Реферат на тему:
Метали та їх сплави
Учениці 10 класу
Школи № 31
Такою Катерини
м. Севастополь
2010
Зміст:
Поширення міді в природі. Родовища.
Фізичні і хімічні властивості міді.
Фізичні властивості
Колір міді та її сполук. Електропровідність.
Характеристики основних фізико-механічних властивостей міді
Хімічні властивості
Відношення до кисню.
Взаємодія з водою.
Взаємодія з кислотами.
Ставлення до галогенів і деяким іншим неметаллам.
Оксид міді.
Гідроксиди міді.
Сульфати.
Карбонати. Комплексоутворення.
Якісні реакції на іони міді.
Сплави
Латуні
Бронзи
Міднонікелевих сплави
Мідь і живі організми, застосування міді
Поширення міді в природі. Родовища
Метали підгрупи міді мають невелику хімічну активність, тому вони знаходяться частково у вигляді хімічних сполук, а частково у вільному вигляді, особливо золото.
Мідь у далекі геологічні епохи, очевидно, знаходилася лише у вигляді сірчистих сполук - халькопирита (Або ) І халькозін . Пояснюється це тим, що мідь має досить великим хімічним спорідненістю до сірки, в даний час сульфіди - найпоширеніші мінерали міді. При високих температурах, наприклад у районах вулканічної діяльності, під дією надлишку кисню відбувалося перетворення сульфідів міді в окисли, наприклад:
.
При температурі нижче 1000 0 C відбувалося утворення окису міді, яка у невеликих кількостях зустрічається в природі:
.
Самородна (металева) мідь, очевидно, виникла в природі при сильному нагріванні частково окислених сірчистих руд. Можна уявити, що після землетрусів, грандіозних вивержень окислені мінерали міді були поховані під товстим шаром гірських порід і нагрівалися за рахунок земного тепла. При цьому відбувалося взаємодія окислів з сульфідами:
.
Подібні процеси протікають при виплавці міді на металургійних заводах. Такі природні "металургійні заводи" виплавляють величезні кількості міді: найбільший із знайдених самородків важив 420 т. По-видимому, в менших масштабах взаємодія оксидів деяких металів з сульфідами йде і в даний час, наприклад в районі деяких Курильських островів.
Деякі інші мінерали міді вийшли з окисних руд. Наприклад, під дією вологи і двоокису вуглецю відбувалася гідратація окису міді та освіта основних карбонатів:
.
У лабораторії ми ці процеси не спостерігаємо, так як вони йдуть повільно. В "лабораторії" природи терміни в кілька тисяч років цілком незначні. Надалі під впливом тиску верхніх гірських порід і деякого нагрівання відбувалося ущільнення основного карбонату міді, і він перетворився на дивовижний по красі мінерал - малахіт. Особливо красивий полірований малахіт. Він буває забарвлений від світло-зеленого до темно-зеленого кольору. Переходи відтінків вигадливі і створюють фантастичний малюнок на поверхні каменю.
Перехід нерозчинних сульфідних сполук міді в розчин міг здійснюватися за рахунок взаємодії розчинів сульфату заліза (III):
.
Розчини сульфату заліза, як зазначено вище, виходять в природі при дії води, насиченою киснем, на пірит. Ці процеси повільно йдуть в природі і в даний час.
Мідь входить більш ніж в 198 мінералів, з яких для промисловості важливі лише 17. Для виробництва міді найбільше значення мають халькопірит (він же - мідний колчедан) CuFeS 2, халькозін (мідний блиск) Cu 2 S, ковеллін CuS, борної (строката мідна руда) Cu 5 FeS 4. Іноді зустрічається і самородна мідь. Поширення міді в земній корі - 4,7 * 10 -3% за масою (10 15 - 10 16 тонн).
Сполуки елементів підгрупи міді розподілені в земній корі нерівномірно, що пояснюється різницею в геологічних умовах, що склалися в різних місцях земної кулі. Найбагатші родовища міді є в Конго (Катангскій пояс). Матеріали, зібрані археологами про найдавніших родовищах датуються тисячоліттями до нової ери. Найдавніші вироблення міді на території нашої країни знайдені в Закавказзі, на узбережжі Балхаша, у численних пунктах Сибіру.
Планомірні пошуки родовищ міді починаються при Івана III, Івана Грозного і особливо за Петра I. При Івані Грозному в Олонецкий повіт був посланий новгородський гість (купець) Семен Гаврилов "для розшуку мідні руди", де вона і була знайдена. У 1652 р. Казанський воєвода повідомив царя: "Мідні руди ... знайти багато і заводи до мідного справі заводимо". [2, с.26] З документів випливає, що з 1562 по 1664 р. було послано з "Казані до Москви чисті міді 4641 пуд. 6 гривенки ". У 1702 р. стала виходити перша російська газета "Ведомости", яку, очевидно, редагував Петро I. 2 січня 1703 в ній писали: "З Казані пишуть. На річці Соку знайшли багато нафти і мідної руди, з тієї руди міді виплавили неабияк, від чого ють не малу прибуток Московської держави ".
На початку цього століття найголовнішими родовищами, які розроблялися, були: у районі Північного Уралу - Богословський завод, в районі Нижнього Тагілу - Вийском завод, а на Кавказі - Калакентскій і Кедабекскій заводи.
У наш час відомі родовища міді на східному схилі Уралу, Середньої Азії, Закавказзя і т.д.
Велика кількість міді та інших копалин знаходиться на дні океанів, яке покрите так званими конкреціями - скупченнями у вигляді каменів округлої неправильної форми. Вони містять у середньому 0,5% міді. За підрахунками вчених запаси цієї цінної і своєрідної руди становлять 5 млрд. тонн.
Фізичні і хімічні властивості міді
Фізичні властивості
Метали підгрупи міді, як і лужні метали, мають по одному вільному електрону на один іон-атом металу. Здавалося б, ці метали не повинні особливо сильно відрізняться від лужних. Але вони, на відміну від лужних металів, мають досить високими температурами плавлення. Велике розходження в температурах плавлення між металами цих підгруп пояснюється тим, що між іон-атомами металів підгрупи міді майже немає "проміжків" і вони розташовані ближче. Внаслідок цього кількість вільних електронів в одиниці об'єму, електронна щільність, у них більше. Отже, і міцність хімічного зв'язку у них більше. Тому метали підгрупи міді плавляться і киплять при більш високих температурах.
Метали підгрупи міді мають, у порівнянні з лужними металами, мають більшої твердістю. Пояснюється це збільшенням електронної щільністю і відсутністю "проміжків" між іон-атомами.
Необхідно відзначити, що твердість і міцність металів залежать від правильності розташування іон-атомів в кристалічній решітці. У металах, з якими ми стикаємося практично, є різного роду порушення правильного розташування іон-атомів, наприклад порожнечі в вузлах кристалічної решітки. До того ж метал складається з дрібних кристалів (кристалітів), між якими зв'язок ослаблена. В Академії Наук СРСР була отримана мідь без порушення у кристалічній решітці. Для цього дуже чисту мідь возгоняют при високій температурі в глибокому вакуумі на глибоку підкладку. Мідь виходила у вигляді невеликих ниточок - "вусів". Як виявилося така мідь в сто разів міцніше, ніж звичайна.
Колір міді та її сполук
Чиста мідь володіє і іншою цікавою особливістю. Червоний колір обумовлений слідами розчиненої в ній кисню. Виявилося, що мідь, багаторазово возогнанная у вакуумі (при відсутності кисню), має жовтуватий колір. Мідь в полірованому стані має сильним блиском.
При підвищенні валентності знижується забарвлення міді, наприклад CuCl - білий, Cu 2 O - червоний, CuCl + H 2 O - блакитний, CuO - чорний. Карбонати характеризуються синім і зеленим кольором за умови змісту води, ніж обумовлений цікавий практичний ознака для пошуків.
Електропровідність
Мідь володіє найбільшою (після срібла) електропровідністю, чим і обумовлено її застосування в електроніці.
Мідь кристалізується за типом централізованого куба (рис 1).
Малюнок 1. Кристалічна решітка міді.
Характеристики основних фізико-механічних властивостей міді
Щільність r, кг/м3 | 8890 |
Температура плавлення Тпл, ° С | 1083 |
Прихована теплота плавлення D НПЛ, Дж / г | 208 |
Теплопровідність l, Вт / (м × град), при 20-100 ° С | 390 |
Питома теплоємність Ср, Дж / (г × К), при 20-100 ° С | 0,375 |
Коефіцієнт лінійного розширення a × 10-6, град-1, при 0-100 ° С | 16,8 |
Питомий електроопір r × 108, Ом × м, при 20-100 ° С | 1,724 |
Температурний коефіцієнт електроопору, град-1, при 20-100 ° С | 4,3 × 10-3 |
Межа міцності s в, МПа | |
м'якої міді (в відпаленого стані) | 190-215 |
твердої міді (в нагартованной стані) | 280-360 |
Відносне подовження d,% | |
м'якої міді (в відпаленого стані) | 60 |
твердої міді (в нагартованной стані) | 6 |
Твердість по Бринеллю НВ, МПа | |
м'якої міді (в відпаленого стані) | 45 |
твердої міді (в нагартованной стані) | 110 |
Межа плинності st, МПа | |
м'якої міді (в відпаленого стані) | 60-75 |
твердої міді (в нагартованной стані) | 280-340 |
Ударна в'язкість KCU, Дж/см2 | 630-470 |
Модуль зсуву G × 10-3, МПа | 42-46 |
Модуль пружності Е × 10-3, МПа | |
м'якої міді (в відпаленого стані) | 117-126 |
твердої міді (в нагартованной стані) | 122-135 |
Температура рекристалізації, ° С | 180-300 |
Температура гарячої деформації, ° С | 1050-750 |
Температура лиття, ° С | 1150-1250 |
Лінійна усадка,% | 2,1 |
Хімічні властивості
Будова атома.
Рисунок 2. Схема будови атома міді.
29 Cu 1s 1 2s 2 sp 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1
E іонізації 1 = 7.72 еВ
E іонізації 2 = 20.29 еВ
E іонізації 3 = 36.83 еВ
Відношення до кисню
Мідь виявляє до кисню незначну активність, але у вологому повітрі поступово окислюється і покривається плівкою зеленуватого кольору, що складається з основних карбонатів міді:
У сухому повітрі окислювання йде надто повільно, на поверхні міді утворюється найтонший шар оксиду міді:
Зовні мідь при цьому не змінюється, оскільки оксид міді (I) як і сама мідь, рожевого кольору. До того ж шар оксиду настільки тонкий, що пропускає світло, тобто просвічує. По-іншому мідь окислюється при нагріванні, наприклад при 600-800 0 C. У перші секунди окислювання йде до оксиду міді (I), яка з поверхні перетворюється на оксид міді (II) чорного кольору. Утворюється двошарове окисное покриття.
Q освіти (Cu 2 O) = 84935 кДж.
Малюнок 3. Будова оксидної плівки міді.
Взаємодія з водою
Метали підгрупи міді стоять у кінці електрохімічного ряду напруг, після іона водню. Отже, ці метали не можуть витісняти водень із води. У той же час водень та інші метали можуть витісняти метали підгрупи міді з розчинів їх солей, наприклад: . Ця реакція окислювально-відновлювальна, так як відбувається перехід електронів:
Молекулярний водень витісняє метали підгрупи міді з великими труднощами. Пояснюється це тим, що зв'язок між атомами водню міцна і на її розрив витрачається багато енергії. Реакція ж йде тільки з атомами водню.
Мідь за відсутності кисню з водою практично не взаємодіє. У присутності кисню мідь повільно взаємодіє з водою і покривається зеленою плівкою гідроксиду міді і основного карбонату:
Взаємодія з кислотами
Перебуваючи в ряді напруг після водню, мідь не витісняє його з кислот. Тому соляна і розбавлена сірчана кислота на мідь не діють. Однак у присутності кисню мідь розчиняється в цих кислотах з утворенням відповідних солей: .
Ставлення до галогенів і деяким іншим неметаллам
Q освіти (CuCl) = 134 300 кДж
Q освіти (CuCl 2) = 111 700 кДж
Мідь добре реагує з галогенами, дає два види галогенідів: CuX і CuX 2 .. При дії галогенів при кімнатній температурі видимих змін не відбувається, але на поверхні спочатку утворюється шар адсорбованих молекул, а потім і найтонший шар галогенидов. При нагріванні реакція з міддю відбувається дуже бурхливо. Нагріємо мідну зволікання чи фольги і опустимо її в гарячому вигляді в банку з хлором - близько міді з'являться бурі пари, що складаються з хлориду міді (II) CuCl 2 з домішкою хлориду міді (I) CuCl. Реакція відбувається спонтанно за рахунок теплоти, що виділяється.
Одновалентні галогеніди міді отримують при взаємодії металевої міді з розчином галогенида двовалентної міді, наприклад: . Монохлорид випадає з розчину у вигляді білого осаду на поверхні міді.
Оксид міді
При прожарюванні міді на повітрі вона покривається чорним нальотом, що складається з оксиду міді . Його також легко можна отримати прожарюванням гідроксокарбоната міді (II) (CuOH) 2 CO 3 або нітрату міді (II) Cu (NO 3) 2. При нагріванні з різними органічними речовинами CuO окисляє їх, перетворюючи вуглець в діоксид вуглецю, а водень - у воду відновлюючись при цьому в металеву мідь. Цією реакцією користуються при елементарному аналізі органічних речовин для визначення вмісту в них вуглецю і водню.
Під шаром міді розташований окисел рожевого кольору - закис міді Cu 2 O. Цей же окисел виходить за спільної прокаливании еквівалентних кількостей міді та окису міді, взятих у вигляді порошків: .
Закис міді використовують при влаштуванні випрямлячів змінного струму, званих купроксних. Для їх приготування платівки міді нагрівають до 1020-1050 0 C. При цьому на поверхні утворюється двошарова окалина, що складається з закису міді та окису міді. Окис міді видаляють, витримуючи платівки якийсь час у азотної кислоти: .
Платівку промивають, висушують і прожарюють при невисокій температурі - і випрямляч готовий. Електрони можуть проходити тільки від міді через закис міді. У зворотному напрямку електрони проходити не можуть. Це пояснюється тим, що закис міді має різної провідністю. У шарі закису міді, який примикає безпосередньо до міді, є надлишок електронів, і електричний струм проходить за рахунок електронів, тобто існує електронна провідність. У зовнішньому шарі закису міді спостерігається нестача електронів, що рівноцінно появі позитивних зарядів. Тому, коли до міді підводять позитивний плюс джерела струму, а до закису міді - негативний, то електрони через систему не проходять. Електрони при такому положенні полюсів рухаються до позитивного електрода, а позитивні заряди - до негативного. Усередині шару закису виникає найтонший шар, позбавлений носіїв електричного струму, - замикаючий шар. Коли ж мідь підключена до негативного полюсу, а закис міді до позитивного, то рух електронів і позитивних зарядів змінюється на протилежне, і через систему проходить електричний струм. Так працює купроксних випрямляч. [6, с.63]
Гідроксиди міді
Гідроксид міді малорастворимое і нестійке з'єднання. Отримують його при дії лугу на розчин солі: . Це іонна реакція і протікає вона тому, що утворюється погано диссоциированное з'єднання, що випадає в осад:
Мідь, крім гідроксиду міді (II) блакитного кольору, дає ще гідроксид міді (I) білого кольору: . Це нестійке з'єднання, яке легко окислюється до гідроксиду міді (II): .
Обидва гідроксиду міді мають амфотерними властивостями. Наприклад, гідроксид міді (II) добре розчинний не тільки в кислотах, але і в концентрованих розчинах лугів: , .
Таким чином, гідроксид міді (II) може диссоциировать і як підстава: і як кислота. Цей тип дисоціації пов'язаний з приєднанням міді гідроксильних груп води:
Сульфати
Найбільше практичне значення має CuSO 4 * 5 H 2 O, званий мідним купоросом. Його готують розчиненням міді в концентрованої сірчаної кислоти. Оскільки мідь відноситься до малоактивним металам і розташована в ряді напруг після водню, водень при цьому не виділяється: .
Мідний купорос застосовують при електролітичному отриманні міді, в сільському господарстві для боротьби зі шкідниками та хворобами рослин, для отримання інших з'єднань міді.
Карбонати
Карбонати для металів підгрупи міді не характерні і в практиці майже не застосовуються. Деяке значення для одержання міді має лише основний карбонат міді, який зустрічається в природі.
Комплексоутворення
Характерна властивість двозарядних іонів міді - спроможність з'єднаються з молекулами аміаку з утворенням комплексних іонів.
Якісні реакції на іони міді
Іон міді можна відкрити, приплив до розчину її солі розчин аміаку. Поява інтенсивного синьо-блакитного забарвлення пов'язане з утворенням комплексного іона міді [Cu (NH 3) 4] 2 +:
Мідь інтенсивно забарвлює полум'я в зелений колір.
Приклад якісного аналізу сплаву міді
Досліджуваний об'єкт | Реагент, дію | Осад | Розчин | Спостереження | Висновки |
Частина сплаву | Нагрівання з конц. HNO 3 | Розчин 1 відразу придбав зелене забарвлення, яка перейшла в блакитну після охолодження | |||
Розчин 1 | 25% NH 3, Додавання 1-2 краплі | Розчин став синім | Це мідний сплав | ||
Частина сплаву | HNO 3, Спочатку розчиняють частина стружок в 10 краплях 6М HNO 3, а потім додають 20-25 крапель конц. HNO 3, нагрівають до повного розчинення сплаву | Розчин 2 може містити Cu, Zn, Ni, Cd, Fe, Mn, Al, Pb, Sn, Sb | Осад не випав | ||
Розчин 2, Ni 2 + | Диметил-гліоксім | Розчин позеленів | Ni немає | ||
Fe 3 + | NH 4 CNS | Кристали забарвилося в червоний колір, потім розчин позеленів і випав чорний осад | Є Fe 3 + | ||
Cd 2 + | Дифеніл-карбазід | Розчин став червоним | Є Cd | ||
Zn 2 + | Дитизоном | Фаза дитизона забарвилася в малиновий колір | Є Zn | ||
Mn | NaBiO 3 | Нічого не відбулося | Mn немає | ||
Al 3 + | Алізарин | Розчин став жовто-коричневим | Al немає | ||
Оксі-хінолін | Випав зелено-жовтий осад | Al немає | |||
Розчин 2 | HCl, H 2 SO 4, додавання | Розчин 3 можливо містить Sb, Sn | Осад не випав | Pb можливо немає | |
Розчин 3 | H 2 O 2 і NaOH | Осад 1 може містити Sb | Розчин 4 може містити Sn | Випав зелено-сірий осад (Утворився ос.2 і р-р 2) | |
Осад 1 | HNO 3 | Розчин 5 | Осад розчинився | Sb немає | |
Розчин 5 | NH 3, NH 4 Cl, H 2 O 2 | Осад не випав | |||
Розчин 4 | NH 4 Cl | Осад не випав | Sn немає | ||
Розчин 2 | I - | Випав жовтий осад, який придбав червоний відтінок | Є Pb 2 + |
Проведений якісний аналіз дає підстави вважати, що в сплаві міститься мідь, цинк, кадмій, залізо, свинець. Таким чином цей сплав є латунню.
Сплави
Латуні
Латуні - це подвійні і багатокомпонентні мідні сплави, в яких основний легуючий компонент - цинк (зміст не перевищує 45%). Серед мідних сплавів латуні набули найбільшого поширення в промисловості завдяки поєднанню високих механічних і технологічних властивостей. У порівнянні з міддю латуні мають більш високу міцність, корозійну стійкість, кращими ливарними властивостями, мають більш високу температуру рекристалізації. Латуні - найбільш дешеві мідні сплави.
Подвійні (прості) латуні відносяться до системи Cu-Zn (рис. 19.3). Мідь із цинком утворює крім a-твердого розчину на основі міді ряд проміжних фаз b, g і т. д.
Фаза b - це твердий розчин на основі електронного з'єднання CuZn (фаза Юм-Розера) з гратами ОЦК. При охолодженні при температурі близько 450 ° С b-фаза переходить у впорядкований стан (b ® b ¢), причому b ¢-фаза на відміну від
b-фази є більш твердою і крихкою.
Фаза g - твердий розчин на основі електрон-ного з'єднання Cu5Zn8 відрізняється дуже високою крихкістю і її присутність в промислових конструкційних сплавах виключається.
Механічні властивості латуні визначаються властивостями фаз. У міру збільшення вмісту цинку в латунях їх міцність зростає (рис. 19.4). Максимум міцності досягається в двофазної області (a + b) при вмісті цинку близько 45%. При більшому вмісті цинку міцність різко зменшується через високу крихкості b ¢-фази. Тому в промисловості застосовують переважно a - і (a + b)-латуні. Представляють інтерес як основа сплавів з ефектом пам'яті форми b-латуні.
Всі латуні, що містять більше 20% Zn, схильні до корозійного розтріскування. Це розтріскування проявляється при зберіганні та експлуатації виробів, в яких є залишкові напруження розтягу, у вологому атмосфері з невеликою кількістю аміаку або сірчистого газу. Встановлено певний зв'язок між даним явищем і порою року, що пояснюється закономірними змінами складу атмосфери. У зв'язку з цим це явище було названо «сезонним розтріскуванням» («сезонна хвороба»). Іншою формою корозії латуні є обесцінкованіе, яке характерно для латуней з підвищеним вмістом цинку (Л68, ЛС59-1 та ін.) Високомедістие латуні практично не піддаються обесцінкованію. Для зменшення обесцінкованія в латуні вводять невелику кількість миш'яку (0,02-0,06%).
У Росії прийнята буквено-цифрова маркування латуней, в якій літери позначають основні компоненти сплаву, числа - їх приблизний зміст у відсотках. Марка латуні починається з букви «Л». У подвійних (простих) латунях число після букви «Л» визначає середній вміст міді. У марках багатокомпонентних латуней після букви «Л» вказані легуючі елементи, яким дано такі позначення: О - олово; А - алюміній; Н - нікель; К - кремній; Ж - залізо і т. д. Порядок букв і чисел у деформівних і ливарних латунях різний. У деформируемой латуні перше число після літер вказує середній вміст міді, наступні числа, відокремлені через тире, вказують середній вміст легуючих елементів. Наприклад, латунь ЛА77-2 має такий склад: 77% Cu, 2% Al, решта Zn. У ливарних латунях середній вміст компонентів сплаву вказується відразу після букви, що позначає його назву; цинк позначається літерою «Ц». Наприклад, ливарна латунь ЛЦ30А3 містить 30% Zn, 3% AL, Cu - основа.
Бронзи
Бронзами називають мідні сплави, в яких основними легуючими елементами є різні метали, крім цинку. В особливу групу виділяють міднонікелевих сплави.
За хімічним складом бронзи поділяються на олов'яні і безолов'яні, і в кожній з цих груп за технологією виробництва бронзи діляться на оброблювані тиском і ливарні.
У марці оброблюваних тиском олов'яних (ГОСТ 5017-74) і безолов'яні бронз (18175-78) після букв «Бр» стоять літерні позначення назв легуючих елементів в порядку убування їх концентрації, а в кінці марки в тій же послідовності вказані середні концентрації соотвествующих елементів ( наприклад, БрОЦС4-4-2, 5). У марці ливарних олов'яних (ГОСТ 613-79) і безолов'яні бронз (ГОСТ 493-79) після кожного позначення легуючого елемента вказано його зміст. Якщо склади ливарної і деформируемой бронз перекриваються, то в кінці марки ливарної бронзи ставиться літера «Л» (наприклад, БрА9Ж3Л).
Властивості бронз визначаються вмістом у них легуючих елементів. Для бронз, в яких легуючі елементи входять в основному в твердий розчин, характерно твердорастворное зміцнення. Додатково вони можуть бути зміцнені шляхом пластичної деформації. Бронзи, що містять берилій, хром, цирконій і деякі інші елементи зі змінною розчинністю в твердому розчині, зміцнюються шляхом загартування і наступного дисперсійного твердіння. До класу термічно зміцнюючих сплавів відноситься також алюмінієва бронза БрАЖН10-4-4, в якій зміцнення при термообробці пов'язано з мартенситним перетворенням.
Бронзи в порівнянні з латунню мають більш високу міцність, корозійну стійкість і антифрикційними властивостями. Вони досить корозієстійких в морській воді, в розчинах більшості органічних кислот, вуглекислих розчинах.
Міднонікелевих сплави
Нікель - метал сріблясто-білого кольору, кристалізується в грати ГЦК з параметром а = 0,352 нм (при 20 ° С) і поліморфних перетворень не має. При температурі нижче 358 ° С (точка Кюрі) нікель є слабким феромагнетиком. Нікель - міцний, високопластичний метал, що відрізняється високою корозійною стійкістю, підвищеною температурою плавлення і високою каталітичної здатністю. Це зумовило його широке застосування в металургії, машинобудуванні, електроніці, медицині та інших галузях техніки.
Сплави міді з нікелем відрізняються хорошими механічними властивостями, корозійною стійкістю, технологічністю і особливими електричними властивостями, що обумовлює широке застосування їх у техніці.
Мідь утворює з нікелем безперервні тверді розчини. Нікель істотно зміцнити-вується мідь, причому максимальну міцність і твердість мають сплави приблизно еквіатомного складу. Важливо зазначити, що при цьому характеристики пластичності і ударної в'язкості практично не змінюються. Нікель підвищує характеристики жароміцності, модуль пружності і знижує температурний коефіцієнт електроопору міді.
За призначенням міднонікелевих сплави діляться на дві групи: конструкційні та електротехнічні. До першої групи належать високоміцні і корозійностійкі сплави типу мельхіор, нейзильбер та куніаль, до другої - константан, манганін і копель, що володіють високим електричним опором і певними термоелектричними властивостями.
Мідь і живі організми, застосування міді
Мідь входить в число життєво важливих мікроелементів. Вона бере участь у процесі фотосинтезу і засвоєння рослинами азоту, сприяє синтезу цукру, білків, крохмалю, вітамінів і ферментів. При відсутності або недоліку міді в рослинних тканинах зменшується вміст хлорофілу, листя жовтіє, рослина перестає плодоносити і може загинути. Найчастіше мідь вносять у грунт як пятіводного сульфату - мідного купоросу CuSO 4 * 5 H 2 O. У значних кількостях він отруйний, як і багато інших з'єднань міді, особливо для нижчих організмів. Польські вчені встановили, що в тих водоймах, де присутня мідь, коропи відрізняються великими габаритами. У ставках і озерах, де немає міді, швидко розвивається грибок, який вражає коропів. У малих же дозах мідь абсолютно необхідна всьому живому.
З представників живого світу невеликі кількості міді містять восьминоги, каракатиці, устриці і деякі інші молюски. У крові ракоподібних і головоногих, мідь входить до складу їх дихального пігменту - гемоціана (0,33-0,38%), - грає ту ж роль, що залізо в крові інших тварин. З'єднуючись з киснем повітря, гемоцианин синіє (тому в равликів кров блакитна), а віддаючи кисень тканинам, - знебарвлюється. У тварин, що стоять на вищому щаблі розвитку, і в людини мідь міститься головним чином в печінці. Щоденна потреба людського організму - приблизно 0,005 грама цього елемента. При недостатньому надходженні міді з їжею в людини розвивається недокрів'я, з'являється слабкість.
