Медь физические свойства кратко

История открытия:

Латинское название меди Cuprum произошло от названия острова Кипр, где уже в III в. до н. э. существовали медные рудники и производилась выплавка меди. Слова медь и медный встречаются в древнейших русских литературных памятниках. Русское слово "медь" производят от греческого слова, означающего рудник, копь.

Нахождение в природе, получение:

Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS₂, также известный как медный колчедан, халькозин Cu₂S и борнит Cu₅FeS₄. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu₂O, азурит Cu₃(CO₃)₂(OH)₂, малахит Cu₂CO₃(OH)₂. Иногда медь встречается в самородном виде, масса отдельных скоплений может достигать 400 тонн.
Получение меди из сульфидных руд ведут сначала обжигая их на воздухе, а потом подвергая окислительной плавке с добавлением флюса SiO₂ и продуванием воздуха. При этом сера окисляется до SO₂, железо уходит в шлак в виде силиката, а медь остается в виде простого вещества. Суммарно эти несколько процессов можно выразить уравнением: 2CuFeS₂ + 5 O₂ + 2SiO₂ = 2Cu + 2FeSiO₃ + 4SO₂
Такую черновую медь окончательно очищают электролизом, где изготовленные из нее аноды растворяются, на катоде оседает чистая медь, а примеси оседают на дне в виде осадка, шлама. В состав шлама могут входить такие ценные элементы, как Au, Ag, Se, Te, поэтому его подвергают дальнейшей переработке.

Физические свойства:

Чистая медь — тягучий вязкий металл светло-розового цвета, легко прокатываемый в тонкие листы. Плотность 8,92 г/см3, температура плавления 1083,4°C, температура кипения 2567°C. Медь среди всех других металлов обладает одной из самых высоких теплопроводностей и одним из самых низких электрических сопротивлений (при 20°C удельное сопротивление 1,68·10 -3 Ом·м).

Химические свойства:

В химическом отношении медь является малоактивным металлом. Однако с галогенами она реагирует уже при комнатной температуре, например, с влажным хлором образует хлорид CuCl₂. При нагревании медь взаимодействует и с серой, образуя сульфид Cu₂S. В сухой атмосфере медь практически не изменяется. Во влажном воздухе на поверхности меди в присутствии углекислого газа образуется "патина" — зеленоватая пленка состава Cu(OH)₂·CuCO₃, содержащая также сернистые соединения меди.
При нагревании на воздухе медь тускнеет и, в конце концов, чернеет из-за образования на поверхности оксидного слоя. Сначала образуется оксид Cu₂O, затем — оксид CuO.
Находясь в ряду напряжений после водорода, медь не вытесняет его из кислот. Поэтому соляная и разбавленная серная кислоты на медь не действуют. Однако в присутствии кислорода воздуха медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей:
2Cu + 4HCl + O₂ = 2CuCl₂ + 2H₂O.
Для меди характерны соединения со степенью окисления: +1 (менее стабильная) и +2 (более стабильная). В необычных условиях можно получить соединения со степенью окисления +3 и даже +5.

Важнейшие соединения:

Оксид меди(I) — Cu₂O, имеет красновато-коричневую окраску. Ионы меди(I) в водном растворе неустойчивы и легко подвергаются диспропорционированию: 2Cu + (водн.) Cu 2+ (водн.) + Cu(тв.)
Хлорид меди(I) — белое нерастворимое твердое вещество. Как и другие галогениды меди(I), он имеет ковалентный характер и более устойчив, чем галогенид меди (II). Может быть получен при сильном нагревании хлорида меди(II): CuCl₂(тв.) = 2CuCl(тв.) + Cl₂(г.)
Также существует нестабильный сульфат меди(I).
Оксид меди(II) — — черное вещество, встречающееся в природе. Проявляет окислительные свойства. Нагревание с органическими веществами используется при элементном анализе органических веществ для определения содержания в них углерода и водорода.
Гидроксид меди(II) — осаждается из растворов солей меди(II) в виде голубой студенистой массы при действии щелочей. Очень слабое амфотерное основание.
Соли меди(II) — образуют кристаллогидраты синего и сине-зелёного цвета, растворы солей меди(II) в большинстве случаев имеют кислую реакцию в следствие гидролиза.
Сульфат меди(II) , CuSO₄ — белый порошок, при гидратации даёт синие кристаллы медного купороса CuSO₄*5H₂O, используется как фунгицид.

Применение:

— В электротехнике
— Для производства труб
— катализатор полимеризации ацетилена
— Для производства медно-окисных гальванических элементов и батарей.
— Широко используются сплавы с использованием меди: латунь — сплав меди с цинком, бронза — сплав меди с оловом, мельхиор — сплав меди и никеля, и другие. Они применяются для чеканки разменной монеты, в судостроении, в ювелирном деле.
— Оксиды меди используются для получения оксида иттрия бария меди YBa₂Cu₃O_7-x, который является основой для получения высокотемпературных сверхпроводников.

Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных, входя в состав многих ферментов. В крови головоногих и некоторых брюхоногих моллюсков медь выполняет ту же роль, что и железо в крови человека. В организме взрослого человека содержится до 80 мг меди и для восполнения потерь необходимо поступление меди в количестве 0,9 мг в день. При недостатке меди в организме снижается активность ферментных систем и замедляется белковый обмен и нарушается рост костных тканей. Однако содержание меди в питьевой воде не должно превышать 1 мг/л, многие соединения меди обладают токсичными свойствами.

Жерновникова А., Третьякова М.
ХФ ТюмГУ, 571 группа.

Плотность. По международному стандарту по отожженной меди ( International Annealed Copper Standard — IACS ) плотность меди принята равной 8890 кг/м 3 при температуре 20°С. Однако в зависимости от вида обработки и химического состава плотность меди может иметь небольшие отличия. Например, литая медь имеет плотность 8920 кг/м 3 . При холодной деформации отожженной меди уменьшается ее плотность.

При нагреве плотность меди заметно уменьшается, что видно на примере марки M 1 :

t ,°С 20 600 700 800 900 1000

γ , кг/м 3 8890 8680 8610 8550 8470 8400

Электрические свойства. Высокая электропроводность меди является основным свойством, обусловливающим ее широкое применение. Электропроводность меди в твердом состоянии зависит в первую очередь от чистоты металла. Примеси и легирующие элементы умень­шают электропроводность меди (рис. 1 и 2 ) и повышают ее удельное электросопротивление (рис. 3).

Рис. 1. Влияние примесей на электропроводность бескислородной меди

Рис. 2. Влияние легирующих на электропроводность меди

Рис. 3. Влияние примесей малых концентраций легирующих элементов на электросопротивление меди

Медь электротехнического назначения является эталоном для сравне­ия электропроводности электрических проводников из разных металлов. При этом электропроводность указывается в процентах от стандартного значения, принятого в IACS для отожженной меди. Стандартное (100%-е) значение удельной элект­ропроводности в IACS соответствует 58 МСм/м (1/58 Ом на каждый метр провода поперечным сечением в 1 мм 2 ).

Наименьшее удельное электросопротивление ρ имеет медь, очищенная зонной плавкой, с минимальным количеством примесей (99,999% Cu ) — 0 , 0 I 6610 -6 Ом * м, что соответствует электропроводности σ , составляющей 60,2 МСм/м. С повышением температуры удельное электросопротивление меди увеличивается. Например, удельное электросопротивление меди марки M 1 в твердом состоянии при температуре, близкой к температуре плавления, составляет 0,113х10 -6 Ом*м, а в жидком — 0,203х10 -6 Ом м.

Электрические свойства меди различных марок приведены в табл. 1.

Таблица 1. Электрические свойства меди различных марок при температуре 20°С

Марка меди

ρх10 6 , Ом*м

σ, МСм/м

М00 б

0,01700

0,01706

0,01708

0,01724

0,01754

0,02080

Тепловые свойства. Удельная теплоемкость с меди заметно увеличивается с повышением температуры. В жидком состоянии в интервале температур перегрева при литье слитков удельная теплоемкость меди практически не зависит от температуры и может быть принята равной 545 Дж/(кгК).

Температурный коэффициент линейного расширения α меди незначительно зависит от химического состава. Ориентировочные значения α в диапазоне температур 200. 1250К приведены в табл. 2.

Табл. 2. Значения температурного коэффициента линейного расширения меди при различных температурах
t, К	α х 10 6 , К -1	t, К	α х 10 6 , К -1	t, К	α х 10 6 , К -1
200	15,2	450	17,6	900	20,9
220	15,6	500	17,9	950	21,4
240	15,9	550	18,3	1000	21,8
260	16,2	600	18,7	1050	22,3
280	16,5	700	19,4	1100	22,8
300	16,7	750	19,7	1150	23,3
350	17,0	800	20,1	1200	23,8
400	17,3	850	20,5	1250	24,4

Теплопроводность меди λ существенно снижают примеси и легирующие элементы (рис. 4).

Рис. 4. Влияние содержания элементов на теплопроводность меди

Теплопроводность меди разных марок при 20°С составляет:

Марка λ , Вт(м * К)

П овышение температуры меди приводит к уменьшению ее теплопроводности (табл. 3. ).

Табл. 3. Значения теплопроводности λ меди при различных температурах
t, К	λ, Вт/(м*К)	t, К	λ, Вт/(м*К)	t, К	λ, Вт/(м*К)	t, К	λ, Вт/(м*К)	t, К	λ, Вт/(м*К)
100	500	350	393	600	382	850	376	1100	349
150	435	400	391	650	379	900	364	1150	345
200	414	450	383	700	376	950	360	1200	342
250	403	500	387	750	372	1000	356	1250	338
300	398	550	385	800	370	1050	353	1300	334

Влияние температу ры на физические свойства меди на примере М0 показано в табл. 4.

Главная страница » Медь: свойства характеристики применение металла

Медь (производная греческого слова «Κύπρος») — материал, с которым приходится сталкиваться повсеместно в обычной жизни, даже не замечая и не задумываясь о контакте. Каждый раз, применяя какое-то электрическое устройство, например, пылесос или стиральную машину, пользователь прямо или косвенно контактирует с медью. Универсальный металл – неотъемлемая часть высокотехнологичных гаджетов и машин — от электронных микроскопов и мобильных телефонов, до простых пищевых кастрюль. Примерно 10 000 лет насчитывает вся история существования меди с момента обнаружения этого металла на Кипре. Этого вполне достаточно, чтобы уделить внимание популярному металлу.

Что такое медь в общем смысле слова?

Медь физически выглядит мягким металлом, имеющим красновато-оранжевый окрас. Особенность металла хорошая электрическая проводимость и тепловой обмен. Среди распространённых химических элементов, присутствующих в земной коре, медь занимает 25 место своеобразного рейтинга.

Медные прутки разного диаметра наглядно демонстрируют внешний вид материала и качество структуры в целом. Однако это наиболее простые изделия из всех возможных

Ведущим поставщиком меди в мире является Чили (примерно треть мировой добычи). Также список достаточно мощных источников добычи дополняют:

• Польша
• Англия
• Канада
• Перу
• Соединенные Штаты
• Замбия
• Австралия

Если сравнивать с алюминием и титаном, медь при добыче нередко встречается в необработанном виде, смешанном в породах с другими металлами — золотом, серебром, свинцом.

Также встречаются медьсодержащие минералы — халькоцит, халькопирит, борнит. Несмотря на объёмную добычу меди из недр земли, достаточно большие объёмы производятся методом переработки материалов, к примеру, устаревшего электрооборудования.

Процесс производства химического элемента

Как правило, концентрация меди в руде отмечается на уровне не более 4%. Подавляющее большинство руды составляют отходы. Используются различные процессы для разделения меди и отходов.

Точный характер процесса переработки зависит от металлов и других примесей, смешанных с медью, а также от требований к чистоте конечного продукта. Процесс очистки обычно охватывает несколько этапов разной сложности. Каждая стадия удаления примесей даёт большую концентрацию и улучшение чистоты меди.

Примерно таким выглядит природный медный минерал, встречающийся в процессе добычи популярного химического элемента. Подобные образования отличаются более высоким содержанием вещества

Типичный процесс начинается с функции дробления руды с последующим приготовлением суспензии путём добавления воды. Суспензия загружается в резервуары, смешивается с воздухом и маслянистыми химикатами. Это примеси, помогающие отделить частицы «Cuprum» от других присутствующих минералов.

Затем оставшуюся руду нагревают в большой плавильной печи, где сжигаются оставшиеся примеси. После термообработки остаётся материал — медный штейн, по меньшей мере, содержащий 50% меди.

На следующем этапе проводится второй процесс нагревания медного штейна с кремнеземом и воздухом с целью ещё более «тонкого» удаления отходов. Остаётся переработанный материал — черновая медь, обладающий чистотой более 97%.

Максимально возможную чистоту меди получают электролизом, когда электрический ток пропускается через раствор, содержащий медь. Медь, полученная электролизом, характерна степенью чистоты на уровне 99,9% — идеальный материал для проводки электричества.

Физические свойства меди

Физически медь очень хорошо проводит тепло и электричество. Материал относительно мягкий и легкий. Металл не ржавеет, но подвержен эффекту окисления на открытом воздухе.

Традиционное применение медных проводников в конструкции электрических двигателей. Вместе с тем существует огромный ассортимент медных проводов, в том числе изолированных, скрученных, многожильных, специальных и других

Структура материала допускает значительное усложнение посредством образования более длинных кристаллов. Этим увеличивается общая структура с образованием нечто подобного «арматуре» железобетона.

Какие существуют соединения «Cuprum»?

Несмотря на слабую реакционную способность меди, этот металл допускает создание широкого спектра полезных соединений и сплавов. Когда атомы меди соединяется с атомами других металлов, химически отмечаются два совершенно разных поведения:

1. Образуются соединения Cuprum I
2. Образуются соединения Cuprum II

Двумя наиболее важными соединениями меди являются сульфат меди (II) ярко-синего цвета, используемый в сельском хозяйстве и в медицине, а также хлорид меди (II), применяемый в качестве антисептика древесины, а также в полиграфической и красильной индустрии.

Как получают медные сплавы?

Получение медных сплавов выполняется путём смешивания с одним или несколькими другими металлами. В результат получается новый материал, сочетающий лучшие свойства. Самые известные медные сплавы — бронза и латунь. Металл бронза — сплав, где основой структуры являются медь и олово. Иногда добавляется цинк или свинец.

Продукт на основе никель-медного сплава характеризуется не только улучшенными механическими свойствами, но также демонстрирует улучшенный внешний вид

Бронза существенно твёрже, прочнее и устойчивее (с точки зрения коррозии) чистой меди. Разновидности бронзы отличаются разными пропорциями отмеченных ингредиентов в структуре. Например, твердая бронза для изготовления статуй обычно содержит:

Латунь также представляет сплав меди и обычно содержит 10-50% цинка, в зависимости от предназначения к использованию.

Для чего применим медный металл?

Конкретное применение материалов целиком и полностью зависит от физических и химических свойств, которыми эти материалы обладают. Собственно, в этом кроется суть науки, именуемой материаловедением. Что касается конкретно меди, мягкий, ковкий и пластичный материал проводит электричество и тепло, имеет приятный внешний вид.

Вот почему две основных сферы применения меди – это строительство зданий и производство электрического (электронного) оборудования. Крайне сложно найти электрический (электронный прибор), конструкция которого не содержит меди.

Бытовые и хозяйственные аксессуары, предметы искусства и поделок достаточно часто выполняются на основе медного материала. Получаются очень интересные привлекательные изделия

Поскольку «Cuprum» хороший проводник тепла, этот материал также широко используется в производстве аксессуаров бытовой сферы. Классический пример — кастрюли с медным дном. Учитывая, что металл не ржавеет, актуальным видится применение в качестве покрытий (например, как в своё время для покрытия днищ кораблей). Наконец, производство денег никак не обходится без меди.

Особенности присущие популярному химическому элементу

Практически идеальным электрическим проводником считается именно медный материал. Лучшие свойства проводимости демонстрирует только серебро. Однако по сравнению с медью, проводник серебра – это достаточно дорогое удовольствие.

Поэтому серебряные электрические линии транспорта тока применяются очень ограниченно, в схемах устройств, предъявляющих особые требования к передаче электричества.

Многие живые организмы и природные растения нуждаются в некоторых количествах «Cuprum». Такая природная «добавка» помогает в прямом смысле выживать растениям и организмам.

Если среди живых организмов выделить именно человека, определённые количества меди, поступающей в организм, способствует образованию гемоглобина, ответственного за транспорт кислорода в крови.