Медь

Как расплавить медь в домашних условиях: температура, сосуд

Свое латинское название Cuprum металл получил от названия острова Кипр, где его научились добывать в третьем тысячелетии до н. э. В системе Менделеева Сu получил 29 номер, а расположен в 11-й группе четвертого периода.

В земной коре элемент на 23-м месте по распространению и встречается чаще в виде сульфидных руд. Наиболее распространены медный блеск и колчедан. Сегодня медь из руды добывается несколькими способами, но любая технологий подразумевает поэтапный подход для достижения результата.

• На заре развития цивилизации люди уже получали и использовали медь и ее сплавы.
• В то время добывалась не сульфидная, а малахитовая руда, которой не требовался предварительный обжиг.
• Смесь руды и углей помещали в глиняный сосуд, который опускался в небольшую яму.
• Смесь поджигалась, а угарный газ помогал малахиту восстановиться до состояния свободного Cu.
• В природе есть самородная медь, а богатейшие месторождения находятся в Чили.
• Сульфиды меди нередко образуются в среднетемпературных геотермальных жилах.
• Часто месторождения имеют вид осадочных пород.
• Медяные песчаники и сланцы встречаются в Казахстане и Читинской области.

Плавление в домашних условиях

Благодаря низкой температуре плавления древние люди могли расплавлять купрум на костре и использовать металл для изготовления различных изделий.

Для расплавки меди в домашних условиях понадобится:

• древесный уголь;
• тигель и специальные щипцы для него;
• муфельная печь;
• бытовой пылесос;
• горн;
• стальной крюк;
• форма для плавления.

Процесс течет поэтапно, металл помещается в тигель, а затем размещается в муфельной печи. Выставляется нужная температура, а наблюдение за процессом осуществляется через стеклянное оконце. В процессе в емкости с Cu появится окисная пленка, которую нужно устранить — открыть окошко и отодвинуть в сторону стальным крюком.

При отсутствии муфельной печи расплавить медь можно автогеном. Плавление пойдет, если ест нормальный доступ воздуха. Паяльной лампой расплавляется латунь и легкоплавкая бронза. Пламя должно охватить весь тигель.

Если под рукой ничего из перечисленных средств нет, можно использовать горн, установленный на слой древесного угля. Для повышения Т можно использовать пылесос, включенный в режим выдувания, но шланг должен иметь металлический наконечник, хорошо, если с зауженным концом, так струя воздуха будет тоньше.

Температура плавления бронзы и латуни, как температура плавления меди и алюминия — невысоки.

Качество продукта определяется наличием содержания в процентах примесей в сплаве (не более 1%). Важные показатели — тепло- и электропроводность.

Благодаря пластичности, малой Т плавления и гибкости медь широко используется во многих отраслях промышленности.

Медь входит в семёрку самых древних металлов, с которыми люди познакомились на самом начальном этапе своего существования. Период с 4 по 3 тысячелетие до нашей эры так и называется медный век в истории развития человечества. Древние люди изготавливали из неё предметы быта, орудия труда и боевое оружие. Это стало возможным благодаря относительно невысокой температуре плавления меди.

5 Применение сплавов

Пожалуй, трудно отыскать производственную отрасль, которая бы не использовала изделия из меди или ее сплавов. В чистом виде такой металл, как медь, задействован в электротехнических коммуникациях. Электрическая проводка, электродвигатели и кабельные изделия невозможно представить без участия меди.

Медное кабельное изделие

Трубопроводы, вакуумные машины, теплообменные камеры на 1/3 состоят из меди.

Сплавы благодаря их выверенным свойствам применяют в автомобильной промышленности и сельскохозяйственном машиностроении. Высокая устойчивость к коррозии позволяет медным сплавам участвовать в изготовлении химической аппаратуры, а сплав меди со свинцом используется в производстве сверхпроводниковой техники.

Изделия со сложным узором требуют вязких и пластичных сплавов, например, сплав серебра. Этим запросам отвечает мягкая медь, из которой можно формировать любые шнуры и элементы. Проволоку легко гнуть и паять вместе с такими элементами, как золото и серебро.

С чем реагирует

Медь НЕ реагирует с водородом, углеродом, азотом, а так же кремнием.

Реагирует с кислотами и солями, оксидами, галогенами, кислородом и неметаллами, но не может реагировать со щелочами, так как находится в электрохимическом ряду после водорода. Так же не может реагировать с фтором, бромом, хлором.

Отношение к кислороду

По отношению к кислороду металл проявляет слабую активность, но при длительном нахождении на воздухе покрывается очень тонкой, почти незаметной зеленоватой пленкой, которая и является оксидом меди.

В зависимости от температуры, при которой протекает реакция, купрум образует 2 оксида: CuO и Cu2O.

Взаимодействие с водой

По причине того, что медь находится в ряду электрохимического напряжения после водорода, она не вытесняет водород из воды. Но если присутствует кислород, водород может вытеснять молекулы металла, за счет чего и происходит окислительно-восстановительная реакция.

Реакции с кислотами

Из-за своего положения в электрохимическом ряду, не вытесняет водород из кислот, поэтому некоторые из них на нее не действуют. Но при достаточном доступе кислорода, растворяются в них, образуя соответствующие кислотам соли.

Отношение к галогенам и неметаллам

С галогенами медь реагирует довольно хорошо. В обычных условиях изменения не особо заметны, но на поверхности со временем образуется очень тонкий слой галогенидов. А при повышенных температурах реакция происходит очень быстро и бурно.

Cu реагирует с серой, в зависимости от температуры образуются следующие сульфиды: Сu2S, CuS.

Может образовывать йодиды (с йодом).

Реакции с оксидами неметаллов

Медь может реагировать не со всеми оксидами неметаллов, что зависит от неметалла, температуры и других условий протекания химической реакции.

Расчет удельного веса

В настоящее время учеными разработано огромное количество способов, помогающих найти характеристики удельного веса меди, которые позволяют даже без обращения к специализированным таблицам вычислять тот немаловажный показатель. Зная его, можно с легкостью подобрать необходимые материалы, благодаря которым в конечном итоге можно получить нужную деталь с требуемыми параметрам. Это делается еще на стадии подготовки, когда планируется создать необходимую деталь из меди или ее содержащих сплавов.

Как уже говорилось выше, удельный вес меди можно подсмотреть в специализированном справочнике, но если под рукой такого нет, то его можно рассчитать по следующей формуле: вес делим на объем и получаем необходимую нам величину. Общими словами такое соотношение можно выразить как общее весовое значение к общему значению объема всего изделия. Не стоит путать его с понятием плотности, так как он характеризует металл по-другому, хоть и имеет одинаковые значения показателей.

Рассмотрим, как можно вычислить удельный вес, если известна масса и объем медного изделия. Например, имеем чистый медный лист толщиной 5 мм, шириной 2 м и длиной 1 м. Для начала посчитаем его объем: 5 мм * 1000 мм (1 м = 1000 мм) * 2000 мм, что составляет 10 000 000 мм3 или 10 000 см3. Для удобства расчетов будем считать, что масса листа составляет 89 кг 300 грамм или 89300 грамм. Делим рассчитанный результат на объем и получаем 8,93 г/см3. Зная тот показатель, мы всегда с легкостью можем вычислить весовое содержание в меди того или иного сплава. Это удобно, например, для обработки металла.

Характеристики и свойства

Невозможно точно определить сферы применения металла, если не разобраться с его физическими, химическими свойствами, основными характеристиками. Физические свойства чистой меди:

• достаточный показатель мягкости;
• высокая пластичность;
• простая обработка (сырье без примесей);
• тягучесть;
• высокий показатель электро- и теплопроводности.

Химические свойства меди:

1. При стандартных условиях эксплуатации не окисляется.
2. Вступает в реакцию с галогенами, селеном, серой.
3. Не подвергается влиянию кислот без окислительных свойств.
4. Азот, водород, углерод не могут спровоцировать реакцию.

Кашпо из меди

Суточная потребность

Суточная потребность в Cu зависит от пола, возраста, дневного рациона и места проживания человека.

Рекомендуемые суточные дозы меди:

• Младенцы от 0 до 1 года – 0,5 мг;
• Дети от 1 до 3 лет – 0,5 мг;
• Дети от 3 до 7 лет – 0,6 мг;
• Дети от 7 до 11 лет – 0,7 мг;
• Дети от 11 до 14 лет – 0,8 мг;
• Подростки от 14 до 18 лет – 1 мг;
• Взрослые и лица преклонного возраста – от 1 до 2,5-3 мг.
• Во время беременности дозировку увеличивают от нормы на 0,1 мг;
• В период кормления грудью: + 0,4 мг.

Согласно методическим рекомендациям Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека №2.3.1.1915-04 от 02.07.2004 г суточная норма меди для граждан России составляет от 1 до 5 мг. Причем 5 мг – максимально допустимая доза.

Суточная доза меди повышается при воспалительных заболеваниях, анемии, повышенной физической нагрузке, злоупотреблении алкогольными напитками, снижении реактивности иммунной системы.

Физические свойства и характеристика

Медь в чистом виде – это довольно ковкий, тягучий, вязкий металл, имеющий красновато-коричневый цвет.

Его твердость достигается путем добавления в состав различных примесей. Она имеет высокую электропроводность и теплопроводность, но примеси, которые зачастую добавляют в сплав, ухудшают эти показатели.

Преимуществом данного металла является устойчивость к коррозии. Температура плавления равна 1085 градусов по Цельсию, а температура кипения – 2562 градуса. Плотность равна 8900 кг/м3. Удельный вес равен 8930 кг/м3.

Медь в чистом виде является диамагнетиком, то есть магнитными свойствами не обладает. Магнититься могут только ее сплавы, где концентрация непосредственно самой меди не более 50%.

2 Особенности расплавления смесей и марок меди

У смесей веществ (в том числе и у различных сплавов металлов) нет температуры плавления/кристаллизации. Они совершают переход из одного состояния в другое (из твердого в жидкое и обратно) в некотором определенном интервале степени своего нагрева, граничные значения диапазона которого имеют соответствующее название. Температуру, при которой смеси веществ и сплавы металлов начинают переходить в жидкую фазу (или полностью затвердевают), называют “точкой солидуса”. Степень нагрева, при котором происходит полное расплавление (или начинается кристаллизация при остывании), называют “точкой ликвидуса”. Но в обиходе чаще говорят: температура солидуса и ликвидуса.

То есть относительно рассматриваемых металлов можно сделать следующие выводы. Температура плавления есть только у меди. Причем, только у чистой. У всех остальных металлов (латуни, бронзы и различных марок меди) ее нет, а есть температуры солидус и ликвидус. Для латуни и бронзы это так, потому что они являются сплавами меди, в которых в зависимости от марки добавлены различные легирующие добавки (другие металлы или иные вещества) и еще есть какие-то примеси. А производимые металлургической промышленностью для различных нужд марки меди имеют такие характеристики плавления, так как они тоже производятся легированными и с примесями. Чистую медь изготавливать нецелесообразно, и она уступает по своим характеристикам, требуемым для народного и промышленного ее использования, свойствам выпускаемых из нее марок.

Температура плавления металлов

Очевидно, что величина температуры ликвидус рассматриваемых металлов будет зависеть от их химического состава. В первую очередь от процентного содержания меди, так как ее в них всегда больше 50 %. И, соответственно, точка ликвидус марок этих металлов будет тем ближе к температуре плавления самой меди, чем ее больше в сплаве. А легирующие металлы или другие вещества и примеси, в зависимости от своего процентного содержания и температуры плавления, будут вносить соответствующую корректировку в сторону понижения либо повышения точки ликвидус у марок меди, бронзы и латуни. Понижать, если своя температура плавления ниже, чем у меди, и повышать, когда выше.

Физические и химические параметры платины

Драгоценный химический элемент с атомным номером 78 представляет собой металл высокой плотности серого оттенка. В зависимости от угла освещения он может переливаться белым цветом. Металл обладает высокой пластичностью, инертностью к воздействию реагентов.

Платина была известна человечеству еще до нашей эры, ее использовали в Древнем Египте для изготовления украшений, дошедших до наших дней в форме артефактов. Племена инков применяли ее в качестве материала для изготовления изделий.

Но спустя много веков химический элемент был снова открыт, благодаря испанским путешественникам, которые осваивали Южную Америку. Даже название химического элемента происходит от испанского слова, обозначающего «маленькое серебро».

Поначалу платину принимали за «лунный металл», но в отличие от серебра температура ее плавления составляет 1772 °C. Со временем было обнаружено свойство металла: образовывать соединение с золотом. Этот факт повлек серию подделок монет и ювелирных изделий.

Драгоценный металл образует самородки, что обусловлено невысокой химической активностью. Основная добыча платины связана с месторождениями никелевых, медных руд. Основное производство платины (80%) сосредоточено в Южной Африке. Незначительное содержание металла в земной коре определяет объемы сырья на рынке.

Нахождение в природе

Свое латинское название Cuprum металл получил от названия острова Кипр, где его научились добывать в третьем тысячелетии до н. э. В системе Менделеева Сu получил 29 номер, а расположен в 11-й группе четвертого периода.

В земной коре элемент на 23-м месте по распространению и встречается чаще в виде сульфидных руд. Наиболее распространены медный блеск и колчедан. Сегодня медь из руды добывается несколькими способами, но любая технологий подразумевает поэтапный подход для достижения результата.

• На заре развития цивилизации люди уже получали и использовали медь и ее сплавы.
• В то время добывалась не сульфидная, а малахитовая руда, которой не требовался предварительный обжиг.
• Смесь руды и углей помещали в глиняный сосуд, который опускался в небольшую яму.
• Смесь поджигалась, а угарный газ помогал малахиту восстановиться до состояния свободного Cu.
• В природе есть самородная медь, а богатейшие месторождения находятся в Чили.
• Сульфиды меди нередко образуются в среднетемпературных геотермальных жилах.
• Часто месторождения имеют вид осадочных пород.
• Медяные песчаники и сланцы встречаются в Казахстане и Читинской области.

https://youtube.com/watch?v=0nwNPauEgQo

Плавление меди в домашних условиях

Низкая температура плавления позволила людям в древности расплавлять металл прямо на костре и затем использовать готовый металл в быту, чтобы сделать оружие, украшения, посуду, орудия труда. Для плавления меди в домашних условиях понадобятся следующие предметы:

• Тигель и специальные щипцы для него.
• Древесный уголь.
• Муфельная печь.
• Горн.
• Бытовой пылесос.
• Форма для плавления.
• Стальной крюк.

Весь процесс происходит поэтапно, для начала металл нужно положить в тигель, после чего разместить в муфельную печь. Установить нужную температуру и наблюдать за процессом через стеклянное окошко. В процессе плавления в емкости с металлом появится окисная пленка, ее необходимо убрать, открыв окошко и стальным крюком отодвинуть в сторону.

Если нет муфельной печи, то медь можно расплавить с помощью автогена, плавление будет происходить при нормальном доступе воздуха. Используя паяльную лампу можно расплавить желтую медь (латунь) и легкоплавкие виды бронзы. Следить за тем, чтобы пламя охватило весь тигель.

можно воспользоваться горном

В современных промышленных условиях медь в чистом виде не применятся, ее состав содержит в себе много различных примесей — железа, никеля, мышьяка и сурьмы, а также других элементов. Качество готового изделия определяется наличием процентного содержания примесей в сплаве, но не более 1%. Важными показателями являются тепло- и электропроводность металла. Медь широко используется во многих отраслях промышленности благодаря своей пластичности, гибкости и низкой температуре плавления.

Самостоятельная выплавка меди

Для многих людей плавка меди и изготовление из нее всевозможных изделий является увлекательным хобби. Тем, кто мечтает посвятить плавлению металла свободное время, нужно приготовить для работы такие приспособления:

• муфельная печка;
• чистое сырье;
• жаропрочный тигель;
• огнеупорная подставка;
• крюк из стальной проволоки;
• щипцы для извлечения тигля из печки;
• средства индивидуальной защиты: костюм, очки, перчатки.

Действия выполняют согласно инструкции:

1. Надевают специальный костюм.
2. Исходное сырье измельчают, кладут в тигель.
3. Помещают в печь, устанавливают нужный температурный режим. Нельзя допускать, чтобы металл закипал.
4. При достижении заданной температуры открывают дверцу, захватывают тигель щипцами, достают из печи, ставят на огнеупорную подставку.
5. Стальным крюком к краям емкости сдвигают, образовавшуюся в результате плавления, окисную пленку.
6. Жидкую медную массу заливают в специальную емкость, охлаждают.
7. В мощных муфельных печах можно подвергать плавлению красную медь и всевозможные сплавы.

Плавление горелкой

Следует помнить, что при плавлении важна азотная среда. Под легкоплавкие медные сплавы, латунь или некоторые марки бронзы можно использовать обычную газовую горелку. Для этого понадобится:

• исходное сырье;
• специальные формы;
• щипцы для извлечения металла с раскаленной рабочей поверхности;
• горелка высокого давления, работающая на газе;
• средства защиты: костюм, очки, перчатки.

Технология плавления сплавов следующая:

1. Сырье сильно измельчают. Сделать это можно при помощи напильника, превратив материал в опилки.
2. Кладут в специальную форму, сделанную из термостойкого материала.
3. Надевают защитный костюм, очки, толстые перчатки.
4. Зажигают горелку.
5. Нагревательное устройство направляют свободными движениями по корпусу емкости. Для достижения быстрого результата пламя должно касаться поверхности кончиком синего цвета. В этом месте факела – наибольшая температура.
6. После того как твердое тело расплавится, тигель захватывают щипцами.
7. Жидкую массу выливают в нужную форму.

Если нет газовой горелки, можно использовать обыкновенную паяльную лампу.

Выполняя литье цветных сплавов, каждый мастер должен помнить о технике безопасности:

• В помещении, где ведутся работы, должна быть хорошая вентиляция.
• Во избежание получения ожогов необходимо работать в средствах индивидуальной защиты.

Оптимальная температура воздуха, допустимая влажность воздуха, чистота рабочего места, низкая концентрация вредных веществ атмосферы, хорошая освещенность пространства – факторы, помогающие избежать травматизма.

Сплавы меди

Сплавы, повышающие прочность и другие свойства меди, получают введением в нее добавок, таких, как цинк, олово, кремний, свинец, алюминий, марганец, никель. На сплавы идет более 30% меди.

Латуни – сплавы меди с цинком ( меди от 60 до 90% и цинка от 40 до 10%) – прочнее меди и менее подвержены окислению. При присадке к латуни кремния и свинца повышаются ее антифрикционные качества, при присадке олова, алюминия, марганца и никеля возрастает антикоррозийная стойкость. Листы, литые изделия используются в машиностроении, особенно в химическом, в оптике и приборостроении, в производстве сеток для целлюлознобумажной промышленности.

Бронзы. Раньше бронзами называли сплавы меди (80-94%) и олова (20-6%). В настоящее время производят безоловянные бронзы, именуемые по главному вслед за медью компоненту.

• Алюминиевые бронзы содержат 5-11% алюминия, обладают высокими механическими свойствами в сочетании с антикоррозийной стойкостью.
• Свинцовые бронзы, содержащие 25-33% свинца, используют главным образом для изготовления подшипников, работающих при высоких давлениях и больших скоростях скольжения.
• Кремниевые бронзы, содержащие 4-5% кремния, применяют как дешевые заменители оловянных бронз.
• Бериллиевые бронзы, содержащие 1,8-2,3% бериллия, отличаются твердостью после закалки и высокой упругостью. Их применяют для изготовления пружин и пружинящих изделий.
• Кадмиевые бронзы – сплавы меди с небольшим количества кадмия (до1%) – используют при производстве троллейных проводов, для изготовления арматуры водопроводных и газовых линий и в машиностроении.

Припои – сплавы цветных металлов, применяемые при пайке для получения монолитного паяного шва. Среди твердых припоев известен медносеребряный сплав (44,5-45,5% Ag; 29-31% Cu; остальное – цинк).

Прочность металлов

Помимо способности перехода из твердого в жидкое состояние, одним из важных свойств материала является его прочность — возможность твердого тела сопротивлению разрушению и необратимым изменениям формы. Основным показателем прочности считается сопротивление возникающее при разрыве заготовки, предварительно отожженной. Понятие прочности не применимо к ртути, поскольку она находится в жидком состоянии. Обозначение прочности принято в МПа — Мега Паскалях.

Существуют следующие группы прочности металлов:

• Непрочные. Их сопротивление не превышает 50МПа. К ним относят олово, свинец, мягкощелочные металлы
• Прочные, 50−500МПа. Медь, алюминий, железо, титан. Материалы этой группы являются основой многих конструкционных сплавов.
• Высокопрочные, свыше 500МПа. Например, молибден и вольфрам.

Таблица прочности металлов

Металл	Сопротивление, МПа
Медь	200−250
Серебро	150
Олово	27
Золото	120
Свинец	18
Цинк	120−140
Магний	120−200
Железо	200−300
Алюминий	120
Титан	580

Наиболее распространенные в быту сплавы

Как видно из таблицы, точки плавления элементов сильно разнятся даже у часто встречающихся в быту материалов.

Так, минимальная температура плавления у ртути -38,9 °C, поэтому в условиях комнатной температуры она уже в жидком состоянии. Именно этим объясняется то, что бытовые термометры имеют нижнюю отметку в -39 градусов Цельсия: ниже этого показателя ртуть переходит в твердое состояние.

Припои, наиболее распространенные в бытовом применении, имеют в своем составе значительный процент содержания олова, имеющего точку плавления 231.9 °C, поэтому большая часть припоев плавится при рабочей температуре паяльника 250−400°C.

Помимо этого, существуют легкоплавкие припои с более низкой границей расплава, до 30 °C и применяются тогда, когда опасен перегрев спаиваемых материалов. Для этих целей существуют припои с висмутом, и плавка данных материалов лежит в интервале от 29,7 — 120 °C.

Расплавление высокоуглеродистых материалов в зависимости от легирующих компонентов лежит в границах от 1100 до 1500 °C.

Точки плавления металлов и их сплавов находятся в очень широком температурном диапазоне, от очень низких температур (ртуть) до границы в несколько тысяч градусов

Как отличить медь от алюминия

Чистые металлы легко различить по цвету. Однако, довольно часто возникает необходимость идентифицировать луженую медь, имеющую серебристую окраску, или обогащенный медью алюминий, имеющий желтоватый цвет

Оба сплава используются для изготовления кабеля, а в некоторых случаях важно знать, из чего он сделан. В такой ситуации зрительный анализ не даст результата. Проще всего измерить сопротивление

У стометрового медного провода эта величина составляет 4 – 8 Ом, тогда как у алюминиевого – порядка 12 – 20 Ом. Достоинства такой методики в том, что кабель не повреждается

Проще всего измерить сопротивление. У стометрового медного провода эта величина составляет 4 – 8 Ом, тогда как у алюминиевого – порядка 12 – 20 Ом. Достоинства такой методики в том, что кабель не повреждается.

Другой способ основан на разной прочности на изгиб. Если несколько раз согнуть и разогнуть алюминиевую жилу, она сломается, а медная выдержит такое испытание.

Наконец, можно подержать кабель в огне. Алюминий плавится уже при 600 град., медь — при значительно более высокой температуре. Необходимо понимать, что при нагревании, особенно на открытом огне, медь быстро покроется оксидной пленкой и изменит окраску. Этим можно пользоваться, чтобы отличить медь и от других сплавов.

Еще один универсальный способ — воздействие азотной кислотой. Аккуратно капните реактивом на изделие. Металлическая медь в зоне контакта окрасится в сине-зеленый цвет.