Le cuivre et ses propriétés. Propriétés du cuivre et son application. Unités de gravité spécifique

Synonymes : Les mélanges minces de cuivre natif et de cuprite étaient appelés cuprocuprite (Vernadsky, 1910). La Whitneyite (Gent, 1859) et la Darwinite (Forbes, 1860) sont du cuivre arsenic qui forme des mélanges avec l'algodonite.

origine du nom

Le nom latin du cuivre cuprum vient du nom de l'île de Chypre, d'où le cuivre était importé dans les temps anciens. L'origine du nom russe n'est pas claire.

Le nom anglais du minéral Cuivre est Cuivre

• Composition chimique
• Variétés
• Forme d'être dans la nature
• Propriétés physiques
• Propriétés chimiques. Autres propriétés
• signes diagnostiques. Satellites.
• Origine du minéral
• Lieu de naissance
• Utilisation pratique
• Acheter

Formule

Composition chimique

Il contient parfois des mélanges de Fe, Ag, Pb, Au, Hg, Bi, Sb, V, Ge 3 (argent cuivre avec 3-4% Ag, fer-2,5% Fe et or-2-3% Au). Les impuretés sont plus souvent observées dans le cuivre natif primaire ; le cuivre recyclé est généralement plus pur. La composition du cuivre natif du gisement de Shamlugh (Arménie): Cu - 97,20 -97,46%, Fe - 0,25%; dans le cuivre des gisements de l'Altaï, 98,3% Cu et plus ont été déterminés.

Caractéristique cristallographique

Syngonie. Cubique.

Classe. Hexoctaédrique.

Structure en cristal

La structure cristalline est caractérisée par un réseau à faces centrées ; les atomes de cuivre sont situés aux coins et au centre des faces du cube élémentaire. Il s'agit d'une expression formelle du fait que dans la structure du cuivre, il existe un empilement le plus proche (appelé empilement cubique le plus proche) d'atomes métalliques avec un rayon de 1,27 A et une distance entre les atomes les plus proches de 2,54 A tout en remplissant un espace de 74,05 %. Chaque atome de Cu est entouré de 12 semblables (numéro de coordination 12), situés autour de lui le long des sommets du soi-disant cuboctaèdre d'Archimède.

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

Forme d'être dans la nature

Forme de cristal. La forme des cristaux est cubique, tétrahexaédrique, dodécaédrique, moins souvent - octaédrique (éventuellement, pseudomorphes après cuprite). Les bords sont souvent rugueux, avec des dépressions ou des élévations. Les cristaux simples sont rares.

Double. Les macles d'intercroissance le long de (111) sont courantes, parfois polysynthétiques, souvent lamellaires dans le sens axial des macles ou macles planes allongées parallèles à la diagonale. Habituellement, les cristaux (simples et jumeaux) sont inégalement développés : allongés, raccourcis ou déformés. Les formes dendritiques sont caractéristiques, qui sont des intercroissances uniformes de nombreux cristaux (uniformément déformés ou réguliers) dans n'importe quelle direction. Il s'agit par exemple de cristaux maclés selon (111) allongés selon l'axe de symétrie d'ordre 2 et fusionnés parallèlement aux faces d'un dodécaèdre rhombique) ou d'intercroissances de cristaux macles réguliers se ramifiant le long des arêtes et des diagonales de faces octaédriques, ainsi que de cristaux parallèles intercroissances de cristaux allongés dans les axes de direction du 4ème ordre. Dans les précipités continus de cuivre natif lors de la gravure, des signes de cristallisation collective sont trouvés avec le développement de gros grains dus à des grains zonaux plus petits et de forme irrégulière.

Agrégats. Cristaux déformés, en grains simples irréguliers, intercroissances dendritiques, formations filamenteuses, filiformes, moussues, plaques minces, concrétions, accumulations pulvérulentes et masses continues pesant jusqu'à plusieurs centaines de tonnes.

Propriétés physiques

Optique

La couleur de la fracture fraîche est rose clair, virant rapidement au rouge cuivré, puis au brun; souvent avec une teinte jaune ou panachée.

La ligne est cuivrée, brillante.

Métallisé brillant.

Transparence. Opaque. Dans les assiettes les plus fines, il transparaît en vert.

Indices de réfraction

Ng = , Nm = et Np =

Mécanique

Dureté 2,5-3.

Densité 8.4-8.9

Le clivage n'est pas observé.

Eclat de fracture, crochu.

Propriétés chimiques

Facilement soluble dans HNO 3 dilué et dans l'eau régale, dans H 2 SO 4 - lorsqu'il est chauffé, dans HCl - avec difficulté. Il se dissout dans une solution aqueuse d'ammoniac, le rendant bleu. Dans les sections polies, il peut être gravé avec tous les principaux réactifs. La structure interne est facilement détectée en utilisant NH 4 OH + H 2 O 2 ou HCl + CrO 3 (solution à 50%).

Autres propriétés

Très malléable et ductile. La conductivité électrique est très élevée ; considérablement réduit par les impuretés.

Comportement au chauffage. Pur cuivre fond à 1083°. La conductivité thermique est légèrement inférieure à celle de l'argent.

Production artificielle du minéral.

Il peut être facilement obtenu à partir de masses fondues ou par électrolyse à partir de solutions de sels de cuivre.

