Koppar | ||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
← Nickel | Zink → | ||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||
Utseendet av en enkel substans | ||||||||||||||||||||||||||||
Inhemsk koppar | ||||||||||||||||||||||||||||
Atomegenskaper | ||||||||||||||||||||||||||||
Namn, symbol, nummer | Koppar/Cuprum (Cu), 29 | |||||||||||||||||||||||||||
Grupp , punkt , block |
11 (föråldrad 1), 4, d-element |
|||||||||||||||||||||||||||
Atommassa ( molmassa ) |
63.546(3) [1] a. e. m. ( g / mol ) | |||||||||||||||||||||||||||
Elektronisk konfiguration |
[Ar] 3d 10 4s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 |
|||||||||||||||||||||||||||
Atomradie | 128 pm | |||||||||||||||||||||||||||
Kemiska egenskaper | ||||||||||||||||||||||||||||
kovalent radie | 117 pm | |||||||||||||||||||||||||||
Jonradie | (+2e) 73 (+1e) 77 (K=6) pm | |||||||||||||||||||||||||||
Elektronnegativitet | 1,90 (Pauling-skala) | |||||||||||||||||||||||||||
Elektrodpotential | +0,337V/ +0,521V | |||||||||||||||||||||||||||
Oxidationstillstånd | 0; +1; +2; +3; +4 | |||||||||||||||||||||||||||
Joniseringsenergi (första elektron) |
745,0 (7,72) kJ / mol ( eV ) | |||||||||||||||||||||||||||
Termodynamiska egenskaper hos ett enkelt ämne | ||||||||||||||||||||||||||||
Densitet (vid ej ) | 8,92 g/cm³ | |||||||||||||||||||||||||||
Smält temperatur | 1356,55 K (1083,4 °С) | |||||||||||||||||||||||||||
Koktemperatur | 2567 °С | |||||||||||||||||||||||||||
Oud. fusionsvärme | 13,01 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||
Oud. avdunstningsvärme | 304,6 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||
Molär värmekapacitet | 24,44 [2] J/(K mol) | |||||||||||||||||||||||||||
Molar volym | 7,1 cm³ / mol | |||||||||||||||||||||||||||
Kristallgittret av en enkel substans | ||||||||||||||||||||||||||||
Gallerstruktur | Kubisk FCC | |||||||||||||||||||||||||||
Gitterparametrar | 3.615Å _ | |||||||||||||||||||||||||||
Debye temperatur | 315K _ | |||||||||||||||||||||||||||
Andra egenskaper | ||||||||||||||||||||||||||||
Värmeledningsförmåga | (300 K) 401 W/(m K) | |||||||||||||||||||||||||||
CAS-nummer | 7440-50-8 | |||||||||||||||||||||||||||
längst levande isotoper | ||||||||||||||||||||||||||||
|
29 | Koppar |
Cu63,546 | |
3d 10 4s 1 |
Koppar ( kemisk symbol - Cu , från lat. Cu prum ) är ett kemiskt element i den 11:e gruppen (enligt den föråldrade klassificeringen - en sidoundergrupp av den första gruppen, IB) i den fjärde perioden av det periodiska systemet av kemiska element av D. I. Mendeleev , med atomnummer 29.
I form av ett enkelt ämne är koppar en formbar övergångsmetall med en gyllene rosa färg (rosa i frånvaro av en oxidfilm ).
Det har använts flitigt av människan sedan urminnes tider.
Koppar är en av de första metallerna som människan behärskar väl på grund av dess tillgänglighet för att erhållas från malm och låg smältpunkt. Denna metall förekommer naturligt i sin ursprungliga form oftare än guld , silver och järn . Några av de äldsta kopparprodukterna, såväl som slagg - bevis på dess smältning från malmer - hittades i Turkiet under utgrävningar av bosättningen Chatal-Gyuyuk [3] . Kopparåldern , när kopparföremål fick stor spridning, följer stenåldern i världshistorien . Experimentella studier av S. A. Semyonov och hans medarbetare visade att trots kopparns mjukhet ger kopparverktyg jämfört med sten en betydande ökning av hastigheten för att hugga, hyvla, borra och såga trä, och ungefär samma tid ägnas åt benbearbetning vad gäller stenredskap [4] .
I forna tider användes även koppar i form av en legering med tenn - brons - för tillverkning av vapen etc., bronsåldern ersatte kopparn. En legering av koppar och tenn ( brons ) erhölls för första gången år 3000 f.Kr. e. i Mellanöstern. Brons lockade människor med sin styrka och goda formbarhet, vilket gjorde den lämplig för tillverkning av verktyg och jaktredskap, fat och smycken. Alla dessa föremål finns i arkeologiska utgrävningar. Bronsåldern med avseende på verktyg ersattes av järnåldern .
Koppar bröts ursprungligen från malakitmalm snarare än sulfidmalm , eftersom den inte krävde förkalcinering. För att göra detta placerades en blandning av malm och kol i ett jordkärl, kärlet placerades i en liten grop och blandningen sattes i brand. Den frigjorda kolmonoxiden reducerade malakit till fri koppar:
På Cypern , redan under det 3:e årtusendet f.Kr., fanns koppargruvor och kopparsmältning genomfördes.
På 1400- och 1500 - talen smälte indianerna i Chonos-kulturen ( Ecuador ) koppar med en halt på 99,5 % och använde den som mynt i form av yxor 2 cm på sidorna och 0,5 mm tjocka. Myntet cirkulerade över hela Sydamerikas västkust, inklusive i delstaten Inkafolket [5] .
På Rysslands och grannländernas territorium uppträdde koppargruvor två årtusenden f.Kr. e. Deras kvarlevor finns i Ural (den mest kända fyndigheten är Kargaly ), i Transkaukasien, i Sibirien, i Altai, på Ukrainas territorium.
Under XIII-XIV-talen. behärskade den industriella smältningen av koppar. i Moskva på 1400-talet. The Cannon Yard grundades , där vapen av olika kaliber gjuts av brons. Mycket koppar användes för att tillverka klockor. Sådana verk av gjuterikonst som tsarkanonen (1586), tsarklockan (1735), bronsryttaren (1782) gjuts av brons, en staty av den stora Buddha göts i Japan ( Todai-ji-templet ) (752) .
Med upptäckten av elektricitet under XVIII-XIX århundradena. stora volymer koppar började gå till produktion av trådar och andra relaterade produkter. Och även på XX-talet. ledningar var ofta gjorda av aluminium, koppar har inte förlorat sin betydelse inom elektroteknik [6] .
Det latinska namnet för koppar Cuprum ( forntida latinska aes cuprium , aes cyprium ) kommer från namnet på ön Cypern , där det fanns en rik fyndighet.
Strabo kallar koppar χαλκός , från namnet på staden Chalkis på Euboea . Många antika grekiska namn på koppar- och bronsföremål , smideshantverk, smidesprodukter och gjutgods härstammar från detta ord. Det andra latinska namnet på koppar aes ( Skt. ayas , gotiska aiz , tyska erz , engelska ore ) betyder malm eller gruva.
Orden koppar och koppar finns i de äldsta ryska litterära monumenten: Art.-Slav. *mědь "koppar" har ingen tydlig etymologi, kanske det ursprungliga ordet [7] [8] . V. I. Abaev antog ordets ursprung från namnet på landet Midia : * Koppar från ir. Māda - genom det grekiska. Μηδία [9] . Enligt M. Fasmers etymologi är ordet "koppar" besläktat med dr-germ. smid "smed", smîda "metall" [9] .
Koppar betecknades med den alkemiska symbolen " ♀ " - " spegel av Venus ", och ibland kallades koppar själv också av alkemister som "Venus". Detta beror på att skönhetsgudinnan Venus ( Afrodite ) var Cyperns gudinna [10] , och speglar var gjorda av koppar. Denna symbol av Venus avbildades också på märket av Polevskoy kopparsmältverket , från 1735 till 1759 märkte det Polevskaya koppar, och är avbildat på den moderna vapenskölden i staden Polevskoy [10] [11] . Med Gumeshevsky-gruvan i Polevskoy , den största fyndigheten av kopparmalmer från det ryska imperiet i Mellersta Ural på 1700-1800-talen , förknippas en välkänd karaktär i berättelserna om P. P. Bazhov - Kopparbergets älskarinna , beskyddarinna för utvinning av malakit och koppar. Enligt en av hypoteserna är det bilden av gudinnan Venus bruten av folkets medvetande [10] .
Medelhalten av koppar i jordskorpan (clarke) är (0,78-1,5) 10 −4 [12] % (i vikt) [2] . I havs- och flodvatten är kopparhalten mycket lägre: 3·10 −7 % respektive 10 −7 % (i vikt) [2] .
Koppar finns i naturen både i föreningar och i naturlig form. Av industriell betydelse är kopparkis CuFeS 2 , även känd som kopparkis, chalcocit Cu 2 S och bornit Cu 5 FeS 4 . Andra kopparmineral finns också tillsammans med dem: covellin CuS, cuprite Cu 2 O, azurite Cu 3 (CO 3 ) 2 (OH) 2 , malakit Cu 2 CO 3 (OH) 2 . Ibland förekommer koppar i inhemsk form, massan av individuella ansamlingar kan nå 400 ton [13] . Kopparsulfider bildas huvudsakligen i medeltemperatura hydrotermiska vener. Kopparfyndigheter finns också ofta i sedimentära bergarter - kopparsandstenar och skiffer . De mest kända fyndigheterna av denna typ är Udokan i Trans-Baikal-territoriet , Zhezkazgan i Kazakstan , kopparbältet i Centralafrika och Mansfeld i Tyskland . De andra rikaste kopparfyndigheterna finns i Chile (Escondida och Collausi) och USA (Morenci) [14] .
Det mesta av kopparmalmen bryts genom dagbrott. Kopparhalten i malmen varierar från 0,3 till 1,0 %.
Koppar är en gyllene-rosa seg metall, snabbt täckt med en oxidfilm i luften, vilket ger den en karakteristisk intensiv gulaktig-röd nyans. Tunna filmer av koppar i ljuset har en grönblå färg.
Tillsammans med osmium , cesium och guld är koppar en av fyra metaller som har en tydlig färg som skiljer sig från grått eller silver i andra metaller. Denna färgnyans förklaras av närvaron av elektroniska övergångar mellan de fyllda tredje och halvtomma fjärde atomorbitalen: energiskillnaden mellan dem motsvarar våglängden för orange ljus. Samma mekanism är ansvarig för den karakteristiska färgen på guld.
Koppar bildar ett ansiktscentrerat kubiskt gitter , rymdgrupp F m3m, a = 0,36150 nm, Z = 4.
Koppar har hög termisk [15] och elektrisk ledningsförmåga (den ligger på andra plats i elektrisk ledningsförmåga bland metaller efter silver ). Specifik elektrisk ledningsförmåga vid 20 °C: 55,5–58 MSm / m [16] . Koppar har en relativt stor temperaturkoefficient av motstånd : 0,4% / ° C och i ett brett temperaturområde är något beroende av temperaturen. Koppar är diamagnetisk .
Det finns ett antal kopparlegeringar : mässing - med zink , brons - med tenn och andra element, cupronickel - med nickel och andra.
Atomdensitet av koppar (NO) = (atom/m³).
Naturlig koppar består av två stabila isotoper - 63 Cu ( isotopmängd 69,1%) och 65 Cu (30,9%). Mer än två dussin instabila isotoper är kända, varav den längsta livslängden är 67 Cu med en halveringstid på 62 timmar [17] .
Koppar utvinns från kopparmalmer och mineraler. De huvudsakliga metoderna för att erhålla koppar är pyrometallurgi , hydrometallurgi och elektrolys .
Det kalcinerade koncentratet smälts sedan till skärsten. Kiseldioxid tillsätts till smältan för att binda järnoxid:
Det resulterande silikatet i form av slagg flyter och separeras. Matten som finns kvar på botten - en legering av FeS och Cu 2 S sulfider - utsätts för Bessemer smältning. För att göra detta hälls den smälta matten i en omvandlare, i vilken syre blåses. I detta fall oxideras den kvarvarande järnsulfiden till oxid och avlägsnas från processen i form av silikat med hjälp av kiseldioxid. Kopparsulfid oxideras delvis till oxid och reduceras sedan till metallisk (blister) koppar:
Den resulterande metalliska (blister) kopparn innehåller 90,95 % av metallen och utsätts för ytterligare elektrolytisk rening med användning av en surgjord lösning av kopparsulfat som elektrolyt. Den elektrolytiska kopparn som bildas vid katoden har en hög renhet på upp till 99,99 % och används för tillverkning av ledningar, elektrisk utrustning och legeringar.
Den hydrometallurgiska metoden består i att lösa kopparmineral i utspädd svavelsyra eller i en ammoniaklösning ; från de resulterande lösningarna ersätts koppar av metalliskt järn:
Elektrolys av kopparsulfatlösning :
I föreningar uppvisar koppar två oxidationstillstånd: +1 och +2. Den första av dem är benägen att disproportionera och är endast stabil i olösliga föreningar (Cu 2 O, CuCl, CuI, etc.) eller komplex (till exempel [Cu(NH 3 ) 2 ] + ). Dess föreningar är färglösa. Oxidationstillståndet +2 är mer stabilt vilket ger blå och blågröna salter. Under ovanliga förhållanden och komplex kan man få föreningar med ett oxidationstillstånd på +3, +4 och till och med +5. Det senare finns i salter av cupbororananjonen Cu(B 11 H 11 ) 2 3− erhållen 1994.
Förändras inte i luften i frånvaro av fukt och koldioxid . Det är ett svagt reduktionsmedel , reagerar inte med vatten och utspädd saltsyra . Oxiderat av koncentrerad svavelsyra och salpetersyra , " regjerina ", syre , halogener , kalkogener , icke- metalloxider . Reagerar vid upphettning med vätehalogenider .
I fuktig luft oxiderar koppar och bildar basiskt koppar(II)karbonat (yttre lager av patina):
Reagerar med koncentrerad kall svavelsyra:
Med koncentrerad het svavelsyra:
Med vattenfri varm svavelsyra:
Med utspädd svavelsyra vid upphettning i närvaro av syre i luft:
Med koncentrerad salpetersyra:
Med utspädd salpetersyra:
Med "kunglig vodka":
Med koncentrerad varm saltsyra:
Med utspädd saltsyra i närvaro av syre:
Med utspädd saltsyra i närvaro av väteperoxid:
Med gasformig väteklorid vid 500–600 °C:
Med vätebromid:
Koppar reagerar också med koncentrerad ättiksyra i närvaro av syre:
Koppar löses i koncentrerad ammoniumhydroxid för att bilda ammoniater :
Den oxideras till koppar(I)oxid med syrebrist vid en temperatur av 200 °C och till koppar(II)oxid med ett överskott av syre vid temperaturer i storleksordningen 400-500 °C:
Kopparpulver reagerar med klor , svavel (i flytande koldisulfid ) och brom (i eter), vid rumstemperatur:
Med jod (koppar(II)jodid finns inte):
Vid 300-400 °C reagerar den med svavel och selen :
Med icke-metalloxider:
Med koncentrerad saltsyra och kaliumklorat :
Med järn(III)klorid:
Ersätter mindre aktiva metaller från deras salter:
Egenskaperna hos koppar(I)-föreningar liknar egenskaperna hos silver(I)-föreningar. Speciellt är CuCl, CuBr och CuI olösliga. Det finns också vattenolösliga komplex (till exempel diklorkuprat(I)jon [CuCl 2 ] - stabila:
)Det bör noteras att koppar(I)sulfat är instabilt. Det sönderdelas omedelbart och förvandlas till stabilt koppar(II)sulfat .
Koppar(I)joner i vattenlösning är instabila och lätt oproportionerliga :
Ett exempel på disproportionering är reaktionen av koppar(I)oxid med utspädd svavelsyra:
Oxidationstillståndet +1 motsvarar röd-orange Cu 2 O-oxid, som sönderdelas vid en temperatur av 1800 ° C:
Kan reduceras till elementär koppar:
Processen med aluminiumtermi fortsätter också :
Reagerar med koncentrerade alkalilösningar:
Med koncentrerad saltsyra:
Med utspädda halogensyror (Hal = Cl, Br, I):
Med utspädd saltsyra i närvaro av syre:
Med koncentrerad salpetersyra:
Med koncentrerad svavelsyra:
Med utspädd svavelsyra:
Med natriumhydrosulfit:
Med ammoniak:
Med ammoniaklösning:
Med hydrazoesyra under olika kylningsförhållanden:
Med grått:
Med koppar(I)sulfid:
Med syre:
Med klor:
Med alkalimetalloxider (Me = Li, Na, K, Rb, Cs):
Med bariumoxid:
Motsvarande hydroxid CuOH (gul) sönderdelas vid 100°C för att bilda koppar(I)oxid.
Hydroxid CuOH uppvisar grundläggande egenskaper.
Reagerar även med ammoniaklösning:
Reagerar med kaliumhydroxid:
Oxidationstillstånd II är det mest stabila oxidationstillståndet för koppar. Det motsvarar svartoxid CuO, som sönderdelas vid en temperatur av 1100 ° C:
Reagerar med ammoniaklösning för att bilda Schweitzers reagens :
Det löser sig i koncentrerade alkalier med bildning av komplex:
När de smälts med alkalier bildas metallkuprater:
Med salpetersyra:
Reagerar med jodvätesyra och bildar koppar(I)jodid, eftersom koppar(II)jodid inte existerar :
Magnesium och aluminiumtermiska processer äger rum:
Det kan också reduceras till elementär koppar på följande sätt:
Koppar(II)oxid används för att producera bariumyttriumkopparoxid (YBa 2 Cu 3 O 7 -δ ), som är grunden för att producera supraledare .
Motsvarande hydroxid Cu (OH) 2 (blå), som vid långvarig stående sönderdelas och förvandlas till svart koppar(II)oxid:
Också i överskott av fukt är oxidation av koppar möjlig och övergången till cuprylhydroxid, där koppars oxidationstillstånd är +3:
När den värms upp till 70 °C sönderdelas den:
Reagerar med koncentrerade alkalilösningar för att bilda blå hydroxokomplex (detta bekräftar den övervägande grundläggande karaktären hos Cu(OH)_2):
Med bildning av koppar (II) salter löses det i alla syror (inklusive oxiderande syror) utom jodväte :
Reaktionen med jodvätesyra skiljer sig genom att koppar(I)jodid bildas, eftersom koppar(II)jodid inte existerar:
Reaktionen med en vattenlösning av ammoniak är en av de viktigaste inom kemin, eftersom Schweitzer-reagenset bildas (cellulosalösningsmedel ) :
Dessutom reagerar en suspension av kopparhydroxid med koldioxid för att bilda koppar(II)dihydroxokarbonat:
De flesta bivalenta kopparsalter är blå eller gröna till färgen. När koppar(II)salter löses i vatten bildas blåa vattenkomplex [Cu(H 2 O) 6 ] 2+ . Koppar(II)föreningar har svaga oxiderande egenskaper, vilket används i analysen (till exempel användning av Fehlings reagens). Koppar(II)karbonat har en grön färg, vilket är orsaken till grönare element i byggnader, monument och produkter gjorda av koppar och kopparlegeringar när oxidfilmen interagerar med koldioxid i luften i närvaro av vatten
Koppar(II)sulfat, när det hydratiseras, ger blåa kristaller av kopparsulfat CuSO 4 ∙ 5H 2 O, används som en fungicid .
Oxidationstillstånden III och IV är instabila oxidationstillstånd och representeras endast av föreningar med syre, fluor eller i form av komplex.
Koppar(III)oxid erhölls inte. Olika kuprater(III) beskrivs under detta namn.
Hexafluorocuprates (III) och (IV) erhålls genom inverkan av fluor på salter av koppar och alkalimetaller när de upphettas under tryck. De reagerar häftigt med vatten och är starka oxidationsmedel.
Koppar(III)komplex med ortoperiodater och tellurater är relativt stabila och har föreslagits som oxidationsmedel inom analytisk kemi. Många komplex av koppar(III) med aminosyror och peptider har beskrivits.
Koppar kan detekteras i lösning av den grönblå färgen på lågan på en bunsenbrännare , när en platinatråd som är indränkt i testlösningen införs i den.
På grund av den låga resistiviteten (näst efter silver , resistivitet vid 20 ° C: 0,01724-0,0180 μΩ m / [16] ), används koppar i stor utsträckning inom elektroteknik för tillverkning av kraft- och andra kablar, ledningar eller andra ledare, för till exempel i tryckta ledningar . Koppartrådar används i sin tur också i lindningarna av elektriska enheter ( byt: elmotorer ) och krafttransformatorer . För dessa ändamål måste metallen vara mycket ren: föroreningar minskar kraftigt den elektriska ledningsförmågan . Till exempel minskar närvaron av 0,02 % aluminium i koppar dess elektriska ledningsförmåga med nästan 10 % [18] .
En annan användbar egenskap hos koppar är dess höga värmeledningsförmåga. Detta gör att den kan användas i olika kylflänsar , värmeväxlare , som inkluderar välkänd kylning, luftkonditionering och värmeradiatorer , datorkylare , värmerör .
På grund av den höga mekaniska styrkan och lämpligheten för bearbetning används sömlösa runda kopparrör i stor utsträckning för transport av vätskor och gaser: i hushållsvattenförsörjningssystem , uppvärmning, gasförsörjning , luftkonditioneringssystem och kylenheter. I ett antal länder är kopparrör det huvudsakliga materialet som används för dessa ändamål: i Frankrike, Storbritannien och Australien för gasförsörjning till byggnader, i Storbritannien, USA, Sverige och Hongkong för vattenförsörjning, i Storbritannien och Sverige för uppvärmning.
I Ryssland regleras produktionen av vatten- och gasrör gjorda av koppar av den nationella standarden GOST R 52318-2005 [19] , och användningen i denna egenskap av den federala koden SP 40-108-2004. Dessutom används rörledningar gjorda av koppar och kopparlegeringar i stor utsträckning inom skeppsbyggnad och energi för transport av vätskor och ånga.
Kopparlegeringar används i stor utsträckning inom olika teknikområden, varav de vanligaste är brons och mässing som nämns ovan . Båda legeringarna är generiska namn för en hel familj av material som kan innehålla nickel , vismut och andra metaller förutom tenn och zink . Till exempel innehåller sammansättningen av kanonbrons , som användes för tillverkning av artilleripjäser fram till 1800-talet, alla tre grundläggande metaller - koppar, tenn, zink; receptet ändrades från tid och plats för tillverkning av verktyget. En stor mängd mässing används för tillverkning av granater för artilleriammunition och vapengranater , på grund av tillverkningsbarhet och hög duktilitet. För maskindelar används legeringar av koppar med zink, tenn, aluminium, kisel etc. (snarare än ren koppar) på grund av deras större hållfasthet: 30–40 kgf/mm² för legeringar och 25–29 kgf/mm² för kommersiellt rent koppar.
Kopparlegeringar (förutom berylliumbrons och vissa aluminiumbronser) ändrar inte sina mekaniska egenskaper under värmebehandling, och deras mekaniska egenskaper och slitstyrka bestäms endast av den kemiska sammansättningen och dess effekt på strukturen. Elasticitetsmodulen för kopparlegeringar (900-12000 kgf / mm², lägre än stålets). Den största fördelen med kopparlegeringar är en låg friktionskoefficient (vilket gör dem särskilt rationella för användning i glidande par), kombinerat för många legeringar med hög duktilitet och god korrosionsbeständighet i ett antal aggressiva miljöer (koppar-nickellegeringar och aluminiumbronser). ) och god elektrisk ledningsförmåga. Koppar och dess legeringar med mässing och brons har hög korrosionsbeständighet, elektrisk och termisk ledningsförmåga och antifriktionsegenskaper. Samtidigt är koppar välsvetsad och bearbetad genom skärning. [tjugo]
Värdet på friktionskoefficienten är praktiskt taget detsamma för alla kopparlegeringar, medan de mekaniska egenskaperna och slitstyrkan, såväl som beteendet under korrosionsförhållanden, beror på legeringarnas sammansättning och därför på strukturen. Hållfastheten är högre för tvåfaslegeringar och duktiliteten för enfasiga. Koppar-nickellegering ( cupronickel ) används för att prägla småmynt [21] .
Koppar-nickellegeringar, inklusive den så kallade "Admiralitets"-legeringen, används i stor utsträckning inom skeppsbyggnad (rör av turbinavgasångkondensatorer kylda av utombordsvatten) och applikationer som är förknippade med risken för aggressiv havsvattenexponering på grund av hög korrosionsbeständighet . Koppar är en viktig komponent i hårdlod - legeringar med en smältpunkt på 590-880 ° C, som har god vidhäftning till de flesta metaller och används för att ordentligt ansluta en mängd olika metalldelar, särskilt från olika metaller, från rörledningar till vätska raketmotorer.
Legeringar där koppar är signifikantDural (duralumin) definieras som en legering av aluminium och koppar (koppar i duralumin 4,4%).
Smycken legeringarI smycken används ofta legeringar av koppar och guld för att öka styrkan hos produkter till deformation och nötning, eftersom rent guld är en mycket mjuk metall och inte är resistent mot mekanisk påfrestning.
Kopparoxider används för att erhålla yttrium-barium-kopparoxid ( kuprat ) YBa 2 Cu 3 O 7-δ , som är grunden för att erhålla högtemperatursupraledare . Koppar används för tillverkning av elektrokemiska celler och batterier av kopparoxid .
Koppar är den mest använda katalysatorn för polymerisation av acetylen . På grund av det faktum att koppar är en katalysator för polymerisation av acetylen (bildar kopparföreningar med acetylen), kan kopparrörledningar för transport av acetylen endast användas om kopparhalten i legeringen av rörmaterialet inte är mer än 64 %.
Koppar används ofta inom arkitektur. Tak och fasader av tunnplåtskoppar, på grund av den automatiska släckningen av kopparplåtens korrosionsprocess, fungerar problemfritt i 100-150 år. I Ryssland regleras användningen av kopparplåt för tak och fasader av den federala lagen SP 31-116-2006 [22] .
Koppar kan användas för att minska överföringen av infektioner i vårdmiljöer genom ytor som berörs av den mänskliga handen. Koppar kan användas för att tillverka dörrhandtag, vattenavstängningsbeslag, räcken, sängräcken och bordsskivor. [23]
Kopparånga används som arbetsvätska i kopparånglasrar vid genereringsvåglängder på 510 och 578 nm [24] .
Koppar används också i pyroteknik för blå färgning.
I januari 2008, för första gången någonsin, översteg kopparpriserna på London Metal Exchange 8 000 dollar per ton. I början av juli steg priserna till 8 940 dollar per ton, vilket var ett absolut rekord sedan 1979, när handeln på LME började. Priset nådde en topp på nästan 10,2 tusen dollar i februari 2011 [25] .
2011 var kostnaden för koppar cirka 8 900 dollar per ton [26] . På grund av den globala ekonomiska krisen föll priset på de flesta typer av råvaror, och kostnaden för 1 ton koppar den 1 september 2016 översteg inte 4 700 dollar [27] . I maj 2021 steg priset på koppar till 10 307 $ per ton på börsen. [28]
Koppar är ett väsentligt element för alla högre växter och djur. I blodbanan transporteras koppar främst av proteinet ceruloplasmin . Efter absorption av koppar i tarmarna transporteras den till levern med hjälp av albumin.
Koppar förekommer i en mängd olika enzymer , såsom cytokrom c-oxidas , koppar- zink - enzymet superoxiddismutas och det molekylära syrebärande proteinet hemocyanin . I blodet hos alla bläckfiskar och de flesta snäckor och leddjur är koppar en del av hemocyanin i form av ett imidazolkomplex av kopparjonen, en roll som liknar den för järnporfyrinkomplexet i hemoglobinproteinmolekylen i blodet hos ryggradsdjur.
Det antas att koppar och zink konkurrerar med varandra under absorption i matsmältningskanalen , så ett överskott av ett av dessa element i kosten kan orsaka brist på det andra elementet. En frisk vuxen behöver 0,9 mg koppar per dag.
Med brist på koppar i kondro- och osteoblaster minskar enzymsystemens aktivitet och proteinmetabolismen saktar ner, som ett resultat av att benvävnadstillväxten saktar ner och störs [29] .
Vissa kopparföreningar kan vara giftiga om MPC överskrids i mat och vatten. Halten koppar i dricksvattnet bör inte överstiga 1 mg/l (SanPiN 2.1.4.1074-01), dock är även brist på koppar i dricksvattnet inte önskvärt. Världshälsoorganisationen (WHO) formulerade denna regel 1998 enligt följande: "Riskerna för människors hälsa från brist på koppar i kroppen är många gånger högre än riskerna från dess överskott."
2003, som ett resultat av intensiv forskning, reviderade WHO tidigare bedömningar av koppartoxicitet. Det har insetts att koppar inte är orsaken till matsmältningsbesvär [30] .
Det fanns farhågor för att hepatocerebral dystrofi (Wilson-Konovalovs sjukdom) åtföljs av ansamling av koppar i kroppen, eftersom det inte utsöndras av levern till gallan . Denna sjukdom orsakar skador på hjärnan och levern. Ett orsakssamband mellan uppkomsten av sjukdomen och kopparintag kunde dock inte bekräftas [30] . Endast en ökad känslighet hos personer som diagnostiserats med denna sjukdom för ett ökat innehåll av koppar i mat och vatten har fastställts.
De bakteriedödande egenskaperna hos koppar och dess legeringar har varit kända för människan under lång tid. Under 2008, efter långvarig forskning, utsåg U.S. EPA officiellt koppar och flera kopparlegeringar som bakteriedödande medel [31] (byrån betonar att användningen av koppar som bakteriedödande medel kan komplettera, men inte bör ersätta, standardpraxis för infektionskontroll) . Den bakteriedödande effekten av kopparytor (och dess legeringar) är särskilt uttalad i förhållande till den meticillinresistenta stammen av Staphylococcus aureus , känd som "supermikroben" MRSA [32] . Sommaren 2009 fastställdes koppars och kopparlegeringars roll i inaktiveringen av A/ H1N1-influensaviruset (den så kallade " svininfluensan ") [33] .
En överdriven koncentration av kopparjoner ger vattnet en distinkt " metallisk smak ". Hos olika personer är tröskeln för organoleptisk bestämning av koppar i vatten cirka 2-10 mg / l . Den naturliga förmågan att på detta sätt upptäcka höga halter av koppar i vatten är en naturlig försvarsmekanism mot intag av vatten med för hög kopparhalt.
Världsproduktionen av koppar år 2000 var cirka 15 miljoner ton, och 2004 - cirka 14 miljoner ton [34] [35] . Enligt experter uppgick världsreserverna år 2000 till 954 miljoner ton, varav 687 miljoner ton var bevisade reserver [34] , Ryssland stod för 3,2 % av de totala och 3,1 % av de bekräftade världsreserverna [34] . Kopparreserverna kommer alltså, med nuvarande konsumtionstakt, att räcka i cirka 60 år.
Produktionen av raffinerad koppar i Ryssland 2006 uppgick till 881,2 tusen ton, konsumtion - 591,4 tusen ton [36] . De viktigaste koppartillverkarna i Ryssland var:
Företag | tusen ton | % |
---|---|---|
Norilsk Nickel | 425 | 45 % |
Uralelektromerad | 351 | 37 % |
ryskt kopparföretag | 166 | arton % |
Metalloinvest Holding anslöt sig till dessa kopparproducenter i Ryssland 2009, efter att ha köpt rättigheterna att utveckla en ny kopparfyndighet Udokanskoye [37 ] . Världsproduktionen av koppar 2007 var [38] 15,4 miljoner ton och 2008 - 15,7 miljoner ton. Ledarna inom produktionen var:
När det gäller världsproduktion och konsumtion hamnar koppar på tredje plats efter järn och aluminium.
Kopparsmältningen 2019 förväntas vara 25,5 miljoner ton [39]
I slutet av 2008 uppgick de undersökta kopparreserverna i världen till 1 miljard ton, varav 550 miljoner ton bekräftades. Dessutom uppskattas de globala världsreserverna på land uppgå till 3 miljarder ton, och djupvattenresurserna uppskattas till 700 miljoner ton.
Nu är mer än 170 mineraler som innehåller koppar kända, men endast 14-15 av dem är av industriell betydelse. Dessa är kopparkis (aka kopparkis), malakit och inhemsk koppar finns också. I kopparmalmer finns molybden, nickel, bly, kobolt ofta som föroreningar, mer sällan guld, silver. Vanligtvis anrikas kopparmalmer i fabriker innan de skickas till kopparsmältverk. Koppar är rikt i Kazakstan, USA, Chile, Kanada, afrikanska länder - Zaire, Zambia, Sydafrika. Escondida är världens största stenbrott där kopparmalm bryts (beläget i Chile ). Beroende på förekomstdjupet bryts malmen med öppen eller sluten metod. [40]
90% av primär koppar erhålls genom pyrometallurgisk metod, 10% - genom hydrometallurgisk metod. Den hydrometallurgiska metoden är framställning av koppar genom att lösa den i en svag lösning av svavelsyra och sedan separera metallisk (blister) koppar från lösningen. Den pyrometallurgiska metoden består av flera steg: anrikning, rostning, smältning till matt, blåsning i omvandlaren, raffinering.
För anrikning av kopparmalmer används flotationsmetoden (baserad på användningen av olika vätbarhet av kopparhaltiga partiklar och gråberg), vilket gör det möjligt att få kopparkoncentrat innehållande från 10 till 35 % koppar.
Kopparmalmer och koncentrat med hög svavelhalt utsätts för oxidativ rostning. I processen att värma koncentratet eller malmen till 700-800 °C i närvaro av atmosfäriskt syre oxideras sulfider och svavelhalten reduceras med nästan hälften av originalet. Endast fattiga koncentrat (med en kopparhalt på 8 till 25 %) bränns, medan rika koncentrat (från 25 till 35 % koppar) smälts utan bränning.
Efter rostning smälts malmen och kopparkoncentratet till skärsten, som är en legering som innehåller koppar och järnsulfider. Matten innehåller från 30 till 50% koppar, 20-40% järn, 22-25% svavel, dessutom innehåller mattan föroreningar av nickel, zink, bly, guld, silver. Oftast utförs smältning i ugnar med efterklang. Temperaturen i smältzonen är 1450 °C.
För att oxidera sulfider och järn utsätts den resulterande kopparstenen för blåsning med tryckluft i horisontella omvandlare med sidblästring. De resulterande oxiderna omvandlas till slagg. Temperaturen i omvandlaren är 1200-1300 °C. Det är intressant att värmen i omvandlaren frigörs på grund av förekomsten av kemiska reaktioner, utan bränsletillförsel. Sålunda erhålls blisterkoppar i omvandlaren, innehållande 98,4-99,4% koppar, 0,01-0,04% järn, 0,02-0,1% svavel och en liten mängd nickel, tenn, antimon, silver, guld. Denna koppar hälls i en slev och hälls i stålformar eller på en hällmaskin.
Vidare, för att avlägsna skadliga föroreningar, raffineras blisterkoppar (brand och sedan elektrolytisk raffinering utförs). Kärnan i brandraffinering av blisterkoppar är oxidationen av föroreningar, deras avlägsnande med gaser och deras omvandling till slagg. Efter brandraffinering erhålls koppar med en renhet på 99,0–99,7 %. Det hälls i formar och göt erhålls för vidare smältning av legeringar (brons och mässing) eller göt för elektrolytisk raffinering.
Elektrolytisk raffinering utförs för att erhålla ren koppar (99,95%). Elektrolys utförs i bad, där anoden är gjord av eldraffinerad koppar, och katoden är gjord av tunna skivor av ren koppar. Elektrolyten är en lösning av svavelsyra med kopparsulfat. Under elektrolys sker en ökning av koncentrationen av svavelsyra. När en likström passerar löses anoden upp, koppar går i lösning och, renad från föroreningar, avsätts den på katoderna. Föroreningar lägger sig till botten av badet i form av slam, som bearbetas för att utvinna värdefulla metaller. Vid mottagande av 1000 ton elektrolytisk koppar kan du få upp till 3 kg silver och 200 g guld. Katoderna lossas på 5-12 dagar, när deras massa når 60 till 90 kg. De tvättas noggrant och smälts sedan ner i elektriska ugnar [41] .
MiljöpåverkanMed en öppen metod för gruvdrift, efter dess upphörande, blir stenbrottet en källa till giftiga ämnen. Den giftigaste sjön i världen - Berkeley Pit - bildades i en koppargruva.
Ordböcker och uppslagsverk |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Periodiskt system av kemiska element av D. I. Mendeleev | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Elektrokemisk aktivitet serie av metaller | |
---|---|
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , |
myntmetaller | |
---|---|
Metaller | |
Legeringar |
|
Myntgrupper | |
Metallgrupper | |
se även |