Медь, её свойства и сплавы

Медь. Химический элемент, символ Cu (лат. Cuprum, от лат. названия острова Кипр, откуда греки и римляне вывозили медь), имеет порядковый номер 29, атомный вес  63, 54, основную валентность II, плотность 8, 9 г/см3, температуру плавления 1083°С, температуру кипения 2600°С.

Её знали в древности раньше железа и употребляли, особенно в сплаве с другими металлами, для оружия и домашних предметов.

Медь, единственный металл, имеющий красноватый цвет. Это отличает её от всех других металлов.

В химическом отношении медь является малоактивным металлом. Чистая пресная вода и сухой воздух практически не вызывают коррозии меди, но на воздухе, в присутствии углекислого газа, она покрывается плёнкой зелёного цвета (патиной), гидроокисным карбонатом меди CuCO3 . Cu(OH)2. При нагреве на поверхности металла образуется чёрный налёт окиси меди CuO.

Незначительное влияние на химическую стойкость меди оказывают сухие газы, ряд органических кислот, спирты и фенольные смолы, к углероду медь пассивна. Хорошей коррозионной стойкостью обладает медь и в морской воде. При отсутствии других окислителей на медь не действуют разбавленные серная и соляная кислоты. Однако в присутствии кислорода воздуха медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей (в серной кислоте, образуя сульфат CuSO4; в соляной кислоте, образуя хлорид меди CuCl2), в азотной кислоте медь растворяется, образуя нитрат Cu(NO3)2:

2Cu + 2HCl + O2 = 2CuCl2 + 2H2O

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O

Cu + HNO3 = Cu(NO3)2 + NO2 + H2O.

При взаимодействии её с уксусной кислотой образуется основной ацетат меди  – ядовитая  ярь-медянка.

По реакции в азотной кислоте можно проверять сплавы на наличие меди — если кислота приобрела сине-зелёный цвет, значит, в сплаве присутствует медь.

Медь плохо сопротивляется действию аммиака, аммиачных солей и щелочных цианистых соединений. Коррозию меди вызывают также хлористый аммоний и окислительные минеральные кислоты.

На фотографиях показаны начала реакций при комнатной температуре.

Медь обладает хорошим блеском и высокой полируемостью, однако блеск её довольно быстро исчезает.

Она получила широкое применение в технике и промышленности благодаря ряду ценных свойств, которыми обладает. Важнейшими свойствами меди являются высокие электро- и теплопроводность, высокая пластичность и способность подвергаться пластической деформации в холодном и нагретом состояниях, хорошая сопротивляемость коррозии и способность к образованию многих сплавов с широким диапазоном различных свойств. По показателям электро- и теплопроводности медь уступает только серебру, имеет очень высокую удельную теплоёмкость.  Медь диамагнитна.

Более 50% добываемой меди применяется в электротехнической промышленности (чистая медь); примерно 30 — 40 % меди применяется в виде сплавов, которые имеют большое значение (латуни, бронзы, мельхиоры и др.). Например, в производстве полупроводниковых приборов медь используют для изготовления деталей самого прибора, прежде всего выводов и кристаллодержателей (кристаллодержатель – это деталь, на которой непосредственно укреплена пластинка полупроводника) мощных приборов и деталей технологического оборудования.

Хорошая теплопроводность меди, её высокая коррозионная устойчивость позволяют использовать этот металл для изготовления различных теплообменников, трубопроводов и т.п., например, тазы из меди обеспечивают равномерный нагрев при варке варенья.

Важнейшие соли меди:

- сульфат меди CuSO4 в безводном состоянии представляет собой белый порошок, который при поглощении воды синеет, и, следовательно, водный раствор сульфата приобретает сине-голубой цвет. Из водных растворов сульфат меди кристаллизуется с пятью молекулами воды, образуя прозрачные синие кристаллы. В таком виде он называется медным купоросом;

- хлорид меди CuCl2 . 2H2O образует тёмно-зелёные кристаллы, легко растворимые в воде;

- нитрат меди Cu(NO3)2 . 3H2O получается при растворении меди в азотной кислоте. При нагревании кристаллы меди сначала теряют воду, а потом разлагаются с выделением кислорода и бурого диоксида азота, переходя в оксид меди;

- ацетат меди Cu(CH3COOO)2 . H2O получается при обработке меди или её оксида уксусной кислотой. Под названием ярь-медянка применяется для приготовления масляной краски;

- смешанный ацетат-арсенит меди Cu(CH3COO)2 . Cu3(AsO3)2 применяется под названием парижская зелень для уничтожения вредителей растений.

Из солей меди вырабатывают большое количество минеральных красок, разных по цвету: зелёных, синих, коричневых, фиолетовых, чёрных.

Все соли меди ядовиты, поэтому медную посуду лудят (покрывают слоем олова), чтобы предотвратить возможность образования медных солей.

Медь принадлежит к числу жизненно важных микроэлементов. Такое название получили Fe, Cu, Mn, Mo, B, Zn, Co в связи с тем, малые количества их необходимы для нормальной жизнедеятельности растений. Микроэлементы повышают активность ферментов, способствуют синтезу сахара, крахмала, белков, нуклеиновых кислот, витаминов и ферментов. Чаще всего медь вносят в почву в виде медного купороса. В значительных количествах он ядовит, как и многие другие соединения меди, а в малых же дозах медь необходима всему живому.

