Ковкість міді. Характеристика міді

Ковкістю називають сприйнятливість металів і сплавів до куванні і іншим видам обробки тиском. Це може бути волочіння, штампування, прокатка або пресування. Ковкість міді

характеризується не тільки опором деформації, але і пластичністю. Що ж таке пластичність? Це вміння металу змінювати свої контури під тиском без руйнування. Ковкими металами є латунь, сталь, дюралюміній і деякі інші мідні, магнієві, нікелеві, алюмінієві сплави. Саме у них високий рівень пластичності поєднується з низьким опором деформації.

Мідь

Цікаво, як виглядає характеристика міді? Відомо, що це елемент 11 групи 4 періоди системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва. Його атом має 29 номер і позначається символом Cu. Фактично це перехідний пластичний метал рожево-золотистого кольору. До речі, він має рожевий колір, якщо оксидна плівка відсутня. З давніх пір даний елемент використовується людьми.

Історія

Одним з перших металів, які люди почали активно використовувати у своєму господарстві, є мідь. Дійсно, вона занадто доступна для отримання з руди і має малу температуру плавлення. З давніх пір людському роду відома сімка металів, в яку також входить і мідь. У природі цей елемент зустрічається набагато частіше, ніж срібло, золото або залізо. Старовинні предмети з міді, шлак, є свідченням її виплавки з руд. Вони виявлені при розкопках селища Чатал-Гююк. Відомо, що в мідний вік отримали велике поширення мідні речі. У всесвітній історії він слідує за кам'яним.

ковкість міді

С. А. Семенов із співробітниками проводив експериментальні дослідження, в яких з'ясував, що мідні знаряддя праці порівняно з кам'яними виграють по багатьом параметрам. У них вище швидкість стругання, свердління, рубки і розпилювання деревини. А обробка кістки мідним ножем триває стільки ж, скільки і кам'яним. А адже мідь вважається м'яким металом.

Дуже часто в давнину замість міді використовували її сплав з оловом - бронзу. Вона необхідна була для виготовлення зброї та інших речей. Отже, на зміну мідному віку прийшов бронзовий. Бронзу вперше отримали на Близькому Сході за 3000 років до н. е .: людям подобалася міцність і відмінна ковкість міді. З одержуваної бронзи виходили чудові знаряддя праці і полювання, посуд, прикраси. Всі ці предмети знаходять в археологічних розкопках. Далі бронзовий вік змінився залізним.

Як отримати мідь можна було в давнину? Спочатку її добували не з сульфідної, а з малахітовою руди. Адже в цьому випадку займатися попередніми випалюванням не було необхідності. Для цього суміш вугілля і руди поміщали в глиняну посудину. Посудина встановлювали в неглибоку яму і суміш підпалювали. Далі починав виділятися чадний газ, який сприяв відновленню малахіту до вільної міді.

Відомо, що на Кіпрі вже в третьому тисячолітті до нашої ери були побудовані мідні рудники, на яких і здійснювалася її виплавка.

На землях Росії та сусідніх держав мідні рудники виникли за два тисячоліття до н. е. Їх руїни знаходять і на Уралі, і на Україні, і в Закавказзі, і на Алтаї, і в далекій Сибіру.

предмети з міді

Промислове плавлення міді було освоєно в тринадцятому столітті. А в п'ятнадцятому в Москві був створений Гарматний двір. Саме там з бронзи відливали знаряддя різних калібрів. Неймовірна кількість міді йшло на виготовлення дзвонів. У 1586 з бронзи була відлита Цар-гармата, в 1735 році - Цар-дзвін, в 1782 році був створений Мідний вершник. У 752 році майстри виготовили чудову статую Великого Будди в храмі Монастир Тодай. Взагалі, список творів ливарного мистецтва можна продовжувати нескінченно.

У вісімнадцятому столітті людина відкрила електрику. Саме тоді величезні обсяги міді почали йти на виготовлення проводів і подібних їм виробів. У двадцятому столітті дроти навчилися робити з алюмінію, але мідь в електротехніці все ще мала велике значення.

