Міністерство освіти РК Реферат
на тему:
«Хімічний елемент: Мідь»
Виконав: Аубакіров Д.Є. Перевірив: Екібастуз 2008 Мідь Елемент № 29. Життєво важливий елемент. Головний метал електротехніки. Один з найбільш важливих, найдавніших і найпопулярніших металів. Популярних не тільки в середовищі інженерів - конструкторів,
електриків і машинобудівників, а й у людей гуманітарних професій -
істориків, скульпторів, літераторів.
Міцність
Той хто носить мідний щит, той має мідний лоб. Л. Соловйов.
Пригоди Насреддіна
За допомогою цієї немудрою приповідки хитрий Ходжа розправився з пройдисвітом-лихварем, а сам уникнув розправи меднолобих стражників. Але припустимо, що Ходжа Насреддін добре знав властивості міді і свою «дражнилку» адресований не меднолобим стражникам, а зброярам. Інакше кажучи, чи варто робити з міді щити?
У будь-якому технічному
довіднику знаходимо міцнісні характеристики литої міді: межа міцності 17 кг / мм
2 (при нормальній температурі), межа плинності * (при 500 ° C - жорсткі, але цілком реальні умови
роботи багатьох виробів з міді) 2,2 кг / мм
2. Багато це чи мало? Межа плинності звичайної сталі в цих умовах досягає 100 кг / мм
2. Протидія ударним навантаженням (а
саме такі навантаження в основному дістаються щитів) у міді також менше, ніж у багатьох інших металів і сплавів. Не відрізняється вона і твердістю:
мідь, правда, твердіше, ніж
золото і
срібло, але в півтора рази м'якше заліза (
відповідно 3,0 і 4,5 за 10-бальною шкалою).
* Межа текучості - напруга, при якому
матеріал продовжує деформуватися без збільшення навантаження.
У вас не склалося враження, що ці
цифри, знайди вони раптом дар мови, повторили б услід за Ходжу Насреддіна: «Той, хто носить мідний щит, той має ...»? Але не піддамося «об'єктивності» голих цифр. Адже усі вони взяті з технічної літератури XX століття, а час медіих щитів, як і мідних гармат, минуло багато століть тому.
Зброярів давнину і навіть
середньовіччя міцнісні характеристики міді цілком влаштовували. По-перше, навантаження, яку відчував щит при ударі списом або сокирою, куди менше пробивної сили гвинтівкового пострілу. По-друге, у стародавніх металургів не було іншого матеріалу, міцного, як
мідь, і доступного, як мідь. Не випадково античний бог-коваль
Гефест викував непереможному Ахіллесу мідний щит.
Саме мідний!
Як конструкційний матеріал мідь широко використовується і зараз, але головну цінність придбали вже не механічні, а теплові та
електричні характеристики міді. За здатності проводити тепло і електрику мідь поступається тільки дорогоцінному сріблу. У алюмінію електроопір майже вдвічі більше, ніж у міді, а у заліза - майже в шість разів.
Але з міді роблять не тільки дріт і струмопровідні деталі апаратури. Її широко використовують у хімічному машинобудуванні при виготовленні вакуум-апаратів, перегінних котлів,
холодильників, змійовиків. З міді та її сплавів, як і колись, роблять
знаряддя праці та інструмент. У будь-якому цеху, де працюють з вибухонебезпечними або легкозаймистими речовинами, можна
зустріти молотки, стамески, викрутки з мідних сплавів. Звичайно, сталевий інструмент міцніше, довговічніше, дешевше, але він «іскрить». Тому вважають за краще частіше змінювати інструмент, більше витрачати на його придбання, але зменшити пожежо-і вибухонебезпечність.
Гільзи патронів і артилерійських снарядів зазвичай жовтого кольору. Вони зроблені з латуні - сплаву міді з цинком. (В якості легуючих добавок у латунь можуть входити
алюміній,
залізо,
свинець,
марганець та інші елементи). Чому конструктори віддали
перевагу латунь більш дешевим чорним сплавів і легкому алюмінію? Латунь добре обробляється тиском і має високу в'язкість. Звідси - хороша опірність ударним навантаженням, створюваним пороховими газами.
