Cuprul din compuși are. Caracteristici ale utilizării cuprului în diverse domenii ale industriei și construcțiilor. Domenii de utilizare a cuprului

Oamenii din cupru din metal solid au învățat să se topească chiar înainte de epoca noastră. Denumirea elementului conform tabelului periodic este Cuprum, în cinstea primei producții de masă de cupru. A fost pe insula Cipru în mileniul III î.Hr. minereul a început să fie extras. Metalul s-a dovedit a fi o armă bună și frumoasă, material lucios pentru fabricarea de vase și alte aparate.

procesul de topire a cuprului

Realizarea articolelor a necesitat mult efort în absența tehnologiei. În primii pași ai dezvoltării civilizației și a căutării de noi metale, oamenii au învățat cum să extragă și să topească minereul de cupru. Minereul a fost obținut în malachit, și nu în stare sulfurată. Obținerea de cupru liber la ieșire, din care se pot realiza piese, a necesitat ardere. Pentru a exclude oxizii, metalul cu cărbune a fost plasat într-un vas de lut. Metalul a fost incendiat într-o groapă special pregătită, monoxidul de carbon format în proces a contribuit la procesul de apariție a cuprului liber.

Pentru calcule precise s-a folosit graficul de topire a cuprului. În acel moment, s-a făcut un calcul precis al timpului și al temperaturii aproximative la care este topit cuprul.

Cuprul și aliajele sale

Metalul are o nuanță galben-roșiatică datorită peliculă de oxid, care se formează în timpul primei interacțiuni a metalului cu oxigenul. Filmul oferă un aspect nobil și are proprietăți anticorozive.

Acum există mai multe moduri de a extrage metalul. Obișnuite sunt piritele de cupru și sclipiciul, care apar ca minereuri sulfurate. Fiecare dintre tehnologiile de obținere a cuprului necesită o abordare specială și urmărirea procesului.

Exploatarea în condiții naturale are loc sub forma unei căutări de ardezie și pepite de cupru. Depozitele volumetrice sub formă de roci sedimentare sunt situate în Chile, iar gresiile și șisturile de cupru sunt situate pe teritoriul Kazahstanului. Utilizarea metalului se datorează punctului de topire scăzut. Aproape toate metalele se topesc prin distrugerea rețelei cristaline.

Ordinea de topire și proprietățile de bază:

• la praguri de temperatură de la 20 la 100°, materialul își păstrează complet proprietățile și aspect, stratul superior de oxid rămâne pe loc;
• rețeaua cristalină se rupe la aproximativ 1082°, starea fizică devine lichidă, iar culoarea este albă. Nivelul temperaturii persistă o vreme și apoi continuă să crească;
• punctul de fierbere al cuprului începe în jurul valorii de 2595 °, carbonul este eliberat, are loc o fierbere caracteristică;
• când sursa de căldură este oprită, temperatura scade și are loc trecerea la stadiul solid.

Topirea cuprului este posibilă acasă, în anumite condiții. Etapele și complexitatea sarcinii depind de alegerea echipamentului.

Proprietăți fizice

Principalele caracteristici ale metalului:

• în forma sa pură, densitatea metalului este de 8,93 g/cm3;
• conductivitate electrică bună cu un indicator de 55,5S, la o temperatură de aproximativ 20⁰;
• transfer termic 390 J/kg;
• fierberea are loc la aproximativ 2600 °, după care începe eliberarea carbonului;
• rezistivitate electrică în intervalul mediu de temperatură - 1,78×10 Ohm/m.

Principalele domenii de exploatare a cuprului sunt în scopuri electrice. Transferul ridicat de căldură și ductilitatea îl fac potrivit pentru diverse aplicații. Aliajele de cupru cu nichel, alamă, bronz fac costul mai acceptabil și îmbunătățesc performanța.

În natură, nu este omogen în compoziție, deoarece conține o serie de elemente cristaline care formează o structură stabilă cu el, așa-numitele soluții, care pot fi împărțite în trei grupe:

1. solutii solide. Ele se formează dacă compoziția conține impurități de fier, zinc, antimoniu, staniu, nichel și multe alte substanțe. Astfel de evenimente reduc semnificativ conductivitatea electrică și termică. Ele complică tipul fierbinte de tratament cu presiune.
2. Impurități care se dizolvă într-o rețea de cupru. Acestea includ bismut, plumb și alte componente. Ele nu afectează calitatea conductibilității electrice, dar fac dificilă procesarea sub presiune.
3. Impurități care formează compuși chimici fragili. Aceasta include oxigenul și sulful, precum și alte elemente. Acestea înrăutățesc calitățile de rezistență, inclusiv reducerea conductibilității electrice.

Masa de cupru cu impurități este mult mai mare decât în ​​forma sa pură. În plus, elementele de impurități afectează semnificativ caracteristicile finale ale produsului finit. Prin urmare, compoziția lor totală, inclusiv cantitativă, ar trebui să fie reglementată separat în etapa de producție. Să luăm în considerare mai detaliat influența fiecărui element asupra caracteristicilor produselor finite din cupru.

1. Oxigen. Unul dintre cele mai nedorite elemente pentru orice material, nu doar cuprul. Odată cu creșterea sa, calitatea precum ductilitatea și rezistența la procesele de coroziune se deteriorează. Conținutul său nu trebuie să depășească 0,008%. În timpul tratamentului termic, ca urmare a proceselor de oxidare, conținutul cantitativ al acestui element scade.
2. Nichel. Formează o soluție stabilă și reduce semnificativ conductivitatea.
3. Sulf sau seleniu. Ambele componente au același efect asupra calității produse terminate. O concentrație mare de astfel de apariții reduce proprietățile plastice ale produselor din cupru. Conținutul acestor componente nu trebuie să depășească 0,001% din greutate totală.
4. Bismut. afectează negativ mecanicul și caracteristicile tehnologice produse terminate. Conținutul maxim nu trebuie să depășească 0,001%.
5. Arsenic. Nu își schimbă proprietățile, dar formează o soluție stabilă, este un fel de protector de efectele nocive ale altor elemente, precum oxigenul, antimoniul sau bismutul.

