La maleabilidad se refiere a la susceptibilidad de los metales y las aleaciones a la forja y otros tipos de tratamiento a presión. Puede ser estirado, estampado, laminado o prensado. La ductilidad del cobre se caracteriza no solo por la resistencia a la deformación, sino también por la ductilidad. ¿Qué es la plasticidad? Esta es la capacidad del metal para cambiar sus contornos bajo presión sin destrucción. Los metales maleables son el latón, el acero, el duraluminio y algunas otras aleaciones de cobre, magnesio, níquel y aluminio. Son ellos los que tienen un alto nivel de plasticidad combinado con una baja resistencia a la deformación.
Cobre
Me pregunto cómo se ve la característica del cobre. Se sabe que este es un elemento del grupo 11 del cuarto período del sistema de elementos químicos de D. I. Mendeleev. Su átomo tiene el número 29 y se denota con el símbolo Cu. De hecho, es un metal dúctil de transición de color rosa dorado. Por cierto, tiene un color rosa si la película de óxido está ausente. Durante mucho tiempo, este elemento ha sido utilizado por personas.
Historia
Uno de los primeros metales que la gente comenzó a usar activamente en sus hogares es el cobre. De hecho, es demasiado accesible para obtener del mineral y tiene un pequeñoTemperatura de fusión. Durante mucho tiempo, la raza humana ha conocido los siete metales, que también incluye el cobre. En la naturaleza, este elemento es mucho más común que la plata, el oro o el hierro. Los objetos antiguos hechos de cobre, escoria, son evidencia de su fundición a partir de minerales. Fueron descubiertos durante las excavaciones del pueblo de Chatal-Khuyuk. Se sabe que en la Edad del Cobre, las cosas de cobre se generalizaron. En la historia mundial, sigue al de piedra.
S. A. Semyonov y sus colegas realizaron estudios experimentales, en los que descubrieron que las herramientas de cobre son superiores a las de piedra en muchos aspectos. Tienen una mayor velocidad de cepillado, taladrado, corte y aserrado de madera. Y procesar un hueso con un cuchillo de cobre dura tanto como con uno de piedra. Pero el cobre se considera un metal blando.
Muy a menudo en la antigüedad, en lugar de cobre, usaban su aleación con estaño - bronce. Era necesario para la fabricación de armas y otras cosas. Entonces, la edad de bronce vino a reemplazar a la edad de cobre. El bronce se obtuvo por primera vez en Oriente Medio en el año 3000 a. AD: A la gente le gustaba la fuerza y la excelente maleabilidad del cobre. Del bronce resultante salían magníficas herramientas de trabajo y caza, utensilios y adornos. Todos estos elementos se encuentran en excavaciones arqueológicas. Luego, la Edad del Bronce fue reemplazada por la Edad del Hierro.
¿Cómo se obtenía el cobre en la antigüedad? Inicialmente, no se extraía de sulfuro, sino de mineral de malaquita. De hecho, en este caso, no había necesidad de realizar disparos preliminares. Para ello, se colocaba una mezcla de carbón y mineral en una vasija de barro. El buque fue colocado enun hoyo poco profundo y la mezcla se prendió fuego. Entonces comenzó a liberarse monóxido de carbono, lo que contribuyó a la reducción de la malaquita a cobre libre.
Se sabe que las minas de cobre se construyeron en Chipre ya en el tercer milenio antes de Cristo, donde se fundía el cobre.
En las tierras de Rusia y los estados vecinos, las minas de cobre surgieron dos milenios antes de Cristo. mi. Sus ruinas se encuentran en los Urales, en Ucrania, en Transcaucasus, en Altai y en la lejana Siberia.
La fundición industrial del cobre se dominó en el siglo XIII. Y en el decimoquinto en Moscú, se creó el Cannon Yard. Fue allí donde se fundieron en bronce armas de varios calibres. Se utilizó una cantidad increíble de cobre para hacer campanas. En 1586, el Cañón del Zar fue fundido en bronce, en 1735, la Campana del Zar, en 1782, se creó el Jinete de Bronce. En 752, los artesanos hicieron una magnífica estatua del Gran Buda en el Templo Todai-ji. En general, la lista de obras de arte de fundición es interminable.
En el siglo XVIII el hombre descubrió la electricidad. Fue entonces cuando se empezaron a destinar grandes volúmenes de cobre a la fabricación de alambres y productos similares. En el siglo XX, los cables se fabricaban con aluminio, pero el cobre seguía siendo de gran importancia en la ingeniería eléctrica.
