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

Медь как электропроводник
Чистую медь используют и применяют для производства проводов, кабелей, сетевых проводников, электропередач. Сердцевина кабелей — это медная жила в производстве которой используют только очень чистый металл, любые примеси снижают эффект электропроводимости меди. Низкое удельное сопротивление позволяет использовать медь в электротехнике для изготовления силовых кабелей и других проводников, а также силовых шин проводящих высокие токи, провода из высокочистой меди используют в обмотках электроприводов и силовых трансформаторов.

Медь в быту

В настоящее время при монтаже электропроводки в жилых помещениях допускаются провода только с медной жилой, которые производятся из медной проволоки высокой частоты, которая, в свою очередь, производится из медной катанки класса А. Таким образом, медная проволока применяется в наших квартирах для работы всех электроприборов и освещения. Применение в проводах меди вместо алюминия обусловлено не только лучшей электропроводностью меди, но, в основном, лучшей пожаробезопасностью. Медь меньше алюминия подвержена коррозии и меньше реагирует с водой, что позволяет использовать медные трубки и трубы для передачи жидкостей и газов в различных системах домашнего отопления и кондиционирования.

Характеристики меди

Медь как электропроводник

Медь – это металл, который относится к группе цветных, поскольку имеет яркий красновато-розовый цвет, при разной степени обработки может иметь коричневый, зеленый, золотистый оттенок. Этот металл обладает высокими электролитическими свойствами, теплопроводностью, прочностью и упругостью. Медь легко поддается обработке, входит в состав многих сплавов, благодаря чему повышает свои химические и физические свойства. Наиболее известными сплавами является бронза – в основную массу меди добавляют 7 – 10 % олова, медно-никелевый сплав – констант (в общей массе до 40% никеля) и манганин (в сплав входит никель и марганец). Наличие большого числа отличительных характеристик и доступность металла обуславливают широкое применение меди в разных отраслях промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, медицине.

Запасы, добыча

Глобальные объемы медной руды оцениваются в миллиард тонн (разведанные). Наличие половины подтверждено. Ученые полагают, что земная кора таит еще три миллиарда тонн меденосной руды.

Самородная медь

Богатыми запасами располагают страны на всех континентах:

• Америка – Чили, Канада, США.
• Азия – Казахстан, Иран.
• Африка – ЮАР, Замбия, Заир.

На Россию приходится 3% мировых запасов. Месторождения сосредоточены на Урале. Основной добытчик – концерн «Норильский никель».

Руду добывают открытым либо закрытым способом, в зависимости от глубины залегания.

Ежегодный мировой объем добычи руды – 15-20 млн. тонн.

Как применяют медь в промышленности

Медь в промышленности переплавляют

При производстве различных изделий использую медь в чистом виде и в виде сплавов с различными металлами. В чистом виде металл используют для изготовления сетевых кабелей и проводов электропередач. Медь отличается способностью быстро и без потерь проводить электроток. По этому показателю она уступает лишь серебру, но поскольку оно относится к драгоценным металлам и имеет высокую стоимость, то в электропроводках отдают предпочтение применению меди. Для производства сердцевины кабелей – медной жилы применяют только чистый металл, наличие любых примесей значительно снижает проводниковый эффект. Чтобы получить чистую медь, ее заготовки подвергают процессу электрорафинирования. Он представляет собой погружение металла в ванну, наполненную раствором сульфата меди, туда же погружают электрод, подключенный к электричеству. Ионы металла перемещаются к электроду, а частицы примесей собираются вблизи анода, таким образом, их можно удалить, а на выходе получается материал с содержанием 99,999% чистой меди.

Медно-никелевые сплавы характеризуются высокой электросопротивляемостью и применяются в приборостроении. Эти сплавы стойкие к коррозии, не разрушаются даже в морской воде. Сплав, в котором 40% цинка называется латунь, он обладает повышенной прочностью, а его дешевизна обуславливает широкое применение:

После переплавки с меди делают болванки

• в машиностроении;
• в производстве бытовых товаров;
• в химической промышленности.

Из латуни производят:

• трубы;
• радиаторы;
• гильзы;
• автомобильную фурнитуру и прочее.

Медное напыление используют при хромировании стали. Изделия из стали часто в декоративных целях покрывают хромом или никелем, но это покрытие недолговечно и в процессе эксплуатации может отпадать, во избежание этого между сталью и хромированным слоем наносят медное напыление, оно обеспечивает лучшее сцепление.

Применение меди в промышленности можно наблюдать и при осуществлении пайки, она значительно облегчает этот процесс, а деталь получается однородной и прочной. Этот металл является достаточно пластичным, его можно применять для изготовления водопроводных труб различной конфигурации, в России использование таких труб нешироко распространено, но в Европе такие изделия можно найти довольно часто.

Физико-химические параметры

Медь – металл с типичными внешними признаками (блеск, гладкость) и структурой кристаллической решетки. Наделена высокой электро- и теплопроводностью. По этим физическим свойствам вторая после серебра.

Название, символ, номер	Медь/Cuprum (Cu), 29
Атомная масса (молярная масса)	63,546(3)а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d10 4s1
Радиус атома	128 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	117 пм
Радиус иона	(+2e) 73 (+1e) 77 (K=6) пм
Электроотрицательность	1,90 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	+0,337 В/ +0,521 В
Степени окисления	3, 2, 1, 0
Энергия ионизации (первый электрон)	745,0 (7,72) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	8,92 г/см³
Температура плавления	1356,55 K (1083,4 °С)
Температура кипения	2567 °С
Уд. теплота плавления	13,01 кДж/моль
Уд. теплота испарения	304,6 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,44 Дж/(K·моль)
Молярный объём	7,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая гранецентрированая
Параметры решётки	3,615 Å
Температура Дебая	315 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 401 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-50-8

Главное химическое свойство металла, оцененное человеком, – нулевая коррозийность. Медь химически малоактивна, при стандартных условиях не окисляется.