Signes diagnostiques

Minéraux similaires

Reconnu par la couleur rouge de la surface fraîche, la ligne brillante, la dureté et la malléabilité moyennes, généralement recouvertes de dépôts verdâtres, noirs et bleus de minéraux de cuivre oxydés. Sous un microscope en lumière réfléchie, il est facilement déterminé par la couleur et la réflectivité.

Minéraux associés. Or cuivreux, chalcocite, calcite, diopside, apatite, sphène, magnétite, malachite, barytine, quartz, chalcopyrite.

Origine et emplacement

Hydrothermale. S'accumule dans les placers. Les pépites pesant jusqu'à 450 tonnes sont décrites comme des phénomènes uniques.

Le cuivre natif se forme dans des conditions réductrices au cours de divers processus géologiques ; une partie importante de celui-ci est rejetée par les solutions hydrothermales. Sous forme de ségrégations microscopiques, on l'observe dans de nombreuses roches ignées, principalement mafiques, exposées à des solutions hydrothermales, par exemple dans les péridotites serpentinisées, les dunites et les serpentinites. Dans ce cas, l'apparition de cuivre natif est peut-être associée à la décomposition de sulfures de cuivre précédemment formés, par exemple la cubanite (Oural, Transcaucasie). Une origine similaire peut être attribuée au cuivre natif dans les roches basiques amphibolisées de la région de Serov de la région de Sverdlovsk. Dans le gisement d'or cuivreux de Karabash de la région de Tcheliabinsk, du cuivre natif est observé dans des corps filoniens de roches diopside-grenat parmi les serpentinites; pour cuivre natif il se caractérise par une association avec l'or cuivreux, la chalcocite, la calcite, le diopside, l'apatite, le sphène, la magnétite, etc.
Dans certaines roches volcaniques anciennes (mélafirs, diabases, etc.), métamorphosées sous l'influence des vapeurs, des gaz et des solutions hydrothermales, le cuivre comble les amygdales, cimente entre les minéraux des laves altérées, comble les vides et les fissures ; accompagnés de minéraux hydrothermaux : analcime, lomontite, préhnite, datolite, adulaire, chlorite, épidote, pumpeliite, quartz, calcite. Les plus grands gisements de ce type sont situés sur la péninsule de Kivino dans la région du lac Supérieur (Michigan, États-Unis), où la minéralisation est confinée à la séquence du Protérozoïque supérieur. La masse principale de cuivre est extraite des mélafirs et des conglomérats, mais les plus grandes ségrégations de cuivre (jusqu'à 400 tonnes et plus) se trouvent dans les veines de calcite contenant de l'argent natif et de la dômeikite.

Changement minéral.

Les produits d'altération les plus courants du cuivre natif sont la cuprite, la malachite et l'azurite.

Lieu de naissance

Des allocations de cuivre natif ont été observées dans les diabases de Novaya Zemlya, dans les pièges de la plate-forme sibérienne, parmi les principales roches effusives en Italie, aux îles Féroé (Danemark), en Nouvelle-Écosse (Canada) et ailleurs. Les représentants de types rares de gisements hypogènes de cuivre natif sont le gisement de zinc-manganèse Franklin (New Jersey, États-Unis) et les gisements de manganèse Longban et Jacobsberg (Suède). Hypogénique, apparemment, est l'allocation de cuivre natif pesant jusqu'à plusieurs tonnes du gisement de Kalmaktas précédemment développé au Kazakhstan, présenté dans les musées avec d'excellents échantillons.
Dans la zone d'oxydation, en particulier dans ses parties inférieures, le cuivre natif est principalement un produit précoce de l'altération des minéraux sulfurés de cuivre, principalement la chalcocite. Il compose principalement des décharges de forme irrégulière, moins souvent - des cristaux et des agrégats dendritiques.
Le plus souvent, le cuivre natif est accompagné de chalcocite, cuprite, calcite et limonite. Il est observé dans un certain nombre de gisements au Kazakhstan (Dzhezkazgan, Berkara, Uspenskoye, etc.), Rudny Altai (Belousovskoye, Zyryanovskoye, Chudak, Talovskoye, etc.), aux États-Unis (Bisbee et Clifton-Morensee en Arizona, Tintik en Utah , etc...) .
Une partie du cuivre natif dans la zone d'oxydation est formée par dépôt à partir de solutions contenant du sulfate de cuivre. Tel est par exemple le cuivre natif, qui forme des précipités dans des cavités au milieu d'agrégats de limonite, parfois en association avec de la cuprite (gisement de minerai de cuivre, région de Sverdlovsk, etc.). Des pseudomorphes de cuivre natif sont connus, formés dans la zone d'oxydation après la chalcocite, la cuprite, l'antlérite, la chalcanthite, l'azurite, la calcite, l'aragonite et d'autres minéraux.
De particulièrement beaux échantillons de cuivre natif (cristaux et agrégats dendritiques) proviennent des mines de Turin de la région de Sverdlovsk.
Dans certains chantiers miniers, le soi-disant cuivre de ciment est libéré des eaux contenant du cuivre sur des objets en fer sous forme de films et de croûtes. Il existe également des cas connus de formation de cuivre sur des restes de fixations à moitié décomposés.
En quantité accrue, le cuivre natif est observé dans certaines roches sédimentaires (grès, argiles, marnes) contenant des restes végétaux, sous forme de ségrégations de forme irrégulière, parfois en pseudomorphes sur bois ou sous forme de concrétions. Tels sont, par exemple, les grès cuprifères du Permien de certaines régions de Russie (Oural, Tatarstan, etc.), les grès de Naukata au Kirghizstan, les grès cuivreux du Crétacé de Korokoro et Kobritsos en Bolivie, etc.
La formation de cuivre natif dans certaines tourbières est également associée aux processus de récupération, par exemple dans la région de Sverdlovsk - le long de la rivière Lyovikha dans le bassin de la rivière Tagil et dans la région de Sysert.
Sous forme de cailloux et de grains, le cuivre natif se trouve en Russie dans certains placers: dans l'Oural, le long du Yenisei, le long de la rivière B. Sarkhoy en Bouriatie, le long de la rivière Chorokh en Géorgie, sur les îles Commander et ailleurs . Dans l'état du Connecticut (USA), le cuivre natif a été trouvé dans les dépôts glaciaires sous forme de ségrégations pesant jusqu'à 75 kg. De petits précipités de forme irrégulière de cuivre natif sont notés dans le fer natif de la météorite Vengerovo en association avec la troïlite.

Utilisation pratique

Un composant important de certains minerais de cuivre, parfois le principal minéral de cuivre de ces minerais.

Il est utilisé dans l'électrotechnique, la fabrication d'instruments; divers alliages avec du cuivre (bronze, laiton, cupronickel) sont largement utilisés.

Méthodes de recherche physique

Analyse thermique différentielle

Lignes principales sur les radiographies :

méthodes anciennes. Il fond sous le chalumeau. À une température de chaleur blanche, il s'oxyde progressivement, rendant la flamme verte.

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="texte/javascript" ; s.src = "//an.yandex.ru/system/context.js" ; s.async = vrai ; t.parentNode.insertBefore(s, t); ))(this, this.document, "yandexContextAsyncCallbacks");

Propriétés optiques cristallines dans les préparations minces (coupes)

Dans les sections polies en rose clair réfléchi. Réflectivité (en%) : pour les rayons verts - 61, pour l'orange - 83, pour le rouge - 89. Isotrope. Indices de réfraction (selon Kundt) dans les prismes pour la lumière rouge - 0,45, pour le blanc - 0,65, pour le bleu - 0,95 ; en lumière réfléchie (selon Drude) pour la lumière Na 0,641, pour le rouge - 0,580. Le coefficient d'absorption pour la lumière Na est de 4,09, pour la lumière rouge - 5,24.

Cuivre. Somorodok

Le cuivre métallique est utilisé depuis longtemps par l'humanité dans divers domaines de la vie. Le vingt-neuvième élément du tableau périodique de D. I. Mendeleev, situé entre le nickel et le zinc, possède des caractéristiques et des propriétés intéressantes. Cet élément est désigné par le symbole Cu. C'est l'un des rares métaux avec une coloration caractéristique autre que l'argent et le gris.

Histoire du cuivre

À propos de la grandeur de cet élément chimique dans l'histoire de l'humanité et de la planète, on peut déjà deviner à partir des noms des époques historiques. Après l'âge de pierre, vint l'âge du cuivre, suivi de l'âge du bronze, lui aussi directement lié à cet élément.

Le cuivre est l'un des sept métaux connus de l'humanité depuis l'Antiquité. Selon des données historiques, la connaissance des peuples anciens avec ce métal s'est produite il y a environ neuf mille ans.

Les produits les plus anciens fabriqués à partir de ce matériau ont été trouvés sur le territoire de la Turquie moderne. Les fouilles archéologiques menées sur le site d'une grande colonie néolithique appelée Chatalheyuk ont ​​permis de trouver de petites perles de cuivre, ainsi que des plaques de cuivre, avec lesquelles les anciens décoraient leurs vêtements.

Les gadgets trouvés ont été datés au tournant des huitième et septième millénaires avant JC. En plus des produits eux-mêmes, des scories ont été trouvées sur le site d'excavation, ce qui indique que le métal a été fondu à partir de minerai.

L'obtention de cuivre à partir de minerai était relativement abordable. Ainsi, malgré son point de fusion élevé, ce métal a été parmi les premiers à être rapidement et largement maîtrisé par l'homme.

Méthodes minières

Dans des conditions naturelles, cet élément chimique existe sous deux formes :

• Connexions;
• pépites.

Un fait intéressant est le suivant: les pépites de cuivre dans la nature se rencontrent beaucoup plus souvent que l'or, l'argent et le fer.

Les composés de cuivre naturels sont :

• oxydes;
• complexes carboniques et soufrés;
• bicarbonates;
• minerais sulfurés.

Minerais avec la plus grande distribution, sont l'éclat de cuivre et la pyrite de cuivre. Le cuivre dans ces minerais ne contient qu'un ou deux pour cent. Le cuivre primaire est extrait de deux façons principales :

• hydrométallurgique;
• pyrométallurgique.

La part de la première méthode est de dix pour cent. Les quatre-vingt-dix restants appartiennent à la deuxième méthode.

La méthode pyrométallique comprend un complexe de procédés. Premièrement, les minerais de cuivre sont enrichis et brûlés. Ensuite, la matière première est fondue en une matte, après quoi elle est soufflée dans le convertisseur. Ainsi, du cuivre blister est obtenu. Sa transformation en pur s'effectue par affinage - d'abord au feu, puis électrolytique. C'est la dernière étape. À la fin, la pureté du métal résultant est de près de cent pour cent.

Le processus d'obtention du cuivre par la méthode hydrométallurgique est divisé en deux étapes.

1. Tout d'abord, la matière première est lixiviée avec une solution faible d'acide sulfurique.
2. Au stade final, le métal est séparé directement de la solution mentionnée au premier paragraphe.

