Χαλκός(λατ. cuprum), cu, χημικό στοιχείο της ομάδας Ι του περιοδικού συστήματος του Mendeleev; ατομικός αριθμός 29, ατομική μάζα 63,546; μαλακό, ελατό κόκκινο μέταλλο. Το φυσικό μέταλλο αποτελείται από ένα μείγμα δύο σταθερών ισοτόπων - 63 cu (69,1%) και 65 cu (30,9%).
Ιστορική αναφορά.Το Μ. είναι ένα από τα μέταλλα γνωστά από την αρχαιότητα. Η πρώιμη γνωριμία του ανθρώπου με τον Μ. διευκολύνθηκε από το γεγονός ότι εμφανίζεται στη φύση σε ελεύθερη κατάσταση με τη μορφή ψήγματα, τα οποία μερικές φορές φτάνουν σε σημαντικά μεγέθη. Το μέταλλο και τα κράματά του έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη του υλικού πολιτισμού. Λόγω της εύκολης αναγωγιμότητας των οξειδίων και των ανθρακικών αλάτων, το μέταλλο ήταν προφανώς το πρώτο μέταλλο που ο άνθρωπος έμαθε να αναγάγει από ενώσεις οξυγόνου που περιέχονται στα μεταλλεύματα. Η λατινική ονομασία M. προέρχεται από το όνομα του νησιού της Κύπρου, όπου οι αρχαίοι Έλληνες εξόρυζαν μεταλλεύματα χαλκού. Στην αρχαιότητα, για την επεξεργασία του βράχου, το ζέσταιναν σε φωτιά και ψύχονταν γρήγορα και ο βράχος ράγιζε. Ήδη υπό αυτές τις συνθήκες, οι διαδικασίες αποκατάστασης ήταν δυνατές. Στη συνέχεια έγινε αποκατάσταση σε πυρκαγιές με μεγάλη ποσότητα άνθρακα και με έγχυση αέρα μέσω σωλήνων και φυσούνων. Οι φωτιές περικυκλώθηκαν από τείχη που σταδιακά υψώνονταν, γεγονός που οδήγησε στη δημιουργία φρεατόκαμινου. Αργότερα, οι μέθοδοι αναγωγής έδωσαν τη θέση τους στην οξειδωτική τήξη θειούχων μεταλλευμάτων χαλκού για την παραγωγή ενδιάμεσων προϊόντων - ματ (κράμα θειούχων), στο οποίο συγκεντρώνεται μέταλλο, και σκωρία (κράμα οξειδίων).
Κατανομή στη φύση. Η μέση περιεκτικότητα σε μέταλλο στον φλοιό της γης (Clarke) είναι 4,7 10 -3% (κατά μάζα)· στο κατώτερο τμήμα του φλοιού της γης, που αποτελείται από βασικά πετρώματα, υπάρχει περισσότερο από αυτό (1 10 -2%) από στο ανώτερο (2 10 -3%), όπου κυριαρχούν οι γρανίτες και άλλα όξινα πυριγενή πετρώματα. Ο Μ. μεταναστεύει δυναμικά τόσο στα ζεστά νερά των βάθους όσο και στα ψυχρά διαλύματα της βιόσφαιρας. Το υδρόθειο καθιζάνει διάφορα ορυκτά θειούχα από φυσικά νερά, τα οποία έχουν μεγάλη βιομηχανική σημασία. Μεταξύ των πολυάριθμων ορυκτών των ορυκτών, κυριαρχούν τα σουλφίδια, τα φωσφορικά, τα θειικά και τα χλωριούχα· τα φυσικά ορυκτά, τα ανθρακικά και τα οξείδια είναι επίσης γνωστά.
Το Μ. είναι σημαντικό στοιχείο της ζωής· εμπλέκεται σε πολλές φυσιολογικές διεργασίες. Η μέση περιεκτικότητα σε M στη ζωντανή ύλη είναι 2 × 10 -4%, οργανισμοί που είναι γνωστοί ως συγκεντρωτές του M. Στην τάιγκα και σε άλλα υγρά κλιματικά τοπία, το M εκπλένεται σχετικά εύκολα από όξινα εδάφη· εδώ σε ορισμένα σημεία υπάρχει έλλειψη Μ και συναφείς ασθένειες φυτών και ζώων (ιδιαίτερα σε άμμο και τύρφη). Στις στέπες και τις ερήμους (με χαρακτηριστικά ασθενώς αλκαλικά διαλύματα), το Μ. είναι ανενεργό. Σε περιοχές με κοιτάσματα ορυκτών, υπάρχει περίσσεια σε εδάφη και φυτά, με αποτέλεσμα να αρρωσταίνουν τα οικόσιτα ζώα.
Υπάρχει πολύ λίγο M στο νερό του ποταμού, 1·10 -7%. Τα βρύα που εισάγονται στον ωκεανό από την απορροή σχετικά γρήγορα μετατρέπονται σε θαλάσσια λάσπη. Ως εκ τούτου, οι άργιλοι και οι σχιστόλιθοι είναι κάπως εμπλουτισμένοι σε Μ (5,7 × 10 -3%) και το θαλασσινό νερό είναι έντονα υποκορεσμένο με Μ (3 × 10 -7%).
Στις θάλασσες των περασμένων γεωλογικών εποχών, κατά τόπους υπήρξε σημαντική συσσώρευση ορυκτών σε λάσπες, που οδήγησαν στο σχηματισμό κοιτασμάτων (για παράδειγμα, το Mansfeld στη Λαϊκή Δημοκρατία της Γερμανίας). Μεταναστεύει έντονα στα υπόγεια ύδατα της βιόσφαιρας· η συσσώρευση μεταλλευμάτων Μ σε ψαμμίτες συνδέεται με αυτές τις διεργασίες.
ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ. Το χρώμα του Μ. είναι κόκκινο, ροζ όταν σπάει και πρασινωπό-μπλε όταν είναι ημιδιαφανές σε λεπτές στρώσεις. Το μέταλλο έχει ένα επικεντρωμένο κυβικό πλέγμα με την παράμετρο ΕΝΑ= 3,6074 å; πυκνότητα 8,96 g/cm 3(20 °C). Ατομική ακτίνα 1,28 å; ιοντικές ακτίνες cu + 0,98 å; cu 2+ 0,80 å; t pl. 1083°C; tδέρμα μόσχου ακατέργαστου. 2600 °C; ειδική θερμοχωρητικότητα (στους 20 °C) 385,48 ι/(κιλά Κ) , δηλαδή 0,092 περιττώματα/(G ·°C). Οι πιο σημαντικές και ευρέως χρησιμοποιούμενες ιδιότητες του M.: υψηλή θερμική αγωγιμότητα - στους 20 °C 394.279 Τρ/(μ Κ) , δηλαδή 0,941 περιττώματα/(cm · sec ·°C); χαμηλή ηλεκτρική αντίσταση - στους 20 °C 1,68 10 -8 ωμ μ. Ο θερμικός συντελεστής γραμμικής διαστολής είναι 17,0 · 10 -6. Η τάση ατμών πάνω από το Μ. είναι αμελητέα, πίεση 133,322 n/m 2(δηλαδή 1 mmHg Τέχνη.) επιτυγχάνεται μόνο στους 1628 °C. Το Μ. είναι διαμαγνητικό. ατομική μαγνητική επιδεκτικότητα 5,27 10 -6. Σκληρότητα Brinell 350 Mn/m 2(δηλαδή 35 kgf/mm 2) αντοχή σε εφελκυσμό 220 Mn/m 2(δηλαδή 22 kgf/mm 2) σχετική επιμήκυνση 60%, μέτρο ελαστικότητας 132 10 3 Mn/m 2(δηλαδή, 13.2 10 3 kgf/mm 2). Με τη σκλήρυνση, η αντοχή σε εφελκυσμό μπορεί να αυξηθεί σε 400-450 Mn/m 2, ενώ η επιμήκυνση μειώνεται στο 2%, και η ηλεκτρική αγωγιμότητα μειώνεται κατά 1-3%. Η ανόπτηση του σκληρυμένου μετάλλου πρέπει να πραγματοποιείται στους 600-700 °C. Μικρές ακαθαρσίες bi (χιλιάδες %) και pb (εκατοστά %) κάνουν το M. κόκκινο-εύθραυστο, και η ακαθαρσία s προκαλεί ευθραυστότητα στο κρύο.
Όσον αφορά τις χημικές ιδιότητες, το Μ. καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση μεταξύ των στοιχείων της πρώτης τριάδας της ομάδας VIII και των αλκαλικών στοιχείων της ομάδας Ι του περιοδικού συστήματος. Το M, όπως το fe, το Co, το ni, είναι επιρρεπές σε σχηματισμό συμπλόκων, δίνει έγχρωμες ενώσεις, αδιάλυτα σουλφίδια κ.λπ. Η ομοιότητα με τα αλκαλικά μέταλλα είναι ασήμαντη. Έτσι, το Μ σχηματίζει έναν αριθμό μονοσθενών ενώσεων, αλλά η 2-σθενής κατάσταση είναι πιο χαρακτηριστική γι 'αυτό. Τα άλατα μονοσθενούς μαγνησίου είναι πρακτικά αδιάλυτα στο νερό και οξειδώνονται εύκολα σε ενώσεις δισθενούς μαγνησίου. τα δισθενή άλατα, αντίθετα, είναι πολύ διαλυτά στο νερό και διασπώνται πλήρως σε αραιά διαλύματα. Τα ενυδατωμένα ιόντα Cu 2+ είναι μπλε. Ενώσεις στις οποίες το Μ είναι 3-σθενές είναι επίσης γνωστές. Έτσι, με τη δράση του υπεροξειδίου του νατρίου σε ένα διάλυμα χαλκού νατρίου na 2 cuo 2, λαμβάνεται το οξείδιο cu 2 o 3 - μια κόκκινη σκόνη που αρχίζει να απελευθερώνει οξυγόνο ήδη στους 100 ° C. Το cu 2 o 3 είναι ένας ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας (για παράδειγμα, απελευθερώνει χλώριο από το υδροχλωρικό οξύ).
Η χημική δραστηριότητα του Μ. είναι χαμηλή. Το συμπαγές μέταλλο δεν αλληλεπιδρά με τον ξηρό αέρα και το οξυγόνο σε θερμοκρασίες κάτω των 185 °C. Παρουσία υγρασίας και CO2, σχηματίζεται ένα πράσινο φιλμ βασικού ανθρακικού στην επιφάνεια του μετάλλου. Όταν το μέταλλο θερμαίνεται στον αέρα, λαμβάνει χώρα οξείδωση της επιφάνειας. κάτω από τους 375 °C, σχηματίζεται cuo και στην περιοχή 375-1100 °C, με ατελή οξείδωση του μετάλλου, σχηματίζεται μια κλίμακα δύο στρώσεων, στο επιφανειακό στρώμα του οποίου υπάρχει cuo και στο εσωτερικό στρώμα - cu 2 o. Το υγρό χλώριο αλληλεπιδρά με το Μ. ήδη σε κανονική θερμοκρασία, σχηματίζοντας χλωριούχο cucl 2, το οποίο είναι πολύ διαλυτό στο νερό. Το Μ συνδυάζεται εύκολα με άλλα αλογόνα. Ο Μ. δείχνει ιδιαίτερη συγγένεια με το θείο και το σελήνιο. Έτσι, καίγεται σε ατμούς θείου. Το Μ. δεν αντιδρά με υδρογόνο, άζωτο και άνθρακα ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες. Η διαλυτότητα του υδρογόνου σε στερεό μέταλλο είναι ασήμαντη και στους 400 °C είναι 0,06 mgστα 100 σολΜ. Το υδρογόνο και άλλα εύφλεκτα αέρια (συν, κεφ. 4), που δρουν σε υψηλές θερμοκρασίες σε μεταλλικά πλινθώματα που περιέχουν cu 2 o, το ανάγουν σε μέταλλο με το σχηματισμό co 2 και υδρατμών. Αυτά τα προϊόντα, όντας αδιάλυτα στο μέταλλο, απελευθερώνονται από αυτό, προκαλώντας την εμφάνιση ρωγμών, που επιδεινώνουν απότομα τις μηχανικές ιδιότητες του μετάλλου.
Όταν το nh 3 περάσει πάνω από ζεστό μέταλλο, σχηματίζεται cu 3 n. Ήδη σε καυτή θερμοκρασία, το Μ. εκτίθεται σε οξείδια του αζώτου, δηλαδή όχι, n 2 o (με σχηματισμό cu 2 o) και no 2 (με σχηματισμό cuo). Τα καρβίδια cu 2 c 2 και cuc 2 μπορούν να ληφθούν με τη δράση ακετυλενίου σε διαλύματα αμμωνίας αλάτων Μ. Το κανονικό δυναμικό ηλεκτροδίου του M για την αντίδραση cu 2+ + 2e ® Cu είναι +0,337 V, και για την αντίδραση cu2+ + e -> Cu είναι +0,52 V. Επομένως, ο σίδηρος εκτοπίζεται από τα άλατά του από περισσότερα ηλεκτραρνητικά στοιχεία (ο σίδηρος χρησιμοποιείται στη βιομηχανία) και δεν διαλύεται σε μη οξειδωτικά οξέα. Στο νιτρικό οξύ, το M. διαλύεται με το σχηματισμό cu(no 3) 2 και οξειδίων του αζώτου, σε θερμή συγκέντρωση h 2 so 4 - με σχηματισμό cuso 4 και so 2, σε θερμαινόμενο αραιωμένο h 2 so 4 - όταν διοχετεύεται αέρας μέσω του διαλύματος. Όλα τα άλατα του Μ. είναι δηλητηριώδη.
Το Μ. σε δι- και μονοσθενή κατάσταση σχηματίζει πολυάριθμες πολύ σταθερές σύνθετες ενώσεις. Παραδείγματα σύνθετων ενώσεων μονοσθενούς Μ.: (nh 4) 2 cubr 3; k 3 cu(cn) 4 - σύμπλοκα τύπου διπλού αλατιού. [Сu (sc (nh 2)) 2 ]ci και άλλοι. Παραδείγματα σύνθετων ενώσεων δισθενούς Μ.: cscuci 3, k 2 cucl 4 - ένας τύπος διπλών αλάτων. Οι ενώσεις του συμπλόκου αμμωνίου του Μ. έχουν μεγάλη βιομηχανική σημασία: [Cu (nh 3) 4] άρα 4, [Cu (nh 3) 2] άρα 4.
Παραλαβή. Τα μεταλλεύματα χαλκού χαρακτηρίζονται από χαμηλή περιεκτικότητα σε Μ. Επομένως, πριν από την τήξη, το λεπτοαλεσμένο μετάλλευμα υποβάλλεται σε μηχανικό εμπλουτισμό. Σε αυτή την περίπτωση, πολύτιμα ορυκτά διαχωρίζονται από το μεγαλύτερο μέρος των απορριμμάτων πετρωμάτων. Ως αποτέλεσμα, λαμβάνεται ένας αριθμός εμπορικών συμπυκνωμάτων (για παράδειγμα, χαλκός, ψευδάργυρος, πυρίτης) και απορρίμματα.
Στην παγκόσμια πρακτική, το 80% των μετάλλων εξάγεται από συμπυκνώματα χρησιμοποιώντας πυρομεταλλουργικές μεθόδους που βασίζονται στην τήξη ολόκληρης της μάζας του υλικού. Κατά τη διαδικασία τήξης, λόγω της μεγαλύτερης συγγένειας του μαγνησίου για το θείο και της μεγαλύτερης συγγένειας των απορριμμάτων πετρωμάτων και συστατικών σιδήρου για το οξυγόνο, το μαγνήσιο συγκεντρώνεται στο τήγμα των σουλφιδίων (ματ) και τα οξείδια σχηματίζουν σκωρία. Το ματ διαχωρίζεται από τη σκωρία με καθίζηση.
Στα περισσότερα σύγχρονα εργοστάσια, η τήξη πραγματοποιείται σε αντηχητικούς ή ηλεκτρικούς φούρνους. Σε κλιβάνους αντήχησης, ο χώρος εργασίας επιμηκύνεται στην οριζόντια κατεύθυνση. περιοχή εστίας 300 m 2και άλλα (30 Μ? 10 Μ), η θερμότητα που απαιτείται για την τήξη λαμβάνεται με την καύση καυσίμου άνθρακα (φυσικό αέριο, μαζούτ, κονιοποιημένος άνθρακας) στον χώρο αερίου πάνω από την επιφάνεια του λουτρού. Σε ηλεκτρικούς κλιβάνους, η θερμότητα λαμβάνεται με τη διέλευση ενός ηλεκτρικού ρεύματος μέσω τηγμένης σκωρίας (το ρεύμα παρέχεται στη σκωρία μέσω ηλεκτροδίων γραφίτη που βυθίζονται σε αυτήν).
Ωστόσο, τόσο η ανακλαστική όσο και η ηλεκτρική τήξη, βασισμένη σε εξωτερικές πηγές θερμότητας, είναι ατελείς διαδικασίες. Τα σουλφίδια, που αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος των συμπυκνωμάτων χαλκού, έχουν υψηλή θερμιδική αξία. Ως εκ τούτου, εισάγονται όλο και περισσότερο μέθοδοι τήξης που χρησιμοποιούν τη θερμότητα της καύσης των σουλφιδίων (οξειδωτικό - θερμαινόμενος αέρας, αέρας εμπλουτισμένος με οξυγόνο ή τεχνικό οξυγόνο). Λεπτά, προξηραμένα συμπυκνώματα σουλφιδίου εμφυσούνται με ρεύμα οξυγόνου ή αέρα σε κλίβανο που θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία. Τα σωματίδια καίγονται σε εναιώρημα (οξυγόνο-αστραπή τήξη). Τα σουλφίδια μπορούν επίσης να οξειδωθούν σε υγρή κατάσταση. Αυτές οι διεργασίες μελετώνται εντατικά στην ΕΣΣΔ και στο εξωτερικό (Ιαπωνία, Αυστραλία, Καναδάς) και γίνονται η κύρια κατεύθυνση στην ανάπτυξη της πυρομεταλλουργίας θειούχων μεταλλευμάτων χαλκού.
Πλούσια θειούχα μεταλλεύματα (2-3% cu) με υψηλή περιεκτικότητα σε θείο (35-42% s) σε ορισμένες περιπτώσεις αποστέλλονται απευθείας για τήξη σε φρεατικούς κλιβάνους (κλίβανοι με κατακόρυφο χώρο εργασίας). Σε μία από τις ποικιλίες τήξης άξονα (τήξη χαλκού-θείου), προστίθεται λεπτόκοκκ στο φορτίο, το οποίο μειώνει το 2 σε στοιχειακό θείο στους ανώτερους ορίζοντες του κλιβάνου. Ο χαλκός συγκεντρώνεται επίσης στο ματ σε αυτή τη διαδικασία.
Το υγρό ματ που προκύπτει (κυρίως cu 2 s, fes) χύνεται σε έναν μετατροπέα - μια κυλινδρική δεξαμενή κατασκευασμένη από φύλλο χάλυβα, επενδεδυμένη με τούβλα από μαγνησίτη στο εσωτερικό, εξοπλισμένη με μια πλευρική σειρά σωλήνων για έγχυση αέρα και μια συσκευή για περιστροφή γύρω από ένας άξονας. Ο πεπιεσμένος αέρας διοχετεύεται μέσα από το ματ στρώμα. Η μετατροπή των ματ γίνεται σε δύο στάδια. Πρώτον, το θειούχο σίδηρο οξειδώνεται και ο χαλαζίας προστίθεται στον μετατροπέα για να δεσμεύσει τα οξείδια του σιδήρου. σχηματίζεται σκωρία μετατροπέα. Στη συνέχεια ο θειούχος χαλκός οξειδώνεται για να σχηματίσει μεταλλικό μέταλλο και έτσι 2. Αυτή η ακατέργαστη Μ. χύνεται σε καλούπια. Τα πλινθώματα (και μερικές φορές απευθείας λιωμένο ακατέργαστο μέταλλο) αποστέλλονται για διύλιση πυρκαγιάς προκειμένου να εξορυχθούν πολύτιμοι δορυφόροι (au, ag, se, fe, bi και άλλοι) και να αφαιρεθούν οι επιβλαβείς ακαθαρσίες. Βασίζεται στη μεγαλύτερη συγγένεια των ακαθαρσιών μετάλλων για το οξυγόνο από τον χαλκό: fe, zn, co και μερικώς ni και άλλα περνούν σε σκωρία με τη μορφή οξειδίων και το θείο (με τη μορφή του έτσι 2) απομακρύνεται με αέρια. Μετά την αφαίρεση της σκωρίας, το μέταλλο «πειράζεται» για να αποκατασταθεί το cu 2 o που έχει διαλυθεί σε αυτό βυθίζοντας τα άκρα των ακατέργαστων κορμών σημύδας ή πεύκου σε υγρό μέταλλο, μετά από το οποίο χυτεύεται σε επίπεδα καλούπια. Για ηλεκτρολυτικό εξευγενισμό, αυτά τα πλινθώματα αιωρούνται σε ένα λουτρό διαλύματος cuso 4 οξινισμένο με h 2 so 4 . Χρησιμεύουν ως άνοδοι. Όταν διέρχεται ρεύμα, οι άνοδοι διαλύονται και καθαρό μέταλλο εναποτίθεται στις καθόδους—λεπτά φύλλα χαλκού, που λαμβάνονται επίσης με ηλεκτρόλυση σε ειδικά λουτρά μήτρας. Για να διαχωριστούν πυκνές, λείες εναποθέσεις, επιφανειοδραστικά πρόσθετα (κόλλα ξύλου, θειουρία και άλλα) εισάγονται στον ηλεκτρολύτη. Το προκύπτον μέταλλο καθόδου πλένεται με νερό και τήκεται. Ευγενή μέταλλα, se, te και άλλοι πολύτιμοι δορυφόροι μετάλλου συγκεντρώνονται στην λάσπη ανόδου, από την οποία εξάγονται με ειδική επεξεργασία. Νικέλιοσυγκεντρωμένο στον ηλεκτρολύτη. Με την αφαίρεση ορισμένων από τα διαλύματα για εξάτμιση και κρυστάλλωση, μπορεί να ληφθεί ni με τη μορφή θειικού νικελίου.
Μαζί με τις πυρομεταλλουργικές μεθόδους, χρησιμοποιούνται και υδρομεταλλουργικές μέθοδοι για τη λήψη ορυκτών (κυρίως από φτωχά οξειδωμένα και αυτοφυή μεταλλεύματα). Αυτές οι μέθοδοι βασίζονται στην επιλεκτική διάλυση ορυκτών που περιέχουν χαλκό, συνήθως σε ασθενή διαλύματα h 2 so 4 ή αμμωνίας. Από ένα διάλυμα, το μέταλλο είτε καθιζάνει με σίδηρο είτε απομονώνεται με ηλεκτρόλυση με αδιάλυτες ανόδους. Οι μέθοδοι συνδυασμένης υδροεπίπλευσης, στις οποίες οι ενώσεις οξυγόνου του μετάλλου διαλύονται σε διαλύματα θειικού οξέος και τα σουλφίδια διαχωρίζονται με επίπλευση, είναι πολλά υποσχόμενες όταν εφαρμόζονται σε μικτά μεταλλεύματα. Οι υδρομεταλλουργικές διεργασίες σε αυτόκλειστο, οι οποίες λαμβάνουν χώρα σε υψηλές θερμοκρασίες και πίεση, γίνονται επίσης ευρέως διαδεδομένες.
Εφαρμογή. Ο μεγάλος ρόλος του μετάλλου στην τεχνολογία οφείλεται σε μια σειρά από πολύτιμες ιδιότητές του και κυρίως στην υψηλή ηλεκτρική του αγωγιμότητα, πλαστικότητα και θερμική αγωγιμότητα. Χάρη σε αυτές τις ιδιότητες, το M. είναι το κύριο υλικό για τα σύρματα. πάνω από το 50% του εξορυσσόμενου μετάλλου χρησιμοποιείται στην ηλεκτρική βιομηχανία. Όλες οι ακαθαρσίες μειώνουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα του μετάλλου και επομένως στην ηλεκτροτεχνική χρησιμοποιείται το μέταλλο υψηλότερης ποιότητας, που περιέχει τουλάχιστον 99,9% Cu. Η υψηλή θερμική αγωγιμότητα και η αντοχή στη διάβρωση καθιστούν δυνατή την κατασκευή από μεταλλικά κρίσιμα μέρη εναλλάκτη θερμότητας, ψυγεία, συσκευές κενού κ.λπ. Περίπου το 30-40% του μετάλλου χρησιμοποιείται με τη μορφή διαφόρων κραμάτων, μεταξύ των οποίων τα σημαντικότερα είναι ορείχαλκος(από 0 έως 50% zn) και διάφορους τύπους μπρούντζος; κασσίτερος, αλουμίνιο, μόλυβδος, βηρύλλιο κ.λπ. Εκτός από τις ανάγκες της βαριάς βιομηχανίας, των επικοινωνιών και των μεταφορών, μια ορισμένη ποσότητα μετάλλου (κυρίως σε μορφή αλάτων) καταναλώνεται για την παρασκευή ορυκτών χρωστικών, την καταπολέμηση παρασίτων και φυτικές ασθένειες, ως μικρολιπάσματα, και καταλύτες οξειδωτικές διεργασίες, καθώς και στις βιομηχανίες δέρματος και γούνας και στην παραγωγή τεχνητού μεταξιού.
L. V. Vanyukov.
Ο χαλκός ως καλλιτεχνικό υλικό χρησιμοποιείται με εποχή του χαλκού(κοσμήματα, γλυπτική, σκεύη, πιάτα). Τα σφυρήλατα και χυτά προϊόντα από μέταλλο και κράματα είναι διακοσμημένα με κυνήγι, χάραξη και ανάγλυφο. Η ευκολία επεξεργασίας του μετάλλου (λόγω της απαλότητάς του) επιτρέπει στους τεχνίτες να επιτύχουν ποικιλία υφών, προσεκτική επεξεργασία των λεπτομερειών και λεπτή μοντελοποίηση της φόρμας. Τα προϊόντα που κατασκευάζονται από μέταλλο διακρίνονται από την ομορφιά των χρυσών ή κοκκινωπών τόνων τους, καθώς και από την ικανότητά τους να αποκτούν λάμψη όταν γυαλίζονται. Το Μ. είναι συχνά επιχρυσωμένο, πατιναρισμένο, χρωματισμένο και διακοσμημένο με σμάλτο. Από τον 15ο αιώνα, το μέταλλο χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή τυπογραφικών πλακών.
Χαλκός στο σώμα. Μ. - απαραίτητο για τα φυτά και τα ζώα ιχνοστοιχείο. Η κύρια βιοχημική λειτουργία του Μ. είναι η συμμετοχή σε ενζυμικές αντιδράσεις ως ενεργοποιητής ή ως μέρος ενζύμων που περιέχουν χαλκό. Η ποσότητα του Μ στα φυτά κυμαίνεται από 0,0001 έως 0,05% (ανά ξηρή ουσία) και εξαρτάται από τον τύπο του φυτού και την περιεκτικότητα σε Μ στο έδαφος. Στα φυτά, το Μ. είναι συστατικό των ενζύμων οξειδασών και της πρωτεΐνης πλαστοκυανίνης. Σε βέλτιστες συγκεντρώσεις, το Μ. αυξάνει την αντίσταση των φυτών στο κρύο και προάγει την ανάπτυξη και την ανάπτυξή τους. Μεταξύ των ζώων, τα πλουσιότερα σε Μ. είναι μερικά ασπόνδυλα (μαλάκια και καρκινοειδή σε αιμοκυανίνηπεριέχει 0,15-0,26% Μ.). Όταν λαμβάνεται με τροφή, το Μ. απορροφάται στα έντερα, συνδέεται με την πρωτεΐνη του ορού του αίματος - λευκωματίνη, στη συνέχεια απορροφάται από το ήπαρ, από όπου επιστρέφει στο αίμα ως μέρος της πρωτεΐνης σερουλοπλασμίνη και μεταφέρεται σε όργανα και ιστούς.
Η περιεκτικότητα σε M. στους ανθρώπους ποικίλλει (ανά 100 σολξηρό βάρος) από 5 mgστο ήπαρ έως 0,7 mgστα οστά, στα σωματικά υγρά - από 100 mcg(ανά 100 ml) στο αίμα έως 10 mcgστο εγκεφαλονωτιαίο υγρό? Το συνολικό Μ. στο σώμα του ενήλικα είναι περίπου 100 mg. Το Μ. είναι μέρος ενός αριθμού ενζύμων (για παράδειγμα, τυροσινάση, οξειδάση κυτοχρώματος) και διεγείρει την αιμοποιητική λειτουργία του μυελού των οστών. Μικρές δόσεις Μ. επηρεάζουν το μεταβολισμό των υδατανθράκων (μείωση του σακχάρου στο αίμα), των μετάλλων (μειωμένη ποσότητα φωσφόρου στο αίμα) κ.λπ. Η αύξηση του Μ. στο αίμα οδηγεί στη μετατροπή των ενώσεων του ορυκτού σιδήρου σε οργανικές, διεγείρει τη χρήση του σιδήρου που συσσωρεύεται στο ήπαρ κατά τη διάρκεια της σύνθεσης αιμοσφαιρίνη.
Με ανεπάρκεια Μ., τα δημητριακά προσβάλλονται από τη λεγόμενη ασθένεια επεξεργασίας και τα οπωροφόρα φυτά προσβάλλονται από το εξάνθημα. στα ζώα, η απορρόφηση και η χρήση του σιδήρου μειώνεται, γεγονός που οδηγεί σε αναιμίασυνοδεύεται από διάρροια και εξάντληση. Χρησιμοποιούνται μικρολιπάσματα χαλκού και τα ζώα τρέφονται με άλατα Μ. Η δηλητηρίαση από Μ. οδηγεί σε αναιμία, ηπατική νόσο και νόσο του Wilson. Στον άνθρωπο, η δηλητηρίαση συμβαίνει σπάνια λόγω των λεπτών μηχανισμών απορρόφησης και απέκκρισης του Μ. Ωστόσο, σε μεγάλες δόσεις, το Μ. προκαλεί εμετό. όταν απορροφηθεί το Μ. μπορεί να εμφανιστεί γενική δηλητηρίαση (διάρροια, εξασθένηση της αναπνοής και της καρδιακής δραστηριότητας, ασφυξία, κώμα).
I. F. Gribovskaya.
Στην ιατρική, το M. sulfate χρησιμοποιείται ως αντισηπτικό και στυπτικό με τη μορφή οφθαλμικών σταγόνων για την επιπεφυκίτιδα και μολυβιών ματιών για τη θεραπεία του τραχώματος. Ένα διάλυμα θειικού Μ. χρησιμοποιείται επίσης για δερματικά εγκαύματα με φώσφορο. Μερικές φορές το M. sulfate χρησιμοποιείται ως εμετικό. Το νιτρικό M. χρησιμοποιείται ως οφθαλμική αλοιφή για το τράχωμα και την επιπεφυκίτιδα.
Λιτ.: Smirnov V.I., Metallurgy of copper and nickel, Sverdlovsk - M., 1950; Avetisyan Kh. K., Metallurgy of blister copper, Μ., 1954; Ghazaryan L. M., Pyrometallurgy of copper, Μ., 1960; Metallurgist's Guide to Non-Ferrous Metals, επιμέλεια N. N. Murach, 2nd ed., vol. 1, M., 1953, vol. 2, M., 1947; Levinson N. p., [Προϊόντα κατασκευασμένα από μη σιδηρούχα και σιδηρούχα μέταλλα], στο βιβλίο: Russian decorative art, τ. 1-3, M., 1962-65; hadaway w. s., εικονογραφήσεις μεταλλοτεχνίας σε ορείχαλκο και χαλκό κυρίως στη Νότια Ινδία, Μαντράς, 1913; Wainwright g. α., η εμφάνιση κασσίτερου και χαλκού κοντά στο βυβίο, «journal of Egyptian archaeology», 1934, v. 20, pt 1, p. 29-32; μπεργκς; ε σελ., η διαδικασία επιχρύσωσης και η μεταλλουργία του χαλκού και του μολύβδου μεταξύ των προκολομβιανών Ινδών, kbh., 1938; Frieden E., Ο ρόλος των ενώσεων χαλκού στη φύση, στο βιβλίο: Horizons of Biochemistry, μετάφραση από τα αγγλικά, Μ., 1964; αυτόν. Biochemistry of copper, στο βιβλίο: Molecules and Cells, μετάφραση από τα αγγλικά, στο. 4, Μ., 1969; Βιολογικός ρόλος του χαλκού, Μ., 1970.
κατεβάστε την περίληψη
Ο χαλκός είναι στοιχείο της δευτερεύουσας υποομάδας της πρώτης ομάδας, της τέταρτης περιόδου του περιοδικού πίνακα των χημικών στοιχείων του D.I. Mendeleev, με ατομικό αριθμό 29. Ορίζεται με το σύμβολο Cu (lat. Cuprum).
Ατομικός αριθμός - 29
Ατομική μάζα - 63.546
Πυκνότητα, kg/m³ - 8960
Σημείο τήξεως, °C - 1083
Θερμοχωρητικότητα, kJ/(kg °C) - 0,385
Ηλεκτραρνητικότητα - 1,9
Ομοιοπολική ακτίνα, Å - 1,17
1ος ιοντισμός δυναμικό, eV - 7,73
Ο χαλκός εμφανίζεται στη φύση τόσο σε ενώσεις όσο και σε φυσική μορφή. Βιομηχανικής σημασίας είναι ο χαλκοπυρίτης CuFeS2, γνωστός και ως πυρίτης χαλκού, ο χαλκοκίτης Cu2S και ο βορνίτης Cu5FeS4. Μαζί με αυτά βρίσκονται και άλλα ορυκτά χαλκού: κοβελλίτης CuS, χαλκός Cu2O, αζουρίτης Cu3(CO3)2(OH)2, μαλαχίτης Cu2CO3(OH)2. Μερικές φορές ο χαλκός βρίσκεται σε φυσική μορφή· η μάζα των μεμονωμένων συστάδων μπορεί να φτάσει τους 400 τόνους. Τα σουλφίδια του χαλκού σχηματίζονται κυρίως σε υδροθερμικές φλέβες μέσης θερμοκρασίας. Κοιτάσματα χαλκού βρίσκονται επίσης συχνά σε ιζηματογενή πετρώματα - χαλκούχους ψαμμίτες και σχιστόλιθους. Τα πιο διάσημα κοιτάσματα αυτού του τύπου είναι το Udokan στην περιοχή Chita, το Dzhezkazgan στο Καζακστάν, η ζώνη χαλκού της Κεντρικής Αφρικής και το Mansfeld στη Γερμανία.
Το μεγαλύτερο μέρος του μεταλλεύματος χαλκού εξορύσσεται με εξόρυξη ανοιχτού λάκκου. Η περιεκτικότητα σε χαλκό στο μετάλλευμα κυμαίνεται από 0,4 έως 1,0%. Φυσικές ιδιότητες του χαλκού
Ο χαλκός είναι ένα χρυσοροζ όλκιμο μέταλλο· στον αέρα καλύπτεται γρήγορα με ένα φιλμ οξειδίου, που του δίνει μια χαρακτηριστική έντονη κιτρινοκόκκινη απόχρωση. Ο χαλκός έχει υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα (κατέχει τη δεύτερη θέση σε ηλεκτρική αγωγιμότητα μετά το ασήμι). Έχει δύο σταθερά ισότοπα - 63Cu και 65Cu, και αρκετά ραδιενεργά ισότοπα. Το μακροβιότερο από αυτά, το 64Cu, έχει χρόνο ημιζωής 12,7 ώρες και δύο λειτουργίες αποσύνθεσης με διαφορετικά προϊόντα.
Το χρώμα του χαλκού είναι κόκκινο, ροζ όταν σπάει και πρασινωπό-μπλε όταν είναι ημιδιαφανές σε λεπτές στρώσεις. Το μέταλλο έχει ένα επικεντρωμένο κυβικό πλέγμα με παράμετρο a = 3,6074 Å. πυκνότητα 8,96 g/cm3 (20 °C). Ατομική ακτίνα 1,28 Å; ιοντικές ακτίνες Cu+ 0,98 Å; Сu2+ 0,80 Å; τήξη 1083 °C; σημείο βρασμού 2600 °C; ειδική θερμοχωρητικότητα (στους 20 °C) 385,48 J/(kg K), δηλ. 0,092 cal/(g °C). Οι πιο σημαντικές και ευρέως χρησιμοποιούμενες ιδιότητες του χαλκού: υψηλή θερμική αγωγιμότητα - στους 20 °C 394.279 W/(m K), δηλαδή 0,941 cal/(cm sec °C). χαμηλή ηλεκτρική αντίσταση - στους 20 °C 1,68·10-8 ohm·m. Ο θερμικός συντελεστής γραμμικής διαστολής είναι 17,0·10-6. Η τάση ατμών πάνω από τον χαλκό είναι αμελητέα· μια πίεση 133,322 n/m2 (δηλαδή 1 mm Hg) επιτυγχάνεται μόνο στους 1628 °C. Ο χαλκός είναι διαμαγνητικός. ατομική μαγνητική επιδεκτικότητα 5,27·10-6. Η σκληρότητα Brinell του χαλκού είναι 350 Mn/m2 (δηλ. 35 kgf/mm2). αντοχή σε εφελκυσμό 220 MN/m2 (δηλ. 22 kgf/mm2). σχετική επιμήκυνση 60%, μέτρο ελαστικότητας 132·103 MN/m2 (δηλ. 13,2·103 kgf/mm2). Με τη σκλήρυνση, η αντοχή σε εφελκυσμό μπορεί να αυξηθεί στα 400-450 Mn/m2, ενώ η επιμήκυνση μειώνεται στο 2%, και η ηλεκτρική αγωγιμότητα μειώνεται κατά 1-3.
Χαλκός(λατ. Cuprum), Cu, χημικό στοιχείο της ομάδας Ι του περιοδικού συστήματος του Mendeleev; ατομικός αριθμός 29, ατομική μάζα 63,546; μαλακό, ελατό κόκκινο μέταλλο. Το φυσικό μέταλλο αποτελείται από ένα μείγμα δύο σταθερών ισοτόπων - 63 Cu (69,1%) και 65 Cu (30,9%).
Ιστορική αναφορά.Το Μ. είναι ένα από τα μέταλλα γνωστά από την αρχαιότητα. Η πρώιμη γνωριμία του ανθρώπου με τον Μ. διευκολύνθηκε από το γεγονός ότι εμφανίζεται στη φύση σε ελεύθερη κατάσταση με τη μορφή ψήγματα (βλ. Εγγενής χαλκός), που μερικές φορές φτάνουν σε σημαντικά μεγέθη. Το μέταλλο και τα κράματά του έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη του υλικού πολιτισμού (βλ. Η εποχή του Χαλκού). Λόγω της εύκολης αναγωγιμότητας των οξειδίων και των ανθρακικών αλάτων, το μέταλλο ήταν προφανώς το πρώτο μέταλλο που ο άνθρωπος έμαθε να αναγάγει από ενώσεις οξυγόνου που περιέχονται στα μεταλλεύματα. Η λατινική ονομασία M. προέρχεται από το όνομα του νησιού της Κύπρου, όπου οι αρχαίοι Έλληνες εξόρυζαν μεταλλεύματα χαλκού. Στην αρχαιότητα, για την επεξεργασία του βράχου, το ζέσταιναν σε φωτιά και ψύχονταν γρήγορα και ο βράχος ράγιζε. Ήδη υπό αυτές τις συνθήκες, οι διαδικασίες αποκατάστασης ήταν δυνατές. Στη συνέχεια έγινε αποκατάσταση σε πυρκαγιές με μεγάλη ποσότητα άνθρακα και με έγχυση αέρα μέσω σωλήνων και φυσούνων. Οι φωτιές περικυκλώθηκαν από τείχη που σταδιακά υψώνονταν, γεγονός που οδήγησε στη δημιουργία φρεατόκαμινου. Αργότερα, οι μέθοδοι αναγωγής έδωσαν τη θέση τους στην οξειδωτική τήξη θειούχων μεταλλευμάτων χαλκού για την παραγωγή ενδιάμεσων προϊόντων - ματ (κράμα θειούχων), στο οποίο συγκεντρώνεται μέταλλο, και σκωρία (κράμα οξειδίων).
Κατανομή στη φύση.Η μέση περιεκτικότητα σε μέταλλο στον φλοιό της γης (Clarke) είναι 4,7 10 -3% (κατά μάζα)· στο κατώτερο τμήμα του φλοιού της γης, που αποτελείται από βασικά πετρώματα, υπάρχει περισσότερο από αυτό (1 10 -2%) από στο ανώτερο τμήμα (2 %).10 -3%), όπου κυριαρχούν οι γρανίτες και άλλα όξινα πυριγενή πετρώματα. Ο Μ. μεταναστεύει δυναμικά τόσο στα ζεστά νερά των βάθους όσο και στα ψυχρά διαλύματα της βιόσφαιρας. Το υδρόθειο καθιζάνει διάφορα ορυκτά θειούχα από φυσικά νερά, τα οποία έχουν μεγάλη βιομηχανική σημασία. Μεταξύ των πολυάριθμων ορυκτών των ορυκτών, κυριαρχούν τα σουλφίδια, τα φωσφορικά, τα θειικά και τα χλωριούχα· τα φυσικά ορυκτά, τα ανθρακικά και τα οξείδια είναι επίσης γνωστά.
Το Μ. είναι σημαντικό στοιχείο της ζωής· εμπλέκεται σε πολλές φυσιολογικές διεργασίες. Η μέση περιεκτικότητα σε M στη ζωντανή ύλη είναι 2·10 -4%· οι οργανισμοί είναι γνωστό ότι είναι συγκεντρωτές του M. Στην τάιγκα και σε άλλα υγρά κλιματικά τοπία, το M εκπλένεται σχετικά εύκολα από όξινα εδάφη· εδώ κατά τόπους υπάρχει έλλειψη Μ και συναφείς ασθένειες φυτών και ζώων (ιδιαίτερα σε άμμο και τύρφη). Στις στέπες και τις ερήμους (με χαρακτηριστικά ασθενώς αλκαλικά διαλύματα), το Μ. είναι ανενεργό. Σε περιοχές με κοιτάσματα ορυκτών, υπάρχει περίσσεια σε εδάφη και φυτά, με αποτέλεσμα να αρρωσταίνουν τα οικόσιτα ζώα.
Υπάρχει πολύ λίγο M στο νερό του ποταμού, 1·10 -7%. Τα βρύα που εισάγονται στον ωκεανό από την απορροή σχετικά γρήγορα μετατρέπονται σε θαλάσσια λάσπη. Ως εκ τούτου, οι άργιλοι και οι σχιστόλιθοι είναι κάπως εμπλουτισμένοι σε Μ (5,7·10-3%) και το θαλασσινό νερό είναι έντονα υποκορεσμένο με Μ (3·10-7%).
Στις θάλασσες των περασμένων γεωλογικών εποχών, κατά τόπους υπήρξε σημαντική συσσώρευση ορυκτών σε λάσπες, που οδήγησαν στο σχηματισμό κοιτασμάτων (για παράδειγμα, το Mansfeld στη Λαϊκή Δημοκρατία της Γερμανίας). Μεταναστεύει έντονα στα υπόγεια ύδατα της βιόσφαιρας· η συσσώρευση μεταλλευμάτων Μ σε ψαμμίτες συνδέεται με αυτές τις διεργασίες.
ΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ.Το χρώμα του Μ. είναι κόκκινο, ροζ όταν σπάει και πρασινωπό-μπλε όταν είναι ημιδιαφανές σε λεπτές στρώσεις. Το μέταλλο έχει ένα επικεντρωμένο κυβικό πλέγμα με την παράμετρο ΕΝΑ= 3,6074; πυκνότητα 8,96 g/cm 3(20°C). Ατομική ακτίνα 1,28; ιοντικές ακτίνες Cu + 0,98; Cu 2+ 0,80; t pl. 1083°C; tδέρμα μόσχου ακατέργαστου. 2600 °C; ειδική θερμοχωρητικότητα (στους 20 °C) 385,48 ι/(κιλά Κ), δηλαδή 0,092 περιττώματα/(ΣΟΛ·°C). Οι πιο σημαντικές και ευρέως χρησιμοποιούμενες ιδιότητες του M.: υψηλή θερμική αγωγιμότητα - στους 20 °C 394.279 Τρ/(μ Κ), δηλαδή 0,941 περιττώματα/(cm·sec·°C); χαμηλή ηλεκτρική αντίσταση - στους 20 °C 1,68 10 -8 ωμ μ. Ο θερμικός συντελεστής γραμμικής διαστολής είναι 17,0·10 -6. Η τάση ατμών πάνω από το Μ. είναι αμελητέα, πίεση 133,322 n/m 2(δηλαδή 1 mmHg Τέχνη.) επιτυγχάνεται μόνο στους 1628 °C. Το Μ. είναι διαμαγνητικό. ατομική μαγνητική επιδεκτικότητα 5,27·10 -6. Σκληρότητα Brinell 350 Mn/m 2(δηλαδή 35 kgf/mm 2) αντοχή σε εφελκυσμό 220 Mn/m 2(δηλαδή 22 kgf/mm 2) σχετική επιμήκυνση 60%, μέτρο ελαστικότητας 132 10 3 Mn/m 2(δηλαδή, 13.2 10 3 kgf/mm 2). Με τη σκλήρυνση, η αντοχή σε εφελκυσμό μπορεί να αυξηθεί σε 400-450 Mn/m 2, ενώ η επιμήκυνση μειώνεται στο 2%, και η ηλεκτρική αγωγιμότητα μειώνεται κατά 1-3%. Η ανόπτηση του μεταλλικού κατεργασμένου εν ψυχρώ θα πρέπει να πραγματοποιείται στους 600-700 °C. Μικρές ακαθαρσίες Bi (χιλιάδες %) και Pb (εκατοστά %) κάνουν το M. ερυθρό-εύθραυστο, και η ανάμειξη του S προκαλεί ευθραυστότητα στο κρύο.
Όσον αφορά τις χημικές ιδιότητες, το Μ. καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση μεταξύ των στοιχείων της πρώτης τριάδας της ομάδας VIII και των αλκαλικών στοιχείων της ομάδας Ι του περιοδικού συστήματος. Το Μ, όπως το Fe, το Co και το Ni, είναι επιρρεπές σε σχηματισμό συμπλόκων και παράγει έγχρωμες ενώσεις, αδιάλυτα σουλφίδια κ.λπ. Η ομοιότητα με τα αλκαλικά μέταλλα είναι ασήμαντη. Έτσι, το Μ σχηματίζει έναν αριθμό μονοσθενών ενώσεων, αλλά η 2-σθενής κατάσταση είναι πιο χαρακτηριστική γι 'αυτό. Τα άλατα μονοσθενούς μαγνησίου είναι πρακτικά αδιάλυτα στο νερό και οξειδώνονται εύκολα σε ενώσεις δισθενούς μαγνησίου. τα δισθενή άλατα, αντίθετα, είναι πολύ διαλυτά στο νερό και διασπώνται πλήρως σε αραιά διαλύματα. Τα ενυδατωμένα ιόντα Cu 2+ είναι μπλε. Ενώσεις στις οποίες το Μ είναι 3-σθενές είναι επίσης γνωστές. Έτσι, με τη δράση του υπεροξειδίου του νατρίου σε ένα διάλυμα χαλκού νατρίου Na 2 CuO 2, λαμβάνεται το οξείδιο Cu 2 O 3 - μια κόκκινη σκόνη που αρχίζει να απελευθερώνει οξυγόνο ήδη στους 100 ° C. Το Cu 2 O 3 είναι ένας ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας (για παράδειγμα, απελευθερώνει χλώριο από το υδροχλωρικό οξύ).
Η χημική δραστηριότητα του Μ. είναι χαμηλή. Το συμπαγές μέταλλο δεν αλληλεπιδρά με τον ξηρό αέρα και το οξυγόνο σε θερμοκρασίες κάτω των 185 °C. Παρουσία υγρασίας και CO 2, σχηματίζεται ένα πράσινο φιλμ βασικού ανθρακικού στην επιφάνεια του μετάλλου. Όταν το μέταλλο θερμαίνεται στον αέρα, λαμβάνει χώρα οξείδωση της επιφάνειας. κάτω από τους 375 °C, σχηματίζεται CuO και στην περιοχή 375-1100 °C, με ατελή οξείδωση του μετάλλου, σχηματίζεται κλίμακα δύο στρώσεων, στο επιφανειακό στρώμα του οποίου υπάρχει CuO και στο εσωτερικό στρώμα - Cu 2 O (βλ. Οξείδια χαλκού). Το υγρό χλώριο αλληλεπιδρά με μέταλλα ήδη σε κανονικές θερμοκρασίες, σχηματίζοντας χλωριούχο CuCl 2, το οποίο είναι εξαιρετικά διαλυτό στο νερό. Το M συνδυάζεται εύκολα με άλλα αλογόνα (βλ. Αλογονίδια του χαλκού). Ο Μ. δείχνει ιδιαίτερη συγγένεια με το θείο και το σελήνιο. Έτσι, καίγεται σε ατμούς θείου (βλ. Θειούχα χαλκού). Το Μ. δεν αντιδρά με υδρογόνο, άζωτο και άνθρακα ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες. Η διαλυτότητα του υδρογόνου σε στερεό μέταλλο είναι ασήμαντη και στους 400 °C είναι 0,06 mgστα 100 σολΜ. Το υδρογόνο και άλλα εύφλεκτα αέρια (CO, CH 4), που δρουν σε υψηλές θερμοκρασίες σε μεταλλικά πλινθώματα που περιέχουν Cu 2 O, το ανάγουν σε μέταλλο με το σχηματισμό CO 2 και υδρατμών. Αυτά τα προϊόντα, όντας αδιάλυτα στο μέταλλο, απελευθερώνονται από αυτό, προκαλώντας την εμφάνιση ρωγμών, που επιδεινώνουν απότομα τις μηχανικές ιδιότητες του μετάλλου.
Όταν το NH 3 περνά πάνω από ζεστό μέταλλο, σχηματίζεται Cu 3 N. Ήδη σε θερμή θερμοκρασία, το μέταλλο εκτίθεται σε οξείδια του αζώτου, δηλαδή NO, N 2 O (με το σχηματισμό Cu 2 O) και NO 2 (με το σχηματισμό του CuO). Τα καρβίδια Cu 2 C 2 και CuC 2 μπορούν να ληφθούν με τη δράση του ακετυλενίου σε διαλύματα αμμωνίας αλάτων Μ. Το κανονικό δυναμικό ηλεκτροδίου του M για την αντίδραση Cu 2+ + 2e Cu είναι +0,337 V, και για την αντίδραση Cu + + e Cu είναι +0,52 V. Επομένως, ο σίδηρος εκτοπίζεται από τα άλατά του από περισσότερα ηλεκτραρνητικά στοιχεία (ο σίδηρος χρησιμοποιείται στη βιομηχανία) και δεν διαλύεται σε μη οξειδωτικά οξέα. Στο νιτρικό οξύ, το Μ. διαλύεται με το σχηματισμό Cu(NO 3) 2 και οξειδίων του αζώτου, σε θερμή συγκέντρωση H 2 SO 4 - με σχηματισμό CuSO 4 και SO 2, σε θερμαινόμενο αραιωμένο H 2 SO 4 - όταν διοχετεύεται αέρας μέσω του διαλύματος. Όλα τα άλατα του Μ. είναι δηλητηριώδη (βλ. Ανθρακικά άλατα χαλκού, Νιτρικός χαλκός, Θειικός χαλκός).
Το Μ. σε δι- και μονοσθενή κατάσταση σχηματίζει πολυάριθμες πολύ σταθερές σύνθετες ενώσεις. Παραδείγματα σύνθετων ενώσεων μονοσθενούς μετάλλου: (NH 4) 2 CuBr 3; K 3 Cu(CN) 4 - σύμπλοκα τύπου διπλού άλατος. [Cu (SC (NH 2)) 2 ]CI και άλλα. Παραδείγματα σύνθετων ενώσεων δισθενούς μετάλλου: CsCuCI 3, K 2 CuCl 4 - ένας τύπος διπλών αλάτων. Οι ενώσεις του συμπλόκου αμμωνίας του Μ έχουν μεγάλη βιομηχανική σημασία: [Cu (NH 3) 4 ] SO 4 , [Cu (NH 3) 2 ] SO 4 .
Παραλαβή.Τα μεταλλεύματα χαλκού χαρακτηρίζονται από χαμηλή περιεκτικότητα σε Μ. Επομένως, πριν από την τήξη, το λεπτοαλεσμένο μετάλλευμα υποβάλλεται σε μηχανικό εμπλουτισμό. Σε αυτή την περίπτωση, πολύτιμα ορυκτά διαχωρίζονται από το μεγαλύτερο μέρος των απορριμμάτων πετρωμάτων. Ως αποτέλεσμα, λαμβάνεται ένας αριθμός εμπορικών συμπυκνωμάτων (για παράδειγμα, χαλκός, ψευδάργυρος, πυρίτης) και απορρίμματα.
Στην παγκόσμια πρακτική, το 80% των μετάλλων εξάγεται από συμπυκνώματα χρησιμοποιώντας πυρομεταλλουργικές μεθόδους που βασίζονται στην τήξη ολόκληρης της μάζας του υλικού. Κατά τη διαδικασία τήξης, λόγω της μεγαλύτερης συγγένειας του μαγνησίου για το θείο και της μεγαλύτερης συγγένειας των απορριμμάτων πετρωμάτων και συστατικών σιδήρου για το οξυγόνο, το μαγνήσιο συγκεντρώνεται στο τήγμα των σουλφιδίων (ματ) και τα οξείδια σχηματίζουν σκωρία. Το ματ διαχωρίζεται από τη σκωρία με καθίζηση.
Στα περισσότερα σύγχρονα εργοστάσια, η τήξη πραγματοποιείται σε αντηχητικούς ή ηλεκτρικούς φούρνους. Σε κλιβάνους αντήχησης, ο χώρος εργασίας επιμηκύνεται στην οριζόντια κατεύθυνση. περιοχή εστίας 300 m 2και άλλα (30 Μ 10 Μ), η θερμότητα που απαιτείται για την τήξη λαμβάνεται με την καύση καυσίμου άνθρακα (φυσικό αέριο, μαζούτ, κονιοποιημένος άνθρακας) στον χώρο αερίου πάνω από την επιφάνεια του λουτρού. Σε ηλεκτρικούς κλιβάνους, η θερμότητα λαμβάνεται με τη διέλευση ενός ηλεκτρικού ρεύματος μέσω τηγμένης σκωρίας (το ρεύμα παρέχεται στη σκωρία μέσω ηλεκτροδίων γραφίτη που βυθίζονται σε αυτήν).
Ωστόσο, τόσο η ανακλαστική όσο και η ηλεκτρική τήξη, βασισμένη σε εξωτερικές πηγές θερμότητας, είναι ατελείς διαδικασίες. Τα σουλφίδια, που αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος των συμπυκνωμάτων χαλκού, έχουν υψηλή θερμιδική αξία. Ως εκ τούτου, εισάγονται όλο και περισσότερο μέθοδοι τήξης που χρησιμοποιούν τη θερμότητα της καύσης των σουλφιδίων (οξειδωτικό - θερμαινόμενος αέρας, αέρας εμπλουτισμένος με οξυγόνο ή τεχνικό οξυγόνο). Λεπτά, προξηραμένα συμπυκνώματα σουλφιδίου εμφυσούνται με ρεύμα οξυγόνου ή αέρα σε κλίβανο που θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία. Τα σωματίδια καίγονται σε εναιώρημα (οξυγόνο-αστραπή τήξη). Τα σουλφίδια μπορούν επίσης να οξειδωθούν σε υγρή κατάσταση. Αυτές οι διεργασίες μελετώνται εντατικά στην ΕΣΣΔ και στο εξωτερικό (Ιαπωνία, Αυστραλία, Καναδάς) και γίνονται η κύρια κατεύθυνση στην ανάπτυξη της πυρομεταλλουργίας θειούχων μεταλλευμάτων χαλκού.
Πλούσια θειούχα μεταλλεύματα (2-3% Cu) με υψηλή περιεκτικότητα σε θείο (35-42% S) σε ορισμένες περιπτώσεις αποστέλλονται απευθείας για τήξη σε φρεατικούς κλιβάνους (καμίνους με κατακόρυφο χώρο εργασίας). Σε μια από τις ποικιλίες τήξης άξονα (τήξη χαλκού-θείου), προστίθεται στο φορτίο λεπτόκοκκος, το οποίο μειώνει το SO 2 σε στοιχειακό θείο στους ανώτερους ορίζοντες του κλιβάνου. Ο χαλκός συγκεντρώνεται επίσης στο ματ σε αυτή τη διαδικασία.
Το προκύπτον υγρό ματ (κυρίως Cu 2 S, FeS) χύνεται σε έναν μετατροπέα - μια κυλινδρική δεξαμενή από φύλλο χάλυβα, επενδεδυμένη με τούβλα από μαγνησίτη στο εσωτερικό, εξοπλισμένη με μια πλευρική σειρά σωλήνων για έγχυση αέρα και μια συσκευή για περιστροφή γύρω από ένας άξονας. Ο πεπιεσμένος αέρας διοχετεύεται μέσα από το ματ στρώμα. Η μετατροπή των ματ γίνεται σε δύο στάδια. Πρώτον, το θειούχο σίδηρο οξειδώνεται και ο χαλαζίας προστίθεται στον μετατροπέα για να δεσμεύσει τα οξείδια του σιδήρου. σχηματίζεται σκωρία μετατροπέα. Στη συνέχεια ο θειούχος χαλκός οξειδώνεται για να σχηματίσει μεταλλικό μέταλλο και SO 2 . Αυτή η ακατέργαστη Μ. χύνεται σε καλούπια. Τα πλινθώματα (και μερικές φορές απευθείας λιωμένο ακατέργαστο μέταλλο) αποστέλλονται για διύλιση πυρκαγιάς προκειμένου να εξαχθούν πολύτιμοι δορυφόροι (Au, Ag, Se, Fe, Bi και άλλοι) και να αφαιρεθούν οι επιβλαβείς ακαθαρσίες. Βασίζεται στη μεγαλύτερη συγγένεια των ακαθαρσιών μετάλλων για το οξυγόνο από τον χαλκό: Fe, Zn, Co και εν μέρει Ni και άλλα περνούν σε σκωρία με τη μορφή οξειδίων και το θείο (με τη μορφή SO 2) απομακρύνεται με αέρια. Μετά την αφαίρεση της σκωρίας, το μέταλλο «πειράζεται» για να αποκατασταθεί το Cu 2 O που έχει διαλυθεί σε αυτό βυθίζοντας τα άκρα ακατέργαστων κορμών σημύδας ή πεύκου σε υγρό μέταλλο, μετά από το οποίο χυτεύεται σε επίπεδα καλούπια. Για ηλεκτρολυτικό εξευγενισμό, αυτά τα πλινθώματα εναιωρούνται σε ένα λουτρό διαλύματος CuSO 4 οξινισμένου με H 2 SO 4 . Χρησιμεύουν ως άνοδοι. Όταν διέρχεται ρεύμα, οι άνοδοι διαλύονται και καθαρό μέταλλο εναποτίθεται στις καθόδους—λεπτά φύλλα χαλκού, που λαμβάνονται επίσης με ηλεκτρόλυση σε ειδικά λουτρά μήτρας. Για να διαχωριστούν πυκνές, λείες εναποθέσεις, επιφανειοδραστικά πρόσθετα (κόλλα ξύλου, θειουρία και άλλα) εισάγονται στον ηλεκτρολύτη. Το προκύπτον μέταλλο καθόδου πλένεται με νερό και τήκεται. Ευγενή μέταλλα, Se, Te και άλλοι πολύτιμοι δορυφόροι μετάλλου συγκεντρώνονται στην λάσπη ανόδου, από την οποία εξάγονται με ειδική επεξεργασία. Νικέλιοσυγκεντρωμένο στον ηλεκτρολύτη. Αφαιρώντας μερικά από τα διαλύματα για εξάτμιση και κρυστάλλωση, μπορεί να ληφθεί Ni με τη μορφή θειικού νικελίου.
Μαζί με τις πυρομεταλλουργικές μεθόδους, χρησιμοποιούνται και υδρομεταλλουργικές μέθοδοι για τη λήψη ορυκτών (κυρίως από φτωχά οξειδωμένα και αυτοφυή μεταλλεύματα). Αυτές οι μέθοδοι βασίζονται στην επιλεκτική διάλυση ορυκτών που περιέχουν χαλκό, συνήθως σε ασθενή διαλύματα H 2 SO 4 ή αμμωνίας. Από ένα διάλυμα, το μέταλλο είτε καθιζάνει με σίδηρο είτε απομονώνεται με ηλεκτρόλυση με αδιάλυτες ανόδους. Οι μέθοδοι συνδυασμένης υδροεπίπλευσης, στις οποίες οι ενώσεις οξυγόνου του μετάλλου διαλύονται σε διαλύματα θειικού οξέος και τα σουλφίδια διαχωρίζονται με επίπλευση, είναι πολλά υποσχόμενες όταν εφαρμόζονται σε μικτά μεταλλεύματα. Οι υδρομεταλλουργικές διεργασίες σε αυτόκλειστο, οι οποίες λαμβάνουν χώρα σε υψηλές θερμοκρασίες και πίεση, γίνονται επίσης ευρέως διαδεδομένες.
Εφαρμογή.Ο μεγάλος ρόλος του μετάλλου στην τεχνολογία οφείλεται σε μια σειρά από πολύτιμες ιδιότητές του και κυρίως στην υψηλή ηλεκτρική του αγωγιμότητα, πλαστικότητα και θερμική αγωγιμότητα. Χάρη σε αυτές τις ιδιότητες, το M. είναι το κύριο υλικό για τα σύρματα. πάνω από το 50% του εξορυσσόμενου μετάλλου χρησιμοποιείται στην ηλεκτρική βιομηχανία. Όλες οι ακαθαρσίες μειώνουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα του μετάλλου και ως εκ τούτου υψηλής ποιότητας μέταλλο που περιέχει τουλάχιστον 99,9% Cu χρησιμοποιείται στην ηλεκτρική μηχανική. Η υψηλή θερμική αγωγιμότητα και η αντοχή στη διάβρωση καθιστούν δυνατή την κατασκευή από μεταλλικά κρίσιμα μέρη εναλλάκτη θερμότητας, ψυγεία, συσκευές κενού κ.λπ. Περίπου το 30-40% του μετάλλου χρησιμοποιείται με τη μορφή διαφόρων κραμάτων, μεταξύ των οποίων τα σημαντικότερα είναι ορείχαλκος(από 0 έως 50% Zn) και διάφορους τύπους μπρούντζος; κασσίτερος, αλουμίνιο, μόλυβδος, βηρύλλιο κ.λπ. (για περισσότερες λεπτομέρειες, βλ Κράματα χαλκού). Εκτός από τις ανάγκες της βαριάς βιομηχανίας, των επικοινωνιών και των μεταφορών, μια ορισμένη ποσότητα μετάλλου (κυρίως σε μορφή αλάτων) καταναλώνεται για την παρασκευή ορυκτών χρωστικών, τον έλεγχο παρασίτων και φυτικών ασθενειών, ως μικρολιπάσματα, καταλύτες για διεργασίες οξείδωσης , καθώς και στις βιομηχανίες δέρματος και γούνας και στην παραγωγή τεχνητού μεταξιού.
L. V. Vanyukov.
Ο χαλκός ως καλλιτεχνικό υλικό χρησιμοποιείται με εποχή του χαλκού(κοσμήματα, γλυπτική, σκεύη, πιάτα). Σφυρήλατα και χυτά προϊόντα από μέταλλο και κράματα (βλ. Μπρούντζος) είναι διακοσμημένα με κυνήγι, χάραξη και ανάγλυφο. Η ευκολία επεξεργασίας του μετάλλου (λόγω της απαλότητάς του) επιτρέπει στους τεχνίτες να επιτύχουν ποικιλία υφών, προσεκτική επεξεργασία των λεπτομερειών και λεπτή μοντελοποίηση της φόρμας. Τα προϊόντα που κατασκευάζονται από μέταλλο διακρίνονται από την ομορφιά των χρυσών ή κοκκινωπών τόνων τους, καθώς και από την ικανότητά τους να αποκτούν λάμψη όταν γυαλίζονται. Τα Μ. είναι συχνά επιχρυσωμένα και πατιναρισμένα (βλ. Οξείδωση χαλκού), φιμέ, διακοσμημένο με σμάλτο. Από τον 15ο αιώνα, το μέταλλο χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή τυπογραφικών πλακών (βλ. Χαρακτική).
Χαλκός στο σώμα.Μ. - απαραίτητο για τα φυτά και τα ζώα ιχνοστοιχείο. Η κύρια βιοχημική λειτουργία του Μ. είναι η συμμετοχή σε ενζυμικές αντιδράσεις ως ενεργοποιητής ή ως μέρος ενζύμων που περιέχουν χαλκό. Η ποσότητα του Μ στα φυτά κυμαίνεται από 0,0001 έως 0,05% (ανά ξηρή ουσία) και εξαρτάται από τον τύπο του φυτού και την περιεκτικότητα σε Μ στο έδαφος. Στα φυτά, το Μ. είναι συστατικό των ενζύμων οξειδασών και της πρωτεΐνης πλαστοκυανίνης. Σε βέλτιστες συγκεντρώσεις, το Μ. αυξάνει την αντίσταση των φυτών στο κρύο και προάγει την ανάπτυξη και την ανάπτυξή τους. Μεταξύ των ζώων, τα πλουσιότερα σε Μ. είναι μερικά ασπόνδυλα (μαλάκια και καρκινοειδή σε αιμοκυανίνηπεριέχει 0,15-0,26% Μ.). Όταν λαμβάνεται με τροφή, το Μ. απορροφάται στα έντερα, συνδέεται με την πρωτεΐνη του ορού του αίματος - λευκωματίνη, στη συνέχεια απορροφάται από το ήπαρ, από όπου επιστρέφει στο αίμα ως μέρος της πρωτεΐνης σερουλοπλασμίνη και μεταφέρεται σε όργανα και ιστούς.
