Властивості міді, її отримання та область застосування

Властивості міді, яка в природі зустрічається і у вигляді досить великих самородків, люди вивчили ще в стародавні часи, коли з цього металу та його сплавів робили посуд, зброю, прикраси, різні вироби побутового призначення. Активне використання даного металу протягом багатьох років обумовлено не тільки його особливими властивостями, але і простотою обробки. Мідь, яка присутня в руді у вигляді карбонатів та оксидів, досить легко відновлюється, що і навчилися робити наші давні предки.

Мідний злиток

Цікаве про міді

Спочатку процес відновлення цього металу виглядав дуже примітивно: мідну руду просто нагрівали на вогнищах, а потім піддавали різкому охолодженню, що призводило до розтріскування шматків руди, з яких уже можна було видобувати мідь. Подальший розвиток технології призвело до того, що в багаття почали вдувати повітря: це підвищувало температуру нагрівання руди. Потім нагрів руди стали виконувати в спеціальних конструкціях, які і стали першими прототипами шахтних печей.

Про те, що мідь використовується людством з давніх часів, свідчать археологічні знахідки, в результаті яких були знайдені вироби з цього металу. Істориками встановлено, що перші вироби з міді з’явилися вже у 10 тисячолітті до н. е., а найбільш активно вона стала добуватися, перероблятися і використовуватися через 8-10 тисяч років. Природно, передумовами до такого активного використання даного металу стали не тільки відносна простота його отримання з руди, але і його унікальні властивості: питома вага, щільність, магнітні властивості, електрична, а також питома провідність та ін.

У наш час вже складно знайти мідь у природі у вигляді самородків, зазвичай її видобувають з руди, яка підрозділяється на наступні види.

  • Борнит — в такий руді мідь може міститися в кількості до 65%.
  • Халькозин, який також називають мідним блиском. У такий руді міді може міститися до 80%.
  • Мідний колчедан, також званий халькопиритом (утримання до 30%).
  • Ковеллин (утримання до 64%).

Халькопірит

Мідь також можна витягати з безлічі інших мінералів (малахіт, куприт та ін). У них вона міститься в різних кількостях.

Фізичні властивості

Мідь у чистому вигляді являє собою метал, колір якого може варіюватися від рожевого до червоного відтінку.

Радіус іонів міді, що мають позитивний заряд, може приймати наступні значення:

  • якщо координаційний показник відповідає 6-ти — до 0,091 нм;
  • якщо даний показник відповідає 2 — до 0,06 нм.

Радіус атома міді становить 0,128 нм, також він характеризується спорідненістю до електрону, що дорівнює 1,8 ев. При іонізації атома дана величина може приймати значення від 7,726 до 82,7 ев.

Мідь — це перехідний метал, показник електронегативності якого становить 1,9 одиниць по шкалі Полінга. Крім цього, його ступінь окислення може приймати різні значення. При температурах, що знаходяться в інтервалі 20-100 градусів, його теплопровідність становить 394 Вт/м*К. Електропровідність міді, яку перевершує лише срібло, знаходиться в інтервалі 55,5–58 МСм/м

Так як мідь в потенційному ряду стоїть правіше водню, вона не може витісняти цей елемент з води і різних кислот. Її кристалічна решітка має кубічний гранецентрированный тип, величина її становить 0,36150 нм. Мідь плавиться при температурі 1083 градусів, а температура її кипіння — 26570. Фізичні властивості міді визначає і її щільність, яка становить 8,92 г/см3.

Самородна мідь

З її механічних властивостей і фізичних показників варто також відзначити наступні:

  • лінійне термічне розширення — 0,00000017 одиниць;
  • межа міцності, якому мідні вироби відповідають при розтягуванні, становить 22 кгс/мм2;
  • твердість міді за шкалою Брінелля відповідає значенню 35 кгс/мм2;
  • питома вага 8,94 г/см3;
  • модуль пружності становить 132000 Мн/м2;
  • значення відносного видовження дорівнює 60%.

Абсолютно унікальними можна вважати магнітні властивості цього металу, який є повністю діамагнітним. Саме ці властивості, поряд з фізичними параметрами: питомою вагою, питомою провідністю та іншими, в повній мірі пояснюють широку затребуваність даного металу при виробництві виробів електротехнічного призначення. Схожими властивостями володіє алюміній, який також успішно використовується при виробництві різної електротехнічної продукції: проводів, кабелів і ін

Основну частину характеристик, якими володіє мідь, практично неможливо змінити, за винятком межі міцності. Цю властивість можна поліпшити практично в два рази (до 420-450 МН/м2), якщо здійснити таку технологічну операцію, як наклеп.

Хімічні властивості

Хімічні властивості міді визначаються тим, яке становище вона займає в таблиці Менделєєва, де вона має порядковий номер 29 і розташовується в четвертому періоді. Що примітно, вона знаходиться в одній групі з благородними металами. Це зайвий раз підтверджує унікальність її хімічних властивостей, про які варто розповісти більш докладно.

Відтінки мідних сплавів

В умовах невисокої вологості мідь практично не проявляє хімічну активність. Все змінюється, якщо виріб помістити в умови, що характеризуються високою вологістю і підвищеним вмістом вуглекислого газу. В таких умовах починається активне окислення міді: на її поверхні формується зеленувата плівка, що складається з Cuco 3, Cu(OH)2 і різних сірчистих сполук. Така плівка, яка називається патиною, виконує важливу функцію захисту металу від подальшого руйнування.

Окислення починає активно відбуватися й тоді, коли виріб піддається нагріванню. Якщо метал нагріти до температури 375 градусів, то на його поверхні формується оксид міді, якщо вище (375-1100 градусів) — то двошарова окалина.

Мідь досить легко реагує з елементами, які входять в групу галогенів. Якщо метал помістити в пари сірки, то він запалиться. Високу ступінь споріднення він проявляє і селену. Мідь не вступає в реакцію з азотом, вуглецем і воднем навіть в умовах високих температур.

Увагу заслуговує взаємодія оксиду міді з різними речовинами. Так, при його взаємодії з сірчаною кислотою утворюється сульфат і чиста мідь, з бромоводородной і иодоводородной кислотою — бромід і йодид міді.

Інакше виглядають реакції оксиду міді з лугами, в результаті яких утворюється купрат. Отримання міді, при якому метал відновлюється до вільного стану, здійснюють за допомогою оксиду вуглецю, аміаку, метану та інших матеріалів.

Мідь при взаємодії з розчином солей заліза переходить у розчин, при цьому залізо відновлюється. Така реакція використовується для того, щоб зняти напилений мідний шар з різних виробів.

Одне — і двухвалентная мідь здатна створювати комплексні сполуки, що відрізняються високою стійкістю. Такими сполуками є подвійні солі міді і аміачні суміші. І ті і інші знайшли широке застосування в різних галузях промисловості.

Бухти мідного дроту

Області застосування міді

Застосування міді, як і найбільш схожого з нею по своїм властивостям алюмінію, добре відомо — це виробництво кабельної продукції. Мідні дроти і кабелі, характеризуються невисоким електричним опором і особливими магнітними властивостями. Для виробництва кабельної продукції застосовуються види міді, характеризуються високою чистотою. Якщо в її склад додати навіть незначну кількість сторонніх металевих домішок, наприклад, всього 0,02% алюмінію, то електрична провідність вихідного металу зменшиться на 8-10%.

Невисокий вага міді і її висока міцність, а також здатність піддаватися різним видам механічної обробки — це ті властивості, які дозволяють виробляти з неї труби, успішно використовуються для транспортування газу, гарячої та холодної води, пара. Зовсім не випадково саме подібні труби застосовуються у складі інженерних комунікацій житлових і адміністративних будівель в більшості європейських країн.

Мідь, крім виключно високої електропровідності, відрізняється здатністю добре проводити тепло. Завдяки цій властивості вона успішно використовується в складі наступних систем:

  • теплові трубки;
  • кулери, що використовуються для охолодження елементів персональних комп’ютерів;
  • системи опалення і охолодження повітря;
  • системи, що забезпечують перерозподіл тепла в різних пристроях (теплообмінники).

Металеві конструкції, в яких використані мідні елементи, що відрізняються не тільки невеликою вагою, а й винятковою декоративністю. Саме це послужило причиною їх активного використання в архітектурі, а також для створення різних інтер’єрних елементів.

You Might Also Like