Cette méthode est utilisée lors du traitement uniquement de minerais à faible teneur, car, contrairement à la méthode précédente, il est impossible d'extraire des métaux précieux en cours de route. C'est pourquoi le pourcentage attribuable à cette méthode est si faible par rapport à l'autre méthode.

Un peu sur le nom

L'élément chimique Cuprum, désigné par le symbole Cu, tire son nom de l'île notoire de Chypre. C'est là que d'importants gisements de minerai de cuivre ont été découverts au lointain IIIe siècle av. Les artisans locaux qui travaillaient dans ces mines fondaient ce métal.

Il est peut-être impossible de comprendre ce qu'est le cuivre métallique sans comprendre ses propriétés, ses principales caractéristiques et ses caractéristiques.

Au contact de l'air, ce métal prend une couleur rose jaunâtre. Cette teinte rose doré unique est due à l'apparition d'un film d'oxyde à la surface du métal. Si ce film est retiré, le cuivre acquiert une couleur rose expressive avec un éclat métallique brillant caractéristique.

Un fait étonnant: les plaques de cuivre les plus fines à la lumière ne sont pas roses du tout, mais bleu verdâtre ou, en d'autres termes, de couleur marine.

Sous forme de substance simple, le cuivre présente les caractéristiques suivantes :

• plasticité étonnante;
• douceur suffisante;
• ductilité.

Le cuivre pur, sans la présence d'impuretés, est excellent pour le traitement - il peut facilement être enroulé en une barre ou une feuille, ou étiré en un fil dont l'épaisseur sera portée au millième de millimètre. L'ajout d'impuretés à ce métal augmente sa dureté.

En plus des caractéristiques physiques mentionnées, cet élément chimique a une conductivité électrique élevée. Cette caractéristique a principalement déterminé l'utilisation du cuivre métallique.

Parmi les principales propriétés de ce métal, il convient de noter sa conductivité thermique élevée. En termes de conductivité électrique et de conductivité thermique, le cuivre est l'un des leaders parmi les métaux. Un seul métal, l'argent, présente des taux plus élevés dans ces paramètres.

Il est impossible de ne pas tenir compte du fait que les indicateurs de conductivité électrique et thermique du cuivre appartiennent à la catégorie des propriétés de base. Ils ne restent à un niveau élevé que tant que le métal est à l'état pur. Il est possible de réduire ces indicateurs en ajoutant des impuretés :

• arsenic;
• glande;
• étain;
• phosphore;
• antimoine.

Chacune de ces impuretés en combinaison avec le cuivre a un certain effet sur elle, à la suite de quoi les valeurs de conductivité thermique et électrique sont sensiblement réduites.

Entre autres choses, le cuivre métallique se caractérise par une résistance incroyable, un point de fusion élevé et un point d'ébullition élevé. Les données sont vraiment impressionnantes. Le point de fusion du cuivre dépasse mille degrés Celsius ! Et le point d'ébullition est de 2570 degrés Celsius.

Ce métal appartient au groupe des métaux diamagnétiques. Cela signifie que son aimantation, comme celle d'un certain nombre d'autres métaux, ne se produit pas dans la direction du champ magnétique externe, mais contre lui.

Une autre caractéristique importante est l'excellente résistance de ce métal à la corrosion. Dans des conditions d'humidité élevée, l'oxydation du fer, par exemple, se produit plusieurs fois plus rapidement que l'oxydation du cuivre.

Propriétés chimiques de l'élément

Cet élément est inactif. Lorsqu'il est exposé à l'air sec dans des conditions normales, le cuivre ne commence pas à s'oxyder. L'air humide, en revanche, déclenche un processus oxydatif qui forme du carbonate de cuivre (II), qui est la couche supérieure de la patine. Presque instantanément, cet élément réagit avec des substances telles que :

• soufre;
• sélénium;
• halogènes.

Les acides qui n'ont pas de propriétés oxydantes ne peuvent pas affecter le cuivre. De plus, il ne réagit en aucune façon au contact d'éléments chimiques tels que :

• azote;
• carbone;
• hydrogène.

En plus des propriétés chimiques déjà notées, le cuivre se caractérise par son amphotère. Cela signifie que dans la croûte terrestre, il est capable de former des cations et des anions. Les composés de ce métal peuvent présenter à la fois des propriétés acides et basiques - cela dépend directement des conditions spécifiques.

Domaines et caractéristiques d'application

Dans les temps anciens, le cuivre métallique était utilisé pour fabriquer une grande variété de choses. L'utilisation habile de ce matériau a permis aux peuples anciens d'acquérir :

• plats chers;
• décorations;
• outils à lame fine.

alliages de cuivre

En parlant de l'utilisation du cuivre, on ne peut manquer de mentionner son importance dans la production de divers alliages à base de ce métal particulier. . Ces alliages comprennent :

• bronze;
• laiton.

Ces deux variétés sont les principaux types d'alliages de cuivre. Le premier alliage de bronze a été créé en Orient dès trois millénaires av. Le bronze peut à juste titre être considéré comme l'une des plus grandes réalisations des métallurgistes de l'Antiquité. En fait, le bronze est une combinaison de cuivre avec d'autres éléments. Dans la plupart des cas, l'étain agit comme deuxième composant. Mais quels que soient les éléments inclus dans l'alliage, le cuivre est toujours le composant principal. La formule du laiton contient principalement du cuivre et du zinc, mais des ajouts sous forme d'autres éléments chimiques sont également possibles.

