Медь − что это: свойства, характеристики, сплавы и применение


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.

Что такое медь

медные аноды

Даже школьники могут рассказать про медь: какое это вещество, какого цвета, что из нее делают. В таблице Менделеева этот химический элемент обозначается символом Cu, находится в 11-й группе 4 периода под №29. Ближайшие соседи – золото и серебро. По-английски медь называется copper, по-латыни – «купрум» (Cuprum), в честь острова Кипр, где были найдены крупные месторождения этого вещества. Происхождение русского названия неизвестно.

Объяснить кратко, что такое медь, можно так: это переходной мягкий металл красно-розового цвета, с атомным номером 29.

Медь в природе

По подсчетам, процентное содержание меди в земной коре (4,7-5,5) ·10−3%. В свободном виде ее можно встретить редко, только в виде самородков (отдельные экземпляры весят до 400 т), образующихся путем окисления медных руд. В них ее процентное содержание составляет 98-100%. Есть и другие медьсодержащие минералы, их более 200. Среди них несколько особенно богатых на медь (в скобках указано содержание Cu):

  • голубовато-зеленая хризоколла (36%);
  • золотисто-зеленый халькопирит (34%);
  • зеленый малахит (57,4%);
  • индиговый и медно-красный борнит (55-65%);
  • свинцово-черный халькозин (80%);
  • всех оттенков зеленого брошантит (56%);
  • темно-красный куприт (до 89%).

В меденосных же рудах содержание Cu не превышает 6%.

Природные минералы, содержащие медь

Борнит. Сульфидная руда, ее состав определяет выражение Cu5FeS4. Различают два полиморфных вида – низкотемпературный и высокотемпературный. Температура плавления которых, соответственно, меньше или больше 228 градусов.

Борнит

Существует ранний неустойчивый сульфид, легко разрушаемый водой и ветром. Другой тип – эндогенный, имеет непостоянный химический состав за счет примесей таких элементов как галенит, пирит, халькозин, халькопирит. Борнит называют пестрым колчеданом. Характеристика этих минералов зависит от их происхождения.

Сульфид

Халькопирит. Формулой CuFeS2 определяется его состав. Известен под названием медный колчедан. Относится к полиметаллическим. Может существовать в виде скарн и горных грейзенов.

Халькопирит

Халькозин. Содержит 79,8% меди и 20,2% серы. Очень красивый, зеркальная поверхность имеет сероватый оттенок, бывает черным.

Халькозин

Существуют редкие ископаемые, содержащие элементы меди:

  • куприт (Cu2O), оксид, замечен среди месторождений малахита и самородков;
  • ковеллин, содержит 66,5% основного элемента и серу. Впервые найден в окружении вулкана Везувий. Добывается в США, Греции, Чили;
  • малахит. Камень, который применяется для различных поделок. Полиметаллическая руда. Нижний Тагил – место больших залежей этого минерала;
  • азурит. Это лазурь, камень синего цвета. Основные места его добычи – Африка, Австралия, Англия, Балканские страны. Залегает вблизи сульфидных месторождений.

Медно-порфировые формы включают молибден, золото, халькопирит, пирит. Их находят в залежах небогатых горных пород. Имеют форму прожилковых вкраплений штокверкового типа.

Запасы, добыча

Разведанных мировых запасов медных руд – миллиарды тонн. Ученые надеются, что земные недра таят в себе еще 3 млрд т. Самые богатые рудники – Чукикамата и Эль-Теньенте – находятся в Чили, крупнейшем производителе меди (в 2021 г. 27% мирового производства).

Крупные месторождения найдены в США, Канаде, Иране, Казахстане, на юге Африки. В России сосредоточено 3% мировых запасов. Залежи меди найдены на Урале, в Забайкалье, Красноярском крае.

Желательно, чтобы руда содержала не менее 0,5-1% чистой меди. Добывают ее в шахтах и открытым способом (для залежей, расположенных на глубине 400-500 м). Мировая добыча в 2021 г. составила 20,6 млн т, из них четверть – чилийского происхождения.

