Svojstva i upotreba bakra. Metalni bakar: opis elementa, svojstva i primjena

U periodičnom sistemu elemenata D. I. Mendeljejeva, bakar se nalazi u grupi I 4. perioda, njegov serijski broj je 29. Atomska masa je 63,54. Kao element prve grupe, bakar je monovalentan. U ovom stanju je široko zastupljen u rudnim mineralima, šljuncima, šljakama i drugim proizvodima pirometalurgije. U produktima njihove oksidacije u prirodi iu tehnološkim procesima dvovalentno stanje je stabilnije.

Tačka topljenja bakra je 1083 0 C. Tačka ključanja je 2325 0 C.

Bakar je mekan, viskozan i savitljiv metal crvene boje, lak za obradu. Lako se mota u tanke listove i uvlači u žicu.

Najvažnije svojstvo je električna provodljivost (druga nakon srebra). Nečistoće smanjuju električnu provodljivost, pa se bakar visoke čistoće koristi u elektrotehnici.

Bakar takođe ima visoku toplotnu provodljivost.

Hemijski je bakar neaktivan, iako se može direktno kombinovati sa kiseonikom, sumporom, halogenima i nekim drugim elementima.

Pri normalnim temperaturama i suvom vazduhu bakar ostaje inertan, ali u vlažnom vazduhu koji sadrži CO 2, bakar oksidira i prekriva se zaštitnim filmom bazičnog karbonata CuCO 3 ·Cu(OH) 2, koji je toksična supstanca.

Bakar se ne otapa u rastvorima hlorovodonične i sumporne kiseline u odsustvu oksidacionog sredstva. U kiselinama koje su ujedno i oksidanti (dušična ili vruća koncentrirana sumporna kiselina), bakar se lako otapa.

Na visokim temperaturama u pirometalurškim procesima stabilna jedinjenja bakra su Cu 2 O i Cu 2 S.

Bakar i njegov sulfid Cu 2 S su dobri sakupljači (otapala) zlata i srebra, što omogućava njihovu visoku pridruženu iskorištavanje u proizvodnji bakra.

Važna osobina bakra je da formira legure sa drugim metalima. To su bronza (Cu + Sn), mesing (Cu + Zn) i legure bakra i nikla.

U modernim bronzama kao aditivi se koriste aluminijum, silicijum, berilijum i olovo. Ove bronce se koriste za proizvodnju kritičnih dijelova i livenih proizvoda.

Na primjer, berilijumske bronce (2% Be) su superiornije u mehaničkim svojstvima od mnogih vrsta čelika i imaju dobru električnu provodljivost. Aluminijumske bronce (5-10% Al) su veoma izdržljive i koriste se u proizvodnji avionskih motora.

Pored cinka, specijalnim mesingima se dodaju aluminijum, gvožđe, silicijum i nikl. Mesing se koristi za izradu radijatora, cijevi, fleksibilnih crijeva, čahure i umjetničkih proizvoda.

Od legura bakra i nikla najpoznatiji su bakronikl (koristi se u brodogradnji, jer je otporan na morsku vodu) i nikl srebro - otporan na rastvore soli i organskih kiselina (izrađuju se medicinski instrumenti).

Oko 50% sveg bakra koristi se u elektroindustriji. Bakar se takođe koristi u mašinstvu, raketnoj industriji, u proizvodnji građevinskog materijala, u transportu, hemijskoj industriji, poljoprivreda.

1.3 Sirovine za proizvodnju bakra

Clark bakar, tj. njegov sadržaj u zemljinoj kori je 0,01%. Međutim, formira brojne naslage. Bakar se odlikuje prisustvom sve 4 vrste ruda u prirodi. Međutim, glavna sirovina bakra su sulfidne rude. Trenutno se 85-90% ukupnog primarnog bakra topi iz sulfidnih ruda.

U Rusiji se rude bakra kopaju na Uralu - Kirovgrad, Krasnouralsk, Mednogorsk, Gaj itd., Na Arktiku - na poluostrvu Kola i Tajmir.

Izvori bakra su rude, proizvodi njihovog obogaćivanja - koncentrati - i sekundarne sirovine. Reciklirane sirovine trenutno čine oko 40% ukupne proizvodnje bakra.

Rude bakra su gotovo u potpunosti polimetalne. U prirodi nema monometalnih ruda bakra. Oko 30 elemenata su vrijedni pratioci bakra u rudnim sirovinama. Najvažniji od njih su: cink, olovo, nikl, kobalt, zlato, srebro, metali platinske grupe, sumpor, selen, telur, kadmijum, germanijum, renijum, indijum, talijum, molibden, gvožđe.

Poznato je više od 250 minerala bakra. Većina njih je rijetka. Najveći industrijski značaj ima mala grupa minerala, čiji je sastav dat u tabeli 2.

Tabela 2 - Industrijski minerali bakra

Većina ruda bakra trenutno se kopa otvorenim kopom. U Rusiji udio podzemnog rudarstva iznosi oko 30%.

U savremenoj praksi, rude se obično razvijaju sa sadržajem bakra od 0,8-1,5%, ponekad i višim. Ali za velika ležišta diseminiranih ruda, minimalni sadržaj bakra pogodan za razvoj je 0,4-0,5%. Ako stijena sadrži manje od navedene količine bakra, njena obrada je neisplativa.

Vrijednost rude bakra značajno raste zbog prisustva plemenitih metala i niza rijetkih metala - selena, telura, renija, bizmuta itd.