En plus du bronze et du laiton, cet élément chimique est impliqué dans la création d'alliages avec d'autres métaux, notamment l'aluminium, l'or, le nickel, l'étain, l'argent, le titane et le zinc. Les alliages de cuivre avec des non-métaux tels que l'oxygène, le soufre et le phosphore sont beaucoup moins utilisés.

les industries

Propriétés précieuses des alliages de cuivre et la substance pure ont contribué à leur utilisation dans des industries telles que :

• ingénierie électrique;
• ingénierie électrique;
• instrumentation;
• électronique radio.

Mais, bien sûr, ce ne sont pas tous les domaines d'application de ce métal. C'est un matériau très respectueux de l'environnement. C'est pourquoi il est utilisé dans la construction de maisons. Par exemple, une couverture de toit en cuivre métallique, en raison de sa plus grande résistance à la corrosion, a une durée de vie de plus de cent ans, sans nécessiter de soins particuliers ni de peinture.

Un autre domaine d'utilisation de ce métal est l'industrie de la bijouterie. Il est principalement utilisé sous forme d'alliages avec de l'or. Les produits en alliage cuivre-or se caractérisent par une résistance accrue et une grande durabilité. Ces produits ne se déforment pas et ne s'usent pas longtemps.

Les composés de cuivre métallique se distinguent par une activité biologique élevée. Dans le monde de la flore, ce métal est important car il participe à la synthèse de la chlorophylle. La participation de cet élément à ce processus permet de le détecter parmi les composants des engrais minéraux pour plantes.

Rôle dans le corps humain

Le manque de cet élément dans le corps humain peut avoir un impact négatif sur la composition du sang, à savoir l'aggraver. Vous pouvez combler la carence de cette substance à l'aide d'une nutrition spécialement sélectionnée. Le cuivre se trouve dans de nombreux aliments, il n'est donc pas difficile d'avoir une alimentation saine à votre goût. Par exemple, l'un des produits contenant cet élément est le lait ordinaire.

Mais lors de la compilation d'un menu saturé de cet élément, il ne faut pas oublier qu'un excès de ses composés peut entraîner un empoisonnement du corps. Par conséquent, en saturant le corps avec cette substance utile, il est très important de ne pas en faire trop. Et cela ne s'applique pas seulement à la quantité de nourriture consommée.

Par exemple, une intoxication alimentaire peut entraîner l'utilisation d'ustensiles en cuivre. Cuisiner dans de tels plats est fortement déconseillé et même interdit. Cela est dû au fait que pendant le processus d'ébullition, une quantité importante de cet élément pénètre dans les aliments, ce qui peut entraîner une intoxication.

Il y a une mise en garde à l'interdiction des ustensiles en cuivre. L'utilisation de tels plats n'est pas dangereuse si sa surface intérieure est recouverte d'un revêtement en étain. Seulement dans cette condition, l'utilisation de casseroles en cuivre ne constitue pas une menace d'intoxication alimentaire.

En plus de toutes les branches d'application répertoriées, la propagation de cet élément n'a pas contourné la médecine. Dans le domaine des soins de santé et de l'entretien il est utilisé comme astringent et antiseptique. Cet élément chimique fait partie des collyres, qui sont utilisés dans le traitement de maladies telles que la conjonctivite. De plus, le cuivre est un composant important de diverses solutions de combustion.

Le cuivre est un élément d'un sous-groupe latéral du premier groupe, la quatrième période du système périodique des éléments chimiques de D. I. Mendeleïev, de numéro atomique 29. Il est désigné par le symbole Cu (lat. Cuprum). La substance simple cuivre (numéro CAS : 7440-50-8) est un métal de transition ductile de couleur rose doré (rose en l'absence de film d'oxyde). Il a été largement utilisé par l'homme depuis l'Antiquité.

Histoire et origine du nom

Le cuivre est l'un des premiers métaux largement maîtrisé par l'homme en raison de sa disponibilité relative pour l'obtention à partir de minerai et de son faible point de fusion. Dans l'Antiquité, il était principalement utilisé sous la forme d'un alliage avec de l'étain - bronze pour la fabrication d'armes, etc. (voir Âge du bronze).
Le nom latin du cuivre Cuprum (ancien Aes cuprium, Aes cyprium) vient du nom de l'île de Chypre, où déjà au IIIe millénaire av. e. des mines de cuivre existaient et le cuivre était fondu.
Strabon appelle le cuivre chalkos, du nom de la ville de Chalkis en Eubée. De nombreux noms grecs anciens d'objets en cuivre et en bronze, d'artisanat de forgeron, de produits de forgeron et de moulages proviennent de ce mot. Le deuxième nom latin du cuivre est Aes (sanskrit, ayas, aiz gothique, erz allemand, minerai anglais) signifie minerai ou mine. Les partisans de la théorie indo-germanique de l'origine des langues européennes dérivent le mot russe cuivre (polonais miedz, tchèque med) du vieil allemand smida (métal) et Schmied (forgeron, anglais Smith). Bien sûr, la relation des racines dans ce cas est incontestable, cependant, ces deux mots sont dérivés du grec. le mien, le mien indépendamment l'un de l'autre. De ce mot sont venus des noms apparentés - une médaille, un médaillon (médaille française). Les mots cuivre et cuivre se retrouvent dans les plus anciens monuments littéraires russes. Les alchimistes appelaient le cuivre Vénus. Dans des temps plus anciens, on trouve le nom de Mars.