Η περιεκτικότητα σε M. στους ανθρώπους ποικίλλει (ανά 100 σολξηρό βάρος) από 5 mgστο ήπαρ έως 0,7 mgστα οστά, στα σωματικά υγρά - από 100 mcg(ανά 100 ml) στο αίμα έως 10 mcgστο εγκεφαλονωτιαίο υγρό? Το συνολικό Μ. στο σώμα του ενήλικα είναι περίπου 100 mg. Το Μ. είναι μέρος ενός αριθμού ενζύμων (για παράδειγμα, τυροσινάση, οξειδάση κυτοχρώματος) και διεγείρει την αιμοποιητική λειτουργία του μυελού των οστών. Μικρές δόσεις Μ. επηρεάζουν το μεταβολισμό των υδατανθράκων (μείωση του σακχάρου στο αίμα), των μετάλλων (μειωμένη ποσότητα φωσφόρου στο αίμα) κ.λπ. Η αύξηση του Μ. στο αίμα οδηγεί στη μετατροπή των ενώσεων του ορυκτού σιδήρου σε οργανικές, διεγείρει τη χρήση του σιδήρου που συσσωρεύεται στο ήπαρ κατά τη διάρκεια της σύνθεσης αιμοσφαιρίνη.
Με ανεπάρκεια Μ., τα δημητριακά προσβάλλονται από τη λεγόμενη ασθένεια επεξεργασίας και τα οπωροφόρα φυτά προσβάλλονται από το εξάνθημα. στα ζώα, η απορρόφηση και η χρήση του σιδήρου μειώνεται, γεγονός που οδηγεί σε αναιμίασυνοδεύεται από διάρροια και εξάντληση. Χρησιμοποιούνται μικρολιπάσματα χαλκού και τάισμα ζώων με άλατα χαλκού (βλ. Μικρολιπάσματα). Η δηλητηρίαση από Μ. οδηγεί σε αναιμία, ηπατική νόσο και νόσο του Wilson. Στον άνθρωπο, η δηλητηρίαση συμβαίνει σπάνια λόγω των λεπτών μηχανισμών απορρόφησης και απέκκρισης του Μ. Ωστόσο, σε μεγάλες δόσεις, το Μ. προκαλεί εμετό. όταν απορροφηθεί το Μ. μπορεί να εμφανιστεί γενική δηλητηρίαση (διάρροια, εξασθένηση της αναπνοής και της καρδιακής δραστηριότητας, ασφυξία, κώμα).
I. F. Gribovskaya.
Στην ιατρική, το M. sulfate χρησιμοποιείται ως αντισηπτικό και στυπτικό με τη μορφή οφθαλμικών σταγόνων για την επιπεφυκίτιδα και μολυβιών ματιών για τη θεραπεία του τραχώματος. Ένα διάλυμα θειικού Μ. χρησιμοποιείται επίσης για δερματικά εγκαύματα με φώσφορο. Μερικές φορές το M. sulfate χρησιμοποιείται ως εμετικό. Το νιτρικό M. χρησιμοποιείται ως οφθαλμική αλοιφή για το τράχωμα και την επιπεφυκίτιδα.
Λιτ.: Smirnov V.I., Metallurgy of copper and nickel, Sverdlovsk - M., 1950; Avetisyan Kh. K., Metallurgy of blister copper, Μ., 1954; Ghazaryan L. M., Pyrometallurgy of copper, Μ., 1960; Metallurgist's Guide to Non-Ferrous Metals, επιμέλεια N. N. Murach, 2nd ed., vol. 1, M., 1953, vol. 2, M., 1947; Levinson N.P., [Προϊόντα κατασκευασμένα από μη σιδηρούχα και σιδηρούχα μέταλλα], στο βιβλίο: Russian decorative art, τ. 1-3, Μ., 1962-65; Hadaway W. S., Εικονογραφήσεις μεταλλικών εργασιών σε ορείχαλκο και χαλκό κυρίως από τη Νότια Ινδία, Madras, 1913; Wainwright G. A., Η εμφάνιση του κασσίτερου και του χαλκού κοντά στο βυβίο, "Journal of Egyptian archaeology", 1934, v. 20, pt 1, p. 29-32; BergsÆe P., Η διαδικασία επιχρύσωσης και η μεταλλουργία του χαλκού και του μολύβδου μεταξύ των προκολομβιανών Ινδών, Kbh., 1938; Frieden E., Ο ρόλος των ενώσεων χαλκού στη φύση, στο βιβλίο: Horizons of Biochemistry, μετάφραση από τα αγγλικά, Μ., 1964; αυτόν. Biochemistry of copper, στο βιβλίο: Molecules and Cells, μετάφραση από τα αγγλικά, στο. 4, Μ., 1969; Βιολογικός ρόλος του χαλκού, Μ., 1970.
Χαλκός- στοιχείο μιας δευτερεύουσας υποομάδας της πρώτης ομάδας, η τέταρτη περίοδος του περιοδικού συστήματος χημικών στοιχείων του D.I. Mendeleev, με ατομικό αριθμό 29. Συμβολίζεται με το σύμβολο Cu (lat. Cuprum).
Ο χαλκός εμφανίζεται στη φύση τόσο σε ενώσεις όσο και σε φυσική μορφή. Βιομηχανικής σημασίας είναι ο χαλκοπυρίτης CuFeS2, γνωστός και ως πυρίτης χαλκού, ο χαλκοκίτης Cu2S και ο βορνίτης Cu5FeS4. Μαζί με αυτά βρίσκονται και άλλα ορυκτά χαλκού: κοβελλίτης CuS, χαλκός Cu2O, αζουρίτης Cu3(CO3)2(OH)2, μαλαχίτης Cu2CO3(OH)2. Μερικές φορές ο χαλκός βρίσκεται σε φυσική μορφή· η μάζα των μεμονωμένων συστάδων μπορεί να φτάσει τους 400 τόνους. Τα σουλφίδια του χαλκού σχηματίζονται κυρίως σε υδροθερμικές φλέβες μέσης θερμοκρασίας. Κοιτάσματα χαλκού βρίσκονται επίσης συχνά σε ιζηματογενή πετρώματα - χαλκούχους ψαμμίτες και σχιστόλιθους. Τα πιο διάσημα κοιτάσματα αυτού του τύπου είναι το Udokan στην περιοχή Chita, το Dzhezkazgan στο Καζακστάν, η ζώνη χαλκού της Κεντρικής Αφρικής και το Mansfeld στη Γερμανία.
Το μεγαλύτερο μέρος του μεταλλεύματος χαλκού εξορύσσεται με εξόρυξη ανοιχτού λάκκου. Η περιεκτικότητα σε χαλκό στο μετάλλευμα κυμαίνεται από 0,4 έως 1,0%. Φυσικές ιδιότητες του χαλκού
Ο χαλκός είναι ένα χρυσοροζ όλκιμο μέταλλο· στον αέρα καλύπτεται γρήγορα με ένα φιλμ οξειδίου, που του δίνει μια χαρακτηριστική έντονη κιτρινοκόκκινη απόχρωση. Ο χαλκός έχει υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα (κατέχει τη δεύτερη θέση σε ηλεκτρική αγωγιμότητα μετά το ασήμι). Έχει δύο σταθερά ισότοπα - 63Cu και 65Cu, και αρκετά ραδιενεργά ισότοπα. Το μακροβιότερο από αυτά, το 64Cu, έχει χρόνο ημιζωής 12,7 ώρες και δύο λειτουργίες αποσύνθεσης με διαφορετικά προϊόντα.
Το χρώμα του χαλκού είναι κόκκινο, ροζ όταν σπάει και πρασινωπό-μπλε όταν είναι ημιδιαφανές σε λεπτές στρώσεις. Το μέταλλο έχει ένα επικεντρωμένο κυβικό πλέγμα με παράμετρο a = 3,6074 Å. πυκνότητα 8,96 g/cm3 (20 °C). Ατομική ακτίνα 1,28 Å; ιοντικές ακτίνες Cu+ 0,98 Å; Сu2+ 0,80 Å; τήξη 1083 °C; σημείο βρασμού 2600 °C; ειδική θερμοχωρητικότητα (στους 20 °C) 385,48 J/(kg K), δηλ. 0,092 cal/(g °C). Οι πιο σημαντικές και ευρέως χρησιμοποιούμενες ιδιότητες του χαλκού: υψηλή θερμική αγωγιμότητα - στους 20 °C 394.279 W/(m K), δηλαδή 0,941 cal/(cm sec °C). χαμηλή ηλεκτρική αντίσταση - στους 20 °C 1,68·10-8 ohm·m. Ο θερμικός συντελεστής γραμμικής διαστολής είναι 17,0·10-6. Η τάση ατμών πάνω από τον χαλκό είναι αμελητέα· μια πίεση 133,322 n/m2 (δηλαδή 1 mm Hg) επιτυγχάνεται μόνο στους 1628 °C. Ο χαλκός είναι διαμαγνητικός. ατομική μαγνητική επιδεκτικότητα 5,27·10-6. Η σκληρότητα Brinell του χαλκού είναι 350 Mn/m2 (δηλ. 35 kgf/mm2). αντοχή σε εφελκυσμό 220 MN/m2 (δηλ. 22 kgf/mm2). σχετική επιμήκυνση 60%, μέτρο ελαστικότητας 132·103 MN/m2 (δηλ. 13,2·103 kgf/mm2). Με τη σκλήρυνση, η αντοχή σε εφελκυσμό μπορεί να αυξηθεί στα 400-450 Mn/m2, ενώ η επιμήκυνση μειώνεται στο 2%, και η ηλεκτρική αγωγιμότητα μειώνεται κατά 1-3.
Ο χαλκός είναι ένα όλκιμο χρυσοροζ μέταλλο με χαρακτηριστική μεταλλική λάμψη. Στο περιοδικό σύστημα του D.I. Mendeleev, αυτό το χημικό στοιχείο ορίζεται ως Cu (Cuprum) και βρίσκεται κάτω από τον αύξοντα αριθμό 29 στην ομάδα I (πλευρική υποομάδα), στην 4η περίοδο.
Η λατινική ονομασία Cuprum προέρχεται από το όνομα του νησιού της Κύπρου. Είναι γνωστά στοιχεία ότι στην Κύπρο τον 3ο αιώνα π.Χ. υπήρχαν ορυχεία χαλκού και οι ντόπιοι τεχνίτες έλιωναν χαλκό. Μπορείτε να αγοράσετε χαλκό από την εταιρεία « ».