Походження назви

А ви знаєте, що Cuprum - це латинське найменування міді, що відбулося від назви острова Кіпр? До речі, у Страбона мідь величають халкосом - місто Халкида на Евбее винен у походженні такого імені. Більшість давньогрецьких назв мідних і бронзових предметів відбулися саме від цього слова. Вони знайшли широке застосування і в ковальському ремеслі, і серед ковальських виробів і лиття. Іноді мідь називають Aes, що означає руду або рудник.

Слов'янське слово «мідь» не має яскраво вираженої етимології. Можливо, воно старовинне. Але воно дуже часто зустрічається в найдавніших літературних пам'ятках Росії. В. І. Абаєв припускав, що це слово походить від назви країни Мідія. Алхіміки прозвали мідь «Венера». У більш давні часи її називали «Марс».

Де знаходять мідь в природі?

Земна кора вміщує (4,7-5,5) х 10^-3% Міді (по масі). У річковій і морській воді її набагато менше: 10^-7% І 3 х 10^-7% (По масі) відповідно.

У природі дуже часто знаходять сполуки міді. У промисловості використовується халькопирит CuFeS₂, іменований мідним колчеданом, борної Cu₅FeS₄, халькозин Cu₂S. Одночасно люди знаходять і інші мінерали міді: куприт Cu₂O, азурит Cu₃(CO₃)₂(OH)₂, малахіт Cu₂CO₃(OH)₂ і ковеллин CuS. Дуже часто маса окремих скупчень міді досягає 400 тонн. Мідні сульфіди утворюються в основному в гідротермальних среднетемпературних жилах. Нерідко і в осадових породах можна відшукати мідні родовища - сланці і мідисті пісковики. Найбільш відомими родовищами є в Забайкальському краї Удокан, Жезказган в Казахстані, Мансфельд в Німеччині та медоносний пояс Центральної Африки. Інші багатющі родовища міді розташовані в Чилі (Кольяусі і Ескондідо) і США (Моренсі).

характеристика міді

Більшу частину мідної руди видобувають відкритим способом. У ній міститься від 0,3 до 1,0% міді.

Фізичні властивості

Багатьох читачів цікавить опис міді. Це пластичний рожево-золотистий метал. На повітрі його поверхня моментально покривається оксидною плівкою, яка надає йому своєрідний інтенсивний червоно-жовтий відтінок. Цікаво, що тонкі плівки міді мають блакитно-зелений колір.

Осмій, цезій, мідь і золото мають однакову колірну забарвлення, що відрізняється від сірої або сріблястою інших металів. Даний колірний відтінок свідчить про наявність електронних переходів між четвертим напівпорожній і заповненої третьої атомними орбиталями. Між ними існує якась енергетична різниця, відповідна довжині хвилі оранжевого кольору. Та ж система відповідає за специфічний колір золота.

пластичність міді

Чим же ще дивна характеристика міді? Цей метал утворює гранецентрированную кубічні грати, просторова група Fm3m, a = 0,36150 нм, Z = 4.

А ще знаменита мідь високої електро- і теплопровідністю. З проведення струму вона знаходиться серед металів на другому місці. До речі, мідь має гігантський температурний коефіцієнт опору і в широкому діапазоні температур майже незалежна від її показників. Мідь називають діамагнетиком.

Сплави міді відрізняються різноманітністю. Люди навчилися поєднувати і латунь з цинком, і нікель з мельхіором, і свинець з бабітом, і бронзу з оловом і іншими металами.

Ізотопи міді

Мідь складається з двох стійких ізотопів - ⁶³Cu і ⁶⁵Cu, які мають поширеність 69,1 і 30,9 відсотків атомних відповідно. Взагалі існує більше двох десятків ізотопів, які не мають стабільності. Самим довгоживучим ізотопом є ⁶⁷Cu з періодом напіврозпаду 62 години.

Як отримують мідь?

Виготовлення міді є досить цікавим процесом. Цей метал отримують з мінералів і мідних руд. Базовими методами отримання міді є гідрометалургія, Пірометалургія і електроліз.

Розглянемо пірометалургійних метод. Даним способом отримують мідь з сульфідних руд, наприклад, халькопирита CuFeS₂. У халькопірітном сировину знаходиться 0,5-2,0% Cu. Спочатку вихідна руда піддається флотаційного збагачення. Потім виконується її окислювальний випал при температурі 1400 градусів. Далі обпалений концентрат йде в плавку на штейн. Для зв'язування оксиду заліза в розплав додають кремнезем.

плавлення міді

Утворений силікат спливає у вигляді шлаку, і його відокремлюють. На дні залишається штейн - сплав сульфідів CU₂S і FeS. Далі його плавлять за методом Генрі Бессемера. Для цього в конвертер переливають розплавлений штейн. Потім ємність продувають киснем. А сульфід заліза, який залишився, окислюється до оксиду і за допомогою кремнезему виводиться з процесу у вигляді силікату. Окислюється сульфід міді до оксиду міді неповністю, але потім відновлюється до міді металевої.

У одержуваної чорнової міді міститься 90,95% металу. Далі вона піддається електролітичної очищенню. Цікаво, що в якості електроліту використовується підкисленою розчин мідного купоросу.

На катоді утворюється електролітична мідь, яка володіє високою частотою близько 99,99%. Предмети з міді отриманої виготовляють самі різні: дроти, електротехнічне обладнання, сплави.

Гідрометалургійний метод виглядає дещо по-іншому. Тут мінерали міді розчиняються в розведеною сірчаної кислоти або в аміачному розчині. З приготованих рідин мідь витісняють залізом металевим.

Хімічні властивості міді

У з'єднаннях мідь показує дві ступені окислення: +1 і +2. Перша з них тяжіє до диспропорціонування і стійка лише в нерозчинних з'єднаннях або комплексах. До речі, сполуки міді безбарвні.

Ступінь окислення +2 більш стійка. Саме вона надає солі синій і синьо-зелений колір. У незвичних умовах можна приготувати з'єднання зі ступенем окислення +3 і навіть +5. Останню зазвичай знаходять у солях купраборанового аніона, отриманих в 1994 році.

Чиста мідь на повітрі не змінюється. Це слабкий відновник, який не вступає в реакцію з розбавленою соляною кислотою і водою. Окислюється концентрованими азотної та сірчаної кислотами, галогенами, киснем, «царської горілкою», оксидами неметалів, халькогенами. При нагріванні вступає в реакцію з галогеноводородами.

хімія мідь

Якщо повітря вологий, мідь окислюється, утворюючи основний карбонат міді (II). Вона чудово реагує з холодною і гарячою насиченою сірчаною кислотою, гарячою безводної сірчаною кислотою.

З розбавленої соляної кислотою мідь реагує у присутності кисню.

Аналітична хімія міді

Всі знають, що таке хімія. Мідь у розчині виявити нескладно. Для цього необхідно платинову зволікання змочити досліджуваним розчином, а потім внести її в полум'я бунзеновской пальника. Якщо в розчині присутній мідь, полум'я буде забарвлено в зелено-блакитний колір. Необхідно знати, що:

• Зазвичай кількість міді в слабокислих розчинах вимірюється за допомогою сірководню: його змішують з субстанцією. Як правило, при цьому сульфід міді випадає в осад.
• У тих розчинах, де відсутні заважають іони, мідь визначають комплексонометріческого, іонометріческіх або потенціометрично.
• Малі кількості міді в розчинах вимірюють спектральними і кінетичними методами.

Застосування міді

Погодьтеся, вивчення міді є вельми цікавої річчю. Отже, даний метал володіє низьким питомим опором. Завдяки даним якості мідь використовують в електротехніці для виробництва силових та інших кабелів, проводів та інших провідників. Мідні дроти використовуються в обмотках силових трансформаторів і електроприводів. Для створення цих виробів метал підбирають дуже чистий, так як домішки моментально знижують електричну провідність. І якщо в міді присутній 0,02% алюмінію, її електрична провідність знизиться на 10%.

Другим корисним якістю міді є чудова теплопровідність. Завдяки даній властивості вона застосовується в різних теплообменниках, теплових трубках, теплоотводних пристроях і комп'ютерних кулерах.

А де ж використовується твердість міді? Відомо, що безшовні мідні труби круглого перетину володіють чудовою механічною міцністю. Вони чудово витримують механічну обробку і застосовуються для переміщення газів і рідин. Зазвичай їх можна зустріти у внутрішніх системах газопостачання, водопостачання, опалення. Їх широко використовують в холодильних агрегатах і кондиційних системах.

Відмінна твердість міді відома багатьом країнам. Так, у Франції, Великобританії та Австралії мідні труби застосовують для газопостачання будинків, у Швеції - для опалення, в США, Великобританії та Гонконгу - це основний матеріал для водопостачання.

У Росії виробництво водопровідних і газових мідних труб нормується стандартом ГОСТ Р 52318-2005, а федеральний Звід правил СП 40-108-2004 регулює їх застосування. Труби, виконані з міді і її сплавів, активно використовуються в енергетиці та суднобудуванні для переміщення пари і рідин.

А ви знаєте, що сплави міді використовуються в різноманітних галузях техніки? З них найвідомішими вважаються бронза і латунь. Обидва сплаву включають в себе колосальну сімейство матеріалів, в яке, крім цинку і олова, можуть входити вісмут, нікель і інші метали. Наприклад, гарматна бронза, що використовувалась до дев'ятнадцятого століття для виготовлення артилерійських знарядь, складалася з міді, олова і цинку. Її рецептура змінювалася залежно від місця і часу виготовлення знаряддя.

Всім відома відмінна технологічність і висока пластичність міді. Завдяки даним властивостям, неймовірна кількість латуні йде на виробництво гільз для зброї і артилерійських боєприпасів. Примітно, що автозапчастини виготовляють із сплавів міді з кремнієм, цинком, оловом, алюмінієм та іншими матеріалами. Мідні сплави відрізняються високою міцністю і при термічній обробці зберігають свої механічні властивості. Їх стійкість до зношування визначається лише хімічним складом і його впливом на структуру. Необхідно відзначити, що дане правило не відноситься до берилієвої бронзи і деяким алюмінієвим бронзам.

Мідні сплави мають модуль пружності нижче, ніж у сталі. Основним їх перевагою можна назвати невеликий коефіцієнт тертя, що поєднується для більшості сплавів з високою пластичністю, відмінною електропровідністю і чудовим протидією корозії в агресивному середовищі. Як правило, це бронзи алюмінієві і сплави мідно-нікелеві. Вони, до речі, знайшли своє застосування в парах ковзання.

Практично всі мідні сплави мають однакову величину коефіцієнта тертя. Разом з тим зносостійкість і механічні властивості, поведінка в агресивному середовищі безпосередньо залежать від складу сплавів. Пластичність міді використовується в однофазних сплавах, а міцність - в двофазних. Мельхіор (міднонікелевого сплав) застосовують для карбування розмінних монет. Меднонікелевие сплави, в тому числі і «адміралтейський», використовуються в суднобудуванні. З них виготовляють трубки для конденсаторів, очищувальних турбінний відпрацьований пар. Примітно, що турбіни охолоджуються забортної водою. Меднонікелевие сплави мають дивовижної корозійної стійкістю, тому їх намагаються використовувати в областях, пов'язаних з агресивним впливом морської води.

сполуки міді

Фактично мідь є найважливішою складовою твердих припоїв - сплавів, що мають температуру плавлення від 590 до 880 градусів Цельсія. Саме їм властива чудова адгезія до більшості металів, завдяки чому вони застосовуються для міцного з'єднання різних металевих деталей. Це можуть бути трубопровідна арматура або рідинні реактивні двигуни, виготовлені з різнорідних металів.

А тепер перерахуємо сплави, в яких ковкість міді має велике значення. Дюраль або дюралюміній є сплавом алюмінію і міді. Тут міді знаходиться 4,4%. Сплави міді з золотом часто використовуються в ювелірній справі. Вони необхідні для підвищення міцності виробів. Адже чисте золото - вельми м'який метал, який не може проявляти стійкість до механічних впливів. Вироби з чистого золота швидко деформуються і стираються.

Цікаво, що для створення оксиду ітрію-барію-міді використовують оксиди міді. Він служить основою для виготовлення високотемпературних надпровідників. Мідь також використовують для виробництва батарей і мідно-окисних гальванічних елементів.

Інші сфери застосування

А ви знаєте, що мідь дуже часто вживають як каталізатор полімеризації ацетилену? Завдяки цій властивості мідні трубопроводи, що використовуються для переміщення ацетилену, дозволено застосовувати лише тоді, коли вміст міді в них не перевищує 64%.

Люди навчилися використовувати ковкість міді і в архітектурі. Фасади та покрівлі, виготовлені з найтоншої листової міді, служать безаварійно по 150 років. Даний феномен пояснюється просто: в мідних аркушах відбувається автозатуханіе процесу корозії. У Росії використовують мідний лист для фасадів та покрівель відповідно до норм Федерального Зводу правил СП 31-116-2006.

У недалекому майбутньому люди планують використовувати мідь як бактерицидних поверхонь в клініках для перешкоджання переміщенню бактерій в приміщеннях. Всі поверхні, до яких доторкається рука людини, - двері, ручки, перила, водозапорная арматура, стільниці, ліжка - фахівці виготовлятимуть лише з цього дивного металу.

Маркування міді

Які марки міді використовує людина для виробництва необхідних йому виробів? Їх безліч: М00, М0, М1, М2, М3. Взагалі, марки міді ідентифікуються чистотою її змісту.

Наприклад, мідь марок М1р, М2р і М3р містить 0,04% фосфору і 0,01% кисню, а марок М1, М2 і М3 - 0,05-0,08% кисню. У марці М0б кисень відсутній, а в МО його процентний вміст становить 0,02%.

Отже, розглянемо більш докладно мідь. Таблиця, наведена далі, надасть більш точну інформацію:

Марка міді	М00	М0	М0б	М1	М1р	М2	М2р	М3	М3р	М4
Процентне зміст міді	99,99	99,95	99,97	99,90	99,70	99,70	99,50	99,50	99,50	99,00

27 марок міді

Всього існує двадцять сім марок міді. Де ж таку кількість мідних матеріалів використовує людина? Розглянемо даний нюанс докладніше:

• Матеріал Cu-DPH використовується для виготовлення фітингів, необхідних для з'єднання труб.
• АМФ потрібен для створення гарячекатаних і холоднокатаних анодів.
• АМФУ використовують для виробництва холоднокатаних і гарячекатаних анодів.
• М0 потрібен для створення провідників струму і високочастотних сплавів.
• Матеріал М00 використовують для виготовлення високочастотних сплавів і провідників струму.
• М001 застосовують для виготовлення дроту, шин та інших електротехнічних виробів.
• М001б необхідний для виготовлення електротехнічних виробів.
• М00б використовують для створення провідників струму, високочастотних сплавів і апаратів електровакуумної індустрії.
• М00к - вихідна сировина для створення деформованих і литих заготовок.
• М0б застосовують для створення сплавів з високою частотою.
• М0К використовують для виробництва литих і деформованих заготовок.
• М1 потрібен для виготовлення дроту та виробів кріогенної техніки.
• М16 застосовують для виробництва приладів електровакуумної індустрії.
• М1Е необхідний для створення холоднокатаних фольги і стрічки.
• М1К потрібен для створення напівфабрикатів.
• М1ор застосовують для виготовлення дроту та інших електротехнічних виробів.
• М1р використовують для виготовлення електродів, що застосовуються для зварювання чавуну і міді.
• М1рЕ потрібен для виробництва холоднокатаних стрічки і фольги.
• М1у використовують для створення холоднокатаних і гарячекатаних анодів.
• М1ф потрібен для створення стрічки, фольги, гарячекатаних і холоднокатаних листів.
• М2 використовують для виготовлення добротних сплавів і напівфабрикатів на мідній основі.
• М2К використовують для виробництва напівфабрикатів.
• М2р необхідний для виготовлення прутків.
• М3 потрібен для виготовлення прокату, сплавів.
• М3р використовують для створення прокату і сплавів.
• МБ-1 необхідний для створення берилієвмісних бронз.
• МСр1 використовують для виготовлення електротехнічних конструкцій.