Propriétés physiques

Le cuivre est un métal ductile rose doré, rapidement recouvert d'une pellicule d'oxyde à l'air, ce qui lui confère une teinte rouge jaunâtre intense caractéristique. Les couches minces de cuivre à la lumière ont une couleur bleu verdâtre.
Le cuivre forme un réseau cubique à faces centrées, groupe d'espace F m3m, a = 0,36150 nm, Z = 4.
Le cuivre a une conductivité thermique et électrique élevée (se classe deuxième en conductivité électrique après l'argent).
Il a deux isotopes stables - 63 Cu et 65 Cu, et plusieurs isotopes radioactifs. Le plus long d'entre eux, le 64 Cu, a une demi-vie de 12,7 heures et deux variantes de désintégration avec des produits différents.
Il existe un certain nombre d'alliages de cuivre: laiton - avec du zinc, bronze - avec de l'étain et d'autres éléments, cupronickel - avec du nickel, babbits - avec du plomb et autres.

Propriétés chimiques

Ne change pas dans l'air en l'absence d'humidité et de dioxyde de carbone. C'est un réducteur faible, ne réagit pas avec l'eau, dilue l'acide chlorhydrique. Il est mis en solution avec des acides non oxydants ou de l'hydrate d'ammoniaque en présence d'oxygène, de cyanure de potassium. Oxydé par les acides sulfurique et nitrique concentrés, l'eau régale, l'oxygène, les halogènes, les chalcogènes, les oxydes non métalliques. Réagit en chauffant fortement avec les halogénures d'hydrogène.

Méthodes minières modernes

90% du cuivre primaire est obtenu par la méthode pyrométallurgique, 10% - par la méthode hydrométallurgique. La méthode hydrométallurgique consiste à produire du cuivre en le lixiviant avec une faible solution d'acide sulfurique puis en séparant le cuivre métallique de la solution. La méthode pyrométallurgique comporte plusieurs étapes : enrichissement, torréfaction, fusion en matte, soufflage dans le convertisseur, affinage.
Pour l'enrichissement des minerais de cuivre, on utilise la méthode de flottation (basée sur l'utilisation de différentes mouillabilités des particules contenant du cuivre et des stériles), qui permet d'obtenir un concentré de cuivre contenant de 10 à 35 % de cuivre.
Les minerais et concentrés de cuivre à haute teneur en soufre sont soumis à un grillage oxydatif. Dans le processus de chauffage du concentré ou du minerai à 700-800 ° C en présence d'oxygène atmosphérique, les sulfures sont oxydés et la teneur en soufre est réduite de près de moitié par rapport à l'original. Seuls les concentrés pauvres (avec une teneur en cuivre de 8 à 25 %) sont cuits, tandis que les concentrés riches (de 25 à 35 % de cuivre) sont fondus sans cuisson.
Après torréfaction, le minerai et le concentré de cuivre sont fondus en matte, qui est un alliage contenant des sulfures de cuivre et de fer. La matte contient de 30 à 50% de cuivre, 20-40% de fer, 22-25% de soufre, de plus, la matte contient des impuretés de nickel, zinc, plomb, or, argent. Le plus souvent, la fusion est réalisée dans des fours à réverbère de flamme. La température dans la zone de fusion est de 1450 °C.
Afin d'oxyder les sulfures et le fer, la matte de cuivre obtenue est soumise à un soufflage d'air comprimé dans des convertisseurs horizontaux à soufflage latéral. Les oxydes résultants sont transformés en laitier. La température dans le convertisseur est de 1200-1300 °C. Fait intéressant, la chaleur dans le convertisseur est libérée en raison de l'apparition de réactions chimiques, sans alimentation en carburant. Ainsi, du cuivre blister est obtenu dans le convertisseur, contenant 98,4 - 99,4% de cuivre, 0,01 - 0,04% de fer, 0,02 - 0,1% de soufre et une petite quantité de nickel, étain, antimoine, argent, or. Ce cuivre est coulé en louche et coulé dans des moules en acier ou sur une machine à couler.
De plus, pour éliminer les impuretés nocives, le cuivre blister est affiné (le feu puis l'affinage électrolytique sont effectués). L'essence de l'affinage au feu du cuivre blister est l'oxydation des impuretés, leur élimination avec des gaz et leur transformation en laitier. Après affinage au feu, le cuivre est obtenu avec une pureté de 99,0 à 99,7 %. Il est coulé dans des moules et des lingots sont obtenus pour la fusion ultérieure d'alliages (bronze et laiton) ou des lingots pour l'affinage électrolytique.
Un affinage électrolytique est effectué pour obtenir du cuivre pur (99,95%). L'électrolyse est réalisée dans des bains, où l'anode est en cuivre affiné au feu et la cathode est constituée de fines feuilles de cuivre pur. L'électrolyte est une solution aqueuse. Lorsqu'un courant continu passe, l'anode se dissout, le cuivre passe en solution et, purifié des impuretés, se dépose sur les cathodes. Les impuretés se déposent au fond du bain sous forme de scories, qui sont traitées pour extraire les métaux précieux. Les cathodes sont déchargées en 5 à 12 jours, lorsque leur masse atteint 60 à 90 kg. Ils sont soigneusement lavés puis fondus dans des fours électriques.

