С какими свойствами связано применение меди
Медь – 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.
Основные свойства меди
1. Физические свойства.
На воздухе медь приобретает яркий желтовато-красный оттенок за счёт образования оксидной плёнки. Тонкие же пластинки при просвечивании зеленовато-голубого цвета. В чистом виде медь достаточно мягкая, тягучая и легко прокатывается и вытягивается. Примеси способны повысить её твёрдость.
Высокую электропроводность меди можно назвать главным свойством, определяющим её преимущественное использование. Также медь обладает очень высокой теплопроводностью. Такие примеси как железо, фосфор, олово, сурьма и мышьяк влияют на базовые свойства и уменьшают электропроводность и теплопроводность. По данным показателям медь уступает лишь серебру.
Медь обладает высокими значениями плотности, температуры плавления и температуры кипения. Важным свойством также является хорошая стойкость по отношению к коррозии. К примеру, при высокой влажности железо окисляется значительно быстрее.
Медь хорошо поддаётся обработке: прокатывается в медный лист и медный пруток, протягивается в медную проволоку с толщиной, доведённой до тысячных долей миллиметра. Этот металл является диамагнетиком, то есть намагничивается против направления внешнего магнитного поля.
2. Химические свойства.
Медь является сравнительно малоактивным металлом. В нормальных условиях на сухом воздухе её окисления не происходит. Она легко реагирует с галогенами, селеном и серой. Кислоты без окислительных свойств не оказывают воздействия на медь. С водородом, углеродом и азотом химических реакций нет. На влажном воздухе происходит окисление с образованием карбоната меди (II) – верхнего слоя платины.
Медь обладает амфотерностью, то есть в земной коре образует катионы и анионы. В зависимости от условий, соединения меди проявляют кислотные или основные свойства.
Способы получения меди
В природе медь существует в соединениях и в виде самородков. Соединения представлены оксидами, гидрокарбонатами, сернистыми и углекислыми комплексами, а также сульфидными рудами. Самые распространённые руды – это медный колчедан и медный блеск. Содержание меди в них составляет 1-2%. 90% первичной меди добывают пирометаллургическим способом и 10% гидрометаллургическим.
1. Пирометаллургический способ включает в себя такие процессы: обогащение и обжиг, плавка на штейн, продувка в конвертере, электролитическое рафинирование.
Обогащают медные руды методом флотации и окислительного обжига. Сущность метода флотации заключается в следующем: частицы меди, взвешенные в водной среде, прилипают к поверхности пузырьков воздуха и поднимаются на поверхность. Метод позволяет получить медный порошкообразный концентрат, который содержит 10-35% меди.
Окислительному обжигу подлежат медные руды и концентраты со значительным содержанием серы. При нагреве в присутствии кислорода происходит окисление сульфидов, и количество серы снижается почти в два раза. Обжигу подвергаются бедные концентраты, в которых содержится 8-25% меди. Богатые концентраты, содержащие 25-35% меди, плавят, не прибегая к обжигу.
Следующий этап пирометаллургического способа получения меди – это плавка на штейн. Если в качестве сырья используется кусковая медная руда с большим количеством серы, то плавку проводят в шахтных печах. А для порошкообразного флотационного концентрата применяют отражательные печи. Плавка происходит при температуре 1450 °С.
В горизонтальных конвертерах с боковым дутьём медный штейн продувается сжатым воздухом для того, чтобы произошли процессы окисления сульфидов и феррума. Далее образовавшиеся окислы переводят в шлак, а серу в оксид. В конвертере образуется черновая медь, которая содержит 98,4-99,4% меди, железо, серу, а также незначительное количество никеля, олова, серебра и золота.
Черновая медь подлежит огневому, а далее электролитическому рафинированию. Примеси удаляют с газами и переводят в шлак. В результате огневого рафинирования образуется медь с чистотой до 99,5%. А после электролитического рафинирования чистота составляет 99,95%.
