Медь (Cuprum, Сu) – ковкий пластичный металл красноватого оттенка, на разрезе или изломе — розоватого цвета, в тонких местах можно наблюдать голубовато-зеленоватый. Если этот металл будет находиться во влажном месте, на поверхности образуется тонкая зеленоватая пленка — окись.
Человечеству медь известна с самых древнейших времен. Она сыграла немалую роль в становлении цивилизации и развитии культуры, в том числе материальной. Длительное время различные сплавы из нее служили материалом для изготовления оружия и орудий труда, использовали в промышленности, делали различные украшения, применяли в медицине.
В древности, а именно во времена античности, медь, как считают специалисты, была, чуть ли не самым популярным средством в лечебной практике, так как считалась очень доступной, даже для беднейших слоев населения. Медная монета или украшение были у каждого. Врачеватели того времени были всецело убеждены в различных полезных свойствах этого металла.
Древнегреческий философ, поэт и врач Эмпедокл, всегда носил медные сандалии, считая, что они помогают улучшать самочувствие, а Аристотель утверждал, что этот металл нужно применять , синяках и отечности и, даже когда спал, не выпускал из рук медный шарик.
Римский философ, медик, хирург часто обращался к медетерапии (готовил смесь уксуса и меди), а Авиценна после операции по удалению миндалин, особенно гнойных, рекомендовал полоскать полость рта раствором из воды и уксуса, а затем к ране приложить медный купорос.
На Руси также использовали медь в лечебных целях. Было замечено, что рабочие, которые добывали красный металл, во времена страшных эпидемий холеры не болели, а бурлаки, которые подкладывали под пятки пятаки, заражались холерой или чумой значительно реже. В качестве профилактического средства от эпилепсии или рахита, врачи советовали надевать медные браслеты.
В настоящее время медь — ничуть не меньший по популярности металл, который используется нетрадиционной медициной. Если говорить о восточной медицине, то существует мнение, что болевые точки человека имеют немного сниженный электрический потенциал и являются хорошим проводником тока одного заряда. Кроме того, через кожные поры проходит пот, своеобразный электролит, благодаря которому ионы меди проникают глубоко в тело.
Для лечения можно взять медную монету или пластину, можно прикрепить пластырем к определенным участкам на теле и носить круглосуточно, даже если на теле появились пятна зеленоватого цвета.
Некоторые народные целители утверждают, что пластырем не стоит прикреплять медь, а лучше прибинтовать к больному участку. Обычно такое лечение длится до 5 дней, но иногда курс может продлиться на несколько недель, а то, и месяц. После того как монеты (пластины) сняты, кожу нужно промыть водой с мылом.
В лечебных целях лучше всего применять хорошо отшлифованные тонкие пластины или диски, сделанные из чистой меди. Специалисты утверждают, что самые лучшие монеты – петровского времени, так как тогда плавили их без примесей, но найти такие деньги практически невозможно, поэтому подойдет вариант советского образца до 1961 года выпуска, это медно-алюминиевый сплав, но содержание интересующего нас металла в нем очень высокое.
Медь как химический элемент обнаружена в составе жизненно важных ферментов, а при ее нехватке развиваются серьезные заболевания.
Лечебные свойства
Ионы меди оказывают положительное влияние на состояние организма человека:
- антибактериальное;
- обезболивающее;
- кровоостанавливающее;
- жаропонижающее;
- гармонизирующее нервную систему;
- противоопухолевое.
При наружном применении обычная аппликация из меди может снять воспалительный процесс, обезболит, ускорит созревание нарыва, обеззараживает инфекционные очаги.
При доброкачественных опухолях медные пластины оказывают положительное воздействие — убирают , лечат мастопатию и даже .
Медь благоприятно действует на сердечно-сосудистую систему. При в подключичную ямку прикладываются монеты и держатся до облегчения состояния.
Как лечиться медью
Марки меди, наиболее подходящие для лечения — МГ, МОО, МОБ, медь вакуумная.
Именно в этих марках процент полезного металла наиболее высок.
Чтобы понять, подходит ли вам лечение, нужно приложить кусочек меди к больной зоне на ночь или даже на 24 часа. Если пластина буквально приклеилась к коже, то положительного лечебного эффекта можно ожидать.
После удаления пластины на коже может оставаться зеленый налет. Это значит, что пластина «работает». Если его не наблюдается, нужно заменить марку меди или поменять место наложения.
Бытует мнение, что она сама прилипает на правильные места и даже не нуждается в дополнительной фиксации. По окончании лечения отпадает.
Лечение медными пластинами или монетами показано людям любого возраста. Особенно ценными и сильными считаются монеты царской чеканки и советские с 1930 до 1957 года, а также 2, 3, 5 — копеечными до 1961 года. Можно пользоваться и специальными медными дисками или пластинами из красной меди, которые приобретаются в аптеках нетрадиционной медицины.
Суставы рук и ног можно лечить медной проволокой. Для этой цели она должна быть хорошо очищена и выдержана 2 часа в уксусной эссенции. Проволокой обматывают больной сустав конечности, можно поясницу. Дополнительный лечебный эффект возникает из-за возникающих круговых микротоков.
Чтобы «оживить» металл, перед применением монетки кипятят в слабосоленом растворе, промывают, прокаливают на огне, чистят мелкой наждачкой.
Медные браслеты из вакуумной меди содержат более 99% чистого металла, они должны иметь замкнутый контур и не содержать никаких вставок из других металлов. Такими браслетами хорошо лечится гипертония (правая рука) и гипотония (левая рука). Браслет должен как можно плотнее прилегать к коже, быть хорошо отполированным. Носить нужно на зоне запястья, где прослушивается пульс. Отмечено положительное влияние медных браслетов не только , но и при метеозависимости, слабом иммунитете, при невынашивании беременности, мигренях, артрите, радикулите.
В медицине Тибета применяются медные банки. применяют их , при бронхо-легочных заболеваниях. А русские знахари ставили такие банки на живот при опущении внутренних органов.
