su na prijelaz iz osmog u sedmi milenijum prije Krista. Osim samih proizvoda, na lokalitetu iskopa pronađena je šljaka, što ukazuje na to da je metal topljen iz rude.

Dobivanje bakra iz rude bilo je relativno pristupačno. Stoga je, uprkos visokoj tački topljenja, ovaj metal bio među prvima kojima je čovječanstvo brzo i široko ovladalo.

Metode rudarenja

U prirodnim uslovima ovaj hemijski element postoji u dva oblika:

• veze;
• nuggets.

Zanimljiva je i sljedeća činjenica: grumen bakra u prirodi nailazi mnogo češće od zlata, srebra i željeza.

Prirodna jedinjenja bakra su:

• oksidi;
• ugljični i sumporni kompleksi;
• bikarbonati;
• sulfidnih ruda.

Rude sa najvećom rasprostranjenošću, su bakarni sjaj i bakarni pirit. Bakar u ovim rudama sadrži samo jedan ili dva posto. Primarni bakar se kopa na dva glavna načina:

• hidrometalurški;
• pirometalurški.

Udio prve metode je deset posto. Preostalih devedeset pripada drugoj metodi.

Pirometalna metoda uključuje kompleks procesa. Prvo se rude bakra obogaćuju i spaljuju. Zatim se sirovina topi u mat, nakon čega se duva u konverter. Tako se dobija blister bakar. Njegovo pretvaranje u čisto vrši se rafiniranjem - prvo vatrom, a zatim elektrolitičkom. Ovo je posljednja faza. Po završetku, čistoća rezultirajućeg metala je gotovo sto posto.

Proces dobivanja bakra hidrometalurškom metodom podijeljen je u dvije faze.

1. Prvo, sirovina se izluži sa slabom otopinom sumporne kiseline.
2. U završnoj fazi, metal se odvaja direktno od rastvora navedenog u prvom paragrafu.

Ova metoda se koristi pri preradi samo ruda niskog kvaliteta, jer je, za razliku od prethodne metode, nemoguće vaditi plemenite metale usput. Zbog toga je procenat koji se može pripisati ovoj metodi tako mali u poređenju sa drugom metodom.

Malo o imenu

Hemijski element Cuprum, označen simbolom Cu, dobio je ime u čast ozloglašenog ostrva Kipar. Tamo su otkrivena velika nalazišta rude bakra u dalekom trećem veku pre nove ere. Lokalni majstori koji su radili u ovim rudnicima topili su ovaj metal.

Možda je nemoguće razumjeti šta je metalni bakar bez razumijevanja njegovih svojstava, glavnih karakteristika i karakteristika.

U kontaktu sa vazduhom, ovaj metal postaje žućkasto-ružičaste boje. Ova jedinstvena zlatno-ružičasta nijansa nastaje zbog pojave oksidnog filma na površini metala. Ako se ovaj film ukloni, bakar će dobiti ekspresivnu ružičastu boju s karakterističnim svijetlim metalnim sjajem.

Nevjerojatna činjenica: najtanje bakrene ploče na svjetlu uopće nisu ružičaste, već zelenkasto-plave ili, drugim riječima, morske boje.

U obliku jednostavne tvari, bakar ima sljedeće karakteristike:

• neverovatna plastičnost;
• dovoljna mekoća;
• duktilnost.

Čisti bakar, bez prisustva ikakvih nečistoća, odličan je za preradu - lako se može umotati u šipku ili lim, ili uvući u žicu, čija će debljina biti dovedena do hiljaditih delova milimetra. Dodavanje nečistoća ovom metalu povećava njegovu tvrdoću.

Pored navedenih fizičkih karakteristika, ovaj hemijski element ima visoku električnu provodljivost. Ova karakteristika je uglavnom odredila upotrebu metalnog bakra.

Među glavnim svojstvima ovog metala, vrijedi napomenuti njegovu visoku toplinsku provodljivost. U pogledu električne i toplotne provodljivosti, bakar je jedan od vodećih među metalima. Samo jedan metal, srebro, ima veće stope u ovim parametrima.