В технической меди в качестве примесей содержатся: висмут, сурьма, мышьяк, железо, никель, свинец, олово, сера, кислород, цинк и другие. Все примеси, находящиеся в меди, понижают  её электропроводность. Температура плавления, плотность, пластичность и другие свойства меди также значительно изменяются от присутствия в ней примесей.

Висмут и свинец в сплавах с медью образуют легкоплавкие эвтектики (от греческого eutektos — сплав, точка плавления которого ниже точек плавления входящих в его состав компонентов, если последние не образуют между собой химического соединения), которые при кристаллизации затвердевают в последнюю очередь и располагаются по границам ранее выпавших зёрен меди (кристаллов). При нагревании до температур, превышающих точки плавления эвтектик (270 и 327°С соответственно), зёрна меди разъединяются жидкой эвтектикой. Такой сплав является красноломким и при прокатке в горячем состоянии разрушается. Красноломкость меди может вызываться присутствием в ней тысячных долей процента висмута и сотых долей процента свинца. При повышенном содержании висмута и свинца медь становится хрупкой и в холодном состоянии.

Сера и кислород образуют с медью тугоплавкие эвтектики с точками плавления выше температур горячей обработки меди (1065 и 1067°С). Поэтому присутствие в меди небольших количеств серы и кислорода не сопровождается появлением красноломкости. Однако значительное повышение содержания кислорода приводит к заметному понижению механических, технологических и коррозионных свойств меди; медь становится красноломкой и хладноломкой.

Медь, содержащая кислород, при отжиге её в водороде или в атмосфере, содержащей водород, делается хрупкой и растрескивается. Это явление известно под названием «водородной болезни». Растрескивание меди в этом случае происходит в результате образования значительного количества водяных паров при взаимодействии водорода с кислородом меди. Водяные пары при повышенных температурах имеют высокое давление и разрушают медь. Наличие трещин в меди устанавливается путем испытания на изгиб и кручение, а также микроскопическим методом. В меди, поражённой водородной болезнью, после полировки хорошо видны характерные тёмные включения пор и трещин.

Сера снижает пластичность меди при холодной и горячей обработке давлением и улучшает обрабатываемость резанием.

Железо растворяется в меди в твёрдом состоянии весьма незначительно. Под влиянием примесей железа резко снижаются электро- и теплопроводность меди, а также её коррозионная стойкость. Структура меди под влиянием примесей железа измельчается, что повышает её прочность и уменьшает пластичность. Под влиянием железа медь становится магнитной.

Бериллий является раскислителем по отношению к меди, несколько снижает электропроводность её, повышает механические свойства и значительно уменьшает окисление при повышенных температурах.

Мышьяк сильно понижает электро- и теплопроводность меди. Одновременно с этим мышьяк в значительной мере нейтрализует вредное влияние примесей висмута, кислорода, сурьмы и повышает жаростойкость меди. Поэтому мышьяковистая медь с содержанием 0,3-0,5% Аs применяется для изготовления деталей специального назначения, используемых для работы в условиях восстановительной атмосферы при повышенных температурах. Мышьяк растворим в меди в твёрдом состоянии до 7,5%.

Сурьма очень сильно понижает электро– и теплопроводность меди. Поэтому медь, предназначенная для изготовления проводников тока, должна содержать минимальное количество сурьмы (не выше 0,002%). Растворимость сурьмы в меди при температуре образования эвтектики (645°С) составляет 9,5%. При понижении температуры растворимость сурьмы в меди резко падает. С этим связано отрицательное влияние сурьмы при прокатке меди. Медь, подлежащая прокатке, не должна содержать сурьмы более 0,06%. В меди, предназначенной для штамповки, допускается содержание сурьмы до 0,2%.

Фосфор сильно понижает электро- и теплопроводность меди, но положительно влияет на ее механические свойства и жидкотекучесть. Фосфор широко применяется в литейном деле в качестве раскислителя меди и оказывает положительное влияние при сварке меди.

Алюминий повышает коррозионную стойкость и снижает окисляемость меди при нормальной и повышенной температурах, значительно понижает её электро- и теплопроводность, а также оказывает отрицательное влияние при пайке и лужении медных изделий. На механические свойства и обрабатываемость меди давлением примесь алюминия не оказывает заметного влияния. Растворимость алюминия в меди в твёрдом состоянии составляет 9,6%.

Смотрите также основные физические и механические свойства меди, медь в электрических проводах, для чего покупают старые телевизоры, трансформаторы, электродвигатели и т.д.

Медь, её свойства и сплавы: медная проволока.Медь, её свойства и сплавы: реакция в соляной кислоте.Медь, её свойства и сплавы: реакция в серной кислоте.Медь, её свойства и сплавы: реакция в азотной кислоте.

Медная проволока (зачищена ножом до блеска).

Проволока покрылась мелкими прозрачными пузырьками. Кислота сама по себе желтоватого цвета; квалификация «ч».

Кислота стала приобретать зеленоватый оттенок лишь на четвёртый день пребывания в ней проволоки.

При температуре 20°С в серной кислоте как в воде.

В азотной кислоте сразу же началась реакция. Кислота стала принимать зелёный цвет и немного нагрелась. Над её поверхностью появился бурый оксид азота. Проволока «растворилась» за четыре минуты.

Разбавленная кислота приобретает зелёно-голубой цвет.

КОНЕЦ

 

© П.М.В., 2006-2015

SiteHeart