2. Гидрометаллургический способ заключается в выщелачивании меди слабым раствором серной кислоты, а затем выделении металлической меди непосредственно из раствора. Такой способ применяется для переработки бедных руд и не допускает попутного извлечения драгоценных металлов вместе с медью.
Применение меди
Благодаря ценным качествам медь и медные сплавы используются в электротехнической и электромашиностроительной отрасли, в радиоэлектронике и приборостроении. Существуют сплавы меди с такими металлами, как цинк, олово, алюминий, никель, титан, серебро, золото. Реже применяются сплавы с неметаллами: фосфором, серой, кислородом. Выделяют две группы медных сплавов: латуни (сплавы с цинком) и бронзы (сплавы с другими элементами).
Медь обладает высокой экологичностью, что допускает её использование в строительстве жилых домов. К примеру, медная кровля за счёт антикоррозионных свойств, может прослужить больше ста лет без специального ухода и покраски.
Медь в сплавах с золотом используется в ювелирном деле. Такой сплав увеличивает прочность изделия, повышает стойкость к деформированию и истиранию.
Для соединений меди характерна высокая биологическая активность. В растениях медь принимает участие в синтезе хлорофилла. Поэтому её можно увидеть в составе минеральных удобрений. Недостаток меди в организме человека может вызвать ухудшение состава крови. Она есть в составе многих продуктов питания. К примеру, этот металл содержится в молоке. Однако важно помнить, что избыток соединений меди может вызвать отравление. Именно поэтому нельзя готовить пищу в медной посуде. Во время кипячения в пищу может попасть большое количество меди. Если же посуда внутри покрыта слоем олова, то опасности отравления нет.
В медицине медь используют, как антисептическое и вяжущее средство. Она является компонентом глазных капель от конъюнктивита и растворов от ожогов.
Источник
При производстве различных изделий используют медь в чистом виде и в виде сплавов с различными металлами. Широчайшее применение находит в разных областях производства медный лист и лента, которые используются как в электротехнике, так и в строительстве конструкций и оформлении интерьера.
Медь как электропроводник
Чистую медь используют и применяют для производства проводов, кабелей, сетевых проводников, электропередач. Сердцевина кабелей – это медная жила в производстве которой используют только очень чистый металл, любые примеси снижают эффект электропроводимости меди. Низкое удельное сопротивление позволяет использовать медь в электротехнике для изготовления силовых кабелей и других проводников, а также силовых шин проводящих высокие токи, провода из высокочистой меди используют в обмотках электроприводов и силовых трансформаторов.
Медь в быту
В настоящее время при монтаже электропроводки в жилых помещениях допускаются провода только с медной жилой, которые производятся из медной проволоки высокой частоты, которая, в свою очередь, производится из медной катанки класса А. Таким образом, медная проволока применяется в наших квартирах для работы всех электроприборов и освещения. Применение в проводах меди вместо алюминия обусловлено не только лучшей электропроводностью меди, но, в основном, лучшей пожаробезопасностью. Медь меньше алюминия подвержена коррозии и меньше реагирует с водой, что позволяет использовать медные трубки и трубы для передачи жидкостей и газов в различных системах домашнего отопления и кондиционирования.
Применение меди в разрезе теплопроводности
Высокая электропроводность меди является лишь одним из главных свойств, которые определяют широчайшие использования в быту и промышленности. Вторым основополагающим свойством меди является ее крайне высокая теплопроводность, которая при наличии примесей олова, мышьяка, фосфора, железа их других элементов резко падает вместе с ростом электрического сопротивления. Высокая теплопроводность, хороший теплообмен позволяют применять медь в теплообменниках, теплоотводах и приборах где они используются – холодильниках, кулерах, в кондиционерах. Лучшие компьютерные кулеры используют медные радиаторы, которые отводят тепло от процессоров и видеокарт.
