Bakar(lat. cuprum), cu, hemijski element I grupe periodnog sistema Mendeljejeva; atomski broj 29, atomska masa 63.546; mekani, savitljivi crveni metal. Prirodni metal se sastoji od mješavine dva stabilna izotopa - 63 cu (69,1%) i 65 cu (30,9%).
Istorijska referenca. M. je jedan od metala poznatih od davnina. Čovjekovo rano upoznavanje s M. bilo je olakšano činjenicom da se u prirodi javlja u slobodnom stanju u obliku grumenčića, koji ponekad dostižu značajne veličine. Metal i njegove legure odigrali su veliku ulogu u razvoju materijalne kulture. Zbog lake redukcije oksida i karbonata, metal je očigledno bio prvi metal koji je čovjek naučio reducirati iz kisikovih spojeva sadržanih u rudama. Latinski naziv M. dolazi od imena ostrva Kipar, gde su stari Grci kopali rudu bakra. U drevnim vremenima, za obradu kamena, on se zagrijavao na vatri i brzo hladio, a stijena je pucala. Već pod ovim uslovima, procesi restauracije su bili mogući. Potom je izvršena sanacija u požarima sa velikom količinom uglja i ubrizgavanjem zraka kroz cijevi i mijehove. Vatre su bile ograđene zidovima koji su se postepeno podizali, što je dovelo do stvaranja šahtnih peći. Kasnije su metode redukcije ustupile mjesto oksidativnom topljenju sulfidnih bakrenih ruda za proizvodnju međuproizvoda - mat (legura sulfida), u kojoj je metal koncentriran, i šljake (legura oksida).
Rasprostranjenost u prirodi. Prosečan sadržaj metala u zemljinoj kori (klarka) iznosi 4,7 10 -3% (po masi), u donjem delu zemljine kore, sastavljenom od osnovnih stena, ima ga više (1 10 -2%) od u gornjem (2 10 -3%), gdje prevladavaju graniti i druge kisele magmatske stijene. M. snažno migrira kako u toplim vodama dubina tako iu hladnim rastvorima biosfere; Vodonik sulfid taloži različite mineralne sulfide iz prirodnih voda, koje su od velikog industrijskog značaja. Među brojnim mineralima minerala prevladavaju sulfidi, fosfati, sulfati i hloridi, poznati su i izvorni minerali, karbonati i oksidi.
M. je važan element života, uključen je u mnoge fiziološke procese. Prosječan sadržaj M u živoj tvari je 2 × 10 -4%, organizmi za koje se zna da su koncentratori M. U tajgi i drugim vlažnim klimatskim krajolicima M se relativno lako ispire iz kiselih tla, ovdje na pojedinim mjestima postoji nedostatak M i pridružene bolesti biljaka i životinja (posebno na pješčanim i tresetnim močvarama). U stepama i pustinjama (sa karakterističnim slabo alkalnim rastvorima) M. je neaktivan; U područjima mineralnih naslaga, ima ga u višku u tlu i biljkama, što dovodi do bolesti domaćih životinja.
U riječnoj vodi ima vrlo malo M, 1·10 -7%. Mahovina dovedena u okean otjecanjem relativno brzo se pretvara u morski mulj. Stoga su gline i škriljci donekle obogaćeni M (5,7 × 10 -3%), a morska voda je oštro podzasićena M (3 × 10 -7%).
U morima prošlih geoloških epoha mjestimično je došlo do značajnog nakupljanja minerala u muljevima, što je dovelo do stvaranja naslaga (npr. Mansfeld u Njemačkoj Demokratskoj Republici). Snažno migrira u podzemnim vodama biosfere; sa ovim procesima je povezana akumulacija M ruda u pješčanicima.
Fizička i hemijska svojstva. Boja M. je crvena, ružičasta kada je slomljena i zelenkastoplava kada je prozirna u tankim slojevima. Metal ima lice centriranu kubičnu rešetku sa parametrom A= 3.6074 å; gustina 8,96 g/cm 3(20 °C). Atomski radijus 1,28 å; jonski radijusi cu + 0,98 å; cu 2+ 0,80 å; t pl. 1083 °C; t kip. 2600 °C; specifični toplotni kapacitet (na 20 °C) 385,48 j/(kg K) , to je 0,092 feces/(G ·°C). Najvažnija i široko korišćena svojstva M.: visoka toplotna provodljivost - na 20 °C 394.279 uto/(m K) , to je 0,941 feces/(cm · sek ·°C); nizak električni otpor - na 20 °C 1,68 10 -8 ohm m. Toplinski koeficijent linearne ekspanzije je 17,0 · 10 -6. Pritisak pare iznad M. je zanemarljiv, pritisak 133,322 n/m 2(to jest 1 mmHg Art.) se postiže samo na 1628 °C. M. je dijamagnetna; atomska magnetna susceptibilnost 5,27 10 -6. Tvrdoća po Brinellu 350 Mn/m 2(to jest 35 kgf/mm 2); zatezna čvrstoća 220 Mn/m 2(to jest 22 kgf/mm 2); relativno izduženje 60%, modul elastičnosti 132 10 3 Mn/m 2(odnosno 13,2 10 3 kgf/mm 2). Stvrdnjavanjem se vlačna čvrstoća može povećati na 400-450 Mn/m 2, dok se istezanje smanjuje na 2%, a električna provodljivost se smanjuje za 1-3%. Žarenje očvrslog metala treba izvesti na 600-700 °C. Male nečistoće bi (hiljaditi dijelovi %) i pb (stotine %) čine M. crvenokrhkim, a s nečistoća uzrokuje lomljivost na hladnoći.
U pogledu hemijskih svojstava, M. zauzima srednju poziciju između elemenata prve trijade grupe VIII i alkalnih elemenata grupe I periodnog sistema. M, kao i fe, Co, ni, sklon je formiranju kompleksa, daje obojena jedinjenja, nerastvorljive sulfide itd. Sličnost sa alkalnim metalima je beznačajna. Dakle, M formira niz monovalentnih spojeva, ali je za njega tipičnije 2-valentno stanje. Soli monovalentnog magnezijuma su praktično nerastvorljive u vodi i lako se oksidiraju u jedinjenja 2-valentnog magnezijuma; dvovalentne soli su, naprotiv, vrlo topljive u vodi i potpuno su disocirane u razrijeđenim otopinama. Hidrirani Cu 2+ joni su plavi. Poznata su i jedinjenja u kojima je M 3-valentan. Tako se djelovanjem natrijevog peroksida na otopinu natrijevog kuprita na 2 cuo 2 dobiva oksid cu 2 o 3 - crveni prah koji počinje oslobađati kisik već na 100 °C. cu 2 o 3 je jako oksidaciono sredstvo (na primjer, oslobađa hlor iz hlorovodonične kiseline).