1. Mangan. Este capabil să se dizolve complet în cupru la temperatura aproape a camerei. Afectează conductivitatea curentului.
2. Antimoniu. Componenta se va dizolva cel mai bine în cupru, provocând daune minime acestuia. Conținutul său nu trebuie să depășească 0,05% în greutate de cupru.
3. Staniu. Formează o soluție stabilă cu cuprul și îi îmbunătățește proprietățile de conducere a căldurii.
4. Zinc. Conținutul său este întotdeauna minim, așa că nu are un efect atât de dăunător.

Fosfor. Principalul dezoxidant de cupru, al cărui conținut maxim la o temperatură de 714°C este de 1,7%.

Un aliaj pe bază de cupru cu adaos de zinc se numește alamă. In unele situatii se adauga cositor in proportii mai mici. James Emerson în 1781 a decis să breveteze combinația. Conținutul de zinc din aliaj poate varia de la 5 la 45%. Alama se distinge în funcție de scop și specificație:

• simplu, format din două componente - cupru și zinc. Marcarea unor astfel de aliaje este indicată prin litera „L”, care înseamnă direct conținutul de cupru din aliaj ca procent;
• alama multicomponenta - contin multe alte metale, in functie de utilizarea vizata. Astfel de aliaje măresc proprietățile operaționale ale produselor, ele sunt de asemenea notate cu litera „L”, dar cu adăugarea de numere.

Proprietățile fizice ale alamei sunt relativ ridicate, rezistența la coroziune este medie. Majoritatea aliajelor nu sunt critice la temperaturi scăzute; este posibil să se opereze metalul în diferite condiții.
Tehnologia de producție a alamei interacționează cu procesele din industria cuprului și zincului, prelucrarea materiilor prime secundare. Mod eficient topirea este utilizarea unui cuptor electric de tip inductie cu priza magnetica si control al temperaturii. După obținerea unei mase omogene, se toarnă în matrițe și se supune proceselor de deformare.

Utilizarea materialului în diverse industrii crește cererea acestuia în fiecare an. Aliajul este utilizat în construcția de instanțe și producția de muniție, diferite bucșe, adaptoare, șuruburi, piulițe și materiale sanitare.

Metalele neferoase pentru fabricarea produselor de diferite tipuri au început să fie folosite din cele mai vechi timpuri. Acest fapt este confirmat de materialele găsite în timpul săpăturilor arheologice. Compoziția bronzului a fost inițial bogată în staniu.

Industria produce un număr diferit de soiuri de bronz. Un meșter experimentat este capabil să-și determine scopul după culoarea metalului. Cu toate acestea, nu toată lumea poate determina marca exactă a bronzului; marcarea este utilizată pentru aceasta. Metodele de producere a bronzului sunt împărțite în turnătorie, atunci când are loc topirea și turnarea, și deformabile.

Compoziția metalului depinde de utilizarea prevăzută. Principalul indicator este prezența beriliului. Concentrația crescută a elementului în aliaj, supus procedurii de călire, poate concura cu oțelurile de înaltă rezistență. Prezența staniului în compoziție elimină flexibilitatea și ductilitatea metalului.

Producția de aliaje de bronz s-a schimbat din cele mai vechi timpuri prin introducerea efectivă echipament modern. Tehnologia care folosește cărbune ca flux este folosită și astăzi. Secvența de obținere a bronzului:

• cuptorul este încălzit la temperatura necesară, după care creuzetul este instalat în el;
• după topire, metalul se poate oxida, pentru a evita acest lucru, se adaugă flux sub formă de cărbune;
• cuprul fosforic servește ca catalizator acid, adăugarea are loc după ce aliajul este complet încălzit.

topirea bronzului

Bronzurile antice sunt supuse unor procese naturale - patinarea. Apare o culoare verzuie cu o tentă albă datorită formării unei pelicule care învăluie produsul. Metodele de patinare artificială includ metode care utilizează sulf și încălzire paralelă la o anumită temperatură.

Punctul de topire al cuprului

Materialul se topește la o anumită temperatură, care depinde de prezența și cantitatea de aliaje din compoziție.

În cele mai multe cazuri, procesul are loc la o temperatură de 1085°. Prezența staniului în aliaj dă o rulare, topirea cuprului poate începe la 950 °. Zincul din compoziție scade și limita inferioară la 900°.

Pentru calcule precise ale timpului, aveți nevoie de un grafic al topirii cuprului. Pe o bucată de hârtie obișnuită, se folosește un grafic, în care timpul este marcat orizontal, iar gradele sunt marcate vertical. Graficul ar trebui să indice în ce puncte este menținută temperatura în timpul încălzirii pentru întregul proces de cristalizare.

Topirea cuprului acasă

Acasă, aliajele de cupru pot fi topite în mai multe moduri. Când utilizați oricare dintre metode, veți avea nevoie de materiale aferente:

• creuzet - vase din cupru călit sau alt metal refractar;
• cărbune, necesar ca flux;
• cârlig metalic;
• forma viitorului produs.

Cea mai ușoară opțiune pentru topire este cuptorul cu mufă. Bucăți de material cad în recipient. După setarea temperaturii de topire, procesul poate fi observat printr-o fereastră specială. Ușa instalată vă permite să îndepărtați pelicula de oxid formată în proces, pentru aceasta aveți nevoie de un cârlig metalic pregătit în prealabil.

A doua modalitate de a se topi acasă este să folosești o torță sau un tăietor. Propan - o flacără de oxigen este perfectă pentru lucrul cu zinc sau staniu. Bucăți de materiale pentru viitorul aliaj sunt plasate într-un creuzet și încălzite de maestru cu mișcări arbitrare. Punctul maxim de topire al cuprului poate fi atins atunci când interacționează cu o flacără albastră.

Topirea cuprului la domiciliu presupune lucrul la temperaturi ridicate. Siguranța este o prioritate. Înainte de orice procedură, trebuie să purtați mănuși de protecție rezistente la foc și îmbrăcăminte strânsă care să acopere complet corpul.