Les anciens Grecs appelaient cet élément chalkos, en latin il s'appelle cuprum (Cu) ou aes, et les alchimistes médiévaux appelaient cet élément chimique nul autre que Mars ou Vénus. L'humanité connaît depuis longtemps le cuivre car, dans les conditions naturelles, il pouvait se trouver sous forme de pépites, souvent de taille très impressionnante.

La réductibilité facile des carbonates et des oxydes de cet élément a contribué au fait que, selon de nombreux chercheurs, nos anciens ancêtres ont appris à le restaurer à partir du minerai avant tous les autres métaux.

Au début, les roches de cuivre étaient simplement chauffées sur un feu ouvert, puis refroidies brusquement. Cela a conduit à leur fissuration, ce qui a permis de procéder à la restauration du métal.

Après avoir maîtrisé une technologie aussi simple, une personne a commencé à la développer progressivement. Les gens ont appris à souffler de l'air dans les feux à l'aide de soufflets et de tuyaux, puis ils ont pensé à installer des murs autour du feu. Finalement, le premier four à cuve a également été construit.

De nombreuses fouilles archéologiques ont permis d'établir un fait unique : les produits en cuivre les plus simples existaient déjà au 10e millénaire avant notre ère ! Et le cuivre a commencé à être extrait et utilisé plus activement après 8 à 10 000 ans. C'est depuis lors que l'humanité utilise cet élément chimique, unique à bien des égards (densité, gravité spécifique, caractéristiques magnétiques, etc.), pour ses besoins.

Aujourd'hui, les pépites de cuivre sont extrêmement rares. Le cuivre est extrait de divers, parmi lesquels on peut distinguer:

• la bornite (elle contient jusqu'à 65 % de cuprum) ;
• lustre de cuivre (alias chalcosine) avec une teneur en cuivre allant jusqu'à 80 % ;
• la pyrite de cuivre (autrement dit la chalcopérite), contenant environ 30 % de l'élément chimique qui nous intéresse ;
• covelline (elle contient jusqu'à 64% de Cu).

Le cuprum est également extrait de la malachite, de la cuprite, d'autres minerais oxydés et de près de 20 minéraux qui en contiennent en quantités diverses.

2

Sous une forme simple, l'élément décrit est un métal rouge rosé, caractérisé par une grande plasticité. Le cuprum naturel comprend deux nucléides à structure stable.

Le rayon d'un ion cuivre chargé positivement a les valeurs suivantes :

• avec un indice de coordination de 6 - jusqu'à 0,091 nm;
• avec un indicateur de 2 - jusqu'à 0,060 nm.

Un atome neutre d'un élément est caractérisé par un rayon de 0,128 nm et une affinité électronique de 1,8 eV. Avec l'ionisation séquentielle, l'atome a des valeurs de 7,726 à 82,7 eV.

Le cuprum est un métal de transition, il a donc des états d'oxydation variables et une faible électronégativité (1,9 unités Pauling). (coefficient) est de 394 W / (m * K) dans une plage de température de 20 à 100 ° C. La conductivité électrique du cuivre (indice spécifique) est au maximum de 58, au minimum de 55,5 MS/m. Seul l'argent se caractérise par une valeur plus élevée, la conductivité électrique des autres métaux, dont l'aluminium, est plus faible.

Le cuivre ne peut pas déplacer l'hydrogène des acides et de l'eau, car il se trouve à droite de l'hydrogène dans la série de potentiel standard. Le métal décrit est caractérisé par un réseau cubique à faces centrées d'une valeur de 0,36150 nm. Le cuivre bout à une température de 2657 degrés, fond à une température d'un peu plus de 1083 degrés et sa densité est de 8,92 grammes / centimètre cube (à titre de comparaison, la densité de l'aluminium est de 2,7).

Autres propriétés mécaniques du cuivre et indicateurs physiques importants :

• pression à 1628 ° C - 1 mm Hg. De l'art.;
• valeur thermique de dilatation (linéaire) - 0,00000017 unités;
• en traction, une résistance à la traction de 22 kgf/mm2 est atteinte ;
• dureté du cuivre - 35 kgf / mm2 (échelle Brinell);
• gravité spécifique - 8,94 g / cm3;
• module d'élasticité - 132000 MN/m2;
• allongement (relatif) - 60%.

Les propriétés magnétiques du cuivre sont quelque peu uniques. L'élément est complètement diamagnétique, son indice de susceptibilité atomique magnétique n'est que de 0,00000527 unités. Les caractéristiques magnétiques du cuivre (cependant, comme tous ses paramètres physiques - poids, densité, etc.) déterminent la demande de l'élément pour la fabrication de produits électriques. L'aluminium a à peu près les mêmes caractéristiques, par conséquent, avec le métal décrit, ils forment un "couple doux" utilisé pour la production de pièces conductrices, de fils, de câbles.

Il est presque impossible de modifier de nombreuses propriétés mécaniques du cuivre (les mêmes propriétés magnétiques, par exemple), mais la résistance à la traction de l'élément en question peut être améliorée par durcissement. Dans ce cas, elle doublera approximativement (jusqu'à 420–450 MN/m2).

3

Le cuprum dans le système de Mendeleev est inclus dans le groupe des métaux nobles (IB), il est dans la quatrième période, porte le numéro de série 29 et a tendance à se complexer. Les caractéristiques chimiques du cuivre ne sont pas moins importantes que ses caractéristiques magnétiques, mécaniques et physiques, que ce soit son poids, sa densité ou toute autre valeur. Par conséquent, nous en parlerons en détail.