Изделия из меди в повседневной жизни

Это металл применяется не только для производства промышленных товаров, изделия из меди можно встретить и в повседневной жизни:

• посуда;

  
  Медная посуда

• предметы интерьера;
• кованые оградки;
• скульптуры;
• монеты.

Все эти предметы можно найти чуть ли не в каждом доме.

Важную роль в сельском хозяйстве выполняет почвенные удобрения, содержащие медный купорос – он стимулирует активный рост различных культур, защищает их от вредителей, раствором купороса обрабатывают деревья, кустарники, семена.

Предметы интерьера из меди

При строительстве домов медные листы используют в кровельных работах. Известно, что данный металл стойкий к различным атмосферным явлениям, под их воздействием образуется защитный слой – патина, который имеет зеленоватый оттенок. Патина предотвращает коррозию металла, и крыша с таким покрытием может служить долгое время.

Медные монеты

К области применения меди можно отнести и гальванопластику, она известна еще с 1873 года. Гальванопластика представляет собой особый вид искусства, который базируется на электролитическом осаждении металла в водном растворе солей. Этот метод давно вышел за пределы искусства и применяется в космической отрасли, авиации, машиностроении. Суть его заключается в том, что созданный макет изделия, например, из гипса или пластилина, металлизируют, после удаления макета остается только металлическая форма. Процесс металлизирования происходит путем нанесения на макет тонкого слоя металла, чаще используют графит, помещают заготовку в раствор, который содержит соли меди. Макет играет роль катода и притягивает частицы металла, которые в дальнейшем и образуют форму готового изделия.

История

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

Достоинства меди люди оценили восемь тысячелетий назад.

Медный век начался сразу после каменного:

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

Из бронзы отлиты Царь-колокол и Царь-пушка.

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

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

Использование меди в медицине

Традиционная медицина считает медь очень важным элементом жизнедеятельности человека. В организме это вещество содержится в количестве 2*10-4 % от общей массы. Ежедневно человек с пищей потребляет до 60 мг меди, из которых усваивается примерно 2 мг, что является необходимой нормой для здорового организма. Медь играет важную роль в биосинтезе гемоглобина, в поддержании уровня сахара, холестерина и мочевой кислоты. Для нормальной работы сердечно-сосудистой системы, головного мозга, пищеварительного тракта необходима медь. В случае ее недостатка развивается:

• анемия;

  
  Применение меди в медицине

  Читайте также:  Сталь 9ХС: плюсы и минусы для ножей, характеристики, отзывы
• остеопороз;
• глаукома;
• псориаз;
• бронхиальная астма;
• невриты;
• атрофия сердечной мышцы;
• утомляемость;
• потеря веса;
• накопление холестерина.

Применение меди в медицине:

• для лечения острой недостаточности используют лекарственные средства, содержащие этот микроэлемент;
• в терапии – использование металлических аппликаций или браслетов.

Наибольшее количество микроэлемента содержится в таких продуктах питания, как:

• шампиньоны;
• картофель;
• печень трески;
• цельное зерно;
• устрицы и каракатицы.

Вместе с тем избыток меди в организме, когда ее количество превышает 250 мг, ведет к интоксикации и нарушению работы печени, развитию болезни Вильсона, анемии.

Состав и структура

Медь — соединение огромного количества кристаллов серебра, кальция, золота, свинца, никеля. Металлы, из которых состоит купрум, отличаются простотой обработки, относительной пластичностью.

Элементарная ячейка структурной решетки — кубическая форма. Каждая из ячеек представляет собой соединение 4 атомов.

Во время добычи руда насыщена огромным количеством примесей. Они влияют на технические характеристики переплавленного металла, его структуру. Распространенные примеси:

1. Кислород — примесь, содержание которой в составе может достигать 0,008%. Под воздействием высоких температур содержание кислорода быстро сокращается.
2. Висмут — компонент, который негативно сказывается на технических характеристиках готового металла. Допустимое количество в составе — до 0,001%.
3. Марганец — практически не влияет на свойства купрума.
4. Никель — снижает теплопроводность.
5. Мышьяк — не влияет на свойства переплавленного металла. Мышьяк нейтрализует негативное воздействие висмута, кислорода, сурьмы на конечный материал.
6. Олово — усиливает теплопроводность.
7. Сурьма — снижает тепло- и электропроводность. Допустимое содержание в составе — до 0,05%.
8. Сера, селен — снижают показатель пластичности, если их количество в составе превышает 0,001%.
9. Цинк — практически не влияет на физические, химические свойства.
10. Фосфор — главный раскислитель. Улучшает механические свойства.

Процентное содержание примесей при производстве может уменьшаться или увеличиваться.

Медная руда

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

Сферы применения

Сферы применения:

1. Изготовление инструментов с тонким лезвием.
2. Производство посуды, украшений.
3. Изготовление проводов, радиодеталей.
4. Производство труб. Элементы для сборки трубопроводов из этого цветного металла считаются лучшими, если сравнивать их с изделиями из других материалов.
5. Сборка бытовой техники.

Медные трубы