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

Самородная медь размером около 4 см

Медь

— минерал из класса самородных элементов. В природном минерале обнаруживаются Fe, Ag, Au, As и другие элементы в виде примеси или образующие с Cu твёрдые растворы. Простое вещество медь — это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). Один из первых металлов, широко освоенных человеком из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления. Он входит в семёрку металлов, известных человеку с очень древних времён. Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных.

1. Структура
2. Свойства
3. Запасы и добыча
4. Происхождение
5. Применение
6. Классификация
7. Физические свойства
8. Оптические свойства
9. Кристаллографические свойства

Смотрите так же:

Золото

– структура и физические свойства

Алюминий

– структура и физические свойства

СТРУКТУРА

Кристаллическая структура меди

Кубическая сингония, гексаоктаэдрический вид симметрии m3m, кристаллическая структура – кубическая гранецентрированная решётка. Модель представляет собой куб из восьми атомов в углах и шести атомов , расположенных в центре граней (6 граней). Каждый атом данной кристаллической решетки имеет координационное число 12. Самородная медь встречается в виде пластинок, губчатых и сплошных масс, нитевидных и проволочных агрегатов, а также кристаллов, сложных двойников, скелетных кристаллов и дендритов. Поверхность часто покрыта плёнками “медной зелени” (малахит), “медной сини” (азурит), фосфатов меди и других продуктов её вторичного изменения.

Значение меди для человека

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

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

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

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

СВОЙСТВА

Кристаллы самородной меди, Верхнее озеро, округ Кинави, Мичиган, США. Размер 12 х 8,5 см

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

Наряду с осмием, цезием и золотом, медь — один из четырёх металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов. Этот цветовой оттенок объясняется наличием электронных переходов между заполненной третьей и полупустой четвёртой атомными орбиталями: энергетическая разница между ними соответствует длине волны оранжевого света. Тот же механизм отвечает за характерный цвет золота.

Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности среди металлов после серебра). Удельная электропроводность при 20 °C: 55,5-58 МСм/м. Медь имеет относительно большой температурный коэффициент сопротивления: 0,4 %/°С и в широком диапазоне температур слабо зависит от температуры. Медь является диамагнетиком.

Существует ряд сплавов меди: латуни — с цинком, бронзы — с оловом и другими элементами, мельхиор — с никелем и другие.

Марки меди

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

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

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

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

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

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Образец меди, 13,6 см. Полуостров Кинави, Мичиган, США

Среднее содержание меди в земной коре (кларк) — (4,7-5,5)·10−3% (по массе). В морской и речной воде содержание меди гораздо меньше: 3·10−7% и 10−7% (по массе) соответственно. Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,3 до 1,0 %. Мировые запасы в 2000 году составляли, по оценке экспертов, 954 млн т, из них 687 млн т — подтверждённые запасы, на долю России приходилось 3,2 % общих и 3,1 % подтверждённых мировых запасов. Таким образом, при нынешних темпах потребления запасов меди хватит примерно на 60 лет. Медь получают из медных руд и минералов. Основные методы получения меди — пирометаллургия, гидрометаллургия и электролиз. Пирометаллургический метод заключается в получении меди из сульфидных руд, например, халькопирита CuFeS2. Гидрометаллургический метод заключается в растворении минералов меди в разбавленной серной кислоте или в растворе аммиака; из полученных растворов медь вытесняют металлическим железом.

Ответы на вопросы пользователей о меди

Ответим на несколько популярных вопросов от пользователей.

Есть ли в старых телевизорах медь

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

Какая электронная и электронно графическая формула меди

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

Графическая формула меди:

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Небольшой самородок меди

Обычно самородная медь образуется в зоне окисления некоторых медносульфидных месторождений в ассоциации с кальцитом, самородным серебром, купритом, малахитом, азуритом, брошантитом и другими минералами. Массы отдельных скоплений самородной меди достигают 400 тонн. Крупные промышленные месторождения самородной меди вместе с другими медьсодержащими минералами формируются при воздействии на вулканические породы (диабазы, мелафиры) гидротермальных растворов, вулканических паров и газов, обогащенных летучими соединениями меди (например, месторождение озера Верхнее, США). Самородная медь встречается также в осадочных породах, преимущественно в медистых песчаниках и сланцах. Наиболее известные месторождения самородной меди – Туринские рудники (Урал), Джезказганское (Казахстан), в США (на полуострове Кивино, в штатах Аризона и Юта).

История открытия

Самые древние изделия из меди были найдены на территории современной Турции. Находились они в руинах поселения Чатал-Хююк. За каменным веком наступил медный век. Ученые в XX веке смогли доказать, что с помощью инструментов, изготовленных из меди, можно быстрее обрабатывать материалы.

Из меди изготавливались сплавы с оловом, которые называются бронзой. Их применяли для создания украшений, инструментов, оружия. Когда бронза получила большую популярность, наступил бронзовый век, который сменил медный.

Первые большие рудники были найдена на территории Кипра. Они разрабатывались около 3000 лет до н. э. В России самые старые рудники датируются 2000 лет до н. э.

Промышленная выплавка медных слитков была освоена в XIII–XIV веке. В Москве в XV веке основался Пушечный двор, который производил орудия, боеприпасы из бронзы.

ПРИМЕНЕНИЕ

Браслеты из меди

Из-за низкого удельного сопротивления, медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмотках энергосберегающих электроприводов и силовых трансформаторов. Другое полезное качество меди — высокая теплопроводность. Это позволяет применять её в различных теплоотводных устройствах, теплообменниках, к числу которых относятся и широко известные радиаторы охлаждения, кондиционирования и отопления. В разнообразных областях техники широко используются сплавы с использованием меди, самыми широко распространёнными из которых являются упоминавшиеся выше бронза и латунь. Оба сплава являются общими названиями для целого семейства материалов, в которые помимо олова и цинка могут входить никель, висмут и другие металлы. В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациям и истиранию, так как чистое золото очень мягкий металл и нестойко к этим механическим воздействиям. Прогнозируемым новым массовым применением меди обещает стать её применение в качестве бактерицидных поверхностей в лечебных учреждениях для снижения внутрибольничного бактериопереноса: дверей, ручек, водозапорной арматуры, перил, поручней кроватей, столешниц — всех поверхностей, к которым прикасается рука человека.

Медь (англ. Copper) – Cu

Что такое медь

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

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

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Сплавы

Далеко не всегда в промышленности применяется чистая медь. Чтобы изменить технические характеристики цветного металла к нему добавляются различные компоненты. В итоге получаются сплавы, которые имеют медную основу. Самые распространенные:

1. Бронза — изготавливается путем добавления олова.
2. Латунь — производится из медной основы, к которой добавляется цинк.

Это далеко не все соединения, где медь — главный компонент.

Бронзовая статуэтка

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Способы обработки

Механическую обработку можно выполнить путем:

1. Протяжки. Технологический процесс, применяющийся при изготовлении проводов, проволоки разного диаметра. Для производства применяется экструдерный механизм.
2. Прокатки. Технологический процесс производства плоских изделий из меди. Заготовки прокатываются через установку с подвижными вальцами.
3. Полировки. Для придания медным изделиям характерного металлического блеска, применяются войлочные, тканевые диски.
4. Шлифования. Применяется для снятия определенного слоя металла, его очистки от налета, загрязнений. Шлифовка осуществляется с помощью абразивов.

Также внимания заслуживает токарный способ обработки медных заготовок. С его помощью изготавливаются шайбы, шпильки, штуцера, втулки, фланцы.

Медь — востребованный цветной металл с хорошими физическими и химическими свойствами. Металл подходит для изготовления украшений, деталей промышленных станков, бытовой техники, радиодеталей.

Чистота

Бескислородная медь OFC имеет разные степени очистки. Чистота металла обозначается следующим образом: «* N». На месте звездочки (*) вставляют цифру, которая раскрывает информацию о количествах девяток после запятой. Так, марка бескислородной меди OFC 6N сообщает о том, что чистого металла в ней 99,999999 %. Количество посторонних примесей составляет 0,000001 %.

Первое производство меди качества 6N было осуществлено в 1985 году в Японии, компанией Nippon Mining Co. В массовое производство высоко очищенная бескислородная медь пошла в 1987 году. Основными сферами применения тогда стали акустические провода, межблочные сетевые кабеля.

В настоящее время такую чистую медь производят достаточно много производителей в мире, в том числе и в Российской Федерации.

Отдельными компаниями заявляется, что они достигли степень очистки выше показателя 6 -7N, 8N и т. д. Но при этом следует учитывать, что в настоящее время единства при определении стандартов чистоты бескислородной меди и ее качества нет. В некоторых случаях наличие каких-либо примесей просто не учитывается. Обычно к таким инородным включениям относится серебро.