Σύμφωνα με τους ιστορικούς, η κοινωνία είναι εξοικειωμένη με τον χαλκό για περίπου εννέα χιλιάδες χρόνια. Τα αρχαιότερα προϊόντα χαλκού βρέθηκαν κατά τη διάρκεια αρχαιολογικών ανασκαφών στην περιοχή της σύγχρονης Τουρκίας. Οι αρχαιολόγοι ανακάλυψαν μικρές χάλκινες χάντρες και πιάτα που χρησιμοποιούνται για τη διακόσμηση των ρούχων. Τα ευρήματα χρονολογούνται στο γύρισμα της 8ης-7ης χιλιετίας π.Χ. Στην αρχαιότητα, ο χαλκός χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή κοσμημάτων, ακριβών πιάτων και διαφόρων εργαλείων με λεπτές λεπίδες.
Ένα μεγάλο επίτευγμα των αρχαίων μεταλλουργών μπορεί να ονομαστεί η παραγωγή ενός κράματος με βάση χαλκού - μπρούντζο.
Βασικές ιδιότητες του χαλκού
1. Φυσικές ιδιότητες.
Στον αέρα, ο χαλκός αποκτά μια φωτεινή κιτρινωπό-κόκκινη απόχρωση λόγω του σχηματισμού μιας μεμβράνης οξειδίου. Οι λεπτές πλάκες έχουν ένα πρασινωπό-μπλε χρώμα όταν εξετάζονται μέσα από αυτές. Στην καθαρή του μορφή, ο χαλκός είναι αρκετά μαλακός, εύπλαστος και τυλίγεται και τραβιέται εύκολα. Οι ακαθαρσίες μπορούν να αυξήσουν τη σκληρότητά του.
Η υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού μπορεί να ονομαστεί η κύρια ιδιότητα που καθορίζει την κυρίαρχη χρήση του. Ο χαλκός έχει επίσης πολύ υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Ακαθαρσίες όπως ο σίδηρος, ο φώσφορος, ο κασσίτερος, το αντιμόνιο και το αρσενικό επηρεάζουν τις βασικές ιδιότητες και μειώνουν την ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα. Σύμφωνα με αυτούς τους δείκτες, ο χαλκός είναι δεύτερος μόνο μετά το ασήμι.
Ο χαλκός έχει υψηλές πυκνότητες, σημεία τήξης και σημεία βρασμού. Μια σημαντική ιδιότητα είναι επίσης η καλή αντοχή στη διάβρωση. Για παράδειγμα, σε υψηλή υγρασία, ο σίδηρος οξειδώνεται πολύ πιο γρήγορα.
Ο χαλκός προσφέρεται καλά για επεξεργασία: τυλιγμένος σε φύλλο χαλκού και ράβδος χαλκού, τραβηγμένος σε χάλκινο σύρμα με πάχος που φτάνει τα χιλιοστά του χιλιοστού. Αυτό το μέταλλο είναι διαμαγνητικό, δηλαδή μαγνητίζεται ενάντια στην κατεύθυνση του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου.
Ο χαλκός είναι ένα μέταλλο σχετικά χαμηλής δράσης. Υπό κανονικές συνθήκες σε ξηρό αέρα, η οξείδωση του δεν συμβαίνει. Αντιδρά εύκολα με αλογόνα, σελήνιο και θείο. Οξέα χωρίς οξειδωτικές ιδιότητες δεν έχουν καμία επίδραση στον χαλκό. Δεν υπάρχουν χημικές αντιδράσεις με υδρογόνο, άνθρακα και άζωτο. Στον υγρό αέρα, η οξείδωση εμφανίζεται για να σχηματίσει ανθρακικό χαλκό (II) - το ανώτερο στρώμα της πλατίνας.
Ο χαλκός είναι αμφοτερικός, που σημαίνει ότι σχηματίζει κατιόντα και ανιόντα στο φλοιό της γης. Ανάλογα με τις συνθήκες, οι ενώσεις του χαλκού εμφανίζουν όξινες ή βασικές ιδιότητες.
Μέθοδοι λήψης χαλκού
Στη φύση, ο χαλκός υπάρχει σε ενώσεις και με τη μορφή ψήγματα. Οι ενώσεις αντιπροσωπεύονται από οξείδια, διττανθρακικά, σύμπλοκα θείου και διοξειδίου του άνθρακα, καθώς και θειούχα μεταλλεύματα. Τα πιο κοινά μεταλλεύματα είναι ο χαλκόπυρίτης και η λάμψη του χαλκού. Η περιεκτικότητα σε χαλκό σε αυτά είναι 1-2%. Το 90% του πρωτογενούς χαλκού εξορύσσεται με την πυρομεταλλουργική μέθοδο και το 10% με την υδρομεταλλουργική μέθοδο.
1.
Η πυρομεταλλουργική μέθοδος περιλαμβάνει τις ακόλουθες διαδικασίες: εμπλουτισμό και καβούρδισμα, τήξη για ματ, καθαρισμό σε μετατροπέα, ηλεκτρολυτικό εξευγενισμό.
Τα μεταλλεύματα χαλκού εμπλουτίζονται με επίπλευση και οξειδωτική καβούρδισμα. Η ουσία της μεθόδου επίπλευσης είναι η εξής: τα σωματίδια χαλκού που αιωρούνται σε ένα υδατικό μέσο προσκολλώνται στην επιφάνεια των φυσαλίδων αέρα και ανεβαίνουν στην επιφάνεια. Η μέθοδος σας επιτρέπει να λάβετε συμπύκνωμα σκόνης χαλκού, το οποίο περιέχει 10-35% χαλκό.
Τα μεταλλεύματα και τα συμπυκνώματα χαλκού με σημαντική περιεκτικότητα σε θείο υπόκεινται σε οξειδωτική φρύξη. Όταν θερμαίνονται παρουσία οξυγόνου, τα σουλφίδια οξειδώνονται και η ποσότητα του θείου μειώνεται σχεδόν στο μισό. Καβουρδίζονται φτωχά συμπυκνώματα που περιέχουν 8-25% χαλκό. Πλούσια συμπυκνώματα που περιέχουν 25-35% χαλκό λιώνουν χωρίς να καταφεύγουμε σε καβούρδισμα.
Το επόμενο στάδιο της πυρομεταλλουργικής μεθόδου παραγωγής χαλκού είναι η τήξη για ματ. Εάν ως πρώτη ύλη χρησιμοποιείται χοντρό μετάλλευμα χαλκού με μεγάλη ποσότητα θείου, τότε η τήξη πραγματοποιείται σε φρεατικούς κλιβάνους. Και για το συμπύκνωμα επίπλευσης σε σκόνη, χρησιμοποιούνται κλίβανοι αντήχησης. Η τήξη γίνεται σε θερμοκρασία 1450 °C.
Σε οριζόντιους μετατροπείς με πλευρική εμφύσηση, το ματ χαλκού εμφυσάται με πεπιεσμένο αέρα για να συμβεί η οξείδωση των σουλφιδίων και του σιδήρου. Στη συνέχεια, τα προκύπτοντα οξείδια μετατρέπονται σε σκωρία και το θείο σε οξείδιο. Ο μετατροπέας παράγει blister χαλκό, ο οποίος περιέχει 98,4-99,4% χαλκό, σίδηρο, θείο, καθώς και μικρές ποσότητες νικελίου, κασσίτερου, ασημιού και χρυσού.
Ο χαλκός με κυψέλες υπόκειται σε φωτιά και στη συνέχεια σε ηλεκτρολυτικό καθαρισμό. Οι προσμίξεις απομακρύνονται με αέρια και μετατρέπονται σε σκωρία. Ως αποτέλεσμα της διύλισης με φωτιά, σχηματίζεται χαλκός με καθαρότητα έως και 99,5%. Και μετά την ηλεκτρολυτική διύλιση, η καθαρότητα είναι 99,95%.
2. Η υδρομεταλλουργική μέθοδος περιλαμβάνει την έκπλυση του χαλκού με ένα ασθενές διάλυμα θειικού οξέος και στη συνέχεια τον διαχωρισμό του μετάλλου του χαλκού απευθείας από το διάλυμα. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για την επεξεργασία μεταλλευμάτων χαμηλής ποιότητας και δεν επιτρέπει τη σχετική εξόρυξη πολύτιμων μετάλλων μαζί με χαλκό.
Εφαρμογές χαλκού
Λόγω των πολύτιμων ιδιοτήτων τους, ο χαλκός και τα κράματα χαλκού χρησιμοποιούνται στις βιομηχανίες ηλεκτρολογικών και ηλεκτρολόγων μηχανικών, στη ραδιοηλεκτρονική και στην κατασκευή οργάνων. Υπάρχουν κράματα χαλκού με μέταλλα όπως ψευδάργυρος, κασσίτερος, αλουμίνιο, νικέλιο, τιτάνιο, ασήμι και χρυσός. Λιγότερο συχνά χρησιμοποιούνται κράματα με αμέταλλα: φώσφορο, θείο, οξυγόνο. Υπάρχουν δύο ομάδες κραμάτων χαλκού: ο ορείχαλκος (κράματα με ψευδάργυρο) και ο μπρούτζος (κράματα με άλλα στοιχεία).
Ο χαλκός είναι ιδιαίτερα φιλικός προς το περιβάλλον, γεγονός που επιτρέπει τη χρήση του στην κατασκευή κτιρίων κατοικιών. Για παράδειγμα, μια οροφή από χαλκό, λόγω των αντιδιαβρωτικών της ιδιοτήτων, μπορεί να διαρκέσει περισσότερα από εκατό χρόνια χωρίς ιδιαίτερη φροντίδα ή βάψιμο.
Ο χαλκός σε κράματα με χρυσό χρησιμοποιείται στα κοσμήματα. Αυτό το κράμα αυξάνει την αντοχή του προϊόντος, αυξάνει την αντοχή στην παραμόρφωση και την τριβή.
Οι ενώσεις του χαλκού χαρακτηρίζονται από υψηλή βιολογική δράση. Στα φυτά, ο χαλκός συμμετέχει στη σύνθεση της χλωροφύλλης. Ως εκ τούτου, μπορεί να φανεί στη σύνθεση των ορυκτών λιπασμάτων. Η έλλειψη χαλκού στο ανθρώπινο σώμα μπορεί να προκαλέσει επιδείνωση της σύνθεσης του αίματος. Βρίσκεται σε πολλά προϊόντα διατροφής. Για παράδειγμα, αυτό το μέταλλο βρίσκεται στο γάλα. Ωστόσο, είναι σημαντικό να θυμάστε ότι η περίσσεια ενώσεων χαλκού μπορεί να προκαλέσει δηλητηρίαση. Αυτός είναι ο λόγος που δεν πρέπει να μαγειρεύετε φαγητό σε χάλκινα σκεύη. Κατά τη διάρκεια του βρασμού, μεγάλες ποσότητες χαλκού μπορεί να εκπλυθούν στα τρόφιμα. Εάν τα πιάτα στο εσωτερικό είναι καλυμμένα με ένα στρώμα κασσίτερου, τότε δεν υπάρχει κίνδυνος δηλητηρίασης.
Στην ιατρική, ο χαλκός χρησιμοποιείται ως αντισηπτικό και στυπτικό. Είναι συστατικό των οφθαλμικών σταγόνων για την επιπεφυκίτιδα και των διαλυμάτων για τα εγκαύματα.