Більшість артилерійських латунних гільз використовується неодноразово. Не знаю, як зараз, а в роки війни в будь-якому артилерійському дивізіоні була
людина (зазвичай офіцер), відповідальний за своєчасний збір стріляних гільз і відправку їх на перезарядку.
У гільзової латуні 68% міді.
Висока
стійкість проти роз'їдаючої дії солоної води
характерна для так званих морських латуней. Це латуні з добавкою олова.
Знаменитий корозійно-стійкий сплав томпак - це теж латунь, але частка міді в ньому більше, ніж у будь-якому іншому сплаві цієї групи - від 88 до 97%.
Ще одна важлива властивість латуні: вона, як правило, дешевше бронзи - інший найважливішою групи сплавів на основі міді.
Спочатку бронзою називали тільки
сплави міді з оловом. Але
олово -
дорогий метал, і, крім
того, поєднання Сu - Sn не дозволяє отримати всіх властивостей, які хотілося б додати сплавів на основі міді. Зараз існують бронзи взагалі без олова -
алюмінієві, кременисті, марганцевистих і т.д.
Бронзи
Мені наплювати на бронзи многопудье ...
В. Маяковський
Але бронза - це не обов'язково пам'ятники. Без бронзових вкладишів, втулок, сальників, клапанів не обходиться жоден хімічний апарат. Застосування бронз у всіх галузях
машинобудування з року в рік розширюється. З бронзи роблять також інструмент, яким працюють у вибухонебезпечних цехах.
Сучасні бронзи різноманітні за складом і властивостями. Звичайні оловяністих бронзи містять до 33% Sn. У так звану художню бронзу,
тисячоліттями застосовується для
скульптурного лиття, входить близько 5% олова, до 10% цинку і близько 3% свинцю. У «автомобільних» і «підшипникових» бронзах олова більше - 10 ... 12%. Кілька слів про «безолов'яним» бронзах.
Алюмінієві бронзи. 5 ... 11% Аl перетворюють м'яку мідь в матеріал для виготовлення пружин, а бронза АНЖ10-4-4 (10% Аl, 4% Ni, 4% Fe) застосовується для відповідальних деталей авіаційних двигунів і турбін.
Свинцеві бронзи містять 27 ... 33% Pb. Підшипники з такої бронзи працюють на гранично великих швидкостях.
Крем'янисті бронзи (до 5% Si) служать замінниками оловянністих і відрізняються відносною дешевизною.
А
берилієві бронзи (до 2,3% Be) чи не найміцніші з усіх кольорових сплавів.
Історія
Перш служили зброєю руки могутні, кігті, Зуби, каміння, уламки гілок від дерев і полум'я. Після того була знайдена мідь ...
Лукрецій Кар. Про природу речей
Сім металів прийнято називати доісторичними.
Золото, срібло,
мідь, залізо, олово, свинець і
ртуть були відомі людям з найдавніших часів. Роль міді в становленні людської культури особлива. Кам'яний вік змінився мідним, мідний - бронзовим. Не скрізь цей
процес відбувався одночасно. Корінне населення Америки переходило від кам'яного століття до мідного в XVI ст. н.е., всього 400 років тому! А в стародавньому Єгипті мідний вік настав у IV тисячолітті до н.е. 2 млн 300 тис. кам'яних глиб, з яких приблизно 5000 років тому була складена 147-метрова
піраміда Хеопса, видобуті і обтесаний мідним інструментом ...
Подібно золоту і сріблу, мідь іноді утворює самородки. Мабуть, з них близько 10 тис. років тому були виготовлені перші металеві знаряддя праці. Поширенню міді сприяли такі її властивості, як здатність до холодної куванні і відносна простота виплавки з багатих руд.
Мідний вік тривав близько тисячі років - вдвічі менше, ніж бронзовий.
Характерно, що в Греції
культура міді зародилася пізніше, ніж у Єгипті, а
бронзовий вік настав раніше. Руда, з якої виплавляли мідь єгиптяни, не містила олова. Грекам в цьому відношенні пощастило більше. Вони добували «олов'яний камінь» іноді там же, де і мідну руду. Відкриття бронзи сталося, мабуть, випадково, проте великі твердість і
щільність, а також відносна легкоплавкость (добавка 15% Sn знижує температуру плавлення міді з 1083 до 960 ° C) дозволили бронзі швидко витіснити мідь з багатьох виробничих сфер.
Мистецтво виплавки та обробки міді і бронзи від греків успадкували римляни. Вони отримували мідь з підкорених країн, в першу чергу з Галлії та Іспанії, продовжували розпочату греками видобуток мідної руди на Криті та на Кіпрі. До речі, з назвою останнього острова пов'язують латинське ім'я міді - «купрум». А олов'яний камінь римляни вивозили з Кассітерідскіх островів (так тоді називали острови Британії); основний мінерал олова і зараз називається каситериту. У II ... I ст. до н.е. зброю римлян робилося вже в основному із заліза, але у виробництві предметів домашнього ужитку все ще переважали бронза та мідь.
Бронза та мідь зіграли видатну роль не тільки в становленні
матеріальної культури більшості народів, а й в образотворчому мистецтві. У цій якості вони пройшли через століття. І в наші дні відливають бронзові скульптури, роблять барельєфи і гравюри на міді. Докладно
про це розповідати, ймовірно, не варто.
Твори образотворчого мистецтва краще дивитися, ніж міркувати про них.
Мідні «вуса»
Відомо, що практична міцність всіх металів у багато разів менше теоретичної.
Причиною тому дислокації - порушення в кристалічній структурі металів. Мідь не виняток серед них. Не будь дислокації, міцність міді вимірювалася б сотнями (!) Кілограмів на квадратний міліметр. І це не гола теорія. Вже отримані мідні «вуса» - ниткоподібні
кристали, практично позбавлені дислокації; їх міцність на розтягання близько 300 кг / мм
2. Правда, діаметр цих
кристалів значно менше міліметра - всього 1,25 мкм.
Мідні «вуса» отримують так. У спеціальну піч поміщають ванночку з хімічно чистим Монохлорид міді CuCl. Туди ж подається ретельно очищений водень. У печі підтримується суворо постійна температура близько 600 ° C. Відбувається реакція 2СuСl + Н
2 = 2Сu + 2HCl. Утворений хлористий водень відводиться в іншу посудину, де вловлюється водою. Спрямованому зростання кристала сприяє
електричне поле.
Зі збільшенням розмірів питома міцність ниткоподібних кристалів значно зменшується. Але кілька років тому радянським ученим І.А. Одінгу і І.М. Копйова вдалося отримати «вуса» діаметром близько 100 мкм зі сплаву заліза і міді при відновленні суміші FeCl
2 і CuCl.
Cu - Мідь [Ar] 3 d 4 жовтень s 1 Стародавні цивілізації залишили нам безліч виробів з бронзи. Атомна маса: 63,54
Електронегативність: 1,9
Т пл: 1083 ° C
T кіп: 2567 ° C
Щільність: 8,93 г / см
3 Рожево-червоний метал з високою тепло-і електропровідністю. У сухому повітрі на холоді майже не окислюється. При нагріванні тьмяніє через утворення плівки оксидів міді. З кислотами, крім азотної, не реагує, розчиняється в розчинах кислот, аміаку і ціанідів у присутності окислювачів. У вологому повітрі у присутності CO
2 утворюється зеленувата плівка Cu (OH)
2 · CuCO
3. У з'єднаннях проявляє ступені окислення 1 +, 2 +, 3 +. Застосовується в основному в електротехнічній промисловості, для виготовлення проводів, кабелів, медьсодержащих
матеріалів з високотемпературною провідністю, теплообмінної апаратури. Використовується з найдавніших часів у вигляді сплавів (бронза, латунь та ін.) Відноситься до числа мікробіоелементов, багато сполук міді широко застосовуються в медицині як
антисептики і інших лікарських препаратів.