Медь: свойства характеристики применение металла

Самородная медь размером около 4 см

Медь

— минерал из класса самородных элементов. В природном минерале обнаруживаются Fe, Ag, Au, As и другие элементы в виде примеси или образующие с Cu твёрдые растворы. Простое вещество медь — это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). Один из первых металлов, широко освоенных человеком из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления. Он входит в семёрку металлов, известных человеку с очень древних времён. Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных.

1. Структура
2. Свойства
3. Запасы и добыча
4. Происхождение
5. Применение
6. Классификация
7. Физические свойства
8. Оптические свойства
9. Кристаллографические свойства

Смотрите так же:

Золото

— структура и физические свойства

Алюминий

— структура и физические свойства

СТРУКТУРА

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.

СВОЙСТВА

Кристаллы самородной меди, Верхнее озеро, округ Кинави, Мичиган, США. Размер 12 х 8,5 см

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

Наряду с осмием, цезием и золотом, медь — один из четырёх металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов. Этот цветовой оттенок объясняется наличием электронных переходов между заполненной третьей и полупустой четвёртой атомными орбиталями: энергетическая разница между ними соответствует длине волны оранжевого света. Тот же механизм отвечает за характерный цвет золота.

Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности среди металлов после серебра). Удельная электропроводность при 20 °C: 55,5-58 МСм/м. Медь имеет относительно большой температурный коэффициент сопротивления: 0,4 %/°С и в широком диапазоне температур слабо зависит от температуры. Медь является диамагнетиком.

Существует ряд сплавов меди: латуни — с цинком, бронзы — с оловом и другими элементами, мельхиор — с никелем и другие.

Добыча медных руд в мире

Медные рудники не сосредоточены в определенных географических зонах, а обнаружены в разных странах. В Америке в штатах Невада и Аризона разрабатывают месторождения халькозина. На Кубе распространены залежи оксида меди – куприта. В Перу ведется добыча хлорида меди.

Источников обогащенных руд в мире почти не осталось, медь добывается уже несколько сотен лет, поэтому все богатые рудники давно уже разработаны. В промышленности приходится применять низкосортные минералы (до 0,5% меди).

Интересно! По объёму мирового производства, медь находится на третьем месте после железа и алюминия.

Страны лидеры по запасам и добыче медной руды

В список стран, богатых медными рудами, входят: Чили, Америка, Китай, Казахстан, Польша, Индонезия, Замбия. Доля РФ в мировой добыче руды составляет 9% (это третье место после Чили и США). По запасам минерала лидирует Чили, в которой находится 33% от мирового объема меди.

Самыми крупными рудниками считаются:

• Рудник Чукикамата (Чили). Разработки ведутся более 100 лет, в течение этого периоды было разработано 26 млн. тонн металла;

Недавно были обнаружены крупные рудники в Перу (Антамина), в Бразилии (Салобу), Казахстане (Нурказган).

Эксперты утверждают, что объем экономически рентабельной меди составляет более 400 млн. тонн. по всему миру.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Образец меди, 13,6 см. Полуостров Кинави, Мичиган, США

Среднее содержание меди в земной коре (кларк) — (4,7-5,5)·10−3% (по массе). В морской и речной воде содержание меди гораздо меньше: 3·10−7% и 10−7% (по массе) соответственно. Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,3 до 1,0 %. Мировые запасы в 2000 году составляли, по оценке экспертов, 954 млн т, из них 687 млн т — подтверждённые запасы, на долю России приходилось 3,2 % общих и 3,1 % подтверждённых мировых запасов. Таким образом, при нынешних темпах потребления запасов меди хватит примерно на 60 лет. Медь получают из медных руд и минералов. Основные методы получения меди — пирометаллургия, гидрометаллургия и электролиз. Пирометаллургический метод заключается в получении меди из сульфидных руд, например, халькопирита CuFeS2. Гидрометаллургический метод заключается в растворении минералов меди в разбавленной серной кислоте или в растворе аммиака; из полученных растворов медь вытесняют металлическим железом.

Соединения меди

Оксид меди CuO (II):

• твердое вещество красно-коричневого цвета, не растворимое в воде, проявляет основные свойства;
• при нагревании в присутствии восстановителей дает свободную медь: CuO + H2 = Cu + H2O;
• оксид меди получают взаимодействием меди с кислородом или разложением гидроксида меди (II): O2 + 2Cu = 2CuO; Cu(OH)2 = CuO + H2O.

Гидроксид меди Cu(OH2)(II):

• кристаллическое или аморфное вещество голубого цвета, нерастворимое в воде;
• разлагается на воду и оксид меди при нагревании;
• реагирует с кислотами, образуя соответствующие соли: Cu(OH2) + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O;
• реагирует с растворами щелочей, образуя купраты — комплексные сооединения ярко-синего цвета: Cu(OH2) + 2KOH = K2[Cu(OH)4].

Более подробно о соединениях меди см. Оксиды меди.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

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).

Как разрабатывают залежи медных руд

Разного рода породы, содержащие Cu, как и самородки, могут добываться на планете по двум основным технологиям:

• закрытой;
• открытой.

В первом случае на месторождении строятся шахты, протяженность которых может достигать нескольких километров. Для перемещения рабочих и техники такие подземные туннели оснащаются лифтами и железнодорожными путями. Дробление породы в шахтах производится с использованием специального бурового оборудования, имеющего шипы. Забор медной руды и ее погрузка для отправки наверх осуществляются с применением ковшей.

Если залежи находятся не далее 400-500 м от поверхности земли, их добыча ведется открытым методом. В этом случае на месторождении сначала снимается пласт верхней породы с использованием взрывных устройств. Далее постепенно вынимается собственно сама медная руда.

Это интересно: Навес маркиза

ПРИМЕНЕНИЕ

Браслеты из меди

Из-за низкого удельного сопротивления, медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмотках энергосберегающих электроприводов и силовых трансформаторов. Другое полезное качество меди — высокая теплопроводность. Это позволяет применять её в различных теплоотводных устройствах, теплообменниках, к числу которых относятся и широко известные радиаторы охлаждения, кондиционирования и отопления. В разнообразных областях техники широко используются сплавы с использованием меди, самыми широко распространёнными из которых являются упоминавшиеся выше бронза и латунь. Оба сплава являются общими названиями для целого семейства материалов, в которые помимо олова и цинка могут входить никель, висмут и другие металлы. В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациям и истиранию, так как чистое золото очень мягкий металл и нестойко к этим механическим воздействиям. Прогнозируемым новым массовым применением меди обещает стать её применение в качестве бактерицидных поверхностей в лечебных учреждениях для снижения внутрибольничного бактериопереноса: дверей, ручек, водозапорной арматуры, перил, поручней кроватей, столешниц — всех поверхностей, к которым прикасается рука человека.

Медь (англ. Copper) — Cu

Применение металла: от телеграфа до фейерверков

Широкое применение меди началось после изобретения телеграфа. Понадобились огромные объемы металла для телеграфных проводов. С этого времени наш герой не покидает первого места в рейтинге электротехнических металлов.

Применение меди основано на ее свойствах. Электропроводка в старых домах; сейчас дорогой металл заменяют на дешевый алюминий. А вот в приборах медные проводки присутствуют. Компьютеры оснащены медными теплоотводами.

Рекомендуем: НИКЕЛЬ — «пасынок» в семье серебристых металлов

Сантехническое оборудование, холодильная техника, кондиционеры — везде задействован цветной металл с его замечательными свойствами.

Корабли и кораблики гордятся медными трубопроводами (в них течет жидкость и газ).

А во многих странах медные трубы применяют для водо- и газоснабжения зданий.

Без меди не будет твердого припоя (это «клей» для металлов).

Диоскурид писал: «Из детской мочи и кипрской меди приготовляется припой для золота».

Япония считает медные трубы газопроводов сейсмостойкими.

Медь применяют как лигатуру для золотых сплавов; чистое золото слишком мягкий и склонный к истиранию металл.

Оранжевый цветной металл дает синий цвет пиротехническим изделиям.

Срок эксплуатации медных изделий достигает 200 и больше лет.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Запасы в природе

Где можно добыть медь в дикой природе сегодня? На настоящий момент залежи этого популярного металла открыты на всех континентах Земли. При этом запасы Cu считаются практически неограниченными. Геологи в наше время находят все новые месторождения чистой меди, а также содержащих ее руд. К примеру, в 1950 г. мировые резервы этого металла составляли 90 млн тонн. К 1970 г. этот показатель уже увеличился до 250 млн т, а к 1998 г — до 340 млн т. На настоящий момент считается, что запасы меди на планете составляют более 2.3 млрд тонн.

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Химический состав литой и деформированной меди

По соглашению с потребителем допускается изготовление меди марки М0б с массовой долей кислорода не более 0,002%.

В обозначение меди марок М1 и М1р, предназначенной для электротехнической промышленности и подлежащей испытаниям на электропроводность, дополнительно включают букву Е.

Возможно согласование массовой доли элементов, не указанной в таблице.

Требования к физическим свойствам меди — удельному электрическому сопротивлению, спиральному удлинению (способности к рекристаллизации при заданных параметрах термической обработки), механическим свойствам устанавливают в стандартах на конкретные вилы продукции и (или) соглашением сторон.