Hemijska aktivnost M. je niska. Kompaktni metal ne stupa u interakciju sa suvim vazduhom i kiseonikom na temperaturama ispod 185 °C. U prisustvu vlage i CO2 na površini metala formira se zeleni film bazičnog karbonata. Kada se metal zagrije na zraku, dolazi do površinske oksidacije; ispod 375 °C nastaje cuo, a u rasponu od 375-1100 °C, uz nepotpunu oksidaciju metala, formira se dvoslojna ljuska u čijem se površinskom sloju nalazi cuo, au unutrašnjem sloju - cu 2 o. Vlažni hlor interaguje sa M. već na normalnoj temperaturi, formirajući hlorid cucl 2, koji je veoma rastvorljiv u vodi. M se lako kombinuje sa drugim halogenima. M. pokazuje poseban afinitet za sumpor i selen; tako da gori u sumpornoj pari. M. ne reaguje sa vodonikom, azotom i ugljenikom čak ni na visokim temperaturama. Rastvorljivost vodonika u čvrstom metalu je neznatna i na 400 °C iznosi 0,06 mg u 100 G M. Vodonik i drugi zapaljivi gasovi (co, ch 4), delujući pri visokim temperaturama na metalne ingote koji sadrže cu 2 o, redukuju ga u metal sa stvaranjem CO 2 i vodene pare. Ovi proizvodi, koji su netopivi u metalu, oslobađaju se iz njega, uzrokujući pojavu pukotina, što naglo pogoršava mehanička svojstva metala.
Kada se nh 3 pređe preko vrućeg metala, formira se cu 3 n. Već na visokoj temperaturi, M. je izložen oksidima dušika, odnosno no, n 2 o (sa stvaranjem cu 2 o) i no 2 (sa stvaranjem cuo). Karbidi cu 2 c 2 i cuc 2 se mogu dobiti djelovanjem acetilena na amonijačne otopine soli M. Normalni elektrodni potencijal M za reakciju cu 2+ + 2e ® Cu je +0,337 V, a za reakciju cu2+ + e -> Cu je +0,52 V. Dakle, željezo je istisnuto iz svojih soli više elektronegativnim elementima (gvožđe se koristi u industriji) i ne otapa se u neoksidirajućim kiselinama. U azotnoj kiselini, M. se rastvara sa stvaranjem cu(no 3) 2 i azotnih oksida, u vrućoj koncentraciji h 2 so 4 - sa stvaranjem cuso 4 i tako 2, u zagrejanom razblaženom h 2 so 4 - kada vazduh se uduvava kroz rastvor. Sve soli M. su otrovne.
M. u dvo- i monovalentnom stanju formira brojne vrlo stabilne kompleksne spojeve. Primjeri kompleksnih jedinjenja jednovalentnog M.: (nh 4) 2 cubr 3; k 3 cu(cn) 4 - kompleksi tipa dvostruke soli; [Su (sc (nh 2)) 2 ]ci i drugi. Primjeri kompleksnih spojeva 2-valentne M.: cscuci 3, k 2 cucl 4 - vrsta dvostrukih soli. Amonijum kompleksna jedinjenja M. su od velikog industrijskog značaja: [Cu (nh 3) 4] pa 4, [Cu (nh 3) 2] pa 4.
Potvrda. Rude bakra se odlikuju niskim sadržajem M. Stoga se fino mljevena ruda prije topljenja podvrgava mehaničkom obogaćivanju; u ovom slučaju, vrijedni minerali se izdvajaju iz mase otpadnog kamena; Kao rezultat, dobiva se niz komercijalnih koncentrata (na primjer, bakar, cink, pirit) i jalovine.
U svjetskoj praksi 80% metala se ekstrahira iz koncentrata pirometalurškim metodama baziranim na topljenju cjelokupne mase materijala. Tokom procesa topljenja, zbog većeg afiniteta magnezijuma prema sumporu i većeg afiniteta otpadnih stena i komponenti gvožđa za kiseonik, magnezijum se koncentriše u sulfidnom topljenju (mat), a oksidi formiraju šljaku. Mat se odvaja od šljake taloženjem.
U većini modernih postrojenja topljenje se vrši u reverberacijskim ili električnim pećima. U reverberacijskim pećima radni prostor je izdužen u horizontalnom smjeru; površina ognjišta 300 m 2 i više (30 m? 10 m), toplina neophodna za topljenje dobija se sagorevanjem ugljeničnog goriva (prirodni gas, lož ulje, prah uglja) u gasnom prostoru iznad površine kupatila. U električnim pećima toplina se dobiva propuštanjem električne struje kroz rastopljenu trosku (struja se dovodi do troske kroz grafitne elektrode uronjene u nju).
Međutim, i reflektivno i električno topljenje, zasnovano na vanjskim izvorima topline, su nesavršeni procesi. Sulfidi, koji čine većinu koncentrata bakra, imaju visoku kalorijsku vrijednost. Stoga se sve više uvode metode topljenja koje koriste toplinu sagorijevanja sulfida (oksidator - zagrijani zrak, zrak obogaćen kisikom ili tehnički kisik). Fini, prethodno osušeni koncentrati sulfida se upuhuju strujom kisika ili zraka u peć zagrijanu na visoku temperaturu. Čestice sagorevaju u suspenziji (flash topljenje kiseonikom). Sulfidi se također mogu oksidirati u tečnom stanju; ovi procesi se intenzivno proučavaju u SSSR-u i inostranstvu (Japan, Australija, Kanada) i postaju glavni pravac u razvoju pirometalurgije sulfidnih ruda bakra.
Bogate grudvaste sulfidne rude (2-3% cu) sa visokim sadržajem sumpora (35-42% s) se u nekim slučajevima direktno šalju na topljenje u oknite peći (peći sa vertikalnim radnim prostorom). U jednoj od varijanti šahtnog topljenja (bakar-sumporno topljenje), fini koks se dodaje punjenju, koji redukuje so 2 u elementarni sumpor u gornjim horizontima peći. Bakar je takođe koncentrisan u matu u ovom procesu.
Dobijeni tečni mat (uglavnom cu 2 s, fes) se sipa u pretvarač - cilindrični rezervoar od čeličnog lima, obložen magnezitnom ciglom iznutra, opremljen bočnim redom tujera za ubrizgavanje vazduha i uređajem za rotaciju osovina. Komprimirani zrak se uduvava kroz mat sloj. Konverzija matira se odvija u dvije faze. Prvo, željezni sulfid se oksidira, a kvarc se dodaje u konvertor da veže okside željeza; formira se konvertorska šljaka. Zatim se bakar sulfid oksidira u metalni metal i tako 2. Ovaj grubi M. se sipa u kalupe. Ingoti (a ponekad i direktno rastopljeni grubi metal) se šalju na vatru kako bi se izdvojili vrijedni sateliti (au, ag, se, fe, bi i drugi) i uklonile štetne nečistoće. Zasnovan je na većem afinitetu nečistoća metala prema kisiku od bakra: fe, zn, co i djelomično ni i drugi prelaze u šljaku u obliku oksida, a sumpor (u obliku so2) se uklanja plinovima. Nakon uklanjanja šljake, metal se „zadirkuje“ da povrati cu 2 o rastvoren u njemu potapanjem krajeva sirovih trupaca breze ili bora u tečni metal, nakon čega se lijeva u ravne kalupe. Za elektrolitičku rafinaciju, ovi ingoti se suspenduju u kupatilu rastvora cuso 4 zakiseljenog sa h 2 so 4 . Služe kao anode. Kada se prođe struja, anode se rastvaraju, a čisti metal se taloži na katode - tanki bakarni limovi, koji se takođe dobijaju elektrolizom u specijalnim matričnim kupkama. Da bi se odvojile guste, glatke naslage, površinski aktivni aditivi (ljepilo za drvo, tiourea i drugi) se unose u elektrolit. Dobijeni metal katode se ispere vodom i topi. Plemeniti metali, se, te i drugi vrijedni sateliti metala koncentrirani su u anodnom mulju iz kojeg se ekstrahiraju posebnom obradom. Nikl koncentriran u elektrolitu; Uklanjanjem nekih rastvora za isparavanje i kristalizaciju, ni se može dobiti u obliku nikl sulfata.
Uz pirometalurške metode, za dobivanje minerala (uglavnom iz slabo oksidiranih i samorodnih ruda) koriste se i hidrometalurške metode. Ove metode se zasnivaju na selektivnom rastvaranju minerala koji sadrže bakar, obično u slabim rastvorima h 2 so 4 ili amonijaka. Iz otopine se metal ili taloži željezom ili izolira elektrolizom s nerastvorljivim anodama. Kombinovane metode hidroflotacije, u kojima se kisikovi spojevi metala rastvaraju u otopinama sumporne kiseline, a sulfidi se odvajaju flotacijom, vrlo su obećavajuće kada se primjenjuju na miješane rude. Autoklavni hidrometalurški procesi, koji se odvijaju na povišenim temperaturama i pritiskom, također postaju sve rasprostranjeni.
Aplikacija. Velika uloga metala u tehnologiji je zbog niza njegovih vrijednih svojstava i prije svega visoke električne provodljivosti, plastičnosti i toplinske provodljivosti. Zahvaljujući ovim svojstvima, M. je glavni materijal za žice; preko 50% iskopanog metala koristi se u elektroindustriji. Sve nečistoće smanjuju električnu provodljivost metala, te se stoga u elektrotehnici koristi metal najviše kvalitete koji sadrži najmanje 99,9% Cu. Visoka toplotna provodljivost i otpornost na koroziju omogućavaju izradu od metala kritičnih delova izmenjivača toplote, frižidera, vakuum uređaja itd. Oko 30-40% metala se koristi u obliku različitih legura, među kojima su najznačajnije mesing(od 0 do 50% zn) i razne vrste bronza; kalaj, aluminijum, olovo, berilij itd. Osim za potrebe teške industrije, komunikacija i transporta, određena količina metala (uglavnom u obliku soli) se troši za pripremu mineralnih pigmenata, suzbijanje štetočina i biljne bolesti, kao mikrođubriva i katalizatori oksidativnih procesa, kao iu industriji kože i krzna i u proizvodnji vještačke svile.
L. V. Vanyukov.
Bakar kao umjetnički materijal se koristi sa bakarno doba(nakit, skulptura, pribor, posuđe). Kovani i liveni proizvodi od metala i legura ukrašeni su čačkanjem, graviranjem i utiskivanjem. Lakoća obrade metala (zbog njegove mekoće) omogućava majstorima da postignu različite teksture, pažljivu razradu detalja i fino modeliranje forme. Proizvodi od metala odlikuju se ljepotom svojih zlatnih ili crvenkastih tonova, kao i sposobnošću dobivanja sjaja pri poliranju. M. je često pozlaćena, patinirana, tonirana i ukrašena emajlom. Od 15. veka metal se koristi i za izradu štamparskih ploča.
Bakar u telu. M. - neophodan za biljke i životinje element u tragovima. Glavna biohemijska funkcija M. je učešće u enzimskim reakcijama kao aktivator ili kao deo enzima koji sadrže bakar. Količina M u biljkama kreće se od 0,0001 do 0,05% (po suhoj tvari) i ovisi o vrsti biljke i sadržaju M u tlu. U biljkama je M. komponenta enzima oksidaza i proteina plastocijanina. U optimalnim koncentracijama, M. povećava otpornost biljaka na hladnoću i podstiče njihov rast i razvoj. Među životinjama, M. su najbogatiji neki beskičmenjaci (mekušci i rakovi u hemocijanin sadrži 0,15-0,26% M.). Kada se uzima s hranom, M. se apsorbira u crijevima, vezuje se za protein krvnog seruma – albumin, zatim ga apsorbira jetra, odakle se vraća u krv kao dio proteina ceruloplazmina i dostavlja se u organe i tkiva.
Sadržaj M. kod ljudi varira (na 100 G suva težina) od 5 mg u jetri do 0,7 mg u kostima, u telesnim tečnostima - od 100 mcg(na 100 ml) u krvi do 10 mcg u cerebrospinalnoj tečnosti; ukupni M. u tijelu odraslog čovjeka je oko 100 mg. M. je dio niza enzima (na primjer, tirozinaze, citokrom oksidaze) i stimulira hematopoetsku funkciju koštane srži. Male doze M. utiču na metabolizam ugljikohidrata (smanjenje šećera u krvi), minerala (smanjenje količine fosfora u krvi) itd. Povećanje M. u krvi dovodi do pretvaranja mineralnih spojeva željeza u organske, stimuliše upotrebu gvožđa nakupljenog u jetri tokom sinteze hemoglobin.
Sa nedostatkom M., žitarice su zahvaćene tzv. prerađivačkom bolešću, a voćke su zahvaćene egzantemom; kod životinja se smanjuje apsorpcija i upotreba željeza, što dovodi do anemija praćena dijarejom i iscrpljenošću. Koriste se bakrena mikrođubriva i životinje se hrane solima M. Trovanje M. dovodi do anemije, bolesti jetre i Wilsonove bolesti. Kod ljudi se trovanje rijetko javlja zbog suptilnih mehanizama apsorpcije i izlučivanja M. Međutim, u velikim dozama M. izaziva povraćanje; kada se M. apsorbira može doći do općeg trovanja (proljev, slabljenje disanja i srčane aktivnosti, gušenje, koma).
I. F. Gribovskaya.
U medicini se M. sulfat koristi kao antiseptik i adstrigent u obliku kapi za oči za konjunktivitis i olovaka za oči za liječenje trahoma. Rastvor M. sulfata koristi se i za opekotine kože sa fosforom. Ponekad se M. sulfat koristi kao emetik. M. nitrat se koristi kao očna mast za trahom i konjuktivitis.
Lit.: Smirnov V.I., Metalurgija bakra i nikla, Sverdlovsk - M., 1950; Avetisyan Kh. K., Metalurgija blister bakra, M., 1954; Ghazaryan L. M., Pirometalurgija bakra, M., 1960; Metalurški vodič za obojene metale, priredio N. N. Murach, 2. izdanje, tom 1, M., 1953, tom 2, M., 1947; Levinson N. p., [Proizvodi od obojenih i crnih metala], u knjizi: Ruska dekorativna umetnost, tom 1-3, M., 1962-65; hadaway w. s., ilustracije metalnih radova od mesinga i bakra uglavnom južnoindijske, madras, 1913; Wainwright g. a., pojava kalaja i bakra u blizini Bybiosa, “časopis za egipatsku arheologiju”, 1934, v. 20, tačka 1, str. 29-32; bergs? e p., postupak pozlate i metalurgija bakra i olova kod prekolumbijskih Indijanaca, kbh., 1938; Frieden E., Uloga spojeva bakra u prirodi, u knjizi: Horizons of Biochemistry, prevod s engleskog, M., 1964; njega. Biohemija bakra, u knjizi: Molekuli i ćelije, prevod sa engleskog, u. 4, M., 1969; Biološka uloga bakra, M., 1970.
preuzmi sažetak
Bakar je element sekundarne podgrupe prve grupe, četvrtog perioda periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva, sa atomskim brojem 29. Označen je simbolom Cu (lat. Cuprum).
Atomski broj - 29
Atomska masa - 63.546
Gustina, kg/m³ - 8960
Tačka topljenja, °C - 1083
Toplotni kapacitet, kJ/(kg °C) - 0,385
Elektronegativnost - 1.9
Kovalentni radijus, Å - 1,17
1. jonizacija potencijal, eV - 7,73
Bakar se u prirodi nalazi iu jedinjenjima i u prirodnom obliku. Od industrijskog značaja su halkopirit CuFeS2, poznat i kao bakarni pirit, halkocit Cu2S i bornit Cu5FeS4. Zajedno s njima nalaze se i drugi minerali bakra: kovelit CuS, kuprit Cu2O, azurit Cu3(CO3)2(OH)2, malahit Cu2CO3(OH)2. Ponekad se bakar nalazi u prirodnom obliku; masa pojedinačnih klastera može doseći 400 tona. Bakarni sulfidi nastaju uglavnom u srednjetemperaturnim hidrotermalnim venama. Naslage bakra se takođe često nalaze u sedimentnim stenama - bakrenim peščarima i škriljcima. Najpoznatija ležišta ovog tipa su Udokan u regiji Čita, Džezkazgan u Kazahstanu, bakarni pojas Centralne Afrike i Mansfeld u Njemačkoj.
Većina bakarne rude se iskopava otvorenim kopom. Sadržaj bakra u rudi kreće se od 0,4 do 1,0%. Fizička svojstva bakra
Bakar je zlatno-ružičasti duktilni metal; na zraku se brzo prekriva oksidnim filmom koji mu daje karakterističnu intenzivnu žućkasto-crvenu nijansu. Bakar ima visoku toplotnu i električnu provodljivost (na drugom mestu po električnoj provodljivosti posle srebra). Ima dva stabilna izotopa - 63Cu i 65Cu, i nekoliko radioaktivnih izotopa. Najdugovječniji od njih, 64Cu, ima poluživot od 12,7 sati i dva načina raspadanja s različitim proizvodima.
Boja bakra je crvena, ružičasta kada je slomljena i zelenkasto-plava kada je prozirna u tankim slojevima. Metal ima lice centriranu kubičnu rešetku sa parametrom a = 3,6074 Å; gustina 8,96 g/cm3 (20 °C). Atomski radijus 1,28 Å; jonski radijusi Cu+ 0,98 Å; Su2+ 0,80 Å; temperatura topljenja 1083 °C; tačka ključanja 2600 °C; specifični toplotni kapacitet (na 20 °C) 385,48 J/(kg K), tj. 0,092 cal/(g °C). Najvažnija i najšire korišćena svojstva bakra: visoka toplotna provodljivost - na 20 °C 394,279 W/(m K), odnosno 0,941 cal/(cm sec °C); nizak električni otpor - na 20 °C 1,68·10-8 ohm·m. Toplinski koeficijent linearnog širenja je 17,0·10-6. Pritisak pare iznad bakra je zanemarljiv; pritisak od 133,322 n/m2 (tj. 1 mm Hg) postiže se samo na 1628 °C. Bakar je dijamagnetičan; atomska magnetna susceptibilnost 5,27·10-6. Tvrdoća bakra po Brinellu je 350 Mn/m2 (tj. 35 kgf/mm2); zatezna čvrstoća 220 MN/m2 (tj. 22 kgf/mm2); relativno izduženje 60%, modul elastičnosti 132·103 MN/m2 (tj. 13,2·103 kgf/mm2). Stvrdnjavanjem se vlačna čvrstoća može povećati na 400-450 Mn/m2, dok se istezanje smanjuje na 2%, a električna provodljivost se smanjuje za 1-3.
Bakar(lat. Cuprum), Cu, hemijski element I grupe periodnog sistema Mendeljejeva; atomski broj 29, atomska masa 63.546; mekani, savitljivi crveni metal. Prirodni metal se sastoji od mješavine dva stabilna izotopa - 63 Cu (69,1%) i 65 Cu (30,9%).
Istorijska referenca. M. je jedan od metala poznatih od davnina. Čovjekovo rano upoznavanje s M. bilo je olakšano činjenicom da se u prirodi javlja u slobodnom stanju u obliku grumenova (vidi. Prirodni bakar), koji ponekad dostižu značajne veličine. Metal i njegove legure odigrali su veliku ulogu u razvoju materijalne kulture (vidi. bronzano doba). Zbog lake redukcije oksida i karbonata, metal je očigledno bio prvi metal koji je čovjek naučio reducirati iz kisikovih spojeva sadržanih u rudama. Latinski naziv M. dolazi od imena ostrva Kipar, gde su stari Grci kopali rudu bakra. U drevnim vremenima, za obradu kamena, on se zagrijavao na vatri i brzo hladio, a stijena je pucala. Već pod ovim uslovima, procesi restauracije su bili mogući. Potom je izvršena sanacija u požarima sa velikom količinom uglja i ubrizgavanjem zraka kroz cijevi i mijehove. Vatre su bile ograđene zidovima koji su se postepeno podizali, što je dovelo do stvaranja šahtnih peći. Kasnije su metode redukcije ustupile mjesto oksidativnom topljenju sulfidnih bakrenih ruda za proizvodnju međuproizvoda - mat (legura sulfida), u kojoj je metal koncentriran, i šljake (legura oksida).
Rasprostranjenost u prirodi. Prosečan sadržaj metala u zemljinoj kori (klarka) iznosi 4,7 10 -3% (po masi), u donjem delu zemljine kore, sastavljenom od osnovnih stena, ima ga više (1 10 -2%) od u gornjem dijelu (2%).10-3%), gdje prevladavaju graniti i druge kisele magmatske stijene. M. snažno migrira kako u toplim vodama dubina tako iu hladnim rastvorima biosfere; Vodonik sulfid taloži različite mineralne sulfide iz prirodnih voda, koje su od velikog industrijskog značaja. Među brojnim mineralima minerala prevladavaju sulfidi, fosfati, sulfati i hloridi, poznati su i izvorni minerali, karbonati i oksidi.
M. je važan element života, uključen je u mnoge fiziološke procese. Prosečan sadržaj M u živoj materiji je 2·10 -4%, poznati su organizmi kao koncentratori M. U tajgi i drugim predelima vlažne klime M se relativno lako ispire iz kiselih zemljišta, ovde se na pojedinim mestima javlja nedostatak M i prateće bolesti biljaka i životinja (posebno na peščanim i tresetnim močvarama). U stepama i pustinjama (sa karakterističnim slabo alkalnim rastvorima) M. je neaktivan; U područjima mineralnih naslaga, ima ga u višku u tlu i biljkama, što dovodi do bolesti domaćih životinja.
U riječnoj vodi ima vrlo malo M, 1·10 -7%. Mahovina dovedena u okean otjecanjem relativno brzo se pretvara u morski mulj. Stoga su gline i škriljci donekle obogaćeni M (5,7·10 -3%), a morska voda je oštro podzasićena M (3,10 -7%).
U morima prošlih geoloških epoha mjestimično je došlo do značajnog nakupljanja minerala u muljevima, što je dovelo do stvaranja naslaga (npr. Mansfeld u Njemačkoj Demokratskoj Republici). Snažno migrira u podzemnim vodama biosfere; sa ovim procesima je povezana akumulacija M ruda u pješčanicima.
Fizička i hemijska svojstva. Boja M. je crvena, ružičasta kada je slomljena i zelenkastoplava kada je prozirna u tankim slojevima. Metal ima lice centriranu kubičnu rešetku sa parametrom A= 3,6074 ; gustina 8,96 g/cm 3(20°C). Atomski radijus 1,28; jonski radijusi Cu + 0,98; Cu 2+ 0,80; t pl. 1083 °C; t kip. 2600 °C; specifični toplotni kapacitet (na 20 °C) 385,48 j/(kg K), to je 0,092 feces/(G·°C). Najvažnija i široko korišćena svojstva M.: visoka toplotna provodljivost - na 20 °C 394.279 uto/(m K), to je 0,941 feces/(cm·sec·°C); nizak električni otpor - na 20 °C 1,68 10 -8 ohm m. Toplinski koeficijent linearne ekspanzije je 17,0·10 -6. Pritisak pare iznad M. je zanemarljiv, pritisak 133,322 n/m 2(to jest 1 mmHg Art.) se postiže samo na 1628 °C. M. je dijamagnetna; atomska magnetna susceptibilnost 5,27·10 -6. Tvrdoća po Brinellu 350 Mn/m 2(to jest 35 kgf/mm 2); zatezna čvrstoća 220 Mn/m 2(to jest 22 kgf/mm 2); relativno izduženje 60%, modul elastičnosti 132 10 3 Mn/m 2(odnosno 13,2 10 3 kgf/mm 2). Stvrdnjavanjem se vlačna čvrstoća može povećati na 400-450 Mn/m 2, dok se istezanje smanjuje na 2%, a električna provodljivost se smanjuje za 1-3%. Žarenje hladno obrađenog metala treba izvesti na 600-700 °C. Male nečistoće Bi (hiljaditi dio %) i Pb (stotine %) čine M. crveno-krhkim, a primjesa S uzrokuje krtost na hladnoći.
U pogledu hemijskih svojstava, M. zauzima srednju poziciju između elemenata prve trijade grupe VIII i alkalnih elemenata grupe I periodnog sistema. M, kao i Fe, Co i Ni, sklon je formiranju kompleksa i proizvodi obojena jedinjenja, nerastvorljive sulfide, itd. Sličnost sa alkalnim metalima je beznačajna. Dakle, M formira niz monovalentnih spojeva, ali je za njega tipičnije 2-valentno stanje. Soli monovalentnog magnezijuma su praktično nerastvorljive u vodi i lako se oksidiraju u jedinjenja 2-valentnog magnezijuma; dvovalentne soli su, naprotiv, vrlo topljive u vodi i potpuno su disocirane u razrijeđenim otopinama. Hidrirani Cu 2+ joni su plavi. Poznata su i jedinjenja u kojima je M 3-valentan. Tako se djelovanjem natrijevog peroksida na otopinu natrijevog kuprita Na 2 CuO 2 dobiva oksid Cu 2 O 3 - crveni prah koji počinje oslobađati kisik već na 100 °C. Cu 2 O 3 je jako oksidaciono sredstvo (na primjer, oslobađa hlor iz hlorovodonične kiseline).
Hemijska aktivnost M. je niska. Kompaktni metal ne stupa u interakciju sa suvim vazduhom i kiseonikom na temperaturama ispod 185 °C. U prisustvu vlage i CO 2 na površini metala formira se zeleni film bazičnog karbonata. Kada se metal zagrije na zraku, dolazi do površinske oksidacije; ispod 375 °C nastaje CuO, a u rasponu od 375-1100 °C, uz nepotpunu oksidaciju metala, formira se dvoslojna ljuska u čijem se površinskom sloju nalazi CuO, au unutrašnjem sloju - Cu. 2 O (vidi. Bakarni oksidi). Vlažni hlor stupa u interakciju s mineralima već na normalnim temperaturama, stvarajući CuCl 2 hlorid, koji je vrlo topljiv u vodi. M se lako kombinuje sa drugim halogenima (vidi. Halogenidi bakra). M. pokazuje poseban afinitet za sumpor i selen; pa gori u sumpornoj pari (vidi. Bakar sulfidi). M. ne reaguje sa vodonikom, azotom i ugljenikom čak ni na visokim temperaturama. Rastvorljivost vodonika u čvrstom metalu je neznatna i na 400 °C iznosi 0,06 mg u 100 G M. Vodonik i drugi zapaljivi gasovi (CO, CH 4), delujući pri visokim temperaturama na metalne ingote koji sadrže Cu 2 O, redukuju ga u metal sa stvaranjem CO 2 i vodene pare. Ovi proizvodi, koji su netopivi u metalu, oslobađaju se iz njega, uzrokujući pojavu pukotina, što naglo pogoršava mehanička svojstva metala.
Kada NH 3 prelazi preko vrućeg metala, nastaje Cu 3 N. Već na visokoj temperaturi metal je izložen oksidima azota, odnosno NO, N 2 O (sa stvaranjem Cu 2 O) i NO 2 (sa formiranjem CuO). Karbidi Cu 2 C 2 i CuC 2 se mogu dobiti djelovanjem acetilena na amonijačne otopine soli M. Normalni elektrodni potencijal M za reakciju Cu 2+ + 2e Cu je +0,337 V, a za reakciju Cu + + e Cu je +0,52 V. Dakle, željezo je istisnuto iz svojih soli više elektronegativnim elementima (gvožđe se koristi u industriji) i ne otapa se u neoksidirajućim kiselinama. U azotnoj kiselini, M. se rastvara sa stvaranjem Cu(NO 3) 2 i azotnih oksida, u vrućoj koncentraciji H 2 SO 4 - sa stvaranjem CuSO 4 i SO 2, u zagrejanom razblaženom H 2 SO 4 - kada vazduh se uduvava kroz rastvor. Sve soli M. su otrovne (vidi. Bakar karbonati, Bakar nitrat, Bakar sulfat).
M. u dvo- i monovalentnom stanju formira brojne vrlo stabilne kompleksne spojeve. Primeri kompleksnih jedinjenja jednovalentnog metala: (NH 4) 2 CuBr 3; K 3 Cu(CN) 4 - kompleksi tipa dvostruke soli; [Cu (SC (NH 2)) 2 ]CI i drugi. Primjeri kompleksnih spojeva 2-valentnog metala: CsCuCI 3, K 2 CuCl 4 - vrsta dvostrukih soli. Kompleksna jedinjenja M amonijaka su od velikog industrijskog značaja: [Cu (NH 3) 4 ] SO 4 , [Cu (NH 3) 2 ] SO 4 .
Potvrda. Rude bakra se odlikuju niskim sadržajem M. Stoga se fino mljevena ruda prije topljenja podvrgava mehaničkom obogaćivanju; u ovom slučaju, vrijedni minerali se izdvajaju iz mase otpadnog kamena; Kao rezultat, dobiva se niz komercijalnih koncentrata (na primjer, bakar, cink, pirit) i jalovine.
U svjetskoj praksi 80% metala se ekstrahira iz koncentrata pirometalurškim metodama baziranim na topljenju cjelokupne mase materijala. Tokom procesa topljenja, zbog većeg afiniteta magnezijuma prema sumporu i većeg afiniteta otpadnih stena i komponenti gvožđa za kiseonik, magnezijum se koncentriše u sulfidnom topljenju (mat), a oksidi formiraju šljaku. Mat se odvaja od šljake taloženjem.
U većini modernih postrojenja topljenje se vrši u reverberacijskim ili električnim pećima. U reverberacijskim pećima radni prostor je izdužen u horizontalnom smjeru; površina ognjišta 300 m 2 i više (30 m 10 m), toplina neophodna za topljenje dobija se sagorevanjem ugljeničnog goriva (prirodni gas, lož ulje, prah uglja) u gasnom prostoru iznad površine kupatila. U električnim pećima toplina se dobiva propuštanjem električne struje kroz rastopljenu trosku (struja se dovodi do troske kroz grafitne elektrode uronjene u nju).
Međutim, i reflektivno i električno topljenje, zasnovano na vanjskim izvorima topline, su nesavršeni procesi. Sulfidi, koji čine većinu koncentrata bakra, imaju visoku kalorijsku vrijednost. Stoga se sve više uvode metode topljenja koje koriste toplinu sagorijevanja sulfida (oksidator - zagrijani zrak, zrak obogaćen kisikom ili tehnički kisik). Fini, prethodno osušeni koncentrati sulfida se upuhuju strujom kisika ili zraka u peć zagrijanu na visoku temperaturu. Čestice sagorevaju u suspenziji (flash topljenje kiseonikom). Sulfidi se također mogu oksidirati u tečnom stanju; ovi procesi se intenzivno proučavaju u SSSR-u i inostranstvu (Japan, Australija, Kanada) i postaju glavni pravac u razvoju pirometalurgije sulfidnih ruda bakra.
Bogate grudvaste sulfidne rude (2-3% Cu) sa visokim sadržajem sumpora (35-42% S) se u nekim slučajevima direktno upućuju na topljenje u oknite peći (peći sa vertikalnim radnim prostorom). U jednoj od varijanti taljenja u šahtu (topionica bakra-sumpora) u punjenju se dodaje fini koks koji redukuje SO 2 u elementarni sumpor u gornjim horizontima peći. Bakar je takođe koncentrisan u matu u ovom procesu.
Dobijeni tečni mat (uglavnom Cu 2 S, FeS) se sipa u pretvarač - cilindrični rezervoar od čeličnog lima, sa unutrašnje strane obložen magnezitnom ciglom, opremljen bočnim redom tujera za ubrizgavanje vazduha i uređajem za rotaciju. osovina. Komprimirani zrak se uduvava kroz mat sloj. Konverzija matira se odvija u dvije faze. Prvo, željezni sulfid se oksidira, a kvarc se dodaje u konvertor da veže okside željeza; formira se konvertorska šljaka. Zatim se bakar sulfid oksidira da nastane metalni metal i SO 2 . Ovaj grubi M. se sipa u kalupe. Ingoti (a ponekad i direktno rastopljeni grubi metal) se šalju na rafiniranje vatre kako bi se izdvojili vrijedni sateliti (Au, Ag, Se, Fe, Bi i drugi) i uklonile štetne nečistoće. Zasnovan je na većem afinitetu nečistoća metala za kisik od bakra: Fe, Zn, Co i djelimično Ni i drugi prelaze u šljaku u obliku oksida, a sumpor (u obliku SO 2) se uklanja gasovima. Nakon uklanjanja šljake, metal se „zadirkuje“ kako bi obnovio u njemu otopljen Cu 2 O uranjanjem krajeva sirovih trupaca breze ili bora u tečni metal, nakon čega se lijeva u ravne kalupe. Za elektrolitičku rafinaciju, ovi ingoti se suspenduju u kupatilu rastvora CuSO 4 zakiseljenog sa H 2 SO 4 . Služe kao anode. Kada se prođe struja, anode se rastvaraju, a čisti metal se taloži na katode - tanki bakarni limovi, koji se takođe dobijaju elektrolizom u specijalnim matričnim kupkama. Da bi se odvojile guste, glatke naslage, površinski aktivni aditivi (ljepilo za drvo, tiourea i drugi) se unose u elektrolit. Dobijeni metal katode se ispere vodom i topi. Plemeniti metali, Se, Te i drugi vrijedni sateliti metala koncentrirani su u anodnom mulju iz kojeg se ekstrahiraju posebnom obradom. Nikl koncentriran u elektrolitu; Uklanjanjem nekih rastvora za isparavanje i kristalizaciju, Ni se može dobiti u obliku nikl sulfata.
Uz pirometalurške metode, za dobivanje minerala (uglavnom iz slabo oksidiranih i samorodnih ruda) koriste se i hidrometalurške metode. Ove metode se zasnivaju na selektivnom rastvaranju minerala koji sadrže bakar, obično u slabim rastvorima H 2 SO 4 ili amonijaka. Iz otopine se metal ili taloži željezom ili izolira elektrolizom s nerastvorljivim anodama. Kombinovane metode hidroflotacije, u kojima se kisikovi spojevi metala rastvaraju u otopinama sumporne kiseline, a sulfidi se odvajaju flotacijom, vrlo su obećavajuće kada se primjenjuju na miješane rude. Autoklavni hidrometalurški procesi, koji se odvijaju na povišenim temperaturama i pritiskom, također postaju sve rasprostranjeni.
Aplikacija. Velika uloga metala u tehnologiji je zbog niza njegovih vrijednih svojstava i prije svega visoke električne provodljivosti, plastičnosti i toplinske provodljivosti. Zahvaljujući ovim svojstvima, M. je glavni materijal za žice; preko 50% iskopanog metala koristi se u elektroindustriji. Sve nečistoće smanjuju električnu provodljivost metala, pa se u elektrotehnici koristi metal visokog kvaliteta koji sadrži najmanje 99,9% Cu. Visoka toplotna provodljivost i otpornost na koroziju omogućavaju izradu od metala kritičnih delova izmenjivača toplote, frižidera, vakuum uređaja itd. Oko 30-40% metala se koristi u obliku različitih legura, među kojima su najznačajnije mesing(od 0 do 50% Zn) i razne vrste bronza; kalaj, aluminijum, olovo, berilijum, itd. (za više detalja vidi Legure bakra). Osim za potrebe teške industrije, komunikacija i transporta, određena količina metala (uglavnom u obliku soli) se troši za pripremu mineralnih pigmenata, suzbijanje štetočina i biljnih bolesti, kao mikrođubriva, katalizatori oksidacionih procesa. , kao iu industriji kože i krzna i proizvodnji vještačke svile.
L. V. Vanyukov.
Bakar kao umjetnički materijal se koristi sa bakarno doba(nakit, skulptura, pribor, posuđe). Kovani i liveni proizvodi od metala i legura (vidi. Bronza) ukrašene su čačkanjem, graviranjem i utiskivanjem. Lakoća obrade metala (zbog njegove mekoće) omogućava majstorima da postignu različite teksture, pažljivu razradu detalja i fino modeliranje forme. Proizvodi od metala odlikuju se ljepotom svojih zlatnih ili crvenkastih tonova, kao i sposobnošću dobivanja sjaja pri poliranju. M. često su pozlaćeni i patinirani (vidi. Patina), toniran, ukrašen emajlom. Od 15. stoljeća metal se također koristio za izradu štamparskih ploča (vidi. Graviranje).
Bakar u telu. M. - neophodan za biljke i životinje element u tragovima. Glavna biohemijska funkcija M. je učešće u enzimskim reakcijama kao aktivator ili kao deo enzima koji sadrže bakar. Količina M u biljkama kreće se od 0,0001 do 0,05% (po suhoj tvari) i ovisi o vrsti biljke i sadržaju M u tlu. U biljkama je M. komponenta enzima oksidaza i proteina plastocijanina. U optimalnim koncentracijama, M. povećava otpornost biljaka na hladnoću i podstiče njihov rast i razvoj. Među životinjama, M. su najbogatiji neki beskičmenjaci (mekušci i rakovi u hemocijanin sadrži 0,15-0,26% M.). Kada se uzima s hranom, M. se apsorbira u crijevima, vezuje se za protein krvnog seruma – albumin, zatim ga apsorbira jetra, odakle se vraća u krv kao dio proteina ceruloplazmina i dostavlja se u organe i tkiva.
Sadržaj M. kod ljudi varira (na 100 G suva težina) od 5 mg u jetri do 0,7 mg u kostima, u telesnim tečnostima - od 100 mcg(na 100 ml) u krvi do 10 mcg u cerebrospinalnoj tečnosti; ukupni M. u tijelu odraslog čovjeka je oko 100 mg. M. je dio niza enzima (na primjer, tirozinaze, citokrom oksidaze) i stimulira hematopoetsku funkciju koštane srži. Male doze M. utiču na metabolizam ugljikohidrata (smanjenje šećera u krvi), minerala (smanjenje količine fosfora u krvi) itd. Povećanje M. u krvi dovodi do pretvaranja mineralnih spojeva željeza u organske, stimuliše upotrebu gvožđa nakupljenog u jetri tokom sinteze hemoglobin.
Sa nedostatkom M., žitarice su zahvaćene tzv. prerađivačkom bolešću, a voćke su zahvaćene egzantemom; kod životinja se smanjuje apsorpcija i upotreba željeza, što dovodi do anemija praćena dijarejom i iscrpljenošću. Koriste se bakrena mikrođubriva i hranjenje životinja bakrenim solima (vidi. Mikrođubriva). Trovanje M. dovodi do anemije, bolesti jetre i Wilsonove bolesti. Kod ljudi se trovanje rijetko javlja zbog suptilnih mehanizama apsorpcije i izlučivanja M. Međutim, u velikim dozama M. izaziva povraćanje; kada se M. apsorbira može doći do općeg trovanja (proljev, slabljenje disanja i srčane aktivnosti, gušenje, koma).
I. F. Gribovskaya.
U medicini se M. sulfat koristi kao antiseptik i adstrigent u obliku kapi za oči za konjunktivitis i olovaka za oči za liječenje trahoma. Rastvor M. sulfata koristi se i za opekotine kože sa fosforom. Ponekad se M. sulfat koristi kao emetik. M. nitrat se koristi kao očna mast za trahom i konjuktivitis.
Lit.: Smirnov V.I., Metalurgija bakra i nikla, Sverdlovsk - M., 1950; Avetisyan Kh. K., Metalurgija blister bakra, M., 1954; Ghazaryan L. M., Pirometalurgija bakra, M., 1960; Metalurški vodič za obojene metale, priredio N. N. Murach, 2. izdanje, tom 1, M., 1953, tom 2, M., 1947; Levinson N.P., [Proizvodi od obojenih i crnih metala], u knjizi: Ruska dekorativna umetnost, tom 1-3, M., 1962-65; Hadaway W. S., Ilustracije metalnih radova u mesingu i bakru, uglavnom u južnoj Indiji, Madras, 1913; Wainwright G. A., Pojava kalaja i bakra u blizini Bybiosa, "Journal of Egyptian archaeology", 1934, v. 20, tačka 1, str. 29-32; BergsÆe P., Proces pozlaćenja i metalurgija bakra i olova među Indijancima prekolumbijskog doba, Kbh., 1938; Frieden E., Uloga spojeva bakra u prirodi, u knjizi: Horizons of Biochemistry, prevod s engleskog, M., 1964; njega. Biohemija bakra, u knjizi: Molekuli i ćelije, prevod sa engleskog, u. 4, M., 1969; Biološka uloga bakra, M., 1970.
Bakar- element sekundarne podgrupe prve grupe, četvrti period periodnog sistema hemijskih elemenata D.I.Mendeljejeva, sa atomskim brojem 29. Označava se simbolom Cu (lat. Cuprum).
Bakar se u prirodi nalazi iu jedinjenjima i u prirodnom obliku. Od industrijskog značaja su halkopirit CuFeS2, poznat i kao bakarni pirit, halkocit Cu2S i bornit Cu5FeS4. Zajedno s njima nalaze se i drugi minerali bakra: kovelit CuS, kuprit Cu2O, azurit Cu3(CO3)2(OH)2, malahit Cu2CO3(OH)2. Ponekad se bakar nalazi u prirodnom obliku; masa pojedinačnih klastera može doseći 400 tona. Bakarni sulfidi nastaju uglavnom u srednjetemperaturnim hidrotermalnim venama. Naslage bakra se takođe često nalaze u sedimentnim stenama - bakrenim peščarima i škriljcima. Najpoznatija ležišta ovog tipa su Udokan u regiji Čita, Džezkazgan u Kazahstanu, bakarni pojas Centralne Afrike i Mansfeld u Njemačkoj.
Većina bakarne rude se iskopava otvorenim kopom. Sadržaj bakra u rudi kreće se od 0,4 do 1,0%. Fizička svojstva bakra
Bakar je zlatno-ružičasti duktilni metal; na zraku se brzo prekriva oksidnim filmom koji mu daje karakterističnu intenzivnu žućkasto-crvenu nijansu. Bakar ima visoku toplotnu i električnu provodljivost (na drugom mestu po električnoj provodljivosti posle srebra). Ima dva stabilna izotopa - 63Cu i 65Cu, i nekoliko radioaktivnih izotopa. Najdugovječniji od njih, 64Cu, ima poluživot od 12,7 sati i dva načina raspadanja s različitim proizvodima.
Boja bakra je crvena, ružičasta kada je slomljena i zelenkasto-plava kada je prozirna u tankim slojevima. Metal ima lice centriranu kubičnu rešetku sa parametrom a = 3,6074 Å; gustina 8,96 g/cm3 (20 °C). Atomski radijus 1,28 Å; jonski radijusi Cu+ 0,98 Å; Su2+ 0,80 Å; temperatura topljenja 1083 °C; tačka ključanja 2600 °C; specifični toplotni kapacitet (na 20 °C) 385,48 J/(kg K), tj. 0,092 cal/(g °C). Najvažnija i najšire korišćena svojstva bakra: visoka toplotna provodljivost - na 20 °C 394,279 W/(m K), odnosno 0,941 cal/(cm sec °C); nizak električni otpor - na 20 °C 1,68·10-8 ohm·m. Toplinski koeficijent linearnog širenja je 17,0·10-6. Pritisak pare iznad bakra je zanemarljiv; pritisak od 133,322 n/m2 (tj. 1 mm Hg) postiže se samo na 1628 °C. Bakar je dijamagnetičan; atomska magnetna susceptibilnost 5,27·10-6. Tvrdoća bakra po Brinellu je 350 Mn/m2 (tj. 35 kgf/mm2); zatezna čvrstoća 220 MN/m2 (tj. 22 kgf/mm2); relativno izduženje 60%, modul elastičnosti 132·103 MN/m2 (tj. 13,2·103 kgf/mm2). Stvrdnjavanjem se vlačna čvrstoća može povećati na 400-450 Mn/m2, dok se istezanje smanjuje na 2%, a električna provodljivost se smanjuje za 1-3.
Bakar je duktilni zlatno-ružičasti metal sa karakterističnim metalnim sjajem. U periodičnom sistemu D. I. Mendeljejeva ovaj hemijski element je označen kao Cu (Cuprum) i nalazi se pod rednim brojem 29 u grupi I (bočna podgrupa), u 4. periodu.
Latinski naziv Cuprum dolazi od imena ostrva Kipar. Poznate su činjenice da su na Kipru još u 3. veku pre nove ere postojali rudnici bakra i lokalni majstori su topili bakar. Možete kupiti bakar od kompanije « ».
Prema istoričarima, društvo je poznavalo bakar oko devet hiljada godina. Najstariji proizvodi od bakra pronađeni su tokom arheoloških iskopavanja na području današnje Turske. Arheolozi su otkrili male bakrene perle i ploče koje se koriste za ukrašavanje odjeće. Nalazi datiraju iz perioda između 8. i 7. milenijuma pre nove ere. U antičko doba, bakar se koristio za izradu nakita, skupog posuđa i raznih alata sa tankim oštricama.
Velikim dostignućem drevnih metalurga može se nazvati proizvodnja legure s bakrenom bazom - bronce.
Osnovna svojstva bakra
1. Fizička svojstva.
U zraku bakar dobiva svijetlu žućkasto-crvenu nijansu zbog stvaranja oksidnog filma. Tanke ploče imaju zelenkasto-plavu boju kada se pregledaju kroz njih. U svom čistom obliku, bakar je prilično mekan, savitljiv i lako se valja i vuče. Nečistoće mogu povećati njegovu tvrdoću.
Visoka električna provodljivost bakra može se nazvati glavnim svojstvom koje određuje njegovu pretežnu upotrebu. Bakar takođe ima veoma visoku toplotnu provodljivost. Nečistoće kao što su gvožđe, fosfor, kalaj, antimon i arsen utiču na osnovna svojstva i smanjuju električnu i toplotnu provodljivost. Prema ovim pokazateljima, bakar je drugi nakon srebra.
Bakar ima visoke gustine, tačke topljenja i ključanja. Važna osobina je i dobra otpornost na koroziju. Na primjer, pri visokoj vlažnosti, željezo oksidira mnogo brže.
Bakar je pogodan za obradu: umotan u bakarni lim i bakrenu šipku, uvučen u bakarnu žicu debljine dovedene do hiljaditih delova milimetra. Ovaj metal je dijamagnetičan, odnosno magnetiziran je protiv smjera vanjskog magnetskog polja.
Bakar je relativno nisko aktivan metal. U normalnim uslovima na suvom vazduhu ne dolazi do njegove oksidacije. Lako reaguje sa halogenima, selenom i sumporom. Kiseline bez oksidativnih svojstava nemaju efekta na bakar. Ne postoje hemijske reakcije sa vodonikom, ugljenikom i azotom. U vlažnom vazduhu dolazi do oksidacije da bi se formirao bakar (II) karbonat - gornji sloj platine.
Bakar je amfoteričan, što znači da formira katione i anjone u zemljinoj kori. U zavisnosti od uslova, jedinjenja bakra pokazuju kisela ili bazična svojstva.
Metode dobijanja bakra
U prirodi, bakar postoji u jedinjenjima iu obliku grumenova. Jedinjenja su predstavljena oksidima, bikarbonatima, kompleksima sumpora i ugljičnog dioksida, kao i sulfidnim rudama. Najzastupljenije rude su bakarni pirit i bakreni sjaj. Sadržaj bakra u njima je 1-2%. 90% primarnog bakra se iskopava pirometalurškom metodom, a 10% hidrometalurškom metodom.
1.
Pirometalurška metoda uključuje sljedeće procese: obogaćivanje i prženje, topljenje za mat, pročišćavanje u konvertoru, elektrolitičko rafiniranje.
Rude bakra obogaćuju se flotacijom i oksidativnim prženjem. Suština metode flotacije je sljedeća: čestice bakra suspendirane u vodenom mediju prianjaju na površinu mjehurića zraka i izdižu se na površinu. Metoda vam omogućava da dobijete koncentrat bakarnog praha, koji sadrži 10-35% bakra.
Rude i koncentrati bakra sa značajnim sadržajem sumpora podložni su oksidativnom prženju. Kada se zagrijavaju u prisutnosti kisika, sulfidi se oksidiraju, a količina sumpora se smanjuje za gotovo polovicu. Loši koncentrati koji sadrže 8-25% bakra se prže. Bogati koncentrati koji sadrže 25-35% bakra se tope bez pribjegavanja prženju.
Sljedeća faza pirometalurške metode za proizvodnju bakra je topljenje mat. Ako se kao sirovina koristi grudasta ruda bakra s velikom količinom sumpora, tada se topljenje vrši u oknim pećima. A za praškasti flotacijski koncentrat koriste se reverberacijske peći. Topljenje se odvija na temperaturi od 1450 °C.
U horizontalnim pretvaračima sa bočnim puhanjem bakreni mat se upuhuje komprimiranim zrakom kako bi došlo do oksidacije sulfida i željeza. Zatim se nastali oksidi pretvaraju u šljaku, a sumpor u oksid. Konvertor proizvodi blister bakar koji sadrži 98,4-99,4% bakra, gvožđa, sumpora, kao i male količine nikla, kalaja, srebra i zlata.
Blister bakar je podložan vatri, a zatim elektrolitičkoj rafinaciji. Nečistoće se uklanjaju gasovima i pretvaraju u šljaku. Kao rezultat vatrenog rafiniranja nastaje bakar čistoće do 99,5%. A nakon elektrolitičke rafinacije, čistoća je 99,95%.
2. Hidrometalurška metoda uključuje ispiranje bakra slabom otopinom sumporne kiseline, a zatim odvajanje metala bakra direktno iz otopine. Ova metoda se koristi za preradu ruda niskog kvaliteta i ne dozvoljava pridruženu ekstrakciju plemenitih metala uz bakar.
Bakarne aplikacije
Zbog svojih vrijednih kvaliteta, bakar i legure bakra koriste se u elektro i elektrotehničkoj industriji, u radio elektronici i izradi instrumenata. Postoje legure bakra sa metalima kao što su cink, kalaj, aluminijum, nikl, titanijum, srebro i zlato. Manje se koriste legure sa nemetalima: fosfor, sumpor, kiseonik. Postoje dvije grupe legura bakra: mesing (legure sa cinkom) i bronza (legure sa drugim elementima).
Bakar je izuzetno ekološki prihvatljiv, što omogućava njegovu upotrebu u izgradnji stambenih zgrada. Na primjer, bakreni krov, zbog svojih antikorozivnih svojstava, može trajati više od stotinu godina bez posebne njege ili farbanja.
Bakar u legurama sa zlatom koristi se u nakitu. Ova legura povećava čvrstoću proizvoda, povećava otpornost na deformacije i habanje.
Jedinjenja bakra odlikuju se visokom biološkom aktivnošću. U biljkama bakar učestvuje u sintezi hlorofila. Stoga se to može vidjeti u sastavu mineralnih đubriva. Nedostatak bakra u ljudskom tijelu može uzrokovati pogoršanje sastava krvi. Nalazi se u mnogim prehrambenim proizvodima. Na primjer, ovaj metal se nalazi u mlijeku. Međutim, važno je zapamtiti da višak spojeva bakra može uzrokovati trovanje. Zbog toga ne biste trebali kuhati hranu u bakrenom posuđu. Tokom ključanja, velike količine bakra mogu iscuriti u hranu. Ako je posuđe iznutra prekriveno slojem lima, onda nema opasnosti od trovanja.
U medicini se bakar koristi kao antiseptik i adstringent. Sastav je kapi za oči za konjuktivitis i rastvora za opekotine.