Nemoguće je ne uzeti u obzir činjenicu da pokazatelji električne i toplinske provodljivosti bakra pripadaju kategoriji osnovnih svojstava. Oni ostaju na visokom nivou samo dok je metal u svom čistom obliku. Moguće je smanjiti ove pokazatelje dodavanjem nečistoća:

• arsen;
• žlijezda;
• lim;
• fosfor;
• antimon.

Svaka od ovih nečistoća u kombinaciji s bakrom ima određeni učinak na njega, zbog čega se značajno smanjuju vrijednosti toplinske i električne provodljivosti.

Između ostalog, metalni bakar karakteriše neverovatna čvrstoća, visoka tačka topljenja i visoka tačka ključanja. Podaci su zaista impresivni. Tačka topljenja bakra prelazi hiljadu stepeni Celzijusa! A tačka ključanja je 2570 stepeni Celzijusa.

Ovaj metal spada u grupu dijamagnetnih metala. To znači da se njegova magnetizacija, kao i kod brojnih drugih metala, događa ne u smjeru vanjskog magnetskog polja, već protiv njega.

Još jedna važna karakteristika je odlična otpornost ovog metala na koroziju. U uslovima visoke vlažnosti, oksidacija gvožđa se, na primer, dešava nekoliko puta brže od oksidacije bakra.

Hemijska svojstva elementa

Ovaj element je neaktivan. Kada je izložen suvom vazduhu u normalnim uslovima, bakar ne počinje da oksidira. Vlažan vazduh, s druge strane, pokreće oksidativni proces koji stvara bakar karbonat (II), koji je gornji sloj patine. Gotovo trenutno, ovaj element reagira sa supstancama kao što su:

• sumpor;
• selen;
• halogeni.

Kiseline koje nemaju oksidirajuća svojstva ne mogu utjecati na bakar. Osim toga, ne reaguje ni na koji način kada je u kontaktu sa takvim hemijskim elementima kao što su:

• nitrogen;
• ugljenik;
• vodonik.

Pored već uočenih hemijskih svojstava, bakar karakteriše i amfoternost. To znači da je u zemljinoj kori u stanju da formira katjone i anjone. Jedinjenja ovog metala mogu pokazati i kisela i bazična svojstva - to direktno ovisi o specifičnim uvjetima.

Područja i karakteristike primjene

U davna vremena, metalni bakar se koristio za izradu raznih stvari. Vješto korištenje ovog materijala omogućilo je drevnim ljudima da steknu:

• skupo posuđe;
• ukrasi;
• alati sa tankom oštricom.

legure bakra

Govoreći o upotrebi bakra, ne može se ne spomenuti njegov značaj u proizvodnji raznih legura, koje se baziraju na ovom metalu. . Ove legure uključuju:

• bronza;
• mesing.

Ove dvije varijante su glavne vrste legura bakra. Prva legura bronze nastala je na istoku već tri milenijuma prije Krista. Bronza se s pravom može smatrati jednim od najvećih dostignuća metalurga antike. U stvari, bronza je kombinacija bakra sa drugim elementima. U većini slučajeva, kalaj djeluje kao druga komponenta. Ali bez obzira na to koji elementi su uključeni u leguru, bakar je uvijek glavna komponenta. Formula mesinga sadrži uglavnom bakar i cink, ali su im mogući dodaci u obliku drugih hemijskih elemenata.

Pored bronce i mesinga, ovaj hemijski element učestvuje u stvaranju legura sa drugim metalima, uključujući aluminijum, zlato, nikl, kalaj, srebro, titanijum i cink. Legure bakra sa nemetalima kao što su kiseonik, sumpor i fosfor koriste se mnogo rjeđe.

Industrije

Vrijedna svojstva legura bakra i čista supstanca doprinijela je njihovoj upotrebi u industrijama kao što su:

• elektrotehnika;
• elektrotehnika;
• instrumentacija;
• radio elektronika.

Ali, naravno, to nisu sva područja primjene ovog metala. To je visoko ekološki materijal. Zbog toga se koristi u izgradnji kuća. Na primjer, krovni pokrivač od metalnog bakra, zbog svoje najveće otpornosti na koroziju, ima vijek trajanja više od stotinu godina, ne zahtijeva posebnu njegu i farbanje.