Origen del nombre
¿Sabes que Cuprum es el nombre latino del cobre, derivado del nombre de la isla de Chipre? Por cierto, Strabo llama chalkos de cobre: la ciudad de Chalkis en Eubea es culpable del origen de tal nombre. La mayoría de los nombres griegos antiguos para cobre ylos objetos de bronce se originaron precisamente de esta palabra. Han encontrado una amplia aplicación en la herrería y entre los productos de herrería y piezas fundidas. A veces, el cobre se llama Aes, que significa mineral o mina.
La palabra eslava "cobre" no tiene una etimología pronunciada. Quizás es viejo. Pero se encuentra muy a menudo en los monumentos literarios más antiguos de Rusia. V. I. Abaev asumió que esta palabra provenía del nombre del país Midia. Los alquimistas apodaron al cobre "Venus". En tiempos más antiguos, se llamaba "Marte".
¿Dónde se encuentra el cobre en la naturaleza?
La corteza terrestre contiene (4, 7-5, 5) x 10-3% de cobre (en masa). En agua de río y de mar, es mucho menor: 10-7% y 3 x 10-7% (en masa) respectivamente.
Los compuestos de cobre se encuentran a menudo en la naturaleza. La industria utiliza calcopirita CuFeS2, denominada pirita de cobre, bornita Cu5FeS4, calcocita Cu 2S. Al mismo tiempo, la gente encuentra otros minerales de cobre: cuprita Cu2O, azurita Cu3(CO3) 2(OH)2, Malaquita Cu2CO3 (OH)2 y covelline CuS. Muy a menudo, la masa de acumulaciones individuales de cobre alcanza las 400 toneladas. Los sulfuros de cobre se forman principalmente en vetas hidrotermales de temperatura media. A menudo, en rocas sedimentarias, se pueden encontrar depósitos de cobre: lutitas y areniscas cuprosas. Los depósitos más famosos se encuentran en el Territorio Trans-Baikal Udokan, Zhezkazgan en Kazajstán, Mansfeld en Alemania y el cinturón de miel de África Central. Otros yacimientos de cobre más ricos se encuentranen Chile (Colhausi y Escondida) y USA (Morenci).
La mayor parte del mineral de cobre se extrae a cielo abierto. Contiene 0,3 a 1,0% de cobre.
Propiedades físicas
Muchos lectores están interesados en la descripción del cobre. Es un metal dúctil de color rosa dorado. En el aire, su superficie se cubre instantáneamente con una película de óxido, lo que le da una peculiar tonalidad rojo-amarilla intensa. Curiosamente, las películas delgadas de cobre tienen un color verde azulado.
El osmio, el cesio, el cobre y el oro tienen el mismo color, diferente al gris o plateado de otros metales. Este tono de color indica la presencia de transiciones electrónicas entre el cuarto orbital atómico medio vacío y el tercero lleno. Entre ellos existe una cierta diferencia de energía correspondiente a la longitud de onda del naranja. El mismo sistema es responsable del color específico del oro.
¿Qué más tiene de asombroso el cobre? Este metal forma una red cúbica centrada en las caras, grupo espacial Fm3m, a=0.36150 nm, Z=4.
El cobre también es famoso por su alta conductividad eléctrica y térmica. En términos de conducción de corriente, se encuentra entre los metales en segundo lugar. Por cierto, el cobre tiene un coeficiente de resistencia de temperatura gigante y es casi independiente de su rendimiento en un amplio rango de temperatura. El cobre se llama diamagnet.
Las aleaciones de cobre son diversas. La gente ha aprendido a combinar el latón con el zinc, el níquel con el cuproníquel y el plomo con los babbits,y bronce con estaño y otros metales.
Isótopos de cobre
El cobre se compone de dos isótopos estables, 63Cu y 65Cu, que tienen abundancias de 69,1 y 30,9 por ciento atómico respectivamente. En general, hay más de dos docenas de isótopos que no tienen estabilidad. El isótopo de vida más larga es 67Cu con una vida media de 62 horas.
¿Cómo se obtiene el cobre?
Hacer cobre es un proceso muy interesante. Este metal se obtiene a partir de minerales y menas de cobre. Los métodos básicos para la obtención del cobre son la hidrometalurgia, la pirometalurgia y la electrólisis.
