Медь и её сплавы

    Взаимодействие  с кислотами

    Находясь  в ряду напряжений после водорода, медь не вытесняет его из кислот. Поэтому соляная и разбавленная серная кислота на медь не действуют. Однако в присутствии кислорода медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей: .

    Отношение к галогенам и  некоторым другим неметаллам

    Q_{образования} (CuCl) = 134300 кДж

    Q_{образования} (CuCl₂) = 111700 кДж

    

    Медь  хорошо реагирует с галогенами, дает два вида галогенидов: CuX и CuX₂.. При действии галогенов при комнатной температуре видимых изменений не происходит, но на поверхности вначале образуется слой адсорбированных молекул, а затем и тончайший слой галогенидов. При нагревании реакция с медью происходит очень бурно. Нагреем медную проволочку или фольги и опустим ее в горячем виде в банку с хлором – около меди появятся бурые пары, состоящие из хлорида меди (II) CuCl₂ с примесью хлорида меди (I) CuCl. Реакция происходит самопроизвольно за счет выделяющейся теплоты.

    Одновалентные галогениды меди получают при взаимодействии металлической меди с раствором  галогенида двухвалентной меди, например: . Монохлорид выпадает из раствора в виде белого осадка на поверхности меди.

    Оксид меди

    При прокаливании меди на воздухе она  покрывается черным налетом, состоящим  из оксида меди . Его также легко можно получить прокаливанием гидроксокарбоната меди (II) (CuOH)₂CO₃ или нитрата меди (II) Cu(NO₃)₂. При нагревании с различными органическими веществами CuO окисляет их, превращая углерод в диоксид углерода, а водород – в воду  восстанавливаясь при этом в металлическую медь. Этой реакцией пользуются при элементарном анализе органических веществ для определения содержания в них углерода и водорода.

    Под слоем меди расположен окисел розового цвета – закись меди Cu₂O. Этот же окисел получается при совместном прокаливании эквивалентных количеств меди и окиси меди, взятых в виде порошков: .

    Закись  меди используют при устройстве выпрямителей переменного тока, называемых купроксными. Для их приготовления пластинки  меди нагревают до  1020-1050 ⁰C. При этом на поверхности образуется двухслойная окалина, состоящая из закиси меди и окиси меди. Окись меди удаляют, выдерживая пластинки некоторое время в азотной кислоте: .

    Пластинку промывают, высушивают и прокаливают  при невысокой температуре –  и выпрямитель готов. Электроны могут проходить только от меди через закись меди. В обратном направлении электроны проходить не могут. Это объясняется тем, что закись меди обладает различной проводимостью. В слое закиси меди, который примыкает непосредственно к меди, имеется избыток электронов, и электрический ток проходит за счет электронов, т.е. существует электронная проводимость. В наружном слое закиси меди наблюдается нехватка электронов, что равноценно появлению положительных зарядов. Поэтому, когда к меди подводят положительный плюс источника тока, а к закиси меди – отрицательный, то электроны через систему не проходят. Электроны при таком положении полюсов движутся к положительному электроду, а положительные заряды – к отрицательному. Внутри слоя закиси возникает тончайший слой, лишенный носителей электрического тока, - запирающий слой. Когда же медь подключена к отрицательному полюсу, а закись меди к положительному, то движение электронов и положительных зарядов изменяется на обратное, и через систему проходит электрический ток. Так работает купроксный выпрямитель. [6, с.63]

    Гидроксиды  меди

    Гидроксид меди малорастворимое и нестойкое  соединение. Получают его при действии щелочи на раствор соли: . Это ионная реакция и протекает она потому, что образуется плохо диссоциированное соединение, выпадающее в осадок:

    Медь, помимо гидроксида меди (II) голубого цвета, дает еще гидроксид меди (I) белого цвета: . Это нестойкое соединение, которое легко окисляется до гидроксида меди (II): .

    Оба гидроксида меди обладают амфотерными  свойствами. Например, гидроксид меди (II) хорошо растворим не только в кислотах, но и в концентрированных растворах щелочей: ,   .

    Таким образом, гидроксид меди (II) может диссоциировать и как основание: и как кислота. Этот тип диссоциации связан с присоединением меди гидроксильных групп воды:

Сульфаты

    Наибольшее  практическое значение имеет CuSO₄*5H₂O, называемый медным купоросом. Его готовят растворением меди в концентрированной серной кислоте. Поскольку медь относится к малоактивным металлам и расположена в ряду напряжений после водорода, водород при этом не выделяется: .

    Медный  купорос применяют при электролитическом  получении меди, в сельском хозяйстве  для борьбы с вредителями и  болезнями растений, для получения  других соединений меди.

    Карбонаты

    Карбонаты для металлов подгруппы меди не характерны и в практике почти не применяются. Некоторое значение для получения меди имеет лишь основной карбонат меди, который встречается в природе.

    Комплексообразование

    Характерное свойство двухзарядных ионов меди –  их способность соединятся с молекулами аммиака с образованием комплексных ионов.

    Качественные  реакции на ионы меди

    Ион меди можно открыть, прилив к раствору ее соли раствор аммиака. Появление  интенсивного сине-голубого окрашивания  связано с образованием комплексного иона меди [Cu(NH₃)₄]²⁺:

    Медь  интенсивно окрашивает пламя в зеленый  цвет.

    Пример  качественного анализа сплава меди

Исследуемый объект Реагент, действие Осадок Раствор Наблюдение Выводы Часть сплава Нагревание  с конц. HNO3     Раствор 1 сразу  приобрёл зелёную окраску, которая  перешла в голубую после охлаждения   Раствор 1 25% NH3, Добавление 1-2 капли     Раствор стал синим Это медный сплав Часть сплава HNO3, Сначала растворяют часть стружек в 10 каплях 6М HNO3, а затем добавляют 20-25 капель конц. HNO3, нагревают до полного растворения сплава   Раствор 2 может  содержать Cu, Zn, Ni, Cd, Fe, Mn, Al, Pb, Sn, Sb Осадок не выпал   Раствор 2, Ni2+ Диметил-глиоксим     Раствор позеленел Ni нет Fe3+ NH4CNS     Кристаллы окрасились в красный цвет, потом раствор позеленел и выпал чёрный осадок Есть Fe3+ Cd2+ Дифенил-карбазид     Раствор стал красным Есть Cd Zn2+ Дитизон     Фаза дитизона окрасилась в малиновый цвет Есть Zn Mn NaBiO3     Ничего не произошло Mn нет Al3+ Ализарин     Раствор стал жёлто-коричневым Al нет   Окси-хинолин     Выпал зелёно-жёлтый осадок Al нет Раствор 2 HCl, H2SO4, добавление   Раствор 3 возможно содержит Sb, Sn Осадок не выпал Pb возможно  нет Раствор 3 H2O2 и NaOH Осадок 1 может  содержать Sb Раствор 4 может  содержать Sn Выпал зелёно-серый осадок (образовался  ос.2 и р-р 2)   Осадок 1 HNO3   Раствор 5 Осадок растворился Sb нет Раствор 5 NH3, NH4Cl, H2O2     Осадок не выпал   Раствор 4 NH4Cl     Осадок не выпал Sn нет Раствор 2 I-     Выпал жёлтый осадок, который приобрёл красный  оттенок Есть Pb2+

    Проведённый качественный анализ даёт основания  считать, что в сплаве содержится медь, цинк, кадмий, железо, свинец. Таким  образом этот сплав является латунью.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Сплавы

    Латуни

    Латуни  — это двойные и многокомпонентные  медные сплавы, в которых основной легирующий компонент — цинк (содержание не превышает 45 %). Среди медных сплавов латуни получили наибольшее распространение в промышленности благодаря сочетанию высоких механических и технологических свойств. По сравнению с медью латуни обладают более высокой прочностью, коррозионной стойкостью, лучшими литейными свойствами, имеют более высокую температуру рекристаллизации. Латуни — наиболее дешевые медные сплавы.

    Двойные (простые) латуни относятся к системе Cu—Zn (рис. 19.3). Медь с цинком образует кроме a -твердого раствора на основе меди ряд промежуточных фаз b , g и т. д.

    Фаза b — это твердый раствор на основе электронного соединения CuZn (фаза Юм—Розери) с решеткой ОЦК. При охлаждении при температуре около 450 ° С b -фаза переходит в упорядоченное состояние (b ® b ¢ ), причем b ¢ -фаза в отличие от

    b -фазы является более твердой  и хрупкой.

    Фаза g — твердый раствор на основе электрон-ного соединения Cu5Zn8 отличается очень высокой хрупкостью и ее присутствие в промышленных конструкционных сплавах исключается.

    Механические  свойства латуни определяются свойствами фаз. По мере увеличения содержания цинка  в латунях их прочность возрастает (рис. 19.4). Максимум прочности достигается  в двухфазной области (a  + b ) при  содержании цинка около 45 %. При большем содержании цинка прочность резко уменьшается из-за высокой хрупкости b ¢ -фазы. Поэтому в промышленности применяют преимущественно a - и (a  + b )-латуни. Представляют интерес как основа сплавов с эффектом памяти формы b -латуни.

    Все латуни, содержащие более 20 % Zn, склонны  к коррозионному растрескиванию. Это растрескивание проявляется  при хранении и эксплуатации изделий, в которых имеются остаточные растягивающие напряжения, во влажной  атмосфере с небольшим количеством  аммиака или сернистого газа. Установлена определенная связь между данным явлением и временем года, что объясняется закономерными изменениями состава атмосферы. В связи с этим это явление было названо «сезонным растрескиванием» («сезонная болезнь»). Другой формой коррозии латуни является обесцинкование, которое характерно для латуней с повышенным содержанием цинка (Л68, ЛС59-1 и др.). Высокомедистые латуни практически не подвергаются обесцинкованию. Для уменьшения обесцинкования в латуни вводят небольшое количество мышьяка (0,02–0,06 %). 

    В России принята буквенно-цифровая маркировка латуней, в которой буквы обозначают основные компоненты сплава, числа  — их примерное содержание в процентах. Марка латуни начинается с буквы  «Л». В двойных (простых) латунях  число после буквы «Л» определяет среднее содержание меди. В марках многокомпонентных латуней после буквы «Л» указаны легирующие элементы, которым даны следующие обозначения: О — олово; А — алюминий; Н — никель; К — кремний; Ж — железо и т. д. Порядок букв и чисел в деформируемых и литейных латунях различен. В деформируемой латуни первое число после букв указывает среднее содержание меди, последующие числа, отделенные через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов. Например, латунь ЛА77-2 имеет следующий состав: 77 % Cu, 2 % Al, остальное Zn. В литейных латунях среднее содержание компонентов сплава указывается сразу после буквы, обозначающей его название; цинк обозначается буквой «Ц». Например, литейная латунь ЛЦ30А3 содержит 30 % Zn, 3 % AL, Cu — основа.

    Бронзы

    Бронзами  называют медные сплавы, в которых  основными легирующими элементами являются различные металлы, кроме  цинка. В особую группу выделяют медноникелевые сплавы.

    По  химическому составу бронзы подразделяются на оловянные и безоловянные, и  в каждой из этих групп по технологии производства бронзы делятся на обрабатываемые давлением и литейные.

    В марке обрабатываемых давлением  оловянных (ГОСТ 5017–74) и безоловянных бронз (18175–78) после букв «Бр» стоят  буквенные обозначения названий легирующих элементов в порядке убывания их концентрации, а в конце марки в той же последовательности указаны средние концентрации соотвествующих элементов (например, БрОЦС4-4-2,5). В марке литейных оловянных (ГОСТ 613–79) и безоловянных бронз (ГОСТ 493–79) после каждого обозначения легирующего элемента указано его содержание. Если составы литейной и деформируемой бронз перекрываются, то в конце марки литейной бронзы ставится буква «Л» (например, БрА9Ж3Л).

    Свойства  бронз определяются содержанием  в них легирующих элементов. Для бронз, в которых легирующие элементы входят в основном в твердый раствор, характерно твердорастворное упрочнение. Дополнительно они могут быть упрочнены путем пластической деформации. Бронзы, содержащие бериллий, хром, цирконий и некоторые другие элементы с переменной растворимостью в твердом растворе, упрочняются путем закалки и последующего дисперсионного твердения. К классу термически упрочняемых сплавов относится также алюминиевая бронза БрАЖН10-4-4, в которой упрочнение при термообработке связано с мартенситным превращением.