גמישות נחושת. מאפיינים של נחושת

2024 מְחַבֵּר: Angel Austin | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 05:26

גמישות מתייחסת לרגישות של מתכות וסגסוגות לפרזול וסוגים אחרים של טיפול בלחץ. זה יכול להיות ציור, הטבעה, גלגול או לחיצה. משיכות הנחושת מאופיינת לא רק על ידי התנגדות לעיוות, אלא גם על ידי משיכות. מהי פלסטיות? זוהי היכולת של מתכת לשנות את קווי המתאר שלה בלחץ ללא הרס. מתכות ניתנות לעיבוד הן פליז, פלדה, דוראלומין ועוד כמה סגסוגות נחושת, מגנזיום, ניקל, אלומיניום. אלה הם בעלי רמה גבוהה של פלסטיות בשילוב עם עמידות נמוכה בפני דפורמציה.

Copper

מעניין איך נראה המאפיין של נחושת? זה ידוע שזהו יסוד מהקבוצה ה-11 של התקופה הרביעית של מערכת היסודות הכימיים של D. I. Mendeleev. לאטום שלו יש מספר 29 והוא מסומן בסמל Cu. למעשה, זוהי מתכת רקיעה מעברית בצבע ורדרד-זהב. אגב, יש לו צבע ורוד אם סרט התחמוצת נעדר. במשך זמן רב, רכיב זה נמצא בשימוש על ידי אנשים.

היסטוריה

אחת המתכות הראשונות שאנשים החלו להשתמש בהן באופן פעיל במשק הבית שלהם היא נחושת. ואכן, זה נגיש מדי להשיג עפרה ויש לו קטןטמפרטורת התכה. במשך זמן רב, המין האנושי מכיר את שבע המתכות, הכוללות גם נחושת. בטבע, אלמנט זה נפוץ הרבה יותר מכסף, זהב או ברזל. חפצים עתיקים העשויים מנחושת, סיגים, הם עדות להתכתו מעפרות. הם התגלו במהלך החפירות של הכפר Chatal-Khuyuk. ידוע שבתקופת הנחושת הפכו דברי הנחושת לתפוצה רחבה. בהיסטוריה העולמית, הוא הולך בעקבות האבן.

S. א' סמיונוב ועמיתיו ערכו מחקרים ניסיוניים, שבהם גילה שכלי נחושת עדיפים על כלי אבן במובנים רבים. יש להם מהירות גבוהה יותר של הקצעה, קידוח, חיתוך וניסור עצים. ועיבוד עצם עם סכין נחושת נמשך זמן רב כמו עם אבן. אבל נחושת נחשבת למתכת רכה.

לעיתים קרובות מאוד בימי קדם, במקום נחושת, השתמשו בסגסוגת שלה עם פח - ברונזה. זה היה הכרחי לייצור נשק ודברים אחרים. אז, תקופת הברונזה באה להחליף את עידן הנחושת. ברונזה הושגה לראשונה במזרח התיכון בשנת 3000 לפני הספירה. AD: אנשים אהבו את החוזק והגמישות המעולה של נחושת. מהברונזה שהתקבלה יצאו כלי עבודה וציד מפוארים, כלים ועיטורים. כל הפריטים הללו נמצאים בחפירות ארכיאולוגיות. אז הוחלפה תקופת הברונזה בתקופת הברזל.

כיצד ניתן היה להשיג נחושת בימי קדם? בתחילה, הוא נכרה לא מגופרית, אלא מעפרות מלכיט. אכן, במקרה זה לא היה צורך לעסוק בירי מקדים. לשם כך הונחה תערובת של פחם ועפרה בכלי חרס. הכלי הונח פנימהחור רדוד והתערובת הוצתה. אז החל להשתחרר פחמן חד חמצני, שתרם להפחתה של מלכיט לנחושת חופשית.

ידוע שמכרות נחושת נבנו בקפריסין כבר באלף השלישי לפני הספירה, שם הותכה נחושת.

על אדמות רוסיה והמדינות השכנות, התעוררו מכרות נחושת אלפיים שנה לפני הספירה. ה. ההריסות שלהם נמצאות באורל, ובאוקראינה, ובטרנס-קווקז, ובאלטאי, ובסיביר הרחוקה.

התכה תעשייתית של נחושת הייתה שליטה במאה השלוש-עשרה. ובחמש עשרה במוסקבה נוצרה חצר התותחים. שם נוצקו רובים בקליברים שונים מברונזה. כמות מדהימה של נחושת שימשה לייצור פעמונים. בשנת 1586 נוצק תותח הצאר מברונזה, בשנת 1735 - פעמון הצאר, בשנת 1782 נוצר פרש הברונזה. בשנת 752, אומנים יצרו פסל מפואר של הבודהה הגדול במקדש טודאי-ג'י. באופן כללי, רשימת יצירות אמנות היציקה היא אינסופית.

במאה השמונה-עשרה גילה האדם חשמל. זה היה אז כי כמויות עצומות של נחושת החלו להיכנס לייצור של חוטים ומוצרים דומים. במאה העשרים יוצרו חוטים מאלומיניום, אך לנחושת עדיין הייתה חשיבות רבה בהנדסת חשמל.

מקור השם

האם אתה יודע שקופרום הוא השם הלטיני לנחושת, שמקורו בשמו של האי קפריסין? אגב, סטרבו מכנה נחושת צ'לקוס - העיר צ'אלקיס שבאובואה אשמה במקורו של שם כזה. רוב השמות היווניים העתיקים לנחושת וחפצי ברונזה מקורם בדיוק מהמילה הזו. הם מצאו יישום רחב בנפחות, ובין מוצרי נפחות ויציקות. לפעמים הנחושת נקראת Aes, שפירושה עפרה או מכרה.

למילה הסלאבית "נחושת" אין אטימולוגיה מובהקת. אולי זה ישן. אבל זה נמצא לעתים קרובות מאוד במונומנטים הספרותיים העתיקים ביותר של רוסיה. V. I. Abaev הניח שהמילה הזו באה משמה של המדינה מדיה. האלכימאים כינו את הנחושת "ונוס". בימי קדם יותר, הוא נקרא "מאדים".

היכן נמצא נחושת בטבע?

קרום כדור הארץ מכיל (4, 7-5, 5) x 10^-3% נחושת (במסה). במי הנהר והים הוא הרבה פחות: 10^-7% ו-3 x 10^-7% (במסה) בהתאמה.

תרכובות נחושת נמצאות לעתים קרובות בטבע. התעשייה משתמשת ב-Chalcopyrite CuFeS₂, הנקרא נחושת פיריט, bornite Cu₅FeS₄, chalcocite Cu ₂S. במקביל, אנשים מוצאים מינרלים אחרים של נחושת: קופריט Cu₂O, azurite Cu₃(CO₃₎ 2_(OH)2_{, מלאכיט קו}2_CO3 _(OH)2 _{ו-Covelline CuS. לעתים קרובות מאוד, מסת הצטברויות בודדות של נחושת מגיעה ל-400 טון. סולפידים של נחושת נוצרים בעיקר בוורידים הידרותרמיים בטמפרטורה בינונית. לעתים קרובות, בסלעי משקע ניתן למצוא מרבצי נחושת - פצלים ואבני חול מכוסות. המרבצים המפורסמים ביותר נמצאים בטריטוריית טרנס-באיקל אודוקאן, ז'זקזגן בקזחסטן, מנספלד בגרמניה וחגורת הדבש של מרכז אפריקה. מרבצי נחושת אחרים העשירים ביותר נמצאיםבצ'ילה (קולהאוסי ואסקונדידה) ובארה ב (מורנסי).}

רוב עפרות הנחושת נכרות בבור פתוח. הוא מכיל 0.3 עד 1.0% נחושת.

נכסים פיזיים

קוראים רבים מתעניינים בתיאור הנחושת. זוהי מתכת רקיעה בצבע ורדרד-זהוב. באוויר, פני השטח שלו מכוסים באופן מיידי בסרט תחמוצת, המעניק לו גוון אדום-צהוב עז מיוחד. מעניין שלסרטים דקים של נחושת יש צבע כחלחל-ירוק.

אוסמיום, צסיום, נחושת וזהב הם בעלי אותו צבע, שונה מהאפור או הכסוף של מתכות אחרות. גוון צבע זה מצביע על נוכחותם של מעברים אלקטרוניים בין האורביטלים האטומיים הרביעיים הריק למחצה והשלישי המלאים. ביניהם יש הבדל אנרגיה מסוים המתאים לאורך הגל של כתום. אותה מערכת אחראית לצבע הספציפי של זהב.

מה עוד מדהים בנחושת? מתכת זו יוצרת סריג מעוקב במרכז פנים, קבוצת החלל Fm3m, a=0.36150 ננומטר, Z=4.

נחושת מפורסמת גם בזכות המוליכות החשמלית והתרמית הגבוהה שלה. מבחינת הולכה זרם, היא בין המתכות במקום השני. אגב, לנחושת יש מקדם טמפרטורה ענק של התנגדות והיא כמעט בלתי תלויה בביצועיה בטווח טמפרטורות רחב. נחושת נקראת דיאמגנט.

סגסוגות נחושת מגוונות. אנשים למדו לשלב פליז עם אבץ, וניקל עם קופרוניקל, ועופרת עם babbits,וברונזה עם פח ומתכות אחרות.

איזוטופים של נחושת

נחושת מורכבת משני איזוטופים יציבים, ⁶³Cu ו-⁶⁵Cu, שיש להם שפע של 69.1 ו-30.9 אחוז אטומי בהתאמה. באופן כללי, ישנם יותר משני תריסר איזוטופים שאין להם יציבות. האיזוטופ בעל החיים הארוך ביותר הוא ⁶⁷Cu עם זמן מחצית חיים של 62 שעות.

איך משיגים נחושת?

הכנת נחושת היא תהליך מאוד מעניין. מתכת זו מתקבלת ממינרלים ומעפרות נחושת. השיטות הבסיסיות להשגת נחושת הן הידרומטלורגיה, פירומטלורגיה ואלקטרוליזה.

בואו נשקול את השיטה הפירומטלורגית. בדרך זו מתקבלת נחושת מעפרות סולפיד, למשל, כלקופיריט CuFeS₂. חומר גלם כלקופיריט מכיל 0.5-2.0% Cu. ראשית, העפרה המקורית נתונה להעשרת ציפה. לאחר מכן הוא מחומצן צלוי בטמפרטורה של 1400 מעלות. לאחר מכן, מרוכז התרכיז המבורך למט. סיליקה מתווספת להמסה כדי לקשור תחמוצת ברזל.

הסיליקט שנוצר צף למעלה כסיגים ומופרד. מט נשאר בתחתית - סגסוגת של סולפידים CU₂S ו-FeS. לאחר מכן הוא נמס לפי שיטת הנרי בסמר. כדי לעשות זאת, מט מותך מוזג לתוך הממיר. לאחר מכן מטהרים את הכלי בחמצן. וגופרית הברזל שנשארת מתחמצנת לתחמוצת ובעזרת סיליקה מוסר מהתהליך בצורת סיליקט. גופרית נחושת מתחמצנת לתחמוצת נחושת בצורה לא מלאה, אבל אז היא מופחתת לנחושת מתכתית.

Bהנחושת שלפוחית שהתקבלה מכילה 90.95% מהמתכת. לאחר מכן הוא נתון לטיהור אלקטרוליטי. מעניין, תמיסה מחומצת של גופרת נחושת משמשת כאלקטרוליט.

נחושת אלקטרוליטית נוצרת על הקתודה, בעלת תדירות גבוהה של כ-99.99%. מגוון פריטים עשויים מנחושת המתקבלת: חוטים, ציוד חשמלי, סגסוגות.

השיטה ההידרו-מטלורגית נראית קצת אחרת. כאן, מינרלים נחושת מומסים בחומצה גופרתית מדוללת או בתמיסת אמוניה. מהנוזלים המוכנים נעקרת הנחושת על ידי ברזל מתכתי.

מאפיינים כימיים של נחושת

בתרכובות, נחושת מציגה שני מצבי חמצון: +1 ו-+2. הראשון שבהם נוטה לחוסר פרופורציה ויציב רק בתרכובות או קומפלקסים בלתי מסיסים. אגב, תרכובות נחושת הן חסרות צבע.

מצב חמצון +2 יציב יותר. היא זו שנותנת למלח צבע כחול וכחול-ירוק. בתנאים חריגים ניתן להכין תרכובות עם מצב חמצון של +3 ואפילו +5. האחרון נמצא בדרך כלל במלחי אניונים מסוג קופבורורן שהושגו ב-1994.

נחושת טהורה לא משתנה באוויר. זהו חומר מפחית חלש שאינו מגיב עם חומצה הידרוכלורית מדוללת ומים. מחומצן על ידי חומצות חנקתיות וגופרית מרוכזות, הלוגנים, חמצן, אקווה רג'יה, תחמוצות לא מתכתיות, קלוגנים. כשהוא מחומם, הוא מגיב עם הלידים מימן.

אם האוויר לח, נחושת מתחמצנת ליצירת פחמת נחושת(II) בסיסית.הוא מגיב נהדר עם חומצה גופרתית רוויה קרה וחמה, חומצה גופרתית חמה.

נחושת מגיבה עם חומצה הידרוכלורית מדוללת בנוכחות חמצן.

כימיה אנליטית של נחושת

כולם יודעים מהי כימיה. קל לזהות נחושת בתמיסה. כדי לעשות זאת, יש צורך להרטיב את חוט הפלטינה בתמיסת הבדיקה, ולאחר מכן להכניס אותו ללהבה של מבער בונסן. אם נחושת קיימת בתמיסה, הלהבה תהיה כחולה-ירוקה. אתה צריך לדעת ש:

• לרוב, כמות הנחושת בתמיסות מעט חומציות נמדדת באמצעות מימן גופרתי: היא מעורבבת עם החומר. ככלל, נחושת גופרתי משקע במקרה זה.
• בתמיסות שבהן אין יונים מפריעים, הנחושת נקבעת קומפלקסומטרית, יונומטרית או פוטנציומטרית.
• כמויות קטנות של נחושת בתמיסות נמדדות בשיטות ספקטרליות וקינטיות.

שימוש בנחושת

מסכים, לימוד הנחושת הוא דבר מאוד משעשע. אז למתכת זו יש התנגדות נמוכה. בשל איכות זו, נחושת משמשת בהנדסת חשמל לייצור חשמל וכבלים אחרים, חוטים ומוליכים אחרים. חוטי נחושת משמשים בפיתולים של שנאי כוח וכוננים חשמליים. כדי ליצור את המוצרים לעיל, המתכת נבחרה טהורה מאוד, שכן זיהומים מפחיתים באופן מיידי מוליכות חשמלית. ואם יש 0.02% אלומיניום בנחושת, המוליכות החשמלית שלו תקטן ב-10%.

האיכות השימושית השנייה של נחושת היאמוליכות תרמית מעולה. בשל נכס זה, הוא משמש במגוון מחליפי חום, צינורות חום, גופי קירור ומקררי מחשב.

והיכן משתמשים בקשיות הנחושת? זה ידוע שלצינורות נחושת עגולים ללא תפרים יש חוזק מכני מדהים. הם עומדים בצורה מושלמת בעיבוד מכני ומשמשים להעברת גזים ונוזלים. בדרך כלל ניתן למצוא אותם במערכות אספקת גז פנימיות, אספקת מים, חימום. הם נמצאים בשימוש נרחב ביחידות קירור ומערכות מיזוג אוויר.

הקשיות המעולה של הנחושת ידועה במדינות רבות. אז, בצרפת, בריטניה ואוסטרליה, צינורות נחושת משמשים לאספקת גז לבניינים, בשוודיה - לחימום, בארה ב, בריטניה והונג קונג - זהו החומר העיקרי לאספקת מים.

ברוסיה, ייצור צינורות נחושת מים וגז מוסדר על ידי תקן GOST R 52318-2005, והקוד הפדרלי של כללים SP 40-108-2004 מסדיר את השימוש בהם. צינורות העשויים מנחושת וסגסוגותיה משמשים באופן פעיל בתעשיית החשמל ובבניית ספינות להעברת קיטור ונוזלים.

האם אתה יודע שסגסוגות נחושת משמשות בתחומי טכנולוגיה שונים? מבין אלה, ברונזה ופליז נחשבים למפורסמים ביותר. שתי הסגסוגות כוללות משפחה עצומה של חומרים, אשר בנוסף לאבץ ופח, עשויים לכלול ביסמוט, ניקל ומתכות אחרות. לדוגמה, מתכת אקדח, ששימשה עד המאה התשע-עשרה לייצור יצירות ארטילריה, הייתה מורכבת מנחושת, בדיל ואבץ. המתכון שלו השתנה בהתאם למקום וזמן ייצור הכלים.

כולם מכירים את יכולת הייצור המצוינת והגמישות הגבוהה של נחושת. בשל תכונות אלה, כמות מדהימה של פליז נכנסת לייצור פגזים לנשק ותחמושת ארטילרית. ראוי לציין כי חלקי רכב עשויים מסגסוגות נחושת עם סיליקון, אבץ, פח, אלומיניום וחומרים אחרים. סגסוגות נחושת מאופיינות בחוזק גבוה ושומרות על תכונותיהן המכניות במהלך טיפול בחום. עמידותם לבלאי נקבעת רק על ידי ההרכב הכימי והשפעתו על המבנה. לידיעתך, כלל זה אינו חל על ברונזה בריליום וכמה ברונזה מאלומיניום.

סגסוגות נחושת בעלות מודול גמישות נמוך יותר מאשר פלדה. היתרון העיקרי שלהם יכול להיקרא מקדם חיכוך קטן, בשילוב עבור רוב הסגסוגות עם משיכות גבוהה, מוליכות חשמלית מעולה ועמידות מצוינת בפני קורוזיה בסביבה אגרסיבית. ככלל, אלה הם ברונזה אלומיניום וסגסוגות נחושת ניקל. אגב, הם מצאו את היישום שלהם בצמדי תלושים.

למעשה לכל סגסוגות הנחושת יש את אותו מקדם חיכוך. יחד עם זאת, עמידות ללבוש ותכונות מכניות, התנהגות בסביבה אגרסיבית תלויה ישירות בהרכב הסגסוגות. משיכות הנחושת משמשת בסגסוגות חד פאזיות, והחוזק משמש בסגסוגות דו פאזיות. קופרוניקל (סגסוגת נחושת-ניקל) משמשת להטבעת מטבעות החלפה. סגסוגות נחושת ניקל, כולל "אדמירליות", משמשות בבניית ספינות. הם משמשים לייצור צינורות למעבים המנקים קיטור פליטת טורבינה.ראוי לציין כי הטורבינות מקוררות על ידי מים חיצוניים. לסגסוגות נחושת-ניקל יש עמידות מדהימה בפני קורוזיה, ולכן הן מבוקשות באזורים הכפופים להשפעות האגרסיביות של מי ים.

למעשה, נחושת היא המרכיב החשוב ביותר בהלחמות קשות - סגסוגות בעלות נקודת התכה של 590 עד 880 מעלות צלזיוס. אלה הם בעלי הידבקות מצוינת לרוב המתכות, שבגללה הם משמשים לחיבור חזק של חלקי מתכת שונים. אלה יכולים להיות אביזרי צנרת או מנועי סילון עם הנעה נוזלית העשויים ממתכות שונות.

ועכשיו אנו מפרטים את הסגסוגות שבהן יש חשיבות רבה לגמישות הנחושת. Dural או Duralumin היא סגסוגת של אלומיניום ונחושת. כאן הנחושת היא 4.4%. סגסוגות של נחושת וזהב משמשות לעתים קרובות בתכשיטים. הם נחוצים כדי להגביר את חוזק המוצרים. אחרי הכל, זהב טהור הוא מתכת רכה מאוד שאינה יכולה להיות עמידה בפני מתח מכני. פריטים העשויים מזהב טהור מתעוותים במהירות ונשחקים.

מעניין, תחמוצות נחושת משמשות ליצירת תחמוצת איטריום-בריום-נחושת. הוא משמש כבסיס לייצור מוליכי-על בטמפרטורה גבוהה. נחושת משמשת גם לייצור סוללות ותאים אלקטרוכימיים תחמוצת נחושת.

יישומים אחרים

האם אתה יודע שנחושת משמשת לעתים קרובות כזרז לפימור של אצטילן? בשל תכונה זו, מותר לצינורות נחושת המשמשים להובלת אצטילןהשתמש רק כאשר תכולת הנחושת בהם אינה עולה על 64%.

אנשים למדו להשתמש בגמישות של נחושת באדריכלות. חזיתות וגגות עשויים מנחושת הדקה ביותר משרתים ללא תקלות במשך 150 שנה. תופעה זו מוסברת בפשטות: ביריעות נחושת, תהליך הקורוזיה נכבה אוטומטית. ברוסיה, יריעת נחושת משמשת לחזיתות וגגות בהתאם לנורמות של הקוד הפדרלי של כללים SP 31-116-2006.

בעתיד הלא רחוק, אנשים מתכננים להשתמש בנחושת כמשטחים קוטלי חיידקים במרפאות כדי למנוע מחיידקים להסתובב בתוך הבית. כל המשטחים בהם יד האדם נוגעת - דלתות, ידיות, מעקות, אביזרי מים, משטחים, מיטות - ייוצרו על ידי מומחים רק מהמתכת המדהימה הזו.

סימון נחושת

באילו דרגות נחושת משתמש אדם כדי לייצר את המוצרים שהוא צריך? יש הרבה מהם: M00, M0, M1, M2, M3. באופן כללי, דרגות נחושת מזוהות לפי טוהר התוכן שלהן.

לדוגמה, דרגות נחושת M1r, M2r ו-M3r מכילות 0.04% זרחן ו-0.01% חמצן, ודרגות M1, M2 ו-M3 - 0.05-0.08% חמצן. אין חמצן בדרגת M0b, וב-MO האחוז שלו הוא 0.02%.

אז בואו נסתכל מקרוב על הנחושת. הטבלה שלהלן תספק מידע מדויק יותר:

דרגת נחושת	M00	M0	M0b	M1	M1p	M2	M2r	M3	M3r	M4
אחוז contents copper	99, 99	99, 95	99, 97	99, 90	99, 70	99, 70	99, 50	99, 50	99, 50	99, 00

27 ציוני נחושת

ישנן עשרים ושבע דרגות נחושת בסך הכל. היכן משתמש אדם בכמות כזו של חומרי נחושת? שקול את הניואנס הזה ביתר פירוט:

• חומר Cu-DPH משמש לייצור אביזרים הדרושים לחיבור צינורות.

יש צורך ב-

• AMF כדי ליצור אנודות בגלגול חם וקר.
• AMPU משמש לייצור של אנודות בגלגול קר וחם.

יש צורך

• M0 כדי ליצור מוליכים זרם וסגסוגות בתדר גבוה.
• חומר M00 משמש לייצור סגסוגות בתדר גבוה ומוליכי זרם.
• M001 משמש לייצור חוטים, צמיגים ומוצרי חשמל אחרים.
• M001b נדרש לייצור מוצרי חשמל.
• M00b משמש ליצירת מוליכים זרם, סגסוגות בתדר גבוה והתקנים לתעשיית האלקטרו-וואקום.
• M00k - חומר גלם ליצירת חלקים מעוותים ויוצקים.
• M0b משמש ליצירת סגסוגות בתדר גבוה.
• M0k משמש לייצור של חלקים יצוקים ומעוותים.
• M1 דרוש לייצורחוט ומוצרים של טכנולוגיה קריוגנית.
• M16 משמש לייצור מכשירים לתעשיית הוואקום.

יש צורך

• M1E ליצירת נייר כסף מגולגל קר ורצועה.

יש צורך ב-

• M1k כדי ליצור מוצרים מוגמרים למחצה.
• M1op משמש לייצור חוטים ומוצרי חשמל אחרים.
• M1p משמש לייצור אלקטרודות המשמשות לריתוך ברזל יצוק ונחושת.
• M1pE דרוש לייצור של רצועות מגולגלות קר ונייר כסף.
• M1u משמש ליצירת אנודות בגלגול קר וחם.

יש צורך ב-

• M1f ליצירת סרט, נייר כסף, גיליונות בגלגול חם וקר.
• M2 משמש לייצור סגסוגות איכותיות על בסיס נחושת ומוצרים מוגמרים למחצה.
• M2k משמש לייצור מוצרים מוגמרים למחצה.

יש צורך

• M2p כדי ליצור ברים.
• M3 דרוש לייצור מוצרים מגולגלים, סגסוגות.
• M3r משמש ליצירת מוצרים מגולגלים וסגסוגות.

יש צורך ב-

• MB-1 כדי ליצור ברונזה המכילים בריליום.
• MSr1 משמש לייצור מבנים חשמליים.