Если кипятить медные монеты в воде, получается средство для внутреннего применения, стимулирующее работу внутренних органов. Однако эти сведения недостаточно подтверждены практикой.
Применение при различных заболеваниях
Народные целители утверждают, что аппликация из медных монет может снять температуру и воспалительные процессы в организме человека, в том числе — воспаление суставов, снимет болевые ощущения, способствует созреванию нарывов.
С помощью такой аппликации можно лечить гинекологические заболевания, в том числе фиброму матки (прикладывать к низу живота), мастопатию (прикладывать к груди).
Медью, по утверждению целителей, можно останавливать кровотечение, устранять грыжу, применяются ее аппликации после инфаркта для стабилизации общего состояния, они же способствуют снижению радиационного воздействия при облучении.
- . На ночь наложите монеты или диски накладываются на область миндалин. затем горло обвязывают теплым платком. Время выдержки от 9 до 12 часов.
- . Компрессы из медной воды прикладывают к больным местам на 3-4 часа.
- . Носить монеты на тех местах ноги, где они сами хорошо прикрепились, до тех пор, пока сами не отпадут.
- . На область гайморовых пазух монеты прикладывают на ночь.
- . Медная монета закладывается ребром меду ягодицами поближе к анальному отверстию. Пластину закрепляют чуть повыше на копчике.
- . На лоб, виски и затылок прикладывают монеты или диски, в положении тела лежа. Через 30 минут боль спадает.
- При доброкачественных опухолях, если диагноз действительно подтвержден. Аппликации на кожу над зоной опухоли. Держать 7 дней, перерыв 3 дня, еще 7 дней.
- Женские болезни. Зона прикладывания — низ живота. Медь прикладывается на 30 минут.
- При катаракте и глаукоме. Прикладываем пятак (пластину) на дугу, которая идет от угла глаза к виску. пятак должен сам хорошо прилипнуть к коже.
- При переломах и ушибах. Аппликации из медных пластин накладывается на то место, где медь сама хорошо прилипает. Через неделю пластину переносим на другое место. Держим до полного излечения. В первые часы лечения возможен небольшой отек, ощущение тепла, усиление боли, что быстро проходит. При ощущении привкуса металла во рту, лечение прекращают.
- При рубцах и спайках. Непосредственно на зону рубца или спайки прикладывают медь.
- . Пьют медную воду по по 2 — 3 столовые ложки перед едой 3 раза в день в течение месяца. Несколько курсов лечения с перерывами по 5 — 7 дней.
- При сердечных болях, после инфаркта. В подключичную ямку медный диск, если он сцепляется с кожей, оставляем на 10 дней, фиксируем пластырем. На ночь не снимать.
- . За ухо, на выпуклую кость, ставим 2 — копеечную монету. Вторую — на козелок.
- При шуме в ушах монету ставят сзади на шею.
Медь, так же как серебро и золото, имеет бактерицидные свойства, поэтому ее можно использовать как антисептик при стерилизации воды. Такой водой можно полоскать горло и промывать глаза.
Официальная медицина не отрицает полезных свойств меди и применяет ее для приготовления лекарственных препаратов. Например, сульфат меди применяют при ожогах фосфором, он же применяется как антисептическое средство в каплях для глаз. Нитрат меди применяют в глазных мазях.
Если медь соединить с витамином С, то это значительно повысит сопротивляемость организма к инфекциям.
Медь в продуктах питания
Огромное значение медь играет в организме человека, а именно, способствует обмену веществ и процессу роста, обеспечивает организм человека энергией. Она служит антиоксидантной защитой, что значительно продлевает нашу жизнь, участвует в строении соединительной ткани – эластина, меланина и коллагена. Ежедневно человек с пищей должен потреблять не менее 2 мг меди, а при больших физических нагрузках – не менее 3 мг, примерно такая же доза необходима больному, страдающему ишемией сердца.
Существует множество продуктов, в которых содержится медь.
- Это орехи, какао, горох, грибы (подберезовики, белый гриб, лисички, шампиньоны).
- Медь содержится в морепродуктах, в печени палтуса и трески, немало ее и в гречневой и овсяной каше, в ржаном и пшеничном хлебе.
- Кроме этого медь встречается в лекарственных травах: зверобое, полыни, тысячелистнике, душице.
Противопоказания
Стоит знать, что лечение медью помогает не всегда и не всем. Именно поэтому нужно пройти тщательное обследование, чтобы установить причину заболевания, поскольку можно будет спровоцировать ухудшение состояния, если воздействовать на вторичный очаг заболевания.
Народные целители рекомендуют простой способ, чтобы определить, поможет лечение медью или нет. Если монетка легко удерживается на теле и под ней постепенно меняется окраска кожи, значит, лечение будет успешным, если такого не произошло, то медетерапия может причинить неприятные ощущения, а то и осложнения.
При употреблении меди внутрь, когда не соблюдается дозировка, возможны отравления ее солями. Передозировка вызывает рвоту, бывают судороги, диарея, происходит ослабление сердечной деятельности и дыхания, наступает удушье, возможна даже кома. Правда, подобные отравления бывают крайне редко. Чтобы избежать подобной ситуации, необходимо все свои действия согласовывать с лечащим врачом.
Всего вам самого доброго!
Основы > Электротехнические материалы > Проводниковые материалы
МЕДЬ
Чистая медь по электрической проводимости занимает следующее место после серебра, обладающего из всех известных проводников наивысшей проводимостью. Высокая проводимость и стойкость к атмосферной коррозии в сочетании с высокой пластичностью делают медь основным материалом для проводов.
На воздухе медные провода окисляются медленно, покрываясь тонким слоем окиси С
u
О, препятствующим дальнейшему окислению меди. Коррозию меди вызывают сернистый газ S0
2
, сероводород H
2
S, аммиак NH
3
, окись азота NО, пары азотной кислоты и некоторые другие реактивы.
Проводниковую медь получают из слитков путем гальванической очистки ее в электролитических ваннах. Примеси, даже в ничтожных количествах, резко снижают электропроводность меди (рис. 8-1), делая ее малопригодной для проводников тока, поэтому в качестве электротехнической меди применяются лишь две ее марки (М0 и M1) по ГОСТ 859-66, химический состав которых приведен в табл. 8-1.
В табл. 8-1 не указана бескислородная медь марки М00 (99,99% Си), свободная от содержания кислорода и окислов меди, отличающаяся от меди марок М0 и M1 меньшим количеством примесей и существенно более высокой пластичностью, позволяющей ее волочение в тончайшие проволоки. По проводимости медь М00 не отличается от меди М0 и M1. Медь повышенной чистоты широко используется в электровакуумной технике.
Примеси Bi и Р
b
в больших количествах, чем указано в табл. 8-1, делают невозможным горячую прокатку меди. Сера не вызывает горячеломкость меди, но повышает ее хрупкость на холоде. Примеси в небольших количествах Ni, Ag, Zn и Sn не ухудшают технологических свойств, повышая механическую прочность и термическую стойкость меди.
Кислород как примесь в малых дозах, не затрудняя заметно прокатку, несколько повышает проводимость меди, так как находящиеся в меди другие примеси в результате окисления выводятся из твердого раствора, где они наиболее сильно влияют на снижение проводимости металла.
Повышенное содержание кислорода снижает проводимость и делает медь хрупкой в холодном состоянии, поэтому в электротехнических марках меди присутствие кислорода ограничивается (табл. 8-1). Медь, содержащая кислород, подвержена также водородной болезни. В восстановительной атмосфере закись меди восстанавливается до металла. Во время реакций, идущих с образованием водяных паров, в.меди появляются микротрещины.
Рис. 8-1. Влияние примесей на электрическую проводимость меди.
Таблица 8-1 Химический состав проводниковой меди (ГОСТ 859-66)
Почти все изделия из проводниковой меди изготовляются путем проката, пресования и волочения. Так, волочением могут быть изготовлены провода диаметром до 0,005 мм, ленты толщиной до 0,1 мм и медная фольга толщиной до 0,008 мм.
Проводниковая медь применяется как в отожженном после холодной обработки виде (мягкая медь марки ММ), так и без отжига (твердая медь марки МТ).
При холодной обработке давлением прочность меди в результате обжатия (наклепа) растет, а удлинение падает, однако длительные рабочие температуры наклепанной меди ограничены и лежат в пределах до 160-200 °С, после чего из-за процесса рекристаллизации происходят разупрочнение и резкое падение твердости наклепанной меди. Чем выше степень обжатия при холодной обработке, тем ниже допустимые рабочие температуры твердой меди.
При температурах термообработки выше 900 °С вследствие интенсивного роста зерна механические свойства меди резко ухудшаются. Физические и технологические свойства меди приведены в табл. 8-2.
Влияние температуры отжига на механические свойства и электрическую проводимость меди представлено на рис. 8-2.
Для электротехнических целей из меди изготовляют проволоку, ленту, шины как в мягком (отожженном) состоянии, так и в твердом.
Согласно ГОСТ 434-71 число твердости Бринелля твердых лент
при испытании шариком диаметром 5 мм, нагрузке 2500 Н и выдержке 30 с.
В зависимости от рабочей температуры механические свойства меди представлены в табл.8-3.
В целях повышения предела ползучести и термической устойчивости медь легируют серебром в пределах 0,07-0,15%, а также магнием, кадмием, хромом, цирконием и другими элементами.
В настоящее время медь с присадкой серебра применяется для обмоток быстроходных и нагревостойких машин большей мощности, а медь, легированная различными элементами, используется в коллекторах и контактных кольцах сильно нагруженных машин.
Таблица 8-2 Физические и технологические свойства меди
Свойства |
Состояние |
Показатель |
Температура плавления, °С |
1083±0,1 |
|
Плотность, кг/м3 |
При 20 °С |
8930 |
Температурный коэффициент линейного расширения, |
В интервале 20-100 °С |
|
Теплопроводность, Вт/(м °С) |
375-380 |
|
Удельное электрическое сопротивление при +20 °С (мягкая проволока), мкОм м |
Обусловленное ГОСТ 2112-71 |
0,01724 |
То же (твердая проволока) |
То же |
0,0180-0,0177 |
Температурный коэффициент сопротивления, |
При 0-150 °С |
0,00411 |
Температура горячей обработки, °С |
Твердое |
900-1050 |
Температура начала рекристаллизации, °С |
Наклепанное |
160-200 |
Травитель для полуфабрикатов, % |
H 2 SO 4 |
|
Атмосфера при плавлении |
Восстановительная |
|
Температура литья, °С |
1150-1200 |
|
Температура отжига, °С |
500-700 |
|
Температура кипения, °С |
2300-2590 |
|
Теплота плавления, Дж/кг |
||
Теплота испарения, Дж/кг |
5400 |
|
Объемная усадка, % |
При кристаллизации |
|
Отношение электрического сопротивления расплавленной меди к сопротивлению твердой меди |
При плавлении и кристаллизации |
2,07 |
Потенциал выхода электронов, В |
4,07-2,61 |
|
Термо-э.д.с. относительно платины, мВ |
0,15 |
|
Рис. 8-2. Влияние температуры отжига на свойства меди.
Таблица 8-3 Характер изменения механических свойств проводниковой меди в зависимости от температуры
Свойства |
Температура, °С |
||||||||
Твердотянутая |
Отожженная (650 °С, 1 / 2 ч) |
||||||||
Предел прочности при растяжении, МПа
|
400
|
365
| |||||||
Медь относится к числу металлов, известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека с Медью способствовало то, что она встречается в природе в свободном состоянии в виде самородков, которые иногда достигают значительных размеров. Медь и ее сплавы сыграли большую роль в развитии материальной культуры. Благодаря легкой восстановимости оксидов и карбонатов Медь была, по-видимому, первым металлом, который человек научился восстановлять из кислородных соединений, содержащихся в рудах. Латинское название Меди происходит от названия острова Кипр, где древние греки добывали медную руду. В древности для обработки скальной породы ее нагревали на костре и быстро охлаждали, причем порода растрескивалась. Уже в этих условиях были возможны процессы восстановления. В дальнейшем восстановление вели в кострах с большим количеством угля и с вдуванием воздуха посредством труб и мехов. Костры окружали стенками, которые постепенно повышались, что привело к созданию шахтной печи. Позднее методы восстановления уступили место окислительной плавке сульфидных медных руд с получением промежуточных продуктов - штейна (сплава сульфидов), в котором концентрируется Медь, и шлака (сплава окислов).
Распространение Меди в природе. Среднее содержание Меди в земной коре (кларк) 4,7·10 -3 % (по массе), в нижней части земной коры, сложенной основными породами, ее больше (1·10 -2 %), чем в верхней (2·10 -3 %), где преобладают граниты и другие кислые изверженные породы. Медь энергично мигрирует как в горячих водах глубин, так и в холодных растворах биосферы; сероводород осаждает из природных вод различные сульфиды Меди, имеющие большое промышленное значение. Среди многочисленных минералов Меди преобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты, хлориды, известны также самородная Медь, карбонаты и оксиды.
Медь - важный элемент жизни, она участвует во многих физиологических процессах. Среднее содержание Меди в живом веществе 2·10 -4 %, известны организмы - концентраторы Меди. В таежных и других ландшафтах влажного климата Медь сравнительно легко выщелачивается из кислых почв, здесь местами наблюдается дефицит Меди и связанные с ним болезни растений и животных (особенно на песках и торфяниках). В степях и пустынях (с характерными для них слабощелочными растворами) Медь малоподвижна; на участках месторождений Медь наблюдается ее избыток в почвах и растениях, отчего болеют домашние животные.
В речной воде очень мало Меди, 1·10 -7 %. Приносимая в океан со стоком Медь сравнительно быстро переходит в морские илы. Поэтому глины и сланцы несколько обогащены Медью (5,7·10 -3 %), а морская вода резко недосыщена Медью (3·10 -7 %).
В морях прошлых геологических эпох местами происходило значительное накопление Меди в илах, приведшее к образованию месторождений (например, Мансфельд в Германии). Медь энергично мигрирует и в подземных водах биосферы, с этими процессами связано накопление руд Меди в песчаниках.
Физические свойства Меди. Цвет Меди красный, в изломе розовый, при просвечивании в тонких слоях зеленовато-голубой. Металл имеет гранецентрированную кубическую решетку с параметром а = 3,6074 Å; плотность 8,96 г/см 3 (20 °С). Атомный радиус 1,28 Å; ионные радиусы Cu + 0,98 Å; Сu 2 + 0,80 Å; t пл 1083 °С; t кип 2600 °С; удельная теплоемкость (при 20 °С) 385,48 дж/(кг·К), т.е. 0,092 кал/(г·°С). Наиболее важные и широко используемые свойства Меди: высокая теплопроводность - при 20 °С 394,279 вт/(м·К.), то есть 0,941 кал/(см·сек·°С); малое электрическое сопротивление - при 20 °С 1,68·10 -8 ом·м. Термический коэффициент линейного расширения 17,0·10 -6 . Давление паров над Медью ничтожно, давление 133,322 н/м 2 (т.е. 1 мм рт.ст.) достигается лишь при 1628 °С. Медь диамагнитна; атомная магнитная восприимчивость 5,27·10 -6 . Твердость Меди по Бринеллю 350 Мн/м 2 (т. е. 35 кгс/мм 2); предел прочности при растяжении 220 Мн/м 2 (т. е. 22 кгс/мм 2); относительное удлинение 60%, модуль упругости 132·10 3 Мн/м 2 (т.е. 13,2·10 3 кгс/мм 2). Путем наклепа предел прочности может быть повышен до 400-450 Мн/м 2 , при этом удлинение уменьшается до 2% , а электропроводность уменьшается на 1-3% . Отжиг наклепанной Меди следует проводить при 600-700 °С. Небольшие примеси Bi (тысячные доли%) и Рb (сотые доли%) делают Медь красноломкой, а примесь S вызывает хрупкость на холоде.
Химические свойства Меди. По химическим свойствам Медь занимает промежуточное положение между элементами первой триады VIII группы и щелочными элементами I группы системы Менделеева. Медь, как и Fe, Co, Ni, склонна к комплексообразованию, дает окрашенные соединения, нерастворимые сульфиды и т. д. Сходство с щелочными металлами незначительно. Так, Медь образует ряд одновалентных соединений, однако для нее более характерно 2-валентное состояние. Соли одновалентной Медь в воде практически нерастворимы и легко окисляются до соединений 2-валентной Меди; соли 2-валентной Меди, напротив, хорошо растворимы в воде и в разбавленных растворах полностью диссоциированы. Гидратированные ионы Cu 2+ окрашены в голубой цвет. Известны также соединения, в которых Медь 3-валентна. Так, действием пероксида натрия на раствор куприта натрия Na 2 CuO 2 получен оксид Сu 2 О 3 - красный порошок, начинающий отдавать кислород уже при 100 °С. Сu 2 О 3 - сильный окислитель (например, выделяет хлор из соляной кислоты).
Химическая активность Меди невелика. Компактный металл при температурах ниже 185 °С с сухим воздухом и кислородом не взаимодействует. В присутствии влаги и СО 2 на поверхности Меди образуется зеленая пленка основного карбоната. При нагревании Меди на воздухе идет поверхностное окисление; ниже 375 °С образуется СuО, а в интервале 375-1100 °С при неполном окислении Медь - двухслойная окалина, в поверхностном слое которой находится СuО, а во внутреннем - Сu 2 О. Влажный хлор взаимодействует с Медью уже при обычной температуре, образуя хлорид СuCl 2 , хорошо растворимый в воде. Медь легко соединяется и с других галогенами. Особое сродство проявляет Медь к сере и селену; так, она горит в парах серы. С водородом, азотом и углеродом Медь не реагирует даже при высоких температурах. Растворимость водорода в твердой Медь незначительна и при 400 °С составляет 0,06 мг в 100 г Меди. Водород и других горючие газы (СО, СН 4), действуя при высокой температуре на слитки Меди, содержащие Сu 2 О, восстановляют ее до металла с образованием СО 2 и водяного пара. Эти продукты, будучи нерастворимыми в Меди, выделяются из нее, вызывая появление трещин, что резко ухудшает механические свойства Меди.
При пропускании NН 3 над раскаленной Медью образуется Cu 3 N. Уже при температуре каления Медь подвергается воздействию оксидов азота, а именно NO, N 2 O (с образованием Сu 2 О) и NO 2 (с образованием СuО). Карбиды Сu 2 С 2 и СuС 2 могут быть получены действием ацетилена на аммиачные растворы солей Меди. Нормальный электродный потенциал Меди для реакции Сu 2+ + 2е -> Сu равен +0,337 в, а для реакции Сu + + е ->Сu равен +0,52 в. Поэтому Медь вытесняется из своих солей более электроотрицательными элементами (в промышленности используется железо) и не растворяется в кислотах-неокислителях. В азотной кислоте Медь растворяется с образованием Cu(NO 3) 2 и оксидов азота, в горячей концентрированной H 2 SO 4 -с образованием CuSO 4 и SO 2 , в нагретой разбавленной H 2 SO 4 - при продувании через раствор воздуха. Все соли Меди ядовиты.
Медь в двух- и одновалентном состоянии образует многочисленные весьма устойчивые комплексные соединения. Примеры комплексных соединений одновалентной Меди: (NH 4) 2 CuBr 3 ; K 3 Cu(CN) 4 - комплексы типа двойных солей; Cl и другие. Примеры комплексных соединений 2-валентной Меди: CsCuCl 3 , K 2 CuCl 4 - тип двойных солей. Важное промышленное значение имеют аммиачные комплексные соединения Меди: [Сu (NH 3) 4 ] SO 4 , [Сu (NH 3) 2 ] SO 4 .
Получение Меди. Медные руды характеризуются невысоким содержанием Меди. Поэтому перед плавкой тонкоизмельченную руду подвергают механическому обогащению; при этом ценные минералы отделяются от основные массы пустой породы; в результате получают ряд товарных концентратов (например, медный, цинковый, пиритный) и отвальные хвосты.
В мировой практике 80% Медь извлекают из концентратов пирометаллургическими методами, основанными на расплавлении всей массы материала. В процессе плавки, вследствие большего сродства Меди к сере, а компонентов пустой породы и железа к кислороду, Медь концентрируется в сульфидном расплаве (штейне), а оксиды образуют шлак. Штейн отделяют от шлака отстаиванием.
На большинстве современных заводов плавку ведут в отражательных или в электрических печах. В отражательных печах рабочее пространство вытянуто в горизонтальном направлении; площадь пода 300 м 2 и более (30 м х 10 м); необходимое для плавления тепло получают сжиганием углеродистого топлива (природный газ, мазут) в газовом пространстве над поверхностью ванны. В электрических печах тепло получают пропусканием через расплавленный шлак электрического тока (ток подводится к шлаку через погруженные в него графитовые электроды).
Однако и отражательная, и электрическая плавки, основанные на внешних источниках теплоты, - процессы несовершенные. Сульфиды, составляющие основные массу медных концентратов, обладают высокой теплотворной способностью. Поэтому все больше внедряются методы плавки, в которых используется теплота сжигания сульфидов (окислитель - подогретый воздух, воздух, обогащенный кислородом, или технический кислород). Мелкие, предварительно высушенные сульфидные концентраты вдувают струей кислорода или воздуха в раскаленную до высокой температуры печь. Частицы горят во взвешенном состоянии (кислородно-взвешенная плавка).
Богатые кусковые сульфидные руды (2-3% Сu) с высоким содержанием серы (35-42% S) в ряде случаев непосредственно направляются на плавку в шахтных печах (печи с вертикально расположенным рабочим пространством). В одной из разновидностей шахтной плавки (медносерная плавка) в шихту добавляют мелкий кокс, восстановляющий в верхних горизонтах печи SO 2 до элементарной серы. Медь в этом процессе также концентрируется в штейне.
Получающийся при плавке жидкий штейн (в основном Cu 2 S, FeS) заливают в конвертер - цилиндрический резервуар из листовой стали, выложенный изнутри магнезитовым кирпичом, снабженный боковым рядом фурм для вдувания воздуха и устройством для поворачивания вокруг оси. Через слой штейна продувают сжатый воздух. Конвертирование штейнов протекает в две стадии. Сначала окисляется сульфид железа, и для связывания оксидов железа в конвертер добавляют кварц; образуется конвертерный шлак. Затем окисляется сульфид меди с образованием металлической Меди и SO 2 . Эту черновую Медь разливают в формы. Слитки (а иногда непосредственно расплавленную черновую Медь) с целью извлечения ценных спутников (Au, Ag, Se, Fe, Bi и других) и удаления вредных примесей направляют на огневое рафинирование. Оно основано на большем, чем у меди, сродстве металлов-примесей к кислороду: Fe, Zn, Co и частично Ni и другие в виде оксидов переходят в шлак, а сера (в виде SO 2) удаляется с газами. После удаления шлака Медь для восстановления растворенной в ней Cu 2 О "дразнят", погружая в жидкий металл концы сырых березовых или сосновых бревен, после чего отливают его в плоские формы. Для электролитического рафинирования эти слитки подвешивают в ванне с раствором CuSO 4 , подкисленным H 2 SO 4 . Они служат анодами. При пропускании тока аноды растворяются, а чистая Медь отлагается на катодах - тонких медных листах, также получаемых электролизом в специальных матричных ваннах. Для выделения плотных гладких осадков в электролит вводят поверхностно-активные добавки (столярный клей, тиомочевину и другие). Полученную катодную Медь промывают водой и переплавляют. Благородные металлы, Se, Те и других ценные спутники Медь концентрируются в анодном шламе, из которого их извлекают специальной переработкой. Никель концентрируется в электролите; выводя часть растворов на упаривание и кристаллизацию, можно получить Ni в виде никелевого купороса.