Zbog niskog sadržaja bakra u rudi i kompleksne prirode rude, sirovine se prethodno podvrgavaju flotacijskoj koncentraciji. Pri obogaćivanju rude bakra, glavni proizvod su koncentrati bakra koji sadrže do 55% Cu (obično 10-30%). Dobijaju se i piritni koncentrati i koncentrati drugih obojenih metala, kao što je cink. Flotacioni koncentrati su fini prahovi sa česticama od 74 mikrona i sa sadržajem vlage od 8-10%.

Rude i koncentrati bakra imaju isti mineraloški sastav i razlikuju se samo u kvantitativnim odnosima između različitih minerala. Fizičke i hemijske osnove njihove metalurške obrade su potpuno iste.

BAKAR i BAKAR VALJANI

Vrste i hemijski sastav tehničkog bakra

Vrste bakra i njihov hemijski sastav definisani su u GOST 859-2001. Skraćeno Podaci o vrstama bakra su dati u nastavku (naveden je minimalni sadržaj bakra i maksimalni sadržaj samo dvije nečistoće - kisika i fosfora):

Prva grupa oznaka odnosi se na katodni bakar, ostale odražavaju hemijski sastav različitih bakrenih poluproizvoda (bakarni ingoti, žičana šipka i proizvodi od nje, valjani proizvodi).

Specifične karakteristike Bakar svojstven različitim markama nije određen sadržajem bakra (razlike nisu veće od 0,5%), već sadržajem specifičnih nečistoća (njihova količina može varirati 10 - 50 puta). Često se koristi klasifikacija bakra na osnovu sadržaja kiseonika:

Bakar bez kiseonika (M00 , M0 i M1 ) sa sadržajem kiseonika do 0,001%.

Rafinirani bakar (M1f, M1r, M2r, M3r) sa sadržajem kiseonika do 0,01%, ali sa

visok sadržaj fosfora.

Bakar visoke čistoće (M00, M0, M1) sa sadržajem kiseonika od 0,03-0,05%.

Bakar opšte namene (M2, M3) sa sadržajem kiseonika do 0,08%.

Približno Korespondencija klasa bakra proizvedenih prema različitim standardima je data u nastavku:

Različite vrste bakra imaju različite namjene, a razlike u uvjetima njihove proizvodnje određuju značajan razlike u cijeni.

Za proizvodnju kablovskih i žičanih proizvoda, katode se tope pomoću tehnologije koja eliminira zasićenje bakra kisikom tijekom proizvodnje proizvoda. Stoga bakar u takvim proizvodima odgovara razredima M00, M0 , M1 .

Zahtjeve većine tehničkih zadataka zadovoljavaju relativno jeftine marke M2 i M3. Ovo određuje masovnu proizvodnju glavnih vrsta valjanog bakra od M2 i M3.

Valjani proizvodi iz razreda M1, M1f, M1r, M2r, M3r proizvode se uglavnom za specifične potrošače i znatno su skuplji.

Fizička svojstva bakra

Glavno svojstvo bakra, koje određuje njegovu pretežnu upotrebu, je vrlo visoka električna provodljivost (ili niska električna otpornost). Nečistoće kao što su fosfor, gvožđe, arsen, antimon i kalaj značajno smanjuju njegovu električnu provodljivost. Na vrijednost električne provodljivosti značajno utiče način dobijanja poluproizvoda i njegovo mehaničko stanje. To ilustruje tabela ispod:

Razlike u otpornosti žičane šipke razreda M00, M0 i M1 nastaju zbog različitih količina nečistoća i iznose oko 1%. Istovremeno, razlike u otpornosti zbog različitih mehaničkih uslova dostižu 2-3%. Otpornost proizvoda od bakra M2 je približno 0,020 μOhm*m.

Drugo najvažnije svojstvo bakra je njegova vrlo visoka toplotna provodljivost.

Nečistoće i aditivi za legiranje smanjuju električnu i toplinsku provodljivost bakra, pa su legure na bazi bakra značajno inferiornije od bakra u ovim pokazateljima. Vrijednosti parametara osnovnih fizičkih svojstava bakra u poređenju sa drugim metalima date su u tabeli (podaci su dati u dva različita sistema jedinica):

U pogledu električne i toplotne provodljivosti, bakar je beznačajanodmah iza srebra.

Utjecaj nečistoća i karakteristike svojstava bakra različitih razreda

Razlike u svojstvima bakra različitih razreda povezane su sa uticajem primesa na osnovna svojstva bakra. Utjecaj nečistoća na fizička svojstva (toplotnu i električnu provodljivost) je razmotren gore. Razmotrimo njihov uticaj na druge grupe svojstava.

Utjecaj na mehanička svojstva .

Gvožđe, kiseonik, bizmut, olovo, antimon narušavaju duktilnost. Nečistoće koje su slabo rastvorljive u bakru (olovo, bizmut, kiseonik, sumpor) dovode do lomljivosti na visokim temperaturama.

Temperatura rekristalizacije bakra za različite vrste je 150-240 o C. Što je više nečistoća, to je ta temperatura viša.Srebro i cirkonijum proizvode značajno povećanje temperature rekristalizacije bakra. Na primjer, povećava se uvođenje 0,05% Agtemperatura rekristalizacije dva puta, što se manifestuje povećanjem temperature omekšavanja i smanjenjem puzanja pri visokim temperaturama, bez gubitka toplotne i električne provodljivosti.

Utjecaj na tehnološka svojstva .

Tehnološka svojstva uključuju 1) sposobnost obrade pritiskom na niskim i visokim temperaturama, 2) lemljivost i zavarljivost proizvoda.

Nečistoće, posebno one nisko topljive, na visokim temperaturama stvaraju zone krtosti, što otežava vruću obradu. Međutim, nivo nečistoća u razredima M1 i M2 daje potrebnu tehnološku plastičnost.

Prilikom hladne deformacije primjetno se očituje utjecaj nečistoća u proizvodnji žice. Sa istom vlačnom čvrstoćom (? V = 16 kgf/mm 2) žičane šipke izrađene od razreda M00, M0 i M1 imaju različita relativna izduženja? (38%, 35% i 30% respektivno). Stoga je žičana šipka klase A (odgovara joj klasa M00) tehnološki naprednija u proizvodnji žice, posebno malih promjera. Upotreba bakra bez kisika za proizvodnju strujnih vodiča određena je ne toliko veličinom električne provodljivosti, već tehnološkim faktorom.

Procesi zavarivanja i lemljenja postaju znatno teži kada se poveća sadržaj kiseonika, kao i olova i bizmuta.

Utjecaj kisika i vodonika na performanse .

At normalnim uslovima Operativna svojstva bakra (prije svega izdržljivost) gotovo su ista za različite marke. Istovremeno, pri visokim temperaturama mogu se pojaviti štetni efekti kisika koji se nalazi u bakru. Ova mogućnost se obično ostvaruje zagrijavanjem bakra u okruženju koje sadrži vodonik.

Kiseonik je u početku sadržan u bakru M0, M1, M2, M3. Osim toga, ako se bakar bez kisika žari na zraku na visokim temperaturama, tada će zbog difuzije kisika površinski sloj proizvoda postati sadržaj kisika. Kisik u bakru je prisutan u obliku bakrovog oksida., koji je lokaliziran duž granica zrna.

Pored kiseonika, bakar može sadržati i vodonik. Vodonik ulazi u bakar tokom elektrolize ili žarenja u atmosferi koja sadrži vodenu paru. Vodena para je uvek prisutna u vazduhu. Na visokim temperaturama se razgrađuje i formira vodonik, koji lako difundira u bakar.

U bakru bez kiseonika, atomi vodika se nalaze u međuprostoru kristalne rešetke i ne utiču posebno na svojstva metala.

U bakru koji sadrži kisik na visokim temperaturama, vodik reagira s bakrovim oksidom. Istovremeno se u debljini bakra stvara vodena para pod visokim pritiskom, što dovodi do bubrenja, pucanja i pukotina. Ovaj fenomen je poznat kao "vodikova bolest" ili "vodikova krtost". Pojavljuje se kada se bakreni proizvod koristi na temperaturama iznad200 o C u atmosferi koja sadrži vodonik ili vodenu paru.

Što je veći sadržaj kiseonika u bakru i viša radna temperatura, to je veći stepen krtosti. Na 200 o Cvijek trajanja je 1,5 godina, na 400 o C- 70 sati.

Posebno je izražen kod proizvoda male debljine (tube, trake).

Kada se zagrije u vakuumu, vodonik koji se u početku nalazi u bakru stupa u interakciju s bakrovim oksidom i također dovodi do krhkosti proizvoda i pogoršanja vakuuma. Stoga se proizvodi koji rade na visokim temperaturama izrađuju od bezkiseoničkog (rafiniranog) bakra razreda M1p, M2p, M3p.

Mehanička svojstva valjanog bakra

Većina valjanog bakra koji ide u prodaju proizvodi se od M2. Valjani proizvodi od M1 se proizvode uglavnom po narudžbi, uz to su oko 20% skuplji.

Hladno oblikovani valjani proizvodi– to su vučeni (šipke, žica, cijevi) i hladno valjani (limovi, trake, folije) proizvodi. Dostupan je u tvrdom, polutvrdom i mekom (žarenom) stanju. Takav najam je označen slovom “D”, a status isporuke slovima T, P ili M.

Toplo deformisani valjani proizvodi– rezultat prešanja (šipke, cijevi) ili toplog valjanja (limovi, ploče) na temperaturama iznad temperature rekristalizacije. Takav najam je označen slovom “G”. Po mehaničkim svojstvima toplo deformisani valjani proizvodi su bliski (ali ne i identični) hladno deformisanim valjanim proizvodima u mekom stanju.

Visoka tlačna čvrstoća (55 - 65 kgf/mm 2) u kombinaciji sa visokom duktilnošću određuje široku upotrebu bakra kao zaptivki u zaptivkama fiksnih spojeva sa radnim temperaturama do 250 o C (pritisak 35 kg\cm2 za paru i 100 kgf\cm2 za vodu).

Bakar se široko koristi u tehnologiji niskih temperatura, uključujući tehnologiju helija. Na niskim temperaturama zadržava karakteristike čvrstoće, duktilnosti i viskoznosti karakteristične za sobnu temperaturu. Svojstvo bakra koje se najčešće koristi u kriogenoj tehnologiji je njegova visoka toplotna provodljivost. Na kriogenim temperaturama, toplinska provodljivost razreda M1 i M2 postaje značajna, stoga u kriogenoj tehnologiji upotreba razreda M1 postaje fundamentalna.

Bakrene šipke proizvode se presovani (20 - 180 mm) i hladno deformisani, u tvrdom, polučvrstom i mekom stanju (prečnika 3 - 50 mm) prema GOST 1535-2006.

Ravni bakar Opće namjene proizvodi se u obliku folije, trake, listova i ploča u skladu sa GOST 1173-2006:

Bakarna folija - hladno valjana: 0,05 - 0,1 mm (dostupna samo u čvrstom stanju)

Bakarne trake - hladno valjane: 0,1 – 6 mm.

Bakarni lim - hladno valjani: 0,2 – 12 mm

Vruće valjano: 3 – 25 mm (mehanička svojstva su regulirana do 12 mm)

Bakarne ploče - toplo valjane: preko 25 mm (mehanička svojstva nisu regulisana)

Toplo valjani i meki hladno valjani limovi i trake od bakra izdržavaju ispitivanje savijanja oko trna prečnika jednakog debljini lima. Debljine do 5 mm izdržavaju savijanje dok se stranice ne dodirnu, a debljine 6-12 mm, sve dok stranice ne budu paralelne. Hladno valjani polutvrdi limovi i trake mogu izdržati test savijanja od 90 stepeni.

Dakle, dozvoljeni radijus savijanja bakrenih limova i traka jednak je debljini lima (trake).

Bakarne cijevi za opšte namene se proizvode hladno deformisani (u mekom, polutvrdom i tvrdom stanju) i presovani (veliki profili) u skladu sa GOST 617-2006.

Bakarne cijevi se koriste ne samo za procesne tekućine, već i za pije vodu. Bakar je inertan na hlor i ozon koji se koriste za prečišćavanje vode, inhibira rast bakterija, a kada se voda zamrzne, bakrene cevi se deformišu bez pucanja. Bakrene cijevi za vodu proizvode se u skladu s GOST R 52318-2005, za koje je sadržaj organskih tvari na unutrašnjoj površini ograničen. Minimalni radijusi savijanja i dozvoljeni pritisci za meke bakrene cijevi su dati u nastavku:

Koroziona svojstva bakra .

Na normalnim temperaturama bakar stabilan u sljedećim okruženjima:

Suh vazduh

Slatka voda (amonijak, sumporovodik, hloridi, kiseline ubrzavaju koroziju)

U morskoj vodi pri malim brzinama vode

U neoksidirajućim kiselinama i rastvorima soli (u nedostatku kiseonika)

Alkalne otopine (osim amonijaka i amonijevih soli)

Suvi halogeni gasovi

Organske kiseline, alkoholi, fenolne smole

Bakar nestabilno u sljedećim okruženjima:

Amonijak, amonijum hlorid

Oksidirajuće mineralne kiseline i rastvori kiselih soli

Koroziona svojstva bakra u nekim sredinama značajno se pogoršavaju sa povećanjem količine nečistoća.

Kontaktna korozija.

Dozvoljen je kontakt bakra sa legurama bakra, olovom, kositrom u vlažnoj atmosferi, slatkoj i morskoj vodi. Istovremeno, kontakt sa aluminijumom i cinkom nije dozvoljen zbog njihovog brzog uništavanja.

Visoka toplotna i električna provodljivost bakra otežava izvođenje električnog zavarivanja (tačkastog i valjkastog). Ovo posebno vrijedi za masivne proizvode. Tanki dijelovi se mogu zavariti volframovim elektrodama. Dijelovi debljine veće od 2 mm mogu se zavariti neutralnim acetilen-kiseoničkim plamenom. Pouzdan način povezivanja bakrenih proizvoda je lemljenje mekim i tvrdim lemovima. Za više informacija o zavarivanju bakra, pogledajte www.weldingsite.com.ua

Tehnički bakar ima nisku čvrstoću i otpornost na habanje, loša svojstva livenja i protiv trenja. Legure na bazi bakra nemaju ove nedostatke -mesing I bronza . Istina, ova poboljšanja se postižu zbog pogoršanja toplinske i električne provodljivosti.

Postoje posebni slučajevi kada je potrebno održavati visoku električnu ili toplinsku provodljivost bakra, ali mu dati otpornost na toplinu ili otpornost na habanje.

Kada se bakar zagrije iznad temperature rekristalizacije, dolazi do oštrog smanjenja granice popuštanja i tvrdoće. To otežava upotrebu bakra u elektrodama za otporno zavarivanje. Stoga se u tu svrhu koriste posebne legure bakra sa hromom, cirkonijumom, niklom, kadmijem (BrKh, BrKhTsr, BrKN, BrKd). Legure elektroda zadržavaju relativno visoku tvrdoću i zadovoljavajuću električnu i toplotnu provodljivost na temperaturama procesa zavarivanja (oko 600C).

Otpornost na toplinu postiže se i legiranjem srebrom. Takve legure (MA) imaju manje puzanja uz nepromijenjenu električnu i toplinsku provodljivost.

Za upotrebu u pokretnim kontaktima (kolektorske ploče, kontaktna žica) koristi se bakar sa niskim nivoom legiranja magnezijumom ili kadmijumom BrKd, BrMg. Imaju povećanu otpornost na habanje i visoku električnu provodljivost.

Za kristalizatore koristi se bakar s dodatkom željeza ili kalaja. Takve legure imaju visoku toplinsku provodljivost s povećanom otpornošću na habanje.

Niskolegirani bakarni razredi su u suštini bronza, ali se često klasifikuju kao proizvodi od valjanog bakra sa odgovarajućim oznakama (MS, MK, MF).

Otprilike 3. milenijum prije Krista smatra se prijelazom od kamena kao glavne industrijske tvari u broncu. Perestrojkom se smatra bakarno doba. Uostalom, upravo je ta veza u to vrijeme bila najvažnija u građevinarstvu, u proizvodnji predmeta za domaćinstvo, posuđa i drugih procesa.

Danas bakar nije izgubio na važnosti i još uvijek se smatra vrlo važnim metalom, koji se često koristi za različite potrebe. Da li je bakar telo ili supstanca? Koja svojstva ima i za šta je potreban? Pokušajmo dalje to shvatiti.

Opće karakteristike elementa bakar

Fizička svojstva

Da li je bakar supstanca ili telo? U tačnost odgovora možete se u potpunosti uvjeriti samo ispitivanjem njegovih fizičkih svojstava. Ako govorimo o ovom elementu kao jednostavnoj tvari, onda ga karakterizira sljedeći skup svojstava.

1. Metal je crven.
2. Mekana i veoma savitljiva.
3. Odličan toplotni i električni provodnik.
4. Nije vatrostalno, tačka topljenja je 1084,5 0 C.
5. Gustina je 8,9 g/cm3.
6. U prirodi se nalazi uglavnom u svom izvornom obliku.

Tako se ispostavlja da je bakar supstanca poznata od davnina. Od davnina su na njegovoj osnovi stvorene mnoge arhitektonske strukture, napravljeno je posuđe i predmeti za domaćinstvo.

Hemijska svojstva

U smislu hemijske reaktivnosti, bakar je telo ili supstanca sa niskom reaktivnošću. Postoje dva glavna oksidaciona stanja ovog elementa, koja on ispoljava u jedinjenjima. Ovo:

Vrlo je rijetko pronaći tvari u kojima su ove vrijednosti zamijenjene sa +3.

Dakle, bakar može stupiti u interakciju sa:

• zrakom;
• ugljen-dioksid;
• hlorovodonične kiseline i nekih drugih jedinjenja samo na veoma visokim temperaturama.

Sve se to objašnjava činjenicom da se na površini metala formira zaštitni oksidni film. To je ono što ga štiti od dalje oksidacije i daje stabilnost i nisku aktivnost.

Od jednostavnih supstanci, bakar može stupiti u interakciju sa:

• halogeni;
• selen;
• cijanidi;
• sumpor.

Često formira kompleksna jedinjenja ili Gotovo sva kompleksna jedinjenja datog elementa, osim oksida, su toksične supstance. One molekule koje monovalentni bakar formira lako se oksidiraju u dvovalentne predstavnike.

Područja upotrebe

Bakar je mješavina ili se u bilo kojem od ovih stanja široko koristi u industriji i svakodnevnom životu. Može se identificirati nekoliko glavnih industrija za upotrebu spojeva bakra i čistog metala.

1. koji koristi neke soli.
2. Proizvodnja krzna i svile.
3. Proizvodnja đubriva i sredstava za zaštitu bilja od štetočina
4. Legure bakra se široko koriste u automobilskoj industriji.
5. Brodogradnja, konstrukcije aviona.
6. Elektrotehnika u kojoj se bakar koristi zbog svoje dobre antikorozivne otpornosti i visoke električne i toplinske provodljivosti.
7. Različiti instrumenti.
8. Proizvodnja posuđa i predmeta za domaćinstvo od privrednog značaja.

Očigledno je da je, uprkos stotinama godina, predmetni metal samo ojačao svoju poziciju i dokazao svoju vrijednost i neophodnost u upotrebi.

Legure bakra i njihova svojstva

Postoji mnogo legura na bazi bakra. Ona sama je visoka tehničke karakteristike, pošto se može lako kovati i valjati, lagan je i prilično izdržljiv. Međutim, kada se dodaju određene komponente, svojstva se značajno poboljšavaju.

U ovom slučaju treba postaviti pitanje: "Da li je bakar supstanca ili fizičko tijelo kada su u pitanju njegove legure?" Odgovor će biti: ova supstanca. Svejedno, upravo tako je sve dok se bilo koje fizičko tijelo, odnosno određeni proizvod, ne napravi od legure.

Koje vrste legura bakra postoje?

1. Gotovo jednaka kombinacija bakra i cinka u jednom sastavu obično se naziva mesing. Ovu leguru karakterizira visoka čvrstoća i otpornost na kemijske utjecaje.
2. Kalitar bronza je kombinacija bakra i kalaja.
3. Kupronikl - nikl i bakar u omjeru 20/80 od 100. Koristi se za izradu nakita.
4. Constantan je kombinacija nikla, bakra i dodatka mangana.

Biološki značaj

Nije toliko važno da li je bakar supstanca ili telo. Nešto drugo je značajno. Kakvu ulogu bakar igra u životu živih organizama? Ispostavilo se da je to vrlo važno. Dakle, ioni dotičnog metala obavljaju sljedeće funkcije.

1. Učestvuju u pretvaranju jona gvožđa u hemoglobin.
2. Oni su aktivni učesnici u procesima rasta i reprodukcije.
3. Oni omogućavaju apsorpciju aminokiseline tirozin, čime utiču na izgled kose i boje kože.

Ako tijelo ne dobije dovoljno ovog elementa u potrebnoj količini, može doći do neugodnih bolesti. Na primjer, anemija, ćelavost, bolna mršavost itd.

Istorija bakra

Bakar se naziva jednim od prvih metala koje je čovjek ovladao u davna vremena i koristi ga do danas. Iskopavanje bakra bilo je pristupačno jer se ruda morala topiti na relativno niskoj temperaturi. Prva ruda iz koje se počeo vaditi bakar bila je malahitna ruda (kalorizator). Kameno doba u ljudskoj istoriji se tačno promenilo bakar, kada su predmeti za domaćinstvo, oruđe i oružje od bakra postali najrasprostranjeniji.

Bakar je element grupe XI perioda IV periodnog sistema hemijskih elemenata D.I. Mendeljejev, ima atomski broj 29 i atomsku masu 63.546. Prihvaćena oznaka je Cu(od latinskog Cuprum).

Biti u prirodi

Bakar je prilično široko zastupljen u zemljinoj kori, u sedimentnim stijenama, u morskim i slatkim vodama, te u škriljcima. Distribuirano i u obliku priključaka iu nezavisnoj verziji.

Fizička i hemijska svojstva

Bakar je duktilni, takozvani prelazni metal, i zlatno-ružičaste je boje. U kontaktu sa zrakom, na površini bakra se formira oksidni film, koji metalu daje žućkastocrvenu nijansu. Poznate su glavne legure bakra - sa cinkom (mesing), sa kalajem (bronza), sa niklom (bapronikl).

Dnevna potreba za bakrom

Potreba za bakrom kod odrasle osobe je 2 mg dnevno (oko 0,035 mg/1 kg težine).

Bakar je jedan od najvažnijih elemenata u tragovima za organizam, pa bi namirnice bogate bakrom trebalo da budu u svačijoj ishrani. Ovo:

• orasi, žitarice,
• riba,
• žitarice (posebno i),
• mliječni proizvodi
• , bobice i

Znakovi nedostatka bakra

Znakovi nedovoljne količine bakra u organizmu su: anemija i loše disanje, gubitak apetita, želudac, nervoza, depresija, umor, poremećaj pigmentacije kože i kose, lomljivost i gubitak kose, osip na koži, česte infekcije . Moguće je unutrašnje krvarenje.

Znakovi viška bakra

Višak bakra karakteriziraju nesanica, poremećena moždana aktivnost, epilepsija i problemi s menstrualnim ciklusom.

Interakcije sa drugima

Pretpostavlja se da se bakar i bakar međusobno nadmeću tokom apsorpcije u digestivnom traktu, pa višak jednog od ovih elemenata u hrani može izazvati nedostatak drugog elementa.

Bakar je od velike važnosti u nacionalnoj ekonomiji, njegova glavna upotreba je u elektrotehnici, ali metal se široko koristi za kovanje novca, često u umjetničkim djelima. Bakar se takođe koristi u medicini, arhitekturi i građevinarstvu.

Korisna svojstva bakra i njegov uticaj na organizam

Potreban za pretvaranje organizma u hemoglobin. Omogućava korištenje aminokiseline tirozin, omogućavajući joj da djeluje kao faktor pigmentacije kose i kože. Nakon što se bakar apsorbira u crijevima, on se transportuje u jetru pomoću albumina. Bakar je također uključen u procese rasta i reprodukcije. Učestvuje u stvaranju kolagena i elastina i sintezi endorfina – hormona „sreće“.

Bakar

Bakar(lat. Cuprum) je hemijski element I grupe periodnog sistema Mendeljejeva (atomski broj 29, atomska masa 63.546). U jedinjenjima, bakar obično pokazuje oksidaciona stanja +1 i +2; poznato je i nekoliko jedinjenja trovalentnog bakra. Najvažnija jedinjenja bakra: oksidi Cu 2 O, CuO, Cu 2 O 3; hidroksid Cu(OH) 2, nitrat Cu(NO 3) 2. 3H 2 O, CuS sulfid, sulfat (bakar sulfat) CuSO 4. 5H 2 O, karbonat CuCO 3 Cu(OH) 2, hlorid CuCl 2. 2H2O.

Bakar- jedan od sedam metala poznatih od antičkih vremena. Prijelazni period iz kamenog u bronzano doba (4. - 3. milenijum p.n.e.) je tzv. bakarno doba ili Halkolitik(od grčkog chalkos - bakar i lithos - kamen) ili Halkolitik(od latinskog aeneus - bakar i grčkog lithos - kamen). Bakarno oruđe pojavilo se u ovom periodu. Poznato je da su bakreni alati korišteni prilikom izgradnje Keopsove piramide.

Čisti bakar je savitljiv i mekan metal crvenkaste boje, ružičast na lomu, na mestima sa smeđim i mrljastim mrljama, težak (gustina 8,93 g/cm3), odličan provodnik toplote i struje, drugi po ovom pitanju samo srebru ( tačka topljenja 1083°C). Bakar se lako uvlači u žicu i valja u tanke listove, ali ima relativno malu aktivnost. U suhom zraku i kisiku u normalnim uvjetima, bakar ne oksidira. Ali vrlo lako reagira: već na sobnoj temperaturi s halogenima, na primjer s vlažnim hlorom, stvara CuCl 2 hlorid, kada se zagrije sa sumporom stvara Cu 2 S sulfid, sa selenom. Ali bakar ne stupa u interakciju s vodonikom, ugljikom i dušikom čak ni na visokim temperaturama. Kiseline koje nemaju oksidirajuća svojstva ne djeluju na bakar, na primjer, klorovodična i razrijeđena sumporna kiselina. Ali u prisustvu atmosferskog kiseonika, bakar se rastvara u ovim kiselinama da bi formirao odgovarajuće soli: 2Cu + 4HCl + O2 = 2CuCl2 + 2H2O.

U atmosferi koja sadrži pare CO 2, H 2 O, itd., postaje prekriven patinom - zelenkastim filmom bazičnog karbonata (Cu 2 (OH) 2 CO 3)), toksične tvari.

Bakar je uključen u više od 170 minerala, od kojih je samo 17 važnih za industriju, uključujući: bornit (raznobojna ruda bakra - Cu 5 FeS 4), halkopirit (bakarni pirit - CuFeS 2), halkocit (bakarni sjaj - Cu 2 S) , kovelit (CuS), malahit (Cu 2 (OH) 2 CO 3). Nađen je i samorodni bakar.

Gustina bakra, specifična težina bakra i druge karakteristike bakra

Gustina - 8,93*10 3 kg/m 3 ;
Specifična gravitacija - 8,93 g/cm3;
Specifični toplotni kapacitet na 20 °C - 0,094 cal/deg;
Temperatura topljenja - 1083 °C;
Specifična toplota fuzije - 42 cal/g;
Temperatura ključanja - 2600 °C;
Koeficijent linearne ekspanzije(na temperaturi od oko 20 °C) - 16,7 * 10 6 (1/deg);
Koeficijent toplotne provodljivosti - 335 kcal/m*sat*deg;
Otpornost na 20 °C - 0,0167 Ohm*mm 2 /m;

Moduli elastičnosti bakra i Poissonov omjer

JEDINJENJA BAKRA

Bakar (I) oksid Cu 2 O 3 i bakrov oksid (I) Cu2O, kao i druga jedinjenja bakra (I), manje su stabilna od jedinjenja bakra (II). Bakar (I) oksid, ili bakar oksid Cu 2 O, javlja se u prirodi kao mineral kuprit. Osim toga, može se dobiti kao precipitat crvenog bakar(I) oksida zagrijavanjem otopine soli bakra(II) i lužine u prisustvu jakog redukcionog sredstva.

Bakar(II) oksid, ili bakar oksid, CuO- crna tvar koja se nalazi u prirodi (na primjer, u obliku minerala tenerita). Dobija se kalcinacijom bakar (II) hidroksikarbonata (CuOH) 2 CO 3 ili bakar (II) nitrata Cu(NO 2) 2.
Bakar(II) oksid je dobro oksidaciono sredstvo. Bakar (II) hidroksid Cu(OH) 2 precipitira iz rastvora soli bakra (II) pod dejstvom alkalija u obliku plave želatinozne mase. Čak i pri slabom zagrijavanju, čak i pod vodom, razgrađuje se, pretvarajući se u crni bakar (II) oksid.
Bakar(II) hidroksid je vrlo slaba baza. Stoga otopine soli bakra (II) u većini slučajeva imaju kiselu reakciju, a sa slabim kiselinama bakar stvara bazične soli.

Bakar (II) sulfat CuSO 4 u bezvodnom stanju je bijeli prah, koji pri upijanju vode postaje plavi. Stoga se koristi za otkrivanje tragova vlage u organskim tekućinama. Vodena otopina bakar sulfata ima karakterističnu plavo-plavu boju. Ova boja je karakteristična za hidratizirane jone 2+, stoga svi razrijeđeni rastvori soli bakra (II) imaju istu boju, osim ako ne sadrže obojene anione. Iz vodenih otopina, bakar sulfat kristalizira sa pet molekula vode, formirajući prozirne plave kristale bakar sulfata. Bakar sulfat se koristi za elektrolitičko premazivanje metala bakrom, za pripremu mineralnih boja, a takođe i kao polazni materijal u pripremi drugih jedinjenja bakra. U poljoprivredi se razrijeđena otopina bakar sulfata koristi za prskanje biljaka i tretiranje zrna prije sjetve radi uništavanja spora štetnih gljiva.

Bakar (II) hlorid CuCl 2. 2H2O. Formira tamnozelene kristale, lako rastvorljive u vodi. Vrlo koncentrirani rastvori bakar (II) hlorida su zelene boje, a razblaženi rastvori su plavo-plavi.

Bakar (II) nitrat Cu(NO 3) 2. 3H2O. Dobija se otapanjem bakra u azotnoj kiselini. Kada se zagriju, kristali plavog bakrenog nitrata prvo gube vodu, a zatim se lako raspadaju, oslobađajući kisik i smeđi dušikov dioksid, pretvarajući se u bakrov (II) oksid.

Bakar (II) hidroksikarbonat (CuOH) 2 CO 3. U prirodi se javlja u obliku minerala malahita, koji ima prekrasnu smaragdno zelenu boju. Veštački se dobija dejstvom Na 2 CO 3 na rastvore soli bakra (II).
2CuSO 4 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O = (CuOH) 2 CO 3 ↓ + 2Na 2 SO 4 + CO 2
Koristi se za proizvodnju bakar (II) hlorida, za pripremu plavih i zelenih mineralnih boja, kao i u pirotehnici.

Bakar (II) acetat Cu (CH 3 COO) 2. H2O. Dobiva se obradom metala bakra ili bakar(II) oksida sirćetnom kiselinom. Obično je to mješavina bazičnih soli različitog sastava i boja (zelena i plavo-zelena). Pod nazivom verdigris koristi se za pripremu uljanih boja.

Kompleksna jedinjenja bakra nastaju kao rezultat kombinacije dvostruko nabijenih iona bakra s molekulama amonijaka.
Od soli bakra dobijaju se razne mineralne boje.
Sve soli bakra su otrovne. Stoga, kako bi se izbjeglo stvaranje soli bakra, bakreno posuđe se iznutra premazuje slojem kalaja (kalajisan).

PROIZVODNJA BAKRA

Bakar se vadi iz oksidnih i sulfidnih ruda. 80% svega iskopanog bakra se topi iz sulfidnih ruda. Uobičajeno, bakarne rude sadrže puno gange. Stoga se za dobivanje bakra koristi proces oplemenjivanja. Bakar se dobija topljenjem iz sulfidnih ruda. Proces se sastoji od niza operacija: prženja, topljenja, pretvaranja, vatre i elektrolitičke rafinacije. Tokom procesa pečenja, većina nečistoća sulfida se pretvara u okside. Tako se glavna nečistoća većine bakrenih ruda, pirit FeS 2, pretvara u Fe 2 O 3. Gasovi koji nastaju tokom pečenja sadrže CO 2 koji se koristi za proizvodnju sumporne kiseline. Nastali oksidi gvožđa, cinka i drugih nečistoća tokom procesa pečenja se odvajaju u obliku šljake tokom topljenja. Tečni bakar mat (Cu 2 S sa primesom FeS) ulazi u konvertor, gde se kroz njega uduvava vazduh. Tokom konverzije, oslobađa se sumpor dioksid i dobija se sirovi ili sirovi bakar. Za ekstrakciju vrijednih (Au, Ag, Te, itd.) i za uklanjanje štetnih nečistoća, blister bakar se prvo podvrgava vatri, a zatim elektrolitičkoj rafinaciji. Tokom rafiniranja vatre, tečni bakar je zasićen kiseonikom. U tom slučaju nečistoće željeza, cinka i kobalta se oksidiraju, pretvaraju u šljaku i uklanjaju se. I bakar se sipa u kalupe. Dobijeni odlivci služe kao anode tokom elektrolitičke rafinacije.
Glavna komponenta otopine tijekom elektrolitičke rafinacije je bakar sulfat - najčešća i najjeftinija sol bakra. Da bi se povećala niska električna provodljivost bakar sulfata, u elektrolit se dodaje sumporna kiselina. A da bi se dobio kompaktni depozit bakra, u otopinu se unosi mala količina aditiva. Metalne nečistoće sadržane u nerafiniranom („praznom“) bakru mogu se podijeliti u dvije grupe.

1) Fe, Zn, Ni, Co. Ovi metali imaju znatno više negativnih elektrodnih potencijala od bakra. Stoga se anodno rastvaraju zajedno sa bakrom, ali se ne talože na katodi, već se akumuliraju u elektrolitu u obliku sulfata. Stoga se elektrolit mora povremeno mijenjati.

2)Au, Ag, Pb, Sn. Plemeniti metali (Au, Ag) ne prolaze kroz anodno otapanje, ali se tokom procesa talože na anodi, formirajući anodni mulj zajedno sa ostalim nečistoćama, koji se povremeno uklanja. Kalaj i olovo se rastvaraju zajedno sa bakrom, ali u elektrolitu stvaraju slabo rastvorljiva jedinjenja koja se talože i takođe se uklanjaju.

LEGURE BAKRA

Legure, koji povećavaju čvrstoću i druga svojstva bakra, dobijaju se uvođenjem aditiva u njega, kao što su cink, kalaj, silicijum, olovo, aluminijum, mangan i nikl. Više od 30% bakra se koristi za legure.

Brass- legure bakra i cinka (bakar od 60 do 90% i cink od 40 do 10%) - jače od bakra i manje podložne oksidaciji. Kada se silicijum i olovo dodaju mesingu, povećavaju se njegove osobine protiv trenja; kada se dodaju kalaj, aluminijum, mangan i nikl, povećava se njegova otpornost na koroziju. Limovi i liveni proizvodi se koriste u mašinstvu, posebno u hemijskoj, optici i instrumentarstvu, te u proizvodnji mreža za celulozno i ​​papirnu industriju.

Bronza. Ranije su bronze bile legure bakra (80-94%) i kalaja (20-6%). Trenutno se proizvode bronze bez kalaja, koje su dobile ime po glavnoj komponenti po bakru.

Aluminijumske bronze sadrže 5-11% aluminijuma, imaju visoka mehanička svojstva u kombinaciji sa otpornošću na koroziju.

Olovne bronze, koji sadrže 25-33% olova, koriste se uglavnom za proizvodnju ležajeva koji rade pri visokim pritiscima i velikim brzinama klizanja.

Silikonske bronze, koji sadrže 4-5% silicija, koriste se kao jeftine zamjene za limene bronce.

Berilijumske bronze, koji sadrže 1,8-2,3% berilija, odlikuju se tvrdoćom nakon stvrdnjavanja i visokom elastičnošću. Koriste se za proizvodnju opruga i opružnih proizvoda.

Kadmijum bronze- legure bakra sa malom količinom kadmijuma (do 1%) - koriste se za proizvodnju armatura za vodovodne i gasne vodove i u mašinstvu.

Lemovi- legure obojenih metala koje se koriste za lemljenje za dobivanje monolitnog lemljenog šava. Među tvrdim lemovima poznata je legura bakra i srebra (44,5-45,5% Ag; 29-31% Cu; ostatak je cink).

UPOTREBA BAKRA

Bakar, njegova jedinjenja i legure se široko koriste u raznim industrijama.

U elektrotehnici se bakar koristi u svom čistom obliku: u proizvodnji kablovskih proizvoda, sabirnica golih i kontaktnih žica, električnih generatora, telefonske i telegrafske opreme i radio opreme. Izmjenjivači topline, vakuum uređaji i cjevovodi izrađuju se od bakra. Više od 30% bakra odlazi u legure.

Legure bakra sa drugim metalima koriste se u mašinstvu, u automobilskoj i traktorskoj industriji (radijatori, ležajevi) i za proizvodnju hemijske opreme.

Visoka viskoznost i duktilnost metala omogućavaju korištenje bakra za proizvodnju raznih proizvoda s vrlo složenim uzorcima. Crvena bakrena žica u žarenom stanju postaje toliko meka i fleksibilna da iz nje lako možete uvijati sve vrste užadi i savijati najsloženije ukrasne elemente. Osim toga, bakrena žica se lako lemi tvrdim srebrnim lemom i dobro je posrebrena i pozlaćena. Ova svojstva bakra čine ga nezamjenjivim materijalom u proizvodnji filigranskih proizvoda.

Koeficijent linearne i volumetrijske ekspanzije bakra pri zagrijavanju je približno isti kao i kod vrućih emajla, te stoga, kada se ohladi, emajl dobro prianja na bakreni proizvod i ne puca i ne odbija se. Zahvaljujući tome, zanatlije preferiraju bakar od svih drugih metala za proizvodnju emajliranih proizvoda.

Kao i neki drugi metali, bakar je jedan od vitalnih mikroelementi. Ona je uključena u proces fotosinteza i apsorpcija dušika od strane biljaka, potiče sintezu šećera, proteina, škroba i vitamina. Najčešće se u tlo dodaje bakar u obliku pentahidrat sulfata - bakar sulfata CuSO 4. 5H 2 O. U velikim količinama je otrovan, kao i mnoga druga jedinjenja bakra, posebno za niže organizme. U malim dozama, bakar je neophodan za sva živa bića.