Мідь у з'єднаннях має. Особливості застосування міді у різних галузях промисловості та будівництва. Області використання міді

Твердий метал мідь люди навчилися плавити ще до нашої ери. Назва елемента за таблицею Менделєєва – Cuprum, на честь першого масового розташування виробництва міді. Саме на острові Кіпр у третьому тисячолітті до н. почали добувати руду. Метал зарекомендував себе як гарна зброя та гарний, блискучий матеріалдля виготовлення посуду та інших приладів.

Процес плавлення міді

Виготовлення предметів вимагало безліч зусиль за відсутності технологій. У перших кроках розвитку цивілізації та пошуку нових металів люди навчилися видобувати і плавити мідну руду. Одержання руди відбувалося малахітовому, а чи не в сульфидном стані. Отримання на виході вільної міді, з якої можна виготовляти деталі, вимагало випалення. Для виключення оксидів метал з деревним вугіллям розміщувалася в посудину з глини. Підпалювався метал у спеціально підготовленій ямі, що утворюється у процесі чадний газ сприяв процесу появи вільної міді.

Для точних розрахунків використовувався графік плавлення міді. Тоді проводився точний розрахунок часу і приблизна температура, коли він відбувається плавка міді.

Мідь та її сплави

Метал має червонувато-жовтий відтінок завдяки оксидної плівціяка утворюється при першій взаємодії металу з киснем. Плівка надає благородного вигляду і має антикорозійні властивості.

Зараз є кілька способів видобутку металу. Поширеними є мідний колчедан та блиск, що зустрічаються у вигляді сульфідних руд. Кожна з технологій отримання міді потребує особливого підходу та дотримання процесу.

Видобуток у природних умовах відбувається у вигляді пошуку мідних сланців та самородків. Об'ємні родовища як осадових порід перебувають у Чилі, а мідні пісковики і сланці розташувалися біля Казахстану. Використання металу зумовлене невисокою температурою плавлення. Майже всі метали плавляться шляхом руйнування кристалічних ґрат.

Основний порядок плавлення та властивості:

• на температурних порогах від 20 до 100° матеріал повністю зберігає свої властивості та зовнішній виглядверхній оксидний шар залишається на місці;
• кристалічні грати розпадається на позначці 1082°, фізичний стан стає рідким, а колір білим. Рівень температури затримується на якийсь час, а потім продовжує зростання;
• температура кипіння міді починається на позначці 2595 °, виділяється вуглець, відбувається характерне вирування;
• при відключенні джерела тепла відбувається зниження температури, відбувається перехід у тверду стадію.

Плавка міді можлива у домашніх умовах, за дотримання певних умов. Етапи та складність завдання залежать від вибору обладнання.

Фізичні властивості

Основні характеристики металу:

• у чистому вигляді щільність металу становить 8.93 г/см 3 ;
• хороша електропровідність з показником 55,5S при температурі близько 20⁰;
• теплопередача 390 Дж/кг;
• кипіння відбувається на позначці 2600 °, після чого починає виділення вуглецю;
• питомий електричний опір у середньому температурному діапазоні – 1.78×10 Ом/м.

Основними напрямками експлуатації міді є електротехнічні цілі. Висока тепловіддача та пластичність дають можливість застосування до різних завдань. Сплави міді з нікелем, латунню, бронзою, роблю більш прийнятною собівартість та покращують характеристики.

У природі вона не однорідна за своїм складом, тому що містить ряд кристалічних елементів, що утворюють з нею стійку структуру, так звані розчини, які можна поділити на три групи:

1. Тверді розчини. Утворюються, якщо у складі містяться домішки заліза, цинку, сурми, олова, нікелю та багатьох інших речовин. Такі входження суттєво знижують її електричну та теплову провідність. Вони ускладнюють гарячий вид обробки під тиском.
2. Домішки, що розчиняються у мідній решітці. До них відносяться вісмут, свинець та інші компоненти. Чи не погіршують якості електропровідності, але ускладнюють обробку під тиском.
3. Домішки, що формують тендітні хімічні сполуки. Сюди входять кисень та сірка, а також інші елементи. Вони погіршують якості міцності, у тому числі знижують електропровідність.

Маса міді з домішками набагато більша, ніж у чистому вигляді. До того ж, елементи домішок істотно впливають на кінцеві характеристики вже готового продукту. Тому їх сумарний склад, зокрема кількісний, окремо має регулюватися ще етапі виробництва. Розглянемо докладніше вплив кожного елемента на характеристики кінцевих мідних виробів.

1. Кисень. Один із найнебажаніших елементів для будь-якого матеріалу, не лише мідного. З його зростанням погіршується така якість, як пластичність та стійкість до корозійних процесів. Його зміст не повинен перевищувати 0,008%. У ході термічної обробки в результаті окислення кількісний вміст цього елемента зменшується.
2. Нікель. Утворює стійкий розчин та суттєво знижує показники провідності.
3. Сірка чи селен. Обидва компоненти однаково впливають на якість готової продукції. Висока концентрація таких входження знижує пластичні властивості мідних виробів. Вміст таких компонентів не повинен перевищувати 0,001% загальної маси.
4. Вісмут. Негативно впливає на механічні та технологічні характеристикиготової продукції. Максимальний вміст не повинен перевищувати 0,001%.
5. Миш'як. Він не змінює властивостей, але утворює стійкий розчин, що є свого роду захисником від згубного впливу інших елементів, як кисень, сурма чи вісмут.

1. Марганець. Він здатний повністю розчинитись у міді практично при кімнатній температурі. Впливає на провідність струму.
2. Сурма. Компонент найкраще розчиняється в міді, завдає їй мінімальної шкоди. Зміст його має перевищувати 0,05% від маси міді.
3. Олово. Утворює стійкий розчин із міддю та підвищує її властивості щодо проведення тепла.
4. Цинк. Його зміст завжди мінімальний, тому такого згубного впливу він не має.

фосфор. Основний розкислювач міді, максимальний вміст якого за температури 714°С становить 1,7%.

Сплав на основі міді із додаванням цинку називається латунь. У деяких ситуаціях додається олово у менших пропорціях. Джеймс Емерсон в 1781 вирішив запатентувати комбінацію. Вміст цинку в металі може варіюватися від 5 до 45%. Латуні розрізняють залежно від призначення та специфікації:

• прості, що складаються з двох компонентів – міді та цинку. Маркування таких сплавів позначається буквою «Л», що прямо означає вміст міді у сплаві у відсотках;
• багатокомпонентні латуні містять безліч інших металів залежно від призначення до використання. Такі метали підвищують експлуатаційні характеристики виробів, позначаються також літерою «Л», але з додаванням цифр.

Фізичні властивості латуні відносно високі, корозійна стійкість на середньому рівні. Більшість металів не критично до знижених температур, можна експлуатувати метал в різних умовах.
Технології отримання латуні взаємодіють із процесами мідної та цинкової промисловості, обробці вторинної сировини. Ефективним способомплавки є використання електропечі індукційного типу з магнітним відведенням та регулюванням температури. Після отримання однорідної маси, вона розливається у форми та піддається процесам деформації.

Застосування матеріалу у різних галузях, підвищує нею попит з кожним роком. Сплав застосовується до суду будівництві та виробництві боєприпасів, різних втулок, перехідників, болтів, гайок та сантехнічних матеріалів.

Кольоровий метал для виготовлення виробів різних типів почали використовувати з давніх часів. Цей факт підтверджується знайденими матеріалами при археологічних розкопках. Склад бронзи спочатку був багатий на олов.

Промисловістю випускається різна кількість різновидів бронзи. Досвідчений майстер здатний за кольором металу визначити його призначення. Однак не кожному під силу визначити точну марку бронзи, для цього використовується маркування. Способи виробництва бронзи поділяються на ливарні, коли відбувається плавлення та відлив та деформовані.

Склад металу залежить від призначення для використання. Основним показником є ​​наявність берилію. Підвищена концентрація елемента в сплаві, піддана процедурі загартовування, може конкурувати з високоміцними сталями. Наявність у складі олова забирає у металу гнучкість та пластичність.

Виробництво бронзових сплавів змінилося з давніх часів фактично використанням сучасного обладнання. Технологія з використанням як флюс у вигляді деревного вугілля використовується досі. Послідовність отримання бронзи:

• піч розігрівається для необхідної температури, після чого в неї встановлюється тигель;
• після плавки метал може окислитися, щоб уникнути цього додають флюс як деревне вугілля;
• кислотним каталізатором служить фосфорна мідь, додавання відбувається після повного прогрівання металу.

Плавка бронзи

Старовинні вироби з бронзи схильні до природних процесів - патинування. Зелений колір з білим відтінком проявляється через утворення плівки, що обволікає виріб. Штучні методи патинування включають методи з використанням сірки і паралельним нагріванням до певної температури.

Температура плавлення міді

Плавиться матеріал за певної температури, яка залежить від наявності та кількості сплавів у складі.

У більшості випадків процес відбувається при температурі від 1085°. Наявність олова в металі дає розбіг, плавлення міді може розпочатися при 950°. Цинк у складі також знижує нижню межу до 900 °.

Для точного розрахунку часу знадобиться графік плавлення міді. На звичайному аркуші паперу використовується графік, де по горизонталі відзначається час, а вертикалі градуси. Графік повинен вказувати, на яких моментах підтримується температура під час нагрівання для повного процесу кристалізації.

Плавлення міді в домашніх умовах

У домашніх умовах мідні метали можна плавити декількома способами. При використанні будь-якого з методів знадобляться супутні матеріали:

• тигель – посуд, виготовлений із загартованої міді або іншого вогнетривкого металу;
• деревне вугілля, знадобиться у ролі флюсу;
• гачок металевий;
• Форма майбутнього виробу.

Найбільш легким варіантом для плавлення є муфельна піч. У ємність опускаються шматки матеріалу. Після встановлення температури плавлення процес можна спостерігати через спеціальне віконце. Встановлені дверцята дозволяють видаляти утворену в процесі оксидну плівку, для цього знадобиться заздалегідь підготовлений металевий гак.

Другим способом плавлення у домашніх умовах є використання пальника або різака. Пропан - кисневе полум'я відмінно підійде для робіт з цинком або оловом. Шматки матеріалів майбутнього металу поміщаються в тигель, і нагріваються майстром довільними рухами. Максимальна температура плавлення міді може бути досягнута при взаємодії із полум'ям синього кольору.

Плавка міді в домашніх умовах має на увазі роботу з підвищеними температурами. Пріоритетом є дотримання техніки безпеки. Перед будь-якою процедурою слід одягнути захисні вогнетривкі рукавички і щільний одяг, що повністю закриває тіло.

Значення щільності міді

Щільність – це відношення маси до обсягу. Виражається вона у кілограмах на кубічний метр всього обсягу. Через неоднорідність складу, значення щільності може змінюватися залежно відсоткового вмісту домішок. Оскільки існують різні марки мідних прокатів з різним вмістом компонентів, то значення щільності у них буде різне. Щільність міді можна знайти у спеціалізованих технічних таблицях, що дорівнює 8,93 х10 3 кг/м 3 . Це довідкова величина. У цих таблицях показаний питома вагаміді, що дорівнює 8,93 г/см 3 . Таким збігом значень щільності та її вагових показників характеризуються в повному обсязі метали.

Не секрет, що від щільності залежить кінцева маса виготовленого виробу. Однак для розрахунків набагато правильніше використовувати питому вагу. Цей показник дуже важливий для виробів із міді або будь-яких інших металів, але застосовуємо більше до сплавів. Він виражається ставленням маси міді до обсягу сплаву.

Розрахунок частки

В даний час вченими розроблено величезну кількість способів, що допомагають знайти характеристики питомої ваги міді, які дозволяють без звернення до спеціалізованих таблиць обчислювати цей важливий показник. Знаючи його, можна легко підібрати необхідні матеріали, завдяки яким можна отримати потрібну деталь з необхідними параметрами. Це робиться ще на стадії підготовки, коли планується створити необхідну деталь із міді або її сплавів.

Як уже говорилося вище, питому вагу міді можна підглянути в спеціалізованому довіднику, але якщо під рукою такого немає, то його можна розрахувати за такою формулою: вага ділимо на об'єм і отримуємо необхідну величину. Загальними словами, таке співвідношення можна виразити як загальне вагове значення до загального значення обсягу всього виробу.

Не варто плутати його з поняттям густини, тому що він характеризує метал по-іншому, хоч і має однакові значення показників.

Розглянемо, як можна обчислити питому вагу, якщо відома маса та обсяг мідного виробу.

Наприклад, маємо чистий мідний лист товщиною 5 мм, шириною 2 м та довжиною 1 м. Для початку порахуємо його об'єм: 5 мм * 1000 мм (1 м = 1000 мм) * 2000 мм, що становить 10 000 000 мм 3 або 10 000 см 3 . Для зручності розрахунків вважатимемо, що маса листа становить 89 кг 300 грамів або 89300 грамів. Ділимо розрахований результат на об'єм і отримуємо 8,93 г/см 3 . Знаючи цей показник, ми завжди легко можемо обчислити ваговий вміст у міді того чи іншого сплаву. Це зручно, наприклад, обробки металу.

Одиниці виміру частки

У різних системах вимірювання використовуються різні одиниці для позначення частки міді:

1. У системі вимірювання СГС або сантиметр-грам-секунда використовується дин/см3.
2. У Міжнародній СІ використовуються одиниці н/м3.
3. У системі МКСС або метр-кілограм-секунда-свічка застосовується кг/м3.

Перші два показники рівні між собою, а третій при конвертації дорівнює 0,102 кг/м3.

Розрахунок ваги з використанням значень питомої ваги

Не йтимемо далеко і скористаємося прикладом, описаним вище. Обчислимо загальний вміст міді у 25 аркушах. Поміняємо умову і вважатимемо, що листи виготовлені з мідного металу. Таким чином, беремо питому вагу міді з таблиці і дорівнює 8.93 г/см 3 . Товщина листа 5 мм, площа (1000 мм * 2000 мм) становить 2 000 000 мм, відповідно обсяг дорівнюватиме 10 000 000 мм 3 або 10 000 см 3 . Тепер множимо питому вагу на обсяг і отримуємо 89 кг та 300 гр. Ми вирахували загальний обсяг міді, який міститься у цих листах без урахування ваги самих домішок, тобто загальне вагове значення може бути більшим.

Тепер множимо розрахований результат на 25 аркушів і отримуємо 2235 кг. Такі розрахунки доречно використовувати при обробці мідних деталей, оскільки дозволяють дізнатися, скільки міді міститься в початкових об'єктах. Аналогічно можна розрахувати мідні прутки. Площа перерізу дроту множиться на його довжину, де отримаємо об'єм прутка, а далі за аналогією з вищеописаним прикладом.

Як визначається щільність

Щільність міді, як і густина будь-якої іншої речовини, є довідковою величиною. Вона виражається співвідношенням маси обсягу. Самостійно обчислити цей показник дуже складно, оскільки без спеціальних приладів перевірити склад неможливо.

Приклад розрахунку щільності міді

Виражається показник у кілограмах на кубічний метр чи грамах на кубічний сантиметр. Показник щільності корисніший для виробників, які на основі наявних даних можуть скомпонувати ту чи іншу деталь з необхідними властивостями та характеристиками.

Області використання міді

Завдяки фізико-механічним властивостям вона широко використовується для різних галузей промисловості. Найчастіше її можна зустріти в електротехнічній області як складову частину електричного дроту. Не меншою популярністю вона користується також у виробництві систем опалення та охолодження, електроніки та системах теплового обміну.

У будівельній галузі вона використовується, перш за все, для створення різного роду конструкцій, які виходять набагато менше за масою, ніж з будь-яких інших аналогічних матеріалів. Часто її використовують для покрівлі, так як такі вироби мають легкість і пластичність. Такий матеріал легко обробляється і дозволяє змінювати геометрію профілю, що дуже зручно.

Як уже говорилося вище, основне своє застосування вона знаходить у виготовленні електричних та інших струмопровідних кабелів, де вона використовується для виготовлення жил проводів та кабелів. Маючи хорошу електропровідність, вона дає достатній опір електронам струму.

Широко використовуються також сплави міді, наприклад, сплав міді та золота підвищує міцність останнього в рази.

На стінах мідних прокатів ніколи не утворюються соляні відкладення. Така якість корисна для транспортування рідин та пари.

На основі оксидів міді отримують надпровідники, а чистому вигляді вона йде на виготовлення гальванічних джерел живлення.

Вона входить до складу бронзи, яка має стійкість до агресивних середовищ, як морська вода. Тому часто її використовують у навігації. Також бронзові продукти можна побачити на фасадах будинків як елемент декору, так як такий сплав обробляється легко, так як дуже пластичний.

Синоніми: Купрокупритом були названі тонкі суміші самородної міді та куприту (Вернадський, 1910). Вітнеіт-whitneyite (Гент, 1859) і дарвініт (Форбс, 1860) - миш'яковиста мідь, що утворює суміші з альгодонітом.

походження назви

Латинське найменування міді cuprum походить від назви острова Кіпр, звідки в давнину ввозили мідь. Походження російської назви неясно.

Англійська назва мінералу Мідь - Copper

• Хімічний склад
• Різновиди
• Форма знаходження у природі
• Фізичні властивості
• Хімічні властивості. Інші властивості
• Діагностичні ознаки. Супутники.
• Походження мінералу
• Місце народження
• Практичне застосування
• Купити

Формула

Хімічний склад

Містить іноді домішки Fe, Ag, Pb, Au, Hg, Bi, Sb, V, Ge 3 (срібляста мідь з 3-4% Ag, залізиста-2,5% Fe та золотиста-2-3% Au). Домішки спостерігаються частіше у первинній самородній міді; вторинна мідь зазвичай чистіша. Склад самородної міді із Шамлузького родовища (Вірменія): Cu – 97,20 –97,46%, Fe – 0,25%; у міді із родовищ Алтаю визначено 98,3% Cu та більше.

Кристалографічна характеристика

Сингонія.Кубічна.

Клас.Гексоктаедричний.

Кристалічна структура

Для кристалічної структури характерні гранецентровані грати; по кутах та в центрах граней елементарного куба розташовані атоми міді. Це формальний вираз того, що в структурі міді є щільна упаковка (так звана кубічна щільна упаковка) з атомів металу з радіусом 1,27 і відстанню між найближчими атомами 2,54 А при виконанні простору в 74,05%. Кожен атом Cu оточений 12 йому подібними (координаційне число 12), що розташовуються навколо нього по вершинах так званого Архімедова кубооктаедра.

Основні форми:а (100), d (110), про (111), l (530), е (210), h (410).

Форма знаходження у природі

Зовнішність кристалів. Зовнішність кристалів кубічний, тетрагексаедричний, додекаедричний, рідше - октаедричний (можливо, псевдоморфози з куприту). Грані часто шорсткі, з поглибленнями або піднесеннями. Прості кристали рідкісні.

Двійники.Двійники зрощення (111) звичайні, іноді полісинтетичні, часто пластинчасті в напрямку двійники осі або подовжені паралельні діагоналі двійники площини. Зазвичай кристали (прості та двійники) нерівномірно розвинені: витягнуті, укорочені чи деформовані. Характерні дендритовидні форми, що являють собою одноманітні зрощення безлічі кристалів (одноподібно деформованих або правильних) по якомусь одному напрямку. Такі, наприклад, двійникові по (111) кристали, витягнуті по осі симетрії 2-го порядку і зрощені паралельно граням ромбічного додекаедра) або зрощення правильних двійникових кристалів, що розгалужуються по напрямку ребер і діагоналів октаедричних граней, а також осей 4-го порядку. У суцільних виділеннях самородної міді при травленні виявляються ознаки збірної кристалізації з розвитком великих зерен за рахунок дрібніших зональних зерен неправильної форми.

Агрегати.Спотворені кристали, в одиночних неправильних зернах, дендритоподібні зростки, ниткоподібні, дротяні, мохоподібні утворення, тонкі платівки, конкреції, порошкові скупчення та суцільні маси вагою до кількох сотень тонн.

Фізичні властивості

Оптичні

Колір у свіжому зламі світло-рожевий, що швидко переходить у мідно-червоний, потім у коричневий; часто з жовтою або строкатою втечею.

Чорта мідно-червона, блискуча.

Блиск металевий.

Прозорість. Непрозора. У найтонших платівках просвічує зеленим кольором.

Показники заломлення

Ng = , Nm = і Np =

Механічні

Твердість 2,5-3.

Щільність 8,4-8,9

Спайність не спостерігається.

Злам занозистий, гачкуватий.

Хімічні властивості

Легко розчиняється в розведеній HNO 3 і в царській горілці, H 2 SO 4 - при нагріванні, в НСl - важко. У водному розчині аміаку розчиняється, забарвлюючи їх у синій колір. У полірованих шліфах труїться всіма основними реактивами. Внутрішня будовалегко виявляється за допомогою NH 4 OH + Н 2 O 2 або НСl+ CrO 3 (50% розчин).

Інші властивості

Дуже ковка та тягуча. Електропровідність дуже висока; Значно знижується від домішок.

Поведінка при нагріванні. Чиста мідьплавиться за 1083°. Теплопровідність дещо менша, ніж у срібла.

Штучне отримання мінералу.

Може бути легко отримана з розплавів або електролізу з розчинів солей міді.