L'activité chimique du cuprum est faible. Le cuivre en atmosphère sèche change légèrement (on pourrait même dire qu'il ne change presque pas). Mais avec une augmentation de l'humidité et la présence de dioxyde de carbone dans l'environnement, un film de teinte verdâtre se forme généralement à sa surface. Il contient CuCO3 et Cu(OH)2, ainsi que divers composés de sulfure de cuivre. Ces derniers se forment du fait qu'il y a presque toujours une certaine quantité de sulfure d'hydrogène et de dioxyde de soufre dans l'air. Ce film verdâtre est appelé patine. Il protège le métal de la destruction.

Si le cuivre est chauffé à l'air, les processus d'oxydation de sa surface commenceront. À des températures de 375 à 1100 degrés à la suite de l'oxydation, une échelle à deux couches se forme et à des températures allant jusqu'à 375 degrés - de l'oxyde de cuivre. Aux températures ordinaires, cependant, une combinaison de Cu avec du chlore humide est généralement observée (le résultat d'une telle réaction est l'apparition de chlorure).

Avec d'autres éléments du groupe des halogènes, le cuivre interagit également assez facilement. Dans la vapeur de soufre, il s'enflamme ; il a également une grande affinité pour le sélénium. Mais Cu ne se combine pas avec le carbone, l'azote et l'hydrogène, même à des températures élevées. Au contact de l'oxyde de cuivre avec de l'acide sulfurique dilué, du sulfate et du cuivre pur sont obtenus, respectivement avec de l'acide iodhydrique et bromhydrique, de l'iodure de cuivre et du bromure de cuivre.

Si l'oxyde est combiné avec l'un ou l'autre alcali, le résultat d'une réaction chimique sera l'apparition de cuprate. Mais les agents réducteurs les plus connus (monoxyde de carbone, ammoniac, méthane et autres) sont capables de restituer le cuprum à l'état libre.

La capacité de ce métal à réagir avec les sels de fer (sous forme de solution) présente un intérêt pratique. Dans ce cas, la réduction du fer et la transition de Cu en solution sont fixes. Cette réaction est utilisée pour éliminer une couche de cuivre pulvérisée sur des objets décoratifs.

Sous des formes mono- et divalentes, le cuivre est capable de créer des composés complexes avec un indice de stabilité élevé. Ces composés comprennent des mélanges d'ammoniac (ils intéressent les entreprises industrielles) et des sels doubles.

4

Le champ d'application principal de l'aluminium et du cuivre est peut-être connu de tous. Ils fabriquent une variété de câbles, y compris des câbles électriques. Ceci est facilité par la faible résistance de l'aluminium et du cuprum, leurs capacités magnétiques particulières. Dans les enroulements des entraînements électriques et dans les transformateurs (puissance), les fils de cuivre sont largement utilisés, qui se caractérisent par une pureté unique de cuivre, qui est la matière première pour leur production. Si seulement 0,02 % d'aluminium est ajouté à une matière première aussi pure, la conductivité électrique du produit diminuera de 8 à 10 %.

Cu, ayant une densité et une résistance élevées, ainsi qu'un faible poids, peut être facilement usiné. Cela nous permet de produire d'excellents tuyaux en cuivre qui démontrent leurs hautes performances dans les systèmes de distribution de gaz, de chauffage et d'eau. Dans de nombreux pays européens, ce sont les tuyaux en cuivre qui sont utilisés dans la grande majorité des cas pour l'aménagement des réseaux d'ingénierie internes des bâtiments résidentiels et administratifs.

Nous avons beaucoup parlé de la conductivité électrique de l'aluminium et du cuivre. N'oublions pas l'excellente conductivité thermique de ce dernier. Cette caractéristique permet d'utiliser le cuivre dans les conceptions suivantes :

• dans les caloducs ;
• dans les refroidisseurs d'ordinateurs personnels ;
• dans les systèmes de chauffage et les systèmes de refroidissement d'air ;
• dans les échangeurs de chaleur et de nombreux autres appareils qui évacuent la chaleur.

La densité et la légèreté des matériaux et alliages de cuivre ont conduit à leur utilisation généralisée en architecture.

5

Il est clair que la densité du cuivre, son poids et toutes sortes d'indicateurs chimiques et magnétiques, dans l'ensemble, n'intéressent guère la personne moyenne. Mais les propriétés curatives du cuivre veulent en savoir beaucoup.

Les anciens Indiens utilisaient le cuivre pour traiter les organes de la vision et diverses affections cutanées. Les anciens Grecs guérissaient les ulcères, les gonflements sévères, les ecchymoses et les contusions, ainsi que les maladies plus graves (inflammation des amygdales, surdité congénitale et acquise) avec des plaques de cuivre. Et en Orient, la poudre de cuivre rouge dissoute dans l'eau était utilisée pour restaurer les os brisés des jambes et des bras.

Les propriétés curatives du cuivre étaient bien connues des Russes. Nos ancêtres utilisaient ce métal unique pour soigner le choléra, l'épilepsie, la polyarthrite et la radiculite. Actuellement, les plaques de cuivre sont généralement utilisées pour le traitement, qui sont appliquées sur des points particuliers du corps humain. Les propriétés curatives du cuivre avec une telle thérapie se manifestent dans les éléments suivants :

• le potentiel protecteur du corps humain augmente;
• les maladies infectieuses ne sont pas terribles pour ceux qui sont traités au cuivre;
• il y a une diminution de la douleur et une élimination de l'inflammation.