Примеры применения меди – медицина, ювелирка, аксессуары
В настоящее время проводится широкий спектр исследований бактерицидных свойств меди. Издавна считалось, что медная посуда способствует уничтожению болезнетворных бактерий и является очень гигиеничным. Современные научные изыскания говорят о том, что использование меди в быту снижают перенос бактерий. Таким образом, возникают рекомендации использование меди в больничном быту и в поликлиниках как антисептика.
Окружающие нас золотые изделия из золота разных проб являются стволам меди и золота, их пропорции и называют пробой. Чистое золото без меди мы видим , практически, только в слитках , которые хранятся в банках.
Медь входит в число жизненно важных микроэлементов. Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует синтезу сахара, белков, крахмала, витаминов. Чаще всего медь вносят в почву в виде медного купороса – пятиводного сульфата меди. В значительных количествах он ядовит, как и многие другие соединения меди, особенно для низших организмов. В малых дозах медь совершенно необходима всему живому.
Также медь используют для никелирования и хромирования стали. Можно заметить, что когда с блестящих ручек и прочих элементов хоть капельку стирается серебристый блестящий слой, то под ним мы видим не сталь, а розоватый, тончайший слой медного напыления. Без этого слоя хромированные, никелированные детали становились бы облезлыми и некрасивыми очень быстро.
Медь в строительстве – токоотводы, кровля
При строительстве домов медь неизменно используется в качестве громоотводов, молниезащиты. Для молниезащиты используется медная жила толщиной 8 мм из чистейшей меди, то есть для этого необходимо медная проволока марки ММ, так как благодаря чистоте меди этой марки обеспечивается эффективный отвод тока. Также в строительстве используется листовая медь в качестве кровли. Медь, и так обладающая хорошими антикоррозионными свойствами, благодаря образованию патины на поверхности листов или ленты из раскисленной меди служат больше 2 веков, в течении жизни не менее пяти поколений владельцев дома.
Источник
Медь находится на втором месте по популярности среди всех цветных металлов. Основной источник получения меди – это медная руда, которую добывают в многочисленных месторождениях сланца и песчаника.
Чистый металл имеет красно-розовый цвет и характеризуется высокими показателями тепло- и электропроводности. К примеру, по уровню теплопроводности она лучше железа в 6 раз.
Область применения меди
Как в форме чистого металла, так и в сочетании со сплавами медь применяется в разных промышленных областях.
Ее свойства позволяют активно применять этот металл электротехники. Свыше 50% добытого металла используется для производства всевозможных электроприборов и электропередач.
Высокие показатели электро- и теплопроводности обуславливают широкое использование меди в строительной отрасли. Как известно, металл отличается устойчивостью к отрицательному действию коррозии и ультрафиолетовых лучей, также не деформируется в условиях резких колебаний температурного режима.
Самым популярным продуктом из меди являются провода. Для их изготовления применяется максимально чистый металл, потому что дополнительные примеси в значительной степени уменьшают показатель токопроводимости. К примеру, если в готовом продукте будет присутствовать свыше 0,02% алюминия, то способность продукта проводить ток падает на 10%.
Хорошая вязкость и пластичность обуславливают популярность меди для создания продукции с различными узорами. В результате обжига, проволока, созданная из красной меди, приобретает максимальный уровень пластичности и мягкости. Из нее можно формировать узоры и орнаменты любой сложности.
Такую проволоку применяют в:
- электротехнике
- электроэнергетике
- автомобилестроении
- судостроении
- производстве кабеля и проводов.
Высокий показатель теплопроводности меди позволяет использовать ее в различных теплообменниках и теплоотводных приборах. Именно из меди создают кулера для системных блоков, радиаторы отопления, трубы, кондиционеры и другие механизмы.
Несмотря на довольно высокую стоимость медных труб, их достоинства неоспоримы:
- не боятся ультрафиолетового излучения
- устойчивы к образованию коррозии
- не реагируют на температурные перепады. Поэтому монтаж можно проводить даже в условиях низких температур воздуха.