Діагностичні ознаки

Подібні мінерали

Впізнається по червоному кольору свіжої поверхні, блискучій межі, середньої твердості та ковкості, зазвичай покрита зеленими, чорними, синіми нальотами окислених мінералів міді. Під мікроскопом у відбитому світлі легко визначається за кольором та відбивною здатністю.

Супутні мінерали.Медисте золото, халькозин, кальцит, діопсид, апатит, сфен, магнетит, малахіт, барит, кварц, халькопірит.

Походження та знаходження

Гідротермальний. Накопичується в розсипах. Як унікальні явища описано самородки масою до 450 т.

Самородна мідь утворюється у відновлювальних умовах за різних геологічних процесів; значна частина її виділяється із гідротермальних розчинів. У вигляді мікроскопічних виділень спостерігається в багатьох переважно основних вивержених породах, що зазнали впливу гідротермальних розчинів, наприклад, в серпентинізованих перидотитах, дунітах і серпентинітах. У цьому випадку виникнення самородної міді, можливо, пов'язане з розкладанням мідних сульфідів, що раніше утворилися, наприклад, кубаніту (Урал, Закавказзя). Аналогічне походження можна приписати самородній міді в амфіболітизованих основних породах Сірівського району Свердловській області. У Карабашському родовищі медистого золота Челябінської області самородна мідь спостерігається у жилоподібних тілах діопсидо-гранатових порід, що залягають серед серпентинітів; для самородної мідітут характерна асоціація з медистим золотом, халькозином, кальцитом, діопсидом, апатитом, сфеном, магнетитом та ін.
У деяких древніх вулканічних породах (мелафірах, діабазах та ін.), метаморфізованих під впливом парів, газів та гідротермальних розчинів, мідь виконує мигдалики, утворює цемент між мінералами зміненої лави, заповнює порожнечі та тріщини; супроводжується гідротермальними мінералами: анальцимом, ломонтитом, пренітом, датолітом, адуляром, хлоритом, епідотом, пумпеліїтом, кварцем, кальцитом. Найбільші родовища цього типу знаходяться на півострові Ківіно в районі Верхнього озера (штат Мічиган, США), де орденіння присвячене верхньопротерозойській товщі. Головна маса міді видобувається з мелафірів і конгломератів, але найбільші виділення міді (до 400 т і більше) зустрінуті в кальцитових жилах, що містять самородне срібло та домійкіт.

Зміна мінералу.

Найбільш звичайними продуктами зміни самородної міді є куприт, малахіт та азурит.

Місце народження

Виділення самородної міді спостерігалися в діабазах Нової Землі, в трапах Сибірської платформи, серед основних ефузійних порід в Італії, на Фарерських островах (Данія), у Новій Шотландії (Канада) та інших місцях. Представниками рідкісних типів гіпогенних родовищ самородної міді є цинково-марганцове родовище Франклін (штат Нью-Джерсі, США) та марганцеві родовища Лонгбан та Якобсберг (Швеція). Гіпогенними, мабуть, є виділення самородної міді вагою до декількох тонн з родовища Калмактас, що раніше розроблявся в Казахстані, представлені в музеях прекрасними зразками.
У зоні окислення, особливо у нижніх частинах, самородна мідь переважно є раннім продуктом зміни сульфідних мідних мінералів, переважно халькозина. Вона становить переважно виділення неправильної форми, рідше - кристали та дендритоподібні агрегати.
Найчастіше самородна мідь супроводжується халькозином, купритом, кальцитом, лимонітом. Спостерігається у ряді родовищ Казахстану (Джезказган, Беркара, Успенське та ін.), Рудного Алтаю (Білоусовське, Зиряновське, Чудак, Таловське та ін.), США (Бісбі та Кліфтон-Моренсі у штаті Арізона, Тінтік у штаті Юта та ін.) .
Частиною самородна мідь у зоні окиснення виникає шляхом відкладення з розчинів, що містять сульфат міді. Така, наприклад, самородна мідь, що утворює виділення в порожнинах серед агрегатів лимоніту, іноді в асоціації з купритом (Меднорудяне родовище Свердловської обл. та ін). Відомі псевдоморфози самородної міді, що утворилися в зоні окислення по халькозину, куприту, антлериту, халькантиту, азуриту, кальциту, арагоніту та іншим мінералам.
Особливо красиві зразки самородної міді (кристали та дендритоподібні зростки) походять з Тур'їнських копалень Свердловської області.
У деяких гірських виробленнях з мідь містять на залізних предметах виділяється так звана цементна мідь у вигляді плівок і скорин. Відомі також випадки утворення міді на залишках кріпильної деревини, що напівзгнили.
У підвищеній кількості самородна мідь спостерігається в деяких осадових породах (пісковиках, глинах, мергелях), що містять рослинні залишки, у вигляді виділень неправильної форми, іноді псевдоморфози по деревині або у вигляді конкрецій. Такі, наприклад, пермські медисті пісковики окремих районів Росії (Приуралля, Татарстан та ін.), Пісковики Науката в Киргизстані крейдяні медисті пісковики Корокоро і Кобрицос в Болівії та ін.
З відновними процесами пов'язано також утворення самородної міді в деяких торфовищах, наприклад, у Свердловській області - по річці Левіху в басейні річки Тагіла та в Сисертському районі.
У вигляді гальок і зерен самородна мідь зустрічається в Росії в деяких розсипах: на Уралі, по Єнісею, по річці Б. Сархой у Бурятія, по річці Чорох у Грузії, на островах Командор і в інших місцях. У штаті Коннектикут (США) самородна мідь виявлена ​​у льодовикових відкладах у вигляді виділень вагою до 75 кг. Дрібні, неправильні форми виділення самородної міді відзначені в самородному залозі метеорита Венгерово в асоціації з троїлітом.

