Kujnosť medi. Charakteristika medi

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 05:40

Kujnosť sa vzťahuje na náchylnosť kovov a zliatin na kovanie a iné typy tlakového spracovania. Môže to byť kreslenie, razenie, valcovanie alebo lisovanie. Ťažnosť medi sa vyznačuje nielen odolnosťou proti deformácii, ale aj ťažnosťou. Čo je plasticita? Toto je schopnosť kovu meniť svoje obrysy pod tlakom bez zničenia. Kujné kovy sú mosadz, oceľ, dural a niektoré ďalšie zliatiny medi, horčíka, niklu a hliníka. Sú to tie, ktoré majú vysokú úroveň plasticity v kombinácii s nízkou odolnosťou voči deformácii.

Meď

Zaujímalo by ma, ako vyzerá charakteristika medi? Je známe, že ide o prvok 11. skupiny 4. obdobia sústavy chemických prvkov D. I. Mendelejeva. Jeho atóm má číslo 29 a označuje sa symbolom Cu. V skutočnosti ide o prechodný tvárny kov ružovo-zlatej farby. Mimochodom, ak chýba oxidový film, má ružovú farbu. Tento prvok ľudia používajú už dlho.

História

Jedným z prvých kovov, ktoré ľudia začali aktívne využívať vo svojich domácnostiach, je meď. V skutočnosti je príliš prístupná na získanie z rudy a má malúteplota topenia. Ľudstvo už dlho pozná sedem kovov, medzi ktoré patrí aj meď. V prírode je tento prvok oveľa bežnejší ako striebro, zlato alebo železo. Staroveké predmety vyrobené z medi, trosky, sú dôkazom jej tavenia z rúd. Boli objavené počas vykopávok v dedine Chatal-Khuyuk. Je známe, že v dobe medenej sa medené veci rozšírili. Vo svetových dejinách nasleduje tú kamennú.

S. A. Semjonov a jeho kolegovia uskutočnili experimentálne štúdie, v ktorých zistil, že medené nástroje sú v mnohých smeroch lepšie ako kamenné. Majú vyššiu rýchlosť hobľovania, vŕtania, rezania a pílenia dreva. A spracovanie kosti medeným nožom trvá rovnako dlho ako kamenným. Ale meď sa považuje za mäkký kov.

V staroveku veľmi často namiesto medi používali jej zliatinu s cínom – bronz. Bolo to potrebné na výrobu zbraní a iných vecí. Doba bronzová teda nahradila dobu medenú. Bronz bol prvýkrát získaný na Blízkom východe v roku 3000 pred Kristom. AD: Ľuďom sa páčila pevnosť a vynikajúca kujnosť medi. Z výsledného bronzu vznikli nádherné pracovné a lovecké nástroje, riad a dekorácie. Všetky tieto predmety sa nachádzajú v archeologických vykopávkach. Potom bola doba bronzová nahradená dobou železnou.

Ako sa v staroveku dala získať meď? Spočiatku sa ťažil nie zo sulfidu, ale z malachitovej rudy. V tomto prípade skutočne nebolo potrebné zapojiť sa do predbežnej streľby. K tomu sa zmes uhlia a rudy vložila do hlinenej nádoby. Nádoba bola umiestnená vplytký otvor a zmes sa zapálila. Potom sa začal uvoľňovať oxid uhoľnatý, čo prispelo k redukcii malachitu na voľnú meď.

Je známe, že už v treťom tisícročí pred Kristom boli na Cypre vybudované medené bane, kde sa tavila meď.

Na území Ruska a susedných štátov vznikli medené bane dve tisícročia pred naším letopočtom. e. Ich ruiny sa nachádzajú na Urale, na Ukrajine, v Zakaukazsku, na Altaji a na vzdialenej Sibíri.

Priemyselné tavenie medi bolo zvládnuté v 13. storočí. A v pätnástom v Moskve vznikol Cannon Yard. Práve tam boli z bronzu odlievané zbrane rôznych kalibrov. Na výrobu zvonov sa spotrebovalo neskutočné množstvo medi. V roku 1586 bolo cárske delo odliate z bronzu, v roku 1735 - cársky zvon, v roku 1782 bol vytvorený bronzový jazdec. V roku 752 vyrobili remeselníci nádhernú sochu Veľkého Budhu v chráme Todai-ji. Vo všeobecnosti je zoznam diel zlievárenského umenia nekonečný.

V osemnástom storočí človek objavil elektrinu. Vtedy sa do výroby drôtov a podobných výrobkov začali dostávať obrovské objemy medi. V dvadsiatom storočí sa drôty vyrábali z hliníka, ale meď mala stále veľký význam v elektrotechnike.

Pôvod mena

Viete, že Cuprum je latinský názov pre meď odvodený od názvu ostrova Cyprus? Mimochodom, Strabón nazýva medené chalkos - mesto Chalkis na Euboea je vinné za pôvod takéhoto názvu. Väčšina starogréckych názvov medi abronzové predmety vznikli práve z tohto slova. Široké uplatnenie našli v kováčstve, medzi kováčskymi výrobkami a odliatkami. Meď sa niekedy nazýva Aes, čo znamená ruda alebo baňa.

Slovanské slovo „meď“nemá výraznú etymológiu. Možno je to staré. Veľmi často sa však nachádza v najstarších literárnych pamiatkach Ruska. V. I. Abaev predpokladal, že toto slovo pochádza z názvu krajiny Midia. Alchymisti prezývali meď „Venuša“. V dávnejších dobách sa nazýval „Mars“.

Kde sa meď nachádza v prírode?

Zemská kôra obsahuje (4, 7-5, 5) x 10^-3 % medi (hmotnostných). V riečnej a morskej vode je to oveľa menej: 10^-7% a 3 x 10^-7% (hmotn.).

Zlúčeniny medi sa často vyskytujú v prírode. Priemysel používa chalkopyrit CuFeS₂, nazývaný pyrit medi, bornit Cu₅FeS₄, chalkocit Cu ₂S. Zároveň ľudia nachádzajú ďalšie minerály medi: kuprit Cu₂O, azurit Cu₃(CO₃₎ 2_(OH)2_{, malachit Cu}2_CO3 _(OH)2 _{a Covelline CuS. Hmotnosť jednotlivých nahromadení medi veľmi často dosahuje 400 ton. Sulfidy medi vznikajú najmä v hydrotermálnych strednoteplotných žilách. Často sa v sedimentárnych horninách nachádzajú ložiská medi - bridlice a medené pieskovce. Najznámejšie ložiská sú v Transbajkalskom území Udokan, Zhezkazgan v Kazachstane, Mansfeld v Nemecku a medový pás strednej Afriky. Nachádzajú sa tu ďalšie najbohatšie ložiská mediv Čile (Colhausi a Escondida) a USA (Morenci).}

Väčšina medenej rudy sa ťaží povrchovo. Obsahuje 0,3 až 1,0 % medi.

Fyzikálne vlastnosti

Mnohých čitateľov zaujíma popis medi. Ide o tvárny ružovo-zlatý kov. Na vzduchu je jeho povrch okamžite pokrytý oxidovým filmom, ktorý mu dodáva zvláštny intenzívny červeno-žltý odtieň. Je zaujímavé, že tenké vrstvy medi majú modrozelenú farbu.

Osmium, cézium, meď a zlato majú rovnakú farbu, odlišnú od sivej alebo striebra iných kovov. Tento farebný odtieň naznačuje prítomnosť elektronických prechodov medzi štvrtým poloprázdnym a zaplneným tretím atómovým orbitálom. Medzi nimi je určitý energetický rozdiel zodpovedajúci vlnovej dĺžke oranžovej. Rovnaký systém je zodpovedný za špecifickú farbu zlata.

Čo je ešte úžasné na medi? Tento kov tvorí plošne centrovanú kubickú mriežku, priestorová skupina Fm3m, a=0,36150 nm, Z=4.

Meď je známa aj svojou vysokou elektrickou a tepelnou vodivosťou. Z hľadiska vedenia prúdu je medzi kovmi na druhom mieste. Mimochodom, meď má obrovský teplotný koeficient odporu a je takmer nezávislá od jej výkonu v širokom rozsahu teplôt. Meď sa nazýva diamagnet.

Zliatiny medi sú rôznorodé. Ľudia sa naučili kombinovať mosadz so zinkom a nikel s kupronikelom a olovo s babbitmi,a bronz s cínom a inými kovmi.

Izotopy medi

Meď sa skladá z dvoch stabilných izotopov, ⁶³Cu a ⁶⁵Cu, ktoré majú 69,1 a 30,9 percent atómov. Vo všeobecnosti existuje viac ako dva tucty izotopov, ktoré nemajú stabilitu. Najdlhší izotop je ⁶⁷Cu s polčasom rozpadu 62 hodín.

Ako sa získava meď?

Výroba medi je veľmi zaujímavý proces. Tento kov sa získava z minerálov a medených rúd. Základné metódy získavania medi sú hydrometalurgia, pyrometalurgia a elektrolýza.

Uvažujme o pyrometalurgickej metóde. Týmto spôsobom sa meď získava zo sulfidových rúd, napríklad chalkopyrit CuFeS₂. Chalkopyritová surovina obsahuje 0,5-2,0% Cu. Najprv sa pôvodná ruda podrobí flotačnému obohateniu. Potom sa oxiduje a praží pri teplote 1400 stupňov. Ďalej sa kalcinovaný koncentrát roztaví na mat. Oxid kremičitý sa pridáva do taveniny na viazanie oxidu železa.

Výsledný kremičitan vypláva nahor ako troska a oddelí sa. Na dne zostáva mat - zliatina sulfidov CU₂S a FeS. Potom sa roztaví podľa metódy Henryho Bessemera. Za týmto účelom sa do konvertora naleje roztavený klát. Nádoba sa potom prepláchne kyslíkom. A sulfid železa, ktorý zostane, sa oxiduje na oxid a pomocou oxidu kremičitého sa odstraňuje z procesu vo forme kremičitanu. Sulfid meďnatý sa neúplne oxiduje na oxid meďnatý, ale potom sa redukuje na kovovú meď.

Bvýsledná blisterová meď obsahuje 90,95 % kovu. Potom sa podrobí elektrolytickému čisteniu. Je zaujímavé, že ako elektrolyt sa používa okyslený roztok síranu meďnatého.

Na katóde sa tvorí elektrolytická meď, ktorá má vysokú frekvenciu asi 99,99%. Zo získanej medi sa vyrábajú rôzne predmety: drôty, elektrické zariadenia, zliatiny.

Hydrometalurgická metóda vyzerá trochu inak. Tu sa minerály medi rozpúšťajú v zriedenej kyseline sírovej alebo v roztoku amoniaku. Z pripravených kvapalín je meď vytláčaná kovovým železom.

Chemické vlastnosti medi

V zlúčeninách meď vykazuje dva oxidačné stavy: +1 a +2. Prvý z nich má tendenciu k disproporcionácii a je stabilný iba v nerozpustných zlúčeninách alebo komplexoch. Mimochodom, zlúčeniny medi sú bezfarebné.

Oxidačný stav +2 je stabilnejší. Je to ona, ktorá dáva soľ modrú a modrozelenú farbu. Za neobvyklých podmienok možno pripraviť zlúčeniny s oxidačným stavom +3 a dokonca +5. Ten sa zvyčajne nachádza v aniónových soliach cupbororanu získaných v roku 1994.

Čistá meď sa na vzduchu nemení. Je to slabé redukčné činidlo, ktoré nereaguje so zriedenou kyselinou chlorovodíkovou a vodou. Oxidovaný koncentrovanými kyselinami dusičnou a sírovou, halogénmi, kyslíkom, aqua regia, oxidmi nekovov, chalkogénmi. Pri zahrievaní reaguje s halogenovodíkmi.

Ak je vzduch vlhký, meď oxiduje za vzniku zásaditého uhličitanu meďnatého. Skvele reaguje so studenou a horúcou nasýtenou kyselinou sírovou, horúcou bezvodou kyselinou sírovou.

Meď reaguje so zriedenou kyselinou chlorovodíkovou v prítomnosti kyslíka.

Analytická chémia medi

Každý vie, čo je chémia. Meď v roztoku sa dá ľahko zistiť. Na tento účel je potrebné navlhčiť platinový drôt testovacím roztokom a potom ho priviesť do plameňa Bunsenovho horáka. Ak je v roztoku prítomná meď, plameň bude modrozelený. Musíte vedieť, že:

• Obvykle sa množstvo medi v mierne kyslých roztokoch meria pomocou sírovodíka: zmiešava sa s látkou. V tomto prípade sa spravidla vyzráža sulfid meďnatý.
• V roztokoch, kde nie sú žiadne interferujúce ióny, sa meď stanovuje komplexometricky, ionometricky alebo potenciometricky.
• Malé množstvá medi v roztokoch sa merajú spektrálnymi a kinetickými metódami.

Použitie medi

Súhlasím, štúdium medi je veľmi zábavná vec. Takže tento kov má nízky odpor. Vďaka tejto kvalite sa meď používa v elektrotechnike na výrobu silových a iných káblov, drôtov a iných vodičov. Medené drôty sa používajú vo vinutiach výkonových transformátorov a elektrických pohonov. Na vytvorenie vyššie uvedených produktov sa kov vyberá veľmi čistý, pretože nečistoty okamžite znižujú elektrickú vodivosť. A ak je v medi 0,02 % hliníka, jej elektrická vodivosť sa zníži o 10 %.

Druhou užitočnou kvalitou medi jevynikajúca tepelná vodivosť. Vďaka tejto vlastnosti sa používa v rôznych výmenníkoch tepla, tepelných trubiciach, chladičoch a počítačových chladičoch.

A kde sa používa tvrdosť medi? Je známe, že bezšvíkové okrúhle medené rúrky majú pozoruhodnú mechanickú pevnosť. Dokonale odolávajú mechanickému spracovaniu a používajú sa na pohyb plynov a kvapalín. Zvyčajne sa nachádzajú vo vnútorných systémoch zásobovania plynom, zásobovaní vodou, kúrením. Sú široko používané v chladiacich jednotkách a klimatizačných systémoch.

Vynikajúca tvrdosť medi je známa mnohým krajinám. Takže vo Francúzsku, Spojenom kráľovstve a Austrálii sa medené potrubia používajú na zásobovanie budov plynom, vo Švédsku - na vykurovanie, v USA, Veľkej Británii a Hong Kongu - je to hlavný materiál na zásobovanie vodou.

V Rusku je výroba medených rúr na vodu a plyn regulovaná normou GOST R 52318-2005 a ich používanie upravuje federálny kódex pravidiel SP 40-108-2004. Rúry vyrobené z medi a jej zliatin sa aktívne používajú v energetickom priemysle a stavbe lodí na prepravu pary a kvapalín.

Viete, že zliatiny medi sa používajú v rôznych oblastiach techniky? Z nich sa za najznámejšie považujú bronz a mosadz. Obe zliatiny zahŕňajú kolosálnu rodinu materiálov, ktoré okrem zinku a cínu môžu zahŕňať aj bizmut, nikel a iné kovy. Napríklad delový kov, ktorý sa do devätnásteho storočia používal na výrobu diel, pozostával z medi, cínu a zinku. Jeho recept sa menil v závislosti od miesta ačas výroby nástroja.

Každý pozná vynikajúcu spracovateľnosť a vysokú ťažnosť medi. Vďaka týmto vlastnostiam ide do výroby nábojov do zbraní a delostreleckej munície neskutočné množstvo mosadze. Je pozoruhodné, že autodiely sú vyrobené zo zliatin medi s kremíkom, zinkom, cínom, hliníkom a inými materiálmi. Zliatiny medi sa vyznačujú vysokou pevnosťou a pri tepelnom spracovaní si zachovávajú svoje mechanické vlastnosti. Ich odolnosť proti opotrebovaniu je určená len chemickým zložením a jeho vplyvom na štruktúru. Upozorňujeme, že toto pravidlo neplatí pre berýliový bronz a niektoré hliníkové bronzy.

Zliatiny medi majú nižší modul pružnosti ako oceľ. Ich hlavnou výhodou možno nazvať malý koeficient trenia, kombinovaný pre väčšinu zliatin s vysokou ťažnosťou, vynikajúcou elektrickou vodivosťou a vynikajúcou odolnosťou proti korózii v agresívnom prostredí. Spravidla ide o hliníkové bronzy a zliatiny medi a niklu. Mimochodom, našli svoje uplatnenie v slipových pároch.

Prakticky všetky zliatiny medi majú rovnaký koeficient trenia. Zároveň odolnosť proti opotrebeniu a mechanické vlastnosti, správanie v agresívnom prostredí priamo závisia od zloženia zliatin. V jednofázových zliatinách sa používa ťažnosť medi a v dvojfázových zliatinách sa používa pevnosť. Kupronikel (zliatina medi a niklu) sa používa na razenie drobných mincí. Pri stavbe lodí sa používajú zliatiny medi a niklu, vrátane "admirality". Vyrábajú sa z nich rúrky pre kondenzátory, ktoré čistia paru z výfuku turbín. Je pozoruhodné, že turbíny sú chladené vonkajšou vodou. Zliatiny medi a niklu majú úžasnú odolnosť proti korózii, preto sú vyhľadávané v oblastiach vystavených agresívnym účinkom morskej vody.

V skutočnosti je meď najdôležitejšou zložkou tvrdých spájok – zliatin s teplotou topenia 590 až 880 stupňov Celzia. Práve oni majú vynikajúcu priľnavosť k väčšine kovov, vďaka čomu sa používajú na pevné spojenie rôznych kovových častí. Môžu to byť potrubné armatúry alebo prúdové motory na kvapalné palivo vyrobené z rôznych kovov.

A teraz uvádzame zoznam zliatin, v ktorých má kujnosť medi veľký význam. Dural alebo dural je zliatina hliníka a medi. Tu je obsah medi 4,4%. V šperkoch sa často používajú zliatiny medi a zlata. Sú potrebné na zvýšenie pevnosti výrobkov. Čisté zlato je totiž veľmi mäkký kov, ktorý nedokáže odolávať mechanickému namáhaniu. Položky vyrobené z čistého zlata sa rýchlo deformujú a odierajú.

Zaujímavé je, že oxidy medi sa používajú na výrobu oxidu ytria-bária-meď. Slúži ako základ pre výrobu vysokoteplotných supravodičov. Meď sa tiež používa na výrobu batérií a elektrochemických článkov z oxidu medi.

Iné aplikácie

Viete, že meď sa často používa ako katalyzátor na polymerizáciu acetylénu? Vďaka tejto vlastnosti sú povolené medené potrubia používané na prepravu acetylénupoužívajte len vtedy, ak obsah medi v nich nepresahuje 64 %.

Ľudia sa naučili využívať kujnosť medi v architektúre. Fasády a strechy z najtenšieho medeného plechu slúžia bezproblémovo 150 rokov. Tento jav je vysvetlený jednoducho: v medených plechoch proces korózie automaticky zhasne. V Rusku sa medený plech používa na fasády a strechy v súlade s normami Federálneho kódexu pravidiel SP 31-116-2006.

V nie príliš vzdialenej budúcnosti ľudia plánujú používať meď ako germicídne povrchy na klinikách, aby zabránili baktériám v pohybe v interiéri. Všetky povrchy, ktorých sa dotkne ľudská ruka – dvere, kľučky, zábradlia, vodovodné armatúry, dosky, postele – budú vyrobené odborníkmi iba z tohto úžasného kovu.

Značenie medi

Aké druhy medi používa človek na výrobu produktov, ktoré potrebuje? Je ich veľa: M00, M0, M1, M2, M3. Vo všeobecnosti sa druhy medi identifikujú podľa čistoty ich obsahu.

Napríklad druhy medi M1r, M2r a M3r obsahujú 0,04 % fosforu a 0,01 % kyslíka a triedy M1, M2 a M3 - 0,05 – 0,08 % kyslíka. V stupni M0b nie je žiadny kyslík a v MO je jeho percento 0,02 %.

Poďme sa teda bližšie pozrieť na meď. Tabuľka nižšie poskytne presnejšie informácie:

Stupeň medi	M00	M0	M0b	M1	M1p	M2	M2r	M3	M3r	M4
Percentage contents meď	99, 99	99, 95	99, 97	99, 90	99, 70	99, 70	99, 50	99, 50	99, 50	99, 00

27 druhov medi

Celkovo existuje dvadsaťsedem druhov medi. Kde človek používa také množstvo medených materiálov? Zvážte túto nuanciu podrobnejšie:

• Materiál Cu-DPH sa používa na výrobu armatúr potrebných na spojenie potrubí.
• AMF je potrebný na vytvorenie anód valcovaných za tepla a za studena.
• AMPU sa používa na výrobu anód valcovaných za studena a za tepla.
• M0 je potrebný na vytvorenie prúdových vodičov a vysokofrekvenčných zliatin.
• Materiál M00 sa používa na výrobu vysokofrekvenčných zliatin a prúdových vodičov.
• M001 sa používa na výrobu drôtov, pneumatík a iných elektrických výrobkov.
• M001b sa vyžaduje na výrobu elektrických výrobkov.
• M00b sa používa na vytváranie prúdových vodičov, vysokofrekvenčných zliatin a zariadení pre elektrovákuový priemysel.
• M00k - surovina na vytváranie deformovaných a odlievaných polotovarov.
• M0b sa používa na vytváranie vysokofrekvenčných zliatin.
• M0k sa používa na výrobu odlievaných a deformovaných polotovarov.
• M1 potrebný na výrobudrôt a produkty kryogénnej technológie.
• M16 sa používa na výrobu zariadení pre vákuový priemysel.
• M1E je potrebný na vytvorenie fólie a pásu valcovaného za studena.
• M1k je potrebný na vytváranie polotovarov.
• M1op sa používa na výrobu drôtu a iných elektrických výrobkov.
• M1p sa používa na výrobu elektród používaných na zváranie liatiny a medi.
• M1pE je potrebný na výrobu pásov a fólií valcovaných za studena.
• M1u sa používa na vytváranie anód valcovaných za studena a za tepla.
• M1f je potrebný na vytvorenie pásky, fólie, plechov valcovaných za tepla a za studena.
• M2 sa používa na výrobu vysokokvalitných zliatin na báze medi a polotovarov.
• M2k sa používa na výrobu polotovarov.
• M2p je potrebný na výrobu tyčiniek.
• M3 je potrebný na výrobu valcovaných výrobkov, zliatin.
• M3r sa používa na vytváranie valcovaných výrobkov a zliatin.
• MB-1 je potrebný na vytvorenie bronzov s obsahom berýlia.
• MSr1 sa používa na výrobu elektrických konštrukcií.