История происхождения и месторождения камня халькопирит

В природе чистых залежей халькопирита не существует. Этот минерал можно обнаружить сросшимся с кварцем, малахитом, хризолитом, реже с топазом, азуритом, магнетитом.

Образуется в процессе взаимодействия водных растворов, высокой температуры и давления, которые происходят на средней и малой глубине земной коры.

Халькопирит используется человеком с давних времен, и считается одним из самых старейших медных образований на планете.

Формируется халькопирит и среди осадочных пород. Минерал выделяется из поверхностных вод богатых медным купоросом и соединениями меди. Халькопирит — камень, который образуется и в результате кристаллизации основных и кислых магм. Встречается медный колчедан и вулканического происхождения. Данный камень не обладает повышенной устойчивостью к неблагоприятным внешним факторам, попадая в близповерхностные условия, он быстро разрушается и образует вторичные минералы меди.

В России его добывают на Урале, Кольском полуострове, недалеко от Норильска. Самые интересные и большие месторождения минерала находятся в Болгарии и Польше.

Залежи медного колчедана также есть в:

  • Северной Америке;
  • Канаде;
  • Чили;
  • Перу;
  • Замбии;
  • Заире.

Халькопирит добывают на территории Франции, Казахстана, Грузии, Мексики, Австралии, Японии, а именно на острове Хонсю.

Из чего делают медь

Источниками для получения меди являются руды, минералы и вторичное сырье. Из руды металл получают двумя методами:

  • Пирометаллургический (основной). Сырье меди обогащают и подвергают флотации и обжигу. Таким способом из медной руды делают концентраты, содержащие 8-25% Cu. Затем следует окислительный обжиг, плавка, продувка и рафинирование, когда медь очищается от примесей. Попутно извлекаются драгоценные металлы. Метод годится даже для руд, в которых содержание меди не дотягивает до 0,5%.
  • Гидрометаллургический. Металл выщелачивается серной кислотой, а затем выделяется из полученного раствора. Применяется для бедных руд, без возможности получения драгметаллов.

Вторичное сырье поддается предварительной обработке, затем переплавке. Из него получается металл с содержанием меди 99%.

Технологии производства

Добытая руда имеет низкую концентрацию меди. Для получения одной тонны металла в среднем понадобится 200 тонн руды. Для его извлечения современная металлургическая промышленность применяет следующие технологии:

  • гидрометаллургическая;
  • пирометаллургическая;
  • электролиз.

Пирометаллургический метод обогащения породы использует для переработки халькопирит. Эта распространенная технология использует два этапа работы. Первое – окислительный обжиг, так называемая флотация. Получаемый черновой концентрат содержит 10–35% чистого вещества. Затем производят рафинирование меди и добавление купороса к раствору. В результате выделяют цветной металл почти стопроцентной чистоты.

Пирометаллургический метод обогащения

При гидрометаллургическом способе происходит выщелачивание металла, затем добавляется серная кислота. В итоге получают раствор, в котором выделяется медь и различные металлы, могут быть драгоценные. Эта технология применима для производства меди из бедных пород.

Гидрометаллургический метод обогащения

Для окислительного обжига минералов с высоким содержанием серы нагревают руду до 700–8000 градусов, при этом количество серы уменьшается вдвое. Получается сплав сульфидов. Боковой обдув в конвекторе позволяет получить черновую медь 91%. Для более высокой чистоты металла происходит электролитическое рафинирование, получают 99% состав.

Электролиз

В промышленности этот элемент в чистом виде практически не применяется. Больше всего известны сплавы:

  • латунь – сплав с цинком;
  • бронза – с оловом;
  • различные баббиты – сплав со свинцом;
  • мельхиор – в состав добавлен никель;
  • дюраль – соединение с алюминием;
  • ювелирные сплавы, где добавляется золото в различных процентных соотношениях.

Свойства меди

Любой материал обладает химическими и физическими свойствами. Первые определяют, в какие химические реакции вступает данное вещество, вторые можно измерить, потрогать, прочувствовать.

ФизическиеХимические
яркая цветовая окраска, несвойственная металлам (она характерна также для золота, осмия и цезия). естественный цвет химического элемента cu – золотисто-розовый, в отраженном свете – розовато-белый. на воздухе медь покрывается тончайшей окисной пленкой желтовато-красного оттенка, которая на просвете становится зеленовато-голубой.cu – малоактивный металл. при нормальных условиях (760 мм рт. ст., 0°c) и низкой влажности она не окисляется, но в присутствии воды, кислорода и оксида углерода покрывается зеленой пленкой карбоната гидроксомеди.
высокая электропроводность (удельное сопротивление 0,0176 ом·мм2/м). этим качеством среди известных металлов она уступает только лишь серебру.cu – малоактивный металл. при нормальных условиях (760 мм рт. ст., 0°c) и низкой влажности она не окисляется, но в присутствии воды, кислорода и оксида углерода покрывается зеленой пленкой карбоната гидроксомеди.
температура плавления 1083°c (группа среднеплавких металлов). у золота tпл. = 1063°c.вступает в химические реакции с азотной кислотой (разбавленной и концентрированной), с концентрированной серной – только при нагревании. на купрум не действуют щелочи.
температура кипения 2568 °c.
теплоемкость 380 дж/(кг·к). такая же теплоемкость у медных сплавов.
высокая пластичность и ковкость меди. это третий показатель после золота и серебра – самых пластичных металлов. из купрум можно выковать предмет с самым сложным геометрическим профилем.
мягкость. для сравнения: если показатель твердости инструментальной стали по роксвеллу равен 700 нв, то для cu – 35. медную пластину можно раскатать до микронной толщины. мягкая не только медь, но и ее сплавы.
средняя прочность. показатель этого параметра – 200-250 мпа (для сравнения: титан – 580 мпа, свинец – 18 мпа).
плотность 8920 кг/м3, удельный вес 8,92 г/см3.

Указанные свойства изменяются, в зависимости от вида термической обработки. Для улучшения физико-механических характеристик (прочность, текучесть, антикоррозийные свойства, легкость обработки и др.) используют легирующие добавки.

Как хранить и отличить от подделки

Халькопирит требует бережного обращения и хранения. Недопустимо соприкосновение изделий из него с другими ювелирными украшениями. Для минерала рекомендуется приобретать специальный стеклянный колпак, который его надежно защитит. А при появлении оксидной пленки сразу ее удалять сухой салфеткой.

Отличить медный колчедан от подделки несложно. Для этого достаточно провести по его поверхности острым предметом и посмотреть на оттенок царапины. У настоящего камня она должна быть зеленовато-черной, а преобладание желтого цвета является признаком золота. При наличии другого оттенка можно с уверенностью сказать, что это подделка.

Также необходимо учитывать, что халькопирит имеет тусклый цвет. И даже при ярком свете этот минерал не имеет насыщенного яркого оттенка. При ударе медный колчедан распадается на множество мелких осколков, которые имеют неровную поверхность и очертания. Отличить натуральный камень от подделки можно и если им провести по твердой поверхности. В этом случае останется зеленовато-черный цвет.

Из-за повышенной хрупкости камня ювелирные изделия из него делают без тщательной обработки. Поэтому они выглядят грубоватыми, в отличие от стеклянной и пластиковой бижутерии.

Марки меди

Маркировка меди начинается с буквы «М». Следующая за ней цифра показывает чистоту металла:

  • МОО: 99,99% Cu;
  • МО: 99,97%;
  • М1: 99, 9%;
  • М2: 99,7%;
  • М3: 99,5%;
  • М4: 99%.

Кислород значительно снижает прочность меди, поэтому его содержание подразумевается в маркировке. Марки с цифрами 1, 2, 3 содержат 0,5-0,8% кислорода, МО – 0,02%, МОб – 0%. Присутствие фосфора обозначается буквами «р» (при небольшом процентном содержании) и «ф» (более 0,4%). Литера «к» относится к катодной меди. В некоторых странах принята своя маркировка, не соответствующая российской.

Различают 2 вида меди – чистую и техническую. Последняя используется для производства полуфабрикатов и выплавки сплавов. Примеси других химических элементов в той или иной мере влияют на свойства Cu. Например:

  • Никель понижает теплопроводность, а олово её усиливает.
  • Висмут ухудшает технические характеристики, а мышьяк нейтрализует действие первого, оставаясь нейтральным по отношению к меди.
  • Сурьма и кремний снижают способность проводить тепло и электричество.
  • Сера и селен в определенных количествах ухудшают пластичность.
  • Свинец и висмут затрудняют обработку давлением.
  • Фосфор удаляет кислород, из-за которого физические свойства ухудшаются.
  • Такие примеси, как цинк, марганец, мышьяк, никель, серебро практически не изменяют физические характеристики меди.

Магические свойства камня медный колчедан

Считается, что камень халькопирит обладает магическими свойствами. В странах Европы этот камень применяют для медитаций. Считается, что он помогает обрести женщине желанную крепкую семью. А если девушка периодически носит с собой медный колчедан, то она становится привлекательной для мужчин, надолго сохраняет молодость.

Также бытует мнение, что камень уберегает своего владельца от опрометчивых решений, а его нахождение в доме защищает от пожара, воров, бедствий и опасностей. Такой оберег необходимо не только носить с собой, но и положить на правой стороне подоконника, чтобы усилить защитное действие камня.

Считается, что медный колчедан приносит успех в финансовых делах, способствует заключению выгодных сделок, получению большой прибыли.

Медные сплавы

Существует множество сплавов меди. Их делят на 3 вида: литейные, деформируемые, порошковые.

Самые известные соединения – бронза, латунь, мельхиор, нейзильбер. В их свойствах много общего, но в промышленности более широко используются бронза и латунь.

Бронза

круги из бронзы

Основной добавочный компонент бронзы – олово (Sn), но также используются Al, Si, Pb, Be, P. В зависимости от вида легирующего элемента существует следующая классификация медных сплавов под названием бронза:

  • оловянная и безоловянная;
  • алюминиевая;
  • кремнистая;
  • бериллиевая;
  • мышьяковистая;
  • висмутовая;
  • свинцовая.

Хотя цинковой бронзы не существует, но Zn все же присутствует в небольших количествах (до 10%). Сплав Cu + Sn + Zn называется пушечной бронзой.

Бронза – прочный материал, поэтому из нее изготавливают детали узлов механизмов, работающих в различных агрессивных средах и подвергающихся усиленным механическим нагрузкам.

Латунь

Сплав меди с цинком называется латунью. Увеличение процентного содержания Zn с 5% до 45% изменяет цвет латуни от красного до желтого.

Иногда в сплав добавляют в небольших количествах другие химические элементы. В маркировке они обозначаются русскими буквами: А – алюминий, С – свинец, Мц – марганец, Жз – железо. Вместе с процентным содержанием они обозначают хим. состав сплава.

Латунь, как и бронза, имеет разновидности, в зависимости от содержания цинка. Одна из них – томпак, из которого делают пули.

Мельхиор

Сплав меди с никелем (5-30%) похож на серебро, поэтому мельхиоровая посуда и украшения пользуются спросом. В качестве легирующих добавок используются железо и марганец (не более 1%).

Есть 2 разновидности мельхиора – константан (41 % никеля) и монель (Ni до 67%).

Нейзильбер

Этот цветной материал сплавляется из меди, цинка и никеля.

Процентное содержание компонентов варьируется, что создает различные марки нейзильбера. Самая востребованная – МНЦ15-20. Маркировка означает, что в сплаве содержится 15% никеля и 20% цинка.

В наши дни нейзильбер и латунь сумели вытеснить мельхиор, оставив ему небольшую нишу – производство бытовых товаров.

Другие сплавы

Еще несколько известных медных сплавов:

  • французское золото: Cu + Sn + Zn;
  • северное золото (Cu + Al+ Zn + Sn);
  • абиссинское золото (Cu + Zn + Au);
  • куниаль (Cu + Ni + Al);
  • манганин (Cu + Ni + Mn).

Купрум используется не только в качестве основного металла – его добавляют как легирующий компонент, например:

  • Алюминий с 4,5% Cu образуют дюралюминий.
  • Золото 583 пробы становится тверже, приобретает насыщенный цвет, благодаря 33,5% меди в качестве лигатуры.
  • При добавлении 0,2-3,5% Cu к сплаву железа с углеродом получается медистая сталь, с улучшенными литейными, технологическими и эксплуатационными свойствами.

Трудно назвать сплав, в состав какого не входит медь. Пусть даже в процентном количестве менее 1%, но она используется в соединениях цветных и черных металлов, включая чугун.

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

Молекулярный вес63.55 г/моль
Происхождение названияОт греческого «Kyprium», то есть «кипрский металл», по названию острова Кипр
IMA статусдействителен, описан впервые до 1959 (до IMA)

Где используется медь и ее сплавы

В рамках статьи трудно перечислить все области применения меди и ее сплавов. Их уникальные свойства используются в тяжелой и легкой промышленности, машино- и судостроении, авиации, медицине – практически во всех отраслях народного хозяйства и в быту. Каждая марка имеет свое применение, например, из сплава МО изготавливают токопроводящую продукцию, детали для бытовой техники и электроники, из марки М1 – металлопрокатные изделия, проволоку, сварочные электроды.

Медный подсвечник

Применение меди и латуни в сантехнике (фитинги, переходники, запорная арматура) и строительстве (крыши, купола, водосточные системы и пр.) стало возможным, благодаря высокой теплопроводности и устойчивости к влаге. Благодаря привлекательному внешнему виду, бронза – наиболее используемый материал для скульптуры, а из мельхиора и нейзильбера чеканят разменные монеты, делают украшения. Медные трубопроводы – идеальное решение для стран, подверженных частым землетрясениям.

В электротехнике медь – незаменимый материал для производства проводов, силовых кабелей.

Кому из знаков Зодиака камень халькопирит подходит как талисман

С астрологической точки зрения считается, что медных колчедан подходит абсолютно всем знакам Зодиака и помогает им во всех начинаниях. Однако для некоторых положительное действие халькопирита проявляется в большей степени.

Медный колчедан помогает:

  • Овнам завести крепкую семью на всю жизнь;
  • Тельцам найти просторное выгодное жилище;
  • Близнецам избавиться от аллергии, расширить круг общения;
  • Ракам уменьшить воспаление в любом месте, излечиться от онкологического заболевания;
  • Львам в решении деловых вопросов;
  • Девам создать уют, гармонию и максимальное удобство в доме;
  • Весам придать уверенности, повысить устойчивость к простуде и вирусам;
  • Скорпионам повысить уравновешенность, нормализовать эмоциональное состояние;
  • Стрельцам улучшить сон, оградить от нервных потрясений, стрессов;
  • Козерогам вселить уверенность в себя даже в самых сложных безвыходных ситуациях;
  • Водолеям улучшить чувствительность и проницательность.

Медный колчедан, как талисман, оказывает сильное действие. Поэтому минерал не рекомендуется постоянно носить с собой. Достаточно брать его 1-2 раза в месяц, чтобы достичь желаемого результата.

Халькопирит является достаточно распространенным минералом. В своей практике его используют белые и черные маги. И, несмотря на то, что данный минерал не является драгоценным, цена на отдельные изделия достаточно высока. Самые дорогие экземпляры добывают во Франции. Они отличаются золотистым оттенком и приятным свечением.

Значение меди для человека

Медь – один из важнейших микроэлементов не только для растений. Она содержится в организме человека (100-200 мг) и вырабатывается печенью. Для поддержания баланса человек ежедневно должен потреблять 2 мг меди. Избыток минерала превращается в яд, из-за этого нельзя готовить еду в медной посуде.

Пользу меди нельзя переоценить, если речь идет о заживлении ран и восстановлении организма. Она обладает бактерицидными свойствами, способствует нормализации работы кровеносной системы, регенерации тканей, используется как компонент для некоторых лекарственных препаратов. За 2 часа на медной поверхности гибнут все микробы, поэтому планируется для больниц и других общественных мест изготавливать перила, замки и дверные ручки из этого металла.

Медные браслеты и амулеты носили еще в древности не для украшения, а для поддержания здоровья. С этой же целью с помощью нанотехнологий создано постельное и нательное белье с медными нитями. Оно благотворно влияет на кожу, сосуды, ЦНС, опорно-двигательный аппарат.

Если проанализировать значение меди и повсеместное ее использование, можно сказать, что медный век продолжается.

История

Медь – один из первых металлов, с которыми имело дело человечество. Этому способствовали преимущества: большая распространенность, доступность, относительно низкая температура плавления.

Достоинства меди люди оценили восемь тысячелетий назад.

Медный век начался сразу после каменного:

  • Древнейшими признаны медные артефакты, откопанные на территории современной Турции. Это бусинки и декоративные накладки.
  • Из металла делали режущий инструментарий и посуду.
  • История открытия медных рудников на Руси начинается на Урале за две тысячи лет до новой эры. Затем были Кавказ, Алтай, Сибирь.
  • Промышленная переработка с использованием бронзы началась в XIV веке. Из сплава отливали пушки и колокола.

Из бронзы отлиты Царь-колокол и Царь-пушка.

Предполагается, что металл назван по имени острова Кипр. Здесь еще в III веке до нашей эры обнаружились медные залежи, а население освоило выплавку меди.

Происхождение русскоязычного термина медь «Этимологический словарь русского языка» М.Фасмера увязывает с древненемецким корнем smid – кузнец, металл.

Ответы на вопросы пользователей о меди

Ответим на несколько популярных вопросов от пользователей.

Есть ли в старых телевизорах медь

С 1 старого телевизора можно набрать от полутора до двух килограммов меди. В основном это обмотка трансформатроров, катушки.

Какая электронная и электронно графическая формула меди

Что касается электронной конфигурации атома меди: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1

Графическая формула меди:

графическая формула меди

Химический состав

Содержит иногда примеси Fe, Ag, Pb, Au, Hg, Bi, Sb, V, Ge3 (серебристая медь с 3—4% Ag, железистая—2,5% Fe и золотистая—2—3% Au). Примеси наблюдаются чаще в первичной самородной меди; вторичная медь обычно более чистая. Состав самородной меди из Шамлугского месторождения (Армения): Cu — 97,20 —97,46%, Fe — 0,25%; в меди из месторождений Алтая определено 98,3% Cu и более.

Кристаллографическая характеристика

Сингония. Кубическая.

Класс. Гексоктаэдрический.

Кристаллическая структура

Для кристаллической структуры характерна гранецентрированная решетка; по углам и в центрах граней элементарного куба расположены атомы меди. Это формальное выражение того, что в структуре меди имеется плотнейшая упаковка (так называемая кубическая плотнейшая упаковка) из атомов металла с радиусом 1,27 А и расстоянием между ближайшими атомами 2,54 А при выполнении пространства в 74,05%. Каждый атом Cu окружен 12 ему подобными (координационное число 12), располагающимися вокруг него по вершинам так называемого Архимедова кубооктаэдра.

Главные формы:а (100), d (110), о (111), l (530), е (210), h (410).

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: