Медь

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.

Бронзы по сравнению с  латунью обладают более высокой  прочностью, коррозионной

стойкостью и антифрикционными свойствами. Они достаточно коррозионностойки  в

морской воде, в растворах  большинства органических кислот, углекислых

растворах.

    

     Медноникелевые сплавы

Никель — металл серебристо-белого цвета, кристаллизующийся в решетку  ГЦК с

параметром а = 0,352 нм (при 20 ° С) и полиморфных превращений не имеет. При

температуре ниже 358 ° С (точка Кюри) никель является слабым ферромагнетиком.

Никель — прочный, высокопластичный металл, отличающийся высокой коррозионной

стойкостью, повышенной температурой плавления и высокой каталитической

способностью. Это обусловило его широкое применение в металлургии,

машиностроении, электронике, медицине и других отраслях техники.

Сплавы меди с никелем  отличаются хорошими механическими  свойствами,

коррозионной стойкостью, технологичностью и особыми электрическими

свойствами, что обусловливает  широкое применение их в технике.

Медь образует с никелем  непрерывные твердые растворы. Никель существенно

упроч-няет медь, причем максимальную прочность и твердость имеют сплавы

примерно эквиатомного состава. Важно отметить, что при этом характеристики

пластичности и ударной  вязкости практически не меняются. Никель повышает

характеристики жаропрочности, модуль упругости и понижает температурный

коэффициент электросопротивления меди.

По назначению медноникелевые сплавы делятся на две группы: конструкционные и

электротехнические. К первой группе относятся высокопрочные и

коррозионностойкие сплавы типа мельхиор, нейзильбер и куниаль, ко второй —

константан, манганин и копель, обладающие высоким электрическим

сопротивлением и определенными  термоэлектрическими свойствами.

                 Медь и живые организмы, применение меди                

Медь входит в число  жизненно важных микроэлементов. Она  участвует в процессе

фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует синтезу сахара, белков,

крахмала, витаминов и  ферментов. При отсутствии или недостатке меди в

растительных тканях уменьшается содержание хлорофилла, листья желтеют, растение

перестает плодоносить и  может погибнуть. Чаще всего медь вносят в почву в виде

пятиводного сульфата – медного купороса CuSO₄*5H₂O. В

значительных количествах он ядовит, как и многие другие соединения меди,

особенно для низших организмов. Польские ученые установили, что в  тех водоемах,

где присутствует медь, карпы  отличаются крупными габаритами. В  прудах и озерах,

где нет меди, быстро развивается  грибок, который поражает карпов. В  малых же

дозах медь совершенно необходима всему живому.

Из представителей живого мира небольшие количества меди содержат осьминоги,

каракатицы, устрицы и  некоторые другие моллюски. В крови  ракообразных и

головоногих, медь входящая в состав их дыхательного пигмента – гемоциана

(0,33-0,38%), – играет ту  же роль, что железо в крови  других животных.

Соединяясь с кислородом воздуха, гемоцианин синеет (поэтому у улиток кровь

голубая), а отдавая кислород тканям, – обесцвечивается. У животных, стоящих

на более высокой ступени  развития, и у человека медь содержится главным

образом в печени. Ежедневная потребность человеческого организма  – примерно

0,005 грамма этого элемента. При недостаточном поступлении  меди с пищей у

человека развивается  малокровие, появляется слабость.

С биологическими процессами связан и один из способов добычи меди. Еще в

начале XX века в Америке были зарыты медные рудники в штате Юта: решив, что

запасы руды уже исчерпаны, хозяева рудников затопили их водой. Когда спустя

два года воду откачали, в  ней оказалось 12 тысяч тонн меди. Подобный случай

произошел и в Мексике, где из заброшенных рудников, на который махнули рукой,

только за один год было “вычерпано” 10 тысяч тонн меди. Оказалось, что среди

многочисленных видов  бактерий есть и такие, для которых любимым лакомством

служат сернистые соединения некоторых металлов. Поскольку медь в природе

связана именно с серой, эти микробы неравнодушны к медным рудам. Окисляя

нерастворимые в воде сульфиды, микробы превращают их в легко растворимые

соединения, причем процесс  этот протекает очень быстро. Так  при обычном

окислении за 24 дня из халькопирита выщелачивается 5% меди, то в опытах с

участием бактерий за 4 дня  удалось извлечь 80% этого элемента.

Примерно половина производимой меди в настоящее время используется в

радиотехнике и электротехнической промышленности. Это связано с  ее хорошей

проводимостью и относительно высокой коррозионной стойкостью. К  меди, идущей

на изготовление электрических  проводов, часто добавляют в небольшом

количестве кадмий, который не снижает электропроводимость меди, но повышает

ее прочность на разрыв.

Древнейший сплав меди с цинком – латунь и в настоящее  время производится в

больших количествах. Содержание цинка в латуни составляет 30-45%. Она

применяется для изготовления различной арматуры, соприкасающейся  с водой

(краны, вентили и т.д.), а также для производства различных  труб. Из латуни