Tillverkning och användning av koppar. Mineraler: Kopparmalmer. Kopparmalmsfyndigheter i Ryssland

Ungefär det 3:e årtusendet f.Kr. anses vara övergången från sten som det huvudsakliga industriella ämnet till brons. Perestrojkans period anses vara kopparåldern. När allt kommer omkring var det denna koppling som vid den tiden var den viktigaste inom konstruktion, vid tillverkning av hushållsartiklar, disk och andra processer.

Idag har koppar inte förlorat sin relevans och anses fortfarande vara en mycket viktig metall som ofta används för olika behov. Är koppar en kropp eller ett ämne? Vilka egenskaper har den och vad behövs den till? Låt oss försöka ta reda på det ytterligare.

Allmänna egenskaper hos grundämnet koppar

Fysikaliska egenskaper

Är koppar ett ämne eller en kropp? Du kan vara helt övertygad om svarets riktighet endast genom att undersöka dess fysiska egenskaper. Om vi ​​talar om detta element som ett enkelt ämne, kännetecknas det av följande uppsättning egenskaper.

1. Metallen är röd.
2. Mjuk och mycket formbar.
3. Utmärkt termisk och elektrisk ledare.
4. Ej eldfast, smältpunkten är 1084,5 0 C.
5. Densiteten är 8,9 g/cm3.
6. I naturen finns den huvudsakligen i sin ursprungliga form.

Således visar det sig att koppar är ett ämne känt sedan urminnes tider. Sedan antiken har många arkitektoniska strukturer skapats på grundval av dess, rätter och hushållsartiklar har gjorts.

Kemiska egenskaper

När det gäller kemisk reaktivitet är koppar en kropp eller ett ämne med låg reaktivitet. Det finns två huvudsakliga oxidationstillstånd för detta element, som det uppvisar i föreningar. Detta:

Det är mycket sällsynt att hitta ämnen där dessa värden ersätts med +3.

Så koppar kan interagera med:

• med flyg;
• koldioxid;
• saltsyra och vissa andra föreningar endast vid mycket höga temperaturer.

Allt detta förklaras av det faktum att en skyddande oxidfilm bildas på ytan av metallen. Det är detta som skyddar den från ytterligare oxidation och ger stabilitet och låg aktivitet.

Av de enkla ämnena kan koppar interagera med:

• halogener;
• selen;
• cyanider;
• svavel.

Bildar ofta komplexa föreningar eller Nästan alla komplexa föreningar av ett givet grundämne, utom oxider, är giftiga ämnen. De molekyler som monovalent koppar bildar oxideras lätt till tvåvärda representanter.

Användningsområden

Koppar är en blandning eller som i något av dessa tillstånd används flitigt i industrin och vardagslivet. Flera huvudindustrier för användning av kopparföreningar och ren metall kan identifieras.

1. som använder några salter.
2. Tillverkning av päls och siden.
3. Tillverkning av konstgödsel och växtskyddsmedel mot skadedjur
4. Kopparlegeringar används ofta inom bilindustrin.
5. Skeppsbyggnad, flygplanskonstruktioner.
6. Elteknik där koppar används på grund av dess goda korrosionsbeständighet och höga elektriska och termiska ledningsförmåga.
7. Diverse instrumentering.
8. Tillverkning av disk och hushållsartiklar av ekonomisk betydelse.

Det är uppenbart att metallen i fråga, trots hundratals år, bara har stärkt sin position och bevisat sitt värde och oumbärlighet vid användning.

Kopparlegeringar och deras egenskaper

Det finns många kopparbaserade legeringar. Den i sig kännetecknas av höga tekniska egenskaper, eftersom den lätt kan smidas och rullas, är lätt och ganska hållbar. Men när vissa komponenter tillsätts förbättras egenskaperna avsevärt.

I det här fallet bör frågan ställas: "Är koppar ett ämne eller en fysisk kropp när det kommer till dess legeringar?" Svaret blir: detta ämne. Ändå är det precis så tills någon fysisk kropp, det vill säga en viss produkt, tillverkas av legeringen.

Vilka typer av kopparlegeringar finns det?

1. En nästan lika kombination av koppar och zink i en sammansättning brukar kallas mässing. Denna legering kännetecknas av hög hållfasthet och motståndskraft mot kemisk påverkan.
2. Tennbrons är en kombination av koppar och tenn.
3. Cupronickel - nickel och koppar i förhållandet 20/80 av 100. Används för att göra smycken.
4. Constantan är en kombination av nickel, koppar och tillsats av mangan.

Biologisk betydelse

Det är inte så viktigt om koppar är ett ämne eller en kropp. Något annat är betydelsefullt. Vilken roll spelar koppar i levande organismers liv? Det visar sig vara ganska viktigt. Således utför jonerna av metallen i fråga följande funktioner.

1. Delta i omvandlingen av järnjoner till hemoglobin.
2. De är aktiva deltagare i processerna för tillväxt och reproduktion.
3. De tillåter att aminosyran tyrosin absorberas och påverkar därför utseendet på hår och hudfärg.

Om kroppen inte får tillräckligt med detta element i den nödvändiga mängden, kan obehagliga sjukdomar uppstå. Till exempel anemi, skallighet, smärtsam tunnhet, etc.

Kopparmetall har länge använts av mänskligheten inom olika områden av livet. Det tjugonionde elementet från D.I. Mendeleevs periodiska system, beläget mellan nickel och zink, har intressanta egenskaper och egenskaper. Detta element representeras av symbolen Cu. Det är en av få metaller med en annan karaktäristisk färg än silver och grått.

Koppars historia

Den stora betydelsen av detta kemiska element i mänsklighetens och planetens historia kan gissas från namnen på historiska epoker. Efter stenåldern kom kopparåldern, och efter den kom bronsåldern, som också är direkt relaterad till detta grundämne.

Koppar är en av de sju metaller som blev kända för mänskligheten i antiken. Om du tror på historiska data, blev forntida människor bekanta med denna metall för ungefär nio tusen år sedan.

De äldsta produkterna gjorda av detta material upptäcktes på det moderna Turkiets territorium. Arkeologiska utgrävningar som utfördes på platsen för en stor neolitisk bosättning kallad Çatalhöyük gjorde det möjligt att hitta små kopparpärlor, såväl som kopparplåtar som forntida människor dekorerade sina kläder med.

De föremål som hittades var daterade till korsningen mellan det åttonde och sjunde årtusendet f.Kr. Utöver själva produkterna upptäcktes slagg vid utgrävningsplatsen, vilket tyder på att metall smälts ur malm.

Att få koppar från malm var relativt lättillgängligt. Därför, trots sin höga smältpunkt, var denna metall bland de första som snabbt och brett bemästrades av mänskligheten.

Extraktionsmetoder

Under naturliga förhållanden finns detta kemiska element i två former:

• anslutningar;
• nuggets.

Ett intressant faktum är följande: kopparklumpar finns i naturen mycket oftare än guld, silver och järn.

Naturliga kopparföreningar är:

• oxider;
• koldioxid- och svavelkomplex;
• kolkarbonater;
• sulfidmalmer.

Malmer med störst utbredning, är kopparglans och kopparkis. Dessa malmer innehåller bara en eller två procent koppar. Primär koppar bryts på två huvudsakliga sätt:

• hydrometallurgisk;
• pyrometallurgisk.

Den första metodens andel är tio procent. De återstående nittio tillhör den andra metoden.

Den pyrometalliska metoden inkluderar ett komplex av processer. Först förädlas och rostas kopparmalmerna. Därefter smälts råvaran till matta, varefter den renas i en omvandlare. Så här erhålls blisterkoppar. Dess omvandling till ren utförs genom raffinering - först eld, sedan elektrolytisk. Detta är det sista steget. Efter färdigställandet är renheten hos den resulterande metallen nästan hundra procent.

