Физические и химические свойства меди

МедьМедь – это пластичный золотисто-розовый металл с характерным металлическим блеском. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Сu (Cuprum) и находится под порядковым номером 29 в I группе (побочной подгруппе), в 4 периоде.


Латинское название Cuprum произошло от имени острова Кипр. Известны факты, что на Кипре ещё в III веке до нашей эры находились медные рудники и местные умельцы выплавляли медь. Купить медь можно в комании «КУПРУМ».

По данным историков, знакомству общества с медью около девяти тысячелетий. Самые древние медные изделия найдены во время археологических раскопок на местности современной Турции. Археологи обнаружили маленькие медные бусинки и пластинки для украшения одежды. Находки датируются рубежом VIII-VII тыс. до нашей эры. Из меди в древности изготавливали украшения, дорогую посуду и различные инструменты с тонким лезвием.

Великим достижением древних металлургов можно назвать получение сплава с медной основой – бронзы.

СТРУКТУРА


Кристаллическая структура меди

Кристаллическая структура меди

Кубическая сингония, гексаоктаэдрический вид симметрии m3m, кристаллическая структура — кубическая гранецентрированная решётка. Модель представляет собой куб из восьми атомов в углах и шести атомов , расположенных в центре граней (6 граней). Каждый атом данной кристаллической решетки имеет координационное число 12. Самородная медь встречается в виде пластинок, губчатых и сплошных масс, нитевидных и проволочных агрегатов, а также кристаллов, сложных двойников, скелетных кристаллов и дендритов. Поверхность часто покрыта плёнками «медной зелени» (малахит), «медной сини» (азурит), фосфатов меди и других продуктов её вторичного изменения.

Физические свойства

Физические свойства

Медь в чистом виде представляет собой металл, цвет которого может варьироваться от розового до красного оттенка.

Радиус ионов меди, имеющих положительный заряд, может принимать следующие значения:

  • если координационный показатель соответствует 6-ти — до 0,091 нм;
  • если данный показатель соответствует 2 — до 0,06 нм.

Радиус атома меди составляет 0,128 нм, также он характеризуется сродством к электрону, равном 1,8 эВ. При ионизации атома данная величина может принимать значение от 7,726 до 82,7 эВ.

Медь — это переходный металл, показатель электроотрицательности которого составляет 1,9 единиц по шкале Полинга. Кроме этого, его степень окисления может принимать различные значения. При температурах, находящихся в интервале 20–100 градусов, его теплопроводность составляет 394 Вт/м*К. Электропроводность меди, которую превосходит лишь серебро, находится в интервале 55,5–58 МСм/м.

Так как медь в потенциальном ряду стоит правее водорода, она не может вытеснять этот элемент из воды и различных кислот. Ее кристаллическая решетка имеет кубический гранецентрированный тип, величина ее составляет 0,36150 нм. Плавится медь при температуре 1083 градусов, а температура ее кипения — 26570. Физические свойства меди определяет и ее плотность, которая составляет 8,92 г/см3.

Из ее механических свойств и физических показателей стоит также отметить следующие:

  • термическое линейное расширение — 0,00000017 единиц;
  • предел прочности, которому медные изделия соответствуют при растяжении, составляет 22 кгс/мм2;
  • твердость меди по шкале Бринелля соответствует значению 35 кгс/мм2;
  • удельный вес 8,94 г/см3;
  • модуль упругости составляет 132000 Мн/м2;
  • значение относительного удлинения равно 60%.

Совершенно уникальными можно считать магнитные свойства данного металла, который является полностью диамагнитным. Именно эти свойства, наряду с физическими параметрами: удельным весом, удельной проводимостью и другими, в полной мере объясняют широкую востребованность данного металла при производстве изделий электротехнического назначения.

Похожими свойствами обладает алюминий, который также успешно используется при производстве различной электротехнической продукции: проводов, кабелей и др.

Основную часть характеристик, которыми обладает медь, практически невозможно изменить, за исключением предела прочности. Данное свойство можно улучшить практически в два раза (до 420–450 МН/м2), если осуществить такую технологическую операцию, как наклеп.

Области применения меди

Области применения меди

Применение меди, как и наиболее схожего с ней по своим свойствам алюминия, хорошо известно — это производство кабельной продукции. Медные провода и кабели, характеризуются невысоким электрическим сопротивлением и особыми магнитными свойствами.

Для производства кабельной продукции применяются виды меди, характеризующиеся высокой чистотой. Если в ее состав добавить даже незначительное количество посторонних металлических примесей, к примеру, всего 0,02% алюминия, то электрическая проводимость исходного металла уменьшится на 8–10%.

Невысокий вес меди и ее высокая прочность, а также способность поддаваться различным видам механической обработки — это те свойства, которые позволяют производить из нее трубы, успешно использующиеся для транспортировки газа, горячей и холодной воды, пара.

Совершенно не случайно именно подобные трубы применяются в составе инженерных коммуникаций жилых и административных зданий в большинстве европейских стран. Медь, кроме исключительно высокой электропроводности, отличается способностью хорошо проводить тепло.

Благодаря этому свойству она успешно используется в составе следующих систем:

  • тепловые трубки;
  • кулеры, использующиеся для охлаждения элементов персональных компьютеров;
  • системы отопления и охлаждения воздуха;
  • системы, обеспечивающие перераспределение тепла в различных устройствах (теплообменники).

Металлические конструкции, в которых использованы медные элементы, отличаются не только небольшим весом, но и исключительной декоративностью. Именно это послужило причиной их активного использования в архитектуре, а также для создания различных интерьерных элементов.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ


Медь

Небольшой самородок меди

Обычно самородная медь образуется в зоне окисления некоторых медносульфидных месторождений в ассоциации с кальцитом, самородным серебром, купритом, малахитом, азуритом, брошантитом и другими минералами. Массы отдельных скоплений самородной меди достигают 400 тонн. Крупные промышленные месторождения самородной меди вместе с другими медьсодержащими минералами формируются при воздействии на вулканические породы (диабазы, мелафиры) гидротермальных растворов, вулканических паров и газов, обогащенных летучими соединениями меди (например, месторождение озера Верхнее, США).
Самородная медь встречается также в осадочных породах, преимущественно в медистых песчаниках и сланцах.
Наиболее известные месторождения самородной меди — Туринские рудники (Урал), Джезказганское (Казахстан), в США (на полуострове Кивино, в штатах Аризона и Юта).

Медь, как цветной лом

Металл скупается на вторичном рынке по высоким ценам. Спрос на медь постоянно растет. Основными источниками медного лома становятся:

  • бытовая электропроводка;
  • элементы бытовой техники;
  • детали автомобилей;
  • радиаторы отопления;
  • старые трубы и прочее.

Однако не всегда владельцам удается отличить обычную медь от ее сплавов. Стоимость побочной продукции ниже. Чтобы узнать, как отличить медь, читайте подробную статью на нашем сайте по ссылке.

Свойства солей меди

Одно- и двухвалентная медь может формировать комплексные соединения, которые выделяются высоким уровнем устойчивости. К подобным соединениям можно отнести двойные соли меди и аммиачные смеси. Они активно используются в различных отраслях промышленности.
Сульфат меди (II) — CuSO4 в безводном состоянии является белым порошком. При добавлении воды он приобретает синюю окраску. Поэтому его используют для выявления остатков воды в органических жидкостях. Водный раствор сульфата меди отличается сине-голубым оттенком. За этот цвет отвечают гидратированные ионы 2+, следовательно, такого же цвета и все остальные разбавленные растворы солей меди (II). Исключением являются растворы с содержанием окрашенных анионов.
Из водного раствора сульфат меди кристаллизуется с пятью молекулами воды, путем формирования прозрачных синих кристаллов медного купороса. Полученное соединение используется:

  • в процессе электролитического нанесения меди на металлы
  • для создания минеральных красок
  • как исходный материал для получения прочих соединений меди.

Характеристика медиВ сельскохозяйственной отрасли разбавленный раствор медного купороса очень популярен для опрыскивания растений и замачивания семян перед посевом, потому что он уничтожает споры вредных грибов.
Хлорид меди (II) — CuCl2. 2H2O. Это легко растворимое в воде соединение темно-зеленого цвета. Высокая концентрация хлорида меди позволяет получить растворы зеленого цвета, а разбавление приводит к окраске в сине-голубой оттенок.
Нитрат меди (II) — Cu(NO3)2.3H2O. Его получают путем растворения меди в азотной кислоте. В процессе нагревания синие кристаллы нитрата меди сначала отдают воду, после чего с легкостью разлагаются, выделяя кислород и бурый диоксид азота, становясь оксидом меди (II).
Гидроксокарбонат меди (II) — (CuOH)2CO3. Данное вещество можно встретить в природе в виде минерала малахита, который отличается красивым изумрудно-зеленым цветом. В лабораторных условиях его можно создать при помощи действия Na2CO3 на растворы солей меди (II).
2CuSO4 + 2Na2CO3 + H2O = (CuOH)2CO3↓ + 2Na2SO4 + CO2↑
Кроме этого, его используют, чтобы получить хлорид меди (II), а также приготовить синие и зеленые минеральные краски.
Свойства солей медиАцетат меди (II) — Cu (CH3COO)2.H2O. Это соединение можно получить, если провести обработку металлической меди или оксида меди (II) раствором уксусной кислоты. Чаще всего – это смесь основных солей разного состава и цвета (от зеленого до сине-зеленого).
Помните, что все без исключения соли меди являются ядовитыми. По этой причине, во избежание формирования медных солей, вся медная посуда должна быть изнутри покрыта слоем олова.

Виды медных сплавов

В качестве компонента медь активно применяется во многих металлических и неметаллических составах. Однако в качестве основного элемента данный металл применяется для создания следующих сплавов:

  • Латунь. Легирующим компонентом выступает цинк или олово. Также в составе присутствуют марганец, никель, железо, свинец и прочие вещества. Обычно в латунных сплавах присутствует порядка 60-70% меди. Остальные 30-40% приходятся на легирующий металл и дополнительные элементы.
  • Бронза. Разделяется на оловянную или безоловянную. Количество меди в сплаве обычно составляет примерно 80%, остальные 20% приходятся на легирующий элемент с разбросом дополнительных веществ в пределах 3%.
  • Мельхиор. Сплав меди (до 60%) и никеля (около 40%). Существуют отдельные медно-никелевые сплавы, в которых Ni достигает 67% от общего объема сплава.

Существуют также двойные латуни и многокомпонентные составы, в которых присутствуют большое количество меди (например, томпак – до 97% меди). Однако такие металлы имеют ограниченные сферы применения.

Методы определения меди

Определение меди может проводиться такими методами:

  • химическими
  • количественными
  • фотометрическими.

Различные химические составы способны оказывать влияние на расщепление молекул и атомов вещества, следовательно, можно выделить его составные части. Химический метод определения количества заключается в электролитическом методе измерения медной части в сплавах других металлов. Его осуществляют при помощи таких элементов:

  • ацетилен
  • винная кислота
  • водный аммиак
  • азотнокислый аммоний
  • динатриевая соль
  • этиловый спирт
  • купризон.

Прежде всего, происходит взвешивание медного состава (навески). После этого ее отправляют в подготовленный раствор реактивов. В этом растворе навеска должна полностью раствориться. Далее весь раствор нужно нагреть, так как в процессе нагревания удаляются окиси азота. Очищенный раствор необходимо разбавить водой и снова нагреть до 40 оС. Теперь массу можно подвергать процессу электролиза. Электроды, погружаемые в раствор создают из платины. Далее включается ток силой 2,2 В и в условиях постоянного помешивания происходит выделение меди.
Контрольным испытанием является повторный процесс электролиза. Необходимо электроды погрузить в раствор, ниже уровня выделенной меди и подключить ток. При правильном проведении первой реакции, во время контрольной процедуры вы не увидите налета металла. Полученный таким образом медный катод нужно промыть водой, не отключая электроток, а потом обработать этиловым спиртом и высушить. После этого катод необходимо взвесить, и сопоставить массу с первоначальным весом. Итак, вы получите удельный вес меди в соединении.
Разработано большое количество видов химических растворов для очистки медных изделий.
Количественное определение массы меди в общем объеме металла целесообразно использовать для сплавов с никелем, бронзой или цинком. При воздействии на вещество происходит осаждение меди и в таком виде ее можно измерить. Осаждение может быть осуществлено неорганическими и органическими элементами. Из неорганических веществ можно выделить:

  • тетрароданодиаминхромиат аммония, называемый солью Рейнеке
  • тиокарбонат калия способен осадить медь при температуре выше 80 оС
  • уксусной кислотой можно осадить медный оксалат.

Из органических веществ применяются:

  • оксихинолин-8, который способен осадить медь в комплексе с аммиачным и щелочным раствором. Нагревание осадка приводит к образованию оксида меди
  • α-бензоиноксим при участии спирта может осадить металл в форме хлопьев. Реакция невозможна, если в составе есть никель
  • йодид калия применяют в нейтральной и кислой среде. Нет смысла использовать его, когда в сплаве имеется железо, сурьма и мышьяк.

Достоинства фотометрического метода заключаются в высоком показателе точности измерения количества меди, а также простота применения. Для реализации этого метода потребуются такие соединения:

  • купризон
  • диэтилдитиокарбамат свинца.

Смысл фотометрического метода определения меди состоит в фиксации интенсивности цвета материала, прошедшего через концентрированный раствор. Раствор состоит из:

  • аммиака
  • лимоннокислого раствора аммония
  • диэтилдитиокарбамата свинца
  • сернокислого натрия.

Методы определения медиВещество, в котором нужно выявить количество меди пропускают через указанные выше растворы. Отметим, что здесь важно соблюдать пропорции. Далее происходит процесс фотометрии.
Определение меди возможно также и в сточных, канализационных, речных, морских водах, и в составе почве. Существует три способа:

  • атомноабсорбционный прямой
  • атомноабсорбционный при участии хелатообразования
  • атомноабсорбционный, подразумевающий использование графитовой печи.

Чтобы определить количество меди в почве самым надежным методом является метод с использованием графитной печи.
Для этого пробу почвы нужно поместить в графитовую трубу, обезводить при помощи сжигания и распылить. Процедура распыления сопряжена с разделением вещества на атомы, с последующей фильтрацией и выделением из них нужного металла. Чтобы оценить пробу грунта можно воспользоваться любым фотометрическим методом определения меди.

Где чаще всего применяются изделия из меди?

Главная сфера применения алюминия и меди известна, пожалуй, всем. Из них делают разнообразные кабели, в том числе и силовые. Способствует этому малое сопротивление алюминия и купрума, их особые магнитные возможности. В обмотках электрических приводов и в трансформаторах (силовых) широко используются медные провода, которые характеризуются уникальной чистотой меди, являющейся исходным сырьем для их выпуска. Если в такое чистейшее сырье добавить всего лишь 0,02 процента алюминия, электропроводимость изделия уменьшится процентов 8–10.

Сu, имеющий высокую плотность и прочность, а также малый вес, прекрасно поддается механической обработке. Это позволяет производить отличные медные трубы, которые демонстрируют свои высокие эксплуатационные характеристики в системах подачи газа, отопления, воды. Во многих европейских государствах именно медные трубы используются в подавляющем большинстве случаев для обустройства внутренних инженерных сетей жилых и административных строений.

Где чаще всего применяются изделия из меди? фото

Мы много сказали об электропроводимости алюминия и меди. Не забудем и об отличной теплопроводности последней. Данная характеристика дает возможность использовать медь в следующих конструкциях:

  • в тепловых трубках;
  • в кулерах персональных компьютеров;
  • в отопительных системах и системах охлаждения воздуха;
  • в теплообменниках и многих других устройствах, отводящих тепло.

Плотность и небольшой вес медных материалов и сплавов обусловили и их широкое применение в архитектуре.


Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий