металлы. Медь эссе. Медь обычная и уникальная
 Скачать 21.69 Kb.
|
|
Медь – обычная и уникальная Медь – это один из первых металлов, который начал использоваться человеком в различных сферах жизни. Медь играла значительную роль в жизни древних людей, ведь недаром именно в честь этого металла был назван целая эпоха в развитии человечества, «медный век». 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. Это было связано со сравнительно лёгким получением меди из руды методом плавки и, сравнительно, не очень трудоёмким процессом изготовления из неё орудий труда, и т.к. медь обладает свойством легкоплавкости и пластичности, это и предопределило её высокую распространенность и широту использования. Сначала, для получения меди, люди использовали медные самородки, а затем, богатые медные залежи руд, что значительно расширило сферу применения меди. Наступил медный век, который продолжался до второго тысячелетия до нашей эры и был, в свою очередь, сменён бронзовым веком. Свойство меди легко сплавляться с другими металлами, проявилось при соединении её с оловом, что дало начало бронзовому веку. Сплавляясь оловом медь, превращалась в сплав, гораздо более твёрдый и прочный, который назвали бронзой. Из бронзы изготавливали орудия труда для сельского хозяйства, для бытовых целей, оружие для оснащения войск. На основании использования бронзы бурно начали развиваться ремёсла, средства передвижения, пахотное земледелие. Бронзовый век закончился с приходом века железного, но медь и её сплавы, уже в новом качестве, не потеряли своего значения для человечества. Чистая медь обладает ценными свойствами, которые используются сегодня во многих отраслях промышленности. Высокая электропроводность, теплопроводность, лёгкая сплавляемость с другими металлами с образованием сплавов, являются основными свойствами, которые характеризуют медь, как один из основных и массово применяемых металлов современности. В наше время уже сложно найти медь в природе 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 — 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. 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. Электропроводность Это свойство чистой меди позволяет в больших объёмах применять медь в электротехнической промышленности. Миллионы километров медной проволоки, «катанки», медных шин для электрических подстанций, контакты электроприборов, всё это чистая медь. Провода в изоляции для быта и промышленности, провода для высоковольтных передач электроэнергии, обмотки электродвигателей и детали приборов, всё это, тоже медь. Электроника и радиотехника не обходятся без медных деталей и всё это, благодаря низкому электрическому сопротивлению изделий из чистой меди. Современная вычислительная техника не может существовать без использования меди очень высокого качества. Теплопроводность Свойство меди очень хорошо проводить тепло широко используется в промышленности и в быту. Различные теплообменные аппараты, холодильники и нагреватели изготовлены из меди и её сплавов и, по сравнению с агрегатами, изготовленными из других теплопроводящих материалов, гораздо лучше проводят и передают тепло. Высокая теплопроводность меди в сочетании с пластичностью позволяют применять её при изготовлении вакуумных аппаратов, аппаратов для перегонки агрессивных субстанций, змеевиков, сушильных барабанов. Ограниченные механические свойства чистой меди не позволяют использовать её в качестве конструкционных материалов, поэтому были созданы сплавы меди с другими металлами, которые значительно превосходят медь по многим ценным свойствам. Сплавы меди с цинком называют латунями, а сплавы меди с алюминием, железом и оловом, называют бронзами. Латунь, уникальный медный сплав. Он прочен, пластичен и твёрд. При производстве отливок он очень хорошо заполняет форму, а готовые изделия из латуни, устойчивы против коррозии. Латунь дешевле, чем чистая медь и широко применяется в машиностроении. Из латуни изготавливают трубки для радиаторов, конденсаторов для автомобилей и холодильных машин. Латунь хорошо выдерживает воздействие морской воды, её используют, также, в часовой промышленности, для создания нагрудных знаков и художественных изделий. Иногда, в латунь, в качестве легирующих элементов, добавляют железо, марганец, никель, кремний в количестве до 7 - 8%, что позволяет получать сплавы с высокими механическими и антикоррозионными свойствами. Бронза, важнейший медный сплав. Оловянные бронзы содержат 6-20% олова, алюминиевые бронзы содержат 5-11% алюминия, кремнистые бронзы содержат 4-5% кремния, бериллиевые бронзы содержат 1,8%-2,3%бериллия, кадмиевые бронзы содержат до 1% кадмия. Эти легирующие примеси позволяют получать бронзы с различными ценными качествами. Оловянные бронзы применяют для создания подшипниковых опор крупных машин, из этого сплава изготавливают шестерни и втулки, для механизмов, работающих в тяжёлых условиях, при высоких давлениях и температурах. Бериллиевая бронза применяется для изготовления специальных пружин. Латуни и бронзы бывают литейными и деформируемыми. Из этих литейных сплавов изготавливают отливки, а деформируемые обрабатывают ковкой, штамповкой, прокатом. Кроме бронз и латуней существуют медно-никелевые сплавы. Один из них называется мельхиор. Это сплав меди, в котором содержится 18-20% никеля, хорошо противостоит коррозии. Мельхиор применяется в химической отрасли для создания реакторов содержащих агрессивные среды, а также, он широко известен в быту как металл, из которого изготавливают посуду и предметы домашнего обихода. Сплав меди с никелем, железом и марганцем называется монель - металл. Он отличается высокой коррозионной стойкостью и его применяют в химической отрасли, в судостроении, в электротехнике. На Лондонской бирже металлов (ЛБМ) товарная медь представлена т.н. катодной медью, чистота которой должна быть 99,99%. Катодная медь поставляется в пакетах определённой массы, взвешенных и обвязанных. Кроме того, медь поставляется в виде слитков, слябов для прокатки листовой меди и лент, специальных слитков т.н. «вайербарсов», из которых прокатывается медная проволока. Хочется отметить еще несколько интересных фактов о данном металле. Предметы, изготовленные из такого металла как медь, а также из ее сплавов, не могут создавать искры. Это свойство меди применяется в производстве инструментов для проведения огнеопасных работ. В Японии, подверженной частым землетрясениям, медь применяют для производства газовых трубопроводов, которые отличаются высокой сейсмоустойчивостью. Свободы в Нью-Йорке изготовлена из меди. Конечно же, этот памятник медный не целиком. Для отлива статуи была использована 31 тонна меди. При этом общий вес стальной конструкции составляет 125 тонн, а толщина медного покрытия статуи – 2,57 мм. Одно время бытовало мнение, что медь, из которой был отлит этот всемирно известный памятник, была добыта на Урале, однако, эта версия не нашла подтверждения. Официально признано, что американская статуя Свободы сделана из норвежской меди. Пожалуй, самое древнее сооружение из меди, обнаруженное археологами – это части водопровода, обнаруженные в Пирамиде Хеопса. Эти медные трубы, смонтированные более пяти тысяч лет назад, до сих пор находятся в рабочем состоянии! Древние египтяне недаром использовали именно медь для водопровода, они очень серьезно относились к личной гигиене. В V веке до нашей эры Геродот описывал: «Египтяне пьют только из медных сосудов, которые чистят ежедневно». Латинское название меди Cuprum произошло от названия острова Кипр, где уже в III тысячелетии до н. э. существовали медные рудники и производилась выплавка меди. Медь является природным антибактериальным средством, и «тормозит» распространение бактерий в воде и воздухе из систем, изготовленных из нее. Таким же образом, латунные дверные ручки и поручни в общественных зданиях могут помочь свести к минимуму риск бактериальной передачи. В связи с COVID-19 – особенно актуально. В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациям и истиранию, так как чистое золото — очень мягкий металл и нестойко к механическим воздействиям. В организме взрослого человека содержится до 80 мг меди. По объёму мирового производства и потребления медь занимает третье место после железа и алюминия. |