Proizvodnja in uporaba bakra. Minerali: bakrove rude. Nahajališča bakrove rude v Rusiji

Približno 3. tisočletje pred našim štetjem velja za prehod od kamna kot glavne industrijske snovi do brona. Obdobje perestrojke se šteje za bakreno dobo. Navsezadnje je bila prav ta povezava v tistem času najpomembnejša v gradbeništvu, pri izdelavi gospodinjskih predmetov, posode in drugih procesih.

Danes baker ni izgubil svojega pomena in še vedno velja za zelo pomembno kovino, ki se pogosto uporablja za različne potrebe. Je baker telo ali snov? Kakšne lastnosti ima in za kaj je potreben? Poskusimo ugotoviti še naprej.

Splošne značilnosti elementa bakra

Fizične lastnosti

Je baker snov ali telo? O pravilnosti odgovora se lahko popolnoma prepričate le s pregledom njegovih fizikalnih lastnosti. Če govorimo o tem elementu kot o preprosti snovi, potem je zanj značilen naslednji niz lastnosti.

1. Kovina je rdeča.
2. Mehka in zelo voljna.
3. Odličen toplotni in električni prevodnik.
4. Ni ognjevzdržen, tališče je 1084,5 0 C.
5. Gostota je 8,9 g/cm3.
6. V naravi ga najdemo predvsem v naravni obliki.

Tako se izkaže, da je baker snov, znana že od antičnih časov. Od antičnih časov so bile na njegovi podlagi ustvarjene številne arhitekturne strukture, izdelane so jedi in gospodinjski predmeti.

Kemijske lastnosti

Z vidika kemijske reaktivnosti je baker telo ali snov z nizko reaktivnostjo. Obstajata dve glavni oksidacijski stanji tega elementa, ki ju kaže v spojinah. to:

Zelo redko je najti snovi, v katerih so te vrednosti nadomeščene s +3.

Tako lahko baker komunicira z:

• po zraku;
• ogljikov dioksid;
• klorovodikova kislina in nekatere druge spojine le pri zelo visokih temperaturah.

Vse to je razloženo z dejstvom, da se na površini kovine oblikuje zaščitni oksidni film. Prav to ga ščiti pred nadaljnjo oksidacijo in mu daje stabilnost in nizko aktivnost.

Od preprostih snovi lahko baker medsebojno deluje z:

• halogeni;
• selen;
• cianidi;
• siva.

Pogosto tvori kompleksne spojine ali Skoraj vse kompleksne spojine določenega elementa, razen oksidov, so strupene snovi. Tiste molekule, ki jih tvori monovalentni baker, se zlahka oksidirajo v dvovalentne predstavnike.

Področja uporabe

Baker je mešanica ali se v katerem koli od teh stanj pogosto uporablja v industriji in vsakdanjem življenju. Identificirati je mogoče več glavnih industrij za uporabo bakrovih spojin in čiste kovine.

1. ki uporablja nekaj soli.
2. Proizvodnja krzna in svile.
3. Proizvodnja gnojil in fitofarmacevtskih sredstev proti škodljivcem
4. Bakrove zlitine se pogosto uporabljajo v avtomobilski industriji.
5. Ladjedelništvo, konstrukcije letal.
6. Elektrotehnika, v kateri se uporablja baker zaradi dobre protikorozijske odpornosti ter visoke električne in toplotne prevodnosti.
7. Različni instrumenti.
8. Izdelava posode in gospodinjskih predmetov gospodarskega pomena.

Očitno je, da je obravnavana kovina kljub stotim letom le še utrdila svoj položaj in dokazala svojo vrednost in nepogrešljivost v uporabi.

Bakrove zlitine in njihove lastnosti

Obstaja veliko zlitin na osnovi bakra. Sam se odlikuje po visokih tehničnih lastnostih, saj ga je mogoče enostavno kovati in valjati, je lahek in precej vzdržljiv. Z dodajanjem določenih komponent pa se lastnosti bistveno izboljšajo.

V tem primeru se je treba vprašati: "Ali je baker snov ali fizično telo, ko gre za njegove zlitine?" Odgovor bo: ta snov. Vseeno je točno tako, dokler ni iz zlitine izdelano katerokoli fizično telo, torej določen izdelek.

Katere vrste bakrovih zlitin obstajajo?

1. Skoraj enaka kombinacija bakra in cinka v eni sestavi se običajno imenuje medenina. Za to zlitino je značilna visoka trdnost in odpornost na kemične vplive.
2. Kositrni bron je kombinacija bakra in kositra.
3. Cupronickel - nikelj in baker v razmerju 20/80 od 100. Uporablja se za izdelavo nakita.
4. Constantan je kombinacija niklja, bakra in dodatka mangana.

Biološki pomen

Ni tako pomembno, ali je baker snov ali telo. Pomenljivo je nekaj drugega. Kakšno vlogo ima baker v življenju živih organizmov? Izkazalo se je, da je zelo pomembno. Tako ioni zadevne kovine opravljajo naslednje funkcije.

1. Sodelujte pri pretvorbi železovih ionov v hemoglobin.
2. So aktivni udeleženci v procesih rasti in razmnoževanja.
3. Omogočajo absorpcijo aminokisline tirozin in tako vplivajo na videz las in barvo kože.

Če telo ne prejme dovolj tega elementa v potrebni količini, se lahko pojavijo neprijetne bolezni. Na primer slabokrvnost, plešavost, boleča mršavost itd.

Človeštvo že dolgo uporablja baker na različnih področjih življenja. Devetindvajseti element iz periodnega sistema D. I. Mendelejeva, ki se nahaja med nikljem in cinkom, ima zanimive značilnosti in lastnosti. Ta element je predstavljen s simbolom Cu. Je ena redkih kovin z značilno barvo, ki ni srebrna in siva.

Zgodovina bakra

Velik pomen tega kemičnega elementa v zgodovini človeštva in planeta je mogoče uganiti iz imen zgodovinskih obdobij. Za kameno dobo je prišla bakrena, za njo pa bronasta doba, ki je prav tako neposredno povezana s tem elementom.

Baker je ena od sedmih kovin, ki jih je človeštvo spoznalo v starih časih. Če verjamete zgodovinskim podatkom, so se stari ljudje s to kovino seznanili pred približno devet tisoč leti.

Najstarejši izdelki iz tega materiala so bili odkriti na ozemlju sodobne Turčije. Arheološka izkopavanja, izvedena na mestu velike neolitske naselbine, imenovane Çatalhöyük, so omogočila najti majhne bakrene kroglice in bakrene plošče, s katerimi so stari ljudje okrasili svoja oblačila.

Najdeni predmeti so bili datirani na stičišče osmega in sedmega tisočletja pr. Poleg samih izdelkov so na izkopu odkrili žlindro, kar kaže na taljenje kovine iz rude.

Pridobivanje bakra iz rude je bilo relativno dostopno. Zato je bila ta kovina kljub visokemu tališču med prvimi, ki jo je človeštvo hitro in široko obvladalo.

Metode ekstrakcije

V naravnih razmerah ta kemični element obstaja v dveh oblikah:

• povezave;
• nuggets.

Zanimivo dejstvo je naslednje: bakrene kepe najdemo v naravi veliko pogosteje kot zlato, srebro in železo.

Naravne bakrove spojine so:

• oksidi;
• kompleksi ogljikovega dioksida in žvepla;
• hidrokarbonati;
• sulfidne rude.

Rude z največjo razširjenostjo, sta bakrov lesk in bakrov pirit. Te rude vsebujejo le en ali dva odstotka bakra. Primarni baker se pridobiva na dva glavna načina:

• hidrometalurški;
• pirometalurški.

Delež prve metode je deset odstotkov. Preostalih devetdeset pripada drugi metodi.

Pirometalna metoda vključuje kompleks postopkov. Najprej se bakrene rude oplemenitijo in pražijo. Nato se surovina stopi v mat, nakar se prečisti v pretvorniku. Tako se pridobiva črni baker. Njegova pretvorba v čisto se izvede z rafinacijo - najprej z ognjem, nato z elektrolizo. To je zadnja stopnja. Po zaključku je čistost nastale kovine skoraj stoodstotna.

Postopek pridobivanja bakra s hidrometalurško metodo je razdeljen na dve stopnji.

1. Najprej se surovina izluži s šibko raztopino žveplove kisline.
2. Na zadnji stopnji se kovina izolira neposredno iz raztopine, navedene v prvem odstavku.

Ta metoda se uporablja pri predelavi le nizkokakovostnih rud, saj za razliko od prejšnje metode ni mogoče pridobiti plemenitih kovin na poti. Zato je odstotek, ki ga je mogoče pripisati tej metodi, tako majhen v primerjavi z drugo metodo.

Malo o imenu

Kemični element Cuprum, označen s simbolom Cu, je dobil ime v čast razvpitega otoka Ciper. Tam so v daljnem tretjem stoletju pred našim štetjem odkrili velika nahajališča bakrove rude. Lokalni obrtniki, ki so delali v teh rudnikih, so talili to kovino.

Morda je nemogoče razumeti, kaj je kovinski baker, ne da bi razumeli njegove lastnosti, glavne značilnosti in značilnosti.

Ko je izpostavljena zraku, se ta kovina obarva rumenkasto rožnato. Ta edinstven zlato-rožnat odtenek nastane zaradi videza oksidnega filma na kovinski površini. Če ta film odstranimo, bo baker pridobil izrazito rožnato barvo z značilnim svetlim kovinskim leskom.

Neverjeten podatek: najtanjše bakrene plošče, izpostavljene svetlobi, sploh niso rožnate, temveč zelenkasto modre ali z drugimi besedami morske barve.

V svoji preprosti obliki ima baker naslednje značilnosti:

• neverjetna plastičnost;
• zadostna mehkoba;
• viskoznost.

Čisti baker brez primesi je odličen za predelavo - zlahka ga je mogoče zviti v palico ali pločevino ali vlečeti v žico, katere debelina bo dosežena na tisočinke milimetra. Dodajanje nečistoč tej kovini poveča njeno trdoto.

Poleg omenjenih fizikalnih lastnosti ima ta kemični element visoko električno prevodnost. Ta značilnost je v glavnem določala uporabo kovinskega bakra.

Med glavnimi lastnostmi te kovine je treba omeniti visoko toplotno prevodnost. Po električni prevodnosti in toplotni prevodnosti je baker eden vodilnih med kovinami. Samo ena kovina ima višje kazalnike za te parametre - srebro.

Nemogoče je ne upoštevati dejstva, da električna in toplotna prevodnost bakra spada v kategorijo osnovnih lastnosti. Na visoki ravni ostanejo le, dokler je kovina v čisti obliki. Te kazalnike je mogoče zmanjšati z dodajanjem nečistoč:

• arzen;
• žleza;
• kositer;
• fosfor;
• antimon

Vsaka od teh nečistoč ima v kombinaciji z bakrom določen učinek nanjo, zaradi česar se vrednosti toplotne in električne prevodnosti opazno zmanjšajo.

Za baker je med drugim značilna neverjetna trdnost, visoko tališče in visoko vrelišče. Podatki so res impresivni. Tališče bakra presega tisoč stopinj Celzija! In vrelišče je 2570 stopinj Celzija.

Ta kovina spada v skupino diamagnetnih kovin. To pomeni, da se njegova magnetizacija, tako kot pri številnih drugih kovinah, ne pojavi v smeri zunanjega magnetnega polja, ampak proti njemu.

Druga pomembna lastnost je odlična odpornost te kovine proti koroziji. V pogojih visoke vlažnosti se na primer oksidacija železa zgodi nekajkrat hitreje kot oksidacija bakra.

Kemijske lastnosti elementa

Ta element je neaktiven. Pri stiku s suhim zrakom v normalnih pogojih baker ne začne oksidirati. Vlažen zrak, nasprotno, sproži proces oksidacije, pri katerem nastane bakrov karbonat (II), ki je vrhnja plast patine. Ta element skoraj takoj reagira s snovmi, kot so:

• žveplo;
• selen;
• halogeni.

Kisline, ki nimajo oksidacijskih lastnosti, ne morejo vplivati ​​na baker. Poleg tega na noben način ne reagira ob stiku s kemičnimi elementi, kot so:

• dušik;
• ogljik;
• vodik.

Poleg že navedenih kemijskih lastnosti je za baker značilna amfoternost. To pomeni, da je v zemeljski skorji sposoben tvoriti katione in anione. Spojine te kovine lahko kažejo tako kisle kot bazične lastnosti - to je neposredno odvisno od posebnih pogojev.

Področja in značilnosti uporabe

V starih časih so baker uporabljali za izdelavo različnih stvari. Spretna uporaba tega materiala je starim ljudem omogočila pridobitev:

• drage jedi;
• okraski;
• instrumenti s tankim rezilom.

Bakrove zlitine

Ko govorimo o uporabi bakra, ne moremo omeniti njegovega pomena pri proizvodnji različnih zlitin, ki temeljijo na tej kovini. . Take zlitine vključujejo:

• bron;
• medenina.

Ti dve vrsti sta glavni vrsti bakrovih zlitin. Prva bronasta zlitina je nastala na vzhodu tri tisočletja pr. Bron lahko upravičeno štejemo za enega največjih dosežkov starodavnih metalurgov. V bistvu je bron kombinacija bakra in drugih elementov. V večini primerov kositer deluje kot druga komponenta. Toda ne glede na to, kateri elementi so vključeni v zlitino, je glavna sestavina vedno baker. Formula medenine vsebuje predvsem baker in cink, možni pa so jima tudi dodatki v obliki drugih kemičnih elementov.

Poleg brona in medenine ta kemični element sodeluje pri ustvarjanju zlitin z drugimi kovinami, vključno z aluminijem, zlatom, nikljem, kositrom, srebrom, titanom in cinkom. Bakrove zlitine z nekovinami, kot so kisik, žveplo in fosfor, se uporabljajo veliko redkeje.

Industrije

Dragocene lastnosti bakrovih zlitin in čiste snovi so prispevali k njihovi uporabi v panogah, kot so:

• elektrotehnika;
• elektrotehnika;
• instrumenti;
• radijska elektronika.

Seveda pa to niso vsa področja uporabe te kovine. Je zelo okolju prijazen material. Zato se uporablja pri gradnji hiš. Na primer, strešna kritina iz bakrene kovine ima zaradi visoke odpornosti proti koroziji življenjsko dobo več kot sto let, ne da bi bila potrebna posebna nega ali barvanje.

Drugo področje uporabe te kovine je industrija nakita. Uporablja se predvsem v obliki zlitin z zlatom. Za izdelke iz zlitine bakra in zlata je značilna povečana trdnost in visoka vzdržljivost. Takšni izdelki se dolgo ne deformirajo in ne obrabijo.

Kovinske bakrove spojine odlikuje visoka biološka aktivnost. V svetu flore je ta kovina pomembna, saj sodeluje pri sintezi klorofila. Sodelovanje tega elementa v tem procesu omogoča njegovo odkrivanje med sestavinami mineralnih gnojil za rastline.

Vloga v človeškem telesu

Pomanjkanje tega elementa v človeškem telesu lahko negativno vpliva na sestavo krvi, in sicer jo poslabša. Pomanjkanje te snovi lahko nadomestite s pomočjo posebej izbrane prehrane. Baker se nahaja v številnih živilih, zato ustvarjanje zdrave prehrane po vaših željah ni težko. Na primer, eden od izdelkov, ki vsebuje ta element, je običajno mleko.

Toda pri sestavljanju menija, bogatega s tem elementom, ne smemo pozabiti, da lahko presežek njegovih spojin povzroči zastrupitev telesa. Zato je pri nasičenju telesa s to koristno snovjo zelo pomembno, da ne pretiravate. In to ne velja samo za količino zaužite hrane.

Na primer, uporaba bakrene posode lahko povzroči zastrupitev s hrano. Kuhanje hrane v takih posodah je zelo odsvetovano in celo prepovedano. To je posledica dejstva, da med postopkom vrenja znatna količina tega elementa vstopi v hrano, kar lahko povzroči zastrupitev.

Pri prepovedi bakrenih pripomočkov obstaja eno opozorilo. Uporaba takšne posode ni nevarna, če je njena notranja površina prevlečena s kositrom. Le če je ta pogoj izpolnjen, uporaba bakrenih posod ne predstavlja nevarnosti zastrupitve s hrano.

Poleg vseh naštetih področij uporabe tudi širjenje tega elementa ni prizaneslo medicini. Na področju zdravljenja in ohranjanja zdravja uporablja se kot adstringent in antiseptik. Ta kemični element je del kapljic za oči, ki se uporabljajo za zdravljenje bolezni, kot je konjunktivitis. Poleg tega je baker pomembna sestavina različnih raztopin za opekline.

BAKER(lat. Cuprum), Cu (beri "kuprum"), kemični element I. skupine periodnega sistema Mendelejeva, atomsko število 29, atomska masa 63.546.

Naravni baker je sestavljen iz dveh stabilnih nuklidov 63 Cu (69,09 % mase) in 65 Cu (30,91 %). Konfiguracija dveh zunanjih elektronskih plasti nevtralnega bakrovega atoma je 3s 2 p 6 d 10 4s 1. Tvori spojine v oksidacijskih stopnjah +2 (valenca II) in +1 (valenca I), zelo redko kaže oksidacijski stopnji +3 in +4.

V periodnem sistemu Mendelejeva se baker nahaja v četrtem obdobju in je vključen v skupino IB, ki vključuje tako plemenite kovine, kot sta srebro (Ag) in zlato (Au).

Polmer nevtralnega bakrovega atoma je 0,128 nm, polmer iona Cu + je od 0,060 nm (koordinacijsko število 2) do 0,091 nm (koordinacijsko število 6), iona Cu 2+ je od 0,071 nm (koordinacijsko število 2) do 0,087 nm (koordinacijsko število 6). Energija sekvenčne ionizacije bakrovega atoma je 7,726; 20.291; 36,8; 58,9 in 82,7 eV. Elektronska afiniteta 1,8 eV. Izhodna funkcija elektrona 4,36 eV. Po Paulingovi lestvici je elektronegativnost bakra 1,9; Baker je ena od prehodnih kovin. Standardni elektrodni potencial Cu/Cu 2+ je 0,339 V. V seriji standardnih potencialov se baker nahaja desno od vodika (H) in ne izpodriva vodika iz vode ali kislin.

Preprosta snov baker je lepa rožnatordeča nodularna kovina.

ime: latinsko ime za baker izhaja iz imena otoka Ciper (Cuprus), kjer so v starih časih kopali bakrovo rudo; V ruskem jeziku ni jasne razlage izvora te besede.

Fizikalne in kemijske lastnosti: Kristalna mreža kovinskega bakra je kubična s središčem ploskve, parameter mreže a = 0,36150 nm. Gostota 8,92 g/cm 3, tališče 1083,4°C, vrelišče 2567°C. Med vsemi drugimi kovinami ima baker eno najvišjih toplotnih prevodnosti in enega najnižjih električnih uporov (pri 20°C je upornost 1,68 x 10 3 Ohm m).

V suhi atmosferi ostane baker skoraj nespremenjen. V vlažnem zraku se na površini bakra v prisotnosti ogljikovega dioksida tvori zelenkast film sestave Cu(OH) 2 ·CuCO 3 . Ker so v zraku vedno sledi žveplovega dioksida in vodikovega sulfida, površinski film na kovinskem bakru običajno vsebuje bakrove žveplove spojine. Tak film, ki se sčasoma pojavi na izdelkih iz bakra in njegovih zlitin, se imenuje patina. Patina ščiti kovino pred nadaljnjim uničenjem. Za ustvarjanje »patine antike« na umetniških predmetih se nanje nanese sloj bakra, ki se nato posebej patinira.

Pri segrevanju na zraku baker potemni in sčasoma počrni zaradi nastajanja oksidne plasti na površini. Najprej nastane Cu 2 O oksid, nato CuO oksid.

Rdečkasto rjav bakrov oksid (I) Cu 2 O, ko se raztopi v bromo- in jodovodikovi kislini, tvori bakrov (I) bromid CuBr oziroma bakrov jodid (I) CuI. Ko Cu 2 O reagira z razredčeno žveplovo kislino, se pojavita baker in bakrov sulfat:

Cu 2 O + H 2 SO 4 = Cu + CuSO 4 + H 2 O.

Pri segrevanju v zraku ali kisiku se Cu 2 O oksidira v CuO; pri segrevanju v toku vodika se reducira v prosto kovino.

Črni bakrov oksid (II) CuO tako kot Cu 2 O ne reagira z vodo. Ko CuO reagira s kislinami, nastanejo bakrove (II) soli:

CuO + H 2 SO 4 = CuSO 4 + H 2 O

Pri spajanju CuO z alkalijami nastanejo kuprati, na primer:

CuO + 2NaOH = Na 2 CuO 2 + H 2 O

Segrevanje Cu 2 O v inertni atmosferi vodi do reakcije disproporcioniranja:

Cu 2 O = CuO + Cu.

Reducenti, kot so vodik, metan, amoniak, ogljikov monoksid (II) in drugi reducirajo CuO v prosti baker, na primer:

CuO + CO = Cu + CO 2.

Poleg bakrovih oksidov Cu 2 O in CuO je bil pridobljen tudi temno rdeči bakrov oksid (III) Cu 2 O 3, ki ima močne oksidacijske lastnosti.

Baker reagira s halogeni, na primer pri segrevanju klor reagira z bakrom in tvori temno rjav diklorid CuCl 2. Obstajata tudi bakrov difluorid CuF 2 in bakrov dibromid CuBr 2, bakrovega dijodida pa ni. Tako CuCl 2 kot CuBr 2 sta dobro topna v vodi, bakrovi ioni pa hidrirajo in tvorijo modre raztopine.

Ko CuCl 2 reagira z bakrovim kovinskim prahom, nastane brezbarven, v vodi netopen bakrov (I) klorid CuCl. Ta sol se zlahka raztopi v koncentrirani klorovodikovi kislini in nastanejo kompleksni anioni , 2 in [СuCl 4 ] 3, na primer zaradi postopka:

CuCl + HCl = H

Pri spajanju bakra z žveplom nastane v vodi netopen sulfid Cu 2 S, na primer pri prehajanju vodikovega sulfida skozi raztopino bakrove (II) soli:

H 2 S + CuSO 4 = CuS + H 2 SO 4

Baker ne reagira z vodikom, dušikom, grafitom ali silicijem. Ko je baker izpostavljen vodiku, postane krhek (imenovano "vodikova bolezen") zaradi raztapljanja vodika v kovini.

V prisotnosti oksidantov, predvsem kisika, lahko baker reagira s klorovodikovo kislino in razredčeno žveplovo kislino, vendar se vodik ne sprosti:

2Cu + 4HCl + O2 = 2CuCl2 + 2H2O.

Baker precej aktivno reagira z dušikovo kislino različnih koncentracij, kar povzroči nastanek bakrovega (II) nitrata in sproščanje različnih dušikovih oksidov. Na primer, s 30% dušikovo kislino reakcija bakra poteka na naslednji način:

3Cu + 8HNO 3 = 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.

Baker reagira s koncentrirano žveplovo kislino pri močnem segrevanju:

Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.

Praktično pomembna je sposobnost bakra, da reagira z raztopinami železovih (III) soli, pri čemer baker preide v raztopino in železo (III) se reducira v železo (II):

2FeCl 3 + Cu = CuCl 2 + 2FeCl 2

Ta postopek jedkanja bakra z železovim (III) kloridom se uporablja zlasti, če je potrebno odstraniti plast bakra, ki je na določenih mestih na plastiki.

Bakrovi ioni Cu 2+ zlahka tvorijo komplekse z amoniakom, na primer sestavek 2+. Pri prehajanju acetilena C 2 H 2 skozi amoniakove raztopine bakrovih soli se obori bakrov karbid (natančneje acetilenid) CuC 2 .

Za bakrov hidroksid Cu(OH) 2 je značilna prevlada bazičnih lastnosti. Reagira s kislinami, da tvori sol in vodo, na primer:

Сu(OH) 2 + 2HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O.

Toda Cu (OH) 2 reagira tudi s koncentriranimi raztopinami alkalij in nastanejo ustrezni kuprati, na primer:

Сu(OH) 2 + 2NaOH = Na 2

Če celulozo damo v raztopino bakra in amoniaka, ki jo dobimo z raztapljanjem Cu(OH) 2 ali bazičnega bakrovega sulfata v amoniaku, se celuloza raztopi in nastane raztopina bakrovo-amonijevega celuloznega kompleksa. Iz te raztopine je mogoče izdelati bakreno-amonijeva vlakna, ki se uporabljajo pri izdelavi spodnjega perila in različnih tkanin.

Najdba v naravi: v zemeljski skorji je vsebnost bakra približno 5·10 3 % mase. Baker zelo redko najdemo v samorodni obliki (največja kepa, 420 ton, je bila najdena v Severni Ameriki). Od rud so najbolj razširjene sulfidne rude: halkopirit ali bakrov pirit, CuFeS 2 (30% bakra), kovelit CuS (64,4% bakra), halkocit ali bakrov lesk, Cu 2 S (79,8% bakra), bornit Cu 5 FeS 4 (52-65 % bakra). Veliko je tudi bakrovih oksidnih rud, na primer: kuprit Cu 2 O (81,8 % bakra), malahit CuCO 3 ·Cu(OH) 2 (57,4 % bakra) in druge. Znanih je 170 mineralov, ki vsebujejo baker, od tega se jih 17 uporablja v industrijskem obsegu.

Obstaja veliko različnih bakrovih rud, vendar je na svetu malo bogatih nahajališč, poleg tega pa so bakrene rude kopali že več sto let, zato so nekatera nahajališča popolnoma izčrpana. Pogosto so vir bakra polimetalne rude, ki poleg bakra vsebujejo železo (Fe), cink (Zn), svinec (Pb) in druge kovine. Kot nečistoče bakrove rude običajno vsebujejo elemente v sledovih (kadmij, selen, telur, galij, germanij in drugi), pa tudi srebro in včasih zlato. Za industrijski razvoj se uporabljajo rude, v katerih je vsebnost bakra nekaj več kot 1 mas.% ali celo manj. Morska voda vsebuje približno 1·10 8 % bakra.

Prejem: Industrijska proizvodnja bakra je kompleksen večstopenjski proces. Izkopana ruda se zdrobi, za ločevanje odpadne kamnine pa se običajno uporablja flotacijsko obogatenje. Nastali koncentrat (vsebuje 18-45 % bakra glede na maso) se žge v zračnem plavžu. Kot rezultat žganja nastane žerjavica - trdna snov, ki poleg bakra vsebuje tudi primesi drugih kovin. Žganje se tali v odmevnih pečeh ali električnih pečeh. Po tem taljenju poleg žlindre nastane tako imenovani mat, v katerem je vsebnost bakra do 40-50%. Nato se mat pretvori; stisnjen zrak, obogaten s kisikom, se vpiha skozi staljeni mat. Matu je dodan kremenčev topilec (SiO 2 pesek). Med procesom pretvorbe železov sulfid FeS, ki ga kot neželena primes vsebuje mat, preide v žlindro in se sprosti v obliki žveplovega dioksida SO 2:

2FeS + 3O 2 + 2SiO 2 = 2FeSiO 3 + 2SO 2

Hkrati se bakrov (I) sulfid Cu 2 S oksidira:

2Cu 2 S + 3O 2 = 2Cu 2 O + 2SO 2

2Cu 2 O + Cu 2 S = 6Cu + SO 2

Posledično se pojavi tako imenovani črni baker, v katerem je vsebnost samega bakra že 98,5-99,3% teže. Nato se pretisni baker rafinira. Rafiniranje na prvi stopnji je ogenj, sestoji iz taljenja pretisnega bakra in prehajanja kisika skozi talino. Nečistoče bolj aktivnih kovin, ki jih vsebuje pretisni baker, aktivno reagirajo s kisikom in se spremenijo v oksidno žlindro. Na zadnji stopnji je baker podvržen elektrokemičnemu rafiniranju v raztopini žveplove kisline, pri čemer pretisni baker služi kot anoda, prečiščeni baker pa se loči na katodi. Pri takem čiščenju se nečistoče manj aktivnih kovin, ki so prisotne v blister bakru, izločijo v obliki mulja, nečistoče bolj aktivnih kovin pa ostanejo v elektrolitu. Čistost rafiniranega (katodnega) bakra doseže 99,9 % ali več.

Uporaba: Baker velja za prvo kovino, ki se jo je človek naučil obdelovati in uporabljati za svoje potrebe. Bakreni artefakti, najdeni v zgornjem toku reke Tigris, segajo v deseto tisočletje pr. Kasneje je široka uporaba bakrovih zlitin določila materialno kulturo bronaste dobe (konec 4. in začetek 1. tisočletja pr. n. št.) in nato spremljala razvoj civilizacije na vseh stopnjah. Baker in njegove materiale so uporabljali za izdelavo posode, pribora, nakita in raznih umetniških izdelkov. Posebno velika je bila vloga brona.

Od 20. stoletja dalje se baker uporablja predvsem zaradi njegove visoke električne prevodnosti. Več kot polovica izkopanega bakra se porabi v elektrotehniki za izdelavo različnih žic, kablov in prevodnih delov električne opreme. Zaradi visoke toplotne prevodnosti je baker nepogrešljiv material za različne toplotne izmenjevalnike in hladilno opremo. Baker se pogosto uporablja v galvanizaciji - za nanašanje bakrenih prevlek, za izdelavo tankostenskih izdelkov kompleksnih oblik, za izdelavo klišejev v tisku itd.

Zelo pomembne so bakrove zlitine medenina (glavni dodatek je cink (Zn)), bron (zlitine z različnimi elementi, predvsem kovinami kositer (Sn), aluminij (Al), berilij (Be), svinec (Pb), kadmij (Cd). ) in drugi, razen cinka (Zn) in niklja (Ni)) ter zlitin bakra in niklja, vključno z bakronikljem in nikljevim srebrom. Odvisno od znamke (sestave) se zlitine uporabljajo na najrazličnejših področjih tehnologije kot konstrukcijski, protikorozijski, korozijsko odporni materiali, pa tudi kot materiali z določeno električno in toplotno prevodnostjo aluminij (Al) in baker z nikljem (Ni)) se uporabljajo za kovanje kovancev "bakra" in "srebra"; vendar je baker del tako pravega srebra kovancev kot zlata kovancev.

Biološka vloga: baker je prisoten v vseh organizmih in je eden izmed mikroelementov, potrebnih za njihov normalen razvoj (glej Biogeni elementi). V rastlinah in živalih se vsebnost bakra giblje od 10 15 do 10 3 %. Človeško mišično tkivo vsebuje 1·10 3% bakra, kostno tkivo (1-26)·10 4%, v krvi pa je prisotnega 1,01 mg/l bakra. Skupaj telo povprečnega človeka (telesna teža 70 kg) vsebuje 72 mg bakra. Glavna vloga bakra v rastlinskih in živalskih tkivih je sodelovanje pri encimski katalizi. Baker služi kot aktivator številnih reakcij in je del encimov, ki vsebujejo baker, predvsem oksidaz, ki katalizirajo biološke oksidacijske reakcije. Protein plastocianin, ki vsebuje baker, je vključen v proces fotosinteze. Druga beljakovina, ki vsebuje baker, hemocianin, deluje kot hemoglobin pri nekaterih nevretenčarjih. Ker je baker strupen, je v živalskem telesu v vezanem stanju. Pomemben del tega je del proteina ceruloplazmina, ki nastane v jetrih, ki kroži v krvnem obtoku in prenaša baker na mesta sinteze drugih proteinov, ki vsebujejo baker. Ceruloplazmin ima tudi katalitično aktivnost in sodeluje pri oksidacijskih reakcijah. Baker je potreben za različne telesne funkcije: dihanje, hematopoezo (spodbuja absorpcijo železa in sintezo hemoglobina), presnovo ogljikovih hidratov in mineralov. Pomanjkanje bakra povzroča bolezni rastlin, živali in ljudi. S hrano oseba prejme 0,5-6 mg bakra dnevno.

§1. Kemijske lastnosti enostavne snovi (st. pribl. = 0).

a) Odnos do kisika.

Za razliko od svojih sosedov podskupine - srebra in zlata - baker reagira neposredno s kisikom. Baker kaže neznatno aktivnost proti kisiku, vendar v vlažnem zraku postopoma oksidira in se prekrije z zelenkastim filmom, sestavljenim iz osnovnih bakrovih karbonatov:

V suhem zraku poteka oksidacija zelo počasi in na površini bakra nastane tanka plast bakrovega oksida:

Navzven se baker ne spremeni, saj je bakrov oksid (I), tako kot sam baker, roza. Poleg tega je plast oksida tako tanka, da prepušča svetlobo, tj. sije skozi. Baker drugače oksidira pri segrevanju, na primer pri 600-800 0 C. V prvih sekundah oksidacija preide v bakrov (I) oksid, ki se s površine spremeni v črn bakrov (II) oksid. Nastane dvoslojna oksidna prevleka.

Tvorba Q (Cu 2 O) = 84935 kJ.

Slika 2. Struktura filma bakrovega oksida.

b) Interakcija z vodo.

Kovine bakrove podskupine so na koncu elektrokemijskega napetostnega niza, za vodikovim ionom. Zato te kovine ne morejo izpodriniti vodika iz vode. Hkrati lahko vodik in druge kovine izpodrinejo kovine podskupine bakra iz raztopin njihovih soli, na primer:

Ta reakcija je redoks, saj se elektroni prenašajo:

Molekularni vodik z veliko težavo izpodriva kovine bakrove podskupine. To je razloženo z dejstvom, da je vez med vodikovimi atomi močna in se za njeno pretrganje porabi veliko energije. Reakcija poteka samo z atomi vodika.

V odsotnosti kisika baker praktično ne deluje z vodo. V prisotnosti kisika baker počasi reagira z vodo in se prekrije z zeleno plastjo bakrovega hidroksida in bazičnega karbonata:

c) Interakcija s kislinami.

Ker je baker v napetostnem nizu za vodikom, ga ne izpodriva iz kislin. Zato klorovodikova in razredčena žveplova kislina ne vplivata na baker.

Vendar pa se v prisotnosti kisika baker raztopi v teh kislinah in tvori ustrezne soli:

Edina izjema je jodovodikova kislina, ki reagira z bakrom, da sprosti vodik in tvori zelo stabilen bakrov (I) kompleks:

2 Cu + 3 HI → 2 H[ CuI 2 ] + H 2

Baker reagira tudi z oksidacijskimi kislinami, na primer z dušikovo kislino:

Cu + 4HNO 3( konc. .) → Cu(ŠT 3 ) 2 +2 ŠT 2 +2H 2 O

3Cu + 8HNO 3( redčenje .) → 3Cu(ŠT 3 ) 2 +2NO+4H 2 O

In tudi s koncentrirano hladno žveplovo kislino:

Cu+H 2 torej 4 (konc.) → CuO + SO 2 +H 2 O

Z vročo koncentrirano žveplovo kislino :

Cu+2H 2 torej 4( konc. ., vroče ) → CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Z brezvodno žveplovo kislino pri temperaturi 200 0 C nastane bakrov (I) sulfat:

2Cu + 2H 2 torej 4( brezvodni .) 200 °C → Cu 2 torej 4 ↓+TAKO 2 + 2H 2 O

d) Odnos do halogenov in nekaterih drugih nekovin.

Tvorba Q (CuCl) = 134300 kJ

Tvorba Q (CuCl 2) = 111700 kJ

Baker dobro reagira s halogeni in proizvaja dve vrsti halogenidov: CuX in CuX 2 .. Ko je izpostavljen halogenom pri sobni temperaturi, ne pride do vidnih sprememb, vendar se na površini najprej oblikuje plast adsorbiranih molekul, nato pa tanka plast halogenidov . Pri segrevanju pride do reakcije z bakrom zelo burno. Segrejemo bakreno žico ali folijo in jo vročo spustimo v kozarec klora - v bližini bakra se bodo pojavile rjave pare, sestavljene iz bakrovega (II) klorida CuCl 2 s primesjo bakrovega (I) klorida CuCl. Reakcija se zgodi spontano zaradi sproščene toplote. Enovalentne bakrove halogenide dobimo z reakcijo kovinskega bakra z raztopino bakrovega halogenida, na primer:

V tem primeru se monoklorid izloča iz raztopine v obliki bele oborine na površini bakra.

Baker prav tako zlahka reagira z žveplom in selenom pri segrevanju (300-400 °C):

2Cu +S→Cu 2 S

2Cu +Se→Cu 2 Se

Toda baker ne reagira z vodikom, ogljikom in dušikom niti pri visokih temperaturah.

e) Interakcija z nekovinskimi oksidi

Pri segrevanju lahko baker izpodrine enostavne snovi iz nekaterih nekovinskih oksidov (na primer žveplov (IV) oksid in dušikove okside (II, IV)), pri čemer nastane termodinamično bolj stabilen bakrov (II) oksid:

4Cu+SO 2 600-800°C →2CuO + Cu 2 S

4Cu+2NO 2 500-600°C →4CuO + N 2

2 Cu+2 št 500-600° C →2 CuO + N 2

§2. Kemijske lastnosti enovalentnega bakra (st. ok. = +1)

V vodnih raztopinah je ion Cu + zelo nestabilen in nesorazmeren:

Cu + ↔ Cu 0 + Cu 2+

Vendar se lahko baker v (+1) oksidacijskem stanju stabilizira v spojinah z zelo nizko topnostjo ali s kompleksiranjem.

a) bakrov oksid (jaz) Cu 2 O

Amfoterni oksid. Rjavo-rdeča kristalna snov. V naravi se pojavlja kot mineral kuprit. Lahko ga umetno pridobimo s segrevanjem raztopine bakrove (II) soli z alkalijo in nekim močnim reducentom, na primer formaldehidom ali glukozo. Bakrov(I) oksid ne reagira z vodo. Bakrov(I) oksid prenesemo v raztopino s koncentrirano klorovodikovo kislino, da nastane kloridni kompleks:

Cu 2 O+4 HCl→2 H[ CuCl2]+ H 2 O

Topen tudi v koncentrirani raztopini amoniaka in amonijevih soli:

Cu 2 O+2NH 4 + →2 +

V razredčeni žveplovi kislini se disproporcionira v dvovalentni in kovinski baker:

Cu 2 O+H 2 torej 4 (razredčeno) →CuSO 4 +Cu 0 ↓+H 2 O

Poleg tega bakrov (I) oksid sodeluje v naslednjih reakcijah v vodnih raztopinah:

1. Počasi oksidira s kisikom v bakrov (II) hidroksid:

2 Cu 2 O+4 H 2 O+ O 2 →4 Cu(OH) 2 ↓

2. Reagira z razredčenimi halogenovodikovimi kislinami, da nastanejo ustrezni bakrovi(I) halogenidi:

Cu 2 O+2 HГ→2CuГ↓ +H 2 O(G=Cl, Br, J)

3. Reduciran v kovinski baker s tipičnimi redukcijskimi sredstvi, na primer natrijev hidrosulfit v koncentrirani raztopini:

2 Cu 2 O+2 NaSO 3 →4 Cu↓+ Na 2 torej 4 + H 2 torej 4

Bakrov(I) oksid se reducira v kovinski baker v naslednjih reakcijah:

1. Pri segrevanju na 1800 °C (razpad):

2 Cu 2 O - 1800° C →2 Cu + O 2

2. Pri segrevanju v toku vodika, ogljikovega monoksida, z aluminijem in drugimi tipičnimi redukcijskimi sredstvi:

Cu 2 O+H 2 - >250 °C →2Cu +H 2 O

Cu 2 O+CO - 250-300°C →2Cu +CO 2

3 Cu 2 O + 2 Al - 1000° C →6 Cu + Al 2 O 3

Tudi pri visokih temperaturah bakrov (I) oksid reagira:

1. Z amoniakom (nastane bakrov(I) nitrid)

3 Cu 2 O + 2 N.H. 3 - 250° C →2 Cu 3 N + 3 H 2 O

2. Z oksidi alkalijskih kovin:

Cu 2 O+M 2 o- 600-800°C →2 MCuO (M= Li, Na, K)

V tem primeru nastanejo bakrovi (I) kuprati.

Bakrov(I) oksid opazno reagira z alkalijami:

Cu 2 O+2 NaOH (konc.) + H 2 O↔2 Na[ Cu(OH) 2 ]

b) bakrov hidroksid (jaz) CuOH

Bakrov(I) hidroksid tvori rumeno snov in je netopen v vodi.

Pri segrevanju ali kuhanju se zlahka razgradi:

2 CuOH → Cu 2 O + H 2 O

c) HalidiCuF, CuZl, CuBrinCuJ

Vse te spojine so bele kristalinične snovi, slabo topne v vodi, vendar dobro topne v presežku NH 3, cianidnih ionih, tiosulfatnih ionih in drugih močnih kompleksirnih sredstvih. Jod tvori samo spojino Cu +1 J. V plinastem stanju nastajajo cikli tipa (CuГ) 3. Reverzibilno topen v ustreznih halogenovodikovih kislinah:

CuG + HG ↔H[ CuG 2 ] (Г=Cl, Br, J)

Bakrov (I) klorid in bromid sta na vlažnem zraku nestabilna in postopoma prehajata v bazične bakrove (II) soli:

4 CuG +2H 2 O + O 2 →4 Cu(OH)G (G=Cl, Br)

d) Druge bakrove spojine (jaz)

1. Bakrov (I) acetat (CH 3 COOCu) je bakrova spojina, ki je videti kot brezbarvni kristali. V vodi počasi hidrolizira v Cu 2 O, na zraku oksidira v bakrov acetat; CH 3 COOCu dobimo z redukcijo (CH 3 COO) 2 Cu z vodikom ali bakrom, sublimacijo (CH 3 COO) 2 Cu v vakuumu ali interakcijo (NH 3 OH)SO 4 s (CH 3 COO) 2 Cu v raztopina v prisotnosti H 3 COONH 3 . Snov je strupena.

2. Bakrov(I) acetilid - rdeče-rjavi, včasih črni kristali. Ko se posušijo, kristali ob udarcu ali segrevanju detonirajo. Stabilen, ko je moker. Ko pride do detonacije v odsotnosti kisika, ne nastanejo plinaste snovi. Razgradi se pod vplivom kislin. Nastane kot oborina pri prehodu acetilena v amoniakove raztopine bakrovih (I) soli:

Z 2 H 2 +2[ Cu(N.H. 3 ) 2 ](OH) → Cu 2 C 2 ↓ +2 H 2 O+2 N.H. 3

Ta reakcija se uporablja za kvalitativno detekcijo acetilena.

3. Bakrov nitrid - anorganska spojina s formulo Cu 3 N, temno zeleni kristali.

Pri segrevanju se razgradi:

2 Cu 3 N - 300° C →6 Cu + N 2

Burno reagira s kislinami:

2 Cu 3 N +6 HCl - 300° C →3 Cu↓ +3 CuCl 2 +2 N.H. 3

§3. Kemijske lastnosti dvovalentnega bakra (st. ok. = +2)

Baker ima najstabilnejše oksidacijsko stanje in je zanj najbolj značilen.

a) bakrov oksid (II) CuO

CuO je glavni oksid dvovalentnega bakra. Kristali so črne barve, precej stabilni v normalnih pogojih in praktično netopni v vodi. V naravi se pojavlja kot črni mineral tenorit (melakonit). Bakrov(II) oksid reagira s kislinami in tvori ustrezne bakrove(II) soli in vodo:

CuO + 2 HNO 3 → Cu(št 3 ) 2 + H 2 O

Pri spajanju CuO z alkalijami nastanejo bakrovi (II) kuprati:

CuO+2 KOH- t ° → K 2 CuO 2 + H 2 O

Pri segrevanju na 1100 °C razpade:

4CuO- t ° →2 Cu 2 O + O 2

b) bakrov (II) hidroksidCu(OH) 2

Bakrov(II) hidroksid je modra amorfna ali kristalinična snov, praktično netopna v vodi. Pri segrevanju na 70-90 °C prah Cu(OH)2 ali njegove vodne suspenzije razpadejo na CuO in H2O:

Cu(OH) 2 → CuO + H 2 O

Je amfoterni hidroksid. Reagira s kislinami, da tvori vodo in ustrezno bakrovo sol:

Ne reagira z razredčenimi raztopinami alkalij, ampak se raztopi v koncentriranih raztopinah in tvori svetlo modre tetrahidroksikuprate (II):

Bakrov(II) hidroksid tvori bazične soli s šibkimi kislinami. Zelo zlahka se raztopi v presežku amoniaka, da nastane bakrov amoniak:

Cu(OH) 2 +4NH 4 OH→(OH) 2 +4H 2 O

Bakrov amoniak ima intenzivno modro-vijolično barvo, zato se uporablja v analizni kemiji za določanje majhnih količin Cu 2+ ionov v raztopini.

c) Bakrove soli (II)

Preproste soli bakra (II) so znane za večino anionov, razen cianida in jodida, ki pri interakciji s kationom Cu 2+ tvorijo kovalentne bakrove (I) spojine, ki so netopne v vodi.

Bakrove (+2) soli so večinoma topne v vodi. Modra barva njihovih raztopin je povezana s tvorbo iona 2+. Pogosto kristalizirajo kot hidrati. Tako iz vodne raztopine bakrovega (II) klorida pod 15 0 C kristalizira tetrahidrat, pri 15-26 0 C - trihidrat, nad 26 0 C - dihidrat. V vodnih raztopinah so bakrove(II) soli rahlo hidrolizirane, iz njih pa se pogosto obarjajo bazične soli.

1. Bakrov (II) sulfat pentahidrat (bakrov sulfat)

CuSO 4 * 5H 2 O, imenovan bakrov sulfat, je največjega praktičnega pomena. Suha sol ima modro barvo, vendar pri rahlem segrevanju (200 0 C) izgubi kristalno vodo. Brezvodna sol je bela. Z nadaljnjim segrevanjem na 700 0 C se spremeni v bakrov oksid, pri čemer izgubi žveplov trioksid:

CuSO 4 ­-- t ° → CuO+ torej 3

Bakrov sulfat pripravimo z raztapljanjem bakra v koncentrirani žveplovi kislini. Ta reakcija je opisana v poglavju "Kemijske lastnosti preproste snovi." Bakrov sulfat se uporablja pri elektrolitski proizvodnji bakra, v kmetijstvu za zatiranje škodljivcev in rastlinskih bolezni ter za proizvodnjo drugih bakrovih spojin.

2. Bakrov (II) klorid dihidrat.

To so temno zeleni kristali, zlahka topni v vodi. Koncentrirane raztopine bakrovega klorida so zelene, razredčene pa modre. To je razloženo s tvorbo zelenega kloridnega kompleksa:

Cu 2+ +4 Cl - →[ CuCl 4 ] 2-

In njegovo nadaljnje uničenje ter nastanek modrega vodnega kompleksa.

3. Bakrov(II) nitrat trihidrat.

Modra kristalna snov. Pridobiva se z raztapljanjem bakra v dušikovi kislini. Pri segrevanju kristali najprej izgubijo vodo, nato razpadejo s sproščanjem kisika in dušikovega dioksida ter se spremenijo v bakrov (II) oksid:

2Cu (ŠT 3 ) 2 -- t° →2CuO+4NO 2 +O 2

4. Hidroksokopov (II) karbonat.

Bakrovi karbonati so nestabilni in se v praksi skoraj nikoli ne uporabljajo. Za pridobivanje bakra je pomemben le bazični bakrov karbonat Cu 2 (OH) 2 CO 3, ki se v naravi pojavlja v obliki minerala malahita. Pri segrevanju zlahka razpade, sprošča vodo, ogljikov monoksid (IV) in bakrov oksid (II):

Cu 2 (OH) 2 CO 3 -- t° →2CuO+H 2 O+CO 2

§4. Kemijske lastnosti trivalentnega bakra (st. ok. = +3)

To oksidacijsko stanje je najmanj stabilno za baker, zato so bakrove (III) spojine prej izjema kot "pravilo". Vendar obstajajo nekatere spojine trivalentnega bakra.

a) bakrov (III) oksid Cu 2 O 3

To je kristalna snov, temno granatne barve. Ne topi se v vodi.

Pridobivamo ga z oksidacijo bakrovega(II) hidroksida s kalijevim peroksodisulfatom v alkalnem mediju pri negativnih temperaturah:

2Cu(OH) 2 +K 2 S 2 O 8 +2KOH -- -20°C → Cu 2 O 3 ↓+2K 2 torej 4 +3H 2 O

Ta snov se razgradi pri temperaturi 400 0 C:

Cu 2 O 3 -- t ° →2 CuO+ O 2

Bakrov(III) oksid je močan oksidant. Pri reakciji s klorovodikom se klor reducira v prosti klor:

Cu 2 O 3 +6 HCl-- t ° →2 CuCl 2 + Cl 2 +3 H 2 O

b) Bakrovi kuprati (C)

To so črne ali modre snovi, nestabilne v vodi, diamagnetne, anion je trak kvadratov (dsp 2). Nastane z interakcijo bakrovega (II) hidroksida in hipoklorita alkalijske kovine v alkalnem okolju:

2 Cu(OH) 2 + MClO + 2 NaOH→ 2MCuO 3 + NaCl +3 H 2 O (M= Na- Cs)

c) Kalijev heksafluorokuprat(III)

Zelena snov, paramagnetna. Oktaedrična struktura sp 3 d 2. Kompleks bakrovega fluorida CuF 3, ki v prostem stanju razpade pri -60 0 C. Nastane s segrevanjem mešanice kalijevih in bakrovih kloridov v atmosferi fluora:

3KCl + CuCl + 3F 2 → K 3 + 2Cl 2

Razgradi vodo, da nastane prosti fluor.

§5. Bakrove spojine v oksidacijskem stanju (+4)

Doslej znanost pozna samo eno snov, kjer je baker v oksidacijskem stanju +4, to je cezijev heksafluorokuprat(IV) - Cs 2 Cu +4 F 6 - oranžna kristalna snov, stabilna v steklenih ampulah pri 0 0 C. Reagira močno z vodo. Pridobiva se s fluoriranjem pri visokem tlaku in temperaturi mešanice cezijevih in bakrovih kloridov:

CuCl 2 +2CsCl +3F 2 -- t ° r → Cs 2 CuF 6 +2Cl 2

BAKER in BAKER VALJAN

Stopnje in kemična sestava tehničnega bakra

Razredi bakra in njihova kemična sestava so opredeljeni v GOST 859-2001. Skrajšano Podatki o stopnjah bakra so navedeni spodaj (navedeni sta najmanjša vsebnost bakra in največja vsebnost samo dveh nečistoč - kisika in fosforja):

Prva skupina oznak se nanaša na katodni baker, ostale pa odražajo kemično sestavo različnih bakrenih polizdelkov (bakreni ingoti, žica in izdelki iz nje, valjani izdelki).

Posebne značilnosti Baker, ki je del različnih znamk, ni določen z vsebnostjo bakra (razlike niso večje od 0,5%), temveč z vsebnostjo specifičnih nečistoč (njihova količina se lahko razlikuje za 10-50-krat). Pogosto se uporablja klasifikacija razredov bakra glede na vsebnost kisika:

Baker brez kisika (M00 , M0 in M1 ) z vsebnostjo kisika do 0,001 %.

Rafiniran baker (M1f, M1r, M2r, M3r) z vsebnostjo kisika do 0,01 %, vendar z

visoka vsebnost fosforja.

Baker visoke čistosti (M00, M0, M1) z vsebnostjo kisika 0,03-0,05 %.

Baker za splošno uporabo (M2, M3) z vsebnostjo kisika do 0,08%.

Približno Korespondenca razredov bakra, proizvedenih v skladu z različnimi standardi, je podana spodaj:

Različne vrste bakra imajo različne namene in razlike v njihovih proizvodnih pogojih določajo pomemben razlike v ceni.

Za proizvodnjo kabelskih in žičnih izdelkov se katode talijo po tehnologiji, ki odpravlja nasičenost bakra s kisikom med izdelavo izdelkov. Zato baker v takih izdelkih ustreza razredom M00, M0 , M1 .

Zahtevam večine tehničnih nalog zadovoljujeta razmeroma poceni znamki M2 in M3. To določa množično proizvodnjo glavnih vrst valjanega bakra iz M2 in M3.

Valjani izdelki iz razredov M1, M1f, M1r, M2r, M3r se proizvajajo predvsem za določene potrošnike in so veliko dražji.

Fizikalne lastnosti bakra

Glavna lastnost bakra, ki določa njegovo pretežno uporabo, je zelo visoka električna prevodnost (ali nizka električna upornost). Nečistoče, kot so fosfor, železo, arzen, antimon in kositer, znatno poslabšajo njegovo električno prevodnost. Na vrednost električne prevodnosti pomembno vplivata način pridobivanja polizdelka in njegovo mehansko stanje. To ponazarja spodnja tabela:

Razlike v upornosti jeklene žice razredov M00, M0 in M1 so posledica različnih količin nečistoč in znašajo približno 1 %. Hkrati razlike v odpornosti zaradi različnih mehanskih pogojev dosežejo 2–3 %. Upornost izdelkov iz bakra razreda M2 je približno 0,020 μOhm * m.

Druga najpomembnejša lastnost bakra je njegova zelo visoka toplotna prevodnost.

Nečistoče in legirni dodatki zmanjšajo električno in toplotno prevodnost bakra, zato so zlitine na osnovi bakra v teh indikatorjih bistveno slabše od bakra. Vrednosti parametrov osnovnih fizikalnih lastnosti bakra v primerjavi z drugimi kovinami so podane v tabeli (podatki so podani v dveh različnih sistemih enot):

Z vidika električne in toplotne prevodnosti je baker nepomembentakoj za srebrom.

Vpliv nečistoč in značilnosti lastnosti bakra različnih razredov

Razlike v lastnostih bakra različnih razredov so povezane z vplivom nečistoč na osnovne lastnosti bakra. Vpliv nečistoč na fizikalne lastnosti (toplotno in električno prevodnost) je bil obravnavan zgoraj. Poglejmo njihov vpliv na druge skupine lastnosti.

Vpliv na mehanske lastnosti .

Železo, kisik, bizmut, svinec, antimon poslabšajo duktilnost. Nečistoče, ki so slabo topne v bakru (svinec, bizmut, kisik, žveplo), vodijo do krhkosti pri visokih temperaturah.

Temperatura rekristalizacije bakra za različne razrede je 150-240 o C. Več nečistoč, višja je ta temperatura.Znatno povečanje rekristalizacijske temperature bakra povzročita srebro in cirkonij. Na primer, poveča se vnos 0,05 % Agtemperaturo rekristalizacije dvakrat, kar se kaže v zvišanju temperature mehčanja in zmanjšanju lezenja pri visokih temperaturah, brez izgube toplotne in električne prevodnosti.

Vpliv na tehnološke lastnosti .

Tehnološke lastnosti vključujejo 1) sposobnost tlačne obdelave pri nizkih in visokih temperaturah, 2) spajkanje in varljivost izdelkov.

Nečistoče, zlasti tiste z nizkim tališčem, tvorijo območja krhkosti pri visokih temperaturah, kar otežuje vročo obdelavo. Stopnja nečistoč v razredih M1 in M2 pa zagotavlja potrebno tehnološko plastičnost.

Pri hladni deformaciji se vpliv nečistoč opazno kaže pri izdelavi žice. Z enako natezno trdnostjo (? V = 16 kgf/mm 2) jeklenice iz razredov M00, M0 in M1 imajo različne relativne raztezke? (38%, 35% oziroma 30%). Zato je valjana žica razreda A (odgovarja mu razred M00) tehnološko naprednejša pri izdelavi žice, predvsem majhnih premerov. Uporaba bakra brez kisika za proizvodnjo tokovnih vodnikov ni odvisna toliko od velikosti električne prevodnosti, temveč od tehnološkega dejavnika.

Postopek varjenja in spajkanja se znatno oteži, ko se poveča vsebnost kisika, pa tudi svinca in bizmuta.

Vpliv kisika in vodika na delovne lastnosti .

pri normalne razmere Delovne lastnosti bakra (predvsem vzdržljivost) so pri različnih znamkah skoraj enake. Hkrati se lahko pri visokih temperaturah pojavijo škodljivi učinki kisika, ki ga vsebuje baker. Ta možnost se običajno realizira s segrevanjem bakra v okolju, ki vsebuje vodik.

Kisik je na začetku vsebovan v bakru razredov M0, M1, M2, M3. Poleg tega, če baker brez kisika žarimo na zraku pri visokih temperaturah, bo zaradi difuzije kisika površinska plast izdelka postala kisik vsebujoča v obliki bakrovega oksida, ki je lokaliziran vzdolž meja zrn.

Poleg kisika lahko baker vsebuje vodik. Vodik vstopi v baker med elektrolizo ali žarjenjem v atmosferi, ki vsebuje vodno paro. Vodna para je vedno prisotna v zraku. Pri visokih temperaturah se razgradi in tvori vodik, ki zlahka difundira v baker.

V bakru brez kisika se atomi vodika nahajajo v vmesnih prostorih kristalne mreže in ne vplivajo posebej na lastnosti kovine.

V bakru, ki vsebuje kisik, pri visokih temperaturah vodik reagira z bakrovim oksidom. Hkrati se v debelini bakra tvori visokotlačna vodna para, ki vodi do nabrekanja, razpok in razpok. Ta pojav je znan kot "vodikova bolezen" ali "vodikova krhkost". Pojavi se, ko se bakren izdelek uporablja pri temperaturah nad200 o C v atmosferi, ki vsebuje vodik ali vodno paro.

Večja kot je vsebnost kisika v bakru in višja kot je delovna temperatura, večja je stopnja krhkosti. Pri 200 o Cživljenjska doba je 1,5 leta, pri 400 o C- 70 ur.

Še posebej je izrazit pri izdelkih majhne debeline (cevi, trakovi).

Pri segrevanju v vakuumu vodik, ki ga prvotno vsebuje baker, medsebojno deluje z bakrovim oksidom in povzroči tudi krhkost izdelka in poslabšanje vakuuma. Zato so izdelki, ki delujejo pri visokih temperaturah, izdelani iz brezkisikovega (rafiniranega) bakra razredov M1p, M2p, M3p.

Mehanske lastnosti valjanega bakra

Večina valjanega bakra, ki gre v prodajo, je proizvedena iz razreda M2. Valjani izdelki iz razreda M1 se proizvajajo predvsem po naročilu, poleg tega pa so dražji za približno 20%.

Hladno oblikovani valjani izdelki– to so vlečeni (palice, žice, cevi) in hladno valjani (pločevine, trakovi, folije) izdelki. Na voljo je v trdem, poltrdem in mehkem (žarjenem) stanju. Takšen najem je označen s črko “D”, status dostave pa s črkami T, P ali M.

Vroče deformirani valjani izdelki– rezultat stiskanja (palice, cevi) ali vročega valjanja (pločevine, plošče) pri temperaturah nad temperaturo rekristalizacije. Tak najem je označen s črko »G«. Po mehanskih lastnostih so vroče deformirani valjani izdelki blizu (vendar ne enaki) hladno deformiranim valjanim izdelkom v mehkem stanju.

Visoka tlačna trdnost (55 - 65 kgf/mm 2) v kombinaciji z visoko duktilnostjo določa široko uporabo bakra kot tesnila v tesnilih fiksnih spojev z delovnimi temperaturami do 250 o C (tlak 35 kg\cm2 za paro in 100 kgf\cm2 za vodo).

Baker se pogosto uporablja v nizkotemperaturni tehnologiji, vključno s tehnologijo helija. Pri nizkih temperaturah ohranja lastnosti trdnosti, duktilnosti in viskoznosti, značilne za sobno temperaturo. Najpogosteje uporabljena lastnost bakra v kriogeni tehnologiji je njegova visoka toplotna prevodnost. Pri kriogenih temperaturah postane toplotna prevodnost razredov M1 in M2 pomembna, zato v kriogenski tehnologiji postane uporaba razreda M1 temeljna.

Bakrene palice se proizvajajo stisnjeni (20 - 180 mm) in hladno deformirani, v trdem, poltrdnem in mehkem stanju (premer 3 - 50 mm) po GOST 1535-2006.

Ploščati baker za splošne namene se proizvaja v obliki folije, traku, listov in plošč v skladu z GOST 1173-2006:

Bakrena folija - hladno valjana: 0,05 - 0,1 mm (na voljo samo v trdnem stanju)

Bakreni trakovi - hladno valjani: 0,1 – 6 mm.

Bakrena pločevina - hladno valjana: 0,2 – 12 mm

Vroče valjani: 3 – 25 mm (mehanske lastnosti so regulirane do 12 mm)

Bakrene plošče - vroče valjane: nad 25 mm (mehanske lastnosti niso regulirane)

Vroče valjane in mehke hladno valjane bakrene pločevine in trakovi zdržijo preskus upogibanja okoli trna s premerom, ki je enak debelini pločevine. Pri debelini do 5 mm vzdržijo upogibanje do stika stranic, pri debelini 6–12 mm pa do vzporednosti stranic. Hladno valjani poltrdi listi in trakovi lahko prenesejo 90-stopinjski test upogibanja.

Tako je dovoljeni radij upogiba bakrenih plošč in trakov enak debelini pločevine (traku).

Bakrene cevi za splošne namene so izdelani hladno deformirani (v mehkem, poltrdem in trdem stanju) in stisnjeni (veliki odseki) v skladu z GOST 617-2006.

Bakrene cevi se uporabljajo ne samo za procesne tekočine, ampak tudi za pitno vodo. Baker je inerten na klor in ozon, ki se uporabljata za čiščenje vode, zavira rast bakterij, pri zmrzovanju vode pa se bakrene cevi deformirajo, ne da bi počile. Bakrene cevi za vodo se proizvajajo v skladu z GOST R 52318-2005, za katere je vsebnost organskih snovi na notranji površini omejena. Najmanjši upogibni radiji in dovoljeni tlaki za mehke bakrene cevi so podani spodaj:

Korozijske lastnosti bakra .

Pri normalnih temperaturah baker stabilno v naslednjih okoljih:

Suh zrak

Sveža voda (amoniak, vodikov sulfid, kloridi, kisline pospešujejo korozijo)

V morski vodi pri nizkih vodnih hitrostih

V neoksidirajočih kislinah in raztopinah soli (brez kisika)

Alkalne raztopine (razen amoniaka in amonijevih soli)

Suhi halogenski plini

Organske kisline, alkoholi, fenolne smole

baker nestabilen v naslednjih okoljih:

Amoniak, amonijev klorid

Oksidativne mineralne kisline in raztopine kislih soli

Korozijske lastnosti bakra se v nekaterih okoljih opazno poslabšajo z naraščajočo količino nečistoč.

Kontaktna korozija.

Dovoljen je stik bakra z bakrovimi zlitinami, svincem, kositrom v vlažni atmosferi, sladki in morski vodi. Hkrati stik z aluminijem in cinkom ni dovoljen zaradi njihovega hitrega uničenja.

Visoka toplotna in električna prevodnost bakra otežuje izvedbo električnega varjenja (točkovno in valjčno varjenje). To še posebej velja za masivne izdelke. Tanke dele je mogoče variti z volframovimi elektrodami. Dele z debelino nad 2 mm je mogoče variti z nevtralnim plamenom acetilen-kisik. Zanesljiv način povezovanja bakrenih izdelkov je spajkanje z mehkimi in trdimi spajkami. Za več informacij o varjenju bakra glejte www.weldingsite.com.ua

Tehnični baker ima nizko trdnost in odpornost proti obrabi, slabe lastnosti litja in proti trenju. Zlitine na osnovi bakra nimajo teh pomanjkljivosti -medenina in bron . Res je, da so te izboljšave dosežene zaradi poslabšanja toplotne in električne prevodnosti.

Obstajajo posebni primeri, ko je treba ohraniti visoko električno ali toplotno prevodnost bakra, vendar mu dati toplotno odpornost ali odpornost proti obrabi.

Ko se baker segreje nad temperaturo rekristalizacije, pride do močnega zmanjšanja meje tečenja in trdote. To otežuje uporabo bakra v elektrodah za uporovno varjenje. Zato se za ta namen uporabljajo posebne bakrove zlitine s kromom, cirkonijem, nikljem, kadmijem (BrKh, BrKhTsr, BrKN, BrKd). Zlitine elektrod ohranijo razmeroma visoko trdoto ter zadovoljivo električno in toplotno prevodnost pri temperaturah procesa varjenja (okoli 600C).).

Toplotno obstojnost dosežemo tudi z legiranjem s srebrom. Takšne zlitine (MA) imajo manjše lezenje ob nespremenjeni električni in toplotni prevodnosti.

Za uporabo v gibljivih kontaktih (kolektorske plošče, kontaktna žica) se uporablja baker z nizko stopnjo legiranja z magnezijem ali kadmijem BrKd, BrMg. Imajo povečano odpornost proti obrabi in visoko električno prevodnost.

Za kristalizatorje se uporablja baker z dodatki železa ali kositra. Takšne zlitine imajo visoko toplotno prevodnost s povečano odpornostjo proti obrabi.

Nizkolegirani bakreni razredi so v bistvu bron, vendar jih pogosto uvrščamo med valjane bakrene izdelke z ustreznimi oznakami (MS, MK, MF).