Consideremos el método pirometalúrgico. De esta forma, el cobre se obtiene a partir de minerales sulfurados, por ejemplo, calcopirita CuFeS2. La materia prima de calcopirita contiene 0.5-2.0% Cu. Primero, el mineral original se somete a un enriquecimiento por flotación. Luego se oxida tostado a una temperatura de 1400 grados. A continuación, el concentrado calcinado se funde para obtener un mate. Se agrega sílice al fundido para unir el óxido de hierro.
El silicato resultante flota como escoria y se separa. En el fondo queda mate: una aleación de sulfuros CU2S y FeS. Luego se funde según el método de Henry Bessemer. Para hacer esto, se vierte mate fundido en el convertidor. A continuación, el recipiente se purga con oxígeno. Y el sulfuro de hierro que queda se oxida a óxido y, con la ayuda de sílice, se elimina del proceso en forma de silicato. El sulfuro de cobre se oxida de forma incompleta a óxido de cobre, pero luego se reduce a cobre metálico.
Bel cobre blíster resultante contiene el 90,95% del metal. Luego se somete a una purificación electrolítica. Curiosamente, una solución acidificada de sulfato de cobre se utiliza como electrolito.
El cobre electrolítico se forma en el cátodo, que tiene una alta frecuencia de alrededor del 99,99 %. A partir del cobre obtenido se fabrica una variedad de artículos: alambres, equipos eléctricos, aleaciones.
El método hidrometalúrgico se ve un poco diferente. Aquí, los minerales de cobre se disuelven en ácido sulfúrico diluido o en una solución de amoníaco. De los líquidos preparados, el cobre es desplazado por el hierro metálico.
Propiedades químicas del cobre
En los compuestos, el cobre muestra dos estados de oxidación: +1 y +2. El primero de ellos tiende a la desproporción y es estable sólo en compuestos o complejos insolubles. Por cierto, los compuestos de cobre son incoloros.
El estado de oxidación +2 es más estable. Es ella quien le da a la sal el color azul y azul verdoso. En condiciones inusuales, se pueden preparar compuestos con un estado de oxidación de +3 e incluso +5. Este último se encuentra generalmente en las sales de anión de cupbororano obtenidas en 1994.
El cobre puro no cambia en el aire. Es un agente reductor débil que no reacciona con ácido clorhídrico diluido y agua. Oxidado por ácidos nítrico y sulfúrico concentrados, halógenos, oxígeno, agua regia, óxidos no metálicos, calcógenos. Cuando se calienta, reacciona con haluros de hidrógeno.
Si el aire está húmedo, el cobre se oxida para formar carbonato básico de cobre (II). Reacciona muy bien con ácido sulfúrico saturado frío y caliente, ácido sulfúrico anhidro caliente.
El cobre reacciona con ácido clorhídrico diluido en presencia de oxígeno.
Química analítica del cobre
Todo el mundo sabe lo que es la química. El cobre en solución es fácil de detectar. Para hacer esto, es necesario humedecer el alambre de platino con la solución de prueba y luego llevarlo a la llama del mechero Bunsen. Si el cobre está presente en la solución, la llama será azul verdosa. Necesitas saber que:
- Por lo general, la cantidad de cobre en soluciones ligeramente ácidas se mide usando sulfuro de hidrógeno: se mezcla con la sustancia. Como regla general, el sulfuro de cobre precipita en este caso.
- En aquellas soluciones donde no hay iones de interferencia, el cobre se determina por complexometría, ionometría o potenciometría.
- Las pequeñas cantidades de cobre en las soluciones se miden mediante métodos espectrales y cinéticos.
Uso de cobre
De acuerdo, el estudio del cobre es algo muy entretenido. Entonces, este metal tiene una baja resistividad. Debido a esta cualidad, el cobre se utiliza en ingeniería eléctrica para la producción de energía y otros cables, alambres y otros conductores. Los hilos de cobre se utilizan en los devanados de transformadores de potencia y accionamientos eléctricos. Para crear los productos anteriores, el metal se selecciona muy puro, ya que las impurezas reducen instantáneamente la conductividad eléctrica. Y si hay un 0,02 % de aluminio en el cobre, su conductividad eléctrica disminuirá un 10 %.
La segunda cualidad útil del cobre esexcelente conductividad térmica. Debido a esta propiedad, se utiliza en varios intercambiadores de calor, tubos de calor, disipadores de calor y enfriadores de computadoras.
¿Y dónde se usa la dureza del cobre? Se sabe que los tubos de cobre redondos sin costura tienen una resistencia mecánica notable. Soportan perfectamente el procesamiento mecánico y se utilizan para mover gases y líquidos. Por lo general, se pueden encontrar en sistemas internos de suministro de gas, suministro de agua, calefacción. Son ampliamente utilizados en unidades de refrigeración y sistemas de aire acondicionado.
La excelente dureza del cobre es conocida en muchos países. Entonces, en Francia, el Reino Unido y Australia, las tuberías de cobre se utilizan para el suministro de gas a los edificios, en Suecia, para calefacción, en los EE. UU., Gran Bretaña y Hong Kong, este es el material principal para el suministro de agua.
En Rusia, la producción de tuberías de cobre para agua y gas está regulada por el estándar GOST R 52318-2005, y el Código de Reglas federal SP 40-108-2004 regula su uso. Las tuberías de cobre y sus aleaciones se utilizan activamente en la industria energética y la construcción naval para mover vapor y líquidos.
¿Sabe que las aleaciones de cobre se utilizan en varios campos de la tecnología? De estos, el bronce y el latón se consideran los más famosos. Ambas aleaciones incluyen una colosal familia de materiales que, además del zinc y el estaño, pueden incluir bismuto, níquel y otros metales. Por ejemplo, el bronce de cañón, utilizado hasta el siglo XIX para fabricar piezas de artillería, estaba compuesto por cobre, estaño y zinc. Su receta cambiaba según el lugar ytiempo de fabricación de la herramienta.
Todo el mundo conoce la excelente capacidad de fabricación y la alta ductilidad del cobre. Debido a estas propiedades, una cantidad increíble de latón se destina a la producción de proyectiles para armas y municiones de artillería. Cabe destacar que las autopartes están hechas de aleaciones de cobre con silicio, zinc, estaño, aluminio y otros materiales. Las aleaciones de cobre se caracterizan por su alta resistencia y conservan sus propiedades mecánicas durante el tratamiento térmico. Su resistencia al desgaste está determinada únicamente por la composición química y su efecto sobre la estructura. Tenga en cuenta que esta regla no se aplica al bronce de berilio y algunos bronces de aluminio.
Las aleaciones de cobre tienen un módulo de elasticidad más bajo que el acero. Su principal ventaja se puede llamar un pequeño coeficiente de fricción, combinado para la mayoría de las aleaciones con alta ductilidad, excelente conductividad eléctrica y excelente resistencia a la corrosión en un ambiente agresivo. Por regla general, estos son bronces de aluminio y aleaciones de cobre y níquel. Por cierto, han encontrado su aplicación en pares de fichas.
Prácticamente todas las aleaciones de cobre tienen el mismo coeficiente de fricción. Al mismo tiempo, la resistencia al desgaste y las propiedades mecánicas, el comportamiento en un ambiente agresivo dependen directamente de la composición de las aleaciones. La ductilidad del cobre se usa en aleaciones monofásicas y la resistencia se usa en aleaciones bifásicas. El cuproníquel (aleación de cobre y níquel) se utiliza para acuñar monedas de cambio. Las aleaciones de cobre y níquel, incluido el "Almirantazgo", se utilizan en la construcción naval. Se utilizan para fabricar tubos para condensadores que limpian el vapor de escape de la turbina. Es de destacar que las turbinas son enfriadas por agua fuera de borda. Las aleaciones de cobre-níquel tienen una increíble resistencia a la corrosión, por lo que son buscadas en áreas sujetas a los efectos agresivos del agua de mar.
De hecho, el cobre es el componente más importante de las soldaduras duras: aleaciones con un punto de fusión de 590 a 880 grados Celsius. Son ellos quienes tienen una excelente adherencia a la mayoría de los metales, por lo que se utilizan para conectar firmemente varias piezas metálicas. Estos pueden ser accesorios de tubería o motores a reacción de propulsante líquido hechos de metales diferentes.
Y ahora enumeramos las aleaciones en las que la maleabilidad del cobre es de gran importancia. Dural o duraluminio es una aleación de aluminio y cobre. Aquí el cobre es 4.4%. Las aleaciones de cobre y oro se utilizan a menudo en joyería. Son necesarios para aumentar la resistencia de los productos. Después de todo, el oro puro es un metal muy blando que no puede resistir el estrés mecánico. Los artículos hechos de oro puro se deforman y desgastan rápidamente.
Curiosamente, los óxidos de cobre se utilizan para crear óxido de itrio-bario-cobre. Sirve como base para la fabricación de superconductores de alta temperatura. El cobre también se usa para hacer baterías y celdas electroquímicas de óxido de cobre.
Otras aplicaciones
¿Sabes que el cobre se usa a menudo como catalizador para la polimerización del acetileno? Debido a esta propiedad, las tuberías de cobre utilizadas para transportar acetileno puedenusar solo cuando el contenido de cobre en ellos no exceda el 64%.
La gente ha aprendido a utilizar la maleabilidad del cobre en la arquitectura. Las fachadas y los techos hechos de la más delgada lámina de cobre funcionan sin problemas durante 150 años. Este fenómeno se explica de forma sencilla: en las láminas de cobre, el proceso de corrosión se autoextingue. En Rusia, la lámina de cobre se usa para fachadas y techos de acuerdo con las normas del Código Federal de Reglas SP 31-116-2006.
En un futuro no muy lejano, la gente está planeando usar cobre como superficies germicidas en clínicas para evitar que las bacterias se muevan en el interior. Todas las superficies tocadas por la mano humana (puertas, manijas, barandillas, accesorios de agua, encimeras, camas) serán hechas por especialistas solo con este increíble metal.
Marcado de cobre
¿Qué grados de cobre usa una persona para producir los productos que necesita? Hay muchos de ellos: M00, M0, M1, M2, M3. En general, los grados de cobre se identifican por la pureza de su contenido.
Por ejemplo, los grados de cobre M1r, M2r y M3r contienen 0,04 % de fósforo y 0,01 % de oxígeno, y los grados M1, M2 y M3 - 0,05-0,08 % de oxígeno. No hay oxígeno en el grado M0b, y en MO su porcentaje es del 0,02%.
Así que echemos un vistazo más de cerca al cobre. La siguiente tabla proporcionará información más precisa:
| Grado de cobre | M00 | M0 | M0b | M1 | M1p | M2 | M2r | M3 | M3r | M4 |
|
Porcentaje contenido cobre |
99, 99 | 99, 95 | 99, 97 | 99, 90 | 99, 70 | 99, 70 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 00 |
27 grados de cobre
Hay veintisiete grados de cobre en total. ¿Dónde usa una persona tal cantidad de materiales de cobre? Considere este matiz con más detalle:
- El material Cu-DPH se utiliza para hacer los accesorios necesarios para conectar las tuberías.
- AMF para crear ánodos laminados en frío y en caliente.
- AMPU se utiliza para la producción de ánodos laminados en frío y laminados en caliente.
- M0 para crear conductores de corriente y aleaciones de alta frecuencia.
- El material M00 se utiliza para la fabricación de aleaciones de alta frecuencia y conductores de corriente.
- M001 se utiliza para la fabricación de alambre, neumáticos y otros productos eléctricos.
- M001b para la fabricación de productos eléctricos.
- M00b se utiliza para crear conductores de corriente, aleaciones de alta frecuencia y dispositivos para la industria del electrovacío.
- M00k - materia prima para crear espacios en blanco moldeados y deformados.
- M0b se utiliza para crear aleaciones de alta frecuencia.
- M0k se utiliza para la producción de piezas moldeadas y moldeadas.
- M1 necesarios para la fabricaciónalambre y productos de tecnología criogénica.
- M16 se utiliza para la producción de dispositivos para la industria del vacío.
- M1E para crear tiras y láminas laminadas en frío.
- M1k para crear productos semiacabados.
- M1op se utiliza para la fabricación de cables y otros productos eléctricos.
- M1p se usa para fabricar electrodos que se usan para soldar hierro fundido y cobre.
- M1pE para la producción de láminas y flejes laminados en frío.
- M1u se utiliza para crear ánodos laminados en frío y laminados en caliente.
- M1f para crear cintas, láminas, láminas laminadas en frío y en caliente.
- M2 se utiliza para fabricar aleaciones a base de cobre de alta calidad y productos semiacabados.
- M2k se utiliza para la producción de productos semiacabados.
- M2p para hacer barras.
- M3 para la fabricación de productos laminados, aleaciones.
- M3r se utiliza para crear productos laminados y aleaciones.
- MB-1 para crear bronces que contienen berilio.
- MSr1 se utiliza para la fabricación de estructuras eléctricas.
Se necesita
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