Практичне застосування

Важлива складова частинадеяких мідних руд, іноді головний мідний мінерал таких руд.

Застосовується в електротехніці, приладобудуванні; широко застосовуються різні сплави з міддю (бронза, латунь, мельхіор).

Фізичні методи дослідження

Диференціальний термічний аналіз

Головні лінії на рентгенограмах:

Старовинні методи.Під паяльною трубкою плавиться. При температурі білого жару поступово окислюється, забарвлюючи полум'я в зелений колір.

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

Кристаллооптичні властивості у тонких препаратах (шліфах)

У полірованих шліфах у відбитому світлі рожева. Відбивна здатність (в %): для зелених променів – 61, для помаранчевих – 83, для червоних – 89. Ізотропна. Показники заломлення (за Кундтом) у призмах для червоного світла – 0,45, для білого – 0,65, для блакитного – 0,95; у відбивному світлі (по Друде) для Na-світла 0,641, для червоного - 0,580. Коефіцієнт поглинання для Na-світла – 4,09, для червоного світла – 5,24.

Мідь. Сомородок

а) Щільність та твердість.

Метали підгрупи міді, як і лужні метали, мають по одному вільному електрону на один іон атом металу. Здавалося б, ці метали не повинні особливо відрізнятися від лужних. Але вони, на відміну від лужних металів, мають досить високі температури плавлення. Велика різниця в температурах плавлення між металами цих підгруп пояснюється тим, що між іон-атомами металів підгрупи міді майже немає вільного простору, і вони розташовані ближче. Внаслідок цього кількість вільних електронів в одиниці об'єму, електронна густина, у них більша. Отже, і міцність хімічного зв'язку вони більші. Тому метали підгрупи міді плавляться і киплять за більш високих температур.

Метали підгрупи міді мають, порівняно з лужними металами, мають більшу твердість. Пояснюється це збільшенням електронної щільністю і більш щільним компонуванням атомів у кристалічній решітці. Слід зазначити, що твердість і міцність металів залежить від правильності розташування іон-атомів в кристалічній решітці. У металах, з якими ми практично стикаємося, є різні порушення правильного розташування іон-атомів, наприклад, порожнечі у вузлах кристалічної решітки. До того ж метал складається з дрібних кристаликів (кристалітів), між якими зв'язок ослаблений. В Академії Наук СРСР була отримана мідь без порушення в кристалічній решітці. Для цього дуже чисту мідь виганяли за високої температури в глибокому вакуумі на глибоку підкладку. Мідь виходила як невеликих ниточок – “усів”. Як виявилося, така мідь у сто разів міцніша, ніж звичайна.

б) Колір міді та її сполук.

Чиста мідь має й іншу цікаву особливість. Червоний колір обумовлений слідами розчиненого у ній кисню. Виявилося, що мідь, багаторазово вигнана у вакуумі (за відсутності кисню), має жовтуватий колір. Мідь у полірованому стані має сильний блиск.

При підвищенні валентності фарбування міді та її сполук темніє, наприклад, CuCl– білий, Cu 2 O- червоний, CuCl + H 2 O– блакитний, CuПро- Чорний. Карбонати характеризуються синім і зеленим кольором за умови утримання води, чим обумовлена ​​цікава практична ознака для пошуків.

в) Електропровідність.

Мідь має максимальну (після срібла) електропровідність, чим і обумовлено її широке застосування в електроніці.

г) Кристалічні грати.

Мідь кристалізується на кшталт централізованого куба (рис 1).

Малюнок 1. Кристалічні грати міді.

д) Ізотопи.

Природна мідь складається з двох стабільних ізотопів - 63 Cu та 65 Cu з поширеністю 69,1 та 30,9 атомних відсотків відповідно. Відомі більше двох десятків нестабільних ізотопів, довготривалий з яких 67 Cu з періодом піврозпаду 62 години.

§4. Сплави міді.

Мідні сплави – перші металеві сплави, створені людиною. Приблизно до середини XX ст. по світовому виробництву мідні метали займали 1-е місце серед металів кольорових металів, поступившись його потім алюмінієвим металам. З багатьма елементами мідь утворює широкі областітвердих розчинів заміщення, в яких атоми добавки займають місця атомів міді у гранецентрованій кубічній решітці. Мідь у твердому стані розчиняє до 39% Zn, 15,8% Sn, 9,4% Al, a Ni – необмежено. При утворенні твердого розчину на основі міді зростають її міцність та електроопір, знижується температурний коефіцієнт електроопіру, може значно підвищитись корозійна стійкість, а пластичність зберігається на досить високому рівні.

В даний час існують незліченні сплави на основі міді, тут я наведу три найголовніші та поширені в техніці та побуті сплави:

а) Латунь

Латунь – це мідний метал з додаванням цинку. Цинк, вміст якого у складі може сягати 40%, підвищує міцність і пластичність металу. Найбільш пластична латунь, з часткою цинку близько 30%. Вона застосовується для дроту та тонких листів. До складу можуть входити залізо, олово, свинець, нікель, марганець та інші компоненти. Вони підвищують корозійну стійкість та механічні властивості сплаву. Латунь добре піддається обробці: зварюванню та прокатці, відмінно полірується. Широкий діапазон властивостей, низька собівартість, легкість в обробці та красивий жовтий колір роблять латунь найпоширенішим мідним сплавом із великою сферою застосування.

б) Бронза

Бронзи - сплав міді, зазвичай з оловом як основний легуючий компонент, але до бронз також відносять мідні сплави з алюмінієм, кремнієм, бериллієм, свинцем та іншими елементами, за винятком цинку (це латунь) і нікелю. Як правило, у будь-якій бронзі в незначних кількостях присутні добавки: цинк, свинець, фосфор та ін.

Традиційну олов'яну бронзу людина навчилася виплавляти ще на початку Бронзової доби і дуже тривалий час вона широко використовувалася; навіть із приходом століття заліза бронза не втрачала своєї важливості (зокрема аж до XIX століття гармати виготовлялися з гарматної бронзи)

Найбільш широко застосовні бронзи це: кремнієві бронзи, берилієві бронзи, кремнієві бронзи, хромові бронзи, але, безумовно, найвідомішою та найбільш застосовною є олов'яна бронза.

в) Мідно-нікелеві сплави

Сплави на основі міді, що містять нікель як головний легуючий елемент - Мельхіор, Нейзильбер (сплав міді з 5-35% Ni і 13-45% Zn). Нікель утворює з міддю безперервний ряд твердих розчинів. При додаванні нікелю до міді зростають її міцність та електроопір, знижується температурний коефіцієнт електроопору, сильно підвищується стійкість проти корозії. Мідно-нікелеві сплави добре обробляються тиском у гарячому та холодному стані.

Мідь – це метал, який відноситься до групи кольорових, оскільки має яскравий червонувато-рожевий колір, при різному ступені обробки може мати коричневий, зелений, золотистий відтінок. Цей метал має високі електролітичні властивості, теплопровідність, міцність і пружність. Мідь легко піддається обробці, входить до складу багатьох сплавів, завдяки чому підвищує свої хімічні та Фізичні властивості. Найбільш відомими сплавами є бронза - в основну масу міді додають 7 - 10% олова, мідно-нікелевий сплав - констант (загалом до 40% нікелю) і манганін (в сплав входить нікель і марганець). Наявність великої кількості відмінних характеристик та доступність металу зумовлюють широке застосування міді у різних галузях промисловості, сільському господарстві, будівництво, медицина.

Як застосовують мідь у промисловості

Мідь у промисловості переплавляють

При виробництві різних виробів використовую мідь у чистому вигляді та у вигляді сплавів із різними металами. У чистому вигляді метал використовують для виготовлення мережевих кабелівта проводів електропередач. Мідь відрізняється здатністю швидко і без втрат проводити електрострум. За цим показником вона поступається лише сріблу, але оскільки воно відноситься до дорогоцінних металів і має високу вартість, то в електропроводках віддають перевагу застосуванню міді. Для виробництва серцевини кабелів – мідної жили застосовують лише чистий метал, наявність будь-яких домішок значно знижує провідниковий ефект. Щоб отримати чисту мідь, її заготівлі піддають процесу електрорафінування. Він є зануренням металу у ванну, наповнену розчином сульфату міді, туди ж занурюють електрод, підключений до електрики. Іони металу переміщуються до електрода, а частинки домішок збираються поблизу анода, таким чином їх можна видалити, а на виході виходить матеріал із вмістом 99,999% чистої міді.

Мідно-нікелеві сплави характеризуються високою електроопірністю і застосовуються в приладобудуванні. Ці метали стійкі до корозії, не руйнуються навіть у морській воді. Сплав, в якому 40% цинку називається латунь, він має підвищену міцність, а його дешевизна обумовлює широке застосування:

• у машинобудуванні;
• у виробництві побутових товарів;
• у хімічній промисловості.

З латуні виробляють:

• труби;
• радіатори;
• гільзи;
• автомобільну фурнітуру та інше.

Мідне напилення використовують при хромуванні сталі. Вироби зі сталі часто в декоративних цілях покривають хромом або нікелем, але це покриття недовговічне і в процесі експлуатації може відпадати, щоб уникнути цього між сталлю і хромованим шаром наносять мідне напилення, воно забезпечує краще зчеплення.

Застосування міді у промисловості можна спостерігати і при здійсненні пайки, вона значно полегшує цей процес, а деталь виходить однорідною та міцною. Цей метал є досить пластичним, його можна застосовувати для виготовлення водопровідних труб різної конфігурації, в Росії використання таких труб поширене, але в Європі такі вироби можна знайти досить часто.

Вироби з міді у повсякденному житті

Це метал застосовується не тільки для виробництва промислових товарів, вироби з міді можна зустріти і у повсякденному житті:

Всі ці предмети можна знайти мало не в кожному будинку.

Важливу роль сільському господарстві виконує грунтові добрива, які містять мідний купорос- Він стимулює активне зростання різних культур, захищає їх від шкідників, розчином купоросу обробляють дерева, чагарники, насіння.

Предмети інтер'єру з міді

При будівництві будинків мідні листи використовують у покрівельних роботах. Відомо що даний металстійкий до різних атмосферних явищ, під впливом утворюється захисний шар – патина, який має зелений відтінок. Патина запобігає корозії металу, і дах з таким покриттям може служити довгий час.

Мідні монети

До сфери застосування міді можна віднести і гальванопластику, вона відома ще з 1873 року. Гальванопластика є особливим видом мистецтва, який базується на електролітичному осадженні металу у водному розчині солей. Цей метод давно вийшов за межі мистецтва та застосовується в космічної галузі, авіації, машинобудування. Суть його полягає в тому, що створений макет виробу, наприклад, з гіпсу або пластиліну, металізують, після видалення макету залишається лише металева форма. Процес металізованості відбувається шляхом нанесення на макет тонкого шару металу, частіше використовують графіт, поміщають заготовку в розчин, що містить солі міді. Макет грає роль катода і притягує частки металу, які у подальшому і утворюють форму готового виробу.

Використання міді у медицині

Традиційна медицина вважає мідь дуже важливим елементом життєдіяльності людини. В організмі ця речовина міститься у кількості 2*10 -4 % від загальної маси. Щодня людина з їжею споживає до 60 мг міді, з яких засвоюється приблизно 2 мг, що є необхідною нормою здорового організму. Мідь відіграє важливу роль у біосинтезі гемоглобіну, у підтримці рівня цукру, холестерину та сечової кислоти. Для нормальної роботи серцево-судинної системи, головного мозку, травного тракту потрібна мідь. У разі її нестачі розвивається:

• для лікування гострої недостатності використовують лікарські засоби, які містять цей мікроелемент;
• у терапії – використання металевих аплікацій чи браслетів.

Найбільша кількість мікроелементу міститься в таких продуктах, як:

• печериці;
• картопля;
• печінка тріски;
• цільне зерно;
• устриці та каракатиці.

Водночас надлишок міді в організмі, коли її кількість перевищує 250 мг, веде до інтоксикації та порушення роботи печінки, розвитку хвороби Вільсона, анемії.

Відео: Як роблять мідний кабель

• Позначення – Cu (Copper);
• Період – IV;
• Група – 11 (Ib);
• Атомна маса – 63,546;
• Атомний номер – 29;
• Радіус атома = 128 пм;
• Ковалентний радіус = 117 пм;
• Розподіл електронів - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1;
• t плавлення = 1083,4 ° C;
• t кипіння = 2567 ° C;
• Електронегативність (по Полінгу/по Алпреду та Рохову) = 1,90/1,75;
• Ступінь окиснення: +3, +2, +1, 0;
• Щільність (н. у.) = 8,92 г/см3;
• Молярний об'єм = 7,1 см3/моль.

Мідь (купрум, свою назву отримала на честь острова Кіпр, де було відкрите велике мідне родовище) є одним з перших металів, який освоїв людина - Мідний вік (епоха, коли в побуті людини переважали мідні знаряддя) охоплює період IV-III тисячоліття до н. . е.

Сплав міді з оловом (бронза) було отримано Близькому Сході за 3000 років до зв. е. Бронза була кращою за мідь, оскільки була більш міцна і краще піддавалася куванню.

Рис. Будова атома міді.

Електронна конфігурація атома міді - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 (див. Електронна структура атомів). У міді один спарений електрон із зовнішнього s-рівня "перескакує" на d-підрівень передньої орбіталі, що пов'язано з високою стійкістю повністю заповненого d-рівня. Завершений стійкий d-підрівень міді зумовлює відносну хімічну інертність (мідь не реагує з воднем, азотом, вуглецем, кремнієм). Мідь у сполуках може виявляти ступеня окиснення +3, +2, +1 (найстійкіші +1 і +2).

Рис. Електронна конфігурація міді.

Фізичні властивості міді:

• метал, червоно-рожевого кольору;
• має високу ковкість і пластичність;
• гарною електропровідністю;
• малим електричним опором.

Хімічні властивості міді

• при нагріванні реагує з киснем:
  O 2 + 2Cu = 2CuO;
• при тривалому перебуванні на повітрі реагує з киснем навіть за кімнатної температури:
  O 2 + 2Cu + CO 2 + H 2 O = Cu(OH) 2 · CuCO 3;
• вступає в реакції з азотною та концентрованою сірчаною кислотою:
  Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;
• з водою, розчинами лугів, соляною та розведеною сірчаною кислотою мідь не реагує.

З'єднання міді

Оксид міді CuO (II):

• тверда речовина червоно-коричневого кольору, не розчинна у воді, виявляє основні властивості;
• при нагріванні у присутності відновників дає вільну мідь:
  CuO + H 2 = Cu + H 2 O;
• оксид міді отримують взаємодією міді з киснем або розкладанням міді гідроксиду (II):
  O 2 + 2Cu = 2CuO; Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O.

Гідроксид міді Cu(OH 2)(II):

• кристалічна або аморфна речовина блакитного кольору, нерозчинна у воді;
• розкладається на воду та оксид міді при нагріванні;
• реагує з кислотами, утворюючи відповідні солі:
  Cu(OH 2) + H 2 SO 4 = CuSO 4 + 2H 2 O;
• реагує з розчинами лугів, утворюючи купрати - комплексні з'єднання яскраво-синього кольору:
  Cu(OH 2) + 2KOH = K 2 .

Докладніше про сполуки міді див. Оксиди міді.

Отримання та застосування міді

• пірометалургійним методом мідь отримують з сульфідних руд при високих температурах:
  CuFeS 2 + O 2 + SiO 2 → Cu + FeSiO 3 + SO 2;
• оксид міді відновлюється до металевої міді воднем, чадним газом, активними металами:
  Cu 2 O + H 2 = 2Cu + H 2 O;
  Cu 2 O + CO = 2Cu + CO 2;
  Cu 2 O + Mg = 2Cu + MgO.

Застосування міді обумовлюється її високою електро- та теплопровідністю, а також пластичністю:

• виготовлення електричних проводів та кабелів;
• у теплообмінній апаратурі;
• у металургії для отримання сплавів: бронзи, латуні, мельхіору;
• у радіоелектроніці.