Bakır(lat. cuprum), cu, Mendeleev'in periyodik sisteminin I. grubunun kimyasal elementi; atom numarası 29, atom kütlesi 63.546; yumuşak, dövülebilir kırmızı metal. Doğal metal iki kararlı izotopun karışımından oluşur: 63 cu (%69,1) ve 65 cu (%30,9).
Tarihsel referans. M. eski çağlardan beri bilinen metallerden biridir. İnsanın M. ile erken tanışması, doğada serbest bir durumda, bazen önemli boyutlara ulaşan külçeler şeklinde ortaya çıkmasıyla kolaylaştırılmıştır. Maddi kültürün gelişmesinde metal ve alaşımları büyük rol oynamıştır. Oksitlerin ve karbonatların kolay indirgenebilirliği nedeniyle metal, görünüşe göre insanın cevherlerde bulunan oksijen bileşiklerinden indirgemeyi öğrendiği ilk metaldi. Latince M. adı, eski Yunanlıların bakır cevheri çıkardığı Kıbrıs adasının adından gelmektedir. Antik çağda kayayı işlemek için ateşte ısıtılıp hızla soğutulurdu ve kaya çatlardı. Zaten bu şartlarda restorasyon süreçleri mümkündü. Daha sonra çıkan yangınlarda büyük miktarda kömür kullanılarak boru ve körük yoluyla hava enjeksiyonu yapılarak restorasyon gerçekleştirildi. Yangınlar kademeli olarak yükseltilen duvarlarla çevrelendi ve bu da bir şaft fırınının oluşmasına yol açtı. Daha sonra indirgeme yöntemleri yerini, metalin yoğunlaştığı mat (bir sülfit alaşımı) ve cüruf (bir oksit alaşımı) gibi ara ürünler üretmek üzere sülfit bakır cevherlerinin oksidatif eritilmesine bıraktı.
Doğada dağılım. Yerkabuğundaki (clarke) ortalama metal içeriği %4,7 ± 10 -3'tür (kütle olarak); yer kabuğunun temel kayalardan oluşan alt kısmında, daha fazlası (%1 10 -2) bulunur. granitlerin ve diğer asidik magmatik kayaların hakim olduğu üst kısımda (%2 10 -3). M. hem derinliklerin sıcak sularında hem de biyosferin soğuk çözeltilerinde kuvvetli bir şekilde göç eder; Hidrojen sülfür, büyük endüstriyel öneme sahip doğal sulardan çeşitli mineral sülfürleri çökeltir. Çok sayıda mineral minerali arasında sülfitler, fosfatlar, sülfatlar ve klorürler hakimdir; doğal mineraller, karbonatlar ve oksitler de bilinmektedir.
M. yaşamın önemli bir unsurudur, birçok fizyolojik sürece dahil olur. Canlı maddelerdeki ortalama M içeriği %2 × 10-4'tür ve organizmaların M'yi yoğunlaştırdığı bilinmektedir. Tayga ve diğer nemli iklim bölgelerinde M, asidik topraklardan nispeten kolay bir şekilde süzülür; burada bazı yerlerde M eksikliği vardır. M ve buna bağlı bitki ve hayvan hastalıkları (özellikle kum ve turba bataklıklarında). Bozkırlarda ve çöllerde (kendilerine özgü zayıf alkali çözeltilerle), M. aktif değildir; Maden yataklarının bulunduğu bölgelerde toprakta ve bitkilerde fazla miktarda bulunması evcil hayvanların hastalanmasına neden olur.
Nehir suyunda çok az M bulunur, %1.10 -7. Akış yoluyla okyanusa getirilen yosun nispeten hızlı bir şekilde deniz çamuruna dönüşür. Bu nedenle, kil ve şeyller M (5,7 × 10 -%3) bakımından bir miktar zenginleştirilmiştir ve deniz suyu M (3 × 10 -%7) ile keskin bir şekilde doygunluğa ulaşmamıştır.
Geçmiş jeolojik çağların denizlerinde, yer yer siltlerde önemli miktarda mineral birikimi vardı ve bu da birikinti oluşumuna yol açtı (örneğin, Alman Demokratik Cumhuriyeti'ndeki Mansfeld). Biyosferin yeraltı sularında kuvvetli bir şekilde göç eder; kumtaşlarında M cevherlerinin birikmesi bu süreçlerle ilişkilidir.
Fiziksel ve kimyasal özellikler. M.'nin rengi kırmızı, kırıldığında pembe, ince tabakalar halinde yarı saydam olduğunda yeşilimsi mavidir. Metal, parametreye sahip yüz merkezli bir kübik kafese sahiptir. A= 3,6074 a; yoğunluk 8,96 gr/cm3(20°C). Atom yarıçapı 1,28 å; iyon yarıçapı cu + 0,98 å; cu 2+ 0,80 å; T pl. 1083°C; T kip. 2600°C; özgül ısı kapasitesi (20 °C'de) 385,48 J/(kg K) , yani 0,092 dışkı/(G ·°C). M.'nin en önemli ve yaygın olarak kullanılan özellikleri: yüksek ısı iletkenliği - 20 °C'de 394.279 Salı/(mK) , yani 0,941 dışkı/(cm · sn ·°C); düşük elektrik direnci - 20 °C'de 1,68 10 -8 ohm m. Doğrusal genleşmenin termal katsayısı 17,0 · 10 -6'dır. M.'nin üzerindeki buhar basıncı ihmal edilebilir, basınç 133.322 n/m 2(yani 1 mmHg Sanat.) yalnızca 1628 °C'de elde edilir. M. diyamanyetiktir; atomik manyetik duyarlılık 5,27 10 -6. Brinell sertliği 350 Min/m2(yani 35 kgf/mm2); çekme mukavemeti 220 Min/m2(yani 22 kgf/mm2); bağıl uzama %60, elastik modül 132 10 3 Min/m2(yani 13,2 10 3 kgf/mm2). Sertleşerek çekme mukavemeti 400-450'ye çıkarılabilir. Min/m2 uzama %2'ye düşerken, elektrik iletkenliği de %1-3 oranında azalır. Sertleşmiş metalin tavlaması 600-700 °C sıcaklıkta yapılmalıdır. Küçük yabancı maddeler bi (%'nin binde biri) ve pb (%'nin yüzde biri) M.'yi kırmızı-kırılgan yapar ve s safsızlığı soğukta kırılganlığa neden olur.
Kimyasal özellikler açısından M., grup VIII'in ilk üçlüsünün elemanları ile periyodik sistemin I. grubunun alkali elementleri arasında bir ara pozisyonda bulunur. Fe, Co, ni gibi M de kompleks oluşumuna yatkındır, renkli bileşikler, çözünmeyen sülfitler vb. verir. Alkali metallerle benzerliği önemsizdir. Böylece M bir dizi tek değerlikli bileşik oluşturur, ancak 2 değerlikli durum onun için daha tipiktir. Tek değerlikli magnezyumun tuzları pratik olarak suda çözünmez ve kolayca 2 değerlikli magnezyum bileşiklerine oksitlenir; aksine, iki değerlikli tuzlar suda oldukça çözünür ve seyreltik çözeltilerde tamamen ayrışır. Hidratlanmış Cu 2+ iyonları mavidir. M'nin 3 değerlikli olduğu bileşikler de bilinmektedir. Böylece, sodyum peroksitin bir sodyum kuprit na 2 cuo 2 çözeltisi üzerindeki etkisiyle, cu 2 o 3 oksit elde edilir - zaten 100 ° C'de oksijen salmaya başlayan kırmızı bir toz. cu 2 o 3 güçlü bir oksitleyici maddedir (örneğin, hidroklorik asitten klor açığa çıkarır).
M.'nin kimyasal aktivitesi düşüktür. Kompakt metal, 185 °C'nin altındaki sıcaklıklarda kuru hava ve oksijenle etkileşime girmez. Nem ve CO2 varlığında metal yüzeyinde yeşil bir bazik karbonat filmi oluşur. Metal havada ısıtıldığında yüzey oksidasyonu meydana gelir; 375 °C'nin altında Cuo oluşur ve 375-1100 °C aralığında metalin eksik oksidasyonu ile iki katmanlı bir ölçek oluşur, yüzey katmanında Cuo bulunur ve iç katmanda - cu 2 o. Islak klor, zaten normal sıcaklıkta M. ile etkileşime girerek suda oldukça çözünür olan klorür cucl 2'yi oluşturur. M diğer halojenlerle kolayca birleşir. M. kükürt ve selenyum için özel bir ilgi gösterir; yani kükürt buharında yanar. M. yüksek sıcaklıklarda bile hidrojen, nitrojen ve karbonla reaksiyona girmez. Hidrojenin katı metaldeki çözünürlüğü önemsizdir ve 400 °C'de 0,06'dır. mg 100'de G M. Cu 2 o içeren metal külçeler üzerinde yüksek sıcaklıklarda etkili olan hidrojen ve diğer yanıcı gazlar (co, ch 4), co 2 ve su buharı oluşumu ile onu metale indirger. Metalde çözünmeyen bu ürünler, metalin mekanik özelliklerini keskin bir şekilde kötüleştiren çatlakların ortaya çıkmasına neden olarak ondan salınır.
Sıcak metal üzerinden nh 3 geçirildiğinde cu 3 n oluşur. Zaten sıcak bir sıcaklıkta, M. nitrojen oksitlere, yani no, n2o (cu2o oluşumuyla) ve no2 (cuo oluşumuyla) maruz kalır. Karbürler cu 2 c 2 ve cuc 2, asetilenin M tuzlarının amonyak çözeltileri üzerindeki etkisiyle elde edilebilir. Cu 2+ + 2e ® Cu reaksiyonu için M'nin normal elektrot potansiyeli +0.337'dir. V ve cu2+ + e -> Cu reaksiyonu için +0,52'dir V. Bu nedenle demir, tuzlarından daha elektronegatif elementlerle yer değiştirir (demir endüstride kullanılır) ve oksitleyici olmayan asitlerde çözünmez. Nitrik asitte M., cu(no 3) 2 ve nitrojen oksitlerin oluşumuyla, sıcak bir h 2 yani 4 konsantrasyonunda - cuso 4 ve so 2 oluşumuyla, ısıtılmış seyreltilmiş h 2 so 4'te - çözünür çözeltinin içine hava üflenir. M.'nin tüm tuzları zehirlidir.
M. iki ve tek değerlikli durumda çok sayıda çok kararlı kompleks bileşik oluşturur. Tek değerlikli M.'nin kompleks bileşiklerinin örnekleri: (nh 4) 2 kübr 3; k 3 cu(cn) 4 - çift tuz tipi kompleksler; [Сu (sc (nh 2)) 2 ]ci ve diğerleri. 2 değerlikli M.'nin karmaşık bileşiklerinin örnekleri: cscuci 3, k 2 cucl 4 - bir tür çift tuz. M.'nin amonyum kompleksi bileşikleri büyük endüstriyel öneme sahiptir: [Cu (nh 3) 4] yani 4, [Cu (nh 3) 2] yani 4.
Fiş. Bakır cevherleri düşük M içeriği ile karakterize edilir, bu nedenle eritmeden önce ince öğütülmüş cevher mekanik zenginleştirmeye tabi tutulur; bu durumda değerli mineraller atık kayanın büyük kısmından ayrılır; Sonuç olarak, bir dizi ticari konsantre (örneğin bakır, çinko, pirit) ve atıklar elde edilir.
Dünya pratiğinde metallerin %80'i, malzemenin tüm kütlesinin eritilmesine dayanan pirometalurjik yöntemler kullanılarak konsantrelerden ekstrakte edilir. Eritme işlemi sırasında, magnezyumun kükürte daha fazla afinitesi ve atık kaya ve demir bileşenlerinin oksijene daha fazla afinitesi nedeniyle, magnezyum sülfit eriyiğinde (mat) yoğunlaşır ve oksitler cüruf oluşturur. Mat çökeltilerek cüruftan ayrılır.
Çoğu modern tesiste eritme, yankılı veya elektrikli fırınlarda gerçekleştirilir. Reverberasyonlu fırınlarda çalışma alanı yatay yönde uzatılır; ocak alanı 300 m2 ve daha fazlası (30 M? 10 M), erime için gerekli ısı, banyo yüzeyinin üzerindeki gaz boşluğunda karbon yakıtın (doğalgaz, akaryakıt, toz kömür) yakılmasıyla elde edilir. Elektrikli fırınlarda ısı, erimiş cüruftan bir elektrik akımı geçirilerek elde edilir (akım, içine batırılmış grafit elektrotlar aracılığıyla cürufa verilir).
Bununla birlikte, dış ısı kaynaklarına dayalı hem yansıtıcı hem de elektrik erimesi kusurlu süreçlerdir. Bakır konsantrelerinin büyük kısmını oluşturan sülfitler yüksek kalorifik değere sahiptir. Bu nedenle, sülfitlerin yanma ısısını (oksitleyici - ısıtılmış hava, oksijenle zenginleştirilmiş hava veya teknik oksijen) kullanan eritme yöntemleri giderek daha fazla tanıtılmaktadır. İnce, önceden kurutulmuş sülfit konsantreleri, oksijen veya hava akımıyla yüksek sıcaklığa ısıtılan bir fırına üflenir. Parçacıklar süspansiyon halinde yanar (oksijenle flaş eritme). Sülfitler sıvı halde de oksitlenebilir; bu süreçler SSCB'de ve yurtdışında (Japonya, Avustralya, Kanada) yoğun bir şekilde inceleniyor ve sülfür bakır cevherlerinin pirometalurjisinin geliştirilmesinde ana yön haline geliyor.
Yüksek kükürt içeriğine (%35-42) sahip zengin parça sülfür cevherleri (%2-3 cu) bazı durumlarda doğrudan şaft fırınlarında (dikey çalışma alanına sahip fırınlar) eritme için gönderilir. Şaft eritme çeşitlerinden birinde (bakır-kükürt eritme), yüke ince kok eklenir, bu da fırının üst ufuklarında 2'yi elementel kükürte indirir. Bu süreçte bakır da mat halde yoğunlaşır.
Ortaya çıkan sıvı mat (çoğunlukla cu 2 s, fes) bir dönüştürücüye dökülür - çelik sacdan yapılmış, içi manyezit tuğlalarla kaplı, hava enjeksiyonu için yan sıra tüyerler ve etrafında dönmek için bir cihazla donatılmış silindirik bir tank. bir eksen. Mat katmandan basınçlı hava üflenir. Matların dönüşümü iki aşamada gerçekleşir. İlk olarak demir sülfit oksitlenir ve demir oksitleri bağlamak için dönüştürücüye kuvars eklenir; dönüştürücü cürufu oluşur. Daha sonra bakır sülfür metalik metal oluşturacak şekilde oksitlenir ve böylece 2. Bu kaba M. kalıplara dökülür. Külçeler (ve bazen doğrudan erimiş kaba metal), değerli uyduların (au, ag, se, fe, bi ve diğerleri) çıkarılması ve zararlı yabancı maddelerin uzaklaştırılması amacıyla yangınla arıtma işlemine gönderilir. Safsızlık metallerinin oksijene bakırdan daha fazla afinitesine dayanır: fe, zn, co ve kısmen ni ve diğerleri oksit formunda cürufa geçer ve kükürt (so 2 formunda) gazlarla giderilir. Cürufun çıkarılmasından sonra, ham huş ağacı veya çam kütüklerinin uçları sıvı metale daldırılarak metal içinde çözünmüş olan bakırı eski haline getirmek için "alay edilir" ve ardından düz kalıplara dökülür. Elektrolitik arıtma için bu külçeler, h2so4 ile asitleştirilmiş bir Cuso4 çözeltisi banyosunda süspanse edilir. Anot görevi görürler. Akım geçtiğinde, anotlar çözülür ve katotların üzerinde saf metal, yine özel matris banyolarında elektrolizle elde edilen ince bakır levhalar biriktirilir. Yoğun, pürüzsüz birikintileri ayırmak için elektrolite yüzey aktif katkı maddeleri (ahşap tutkalı, tiyoüre ve diğerleri) eklenir. Elde edilen katot metali su ile yıkanır ve eritilir. Soy metaller, se, te ve diğer değerli metal uyduları, özel işlemlerle çıkarıldığı anot çamurunda yoğunlaşır. Nikel elektrolitte konsantre edilmiştir; Buharlaştırma ve kristalleştirme çözeltilerinin bir kısmının uzaklaştırılmasıyla nikel sülfat formunda ni elde edilebilir.
Minerallerin (çoğunlukla zayıf oksitlenmiş ve doğal cevherlerden) elde edilmesi için pirometalurjik yöntemlerin yanı sıra hidrometalurjik yöntemler de kullanılır. Bu yöntemler, bakır içeren minerallerin, genellikle h2so4 veya amonyağın zayıf çözeltileri içerisinde seçici çözünmesine dayanmaktadır. Bir çözeltiden metal ya demirle çökeltilir ya da çözünmeyen anotlarla elektroliz yoluyla izole edilir. Metalin oksijen bileşiklerinin sülfürik asit çözeltilerinde çözündüğü ve sülfitlerin yüzdürme yoluyla ayrıldığı kombine hidroflotasyon yöntemleri, karışık cevherlere uygulandığında çok umut vericidir. Yüksek sıcaklık ve basınçta gerçekleşen otoklav hidrometalurjik işlemler de yaygınlaşmaktadır.
Başvuru. Metalin teknolojideki büyük rolü, bir dizi değerli özelliğinden ve her şeyden önce yüksek elektrik iletkenliği, plastisite ve termal iletkenliğinden kaynaklanmaktadır. Bu özellikleri sayesinde M. tellerin ana malzemesidir; Çıkarılan metalin %50'den fazlası elektrik endüstrisinde kullanılıyor. Tüm yabancı maddeler metalin elektrik iletkenliğini azaltır ve bu nedenle elektrik mühendisliğinde en az% 99,9 Cu içeren en yüksek dereceli metal kullanılır. Yüksek ısı iletkenliği ve korozyon direnci, ısı eşanjörleri, buzdolapları, vakum cihazları vb. gibi cihazların kritik metal parçalarından üretim yapılmasını mümkün kılar. Metalin yaklaşık %30-40'ı çeşitli alaşımlar formunda kullanılır; bunların en önemlileri şunlardır: pirinç(%0'dan %50'ye kadar zn) ve çeşitli tipler bronz; kalay, alüminyum, kurşun, berilyum vb. Ağır sanayi, iletişim ve ulaşım ihtiyaçlarına ek olarak, mineral pigmentlerin hazırlanması, zararlıların kontrolü ve bitki hastalıkları, mikro gübreler ve oksidatif süreçlerin katalizörleri olarak, ayrıca deri ve kürk endüstrilerinde ve yapay ipek üretiminde.
L. V. Vanyukov.
Sanatsal bir malzeme olarak bakır, bakır çağı(takı, heykel, mutfak eşyaları, tabaklar). Metal ve alaşımlardan yapılmış dövme ve döküm ürünler, kazıma, gravür ve kabartma ile dekore edilmiştir. Metalin işlenmesinin kolaylığı (yumuşaklığı nedeniyle), ustaların çeşitli dokular elde etmesine, ayrıntıların dikkatli bir şekilde detaylandırılmasına ve formun ince modellenmesine olanak tanır. Metalden üretilen ürünler, altın veya kırmızımsı tonlarının güzelliğinin yanı sıra cilalandığında parlaklık kazanma yetenekleriyle de öne çıkıyor. M. genellikle yaldızlıdır, patine edilir, renklendirilir ve emaye ile süslenir. 15. yüzyıldan itibaren baskı plakalarının imalatında da metal kullanılmaktadır.
Vücuttaki bakır. M. - bitkiler ve hayvanlar için gerekli eser element. M.'nin ana biyokimyasal işlevi, bir aktivatör olarak veya bakır içeren enzimlerin bir parçası olarak enzimatik reaksiyonlara katılmaktır. Bitkilerdeki M miktarı %0,0001 ila %0,05 (kuru madde başına) arasında değişir ve bitki türüne ve topraktaki M içeriğine bağlıdır. Bitkilerde M., oksidaz enziminin ve plastosiyanin proteininin bir bileşenidir. Optimum konsantrasyonlarda M., bitkilerin soğuğa direncini arttırır ve büyümelerini ve gelişmelerini destekler. Hayvanlar arasında M. açısından en zengin olanlar bazı omurgasızlardır (yumuşakçalar ve kabuklular) hemosiyanin%0,15-0,26 M. içerir). Yiyecekle birlikte alındığında M. bağırsaklarda emilir, kan serumu proteini - albümine bağlanır, daha sonra karaciğer tarafından emilir, buradan serüloplazmin proteininin bir parçası olarak kana geri döner ve organlara ve dokulara iletilir.
İnsanlardaki M. içeriği değişiklik gösterir (100 kişi başına) G kuru ağırlık) 5'ten mg karaciğerde 0,7'ye kadar mg kemiklerde, vücut sıvılarında - 100'den mcg(100 başına ml) kanda 10'a kadar mcg beyin omurilik sıvısında; yetişkin insan vücudundaki toplam M. yaklaşık 100'dür mg. M. bir dizi enzimin (örneğin tirozinaz, sitokrom oksidaz) bir parçasıdır ve kemik iliğinin hematopoietik fonksiyonunu uyarır. Küçük M. dozları karbonhidratların (kan şekerinde azalma), minerallerin (kandaki fosfor miktarının azalması) vb. metabolizmasını etkiler. Kanda M.'nin artması, mineral demir bileşiklerinin organik bileşiklere dönüşmesine yol açar; sentez sırasında karaciğerde biriken demirin kullanımını uyarır hemoglobin.
M. eksikliği ile tahıl bitkileri sözde işleme hastalığından etkilenir ve meyve bitkileri ekzantemden etkilenir; Hayvanlarda demirin emilimi ve kullanımı azalır, bu da demirin anemi ishal ve halsizlik eşlik eder. Bakır mikrogübreler kullanılır ve hayvanlar M tuzlarıyla beslenir.M. zehirlenmesi anemiye, karaciğer hastalığına ve Wilson hastalığına yol açar. İnsanlarda, M'nin ince emilim ve atılım mekanizmaları nedeniyle zehirlenme nadiren meydana gelir. Bununla birlikte, büyük dozlarda M. kusmaya neden olur; M. emildiğinde genel zehirlenme meydana gelebilir (ishal, solunum ve kalp aktivitesinde zayıflama, boğulma, koma).
I. F. Gribovskaya.
Tıpta M. sülfat, konjonktivit için göz damlası ve trahom tedavisi için göz kalemleri şeklinde antiseptik ve büzücü olarak kullanılır. Fosforlu cilt yanıklarında bir M. sülfat çözeltisi de kullanılır. Bazen M. sülfat kusturucu olarak kullanılır. M. nitrat, trahom ve konjonktivit için göz merhemi olarak kullanılır.
Aydınlatılmış.: Smirnov V.I., Bakır ve nikel metalurjisi, Sverdlovsk - M., 1950; Avetisyan Kh.K., Blister bakırın metalurjisi, M., 1954; Ghazaryan L.M., Bakırın Pirometalurjisi, M., 1960; Metalurjistin Demir Dışı Metaller Rehberi, editörlüğünü N. N. Murach, 2. baskı, cilt 1, M., 1953, cilt 2, M., 1947; Levinson N. s., [Demirsiz ve demirli metalden yapılmış ürünler], kitapta: Rus dekoratif sanatı, cilt 1-3, M., 1962-65; hadaway w. s., çoğunlukla güney Hindistan'da pirinç ve bakırdan metal işçiliğinin illüstrasyonları, medreseler, 1913; Wainwright g. a., bybios yakınında kalay ve bakır bulunması, “Mısır arkeolojisi dergisi”, 1934, v. 20, bölüm 1, s. 29-32; buzdağları? e s., Kolomb öncesi Kızılderililer arasında yaldızlama süreci ve bakır ve kurşunun metalurjisi, kbh., 1938; Frieden E., Doğadaki bakır bileşiklerinin rolü, kitapta: Horizons of Biochemistry, İngilizceden çeviri, M., 1964; o. Bakırın biyokimyası, kitapta: Moleküller ve Hücreler, İngilizce'den çeviri, in. 4, M., 1969; Bakırın biyolojik rolü, M., 1970.
özeti indir
Bakır, atom numarası 29 olan, D.I. Mendeleev'in kimyasal elementlerinin periyodik tablosunun dördüncü periyodu olan birinci grubun ikincil alt grubunun bir elementidir. Cu (lat. Cuprum) sembolü ile gösterilir.
Atom numarası - 29
Atom kütlesi - 63.546
Yoğunluk, kg/m³ - 8960
Erime noktası, °C - 1083
Isı kapasitesi, kJ/(kg °C) - 0,385
Elektronegatiflik - 1.9
Kovalent yarıçap, Å - 1,17
1. iyonizasyon potansiyel, eV - 7,73
Bakır doğada hem bileşikler halinde hem de doğal formda bulunur. Bakır pirit, kalkosit Cu2S ve Bornit Cu5FeS4 olarak da bilinen kalkopirit CuFeS2 endüstriyel öneme sahiptir. Bunlarla birlikte başka bakır mineralleri de bulunur: kovellit CuS, kuprit Cu2O, azurit Cu3(CO3)2(OH)2, malakit Cu2CO3(OH)2. Bazen bakır doğal formda bulunur, bireysel kümelerin kütlesi 400 tona ulaşabilir. Bakır sülfitler esas olarak orta sıcaklıktaki hidrotermal damarlarda oluşur. Bakır yatakları ayrıca bakırlı kumtaşları ve şeyller gibi tortul kayaçlarda da sıklıkla bulunur. Bu türden en ünlü yataklar Chita bölgesindeki Udokan, Kazakistan'daki Dzhezkazgan, Orta Afrika'nın bakır kuşağı ve Almanya'daki Mansfeld'dir.
Çoğu bakır cevheri açık ocak madenciliği yoluyla çıkarılır. Cevherdeki bakır içeriği %0,4 ile %1,0 arasında değişmektedir. Bakırın fiziksel özellikleri
Bakır, altın pembesi yumuşak bir metaldir; havada hızla bir oksit filmi ile kaplanır, bu da ona karakteristik, yoğun sarımsı kırmızı bir renk verir. Bakır yüksek ısı ve elektrik iletkenliğine sahiptir (elektrik iletkenliğinde gümüşten sonra ikinci sırada yer alır). İki kararlı izotopu vardır: 63Cu ve 65Cu ve birkaç radyoaktif izotop. Bunlardan en uzun ömürlü olanı olan 64Cu, 12,7 saatlik yarı ömre ve farklı ürünlerle iki bozunma moduna sahiptir.
Bakırın rengi kırmızı, kırıldığında pembe, ince tabakalar halinde yarı saydam olduğunda yeşilimsi mavidir. Metal, a = 3,6074 Å parametresine sahip yüzey merkezli bir kübik kafese sahiptir; yoğunluk 8,96 g/cm3 (20 °C). Atom yarıçapı 1,28 Å; Cu+'nın iyonik yarıçapı 0,98 Å; Сu2+ 0,80 Å; eritme 1083 °C; kaynama noktası 2600 °C; özgül ısı kapasitesi (20 °C'de) 385,48 J/(kg·K), yani. 0,092 cal/(g°C). Bakırın en önemli ve yaygın olarak kullanılan özellikleri: yüksek ısı iletkenliği - 20 °C'de 394,279 W/(m·K), yani 0,941 cal/(cm sn °C); düşük elektrik direnci - 20 °C'de 1,68·10-8 ohm·m. Doğrusal genleşmenin termal katsayısı 17,0·10-6'dır. Bakırın üzerindeki buhar basıncı ihmal edilebilir düzeydedir; 133,322 n/m2 (yani 1 mm Hg) basınca yalnızca 1628 °C'de ulaşılır. Bakır diyamanyetiktir; atomik manyetik duyarlılık 5,27·10-6. Bakırın Brinell sertliği 350 Mn/m2'dir (yani 35 kgf/mm2); çekme mukavemeti 220 MN/m2 (yani 22 kgf/mm2); bağıl uzama %60, elastik modül 132·103 MN/m2 (yani 13,2·103 kgf/mm2). Sertleştirme ile çekme mukavemeti 400-450 Mn/m2'ye çıkarılabilmekte, uzama %2'ye düşmekte, elektrik iletkenliği ise 1-3 oranında azalmaktadır.
Bakır(lat. Cuprum), Cu, Mendeleev'in periyodik sisteminin I. grubunun kimyasal elementi; atom numarası 29, atom kütlesi 63.546; yumuşak, dövülebilir kırmızı metal. Doğal metal iki kararlı izotopun karışımından oluşur: 63 Cu (%69,1) ve 65 Cu (%30,9).
Tarihsel referans. M. eski çağlardan beri bilinen metallerden biridir. İnsanın M. ile erken tanışması, doğada serbest bir durumda külçeler şeklinde meydana gelmesi gerçeğiyle kolaylaştırılmıştır (bkz. Yerli bakır), bazen önemli boyutlara ulaşır. Metal ve alaşımları maddi kültürün gelişmesinde önemli bir rol oynamıştır (bkz. Bronz Çağı). Oksitlerin ve karbonatların kolay indirgenebilirliği nedeniyle metal, görünüşe göre insanın cevherlerde bulunan oksijen bileşiklerinden indirgemeyi öğrendiği ilk metaldi. Latince M. adı, eski Yunanlıların bakır cevheri çıkardığı Kıbrıs adasının adından gelmektedir. Antik çağda kayayı işlemek için ateşte ısıtılıp hızla soğutulurdu ve kaya çatlardı. Zaten bu şartlarda restorasyon süreçleri mümkündü. Daha sonra çıkan yangınlarda büyük miktarda kömür kullanılarak boru ve körük yoluyla hava enjeksiyonu yapılarak restorasyon gerçekleştirildi. Yangınlar kademeli olarak yükseltilen duvarlarla çevrelendi ve bu da bir şaft fırınının oluşmasına yol açtı. Daha sonra indirgeme yöntemleri yerini, metalin yoğunlaştığı mat (bir sülfit alaşımı) ve cüruf (bir oksit alaşımı) gibi ara ürünler üretmek üzere sülfit bakır cevherlerinin oksidatif eritilmesine bıraktı.
Doğada dağılım. Yerkabuğundaki (clarke) ortalama metal içeriği %4,7 ± 10 -3'tür (kütle olarak); yer kabuğunun temel kayalardan oluşan alt kısmında, daha fazlası (%1 10 -2) bulunur. üst kısımda (%2), %10 -3, burada granitler ve diğer asidik magmatik kayaçlar hakimdir. M. hem derinliklerin sıcak sularında hem de biyosferin soğuk çözeltilerinde kuvvetli bir şekilde göç eder; Hidrojen sülfür, büyük endüstriyel öneme sahip doğal sulardan çeşitli mineral sülfürleri çökeltir. Çok sayıda mineral minerali arasında sülfitler, fosfatlar, sülfatlar ve klorürler hakimdir; doğal mineraller, karbonatlar ve oksitler de bilinmektedir.
M. yaşamın önemli bir unsurudur, birçok fizyolojik sürece dahil olur. Canlı maddelerdeki ortalama M içeriği %2.10-4'tür; organizmaların M'yi yoğunlaştırdığı bilinmektedir. Tayga ve diğer nemli iklim bölgelerinde M, asidik topraklardan nispeten kolay bir şekilde süzülür; burada bazı yerlerde M eksikliği ve buna bağlı bitki ve hayvan hastalıkları (özellikle kum ve turba bataklıklarında). Bozkırlarda ve çöllerde (kendilerine özgü zayıf alkali çözeltilerle), M. aktif değildir; Maden yataklarının bulunduğu bölgelerde toprakta ve bitkilerde fazla miktarda bulunması evcil hayvanların hastalanmasına neden olur.
Nehir suyunda çok az M bulunur, %1.10 -7. Akış yoluyla okyanusa getirilen yosun nispeten hızlı bir şekilde deniz çamuruna dönüşür. Bu nedenle, kil ve şeyller M (5.7·10 -%3) açısından bir miktar zenginleştirilmiştir ve deniz suyu M (3.10 -%7) açısından keskin bir şekilde yetersiz doygunluğa sahiptir.
Geçmiş jeolojik çağların denizlerinde, yer yer siltlerde önemli miktarda mineral birikimi vardı ve bu da birikinti oluşumuna yol açtı (örneğin, Alman Demokratik Cumhuriyeti'ndeki Mansfeld). Biyosferin yeraltı sularında kuvvetli bir şekilde göç eder; kumtaşlarında M cevherlerinin birikmesi bu süreçlerle ilişkilidir.
Fiziksel ve kimyasal özellikler. M.'nin rengi kırmızı, kırıldığında pembe, ince tabakalar halinde yarı saydam olduğunda yeşilimsi mavidir. Metal, parametreye sahip yüz merkezli bir kübik kafese sahiptir. A= 3,6074; yoğunluk 8,96 gr/cm3(20°C). Atom yarıçapı 1,28; iyonik yarıçap Cu + 0,98; Cu 2+ 0,80; T pl. 1083°C; T kip. 2600°C; özgül ısı kapasitesi (20 °C'de) 385,48 J/(kg K), yani 0,092 dışkı/(G·°C). M.'nin en önemli ve yaygın olarak kullanılan özellikleri: yüksek ısı iletkenliği - 20 °C'de 394.279 Salı/(mK), yani 0,941 dışkı/(cm·sn·°C); düşük elektrik direnci - 20 °C'de 1,68 10 -8 ohm m. Doğrusal genleşmenin termal katsayısı 17,0·10 -6'dır. M.'nin üzerindeki buhar basıncı ihmal edilebilir, basınç 133.322 n/m 2(yani 1 mmHg Sanat.) yalnızca 1628 °C'de elde edilir. M. diyamanyetiktir; atomik manyetik duyarlılık 5,27·10 -6. Brinell sertliği 350 Min/m2(yani 35 kgf/mm2); çekme mukavemeti 220 Min/m2(yani 22 kgf/mm2); bağıl uzama %60, elastik modül 132 10 3 Min/m2(yani 13,2 10 3 kgf/mm2). Sertleşerek çekme mukavemeti 400-450'ye çıkarılabilir. Min/m2 uzama %2'ye düşerken, elektrik iletkenliği de %1-3 oranında azalır. Soğuk işlenmiş metalin tavlaması 600-700 °C'de yapılmalıdır. Bi (%'nin binde biri) ve Pb'nin (%'nin yüzde biri) küçük safsızlıkları M.'yi kırmızı-kırılgan hale getirir ve S'nin karışımı soğukta kırılganlığa neden olur.
Kimyasal özellikler açısından metal, grup VIII'in ilk üçlüsünün elementleri ile periyodik sistemin I. grubunun alkali elementleri arasında bir ara pozisyonda bulunur. Fe, Co ve Ni gibi M de kompleks oluşumuna yatkındır ve renkli bileşikler, çözünmeyen sülfitler vb. üretir. Alkali metallerle benzerliği önemsizdir. Böylece M bir dizi tek değerlikli bileşik oluşturur, ancak 2 değerlikli durum onun için daha tipiktir. Tek değerlikli magnezyumun tuzları pratik olarak suda çözünmez ve kolayca 2 değerlikli magnezyum bileşiklerine oksitlenir; aksine, iki değerlikli tuzlar suda oldukça çözünür ve seyreltik çözeltilerde tamamen ayrışır. Hidratlanmış Cu 2+ iyonları mavidir. M'nin 3 değerlikli olduğu bileşikler de bilinmektedir. Böylece, sodyum peroksitin bir sodyum kuprit Na2CuO2 çözeltisi üzerindeki etkisiyle, Cu203 oksit elde edilir - zaten 100 ° C'de oksijeni serbest bırakmaya başlayan kırmızı bir toz. Cu203 güçlü bir oksitleyici maddedir (örneğin, hidroklorik asitten klor açığa çıkarır).
M.'nin kimyasal aktivitesi düşüktür. Kompakt metal, 185 °C'nin altındaki sıcaklıklarda kuru hava ve oksijenle etkileşime girmez. Nem ve CO2 varlığında metal yüzeyinde yeşil bir bazik karbonat filmi oluşur. Metal havada ısıtıldığında yüzey oksidasyonu meydana gelir; 375 °C'nin altında CuO oluşur ve 375-1100 °C aralığında metalin eksik oksidasyonu ile yüzey katmanında CuO bulunan ve iç katmanda - Cu olmak üzere iki katmanlı ölçek oluşur. 2 O (bkz. Bakır oksitler). Islak klor, halihazırda normal sıcaklıklardaki minerallerle etkileşime girerek suda oldukça çözünür olan CuCl2 klorür oluşturur. M kolayca diğer halojenlerle birleşir (bkz. Bakır halojenürler). M. kükürt ve selenyum için özel bir ilgi gösterir; bu nedenle kükürt buharında yanar (bkz. Bakır sülfürler). M. yüksek sıcaklıklarda bile hidrojen, nitrojen ve karbonla reaksiyona girmez. Hidrojenin katı metaldeki çözünürlüğü önemsizdir ve 400 °C'de 0,06'dır. mg 100'de G M. Cu2O içeren metal külçeler üzerinde yüksek sıcaklıklarda etkili olan hidrojen ve diğer yanıcı gazlar (CO, CH4), CO2 ve su buharı oluşumu ile onu metale indirger. Metalde çözünmeyen bu ürünler, metalin mekanik özelliklerini keskin bir şekilde kötüleştiren çatlakların ortaya çıkmasına neden olarak ondan salınır.
NH3 sıcak metalin üzerinden geçirildiğinde Cu3N oluşur.Halihazırda sıcak bir sıcaklıkta metal, NO, N20 (Cu2O oluşumu ile) ve NO2 (oluşumu ile) gibi nitrojen oksitlere maruz kalır. CuO). Karbürler Cu2C2 ve CuC2, asetilenin M tuzlarının amonyak çözeltileri üzerindeki etkisiyle elde edilebilir.Cu2+ + 2e Cu reaksiyonu için M'nin normal elektrot potansiyeli +0.337'dir. V ve Cu + + e Cu reaksiyonu için +0,52'dir V. Bu nedenle demir, tuzlarından daha elektronegatif elementlerle yer değiştirir (demir endüstride kullanılır) ve oksitleyici olmayan asitlerde çözünmez. Nitrik asitte M., Cu(NO3)2 ve nitrojen oksitlerin oluşumuyla, sıcak bir H2S04 konsantrasyonunda - CuS04 ve S02 oluşumuyla, ısıtılmış seyreltilmiş H2S04'te - çözünür çözeltinin içine hava üflenir. M.'nin tüm tuzları zehirlidir (bkz. Bakır karbonatlar, Bakır nitrat, Bakır sülfat).
M. iki ve tek değerlikli durumda çok sayıda çok kararlı kompleks bileşik oluşturur. Tek değerlikli metalin karmaşık bileşiklerinin örnekleri: (NH4) 2 CuBr3; K3Cu(CN)4 - çift tuz tipi kompleksler; [Cu(SC(NH2))2]CI ve diğerleri. 2 değerlikli metalin karmaşık bileşiklerinin örnekleri: CsCuCI3, K2CuCl4 - bir tür çift tuz. M'nin amonyak kompleksi bileşikleri büyük endüstriyel öneme sahiptir: [Cu (NH3) 4 ] SO 4 , [Cu (NH 3) 2 ] SO 4 .
Fiş. Bakır cevherleri düşük M içeriği ile karakterize edilir, bu nedenle eritmeden önce ince öğütülmüş cevher mekanik zenginleştirmeye tabi tutulur; bu durumda değerli mineraller atık kayanın büyük kısmından ayrılır; Sonuç olarak, bir dizi ticari konsantre (örneğin bakır, çinko, pirit) ve atıklar elde edilir.
Dünya pratiğinde metallerin %80'i, malzemenin tüm kütlesinin eritilmesine dayanan pirometalurjik yöntemler kullanılarak konsantrelerden ekstrakte edilir. Eritme işlemi sırasında, magnezyumun kükürte daha fazla afinitesi ve atık kaya ve demir bileşenlerinin oksijene daha fazla afinitesi nedeniyle, magnezyum sülfit eriyiğinde (mat) yoğunlaşır ve oksitler cüruf oluşturur. Mat çökeltilerek cüruftan ayrılır.
Çoğu modern tesiste eritme, yankılı veya elektrikli fırınlarda gerçekleştirilir. Reverberasyonlu fırınlarda çalışma alanı yatay yönde uzatılır; ocak alanı 300 m2 ve daha fazlası (30 M 10 M), erime için gerekli ısı, banyo yüzeyinin üzerindeki gaz boşluğunda karbon yakıtın (doğalgaz, akaryakıt, toz kömür) yakılmasıyla elde edilir. Elektrikli fırınlarda ısı, erimiş cüruftan bir elektrik akımı geçirilerek elde edilir (akım, içine batırılmış grafit elektrotlar aracılığıyla cürufa verilir).
Bununla birlikte, dış ısı kaynaklarına dayalı hem yansıtıcı hem de elektrik erimesi kusurlu süreçlerdir. Bakır konsantrelerinin büyük kısmını oluşturan sülfitler yüksek kalorifik değere sahiptir. Bu nedenle, sülfitlerin yanma ısısını (oksitleyici - ısıtılmış hava, oksijenle zenginleştirilmiş hava veya teknik oksijen) kullanan eritme yöntemleri giderek daha fazla tanıtılmaktadır. İnce, önceden kurutulmuş sülfit konsantreleri, oksijen veya hava akımıyla yüksek sıcaklığa ısıtılan bir fırına üflenir. Parçacıklar süspansiyon halinde yanar (oksijenle flaş eritme). Sülfitler sıvı halde de oksitlenebilir; bu süreçler SSCB'de ve yurtdışında (Japonya, Avustralya, Kanada) yoğun bir şekilde inceleniyor ve sülfür bakır cevherlerinin pirometalurjisinin geliştirilmesinde ana yön haline geliyor.
Yüksek kükürt içeriğine (%35-42 S) sahip zengin parça sülfür cevherleri (%2-3 Cu) bazı durumlarda doğrudan şaft fırınlarında (dikey çalışma alanına sahip fırınlar) eritme için gönderilir. Şaft eritme çeşitlerinden birinde (bakır-kükürt eritme), fırının üst ufuklarında SO2'yi elementel kükürde indirgeyen yüke ince kok eklenir. Bu süreçte bakır da mat halde yoğunlaşır.
Ortaya çıkan sıvı mat (esas olarak Cu 2 S, FeS) bir dönüştürücüye dökülür - çelik sacdan yapılmış, içi manyezit tuğlalarla kaplı, hava enjeksiyonu için yan sıra tüyerler ve etrafında dönmek için bir cihazla donatılmış silindirik bir tank. bir eksen. Mat katmandan basınçlı hava üflenir. Matların dönüşümü iki aşamada gerçekleşir. İlk olarak demir sülfit oksitlenir ve demir oksitleri bağlamak için dönüştürücüye kuvars eklenir; dönüştürücü cürufu oluşur. Daha sonra bakır sülfür oksitlenerek metalik metal ve SO2 oluşturulur. Bu kaba M. kalıplara dökülür. Külçeler (ve bazen doğrudan erimiş kaba metal), değerli uyduların (Au, Ag, Se, Fe, Bi ve diğerleri) çıkarılması ve zararlı yabancı maddelerin uzaklaştırılması amacıyla yangınla arıtma işlemine gönderilir. Safsızlık metallerinin oksijene bakırdan daha fazla afinitesine dayanır: Fe, Zn, Co ve kısmen Ni ve diğerleri oksit formunda cürufa geçer ve kükürt (SO2 formunda) gazlarla giderilir. Cürufun çıkarılmasından sonra, ham huş ağacı veya çam kütüklerinin uçları sıvı metale batırılarak içinde çözünmüş Cu2O'yu geri kazandırmak için metal "alay edilir" ve ardından düz kalıplara dökülür. Elektrolitik arıtma için bu külçeler, H2S04 ile asitleştirilmiş bir CuSO4 çözeltisi banyosunda süspanse edilir. Anot görevi görürler. Akım geçtiğinde, anotlar çözülür ve katotların üzerinde saf metal, yine özel matris banyolarında elektrolizle elde edilen ince bakır levhalar biriktirilir. Yoğun, pürüzsüz birikintileri ayırmak için elektrolite yüzey aktif katkı maddeleri (ahşap tutkalı, tiyoüre ve diğerleri) eklenir. Elde edilen katot metali su ile yıkanır ve eritilir. Soy metaller, Se, Te ve diğer değerli metal uyduları, özel işlemlerle çıkarıldığı anot çamurunda yoğunlaşır. Nikel elektrolitte konsantre edilmiştir; Buharlaştırma ve kristalleştirme çözeltilerinin bir kısmının uzaklaştırılmasıyla Ni, nikel sülfat formunda elde edilebilir.
Minerallerin (çoğunlukla zayıf oksitlenmiş ve doğal cevherlerden) elde edilmesi için pirometalurjik yöntemlerin yanı sıra hidrometalurjik yöntemler de kullanılır. Bu yöntemler, bakır içeren minerallerin, genellikle H2S04 veya amonyağın zayıf çözeltilerinde seçici olarak çözünmesine dayanmaktadır. Bir çözeltiden metal ya demirle çökeltilir ya da çözünmeyen anotlarla elektroliz yoluyla izole edilir. Metalin oksijen bileşiklerinin sülfürik asit çözeltilerinde çözündüğü ve sülfitlerin yüzdürme yoluyla ayrıldığı kombine hidroflotasyon yöntemleri, karışık cevherlere uygulandığında çok umut vericidir. Yüksek sıcaklık ve basınçta gerçekleşen otoklav hidrometalurjik işlemler de yaygınlaşmaktadır.
Başvuru. Metalin teknolojideki büyük rolü, bir dizi değerli özelliğinden ve her şeyden önce yüksek elektrik iletkenliği, plastisite ve termal iletkenliğinden kaynaklanmaktadır. Bu özellikleri sayesinde M. tellerin ana malzemesidir; Çıkarılan metalin %50'den fazlası elektrik endüstrisinde kullanılıyor. Tüm yabancı maddeler metalin elektriksel iletkenliğini azaltır ve bu nedenle elektrik mühendisliğinde en az %99,9 Cu içeren yüksek dereceli metal kullanılır. Yüksek ısı iletkenliği ve korozyon direnci, ısı eşanjörleri, buzdolapları, vakum cihazları vb. gibi cihazların kritik metal parçalarından üretim yapılmasını mümkün kılar. Metalin yaklaşık %30-40'ı çeşitli alaşımlar formunda kullanılır; bunların en önemlileri şunlardır: pirinç(%0'dan %50'ye kadar Zn) ve çeşitli tipler bronz; kalay, alüminyum, kurşun, berilyum vb. (daha fazla ayrıntı için bkz. Bakır alaşımları). Ağır sanayi, iletişim ve ulaşım ihtiyaçlarına ek olarak, mineral pigmentlerin hazırlanması, zararlıların ve bitki hastalıklarının kontrolü, mikro gübreler, oksidasyon işlemleri için katalizörler olarak belirli miktarda metal (çoğunlukla tuz formunda) tüketilir. , ayrıca deri ve kürk endüstrilerinde ve suni ipek üretiminde.
L. V. Vanyukov.
Sanatsal bir malzeme olarak bakır, bakır çağı(takı, heykel, mutfak eşyaları, tabaklar). Metal ve alaşımlardan dövülmüş ve dökülmüş ürünler (bkz. Bronz) kovalama, gravür ve kabartma ile süslenmiştir. Metalin işlenmesinin kolaylığı (yumuşaklığı nedeniyle), ustaların çeşitli dokular elde etmesine, ayrıntıların dikkatli bir şekilde detaylandırılmasına ve formun ince modellenmesine olanak tanır. Metalden üretilen ürünler, altın veya kırmızımsı tonlarının güzelliğinin yanı sıra cilalandığında parlaklık kazanma yetenekleriyle de öne çıkıyor. M. genellikle yaldızlı ve patinelidir (bkz. Patina), renkli, emaye ile süslenmiş. 15. yüzyıldan beri baskı plakalarının üretiminde metal de kullanılmaktadır (bkz. Oymak).
Vücuttaki bakır. M. - bitkiler ve hayvanlar için gerekli eser element. M.'nin ana biyokimyasal işlevi, bir aktivatör olarak veya bakır içeren enzimlerin bir parçası olarak enzimatik reaksiyonlara katılmaktır. Bitkilerdeki M miktarı %0,0001 ila %0,05 (kuru madde başına) arasında değişir ve bitki türüne ve topraktaki M içeriğine bağlıdır. Bitkilerde M., oksidaz enziminin ve plastosiyanin proteininin bir bileşenidir. Optimum konsantrasyonlarda M., bitkilerin soğuğa direncini arttırır ve büyümelerini ve gelişmelerini destekler. Hayvanlar arasında M. açısından en zengin olanlar bazı omurgasızlardır (yumuşakçalar ve kabuklular) hemosiyanin%0,15-0,26 M. içerir). Yiyecekle birlikte alındığında M. bağırsaklarda emilir, kan serumu proteini - albümine bağlanır, daha sonra karaciğer tarafından emilir, buradan serüloplazmin proteininin bir parçası olarak kana geri döner ve organlara ve dokulara iletilir.
İnsanlardaki M. içeriği değişiklik gösterir (100 kişi başına) G kuru ağırlık) 5'ten mg karaciğerde 0,7'ye kadar mg kemiklerde, vücut sıvılarında - 100'den mcg(100 başına ml) kanda 10'a kadar mcg beyin omurilik sıvısında; yetişkin insan vücudundaki toplam M. yaklaşık 100'dür mg. M. bir dizi enzimin (örneğin tirozinaz, sitokrom oksidaz) bir parçasıdır ve kemik iliğinin hematopoietik fonksiyonunu uyarır. Küçük M. dozları karbonhidratların (kan şekerinde azalma), minerallerin (kandaki fosfor miktarının azalması) vb. metabolizmasını etkiler. Kanda M.'nin artması, mineral demir bileşiklerinin organik bileşiklere dönüşmesine yol açar; sentez sırasında karaciğerde biriken demirin kullanımını uyarır hemoglobin.
M. eksikliği ile tahıl bitkileri sözde işleme hastalığından etkilenir ve meyve bitkileri ekzantemden etkilenir; Hayvanlarda demirin emilimi ve kullanımı azalır, bu da demirin anemi ishal ve halsizlik eşlik eder. Bakır mikro gübreler ve hayvanları bakır tuzlarıyla beslemek için kullanılır (bkz. Mikro gübreler). M. zehirlenmesi anemiye, karaciğer hastalığına ve Wilson hastalığına yol açar. İnsanlarda, M'nin ince emilim ve atılım mekanizmaları nedeniyle zehirlenme nadiren meydana gelir. Bununla birlikte, büyük dozlarda M. kusmaya neden olur; M. emildiğinde genel zehirlenme meydana gelebilir (ishal, solunum ve kalp aktivitesinde zayıflama, boğulma, koma).
I. F. Gribovskaya.
Tıpta M. sülfat, konjonktivit için göz damlası ve trahom tedavisi için göz kalemleri şeklinde antiseptik ve büzücü olarak kullanılır. Fosforlu cilt yanıklarında bir M. sülfat çözeltisi de kullanılır. Bazen M. sülfat kusturucu olarak kullanılır. M. nitrat, trahom ve konjonktivit için göz merhemi olarak kullanılır.
Aydınlatılmış.: Smirnov V.I., Bakır ve nikel metalurjisi, Sverdlovsk - M., 1950; Avetisyan Kh.K., Blister bakırın metalurjisi, M., 1954; Ghazaryan L.M., Bakırın Pirometalurjisi, M., 1960; Metalurjistin Demir Dışı Metaller Rehberi, editörlüğünü N. N. Murach, 2. baskı, cilt 1, M., 1953, cilt 2, M., 1947; Levinson N.P., [Demir dışı ve demirli metalden yapılmış ürünler], kitapta: Rus dekoratif sanatı, cilt 1-3, M., 1962-65; Hadaway W. S., Çoğunlukla Güney Hindistan'da bulunan pirinç ve bakırdan metal işçiliğinin illüstrasyonları, Madras, 1913; Wainwright G. A., Bybios yakınında kalay ve bakır bulunması, "Mısır arkeolojisi Dergisi", 1934, v. 20, bölüm 1, s. 29-32; Bergsee P., Kolomb öncesi Kızılderililer arasında yaldızlama süreci ve bakır ve kurşunun metalurjisi, Kbh., 1938; Frieden E., Doğadaki bakır bileşiklerinin rolü, kitapta: Horizons of Biochemistry, İngilizceden çeviri, M., 1964; o. Bakırın biyokimyası, kitapta: Moleküller ve Hücreler, İngilizce'den çeviri, in. 4, M., 1969; Bakırın biyolojik rolü, M., 1970.
Bakır- birinci grubun ikincil bir alt grubunun bir elemanı, atom numarası 29 olan D.I. Mendeleev'in kimyasal elementlerinin periyodik sisteminin dördüncü periyodu. Cu (lat. Cuprum) sembolü ile gösterilir.
Bakır doğada hem bileşikler halinde hem de doğal formda bulunur. Bakır pirit, kalkosit Cu2S ve Bornit Cu5FeS4 olarak da bilinen kalkopirit CuFeS2 endüstriyel öneme sahiptir. Bunlarla birlikte başka bakır mineralleri de bulunur: kovellit CuS, kuprit Cu2O, azurit Cu3(CO3)2(OH)2, malakit Cu2CO3(OH)2. Bazen bakır doğal formda bulunur, bireysel kümelerin kütlesi 400 tona ulaşabilir. Bakır sülfitler esas olarak orta sıcaklıktaki hidrotermal damarlarda oluşur. Bakır yatakları ayrıca bakırlı kumtaşları ve şeyller gibi tortul kayaçlarda da sıklıkla bulunur. Bu türden en ünlü yataklar Chita bölgesindeki Udokan, Kazakistan'daki Dzhezkazgan, Orta Afrika'nın bakır kuşağı ve Almanya'daki Mansfeld'dir.
Çoğu bakır cevheri açık ocak madenciliği yoluyla çıkarılır. Cevherdeki bakır içeriği %0,4 ile %1,0 arasında değişmektedir. Bakırın fiziksel özellikleri
Bakır, altın pembesi yumuşak bir metaldir; havada hızla bir oksit filmi ile kaplanır, bu da ona karakteristik, yoğun sarımsı kırmızı bir renk verir. Bakır yüksek ısı ve elektrik iletkenliğine sahiptir (elektrik iletkenliğinde gümüşten sonra ikinci sırada yer alır). İki kararlı izotopu vardır: 63Cu ve 65Cu ve birkaç radyoaktif izotop. Bunlardan en uzun ömürlü olanı olan 64Cu, 12,7 saatlik yarı ömre ve farklı ürünlerle iki bozunma moduna sahiptir.
Bakırın rengi kırmızı, kırıldığında pembe, ince tabakalar halinde yarı saydam olduğunda yeşilimsi mavidir. Metal, a = 3,6074 Å parametresine sahip yüzey merkezli bir kübik kafese sahiptir; yoğunluk 8,96 g/cm3 (20 °C). Atom yarıçapı 1,28 Å; Cu+'nın iyonik yarıçapı 0,98 Å; Сu2+ 0,80 Å; eritme 1083 °C; kaynama noktası 2600 °C; özgül ısı kapasitesi (20 °C'de) 385,48 J/(kg·K), yani. 0,092 cal/(g°C). Bakırın en önemli ve yaygın olarak kullanılan özellikleri: yüksek ısı iletkenliği - 20 °C'de 394,279 W/(m·K), yani 0,941 cal/(cm sn °C); düşük elektrik direnci - 20 °C'de 1,68·10-8 ohm·m. Doğrusal genleşmenin termal katsayısı 17,0·10-6'dır. Bakırın üzerindeki buhar basıncı ihmal edilebilir düzeydedir; 133,322 n/m2 (yani 1 mm Hg) basınca yalnızca 1628 °C'de ulaşılır. Bakır diyamanyetiktir; atomik manyetik duyarlılık 5,27·10-6. Bakırın Brinell sertliği 350 Mn/m2'dir (yani 35 kgf/mm2); çekme mukavemeti 220 MN/m2 (yani 22 kgf/mm2); bağıl uzama %60, elastik modül 132·103 MN/m2 (yani 13,2·103 kgf/mm2). Sertleştirme ile çekme mukavemeti 400-450 Mn/m2'ye çıkarılabilmekte, uzama %2'ye düşmekte, elektrik iletkenliği ise 1-3 oranında azalmaktadır.
Bakır, karakteristik metalik parlaklığa sahip, sünek, altın-pembe bir metaldir. D.I. Mendeleev'in periyodik sisteminde bu kimyasal element Cu (Cuprum) olarak adlandırılır ve 4. periyotta grup I'de (yan alt grup) 29 seri numarası altında bulunur.