Valoarea densității cuprului

Densitatea este raportul dintre masă și volum. Se exprimă în kilograme pe metru cub din volumul total. Datorită eterogenității compoziției, valoarea densității poate varia în funcție de procentul de impurități. Deoarece există diferite grade de cupru laminat cu conținut diferit de componente, densitatea lor va fi, de asemenea, diferită. Densitatea cuprului poate fi găsită în tabele tehnice de specialitate, care este egală cu 8,93x10 3 kg / m 3. Aceasta este o valoare de referință. Aceste tabele arată gravitație specifică cupru, care este egal cu 8,93 g / cm 3. Nu toate metalele sunt caracterizate de o astfel de coincidență a valorilor densității și a indicatorilor săi de greutate.

Nu este un secret pentru nimeni că masa finală a produsului fabricat depinde direct de densitate. Cu toate acestea, pentru calcule este mult mai corect să folosiți greutatea specifică. Acest indicator este foarte important pentru producția de produse din cupru sau orice alte metale, dar se aplică mai mult aliajelor. Se exprimă ca raport dintre masa cuprului și volumul întregului aliaj.

Calcul de greutate specifică

În prezent, oamenii de știință au dezvoltat un număr imens de metode pentru a ajuta la găsirea caracteristicilor greutății specifice a cuprului, care permit chiar și fără a recurge la tabele specializate pentru a calcula acest indicator important. Cunoscând-o, poți alege cu ușurință materialele necesare, datorită căruia, în final, puteți obține piesa dorită cu parametrii necesari. Acest lucru se face în etapa de pregătire, când se plănuiește crearea piesei necesare din cupru sau aliajele sale.

După cum am menționat mai sus, greutatea specifică a cuprului poate fi observată într-o carte de referință specializată, dar dacă aceasta nu este la îndemână, atunci poate fi calculată folosind următoarea formulă: împărțim greutatea în volum și obținem valoarea de care avem nevoie. În termeni generali, acest raport poate fi exprimat ca valoarea greutății totale la valoarea totală a volumului întregului produs.

Nu-l confundați cu conceptul de densitate, deoarece caracterizează metalul într-un mod diferit, deși are aceleași valori ale indicatorilor.

Luați în considerare modul în care greutatea specifică poate fi calculată dacă se cunosc masa și volumul produsului de cupru.

De exemplu, avem o foaie curată de cupru de 5 mm grosime, 2 m lățime și 1 m lungime. Mai întâi, să calculăm volumul acesteia: 5 mm * 1000 mm (1 m = 1000 mm) * 2000 mm, care este 10.000.000 mm 3 sau 10.000 cm 3. Pentru comoditatea calculelor, vom presupune că masa foii este de 89 kg 300 grame sau 89300 grame. Împărțim rezultatul calculat la volum și obținem 8,93 g / cm 3. Cunoscând acest indicator, putem calcula întotdeauna cu ușurință conținutul de greutate în cupru al unui anumit aliaj. Acest lucru este convenabil, de exemplu, pentru prelucrarea metalelor.

Unități de greutate specifică

Diferite sisteme de măsurare utilizează diferite unități pentru a indica greutatea specifică a cuprului:

1. Sistemul CGS sau centimetru-gram-secundă utilizează dyne/cm3.
2. SI Internațional folosește unități de N/m 3 .
3. În sistemul MKSS sau metru-kilogram-secundă-lumânare se utilizează kg / m 3.

Primii doi indicatori sunt egali unul cu celălalt, iar al treilea, atunci când este convertit, este de 0,102 kg / m 3.

Calculul greutății utilizând valorile greutății specifice

Să nu mergem departe și să folosim exemplul descris mai sus. Calculați conținutul total de cupru în 25 de foi. Să schimbăm condiția și să presupunem că foile sunt realizate dintr-un aliaj de cupru. Astfel, luăm greutatea specifică a cuprului de pe masă și este egală cu 8,93 g / cm 3. Grosimea foii este de 5 mm, aria (1000 mm * 2000 mm) este de 2.000.000 mm, respectiv, volumul va fi de 10.000.000 mm 3 sau 10.000 cm 3. Acum înmulțim greutatea specifică cu volum și obținem 89 kg și 300 gr. Am calculat cantitatea totală de cupru conținută în aceste foi fără a ține cont de greutatea impurităților în sine, astfel încât valoarea greutății totale ar putea fi mai mare.

Acum înmulțim rezultatul calculat cu 25 de foi și obținem 2.235 kg. Astfel de calcule sunt adecvate pentru a fi utilizate la prelucrarea pieselor de cupru, deoarece vă permit să aflați cât de mult cupru este conținut în obiectele originale. În mod similar, pot fi calculate barele de cupru. Aria secțiunii transversale a firului este înmulțită cu lungimea sa, de unde obținem volumul barei și apoi prin analogie cu exemplul de mai sus.

Cum se determină densitatea

Densitatea cuprului, ca și densitatea oricărei alte substanțe, este o valoare de referință. Se exprimă ca raport dintre masă și volum. Este foarte dificil să calculați singur acest indicator, deoarece este imposibil să verificați compoziția fără dispozitive speciale.

Exemplu de calcul al densității cuprului

Indicatorul este exprimat în kilograme pe metru cub sau în grame pe centimetru cub. Densitatea este mai utilă pentru producătorii care, pe baza datelor disponibile, pot compune o anumită piesă cu proprietățile și caracteristicile necesare.

Domenii de utilizare a cuprului

Datorită proprietăților sale fizice și mecanice, este utilizat pe scară largă în diverse industrii. Cel mai adesea poate fi găsit în câmpul electric ca parte integrantă a cablu electric. Este la fel de popular în producția de sisteme de încălzire și răcire, electronice și sisteme de schimb de căldură.

În industria construcțiilor, este folosit în primul rând pentru a crea diferite tipuri de structuri, care sunt obținute mult mai puțin în masă decât din orice alte materiale similare. Adesea este folosit pentru acoperișuri, deoarece astfel de produse sunt ușoare și ductile. Un astfel de material este ușor de prelucrat și vă permite să schimbați geometria profilului, ceea ce este foarte convenabil.

