Медь и её сплавы

Медь (Cu от лат. Cuprum) — элемент одиннадцатой группы четвёртого периода (побочной подгруппы первой группы) периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 29. Простое вещество медь — это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). C давних пор широко используется человеком.

Нахождение в природе
Среднее содержание меди в земной коре (кларк) — (4,7—5,5)·10−3% (по массе). В морской и речной воде содержание меди гораздо меньше: 3·10−7 % и 10−7 % (по массе) соответственно.
Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS2, также известный как медный колчедан, халькозин Cu2S и борнит Cu5FeS4. Вместе с ними встречаются и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu2O, азурит Cu3(CO3)2(OH)2, малахит Cu2CO3(OH)2. Иногда медь встречается в самородном виде, масса отдельных скоплений может достигать 400 тонн. Сульфиды меди образуются в основном в среднетемпературных гидротермальных жилах. Также нередко встречаются месторождения меди в осадочных породах — медистые песчаники и сланцы. Наиболее известные из месторождений такого типа — Удокан в Забайкальском крае, Жезказган в Казахстане, меденосный пояс Центральной Африки и Мансфельд в Германии. Другие самые богатые месторождения меди находятся в Чили (Эскондида и Кольяуси) и США (Моренси).
Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,3 до 1,0 %.

Физические свойства
Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.
Наряду с осмием, цезием и золотом, медь — один из четырех металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов. Этот цветовой оттенок объясняется наличием электронных переходов между заполненной третьей и полупустой четвёртой атомными орбиталями: энергетическая разница между ними соответствует длине волны оранжевого света. Тот же механизм отвечает за характерный цвет золота.
Медь образует кубическую гранецентрированную решетку, пространственная группа F m3m, a = 0,36150 нм, Z = 4.
Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности среди металлов после серебра). Удельная электропроводность при 20 °C: 55,5—58 МСм/м. Медь имеет относительно большой температурный коэффициент сопротивления: 0,4 %/°С и в широком диапазоне температур слабо зависит от температуры. Медь является диамагнетиком.
Существует ряд сплавов меди: латуни — с цинком, бронзы — с оловом и другими элементами, мельхиор — с никелем и другие.
Атомная плотность меди (N0) =
{\displaystyle 8,52\cdot 10^{28}}
(атом/м³).

Сплавы меди
Спла́вы ме́ди — сплавы, основным компонентом (или одним из компонентов) которых является медь.
В зависимости от вида легирующих компонентов медные сплавы могут иметь высокие электро- и теплопроводность, пластичность и прочность при высоких температурах, могут быть устойчивыми к износу и агрессивным средам, а также высоко-упругими. Сплавы меди с другими металлами обычно содержат не более 10 % основного легирующих элемента, а остальные компоненты (в сложных сплавах) - в ещё меньших количествах. Исключением является лишь латуни, содержащие цинк в значительно больших пропорциях. В присутствии больших количеств легирующих элемента сплавы становятся хрупкими.

Бронза
Медный сплав с оловом называется бронзой. Этот цветной металл обладает лучшими показателями по прочности и более устойчив к коррозии. Кроме этого, в состав соединения входит свинец, алюминий, кремний, бериллий, марганец. Для улучшения характеристик вещества в сырье добавляется титан, никель, цинк, фосфор и железо. Специалисты выделяют такие виды бронзы:
Деформируемый. Такой металл пластичен и поддается воздействию давлением. Его состав отличается концентрацией олова не больше 6%.
Литейный. Этот материал довольно прочный, поэтому может использоваться в сложных условиях.

Никель
Основными элементами такого симбиоза является медное сырье и никель. В зависимости от добавляемых дополнительных элементов соединения имеют такие названия:
Куниали. К основному сырью, кроме 6 — 13% никеля, добавляется 1,5 — 3% алюминия.
Нейзильбер. Состоит из 20% цинка и 15% хрома.
Мельхиор. В смесь добавляется 1% марганца.
Копелем. Содержит меньшую концентрацию марганца — 0,5%.

Латунь
Этот сплав меди с цинком имеет различные свойства и цвет в зависимости от количества цинка, содержащегося в составе. Небольшой процент вещества состоит из легирующих веществ, которые улучшают качество металла. Для латуни характерна высокая прочность, пластичность и устойчивость к коррозии. Этот материал не имеет магнитного поля.
С помощью древесного угля медь плавится. Параллельно с этим нагревается цинк до 100С, и на конечной стадии плавления добавляется в общую массу.