З біологічними процесами пов'язане й один із способів видобутку міді. Ще на початку XX століття в Америці були зариті мідні рудники в штаті Юта: вирішивши, що запаси руди вже вичерпані, господарі рудників затопили їх водою. Коли через два роки воду відкачали, у ній виявилося 12 тисяч тонн міді. Подібний випадок стався і в Мексиці, де з покинутих рудників, на який махнули рукою, тільки за один рік було "вичерпаний" 10 тисяч тонн міді. Виявилося, що серед численних видів бактерій є й такі, для яких улюбленими ласощами служать сірчисті сполуки деяких металів. Оскільки мідь у природі пов'язана саме з сіркою, ці мікроби небайдужі до мідних руд. Окислюючи нерозчинні у воді сульфіди, мікроби перетворюють їх в легко розчинні сполуки, причому процес цей протікає дуже швидко. Так при звичайному окислюванні за 24 дня з халькопирита вилуговується 5% міді, то в дослідах з участю бактерій за 4 дня вдалося витягти 80% цього елемента.
Приблизно половина виробленої міді в даний час використовується в радіотехніці та електротехнічної промисловості. Це пов'язано з її хорошою провідністю і відносно високою корозійною стійкістю. До міді, що йде на виготовлення електричних проводів, часто додають у невеликій кількості кадмій, який не знижує електропровідність міді, але підвищує її міцність на розрив.
Найдавніший сплав міді з цинком - латунь і в даний час виробляється у великих кількостях. Вміст цинку в латуні становить 30-45%. Вона застосовується для виготовлення різної арматури, дотичної з водою (крани, вентилі і т.д.), а також для виробництва різних труб. З латуні прокочують смуги та листи, що йдуть для вироблення найрізноманітніших виробів (дріт, твори мистецтв, предмети побуту тощо).
Латунь добре прокочується, штампується і трохи дешевше міді, так як цинк більш дешевий метал в порівнянні з міддю.
Інші сплави міді називаються бронзами. Найбільш поширена бронза - олов'яна. Вона містить від 5 до 80% олова. Залежно від змісту олова властивості та призначення змінюється. При вмісті олова 10-13% її колір червонувато-жовтий, а більш 27-30% - білий. Підшипникова бронза містить 81-87% міді. Для виготовлення підшипників, різних гальмівних пристроїв, де відбувається ковзання металу, застосовують бронзи, містять до 45% свинцю. У часових та інших точних механізмах, де потрібна висока механічна міцність і корозійна стійкість, застосовується берилієва бронза, що містить 1-2% берилію. Її міцність дорівнює міцності сталі.
У побуті і особливо в хімічній промисловості застосовують сплави міді з нікелем, наприклад монель-метал, в якому відношення міді до нікелю одно 2:1, і мельхіор, в якому це співвідношення дорівнює 4:1. Мельхіор за зовнішнім виглядом схожий на срібло, з нього готують предмети домашнього побуту: ложки, вилки, підноси і т.д. Монель-метал застосовують для виготовлення монет, різних реакторів для хімічної промисловості, так як це сплав корозійно-стійкий.
Гідроксокарбонат міді (II) - (CuOH) 2 CO 3 - застосовують для отримання хлориду міді (II), для приготування синіх і зелених мінеральних фарб, а також в піротехніці.
Сульфат міді (II) - CuSO 4 - у безводному стані являє собою білий порошок, який при поглинанні води синіє. Тому він застосовується для виявлення слідів вологи в органічних рідинах.
Змішаний ацетат-арсеніт міді (II) - Cu (CH 3 COO) 2 * Cu 3 (AsO 3) 2 - застосовують під назвою "паризька зелень" для знищення шкідників рослин.
З солее міді виробляють велику кількість мінеральних фарб, різноманітних за кольором: зелених, синіх, коричневих, фіолетових і чорних. Усі солі міді отруйні, тому мідну посуд лудять - покривають всередині шаром олова, щоб запобігти можливості утворення мідних солей.