După cum sa menționat mai sus, își găsește principala aplicație în fabricarea de cabluri electrice și alte cabluri conductoare, unde este utilizat pentru fabricarea miezurilor de fire și cabluri. Avand o conductivitate electrica buna, ofera o rezistenta suficienta la electronii curenti.

Aliajele de cupru sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă, de exemplu, un aliaj de cupru și aur crește rezistența acestuia din urmă uneori.

Depunerile de sare nu se formează niciodată pe pereții barelor de cupru. Această calitate este utilă pentru transportul lichidelor și vaporilor.

Pe baza de oxizi de cupru se obțin supraconductori, iar în forma sa pură este folosit pentru fabricarea surselor de alimentare galvanice.

Face parte din bronz, care este rezistent la medii agresive, precum apa de mare. Prin urmare, este adesea folosit în navigație. De asemenea, produsele din bronz pot fi văzute pe fațadele caselor, ca element de decor, deoarece un astfel de aliaj este ușor de prelucrat, deoarece este foarte plastic.

Sinonime: Amestecuri subțiri de cupru nativ și cuprită au fost numite cuprocuprit (Vernadsky, 1910). Whitneyitul (Gent, 1859) și darwinitul (Forbes, 1860) sunt cupru arsenic care formează amestecuri cu algodonitul.

originea numelui

Denumirea latină pentru cupru cuprum provine de la numele insulei Cipru, de unde se importa cuprul în antichitate. Originea numelui rus este neclară.

Numele englezesc al mineralului Cupru este Cupru

• Compoziție chimică
• Soiuri
• Forma de a fi în natură
• Proprietăți fizice
• Proprietăți chimice. Alte proprietăți
• semne diagnostice. Sateliți.
• Originea mineralului
• Locul nașterii
• Uz practic
• Cumpără

Formulă

Compoziție chimică

Conține uneori amestecuri de Fe, Ag, Pb, Au, Hg, Bi, Sb, V, Ge 3 (cupru argintiu cu 3-4% Ag, fier-2,5% Fe și auriu-2-3% Au). Impuritățile sunt observate mai des în cuprul nativ primar; cuprul reciclat este de obicei mai pur. Compoziția cuprului nativ din zăcământul Shamlugh (Armenia): Cu - 97,20 -97,46%, Fe - 0,25%; în cuprul din zăcămintele Altai s-au determinat 98,3% Cu și mai mult.

Caracteristica cristalografică

Singonie. Cub.

Clasă. Hexoctheedral.

Structură cristalină

Structura cristalină este caracterizată printr-o rețea centrată pe față; atomii de cupru sunt situati la colturile si in centrele fetelor cubului elementar. Aceasta este o expresie formală a faptului că în structura cuprului există o împachetare cea mai apropiată (așa-numita împachetare cubică cea mai apropiată) de atomi de metal cu o rază de 1,27 A și o distanță între cei mai apropiați atomi de 2,54 A în timp ce îndeplinește o spatiu de 74,05%. Fiecare atom de Cu este înconjurat de 12 similare (numărul de coordonare 12), situate în jurul lui de-a lungul vârfurilor așa-numitului cuboctaedru arhimedian.

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

Forma de a fi în natură

Forma de cristal. Forma cristalelor este cubică, tetrahexaedrică, dodecaedrică, mai rar - octaedrică (eventual, pseudomorfe după cuprit). Marginile sunt adesea aspre, cu depresiuni sau cote. Cristalele simple sunt rare.

Duble. Gemenii intercreșteri de-a lungul (111) sunt obișnuiți, uneori polisintetici, adesea lamelare în direcția gemenelor axei sau gemeni plani alungiți paralel cu diagonala. De obicei, cristalele (simple și gemene) sunt dezvoltate neuniform: alungite, scurtate sau deformate. Formele dendritice sunt caracteristice, care sunt intercreșteri uniforme ale multor cristale (deformate uniform sau regulate) în orice direcție. Acestea sunt, de exemplu, cristale îngemănate de-a lungul (111) alungite de-a lungul axei de simetrie de ordinul 2 și topite paralel cu fețele unui dodecaedru rombic) sau intercreșteri de cristale îngemănate regulate ramificate de-a lungul marginilor și diagonalelor fețelor octaedrice, precum și paralele. intercreșteri de cristale alungite pe axele de direcție de ordinul al IV-lea. În precipitatele continue de cupru nativ în timpul gravării, se găsesc semne de cristalizare colectivă odată cu dezvoltarea granulelor mari din cauza granulelor zonale mai mici, de formă neregulată.

Agregate. Cristale distorsionate, în granule unice neregulate, intercreșteri dendritice, formațiuni filamentoase, sârmete, mușchioase, plăci subțiri, concrețiuni, acumulări pulverulente și mase continue de până la câteva sute de tone.

Proprietăți fizice

Optic

Culoarea în fractura proaspătă este roz deschis, trecând rapid în roșu cupru, apoi în maro; adesea cu o nuanță galbenă sau pestriță.

Linia este roșu-cupru, strălucitoare.

Metalic lucios.

Transparenţă. Opac. În cele mai subțiri plăci, strălucește în verde.

Indici de refracție

Ng = , Nm = și Np =

Mecanic

Duritate 2,5-3.

Densitate 8,4-8,9

Nu se observă clivaj.

Fractură așchie, agățată.

Proprietăți chimice

Usor solubil in HNO 3 diluat si in acva regia, in H 2 SO 4 - la incalzire, in HCl - cu dificultate. Se dizolvă într-o soluție apoasă de amoniac, transformându-l în albastru. În secțiunile lustruite, poate fi gravat cu toți reactivii majori. Structura interna ușor de detectat cu NH 4 OH + H 2 O 2 sau Hcl + CrO 3 (soluție 50%).

Alte proprietăți

Foarte maleabil și ductil. Conductivitatea electrică este foarte mare; redus semnificativ de impurități.

Comportament la încălzire. Pur cupru se topește la 1083°. Conductivitatea termică este ceva mai mică decât cea a argintului.

Producția artificială a mineralului.

Poate fi obținut cu ușurință din topituri sau prin electroliză din soluții de săruri de cupru.