Latince adı Cuprum, Kıbrıs adasının adından gelmektedir. MÖ 3. yüzyılda Kıbrıs'ta bakır madenlerinin bulunduğu ve yerel ustaların bakır erittiğine dair bilinen gerçekler var. Bakırı şirketten satın alabilirsiniz. « ».
Tarihçilere göre toplum bakıra yaklaşık dokuz bin yıldır aşinadır. Modern Türkiye bölgesindeki arkeolojik kazılar sırasında en eski bakır ürünleri bulunmuştur. Arkeologlar giysileri süslemek için kullanılan küçük bakır boncuklar ve plakalar keşfettiler. Buluntular MÖ 8-7. binyılların başlarına tarihlenmektedir. Antik çağda bakır, mücevherat, pahalı tabaklar ve ince bıçaklı çeşitli aletlerin yapımında kullanılıyordu.
Eski metalurjistlerin büyük bir başarısı, bakır bazlı bir alaşımın (bronz) üretimi olarak adlandırılabilir.
Bakırın temel özellikleri
1. Fiziksel özellikler.
Havada bakır, bir oksit filminin oluşması nedeniyle parlak sarımsı kırmızı bir renk alır. İnce plakalar içlerinden bakıldığında yeşilimsi mavi bir renge sahiptir. Saf haliyle bakır oldukça yumuşaktır, dövülebilir ve kolayca haddelenip çekilebilir. Kirlilikler sertliğini artırabilir.
Bakırın yüksek elektrik iletkenliği, baskın kullanımını belirleyen ana özellik olarak adlandırılabilir. Bakır ayrıca çok yüksek ısı iletkenliğine sahiptir. Demir, fosfor, kalay, antimon ve arsenik gibi yabancı maddeler temel özellikleri etkiler ve elektriksel ve termal iletkenliği azaltır. Bu göstergelere göre bakır gümüşten sonra ikinci sırada yer alıyor.
Bakırın yoğunluğu, erime noktaları ve kaynama noktaları yüksektir. Önemli bir özellik aynı zamanda korozyona karşı iyi dirençtir. Örneğin yüksek nemde demir çok daha hızlı oksitlenir.
Bakır, işlemeye çok uygundur: bakır levha ve bakır çubuk halinde haddelenir, kalınlığı milimetrenin binde biri kadar olacak şekilde bakır tel halinde çekilir. Bu metal diyamanyetiktir, yani dış manyetik alanın yönüne karşı mıknatıslanır.
Bakır nispeten düşük aktif bir metaldir. Normal koşullar altında kuru havada oksidasyon meydana gelmez. Halojenler, selenyum ve kükürt ile kolayca reaksiyona girer. Oksitleyici özelliği olmayan asitlerin bakır üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Hidrojen, karbon ve nitrojen ile kimyasal reaksiyon yoktur. Nemli havada, platinin üst tabakası olan bakır (II) karbonatı oluşturmak için oksidasyon meydana gelir.
Bakır amfoteriktir, yani yer kabuğunda katyonlar ve anyonlar oluşturur. Koşullara bağlı olarak bakır bileşikleri asidik veya bazik özellikler gösterir.
Bakır elde etme yöntemleri
Doğada bakır, bileşikler halinde ve külçeler halinde bulunur. Bileşikler oksitler, bikarbonatlar, kükürt ve karbon dioksit komplekslerinin yanı sıra sülfür cevherleri ile temsil edilir. En yaygın cevherler bakır pirit ve bakır cilasıdır. İçlerindeki bakır içeriği% 1-2'dir. Birincil bakırın %90'ı pirometalurjik yöntemle, %10'u ise hidrometalurjik yöntemle çıkarılır.
1.
Pirometalurjik yöntem aşağıdaki işlemleri içerir: zenginleştirme ve kavurma, mat için eritme, dönüştürücüde temizleme, elektrolitik rafinasyon.
Bakır cevherleri flotasyon ve oksidatif kavurma yoluyla zenginleştirilir. Flotasyon yönteminin özü şu şekildedir: Sulu bir ortamda asılı kalan bakır parçacıkları hava kabarcıklarının yüzeyine yapışır ve yüzeye çıkar. Yöntem,% 10-35 bakır içeren bakır tozu konsantresi elde etmenizi sağlar.
Önemli miktarda kükürt içeren bakır cevherleri ve konsantreleri oksidatif kavurmaya tabi tutulur. Oksijen varlığında ısıtıldığında sülfitler oksitlenir ve kükürt miktarı neredeyse yarı yarıya azalır. %8-25 oranında bakır içeren fakir konsantreler kavrulur. %25-35 oranında bakır içeren zengin konsantreler kavurma işlemine gerek kalmadan eritilir.
Bakır üretimine yönelik pirometalurjik yöntemin bir sonraki aşaması mat için eritmedir. Hammadde olarak büyük miktarda kükürt içeren parça bakır cevheri kullanılıyorsa, şaft fırınlarında eritme işlemi yapılır. Toz halindeki flotasyon konsantresi için ise reverber fırınlar kullanılmaktadır. Erime 1450 °C sıcaklıkta gerçekleşir.
Yandan üflemeli yatay konvertörlerde, sülfitlerin ve ferrumun oksidasyonunun meydana gelmesi için bakır matı basınçlı hava ile üflenir. Daha sonra ortaya çıkan oksitler cürufa, kükürt ise okside dönüştürülür. Dönüştürücü, %98,4-99,4 oranında bakır, demir, kükürtün yanı sıra az miktarda nikel, kalay, gümüş ve altın içeren kabarcıklı bakır üretir.
Blister bakır ateşe tabi tutulur ve ardından elektrolitik rafinasyona tabi tutulur. Yabancı maddeler gazlarla uzaklaştırılır ve cürufa dönüştürülür. Ateşle rafinasyon sonucunda %99,5'e varan saflıkta bakır oluşur. Elektrolitik rafinasyondan sonra saflık %99,95'tir.
2. Hidrometalurjik yöntem, bakırın zayıf bir sülfürik asit çözeltisiyle süzülmesini ve ardından bakır metalinin doğrudan çözeltiden ayrılmasını içerir. Bu yöntem, düşük dereceli cevherlerin işlenmesi için kullanılır ve değerli metallerin bakırla birlikte çıkarılmasına izin vermez.
Bakır Uygulamaları
Değerli nitelikleri nedeniyle bakır ve bakır alaşımları elektrik ve elektrik mühendisliği endüstrilerinde, radyo elektroniği ve enstrüman yapımında kullanılmaktadır. Bakırın çinko, kalay, alüminyum, nikel, titanyum, gümüş ve altın gibi metallerle alaşımları vardır. Daha az yaygın olarak kullanılanlar metal olmayan alaşımlardır: fosfor, kükürt, oksijen. İki grup bakır alaşımı vardır: pirinç (çinkolu alaşımlar) ve bronz (diğer elementlerle alaşımlar).
Bakır, konut binalarının yapımında kullanılmasına olanak tanıyan son derece çevre dostudur. Örneğin, korozyon önleyici özellikleri nedeniyle bakır bir çatı, özel bakım veya boya gerektirmeden yüz yıldan fazla dayanabilir.
Takılarda altın ile alaşım halinde bakır kullanılır. Bu alaşım ürünün mukavemetini arttırır, deformasyona ve aşınmaya karşı direnci arttırır.
Bakır bileşikleri yüksek biyolojik aktivite ile karakterize edilir. Bitkilerde bakır, klorofil sentezinde rol alır. Bu nedenle mineral gübrelerin bileşiminde de görülebilir. İnsan vücudunda bakır eksikliği kan bileşiminde bozulmaya neden olabilir. Birçok gıda ürününde bulunur. Örneğin bu metal sütte bulunur. Ancak bakır bileşiklerinin fazlasının zehirlenmeye neden olabileceğini unutmamak önemlidir. Bu nedenle bakır tencerelerde yemek pişirmemelisiniz. Kaynatma sırasında büyük miktarda bakır yiyeceğe sızabilir. İçerideki bulaşıklar bir kalay tabakasıyla kaplanmışsa zehirlenme tehlikesi yoktur.
Tıpta bakır antiseptik ve büzücü olarak kullanılır. Konjonktivit için göz damlalarının ve yanık çözümlerinin bir bileşenidir.