Processen att erhålla koppar med den hydrometallurgiska metoden är uppdelad i två steg.

1. Först lakas råmaterialet med en svag lösning av svavelsyra.
2. I slutskedet isoleras metallen direkt från lösningen som nämns i första stycket.

Denna metod används vid bearbetning av endast låghaltiga malmer, eftersom det, till skillnad från den tidigare metoden, är omöjligt att utvinna ädelmetaller längs vägen. Det är därför den andel som kan hänföras till denna metod är så liten jämfört med den andra metoden.

Lite om namnet

Det kemiska elementet Cuprum, betecknat med symbolen Cu, fick sitt namn för att hedra den ökända ön Cypern. Det var där som stora fyndigheter av kopparmalm upptäcktes i det avlägsna tredje århundradet f.Kr. Lokala hantverkare som arbetade i dessa gruvor smälte denna metall.

Det är kanske omöjligt att förstå vad metallisk koppar är utan att förstå dess egenskaper, huvudegenskaper och egenskaper.

När den utsätts för luft blir denna metall gulrosa i färgen. Denna unika gyllene-rosa nyans orsakas av uppkomsten av en oxidfilm på metallytan. Om denna film tas bort kommer kopparn att få en uttrycksfull rosa färg med en karakteristisk ljus metallglans.

Ett fantastiskt faktum: när de utsätts för ljus är de tunnaste kopparplattorna inte alls rosa, utan grönblå eller, med andra ord, en havsfärg.

I sin enkla form har koppar följande egenskaper:

• fantastisk plasticitet;
• tillräcklig mjukhet;
• viskositet.

Ren koppar utan föroreningar är utmärkt för bearbetning - den kan lätt rullas till en stång eller plåt eller dras till tråd, vars tjocklek kommer att bringas till tusendelar av en millimeter. Att lägga till föroreningar till denna metall ökar dess hårdhet.

Förutom de nämnda fysikaliska egenskaperna har detta kemiska element hög elektrisk ledningsförmåga. Denna funktion bestämde främst användningen av kopparmetall.

Bland huvudegenskaperna hos denna metall är det värt att notera dess höga värmeledningsförmåga. När det gäller elektrisk ledningsförmåga och värmeledningsförmåga är koppar en av de ledande bland metaller. Endast en metall har högre indikatorer för dessa parametrar - silver.

Det är omöjligt att inte ta hänsyn till det faktum att koppars elektriska och termiska ledningsförmåga tillhör kategorin grundläggande egenskaper. De förblir på en hög nivå bara så länge som metallen är i sin rena form. Det är möjligt att minska dessa indikatorer genom att lägga till föroreningar:

• arsenik;
• körtel;
• tenn;
• fosfor;
• antimon

Var och en av dessa föroreningar, i kombination med koppar, har en viss effekt på den, vilket resulterar i att värdena på termisk och elektrisk ledningsförmåga minskas märkbart.

Kopparmetall kännetecknas bland annat av otrolig styrka, hög smältpunkt och hög kokpunkt. Uppgifterna är verkligen imponerande. Smältpunkten för koppar överstiger tusen grader Celsius! Och kokpunkten är 2570 grader Celsius.

Denna metall tillhör gruppen diamagnetiska metaller. Detta innebär att dess magnetisering, liksom hos ett antal andra metaller, inte sker i riktning mot det yttre magnetfältet, utan mot det.

En annan viktig egenskap är den utmärkta motståndskraften hos denna metall mot korrosion. Under förhållanden med hög luftfuktighet sker oxidationen av järn, till exempel, flera gånger snabbare än oxidationen av koppar.

Grundämnets kemiska egenskaper

Detta element är inaktivt. Vid kontakt med torr luft under normala förhållanden börjar koppar inte att oxidera. Fuktig luft, tvärtom, utlöser en oxidationsprocess där kopparkarbonat (II) bildas, vilket är det översta lagret av patina. Nästan omedelbart reagerar detta element med ämnen som:

• svavel;
• selen;
• halogener.

Syror som inte har oxiderande egenskaper kan inte påverka koppar. Dessutom reagerar det inte på något sätt vid kontakt med kemiska element som:

• kväve;
• kol;
• väte.

Förutom de redan noterade kemiska egenskaperna kännetecknas koppar av amfotära egenskaper. Det betyder att den i jordskorpan kan bilda katjoner och anjoner. Föreningar av denna metall kan uppvisa både sura och basiska egenskaper - detta beror direkt på specifika förhållanden.

Användningsområden och funktioner

I antiken användes kopparmetall för att tillverka en mängd olika saker. Den skickliga användningen av detta material gjorde det möjligt för forntida människor att förvärva:

• dyra rätter;
• dekorationer;
• instrument med ett tunt blad.

Kopparlegeringar

På tal om användningen av koppar kan man inte undgå att nämna dess betydelse vid tillverkningen av olika legeringar, som är baserade på just denna metall . Sådana legeringar inkluderar:

• brons;
• mässing.

Dessa två sorter är huvudtyperna av kopparlegeringar. Den första bronslegeringen skapades i öst tre årtusenden f.Kr. Brons kan med rätta anses vara en av forntida metallurgers största prestationer. I huvudsak är brons en kombination av koppar och andra element. I de flesta fall fungerar tenn som den andra komponenten. Men oavsett vilka grundämnen som ingår i legeringen är huvudkomponenten alltid koppar. Mässingsformeln innehåller huvudsakligen koppar och zink, men tillägg till dem i form av andra kemiska element är också möjliga.

Förutom brons och mässing är detta kemiska element involverat i skapandet av legeringar med andra metaller, inklusive aluminium, guld, nickel, tenn, silver, titan och zink. Kopparlegeringar med icke-metaller som syre, svavel och fosfor används mycket mindre frekvent.

industrier

Värdefulla egenskaper hos kopparlegeringar och ren substans har bidragit till deras användning i industrier som:

• elektroteknik;
• elektroteknik;
• instrumenttillverkning;
• radioelektronik.

Men det är naturligtvis inte alla användningsområden för denna metall. Det är ett mycket miljövänligt material. Det är därför det används vid byggande av hus. Till exempel har en takbeläggning av kopparmetall, på grund av sin höga korrosionsbeständighet, en livslängd på mer än hundra år, utan att kräva särskild skötsel eller målning.

Ett annat användningsområde för denna metall är smyckesindustrin. Det används främst i form av legeringar med guld. Produkter tillverkade av koppar-guldlegering kännetecknas av ökad styrka och hög hållbarhet. Sådana produkter deformeras inte eller slits ut under lång tid.

Metalliska kopparföreningar kännetecknas av hög biologisk aktivitet. I florans värld är denna metall viktig eftersom den är involverad i syntesen av klorofyll. Deltagandet av detta element i denna process gör det möjligt att upptäcka det bland komponenterna i mineralgödselmedel för växter.

Roll i människokroppen

En brist på detta element i människokroppen kan ha en negativ effekt på blodets sammansättning, nämligen förvärra den. Du kan kompensera för bristen på detta ämne med hjälp av speciellt utvald näring. Koppar finns i många livsmedel, så att skapa en hälsosam kost efter din smak är inte svårt. Till exempel är en av produkterna som innehåller detta element vanlig mjölk.

Men när man sammanställer en meny rik på detta element, bör man inte glömma att ett överskott av dess föreningar kan leda till förgiftning av kroppen. Därför, när du mättar kroppen med detta fördelaktiga ämne, är det mycket viktigt att inte överdriva det. Och detta gäller inte bara mängden mat som konsumeras.

Till exempel kan matförgiftning orsakas av att du använder kokkärl i koppar. Att laga mat i sådana behållare är starkt avskräckt och till och med förbjudet. Detta beror på det faktum att under kokningsprocessen kommer en betydande mängd av detta element in i maten, vilket kan leda till förgiftning.

Det finns en varning mot förbudet mot kopparredskap. Användningen av sådana kokkärl är inte farlig om dess insida är belagd med tenn. Endast om detta villkor är uppfyllt, innebär användningen av kopparkastruller ingen risk för matförgiftning.

Förutom alla angivna användningsområden har spridningen av detta element inte besparat medicin. Inom området behandling och hälsovård det används som ett sammandragande och antiseptiskt medel. Detta kemiska element är en del av ögondroppar som används för att behandla sjukdomar som konjunktivit. Dessutom är koppar en viktig komponent i olika lösningar för brännskador.

KOPPAR(lat. Cuprum), Cu (läs "cuprum"), kemiskt element i grupp I i ​​Mendeleevs periodiska system, atomnummer 29, atommassa 63.546.

Naturlig koppar består av två stabila nuklider 63 Cu (69,09 viktprocent) och 65 Cu (30,91%). Konfigurationen av de två yttre elektroniska lagren av en neutral kopparatom är 3s 2 p 6 d 10 4s 1. Den bildar föreningar i oxidationstillstånden +2 (valens II) och +1 (valens I), uppvisar mycket sällan oxidationstillstånden +3 och +4.

I Mendeleevs periodiska system är koppar belägen i den fjärde perioden och ingår i grupp IB, som inkluderar sådana ädla metaller som silver (Ag) och guld (Au).

Radien för den neutrala kopparatomen är 0,128 nm, radien för Cu+-jonen är från 0,060 nm (koordinationsnummer 2) till 0,091 nm (koordinationsnummer 6), Cu 2+-jonen är från 0,071 nm (koordinationsnummer 2) till 0,087 nm (koordinationsnummer 6). Energier för sekventiell jonisering av en kopparatom 7,726; 20,291; 36,8; 58,9 och 82,7 eV. Elektronaffinitet 1,8 eV. Elektron arbetsfunktion 4,36 eV. Enligt Pauling-skalan är koppars elektronegativitet 1,9; Koppar är en av övergångsmetallerna. Standardelektrodpotentialen för Cu/Cu 2+ är 0,339 V. I serien av standardpotentialer är koppar belägen till höger om väte (H) och tränger inte undan väte från vatten eller syror.

Det enkla ämnet koppar är en vacker rosaröd seg metall.

Namn: det latinska namnet för koppar kommer från namnet på ön Cypern (Cuprus), där kopparmalm bröts i antiken; Det finns ingen tydlig förklaring av ursprunget till detta ord på det ryska språket.

Fysiska och kemiska egenskaper: Kristallgittret av metallisk koppar är kubiskt ansiktscentrerat, gitterparameter a = 0,36150 nm. Densitet 8,92 g/cm3, smältpunkt 1083,4°C, kokpunkt 2567°C. Bland alla andra metaller har koppar en av de högsta värmeledningsförmågan och en av de lägsta elektriska resistanserna (vid 20°C är resistiviteten 1,68 x 10 3 Ohm m).

I en torr atmosfär förblir koppar praktiskt taget oförändrad. I fuktig luft bildas en grönaktig film av sammansättningen Cu(OH) 2 · CuCO 3 på kopparytan i närvaro av koldioxid. Eftersom det alltid finns spår av svaveldioxid och vätesulfid i luften innehåller ytfilmen på metallisk koppar vanligtvis kopparsvavelföreningar. En sådan film som dyker upp med tiden på produkter gjorda av koppar och dess legeringar kallas patina. Patina skyddar metallen från ytterligare förstörelse. För att skapa en "antikens patina" på konstnärliga föremål appliceras ett lager av koppar på dem, som sedan patineras speciellt.

När den värms upp i luft, mattas koppar och blir så småningom svart på grund av bildandet av ett oxidskikt på ytan. Först bildas Cu2O-oxid, sedan CuO-oxid.

Rödbrun kopparoxid (I) Cu 2 O, när den är löst i brom- och jodvätesyror, bildar respektive koppar (I) bromid CuBr och kopparjodid (I) CuI. När Cu 2 O reagerar med utspädd svavelsyra uppstår koppar och kopparsulfat:

Cu2O + H2SO4 = Cu + CuSO4 + H2O.

När den upphettas i luft eller syre, oxideras Cu20 till CuO när den upphettas i en ström av väte, reduceras den till fri metall.

Svart kopparoxid (II) CuO, liksom Cu 2 O, reagerar inte med vatten. När CuO reagerar med syror bildas koppar(II)salter:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

När CuO smälts samman med alkalier bildas kuprater, till exempel:

CuO + 2NaOH = Na2CuO2 + H2O

Uppvärmning av Cu 2 O i en inert atmosfär leder till en disproportioneringsreaktion:

Cu20 = CuO + Cu.

Reduktionsmedel som väte, metan, ammoniak, kolmonoxid (II) och andra reducerar CuO till fri koppar, till exempel:

CuO + CO = Cu + CO 2.

Förutom kopparoxiderna Cu 2 O och CuO erhölls även mörkröd kopparoxid (III) Cu 2 O 3, som har starkt oxiderande egenskaper.

Koppar reagerar med halogener, till exempel vid upphettning reagerar klor med koppar och bildar mörkbrun diklorid CuCl 2. Det finns även koppardifluorid CuF 2 och koppardibromid CuBr 2, men det finns ingen koppardijodid. Både CuCl 2 och CuBr 2 är mycket lösliga i vatten, och kopparjoner hydratiserar och bildar blåa lösningar.

När CuCl 2 reagerar med kopparmetallpulver bildas färglös, vattenolöslig koppar(I)klorid CuCl. Detta salt löser sig lätt i koncentrerad saltsyra, och komplexa anjoner 2 och [СuCl 4 ] 3 bildas, till exempel på grund av processen:

CuCl + HCl = H

När koppar smälts samman med svavel bildas vattenolöslig sulfid Cu 2 S Koppar (II) sulfid CuS fälls ut, till exempel när vätesulfid passerar genom en lösning av koppar (II) salt.

H2S + CuSO4 = CuS + H2SO4

Koppar reagerar inte med väte, kväve, grafit eller kisel. När den utsätts för väte blir koppar skör (så kallad koppar-”vätesjukdom”) på grund av upplösningen av väte i metallen.

I närvaro av oxidationsmedel, främst syre, kan koppar reagera med saltsyra och utspädd svavelsyra, men väte frigörs inte:

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

Koppar reagerar ganska aktivt med salpetersyra i olika koncentrationer, vilket resulterar i bildning av koppar(II)nitrat och frigöring av olika kväveoxider. Till exempel, med 30% salpetersyra fortskrider reaktionen av koppar enligt följande:

3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O.

Koppar reagerar med koncentrerad svavelsyra under stark uppvärmning:

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O.

Av praktisk betydelse är koppars förmåga att reagera med lösningar av järn (III) salter, med koppar som går i lösning och järn (III) reduceras till järn (II):

2FeCl3 + Cu = CuCl2 + 2FeCl2

Denna process för etsning av koppar med järn(III)klorid används i synnerhet om det är nödvändigt att avlägsna ett lager av koppar avsatt på plast på vissa ställen.

Kopparjoner Cu 2+ bildar lätt komplex med ammoniak, till exempel komposition 2+. När acetylen C 2 H 2 leds genom ammoniaklösningar av kopparsalter fälls kopparkarbid (mer exakt acetylenid) CuC 2 ut.

Kopparhydroxid Cu(OH) 2 kännetecknas av en övervägande av grundläggande egenskaper. Det reagerar med syror och bildar salt och vatten, till exempel:

Сu(OH)2 + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + 2H2O.

Men Cu(OH) 2 reagerar också med koncentrerade lösningar av alkalier, och motsvarande kuprater bildas, till exempel:

Сu(OH)2 + 2NaOH = Na2

Om cellulosa placeras i en koppar-ammoniaklösning erhållen genom att lösa Cu(OH) 2 eller basiskt kopparsulfat i ammoniak, löses cellulosa och en lösning av koppar-ammoniumcellulosakomplex bildas. Från denna lösning är det möjligt att producera koppar-ammoniakfibrer, som används vid tillverkning av underkläder och olika tyger.

Att hitta i naturen: i jordskorpan är kopparhalten cirka 5·10 3 viktprocent. Koppar finns mycket sällan i inhemsk form (den största guldklumpen, 420 ton, hittades i Nordamerika). Av malmerna är de mest utbredda sulfidmalmerna: kopparkis, eller kopparkis, CuFeS 2 (30 % koppar), covellit CuS (64,4 % koppar), chalcocit eller kopparglans, Cu 2 S (79,8 % koppar), bornit Cu 5 FeS4 (52-65 % koppar). Det finns också många kopparoxidmalmer, till exempel: cuprit Cu 2 O (81,8 % koppar), malakit CuCO 3 · Cu(OH) 2 (57,4 % koppar) och andra. Det finns 170 kända kopparhaltiga mineral, varav 17 används i industriell skala.

Det finns många olika kopparmalmer, men det finns få rika fyndigheter på jordklotet, och dessutom har kopparmalmer brutits i många hundra år, så vissa fyndigheter har varit helt uttömda. Ofta är kopparkällan polymetalliska malmer, som förutom koppar innehåller järn (Fe), zink (Zn), bly (Pb) och andra metaller. Som föroreningar innehåller kopparmalmer vanligtvis spårämnen (kadmium, selen, tellur, gallium, germanium och andra), samt silver och ibland guld. För industriell utveckling används malmer där kopparhalten är något mer än 1 viktprocent, eller till och med mindre. Havsvatten innehåller cirka 1·10 8% koppar.

Mottagande: Industriell kopparproduktion är en komplex process i flera steg. Den utvunna malmen krossas och flotationsförädling används vanligtvis för att separera gråberget. Det resulterande koncentratet (innehåller 18-45 viktprocent koppar) bränns i en luftmasugn. Som ett resultat av bränning bildas cinder - ett fast ämne som förutom koppar också innehåller föroreningar av andra metaller. Cindern smälts i efterklangsugnar eller elektriska ugnar. Efter denna smältning bildas förutom slagg en så kallad skärsten, i vilken kopparhalten är upp till 40-50%. Därefter omvandlas komprimerad luft berikad med syre genom den smälta skärstenen. Kvartsfluss (SiO 2 sand) tillsätts till mattan. Under omvandlingsprocessen övergår järnsulfid FeS som finns i skärstenen som en oönskad förorening till slagg och frigörs i form av svaveldioxid SO 2:

2FeS + 3O2 + 2SiO2 = 2FeSiO3 + 2SO2

Samtidigt oxideras koppar(I)sulfid Cu 2S:

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2

2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2

Som ett resultat uppträder den så kallade blisterkopparn, i vilken innehållet av koppar i sig redan är 98,5-99,3 viktprocent. Därefter utsätts blisterkopparn för raffinering. Raffinering i det första steget är eld, den består i att smälta blisterkoppar och leda syre genom smältan. Föroreningar av mer aktiva metaller som finns i blisterkoppar reagerar aktivt med syre och förvandlas till oxidslagg. I slutskedet utsätts kopparn för elektrokemisk raffinering i en svavelsyralösning, varvid blisterkoppar tjänar som anod och renad koppar separeras vid katoden. Under sådan rening faller föroreningar av mindre aktiva metaller som finns i blisterkopparn ut i form av slam, och föroreningar av mer aktiva metaller kvarstår i elektrolyten. Renheten hos raffinerad (katod) koppar når 99,9 % eller mer.

Ansökan: Koppar tros vara den första metall som människan lärde sig att bearbeta och använda för sina behov. Kopparartefakter som hittats i de övre delarna av floden Tigris går tillbaka till det tionde årtusendet f.Kr. Senare bestämde den utbredda användningen av kopparlegeringar bronsålderns materiella kultur (sent 4:e och tidiga 1:a årtusendet f.Kr.) och följde därefter civilisationens utveckling i alla stadier. Koppar och eter användes för att göra fat, husgeråd, smycken och olika konstnärliga föremål. Bronsets roll var särskilt stor.

Sedan 1900-talet beror den huvudsakliga användningen av koppar på dess höga elektriska ledningsförmåga. Mer än hälften av den utvunna kopparn används inom elektroteknik för tillverkning av olika ledningar, kablar och ledande delar av elektrisk utrustning. På grund av sin höga värmeledningsförmåga är koppar ett oumbärligt material för olika värmeväxlare och kylutrustning. Koppar används i stor utsträckning vid galvanisering - för att applicera kopparbeläggningar, för att producera tunnväggiga produkter av komplexa former, för att göra klichéer i tryckning, etc.

Av stor betydelse är kopparlegeringar mässing (huvudtillsatsen är zink (Zn)), brons (legeringar med olika element, främst metaller tenn (Sn), aluminium (Al), beryllium (Be), bly (Pb), kadmium (Cd) ) och andra, utom zink (Zn) och nickel (Ni)) och koppar-nickellegeringar, inklusive kopparnickel och nickelsilver. Beroende på märke (sammansättning) används legeringar inom en mängd olika teknikområden som strukturella, distorsionsbeständiga, korrosionsbeständiga material, såväl som material med en given elektrisk och termisk ledningsförmåga (koppar med aluminium (Al) och koppar med nickel (Ni)) används för att prägla mynt av "koppar" och "silver"; men koppar ingår i både äkta myntsilver och myntguld.

Biologisk roll: koppar finns i alla organismer och är ett av de mikroelement som är nödvändiga för deras normala utveckling (se Biogena element). Hos växter och djur varierar kopparhalten från 10 15 till 10 3 %. Mänsklig muskelvävnad innehåller 1·10 3% koppar, benvävnad (1-26)·10 4% och 1,01 mg/l koppar finns i blodet. Totalt innehåller den genomsnittliga personens kropp (kroppsvikt 70 kg) 72 mg koppar. Koppars huvudroll i växt- och djurvävnader är deltagande i enzymatisk katalys. Koppar fungerar som en aktivator av ett antal reaktioner och är en del av kopparinnehållande enzymer, främst oxidaser som katalyserar biologiska oxidationsreaktioner. Det kopparhaltiga proteinet plastocyanin är involverat i fotosyntesprocessen. Ett annat kopparinnehållande protein, hemocyanin, fungerar som hemoglobin hos vissa ryggradslösa djur. Eftersom koppar är giftigt är det i ett bundet tillstånd i djurkroppen. En betydande del av det är en del av ceruloplasminproteinet som bildas i levern, som cirkulerar i blodomloppet och levererar koppar till ställen för syntes av andra kopparhaltiga proteiner. Ceruloplasmin har också katalytisk aktivitet och är involverat i oxidationsreaktioner. Koppar är nödvändigt för olika kroppsfunktioner: andning, hematopoiesis (stimulerar absorptionen av järn och hemoglobinsyntes), metabolism av kolhydrater och mineraler. Brist på koppar orsakar sjukdomar hos växter, djur och människor. Med mat får en person 0,5-6 mg koppar dagligen.

§1. Kemiska egenskaper hos ett enkelt ämne (st. ca. = 0).

a) Relation till syre.

Till skillnad från sina undergruppsgrannar - silver och guld - reagerar koppar direkt med syre. Koppar uppvisar obetydlig aktivitet mot syre, men i fuktig luft oxiderar den gradvis och täcks av en grönaktig film bestående av basiska kopparkarbonater:

I torr luft sker oxidation mycket långsamt och ett tunt lager av kopparoxid bildas på kopparytan:

Externt förändras inte koppar, eftersom kopparoxid (I), liksom koppar själv, är rosa. Dessutom är oxidskiktet så tunt att det släpper igenom ljus, d.v.s. lyser igenom. Koppar oxiderar olika vid upphettning, till exempel vid 600-800 0 C. Under de första sekunderna går oxidationen vidare till koppar(I)oxid, som från ytan övergår i svart koppar(II)oxid. En tvåskiktig oxidbeläggning bildas.

Q-bildning (Cu2O) = 84935 kJ.

Figur 2. Kopparoxidfilmens struktur.

b) Interaktion med vatten.

Metaller i kopparundergruppen är i slutet av den elektrokemiska spänningsserien, efter vätejonen. Därför kan dessa metaller inte ersätta väte från vatten. Samtidigt kan väte och andra metaller ersätta metaller från kopparundergruppen från lösningar av deras salter, till exempel:

Denna reaktion är redox, eftersom elektroner överförs:

Molekylärt väte tränger undan metaller i kopparundergruppen med stor svårighet. Detta förklaras av att bindningen mellan väteatomer är stark och mycket energi går åt på att bryta den. Reaktionen sker endast med väteatomer.

I frånvaro av syre interagerar koppar praktiskt taget inte med vatten. I närvaro av syre reagerar koppar långsamt med vatten och blir täckt med en grön film av kopparhydroxid och basiskt karbonat:

c) Interaktion med syror.

Att vara i spänningsserien efter väte, tränger koppar inte bort det från syror. Därför har salt och utspädd svavelsyra ingen effekt på koppar.

Men i närvaro av syre löses koppar i dessa syror för att bilda motsvarande salter:

Det enda undantaget är jodvätesyra, som reagerar med koppar för att frigöra väte och bildar ett mycket stabilt koppar(I)-komplex:

2 Cu + 3 HEJ → 2 H[ CuI 2 ] + H 2

Koppar reagerar också med oxiderande syror, till exempel salpetersyra:

Cu + 4HNO 3( konc. .) → Cu(NO 3 ) 2 +2NEJ 2 +2H 2 O

3Cu + 8HNO 3( utspädning .) → 3Cu(NEJ 3 ) 2 +2NO+4H 2 O

Och även med koncentrerad kall svavelsyra:

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

Med varm koncentrerad svavelsyra :

Cu+2H 2 SÅ 4( konc. ., varm ) → CuSO 4 + SÅ 2 + 2H 2 O

Med vattenfri svavelsyra vid en temperatur av 200 0 C bildas koppar(I)sulfat:

2Cu + 2H 2 SÅ 4( vattenfri .) 200°C → Cu 2 SÅ 4 ↓+SO 2 + 2H 2 O

d) Förhållande till halogener och vissa andra icke-metaller.

Q-bildning (CuCl) = 134300 kJ

Q-bildning (CuCl2) = 111700 kJ

Koppar reagerar bra med halogener och producerar två typer av halogenider: CuX och CuX 2 .. När den utsätts för halogener i rumstemperatur sker inga synliga förändringar, utan det bildas först ett lager av adsorberade molekyler på ytan, och sedan ett tunt lager av halogenider. . Vid upphettning sker reaktionen med koppar mycket häftigt. Vi värmer koppartråden eller folien och sänker den varm i en burk med klor - bruna ångor kommer att dyka upp nära kopparn, bestående av koppar (II) klorid CuCl 2 med en blandning av koppar (I) klorid CuCl. Reaktionen sker spontant på grund av den värme som frigörs. Envärda kopparhalogenider erhålls genom att reagera kopparmetall med en lösning av kopparhalogenid, till exempel:

I detta fall faller monokloriden ut från lösningen i form av en vit fällning på kopparytan.

Koppar reagerar också ganska lätt med svavel och selen vid upphettning (300-400 °C):

2Cu +S→Cu 2 S

2Cu +Se→Cu 2 Se

Men koppar reagerar inte med väte, kol och kväve ens vid höga temperaturer.

e) Interaktion med icke-metalloxider

Vid upphettning kan koppar tränga undan enkla ämnen från vissa icke-metalloxider (till exempel svavel(IV)oxid och kväveoxider (II, IV)), och därigenom bilda en termodynamiskt mer stabil koppar(II)oxid:

4 Cu+SO 2 600-800°C →2CuO + Cu 2 S

4Cu+2NO 2 500-600°C →4CuO + N 2

2 Cu+2 NEJ 500-600° C →2 CuO + N 2

§2. Kemiska egenskaper hos envärd koppar (st. ok. = +1)

I vattenlösningar är Cu+-jonen mycket instabil och oproportionerlig:

Cu + ↔ Cu 0 + Cu 2+

Koppar i (+1) oxidationstillstånd kan dock stabiliseras i föreningar med mycket låg löslighet eller genom komplexbildning.

a) Kopparoxid (jag) Cu 2 O

Amfoter oxid. Brunröd kristallin substans. Det förekommer i naturen som mineralet cuprit. Det kan erhållas på konstgjord väg genom att värma en lösning av ett koppar(II)salt med ett alkali och något starkt reduktionsmedel, till exempel formaldehyd eller glukos. Koppar(I)oxid reagerar inte med vatten. Koppar(I)oxid överförs till lösning med koncentrerad saltsyra för att bilda ett kloridkomplex:

Cu 2 O+4 HCl→2 H[ CuCl2]+ H 2 O

Även lösligt i en koncentrerad lösning av ammoniak och ammoniumsalter:

Cu 2 O+2NH 4 + →2 +

I utspädd svavelsyra disproportioneras den till tvåvärd koppar och metallisk koppar:

Cu 2 O+H 2 SÅ 4 (utspädd) → CuSO 4 +Cu 0 ↓+H 2 O

Koppar(I)oxid går också in i följande reaktioner i vattenlösningar:

1. Långsamt oxiderad av syre till koppar(II)hydroxid:

2 Cu 2 O+4 H 2 O+ O 2 →4 Cu(ÅH) 2 ↓

2. Reagerar med utspädda halogenvätesyror för att bilda motsvarande koppar(I)-halogenider:

Cu 2 O+2 HГ→2CuГ↓ +H 2 O(G=Cl, Br, J)

3. Reducerad till metallisk koppar med typiska reduktionsmedel, till exempel natriumhydrosulfit i en koncentrerad lösning:

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

Koppar(I)oxid reduceras till kopparmetall i följande reaktioner:

1. Vid uppvärmning till 1800 °C (sönderdelning):

2 Cu 2 O - 1800° C →2 Cu + O 2

2. Vid upphettning i en ström av väte, kolmonoxid, med aluminium och andra typiska reduktionsmedel:

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

Vid höga temperaturer reagerar koppar(I)oxid:

1. Med ammoniak (koppar(I)nitrid bildas)

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

2. Med alkalimetalloxider:

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

I detta fall bildas koppar(I)-kuprater.

Koppar(I)oxid reagerar märkbart med alkalier:

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

b) Kopparhydroxid (jag) CuOH

Koppar(I)hydroxid bildar ett gult ämne och är olösligt i vatten.

Nedbryts lätt vid upphettning eller kokning:

2 CuOH → Cu 2 O + H 2 O

c) HaliderCuF, CuMEDl, CuBrOchCuJ

Alla dessa föreningar är vita kristallina ämnen, dåligt lösliga i vatten, men mycket lösliga i överskott av NH 3, cyanidjoner, tiosulfatjoner och andra starka komplexbildare. Jod bildar endast föreningen Cu +1 J. I gasformigt tillstånd bildas cykler av typen (CuГ) 3. Reversibelt lösligt i motsvarande halogenvätesyror:

CuG + HG ↔H[ CuG 2 ] (Г=Cl, Br, J)

Koppar(I)klorid och bromid är instabila i fuktig luft och omvandlas gradvis till basiska koppar(II)salter:

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

d) Andra kopparföreningar (jag)

1. Koppar(I)acetat (CH 3 COOCu) är en kopparförening som uppträder som färglösa kristaller. I vatten hydrolyserar det långsamt till Cu 2 O, i luft oxiderar det till koppar(II)acetat; CH 3 COOCu erhålls genom reduktion av (CH 3 COO) 2 Cu med väte eller koppar, sublimering av (CH 3 COO) 2 Cu i vakuum eller interaktion av (NH 3 OH) SO 4 med (CH 3 COO) 2 Cu in lösning i närvaro av H3COONH3. Ämnet är giftigt.

2. Koppar(I)acetylid - rödbruna, ibland svarta kristaller. När de är torra detonerar kristallerna när de slås eller värms upp. Stabil när den är blöt. När detonation sker i frånvaro av syre bildas inga gasformiga ämnen. Nedbryts under påverkan av syror. Bildas som en fällning när acetylen leds in i ammoniaklösningar av koppar(I)salter:

MED 2 H 2 +2[ Cu(N.H. 3 ) 2 ](ÅH) → Cu 2 C 2 ↓ +2 H 2 O+2 N.H. 3

Denna reaktion används för kvalitativ detektering av acetylen.

3. Kopparnitrid - en oorganisk förening med formeln Cu 3 N, mörkgröna kristaller.

Bryts ner vid upphettning:

2 Cu 3 N - 300° C →6 Cu + N 2

Reagerar häftigt med syror:

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

§3. Kemiska egenskaper hos tvåvärd koppar (st. ok. = +2)

Koppar har det mest stabila oxidationstillståndet och är det mest karakteristiska för det.

a) Kopparoxid (II) CuO

CuO är den huvudsakliga oxiden av tvåvärd koppar. Kristallerna är svarta till färgen, ganska stabila under normala förhållanden och praktiskt taget olösliga i vatten. Det förekommer i naturen som det svarta mineralet tenorit (melakonit). Koppar(II)oxid reagerar med syror och bildar motsvarande koppar(II)salter och vatten:

CuO + 2 HNO 3 → Cu(NEJ 3 ) 2 + H 2 O

När CuO smälts samman med alkalier bildas koppar(II)-kuprater:

CuO+2 KOH- t ° → K 2 CuO 2 + H 2 O

När den värms upp till 1100 °C sönderdelas den:

4CuO- t ° →2 Cu 2 O + O 2

b) Koppar(II)hydroxidCu(ÅH) 2

Koppar(II)hydroxid är ett blått amorft eller kristallint ämne, praktiskt taget olösligt i vatten. Vid upphettning till 70-90 °C sönderdelas Cu(OH)2-pulver eller dess vattensuspensioner till CuO och H2O:

Cu(ÅH) 2 → CuO + H 2 O

Det är en amfotär hydroxid. Reagerar med syror och bildar vatten och motsvarande kopparsalt:

Det reagerar inte med utspädda lösningar av alkalier, men löser sig i koncentrerade lösningar och bildar klarblå tetrahydroxikuprater (II):

Koppar(II)hydroxid bildar basiska salter med svaga syror. Löser sig mycket lätt i överskott av ammoniak för att bilda kopparammoniak:

Cu(OH) 2 +4NH 4 OH→(OH) 2 +4H 2 O

Kopparammoniak har en intensiv blåviolett färg, så den används i analytisk kemi för att bestämma små mängder Cu 2+-joner i lösning.

c) Kopparsalter (II)

Enkla salter av koppar (II) är kända för de flesta anjoner, förutom cyanid och jodid, som, när de interagerar med Cu 2+ katjonen, bildar kovalenta koppar (I) föreningar som är olösliga i vatten.

Koppar (+2) salter är huvudsakligen lösliga i vatten. Den blå färgen på deras lösningar är associerad med bildandet av 2+-jonen. De kristalliserar ofta som hydrater. Från en vattenlösning av koppar(II)klorid under 15°C kristalliserar således tetrahydrat, vid 15-26°C - trihydrat, över 26°C - dihydrat. I vattenlösningar hydrolyseras koppar(II)-salter något, och basiska salter fälls ofta ut från dem.

1. Koppar(II)sulfatpentahydrat (kopparsulfat)

CuSO 4 * 5H 2 O, kallat kopparsulfat, är av största praktiska betydelse. Torrt salt har en blå färg, men när det upphettas något (200 0 C), förlorar det kristallvatten. Vattenfritt salt är vitt. Vid ytterligare uppvärmning till 700 0 C förvandlas den till kopparoxid och förlorar svaveltrioxid:

CuSO 4 ­-- t ° → CuO+ SÅ 3

Kopparsulfat framställs genom att lösa koppar i koncentrerad svavelsyra. Denna reaktion beskrivs i avsnittet "Kemiska egenskaper hos ett enkelt ämne." Kopparsulfat används vid elektrolytisk framställning av koppar, inom jordbruket för att bekämpa skadedjur och växtsjukdomar och för framställning av andra kopparföreningar.

2. Koppar(II)kloriddihydrat.

Dessa är mörkgröna kristaller, lättlösliga i vatten. Koncentrerade lösningar av kopparklorid är gröna och utspädda lösningar är blå. Detta förklaras av bildandet av ett grönt kloridkomplex:

Cu 2+ +4 Cl - →[ CuCl 4 ] 2-

Och dess ytterligare förstörelse och bildandet av ett blått vattenkomplex.

3. Koppar(II)nitrattrihydrat.

Blått kristallint ämne. Det erhålls genom att lösa koppar i salpetersyra. När de värms upp förlorar kristallerna först vatten, sedan sönderfaller de med frigöring av syre och kvävedioxid och förvandlas till koppar(II)oxid:

2Cu(NO 3 ) 2 -- t° →2CuO+4NO 2 +O 2

4. Hydroxokoppar(II)karbonat.

Kopparkarbonater är instabila och används nästan aldrig i praktiken. Endast det basiska kopparkarbonatet Cu 2 (OH) 2 CO 3, som förekommer i naturen i form av mineralet malakit, är av viss betydelse för framställningen av koppar. Vid uppvärmning sönderdelas det lätt och frigör vatten, kolmonoxid (IV) och kopparoxid (II):

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

§4. Kemiska egenskaper hos trevärd koppar (st. ok. = +3)

Detta oxidationstillstånd är det minst stabila för koppar, och koppar(III)-föreningar är därför undantaget snarare än "regeln". Vissa trevärda kopparföreningar existerar dock.

a) Koppar(III)oxid Cu 2 O 3

Det är ett kristallint ämne, mörk granat till färgen. Löser sig inte i vatten.

Det erhålls genom oxidation av koppar(II)hydroxid med kaliumperoxodisulfat i ett alkaliskt medium vid negativa temperaturer:

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

Detta ämne sönderdelas vid en temperatur av 400 0 C:

Cu 2 O 3 -- t ° →2 CuO+ O 2

Koppar(III)oxid är ett starkt oxidationsmedel. Vid reaktion med väteklorid reduceras klor till fritt klor:

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

b) Kopparkuprater (C)

Dessa är svarta eller blå ämnen, instabila i vatten, diamagnetiska, anjonen är ett band av kvadrater (dsp 2). Bildas genom växelverkan mellan koppar(II)hydroxid och alkalimetallhypoklorit i en alkalisk miljö:

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

c) Kaliumhexafluorokuprat(III)

Grönt ämne, paramagnetiskt. Oktaedrisk struktur sp 3 d 2. Kopparfluoridkomplex CuF 3, som i fritt tillstånd sönderdelas vid -60 0 C. Det bildas genom upphettning av en blandning av kalium- och kopparklorider i en fluoratmosfär:

3KCl + CuCl + 3F 2 → K 3 + 2Cl 2

Bryter ner vatten för att bilda fritt fluor.

§5. Kopparföreningar i oxidationstillstånd (+4)

Än så länge känner vetenskapen bara till ett ämne där koppar är i oxidationstillståndet +4, detta är cesiumhexafluorocuprate(IV) - Cs 2 Cu +4 F 6 - ett orange kristallint ämne, stabilt i glasampuller vid 0 0 C. Det reagerar våldsamt med vatten. Det erhålls genom fluorering vid högt tryck och temperatur av en blandning av cesium och kopparklorider:

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

KOPPAR och KOPPAR RULLADE

Kvaliteter och kemisk sammansättning av teknisk koppar

Kopparkvaliteter och deras kemiska sammansättning definieras i GOST 859-2001. Förkortad Information om kopparkvaliteter ges nedan (den minsta kopparhalten och den maximala halten av endast två föroreningar - syre och fosfor anges):

Den första gruppen av märken hänvisar till katodkoppar, resten återspeglar den kemiska sammansättningen av olika halvfärdiga kopparprodukter (koppargöt, valstråd och produkter gjorda av det, valsade produkter).

Specifika funktioner Koppar som är inneboende i olika märken bestäms inte av kopparhalten (skillnaderna är inte mer än 0,5%), utan av innehållet av specifika föroreningar (deras mängd kan variera med 10 - 50 gånger). En klassificering av kopparkvaliteter baserad på syrehalt används ofta:

Syrefri koppar (M00 , M0 och M1 ) med syrehalt upp till 0,001%.

Raffinerad koppar (M1f, M1r, M2r, M3r) med en syrehalt på upp till 0,01 %, men med

högt fosforinnehåll.

Koppar med hög renhet (M00, M0, M1) med en syrehalt på 0,03-0,05 %.

Allmän koppar (M2, M3) med syrehalt upp till 0,08 %.

UngefärligÖverensstämmelsen mellan kopparkvaliteter framställda enligt olika standarder ges nedan:

Olika sorters koppar har olika användningsområden, och skillnader i deras produktionsförhållanden avgör signifikant skillnader i pris.

För tillverkning av kabel- och trådprodukter smälts katoder med en teknik som eliminerar mättnad av koppar med syre under tillverkning av produkter. Därför motsvarar koppar i sådana produkter kvaliteterna M00, M0 , M1 .

Kraven för de flesta tekniska uppgifter tillgodoses av de relativt billiga märkena M2 och M3. Detta bestämmer massproduktionen av huvudtyperna av valsad koppar från M2 och M3.

Valsade produkter från M1, M1f, M1r, M2r, M3r tillverkas huvudsakligen för specifika konsumenter och är mycket dyrare.

Koppars fysikaliska egenskaper

Den huvudsakliga egenskapen hos koppar, som bestämmer dess övervägande användning, är mycket hög elektrisk ledningsförmåga (eller låg elektrisk resistivitet). Föroreningar som fosfor, järn, arsenik, antimon och tenn försämrar avsevärt dess elektriska ledningsförmåga. Värdet på elektrisk ledningsförmåga påverkas avsevärt av metoden för att erhålla den halvfärdiga produkten och dess mekaniska tillstånd. Detta illustreras av tabellen nedan:

Skillnader i motståndet hos valstråd av kvaliteterna M00, M0 och M1 beror på olika mängder föroreningar och uppgår till cirka 1 %. Samtidigt når skillnader i motstånd på grund av olika mekaniska förhållanden 2–3 %. Resistiviteten för produkter tillverkade av kopparkvalitet M2 är cirka 0,020 μOhm*m.

Den näst viktigaste egenskapen hos koppar är dess mycket höga värmeledningsförmåga.

Föroreningar och legeringstillsatser minskar den elektriska och termiska ledningsförmågan hos koppar, så kopparbaserade legeringar är betydligt sämre än koppar i dessa indikatorer. Värdena på parametrarna för de grundläggande fysikaliska egenskaperna hos koppar i jämförelse med andra metaller anges i tabellen (data ges i två olika enhetssystem):

När det gäller elektrisk och värmeledningsförmåga är koppar obetydlignäst efter silver.

Påverkan av föroreningar och egenskaper hos koppar av olika kvaliteter

Skillnader i egenskaperna hos koppar av olika kvaliteter är förknippade med påverkan av föroreningar på koppars grundläggande egenskaper. Effekten av föroreningar på fysikaliska egenskaper (termisk och elektrisk ledningsförmåga) diskuterades ovan. Låt oss överväga deras inflytande på andra grupper av fastigheter.

Effekt på mekaniska egenskaper .

Järn, syre, vismut, bly, antimon försämrar formbarheten. Föroreningar som är dåligt lösliga i koppar (bly, vismut, syre, svavel) leder till sprödhet vid höga temperaturer.

Omkristallisationstemperaturen för koppar för olika kvaliteter är 150-240 o C. Ju fler föroreningar, desto högre är denna temperatur.En betydande ökning av omkristallisationstemperaturen för koppar produceras av silver och zirkonium. Till exempel ökar införandet av 0,05 % Agomkristallisationstemperatur två gånger, vilket visar sig i en ökning av mjukningstemperaturen och en minskning av krypning vid höga temperaturer, utan förlust av termisk och elektrisk ledningsförmåga.

Påverkan på tekniska egenskaper .

Tekniska egenskaper inkluderar 1) förmågan att bearbetas genom tryck vid låga och höga temperaturer, 2) lödbarhet och svetsbarhet av produkter.

Föroreningar, särskilt lågsmältande, bildar sprödhetszoner vid höga temperaturer, vilket försvårar varmbearbetning. Men nivån av föroreningar i kvaliteterna M1 och M2 ger den nödvändiga tekniska plasticiteten.

Under kall deformation manifesteras påverkan av föroreningar märkbart i produktionen av tråd. Med samma draghållfasthet (? V = 16 kgf/mm 2) valstråd tillverkade av kvaliteterna M00, M0 och M1 har olika relativa förlängningar? (38 %, 35 % respektive 30 %). Därför är valstråd av klass A (kvaliteten M00 motsvarar den) mer tekniskt avancerad vid tillverkning av tråd, särskilt av små diametrar. Användningen av syrefri koppar för produktion av strömledare bestäms inte så mycket av storleken på elektrisk ledningsförmåga som av en teknisk faktor.

Svets- och lödprocesser blir betydligt svårare när syrehalten, såväl som bly och vismut, ökar.

Inverkan av syre och väte på prestandaegenskaper .

På normala förhållanden Koppars driftsegenskaper (främst hållbarhet) är nästan desamma för olika märken. Samtidigt, vid höga temperaturer, kan de skadliga effekterna av syre som finns i koppar uppträda. Denna möjlighet realiseras vanligtvis genom att värma koppar i en miljö som innehåller väte.

Syre finns initialt i kopparkvaliteterna M0, M1, M2, M3. Dessutom, om syrefri koppar glödgas i luft vid höga temperaturer, kommer produktens ytskikt på grund av syrediffusion att bli syrehaltigt Syre i koppar finns i form av kopparoxid, som är lokaliserad längs korngränserna.

Förutom syre kan koppar innehålla väte. Väte kommer in i koppar under elektrolys eller glödgning i en atmosfär som innehåller vattenånga. Vattenånga finns alltid i luften. Vid höga temperaturer sönderdelas det och bildar väte, som lätt diffunderar in i kopparn.

I syrefri koppar finns väteatomer i mellanrummen i kristallgittret och påverkar inte särskilt metallens egenskaper.

I syrehaltig koppar vid höga temperaturer reagerar väte med kopparoxid. Samtidigt bildas högtrycksvattenånga i kopparns tjocklek, vilket leder till svullnad, sprickor och sprickor. Detta fenomen är känt som "vätesjukdom" eller "väteförsprödning". Det visar sig när en kopparprodukt används vid temperaturer över200 o C i en atmosfär som innehåller väte eller vattenånga.

Ju högre syrehalt i koppar och ju högre driftstemperatur, desto större är graden av sprödhet. Vid 200 o Clivslängden är 1,5 år, vid 400 o C- 70 timmar.

Det är särskilt uttalat i produkter med liten tjocklek (rör, tejper).

Vid upphettning i vakuum interagerar det väte som ursprungligen finns i koppar med kopparoxid och leder också till att produkten blir spröd och försämring av vakuumet. Därför är produkter som drivs vid höga temperaturer tillverkade av syrefria (raffinerade) kopparkvaliteter M1p, M2p, M3p.

Mekaniska egenskaper hos valsad koppar

Det mesta av den valsade koppar som säljs är tillverkad av M2-kvalitet. Valsade produkter från M1-kvaliteten tillverkas huvudsakligen på beställning, dessutom är de cirka 20% dyrare.

Kallformade valsade produkter– dessa är dragna (stänger, tråd, rör) och kallvalsade (plåt, tejp, folie) produkter. Den finns i hårda, halvhårda och mjuka (glödgade) tillstånd. Sådan hyra är märkt med bokstaven "D" och leveransstatus med bokstäverna T, P eller M.

Varmdeformerade valsade produkter– resultatet av pressning (stänger, rör) eller varmvalsning (plåtar, plåtar) vid temperaturer över omkristallisationstemperaturen. Sådan uthyrning är märkt med bokstaven "G". När det gäller mekaniska egenskaper är varmbearbetat stål nära (men inte identiskt) med kallbearbetat stål i mjukt tillstånd.

Hög tryckhållfasthet (55 - 65 kgf/mm 2) i kombination med hög duktilitet bestämmer den utbredda användningen av koppar som packningar i tätningar av fasta fogar med driftstemperaturer upp till 250 o C (tryck 35 kg\cm2 för ånga och 100 kgf\cm2 för vatten).

Koppar används ofta i lågtemperaturteknik, inklusive heliumteknik. Vid låga temperaturer bibehåller den styrka, duktilitet och viskositetsegenskaper som är karakteristiska för rumstemperatur. Den vanligaste egenskapen hos koppar i kryogenteknik är dess höga värmeledningsförmåga. Vid kryogena temperaturer blir den termiska ledningsförmågan för kvaliteterna M1 och M2 signifikant, därför blir användningen av klass M1 grundläggande inom kryogenteknologi.

Kopparstänger tillverkas pressade (20 - 180 mm) och kalldeformerade, i hårda, halvfasta och mjuka tillstånd (diameter 3 - 50 mm) enligt GOST 1535-2006.

Platt koppar allmänt ändamål produceras i form av folie, tejp, ark och plattor i enlighet med GOST 1173-2006:

Kopparfolie - kallvalsad: 0,05 - 0,1 mm (endast tillgänglig i fast tillstånd)

Kopparlister - kallvalsade: 0,1 – 6 mm.

Kopparplåt - kallvalsad: 0,2 – 12 mm

Varmvalsad: 3 – 25 mm (mekaniska egenskaper regleras upp till 12 mm)

Kopparplåtar - varmvalsade: över 25 mm (mekaniska egenskaper är inte reglerade)

Varmvalsade och mjuka kallvalsade kopparplåtar och remsor klarar böjprovet runt en dorn med en diameter lika med plåtens tjocklek. Med en tjocklek på upp till 5 mm tål de böjning tills sidorna berörs, och med en tjocklek på 6–12 mm, tills sidorna är parallella. Kallvalsade halvhårda plåtar och remsor tål 90 graders böjtest.

Således är den tillåtna böjningsradien för kopparplåtar och tejper lika med tjockleken på arket (tejpen).

Kopparrör för allmänna ändamål tillverkas kalldeformerade (i mjuka, halvhårda och hårda tillstånd) och pressade (stora sektioner) i enlighet med GOST 617-2006.

Kopparrör används inte bara för processvätskor, utan också för dricksvatten. Koppar är inert mot klor och ozon, som används för vattenrening, hämmar tillväxten av bakterier och när vattnet fryser deformeras kopparrören utan att spricka. Kopparrör för vatten produceras i enlighet med GOST R 52318-2005, för vilka innehållet av organiska ämnen på den inre ytan är begränsat. Minsta böjningsradier och tillåtna tryck för mjuka kopparrör anges nedan:

Korrosionsegenskaper hos koppar .

Vid normala temperaturer koppar stabil i följande miljöer:

Torr luft

Färskvatten (ammoniak, svavelväte, klorider, syror påskyndar korrosion)

I havsvatten vid låga vattenhastigheter

I icke-oxiderande syror och saltlösningar (i frånvaro av syre)

Alkaliska lösningar (förutom ammoniak och ammoniumsalter)

Torra halogengaser

Organiska syror, alkoholer, fenolhartser

Koppar instabil i följande miljöer:

Ammoniak, ammoniumklorid

Oxiderande mineralsyror och lösningar av sura salter

Koppars korrosionsegenskaper i vissa miljöer försämras märkbart med ökande mängder föroreningar.

Kontaktkorrosion.

Kontakt av koppar med kopparlegeringar, bly, tenn i fuktig atmosfär, sötvatten och havsvatten är tillåtet. Samtidigt är kontakt med aluminium och zink inte tillåten på grund av deras snabba förstörelse.

Den höga termiska och elektriska ledningsförmågan hos koppar gör det svårt att utföra elektrisk svetsning (punkt- och rullsvetsning). Detta gäller särskilt för massiva produkter. Tunna delar kan svetsas med volframelektroder. Delar med en tjocklek på mer än 2 mm kan svetsas med en neutral acetylen-syre låga. Ett pålitligt sätt att ansluta kopparprodukter är lödning med mjuka och hårda lödningar. För mer information om kopparsvetsning, se www.weldingsite.com.ua

Teknisk koppar har låg hållfasthet och slitstyrka, dåliga gjutnings- och antifriktionsegenskaper. Kopparbaserade legeringar har inte dessa nackdelar -mässing Och brons . Det är sant att dessa förbättringar uppnås på grund av försämringen av termisk och elektrisk ledningsförmåga.

Det finns speciella fall när det är nödvändigt att bibehålla den höga elektriska eller termiska ledningsförmågan hos koppar, men ge den värmebeständighet eller slitstyrka.

När koppar värms över omkristallisationstemperaturen uppstår en kraftig minskning i sträckgräns och hårdhet. Detta gör det svårt att använda koppar i motståndssvetselektroder. Därför används för detta ändamål speciella kopparlegeringar med krom, zirkonium, nickel, kadmium (BrKh, BrKhTsr, BrKN, BrKd). Elektrodlegeringar bibehåller relativt hög hårdhet och tillfredsställande elektrisk och termisk ledningsförmåga vid svetsprocesstemperaturer (ca 600C).

Värmebeständighet uppnås också genom legering med silver. Sådana legeringar (MA) har mindre krypning med oförändrad elektrisk och termisk ledningsförmåga.

För användning i rörliga kontakter (kollektorplattor, kontakttråd) används koppar med låg legeringsnivå med magnesium eller kadmium BrKd, BrMg. De har ökat slitstyrka och hög elektrisk ledningsförmåga.

För kristallisatorer används koppar med tillsatser av järn eller tenn. Sådana legeringar har hög värmeledningsförmåga med ökad slitstyrka.

Låglegerade kopparkvaliteter är huvudsakligen bronser, men de klassificeras ofta som valsade kopparprodukter med lämpliga märkningar (MS, MK, MF).