Caracteristici de diagnosticare

Minerale similare

Recunoscut prin culoarea roșie a suprafeței proaspete, linia strălucitoare, duritatea medie și maleabilitatea, acoperită de obicei cu depozite verzui, negre, albastre de minerale de cupru oxidate. La microscop în lumină reflectată, este ușor de determinat prin culoare și reflectivitate.

Minerale asociate. Aur cupros, calcocit, calcit, diopside, apatit, sfenă, magnetit, malachit, barit, cuarț, calcopirit.

Originea și locația

Hidrotermal. Se acumulează în placere. Pepitele care cântăresc până la 450 de tone sunt descrise drept fenomene unice.

Cuprul nativ se formează în condiții reducătoare în timpul diferitelor procese geologice; o parte semnificativă a acestuia este eliberată din soluțiile hidrotermale. Sub formă de segregări microscopice, se observă în multe roci magmatice, în principal mafice, expuse la soluții hidrotermale, de exemplu, în peridotitele, dunite și serpentinite serpentinizate. În acest caz, apariția cuprului nativ este posibil asociată cu descompunerea sulfurilor de cupru formate anterior, de exemplu, cubanitul (Ural, Transcaucasia). O origine similară poate fi atribuită cuprului nativ din rocile de bază amfibolizate din regiunea Serov. Regiunea Sverdlovsk. În zăcământul de aur cupros Karabash din regiunea Chelyabinsk, cuprul nativ este observat în corpuri sub formă de vene de roci diopside-granat care apar printre serpentinite; pentru cupru nativ se caracterizează prin asociere cu aur cupros, calcocit, calcit, diopside, apatită, sfenă, magnetită etc.
În unele roci vulcanice antice (melafir, diabaze etc.), metamorfozate sub influența vaporilor, gazelor și soluțiilor hidrotermale, cuprul umple amigdalele, formează ciment între mineralele de lavă alterată, umple golurile și fisurile; insotite de minerale hidrotermale: analcima, lomontita, prehnita, datolit, adularia, clorit, epidot, pumpeliit, cuart, calcit. Cele mai mari zăcăminte de acest tip sunt situate pe Peninsula Kivino din regiunea Lacului Superior (Michigan, SUA), unde mineralizarea se limitează la secvența Proterozoicului Superior. Principala masă de cupru este extrasă din melafire și conglomerate, dar cele mai mari segregații de cupru (până la 400 de tone și mai mult) se găsesc în filoanele de calcit care conțin argint nativ și domeichit.

Schimbarea minerală.

Cele mai comune produse de alterare a cuprului nativ sunt cuprita, malachitul și azurit.

Locul nașterii

Alocările de cupru nativ au fost observate în diabazele din Novaia Zemlya, în capcanele Platformei Siberiei, printre principalele roci efuzive din Italia, Insulele Feroe (Danemarca), Nova Scoția (Canada) și alte locuri. Reprezentanți ai unor tipuri rare de zăcăminte hipogene de cupru nativ sunt zăcământul de zinc-mangan Franklin (New Jersey, SUA) și zăcămintele de mangan Longban și Jacobsberg (Suedia). Hipogene, aparent, sunt alocarea cuprului nativ cu o greutate de până la câteva tone din zăcământul Kalmaktas dezvoltat anterior din Kazahstan, prezentat în muzee cu mostre excelente.
În zona de oxidare, în special în părțile sale inferioare, cuprul nativ este în principal un produs timpuriu al alterării mineralelor sulfurate de cupru, în principal calcocitul. Compune predominant descărcări de formă neregulată, mai rar - cristale și agregate dendritice.
Cel mai adesea, cuprul nativ este însoțit de calcocit, cuprit, calcit și limonit. Se observă într-o serie de zăcăminte din Kazahstan (Dzhezkazgan, Berkara, Uspenskoye etc.), Rudny Altai (Belousovskoye, Zyryanovskoye, Chudak, Talovskoye etc.), SUA (Bisbee și Clifton-Morensee în Arizona, Tintik în Utah). , etc.).
O parte din cuprul nativ din zona de oxidare se formează prin depunerea din soluții care conțin sulfat de cupru. Astfel, de exemplu, cuprul nativ, care formează precipitate în cavități printre agregatele de limonit, uneori în asociere cu cuprită (zăcământ de minereu de cupru, regiunea Sverdlovsk etc.). Sunt cunoscute pseudomorfe native de cupru, formate în zona de oxidare după calcocit, cuprit, antlerit, calcantit, azurit, calcit, aragonit și alte minerale.
Mostre deosebit de frumoase de cupru nativ (cristale și agregate dendritice) provin din minele din Torino din regiunea Sverdlovsk.
În unele lucrări miniere, așa-numitul cupru de ciment este eliberat din apele care conțin cupru pe obiecte de fier sub formă de pelicule și cruste. De asemenea, sunt cunoscute cazuri de formare a cuprului pe resturi de elemente de fixare pe jumătate degradate.
În cantitate sporită, cuprul nativ se observă în unele roci sedimentare (gresii, argile, marne) ce conţin resturi vegetale, sub formă de segregari de formă neregulată, uneori în pseudomorfe pe lemn sau sub formă de concreţiuni. Astfel, de exemplu, gresiile cuproase permiene din anumite regiuni ale Rusiei (Ural, Tatarstan etc.), gresiile Naukata din Kârgâzstan și gresiile cuproase cretacice din Korokoro și Kobritsos din Bolivia și altele.
Formarea cuprului nativ în unele turbării este, de asemenea, asociată cu procesele de recuperare, de exemplu, în regiunea Sverdlovsk - de-a lungul râului Lyovikha în bazinul râului Tagil și în regiunea Sysert.
Sub formă de pietricele și boabe, cuprul nativ se găsește în Rusia în unii placeri: în Urali, de-a lungul Yenisei, de-a lungul râului B. Sarkhoy din Buriatia, de-a lungul râului Chorokh din Georgia, pe Insulele Commander și în alte locuri. . În statul Connecticut (SUA), cuprul nativ a fost găsit în depozitele glaciare sub formă de segregări cu o greutate de până la 75 kg. Precipitate mici, de formă neregulată, de cupru nativ sunt observate în fierul nativ al meteoritului Vengerovo în asociere cu troilit.