Druga oblast upotrebe ovog metala je industrija nakita. Uglavnom se koristi u obliku legura sa zlatom. Proizvodi od legure bakra i zlata odlikuju se povećanom čvrstoćom, velikom izdržljivošću. Takvi proizvodi se ne deformiraju i ne troše se dugo vremena.

Jedinjenja metalnog bakra odlikuju se visokom biološkom aktivnošću. U svijetu flore ovaj metal je važan, jer je uključen u sintezu hlorofila. Učešće ovog elementa u ovom procesu omogućava ga otkrivanje među komponentama mineralnih đubriva za biljke.

Uloga u ljudskom tijelu

Nedostatak ovog elementa u ljudskom tijelu može negativno utjecati na sastav krvi, odnosno pogoršati ga. Nedostatak ove tvari možete popuniti uz pomoć posebno odabrane prehrane. Bakar se nalazi u mnogim namirnicama, tako da nije teško napraviti zdravu ishranu po svom ukusu. Na primjer, jedan od proizvoda koji sadrže ovaj element je obično mlijeko.

Ali pri sastavljanju jelovnika zasićenog ovim elementom, ne treba zaboraviti da višak njegovih spojeva može dovesti do trovanja tijela. Stoga je, zasićenjem tijela ovom blagotvornom tvari, vrlo važno ne pretjerati. I to se ne odnosi samo na količinu konzumirane hrane.

Na primjer, trovanje hranom može uzrokovati upotrebu bakrenog pribora. Kuhanje u takvim jelima vrlo je obeshrabreno, pa čak i zabranjeno. To je zbog činjenice da tokom procesa ključanja značajna količina ovog elementa ulazi u hranu, što može dovesti do trovanja.

Postoji jedno upozorenje za zabranu bakarnog posuđa. Upotreba takvog posuđa nije opasna ako njegova unutrašnja površina ima limeni premaz. Samo pod ovim uslovom, upotreba bakrenih lonaca ne predstavlja opasnost od trovanja hranom.

Pored svih navedenih grana primjene, širenje ovog elementa nije zaobišlo ni medicinu. U oblasti zdravstvene zaštite i održavanja koristi se kao adstringent i antiseptik. Ovaj hemijski element je dio kapi za oči, koje se koriste u liječenju bolesti kao što je konjuktivitis. Osim toga, bakar je važna komponenta raznih rješenja za gorenje.

Bakar je element bočne podgrupe prve grupe, četvrtog perioda periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva, sa atomskim brojem 29. Označen je simbolom Cu (lat. Cuprum). Prosta supstanca bakar (CAS broj: 7440-50-8) je duktilni prelazni metal zlatno ružičaste boje (ružičasta u odsustvu oksidnog filma). Čovjek ga je naširoko koristio od davnina.

Istorijat i porijeklo imena

Bakar je jedan od prvih metala kojim je čovjek široko ovladao zbog svoje komparativne dostupnosti za dobivanje iz rude i niske točke topljenja. U antičko doba koristio se uglavnom u obliku legure s kositrom - bronce za proizvodnju oružja itd. (vidi Bronzano doba).
Latinski naziv za bakar Cuprum (drevni Aes cuprium, Aes cyprium) potiče od naziva ostrva Kipar, gde je već u III milenijumu pr. e. postojali su rudnici bakra i topio se bakar.
Strabon naziva bakrene halke, od imena grada Halkisa na Eubeji. Mnogi starogrčki nazivi predmeta od bakra i bronze, kovačkog zanata, kovačkih proizvoda i odlivaka potiču od ove reči. Drugi latinski naziv za bakar je Aes (sanskrt, ayas, gotski aiz, njemački erz, engleski ore) znači ruda ili rudnik. Zagovornici indogermanske teorije o poreklu evropskih jezika izvode rusku reč bakar (poljski miedz, češki med) od staronjemačke smida (metal) i Schmied (kovač, engleski Smith). Naravno, odnos korijena u ovom slučaju je nesumnjiv, međutim, obje ove riječi su izvedene iz grčkog. moje, moje nezavisno jedna od druge. Srodni nazivi su nastali od ove riječi - medalja, medaljon (francuski medaille). Riječi bakar i bakar nalaze se u najstarijim ruskim književnim spomenicima. Alhemičari su bakar zvali Venera. U starija vremena nalazi se ime Mars.

Fizička svojstva

Bakar je zlatno-ružičasti duktilni metal, brzo prekriven oksidnim filmom na zraku, što mu daje karakterističnu intenzivnu žućkasto-crvenu nijansu. Tanki slojevi bakra na svjetlu imaju zelenkasto-plavu boju.
Bakar formira kubičnu rešetku centriranu na lice, prostorna grupa F m3m, a = 0,36150 nm, Z = 4.
Bakar ima visoku toplotnu i električnu provodljivost (na drugom mestu po električnoj provodljivosti posle srebra).
Ima dva stabilna izotopa - 63 Cu i 65 Cu, i nekoliko radioaktivnih izotopa. Najdugovječniji od njih, 64 Cu, ima poluživot od 12,7 sati i dvije varijante raspadanja s različitim proizvodima.
Postoji veliki broj legura bakra: mesing - sa cinkom, bronza - sa kalajem i drugim elementima, bakronikl - sa niklom, babiti - sa olovom i druge.

Hemijska svojstva

Ne mijenja se u zraku u odsustvu vlage i ugljičnog dioksida. Slabo je redukcijsko sredstvo, ne reagira s vodom, razrijeđenom hlorovodoničnom kiselinom. Prebacuje se u rastvor sa neoksidirajućim kiselinama ili amonijak hidratom u prisustvu kiseonika, kalijum cijanida. Oksidirano koncentriranom sumpornom i dušičnom kiselinom, carskom vodom, kisikom, halogenima, halkogenima, oksidima nemetala. Reaguje pri zagrijavanju sa halogenovodonikom.

Savremene metode rudarenja

90% primarnog bakra dobija se pirometalurškom metodom, 10% - hidrometalurškom metodom. Hidrometalurška metoda je proizvodnja bakra ispiranjem sa slabim rastvorom sumporne kiseline, a zatim odvajanjem metalnog bakra iz rastvora. Pirometalurška metoda se sastoji od nekoliko faza: obogaćivanje, pečenje, topljenje u mat, uduvavanje u konverter, rafiniranje.
Za obogaćivanje ruda bakra koristi se metoda flotacije (bazirana na korištenju različite kvačivosti čestica koje sadrže bakar i otpadnih stijena), što omogućava dobivanje koncentrata bakra koji sadrži od 10 do 35% bakra.
Rude i koncentrati bakra s visokim sadržajem sumpora podvrgavaju se oksidativnom prženju. U procesu zagrijavanja koncentrata ili rude na 700-800 °C u prisustvu atmosferskog kisika dolazi do oksidacije sulfida, a sadržaj sumpora se smanjuje za skoro polovicu originalnog. Peče se samo loši koncentrati (sa sadržajem bakra od 8 do 25%), dok se bogati koncentrati (od 25 do 35% bakra) tope bez pečenja.
Nakon prženja, ruda i koncentrat bakra se tope u mat, koji je legura koja sadrži bakar i sulfide željeza. Mat sadrži od 30 do 50% bakra, 20-40% gvožđa, 22-25% sumpora, osim toga, mat sadrži nečistoće nikla, cinka, olova, zlata, srebra. Najčešće se topljenje vrši u pećima za odjek plamena. Temperatura u zoni topljenja je 1450 °C.
U cilju oksidacije sulfida i gvožđa, nastali bakarni mat se podvrgava duvanju komprimovanim vazduhom u horizontalnim konverterima sa bočnim duvanjem. Nastali oksidi se pretvaraju u šljaku. Temperatura u pretvaraču je 1200-1300 °C. Zanimljivo je da se toplota u konvertoru oslobađa usled nastanka hemijskih reakcija, bez dovoda goriva. Tako se u konvertoru dobija blister bakar koji sadrži 98,4 - 99,4% bakra, 0,01 - 0,04% gvožđa, 0,02 - 0,1% sumpora i malu količinu nikla, kalaja, antimona, srebra, zlata. Ovaj bakar se sipa u kutlaču i sipa u čelične kalupe ili na mašinu za izlivanje.
Dalje, da bi se uklonile štetne nečistoće, blister bakar se rafinira (provodi se vatrena, a zatim elektrolitička rafinacija). Suština vatrenog rafiniranja blister bakra je oksidacija nečistoća, njihovo uklanjanje plinovima i pretvaranje u šljaku. Nakon vatrene rafinacije dobija se bakar čistoće 99,0 - 99,7%. Izliva se u kalupe i dobijaju se ingoti za dalje topljenje legura (bronza i mesing) ili ingoti za elektrolitičku rafinaciju.
Elektrolitičkom rafinacijom se dobija čisti bakar (99,95%). Elektroliza se izvodi u kupkama, gdje je anoda izrađena od vatreno rafiniranog bakra, a katoda od tankih listova čistog bakra. Elektrolit je vodeni rastvor. Kada se prođe jednosmjerna struja, anoda se rastvara, bakar prelazi u otopinu i, pročišćen od nečistoća, taloži se na katode. Nečistoće se talože na dno kupke u obliku šljake, koja se obrađuje za ekstrakciju vrijednih metala. Katode se istovaraju za 5-12 dana, kada njihova masa dostigne 60 do 90 kg. Temeljno se peru, a zatim tope u električnim pećima.

Stari Grci su ovaj element nazivali chalkos, na latinskom se zove cuprum (Cu) ili aes, a srednjovjekovni alhemičari su ovaj hemijski element zvali niko drugi do Mars ili Venera. Čovječanstvo je dugo poznavalo bakar zbog činjenice da se u prirodnim uvjetima mogao naći u obliku grumenova, često vrlo impresivne veličine.

Laka reducibilnost karbonata i oksida ovog elementa doprinijela je činjenici da su, prema mnogim istraživačima, naši stari preci naučili da ga obnavljaju iz rude prije svih drugih metala.

U početku su se bakrene stijene jednostavno zagrijavale na otvorenoj vatri, a zatim su se oštro hladile. To je dovelo do njihovog pucanja, što je omogućilo da se izvrši restauracija metala.

Savladavši tako jednostavnu tehnologiju, osoba je počela postupno da je razvija. Ljudi su naučili da upuhuju vazduh u vatru uz pomoć mjehova i cijevi, a zatim su razmišljali o postavljanju zidova oko vatre. Na kraju je izgrađena i prva okna peć.

Brojna arheološka iskopavanja omogućila su da se utvrdi jedinstvena činjenica - najjednostavniji proizvodi od bakra postojali su već u 10. milenijumu prije Krista! A bakar se počeo kopati i aktivnije koristiti nakon 8-10 hiljada godina. Od tada, čovječanstvo koristi ovaj hemijski element, jedinstven po mnogim aspektima (gustina, specifična težina, magnetne karakteristike itd.), za svoje potrebe.

Danas su grumenčići bakra izuzetno rijetki. Bakar se kopa iz raznih, među kojima se mogu razlikovati sljedeće:

• bornit (sadrži do 65% bakra);
• bakreni sjaj (aka halkozin) sa sadržajem bakra do 80%;
• bakreni pirit (drugim rečima, halkoprit), koji sadrži oko 30% hemijskog elementa koji nas zanima;
• covelline (sadrži do 64% Cu).

Kuprum se takođe dobija iz malahita, kuprita, drugih oksidnih ruda i skoro 20 minerala koji ga sadrže u različitim količinama.

2

U jednostavnom obliku, opisani element je ružičasto-crveni metal, karakteriziran visokom plastičnošću. Prirodni bakar uključuje dva nuklida sa stabilnom strukturom.

Radijus pozitivno nabijenog jona bakra ima sljedeće vrijednosti:

• sa indeksom koordinacije od 6 - do 0,091 nm;
• sa indikatorom od 2 - do 0,060 nm.

Neutralni atom elementa karakterizira radijus od 0,128 nm i afinitet prema elektronu od 1,8 eV. Sa sekvencijalnom jonizacijom, atom ima vrijednosti od 7,726 do 82,7 eV.

Kuprum je prelazni metal, tako da ima promenljiva oksidaciona stanja i nisku elektronegativnost (1,9 Paulingovih jedinica). (koeficijent) je 394 W/(m*K) pri temperaturnom rasponu od 20 do 100°C. Električna provodljivost bakra (specifični indeks) je maksimalno 58, minimalno 55,5 MS/m. Samo srebro karakterizira veća vrijednost, električna provodljivost ostalih metala, uključujući i aluminij, je manja.

Bakar ne može istisnuti vodonik iz kiselina i vode, jer se nalazi desno od vodonika u standardnom nizu potencijala. Opisani metal karakterizira kubična rešetka usmjerena na lice s vrijednošću od 0,36150 nm. Bakar ključa na temperaturi od 2657 stepeni, topi se na temperaturi od nešto više od 1083 stepena, a gustina mu je 8,92 grama po kubnom centimetru (za poređenje, gustina aluminijuma je 2,7).

Ostala mehanička svojstva bakra i važni fizički pokazatelji:

• pritisak na 1628 °C - 1 mm Hg. Art.;
• termička vrijednost ekspanzije (linearna) - 0,00000017 jedinica;
• pri zatezanju postiže se vlačna čvrstoća od 22 kgf / mm2;
• tvrdoća bakra - 35 kgf / mm2 (Brinellova skala);
• specifična težina - 8,94 g / cm3;
• modul elastičnosti - 132000 MN/m2;
• izduženje (relativno) - 60%.

Magnetna svojstva bakra su donekle jedinstvena. Element je potpuno dijamagnetičan, njegov indeks magnetske atomske osjetljivosti je samo 0,00000527 jedinica. Magnetne karakteristike bakra (međutim, kao i svi njegovi fizički parametri - težina, gustoća, itd.) određuju potražnju za elementom za proizvodnju električnih proizvoda. Aluminij ima približno iste karakteristike, stoga sa opisanim metalom čine "slatki par" koji se koristi za proizvodnju provodljivih dijelova, žica, kablova.

Gotovo je nemoguće promijeniti mnoga mehanička svojstva bakra (ista magnetna svojstva, na primjer), ali se vlačna čvrstoća predmetnog elementa može poboljšati kaljenjem. U ovom slučaju će se približno udvostručiti (do 420–450 MN/m2).

3

Kuprum u sistemu Mendeljejeva je uvršten u grupu plemenitih metala (IB), nalazi se u četvrtom periodu, ima redni broj 29 i ima tendenciju kompleksnog formiranja. Hemijske karakteristike bakra nisu ništa manje važne od njegovih magnetnih, mehaničkih i fizičkih karakteristika, bilo da se radi o njegovoj težini, gustini ili drugoj vrijednosti. Stoga ćemo o njima detaljno govoriti.

Hemijska aktivnost bakra je niska. Bakar se u suhoj atmosferi neznatno mijenja (moglo bi se čak reći da se gotovo i ne mijenja). Ali s povećanjem vlažnosti i prisutnošću ugljičnog dioksida u okolišu, na njegovoj površini obično se formira film zelenkaste nijanse. Sadrži CuCO3 i Cu(OH)2, kao i razna jedinjenja sulfida bakra. Potonji nastaju zbog činjenice da u zraku gotovo uvijek postoji određena količina sumporovodika i sumpordioksida. Ovaj zelenkasti film naziva se patina. Štiti metal od uništenja.

Ako se bakar zagrije na zraku, počet će procesi oksidacije njegove površine. Na temperaturama od 375 do 1100 stepeni kao rezultat oksidacije formira se dvoslojna skala, a na temperaturama do 375 stepeni - oksid bakra. Na uobičajenim temperaturama, međutim, obično se opaža kombinacija Cu sa vlažnim hlorom (rezultat takve reakcije je pojava klorida).

Sa ostalim elementima halogenske grupe, bakar također vrlo lako stupa u interakciju. U parama sumpora se pali; takođe ima visok nivo afiniteta prema selenu. Ali Cu se ne kombinuje sa ugljenikom, dušikom i vodonikom čak ni na povišenim temperaturama. U kontaktu oksida bakra sa razblaženom sumpornom kiselinom dobijaju se sulfat i čisti bakar, sa jodovodoničnom kiselinom i bromovodonična kiselina, bakar jodid i bakar bromid.

Ako se oksid kombinira s jednom ili drugom alkalijom, rezultat kemijske reakcije bit će pojava kuprata. Ali najpoznatiji redukcioni agensi (ugljični monoksid, amonijak, metan i drugi) mogu vratiti bakar u slobodno stanje.

Od praktičnog interesa je sposobnost ovog metala da reaguje sa solima gvožđa (u obliku rastvora). U ovom slučaju, redukcija željeza i prijelaz Cu u otopinu su fiksni. Ova reakcija se koristi za uklanjanje prskanog sloja bakra sa ukrasnih proizvoda.

U mono- i dvovalentnim oblicima, bakar je u stanju da stvori kompleksna jedinjenja sa visokim indeksom stabilnosti. Takva jedinjenja uključuju mješavine amonijaka (oni su od interesa za industrijska preduzeća) i dvostruke soli.

4

Glavni opseg aluminijuma i bakra poznat je, možda, svima. Izrađuju razne kablove, uključujući i električne. Ovo je olakšano niskim otporom aluminijuma i bakra, njihovim posebnim magnetnim sposobnostima. U namotajima električnih pogona i u transformatorima (energetskim) široko se koriste bakrene žice koje se odlikuju jedinstvenom čistoćom bakra, koji je sirovina za njihovu proizvodnju. Ako se takvoj čistoj sirovini doda samo 0,02 posto aluminija, električna provodljivost proizvoda će se smanjiti za 8-10 posto.

Cu, koji ima veliku gustoću i čvrstoću, kao i malu težinu, može se lako obraditi. To nam omogućava da proizvodimo odlične bakrene cijevi koje pokazuju svoje visoke performanse u sustavima za plin, grijanje i vodu. U mnogim europskim zemljama, bakrene cijevi se u velikoj većini slučajeva koriste za uređenje unutrašnjih inženjerskih mreža stambenih i upravnih zgrada.

Mnogo smo rekli o električnoj provodljivosti aluminijuma i bakra. Ne zaboravimo na odličnu toplotnu provodljivost potonjeg. Ova karakteristika omogućava upotrebu bakra u sljedećim dizajnima:

• u toplotnim cijevima;
• u hladnjacima personalnih kompjutera;
• u sistemima grijanja i zračnog hlađenja;
• u izmjenjivačima topline i mnogim drugim uređajima koji odvode toplinu.

Gustoća i mala težina bakrenih materijala i legura doveli su do njihove široke upotrebe u arhitekturi.

5

Jasno je da gustina bakra, njegova težina i sve vrste hemijskih i magnetnih indikatora, uglavnom, malo zanimaju prosječnu osobu. Ali lekovita svojstva bakra žele da znaju mnogi.

Stari Indijanci koristili su bakar za liječenje organa vida i raznih kožnih oboljenja. Stari Grci su bakarnim pločama liječili čireve, jake otoke, modrice i modrice, kao i teže bolesti (upale krajnika, urođenu i stečenu gluvoću). A na istoku se crveni bakreni prah otopljen u vodi koristio za obnavljanje slomljenih kostiju nogu i ruku.

Ljekovitost bakra bila je dobro poznata Rusima. Naši preci su koristili ovaj jedinstveni metal za liječenje kolere, epilepsije, poliartritisa i radikulitisa. Trenutno se za liječenje obično koriste bakrene ploče koje se nanose na posebne točke na ljudskom tijelu. Ljekovitost bakra takvom terapijom se očituje u sljedećem:

• povećava se zaštitni potencijal ljudskog tijela;
• zarazne bolesti nisu strašne za one koji se liječe bakrom;
• dolazi do smanjenja boli i uklanjanja upale.