Наряду с пирометаллургическими применяют также гидрометаллургические методы получения Меди (преимущественно из бедных окисленных и самородных руд). Эти методы основаны на избирательном растворении медьсодержащих минералов, обычно в слабых растворах H 2 SO 4 или аммиака. Из раствора Медь либо осаждают железом, либо выделяют электролизом с нерастворимыми анодами. Весьма перспективны применительно к смешанным рудам комбинированные гидрофлотационные методы, при которых кислородные соединения Меди растворяются в сернокислых растворах, а сульфиды выделяются флотацией. Получают распространение и автоклавные гидрометаллургические процессы, идущие при повышенных температурах и давлении.
Применение Меди. Большая роль Меди в технике обусловлена рядом ее ценных свойств и прежде всего высокой электропроводностью, пластичностью, теплопроводностью. Благодаря этим свойствам Медь - основные материал для проводов; свыше 50% добываемой Меди применяют в электротехнической промышленности. Все примеси понижают электропроводность Меди, а потому в электротехнике используют металл высших сортов, содержащий не менее 99,9% Cu. Высокие теплопроводность и сопротивление коррозии позволяют изготовлять из Меди ответственные детали теплообменников, холодильников, вакуумных аппаратов и т. п. Около 30-40% Меди используют в виде различных сплавов, среди которых наибольшее значение имеют латуни (от 0 до 50% Zn) и различные виды бронз: оловянистые, алюминиевые, свинцовистые, бериллиевые и т. д. Кроме нужд тяжелой промышленности, связи, транспорта, некоторое количество Меди (главным образом в виде солей) потребляется для приготовления минеральных пигментов, борьбы с вредителями и болезнями растений, в качестве микроудобрений, катализаторов окислительных процессов, а также в кожевенной и меховой промышленности и при производстве искусственного шелка.
Медь как художественный материал используется с медного века (украшения, скульптура, утварь, посуда). Кованые и литые изделия из Меди и сплавов украшаются чеканкой, гравировкой и тиснением. Легкость обработки Меди (обусловленная ее мягкостью) позволяет мастерам добиваться разнообразия фактур, тщательности проработки деталей, тонкой моделировки формы. Изделия из Меди отличаются красотой золотистых или красноватых тонов, а также свойством обретать блеск при шлифовке. Медь нередко золотят, патинируют, тонируют, украшают эмалью. С 15 века Медь применяется также для изготовления печатных форм.
Медь в организме. Медь - необходимый для растений и животных микроэлемент. Основная биохимическая функция Меди - участие в ферментативных реакциях в качестве активатора или в составе медьсодержащих ферментов. Количество Меди в растениях колеблется от 0,0001 до 0,05% (на сухое вещество) и зависит от вида растения и содержания Меди в почве. В растениях Медь входит в состав ферментов-оксидаз и белка пластоцианина. В оптимальных концентрациях Медь повышает холодостойкость растений, способствует их росту и развитию. Среди животных наиболее богаты Медью некоторые беспозвоночные (у моллюсков и ракообразных в гемоцианине содержится 0,15-0,26% Меди). Поступая с пищей, Медь всасывается в кишечнике, связывается с белком сыворотки крови - альбумином, затем поглощается печенью, откуда в составе белка церулоплазмина возвращается в кровь и доставляется к органам и тканям.
Содержание Меди у человека колеблется (на 100 г сухой массы) от 5 мг в печени до 0,7 мг в костях, в жидкостях тела - от 100 мкг (на 100 мл) в крови до 10 мкг в спинномозговой жидкости; всего Меди в организме взрослого человека около 100 мг. Медь входит в состав ряда ферментов (например, тирозиназы, цитохромоксидазы), стимулирует кроветворную функцию костного мозга. Малые дозы Меди влияют на обмен углеводов (снижение содержания сахара в крови), минеральных веществ (уменьшение в крови количества фосфора) и других. Увеличение содержания Меди в крови приводит к превращению минеральных соединений железа в органические, стимулирует использование накопленного в печени железа при синтезе гемоглобина.
При недостатке Меди злаковые растения поражаются так называемых болезнью обработки, плодовые - экзантемой; у животных уменьшаются всасывание и использование железа, что приводит к анемии, сопровождающейся поносом и истощением. Применяются медные микроудобрения и подкормка животных солями Меди. Отравление Медью приводит к анемии, заболеванию печени, болезни Вильсона. У человека отравление возникает редко благодаря тонким механизмам всасывания и выведения Меди. Однако в больших дозах Медь вызывает рвоту; при всасывании Медь может наступить общее отравление (понос, ослабление дыхания и сердечной деятельности, удушье, коматозное состояние).
В медицине сульфат Меди применяют как антисептическое и вяжущее средство в виде глазных капель при конъюнктивитах и глазных карандашей для лечения трахомы. Раствор сульфата Медь используют также при ожогах кожи фосфором. Иногда сульфат Меди применяют как рвотное средство. Нитрат Меди употребляют в виде глазной мази при трахоме и конъюнктивитах.
Свойства меди, которая в природе встречается и в виде достаточно крупных самородков, люди изучили еще в древние времена, когда из этого металла и его сплавов делали посуду, оружие, украшения, различные изделия бытового назначения. Активное использование данного металла на протяжении многих лет обусловлено не только его особыми свойствами, но и простотой обработки. Медь, которая присутствует в руде в виде карбонатов и окислов, достаточно легко восстанавливается, что и научились делать наши древние предки.
Изначально процесс восстановления этого металла выглядел очень примитивно: медную руду просто нагревали на кострах, а затем подвергали резкому охлаждению, что приводило к растрескиванию кусков руды, из которых уже можно было извлекать медь. Дальнейшее развитие такой технологии привело к тому, что в костры начали вдувать воздух: это повышало температуру нагревания руды. Затем нагрев руды стали выполнять в специальных конструкциях, которые и стали первыми прототипами шахтных печей.
О том, что медь используется человечеством с древних времен, свидетельствуют археологические находки, в результате которых были найдены изделия из данного металла. Историками установлено, что первые изделия из меди появились уже в 10 тысячелетии до н.э, а наиболее активно она стала добываться, перерабатываться и использоваться спустя 8–10 тысяч лет. Естественно, предпосылками к такому активному использованию данного металла стали не только относительная простота его получения из руды, но и его уникальные свойства: удельный вес, плотность, магнитные свойства, электрическая, а также удельная проводимость и др.
В наше время уже сложно найти в виде самородков, обычно ее добывают из руды, которая подразделяется на следующие виды.
- Борнит - в такой руде медь может содержаться в количестве до 65%.
- Халькозин, который также называют медным блеском. В такой руде меди может содержаться до 80%.
- Медный колчедан, также называемый халькопиритом (содержание до 30%).
- Ковеллин (содержание до 64%).
Медь также можно извлекать из множества других минералов (малахит, куприт и др.). В них она содержится в разных количествах.
Физические свойства
Медь в чистом виде представляет собой металл, цвет которого может варьироваться от розового до красного оттенка.
Радиус ионов меди, имеющих положительный заряд, может принимать следующие значения:
- если координационный показатель соответствует 6-ти - до 0,091 нм;
- если данный показатель соответствует 2 - до 0,06 нм.
Радиус атома меди составляет 0,128 нм, также он характеризуется сродством к электрону, равном 1,8 эВ. При ионизации атома данная величина может принимать значение от 7,726 до 82,7 эВ.
Медь - это переходный металл, показатель электроотрицательности которого составляет 1,9 единиц по шкале Полинга. Кроме этого, его степень окисления может принимать различные значения. При температурах, находящихся в интервале 20–100 градусов, его теплопроводность составляет 394 Вт/м*К. Электропроводность меди, которую превосходит лишь серебро, находится в интервале 55,5–58 МСм/м.
Так как медь в потенциальном ряду стоит правее водорода, она не может вытеснять этот элемент из воды и различных кислот. Ее кристаллическая решетка имеет кубический гранецентрированный тип, величина ее составляет 0,36150 нм. Плавится медь при температуре 1083 градусов, а температура ее кипения - 26570. Физические свойства меди определяет и ее плотность, которая составляет 8,92 г/см3.
Из ее механических свойств и физических показателей стоит также отметить следующие:
- термическое линейное расширение - 0,00000017 единиц;
- предел прочности, которому медные изделия соответствуют при растяжении, составляет 22 кгс/мм2;
- твердость меди по шкале Бринелля соответствует значению 35 кгс/мм2;
- удельный вес 8,94 г/см3;
- модуль упругости составляет 132000 Мн/м2;
- значение относительного удлинения равно 60%.
Совершенно уникальными можно считать магнитные свойства данного металла, который является полностью диамагнитным. Именно эти свойства, наряду с физическими параметрами: удельным весом, удельной проводимостью и другими, в полной мере объясняют широкую востребованность данного металла при производстве изделий электротехнического назначения. Похожими свойствами обладает алюминий, который также успешно используется при производстве различной электротехнической продукции: проводов, кабелей и др.
Основную часть характеристик, которыми обладает медь, практически невозможно изменить, за исключением предела прочности. Данное свойство можно улучшить практически в два раза (до 420–450 МН/м2), если осуществить такую технологическую операцию, как наклеп.
Химические свойства
Химические свойства меди определяются тем, какое положение она занимает в таблице Менделеева, где она имеет порядковый номер 29 и располагается в четвертом периоде. Что примечательно, она находится в одной группе с благородными металлами. Это лишний раз подтверждает уникальность ее химических свойств, о которых следует рассказать более подробно.
В условиях невысокой влажности медь практически не проявляет химическую активность. Все меняется, если изделие поместить в условия, характеризующиеся высокой влажностью и повышенным содержанием углекислого газа. В таких условиях начинается активное окисление меди: на ее поверхности формируется зеленоватая пленка, состоящая из CuCO3, Cu(OH)2 и различных сернистых соединений. Такая пленка, которая называется патиной, выполняет важную функцию защиты металла от дальнейшего разрушения.
Окисление начинает активно происходить и тогда, когда изделие подвергается нагреву. Если металл нагреть до температуры 375 градусов, то на его поверхности формируется оксид меди, если выше (375-1100 градусов) - то двухслойная окалина.
Медь достаточно легко реагирует с элементами, которые входят в группу галогенов. Если металл поместить в пары серы, то он воспламенится. Высокую степень родства он проявляет и к селену. Медь не вступает в реакцию с азотом, углеродом и водородом даже в условиях высоких температур.
Внимание заслуживает взаимодействие оксида меди с различными веществами. Так, при его взаимодействии с серной кислотой образуется сульфат и чистая медь, с бромоводородной и иодоводородной кислотой - бромид и иодид меди.
Иначе выглядят реакции оксида меди с щелочами, в результате которых образуется купрат. Получение меди, при котором металл восстанавливается до свободного состояния, осуществляют при помощи оксида углерода, аммиака, метана и других материалов.
Медь при взаимодействии с раствором солей железа переходит в раствор, при этом железо восстанавливается. Такая реакция используется для того, чтобы снять напыленный медный слой с различных изделий.
Одно- и двухвалентная медь способна создавать комплексные соединения, отличающиеся высокой устойчивостью. Такими соединениями являются двойные соли меди и аммиачные смеси. И те и другие нашли широкое применение в различных отраслях промышленности.