Uz practic

Important componentă unele minereuri de cupru, uneori principalul mineral de cupru al acestor minereuri.

Este folosit în inginerie electrică, fabricarea instrumentelor; sunt utilizate pe scară largă diverse aliaje cu cupru (bronz, alamă, cupronic).

Metode de cercetare fizică

Analiza termică diferențială

Principalele linii pe radiografii:

metode antice. Se topește sub suflantă. La o temperatură de căldură albă, se oxidează treptat, devenind flacăra verde.

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

Proprietăți optice cristalului în preparate subțiri (secțiuni)

În secțiuni lustruite în roz deschis reflectat. Reflectivitate (în%): pentru razele verzi - 61, pentru portocaliu - 83, pentru roșu - 89. Izotrop. Indici de refracție (după Kundt) în prisme pentru lumină roșie - 0,45, pentru alb - 0,65, pentru albastru - 0,95; în lumină reflectorizantă (după Drude) pentru Na-light 0,641, pentru roșu - 0,580. Coeficientul de absorbție pentru Na-light este 4,09, pentru lumina roșie - 5,24.

Cupru. Somorodok

a) Densitatea și duritatea.

Metalele din subgrupul cuprului, ca și metalele alcaline, au un electron liber pe atom de ion de metal. S-ar părea că aceste metale nu ar trebui să difere mult de metalele alcaline. Dar acestea, spre deosebire de metalele alcaline, au puncte de topire destul de ridicate. Diferența mare de temperaturi de topire dintre metalele acestor subgrupe se explică prin faptul că nu există aproape niciun spațiu liber între atomii de ioni ai metalelor din subgrupul de cupru și sunt localizați mai aproape. Ca rezultat, numărul de electroni liberi pe unitate de volum, densitatea de electroni, au mai mult. În consecință, puterea legăturii chimice au mai mult. Prin urmare, metalele din subgrupul de cupru se topesc și fierb la temperaturi mai ridicate.

Metalele din subgrupa cuprului au, în comparație cu metalele alcaline, o duritate mai mare. Acest lucru se explică printr-o creștere a densității electronilor și o aranjare mai densă a atomilor în rețeaua cristalină. Trebuie remarcat faptul că duritatea și rezistența metalelor depind de aranjarea corectă a atomilor de ioni în rețeaua cristalină. În metalele pe care le întâlnim practic, există diferite tipuri de încălcări ale aranjamentului corect al atomilor de ioni, de exemplu, goluri în nodurile rețelei cristaline. În plus, metalul este format din cristale mici (cristalite), între care legătura este slăbită. La Academia de Științe a URSS, cuprul a fost obținut fără perturbări în rețeaua cristalină. Pentru a face acest lucru, cuprul foarte pur a fost sublimat la temperatură ridicată într-un vid profund pe un substrat adânc. Cuprul a fost obținut sub formă de fire mici - „muștați”. După cum sa dovedit, un astfel de cupru este de o sută de ori mai puternic decât cuprul obișnuit.

b) Culoarea cuprului și a compușilor săi.

Cuprul pur are o altă caracteristică interesantă. Culoarea roșie se datorează urmelor de oxigen dizolvat în ea. S-a dovedit că cuprul sublimat în mod repetat în vid (în absența oxigenului) are o culoare gălbuie. Cuprul în stare lustruită are un luciu puternic.

Cu o creștere a valenței, culoarea cuprului și a compușilor săi se întunecă, de exemplu, CuCl- alb, Cu 2 O- roșu, CuCl + H 2 O- albastru, CuO- negru. Carbonații se caracterizează prin culori albastre și verzi, supuse conținutului de apă, ceea ce este o caracteristică practică interesantă pentru căutare.

c) Conductivitatea electrică.

Cuprul are cea mai mare conductivitate electrică (după argint), ceea ce este motivul pentru utilizarea pe scară largă în electronică.

d) Rețea cristalină.

Cuprul se cristalizează sub forma unui cub centralizat (Fig. 1).

Figura 1. Rețea cristalină de cupru.

e) Izotopi.

Cuprul natural este format din doi izotopi stabili, 63 Cu și 65 Cu, cu abundențe de 69,1 și, respectiv, 30,9 procente atomice. Sunt cunoscuți mai mult de două duzini de izotopi instabili, dintre care cel mai longeviv este 67 Cu, cu un timp de înjumătățire de 62 de ore.

§patru. aliaje de cupru.

Aliajele de cupru sunt primele aliaje metalice create de om. Până pe la mijlocul secolului al XX-lea. în producția mondială, aliajele de cupru au ocupat locul 1 în rândul aliajelor de metale neferoase, pierzându-l apoi în fața aliajelor de aluminiu. Cu multe elemente forme de cupru zone largi soluții solide substituționale în care atomii aditivi iau locul atomilor de cupru într-o rețea cubică centrată pe față. Cuprul în stare solidă se dizolvă până la 39% Zn, 15,8% Sn, 9,4% Al și Ni - nelimitat. Când se formează o soluție solidă pe bază de cupru, rezistența și rezistența electrică a acesteia cresc, coeficientul de temperatură al rezistenței electrice scade, rezistența la coroziune poate crește semnificativ, iar ductilitatea rămâne la un nivel destul de ridicat.

În prezent, există nenumărate aliaje pe bază de cupru, aici voi da cele trei aliaje cele mai de bază și comune în tehnologie și viața de zi cu zi:

a) alamă

Alama este un aliaj de cupru cu zinc adăugat. Zincul, al cărui conținut în compoziție poate ajunge până la 40%, crește rezistența și ductilitatea aliajului. Alama cea mai ductilă, cu un conținut de zinc de aproximativ 30%. Este folosit pentru producerea de sârmă și foi subțiri. Compoziția poate include, de asemenea, fier, staniu, plumb, nichel, mangan și alte componente. Acestea cresc rezistența la coroziune și proprietățile mecanice ale aliajului. Alama este bine prelucrată: sudură și laminare, perfect lustruită. O gamă largă de proprietăți, costuri reduse, ușurință de prelucrare și o culoare galbenă frumoasă fac din alama cel mai comun aliaj de cupru cu o gamă largă de aplicații.

b) Bronz

Bronzurile sunt un aliaj de cupru, de obicei având staniul ca componentă principală de aliere, dar bronzurile includ și aliaje de cupru cu aluminiu, siliciu, beriliu, plumb și alte elemente, cu excepția zincului (aceasta este alama) și nichelului. De regulă, orice bronz conține cantități mici de aditivi: zinc, plumb, fosfor etc.

Oamenii au învățat să topească bronzul tradițional de staniu la începutul epocii bronzului și foarte mult timp a fost folosit pe scară largă; chiar și odată cu apariția epocii fierului, bronzul nu și-a pierdut importanța (în special, până în secolul al XIX-lea, armele erau fabricate din metal de pușcă)

Bronzurile cele mai utilizate sunt: ​​bronzurile de siliciu, bronzurile de beriliu, bronzurile de siliciu, bronzurile de crom, dar de departe cel mai cunoscut și mai aplicabil este bronzul de staniu.

c) Aliaje cupru-nichel

Aliaje pe bază de cupru care conțin nichel ca element de aliere principal - Melchior, argint german (aliaj de cupru cu 5-35% Ni și 13-45% Zn). Nichelul formează o serie continuă de soluții solide cu cuprul. Când se adaugă nichel la cupru, rezistența și rezistența electrică a acestuia cresc, coeficientul de temperatură al rezistenței electrice scade, iar rezistența la coroziune crește foarte mult. Aliajele de cupru-nichel funcționează bine la presiune caldă și rece.

Cuprul este un metal care aparține grupei neferoase, deoarece are o culoare roz-roșiatică strălucitoare, cu diferite grade de prelucrare poate avea o nuanță maro, verde, auriu. Acest metal are proprietăți electrolitice ridicate, conductivitate termică, rezistență și elasticitate. Cuprul este ușor de prelucrat, face parte din multe aliaje, crescând astfel substanța chimică și proprietăți fizice. Cele mai cunoscute aliaje sunt bronzul - 7 - 10% staniu se adaugă la cea mai mare parte a cuprului, un aliaj cupru-nichel - constante (în masa totală până la 40% nichel) și manganina (nichelul și manganul sunt incluse în aliaj) . Prezența unui număr mare de caracteristici distinctive și disponibilitatea metalului determină utilizarea pe scară largă a cuprului în diverse industrii, agricultură, constructii, medicina.

Cum se folosește cuprul în industrie

Cuprul este topit în industrie

La producerea diverselor produse, folosesc cuprul în formă pură și sub formă de aliaje cu diferite metale. Metalul pur este folosit pentru a face cabluri de rețeași fire de alimentare. Cuprul se caracterizează prin capacitatea sa de a conduce electricitatea rapid și fără pierderi. Potrivit acestui indicator, este al doilea după argint, dar, deoarece aparține metalelor prețioase și are un cost ridicat, utilizarea cuprului este preferată în cablarea electrică. Numai metalul pur este utilizat pentru producerea miezului cablului - miez de cupru, prezența oricăror impurități reduce semnificativ efectul conductiv. Pentru a obține cupru pur, semifabricatele sale sunt supuse procesului de electrorafinare. Este imersarea metalului într-o baie umplută cu o soluție de sulfat de cupru, iar acolo este scufundat un electrod conectat la electricitate. Ionii metalici se deplasează la electrod, iar particulele de impurități se adună lângă anod, astfel încât acestea pot fi îndepărtate, iar rezultatul este un material cu un conținut de cupru pur de 99,999%.

Aliajele cupru-nichel se caracterizează prin rezistență electrică ridicată și sunt utilizate în fabricarea instrumentelor. Aceste aliaje sunt rezistente la coroziune, nu se prăbușesc nici măcar în apa de mare. Un aliaj în care 40% zinc este numit alamă, are o rezistență crescută, iar costul său scăzut duce la o utilizare pe scară largă:

• în inginerie mecanică;
• în producția de bunuri de uz casnic;
• în industria chimică.

Fabricat din alama:

• conducte;
• radiatoare;
• mâneci;
• accesorii auto și multe altele.

Placarea cu cupru este utilizată pentru cromarea oțelului. Produsele din oțel sunt adesea acoperite cu crom sau nichel în scopuri decorative, dar această acoperire este de scurtă durată și se poate desprinde în timpul funcționării, pentru a evita acest lucru, acoperirea de cupru este aplicată între oțel și stratul de crom, oferă o aderență mai bună.

Utilizarea cuprului în industrie poate fi observată și în timpul lipirii, facilitează foarte mult acest proces, iar piesa este omogenă și durabilă. Acest metal este destul de ductil, poate fi folosit pentru fabricarea de conducte de apă de diferite configurații, în Rusia utilizarea unor astfel de țevi nu este larg răspândită, dar în Europa astfel de produse pot fi găsite destul de des.

Produse din cupru în viața de zi cu zi

Acest metal este folosit nu numai pentru producția de bunuri industriale, produsele din cupru pot fi găsite și în viața de zi cu zi:

Toate aceste articole pot fi găsite în aproape fiecare casă.

Un rol important în agricultură îl au îngrășămintele din sol care conțin vitriol albastru- stimulează creșterea activă a diferitelor culturi, le protejează de dăunători, copaci, arbuști, semințele sunt tratate cu soluție de vitriol.

Elemente de interior din cupru

În timpul construcției caselor, foile de cupru sunt folosite la acoperișuri. Se știe că metal dat rezistent la diferite fenomene atmosferice, sub influența lor se formează un strat protector - patina, care are o nuanță verzuie. Patina previne coroziunea metalului, iar un acoperiș cu o astfel de acoperire poate servi mult timp.

monede de cupru

Galvanizarea poate fi, de asemenea, atribuită domeniului de aplicare a cuprului, fiind cunoscut încă din 1873. Galvanizarea este un tip special de artă bazat pe depunerea electrolitică a metalului într-o soluție apoasă de sare. Această metodă a depășit de mult artă și este folosită în industria spațială, aviație, inginerie mecanică. Esența sa constă în faptul că modelul creat al produsului, de exemplu, din gips sau plastilină, este metalizat, după îndepărtarea modelului, rămâne doar forma metalică. Procesul de metalizare are loc prin aplicarea unui strat subțire de metal pe aspect, se folosește mai des grafitul, piesa de prelucrat este plasată într-o soluție care conține săruri de cupru. Dispunerea joacă rolul unui catod și atrage particule de metal, care formează ulterior forma produsului finit.

Utilizarea cuprului în medicină

Medicina tradițională consideră cuprul un element foarte important în viața umană. În organism, această substanță este conținută într-o cantitate de 2 * 10 -4% din masa totală. În fiecare zi, o persoană consumă până la 60 mg de cupru cu alimente, din care se absorb aproximativ 2 mg, care este norma necesară pentru un organism sănătos. Cuprul joacă un rol important în biosinteza hemoglobinei, în menținerea nivelului de zahăr, colesterol și acid uric. Cuprul este necesar pentru funcționarea normală a sistemului cardiovascular, a creierului și a tractului digestiv. În cazul deficienței sale, se dezvoltă:

• pentru tratamentul insuficienței acute se folosesc medicamente care conțin acest microelement;
• în terapie – utilizarea aplicațiilor metalice sau a brățărilor.

Cea mai mare cantitate de oligoelemente se găsește în alimente precum:

• șampioane;
• cartof;
• Ficat de cod;
• cereale integrale;
• stridii și sepie.

În același timp, un exces de cupru în organism, atunci când cantitatea acestuia depășește 250 mg, duce la intoxicație și perturbarea ficatului, dezvoltarea bolii Wilson, anemie.

Video: Cum se face un cablu de cupru

• Denumire - Cu (Cupru);
• Perioada - IV;
• Grupa - 11 (Ib);
• Masa atomică - 63,546;
• Numărul atomic - 29;
• Raza unui atom = 128 pm;
• Raza covalentă = 117 pm;
• Distribuția electronilor - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 ;
• t topire = 1083,4°C;
• punct de fierbere = 2567°C;
• Electronegativitatea (după Pauling / după Alpred și Rochov) = 1,90 / 1,75;
• Stare de oxidare: +3, +2, +1, 0;
• Densitate (n.a.) \u003d 8,92 g / cm 3;
• Volumul molar = 7,1 cm 3 / mol.

Cuprul (cuprum, și-a primit numele în onoarea insulei Cipru, unde a fost descoperit un mare zăcământ de cupru) este unul dintre primele metale pe care o persoană le-a stăpânit - epoca cuprului (epoca în care uneltele de cupru predominau în viața de zi cu zi) acoperă perioada IV-III mileniu î.Hr. e.

Un aliaj de cupru și staniu (bronz) a fost obținut în Orientul Mijlociu în anul 3000 î.Hr. e. Bronzul era preferat în detrimentul cuprului deoarece era mai puternic și mai ușor de forjat.

Orez. Structura atomului de cupru.

Configurația electronică a atomului de cupru este 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 (vezi Structura electronică a atomilor). În cupru, un electron pereche de la nivelul s exterior „sare” la subnivelul d al orbitalului pre-exterior, care este asociat cu stabilitatea ridicată a nivelului d complet umplut. Subnivelul d stabil al cuprului determină inerția sa chimică relativă (cuprul nu reacționează cu hidrogenul, azotul, carbonul, siliciul). Cuprul din compuși poate prezenta stări de oxidare +3, +2, +1 (cele mai stabile sunt +1 și +2).

Orez. Configurația electronică a cuprului.

Proprietățile fizice ale cuprului:

• metal, roșu-roz;
• are ductilitate și ductilitate ridicate;
• conductivitate electrică bună;
• rezistență electrică scăzută.

Proprietățile chimice ale cuprului

• când este încălzit, reacţionează cu oxigenul:
  O 2 + 2Cu = 2CuO;
• atunci când este expus la aer pentru o perioadă lungă de timp, reacționează cu oxigenul chiar și la temperatura camerei:
  O 2 + 2Cu + CO 2 + H 2 O \u003d Cu (OH) 2 CuCO 3;
• reacţionează cu acidul azotic şi acid sulfuric concentrat:
  Cu + 2H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;
• cuprul nu reacționează cu apa, soluțiile alcaline, acidul clorhidric și acidul sulfuric diluat.

Compuși de cupru

Oxid de cupru CuO(II):

• solid roșu-brun, insolubil în apă, prezentând proprietăți de bază;
• când este încălzit în prezența agenților reducători, dă cupru liber:
  CuO + H2 \u003d Cu + H2O;
• oxidul de cupru se obține prin interacțiunea cuprului cu oxigenul sau prin descompunerea hidroxidului de cupru (II):
  O 2 + 2Cu = 2CuO; Cu (OH) 2 \u003d CuO + H 2O.

Hidroxid de cupru Cu (OH 2) (II):

• substanță cristalină sau amorfă albastră, insolubilă în apă;
• se descompune în apă și oxid de cupru atunci când este încălzit;
• reacționează cu acizii pentru a forma sărurile corespunzătoare:
  Cu(OH2) + H2S04 = CuS04 + 2H20;
• reacționează cu soluții alcaline, formând cuprați - compuși complecși albastru strălucitor:
  Cu (OH 2) + 2KOH \u003d K 2.

Pentru compuși de cupru, vezi oxizi de cupru.

Obținerea și utilizarea cuprului

• Metoda pirometalurgică cuprul se obține din minereuri sulfurate la temperaturi ridicate:
  CuFeS2 + O2 + Si02 → Cu + FeSi03 + SO2;
• oxidul de cupru este redus la cupru metalic prin hidrogen, monoxid de carbon, metale active:
  Cu 2 O + H 2 \u003d 2Cu + H 2 O;
  Cu 2 O + CO \u003d 2Cu + CO 2;
  Cu 2 O + Mg \u003d 2Cu + MgO.

Utilizarea cuprului se datorează conductivității sale electrice și termice ridicate, precum și ductilității:

• producție de fire și cabluri electrice;
• în echipamente de schimb de căldură;
• in metalurgie pentru obtinerea aliajelor: bronz, alama, cupronical;
• în electronica radio.