Вследствие высокого показателя механической прочности, а также возможности механической обработки специалисты создают бесшовные медные трубы, имеющие круглое сечение. Они предназначены для транспортировки жидких веществ или газов в системах газо- и водоснабжения, кондиционирования и отопления.
Пожалуй, самым первым материалом, из которого сделали кровельное покрытие, была медь. Такой вариант кровли характеризуется долгим периодом эксплуатации – около 200 лет. Через определенное время кровля из меди окисляется, вследствие чего формируется пленка патины. Она защищает
поверхность меди от неблагоприятного действия ультрафиолета, низкой температуры, влажности и других погодных явлений.
Сплавы меди и их применение
Медь и ее сплавы широко используются в процессе возведения линий электропередач и устройств разного типа связи. Сплавы применяют в электромашиностроительной отрасти, в создании разных приборов, при изготовлении холодильников, вакуум-аппаратов.
Примерно половина всей меди используется на нужды электропромышленности. На базе меди получено огромное количество сплавов с разными металлами, например, Zn, Sn, Al, Be, Ni, Mn, Pb, Ti, Ag, Au. Существуют сплавы и с неметаллами, например, с фосфором, серой, кислородом и другими.
Сфера использования таких сплавов довольно обширна. Большая часть их них отличается высокими антифрикционными качествами. Сплавы используют в литой и кованой форме, а также в порошковой форме. К примеру, широко используются сплавы:
- оловянные. Содержат от 4 до 33 % Sn
- свинцовые. В них содержится примерно 30 % Pb
- алюминиевые. Содержат от 5 до 11 % Al
- кремниевые. В таких сплавах присутствует 4-5 % Si
- сурьмяные бронзы, которые востребованы в производстве подшипников, теплообменников и прочих материалов в виде листа, прутков и труб для химической, бумажной и пищевой промышленности.
Разные сплавы меди с хромом, а также вольфрамовый порошковый сплав применяются для изготовления электродов и электроконтактов.
Сложно представить себе химическую промышленность и машиностроение без латуни — сплава меди с цинком (до 50 % Zn). Чаще всего в небольших количествах тут присутствуют и другие элементы, например, Al, Si, Ni, Mn. Сплавы меди с фосфором (6-8 %) применяют как припои.
Использование меди в медицине
Применение меди в медицинской отрасли можно встретить довольно часто. Согласно нормам традиционной медицины – медь это крайне важный элемент жизнедеятельности человека. В нашем организме медь присутствует в объеме 2*10-4 % от общего веса человека. Каждый день вместе с пищей мы употребляем примерно 60 мг меди, однако усваивается лишь 2 мг, но именно это количество и является суточной нормой для взрослого человека.
Медь крайне важна в процессе биосинтеза гемоглобина, а также в поддержании уровня сахара, холестерина и мочевой кислоты. Чтобы сердечно-сосудистая система, головной мозг, пищеварительный тракт работали как положено, необходима медь. При хроническом недостатке меди в организме человека развиваются следующие болезни:
- анемия
- остеопороз
- глаукома
- псориаз
- атрофируется сердечная мышца
- человек быстро устает, теряет вес
- в организме накапливается холестерин.
Самыми богатыми продуктами, содержащими медь, являются:
- шампиньоны
- картофель
- печень трески
- цельное зерно
- устрицы и каракатицы.
Применение и маркировка меди
Чтобы выяснить конкретный состав, по классификации ГОСТ 859-2001, имеется особая таблица с характеристиками и маркировками.
Наиболее востребованной является катодная медь или медные полуфабрикаты, другими словами катанка, прокат, слитки и предметы из медных сплавов. Особенности и сфера использования металла, по данным таблицы ГОСТ 859-2001, определяются согласно процентному содержанию разных примесей. Разные марки меди содержат от 10 до 50 разных примесей. Чаще всего наблюдается разделение на две группы:
- сплав, в котором содержится минимальное количество кислорода (до 0,011 %). Этот сплав имеет высокую чистоту. Обозначение по ГОСТ 859-2001 – М00, М01, медь М3. Применяются главным образом для создания токопроводников или сплавов высокой степени чистоты
- рафинированный металл, в котором содержится примесь фосфора для общего применения. Обозначения по ГОСТ 859-2001 – М1ф, М2р, М3р. Из такого металла создают трубы, горячекатаные и холоднокатаные листы, фольга.
Стоит отметить, что данные классификации по ГОСТ 859-2001 соответствуют иностранным данным классификации по DIN. В иностранной классификации обязательно должны быть обозначены химические элементы и примеси. К примеру, марка М00 – это CuOFE, M1 – CuOF.
Для криогенной промышленности применяется исключительно наиболее чистые металлы, бескислородные марки. Для всех остальных нужд самыми популярными являются такие виды горячего и холодного проката, которые используются в разнообразных отраслях строительства и производства:
- М0, М00 – применяется для создания электропроводников и изделий высокой частоты. Они делаются только под заказ и отличаются более высокой стоимостью
- М001б, М001бф – из них делают медную проволоку небольшого сечения, электрические шины, проводку
- медь М1 (М1р, М1ре, М1ф) – это отличные проводники тока, прокатные материалы и высококачественные бронзы, имеющие максимально низкое количество олова. Из такой меди создают прутья и электроды для электрической сварки чугуна и прочих плохо свариваемых металлов
- медь М2 (М2к, М2р). Она подходит для создания изделий для криогенной техники, литого проката для обработки давлением.
- медь М3 (М3р, М3к) применяется в процессе создания прессованных полуфабрикатов и плоского проката. Кроме этого, из нее делают проволоку для электромеханической сварки медных и чугунных предметов.
Соединения меди
Далее рассмотрим наиболее востребованные соединения меди и их применение. Начнем с фунгицидов. Свыше сотни лет они применяются для борьбы с ложномучнисторосяными и несовершенными грибами, которые являются причиной пятнистости вегетативных органов растений. Фунгициды на основе меди и сегодня являются основными в системе антирезистентной программы к системным фунгицидам.
Пестициды, изготовленные на основе меди, очень востребованы в целях защиты садов и виноградников от вредителей и болезней.
Очень популярен сульфат меди. Применение это вещества происходит повсеместно и в различных областях. Сульфат меди(II) является наиболее важной солью меди. Он является исходным материалом для синтеза многих веществ. Безводный сульфат меди используют в качестве индикатора влажности. В лабораторных условиях он отвечает за осушку этанола и ряда других соединений.
Однако, наибольший объем медного купороса CuSO4 расходуется для борьбы с вредителями в сельскохозяйственной отрасли.
Гидроксид меди применение
Гидроксид меди, также ка и сульфат является отличным фунгицидом. Он защищается растения от различных болезней, как грибковых, так и бактериальных.
Плюсы использования гидроксида меди:
- широкий перечень инфекций, на которые действует соединение
- можно использовать практически для всех видов растений
- питательные вещества меди обеспечивают долгий срок хранения овощей и фруктов
- низкое содержание меди вследствие насыщения препаратов ионами Cu++
- устойчив к осадкам
- не оказывает негативного действия на природу
- невысокая стоимость.
Оксид меди применение
Оксид меди – CuO очень востребован в процессе изготовления стекла и эмалей. Он придает готовым изделиям зелёный и синий оттенок. Также оксид меди незаменим в производстве медно-рубинового стекла.
В лабораторных условиях он используется для выявления восстановительных качеств различных соединений. Вещество способно восстановить оксид до металлической меди. При этом наблюдается переход чёрного цвета оксида меди в розовый оттенок меди.
Источник