Области применения меди
Применение меди, как и наиболее схожего с ней по своим свойствам алюминия, хорошо известно - это производство кабельной продукции. Медные провода и кабели, характеризуются невысоким электрическим сопротивлением и особыми магнитными свойствами. Для производства кабельной продукции применяются виды меди, характеризующиеся высокой чистотой. Если в ее состав добавить даже незначительное количество посторонних металлических примесей, к примеру, всего 0,02% алюминия, то электрическая проводимость исходного металла уменьшится на 8–10%.
Невысокий и ее высокая прочность, а также способность поддаваться различным видам механической обработки - это те свойства, которые позволяют производить из нее трубы, успешно использующиеся для транспортировки газа, горячей и холодной воды, пара. Совершенно не случайно именно подобные трубы применяются в составе инженерных коммуникаций жилых и административных зданий в большинстве европейских стран.
Медь, кроме исключительно высокой электропроводности, отличается способностью хорошо проводить тепло. Благодаря этому свойству она успешно используется в составе следующих систем.
Занимает второе по популярности место среди всех цветных металлов. Главным ее , которая добывается во многих месторождениях сланца и песчаника. На протяжении десятков сотен лет используются человеком медные листы и на данный момент они не теряют своего спроса.
Сам металл обладает красно-розовым цветом и имеет высокие показатели тепло- и электропроводности. Если сравнивать с остальными металлами, то медь превышает в 6 раз уровень теплопроводности по сравнению с железом. О том, каковы виды, свойства и области (сферы) применения меди и ее сплавов, какая их роль в строительстве — все это вы узнаете из данной статьи.
Как в чистом виде, так и в сочетании со сплавами медь активно используется в различных промышленных областях.
- Благодаря своим свойствам, она получила широкое распространение в области электротехники. Более половины всего добытого материала уходит на производство всевозможных электроприборов и электропередач.
- Из чистой меди изготавливается кабели для электропередач, различные составляющие для электрических генераторов, медная проволока и прочее.
- В сочетании со сплавами этот материал можно встретить в автомобильной области.
- В результате своей высокой теплопроводности также применяется при производстве теплотрасс и нагревательных устройств.
Сплавы меди получили применение в химическом производстве, отлично зарекомендовав себя.
О применении меди в гальванопластике смотрите видео ниже:
Ее использование в строительстве
Высокие показатели электро- и теплопроводности обусловили для меди активное использование, как в строительстве, так и в автомобиле- и приборостроении. Сам же материал устойчив к негативному воздействию коррозии и ультрафиолетовых лучей, также без деформации и нарушения структуры переносит резкие температурные перепады.
Благодаря таким особенностям, позволяет производить детали и прочие конструкции, которые рассчитаны на длительное воздействие влаги.
Провода
Наибольший спрос медь получила именно в электротехнической области, в частности для производства проводов. С этой целью используется максимально чистый металл, поскольку второстепенные компоненты существенно снижают его токопроводимость. Если в готовом материале присутствует более 0,02% алюминия, то его способность проводить ток снижается на 10%.
Существенно возрастание сопротивления происходит в результате присутствия в сырье примесей неметаллического характера. Сам же металл относится крайне низким сопротивлением, которое уступает лишь серебру. Такая особенность металла также послужила его использованию в силовых трансформаторах и энергосберегающих приводах.
Проволока
Высокий уровень вязкости и пластичности обусловили активное использование меди для производства изделий с различными узорами. Проволока, которая была изготовлена из красной меди, после обжига становится максимально пластичной и мягкой. В таком состоянии она позволяет создавать узоры и орнаменты любой сложности.
Такая проволока активно используется в следующих отраслях:
- Электротехника;
- Электроэнергетика;
- Автомобилестроение;
- Судостроение;
- Производство кабеля и проводов.
Водо- и теплоснабжение
Благодаря своей высокой теплопроводности медь используется в различных теплообменниках и теплоотводных приборах. Иными словами, из нее изготавливают кулера для системных блоков, радиаторы отопления, трубы, кондиционеры и прочие приборы.
Медные трубы обладают абсолютно уникальными характеристиками, которые и обусловили их широкое распространение не смотря на высокую стоимость самого сырья. Такие изделия не бояться ультрафиолетового излучения, устойчивы к возникновению коррозии и температурным перепадам. Эти свойства позволяют производить монтаж медных труб даже при низких температурах воздуха.
Высокий показатель механической прочности, а также возможность механической обработки материала позволяют создавать бесшовные медные трубы, обладающие круглым сечением. Они рассчитаны на транспортировку жидких веществ или газов в системах газо- и водоснабжения, кондиционирования и отопления.
О роли медных труб в водоснабжении расскажет данное видео:
Кровля
Одним из первых материалов, используемых в качестве , является медь. Такая кровля отличается длительным сроком службы (до 200 лет), который происходит благодаря ее уникальным особенностям. Кровля из меди спустя некоторое время претерпевает процесс окисления, который заключается в образовании патины.
Таким образом, медная кровля сразу после своего монтажа имеет золотистый оттенок, но уже через 10 лет становится более темной, в некоторых случаях практически черного цвета. Этот процесс образования патины при желании можно искусственно ускорить.
Про иные сфера применения меди читайте ниже.
Прочие сферы использования
- Помимо вышеперечисленных областей, медные сплавы могут использоваться в сочетании с золотом. Это необходимо для придания ювелирным изделиям большей прочности и устойчивости к истиранию.
- Широкое распространение металл получил и в области архитектурного строительства. Кровля, фасады, различные декоративные элементы – все это можно изготовить абсолютно любой формы и уровня сложности.
- Среди новой сферы использования является применение меди в качестве бактерицидной поверхности в лечебных заведениях: перила, ручки, двери, столешницы и многое другое.
Преимущества данного металла послужили не только его широкому распространению, но и расширению сфер применения.
Сегодня применение разных марок меди в промышленности, в быту, в электротехнике и строительстве, медицине считается весьма выгодным и перспективным.
О том, как переделать медь в «золото», расскажет данное видео: