Kobber

Kobber
←  Nikkel | Zink  →
29 Cu

Ag
Periodisk system af grundstoffer29 Cu
Udseende af et simpelt stof
Indfødt kobber
Atom egenskaber
Navn, symbol, nummer Kobber/Cuprum (Cu), 29
Gruppe , punktum , blok 11 (forældet 1), 4,
d-element
Atommasse
( molær masse )
63.546(3) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration [Ar] 3d 10 4s 1
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1
Atomradius 128 kl
Kemiske egenskaber
kovalent radius 117  kl
Ion radius (+2e) 73 (+1e) 77 (K=6)  pm
Elektronegativitet 1,90 (Pauling-skala)
Elektrodepotentiale +0,337V/ +0,521V
Oxidationstilstande 0; +1; +2; +3; +4
Ioniseringsenergi
(første elektron)
745,0 (7,72)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof
Tæthed ( i.a. ) 8,92 g/cm³
Smeltetemperatur 1356,55 K (1083,4 °С)
Kogetemperatur 2567 °С
Oud. fusionsvarme 13,01 kJ/mol
Oud. fordampningsvarme 304,6 kJ/mol
Molær varmekapacitet 24,44 [2]  J/(K mol)
Molært volumen 7,1  cm³ / mol
Krystalgitteret af et simpelt stof
Gitterstruktur Kubisk FCC
Gitterparametre 3.615Å  _
Debye temperatur 315K  _
Andre egenskaber
Varmeledningsevne (300 K) 401 W/(m K)
CAS nummer 7440-50-8
længst levede isotoper
Isotop Udbredelse
_
Halvt liv Decay kanal Forfaldsprodukt
63 Cu 69,15 % stabil - -
64 Cu synth. 12.70 kl EZ 64 Ni
β - 64 Zn
65 Cu 30,85 % stabil - -
67 Cu synth. 61,83 timer β - 67 Zn
29 Kobber
Cu63.546
3d 10 4s 1

Kobber ( kemisk symbol  - Cu , fra lat.  Cu prum ) er et kemisk grundstof af den 11. gruppe (ifølge den forældede klassifikation  - en sideundergruppe af den første gruppe, IB) i den fjerde periode af det periodiske system af kemiske grundstoffer af D. I. Mendeleev , med atomnummer 29.

I form af et simpelt stof er kobber  et duktilt overgangsmetal med en gylden lyserød farve (lyserød i fravær af en oxidfilm ).

Det har været meget brugt af mennesker siden oldtiden.

Historie

Kobber er et af de første metaller , som mennesket behersker godt på grund af dets tilgængelighed til at opnå fra malm og lavt smeltepunkt. Dette metal forekommer naturligt i sin oprindelige form oftere end guld , sølv og jern . Nogle af de ældste kobberprodukter, såvel som slagger  - bevis på dets smeltning fra malme - blev fundet i Tyrkiet under udgravninger af bosættelsen Chatal-Gyuyuk [3] . Kobberalderen , da kobbergenstande blev udbredt, følger stenalderen i verdenshistorien . Eksperimentelle undersøgelser af S. A. Semyonov og hans medarbejdere viste, at på trods af kobberets blødhed, giver kobberværktøj sammenlignet med sten en betydelig gevinst i hastigheden af ​​at hugge, høvle, bore og save træ, og omtrent den samme tid bruges på knoglebearbejdning hvad angår stenredskaber [4] .

I oldtiden blev kobber også brugt i form af en legering med tin - bronze  - til fremstilling af våben osv., bronzealderen afløste kobberet. En legering af kobber og tin ( bronze ) blev opnået for første gang i 3000 f.Kr. e. i Mellemøsten. Bronze tiltrak folk med sin styrke og gode formbarhed, hvilket gjorde den velegnet til fremstilling af værktøj og jagtredskaber, fade og smykker. Alle disse genstande findes i arkæologiske udgravninger. Bronzealderen med hensyn til værktøj blev erstattet af jernalderen .

Kobber blev oprindeligt udvundet fra malakitmalm i stedet for sulfidmalm , da det ikke krævede forkalcinering. For at gøre dette blev en blanding af malm og kul anbragt i et jordkar, karret blev anbragt i en lille grube, og blandingen blev sat i brand. Det frigivne kulilte reducerede malakit til frit kobber:

Cypern var der allerede i det 3. årtusinde f.Kr. kobberminer, og der blev foretaget kobbersmeltning.

I det 15. - 16. århundrede smeltede indianerne fra Chonos-kulturen ( Ecuador ) kobber med et indhold på 99,5 % og brugte det som en mønt i form af økser 2 cm på siderne og 0,5 mm tykke. Mønten cirkulerede over hele Sydamerikas vestkyst, også i inkaernes delstat [5] .

På Ruslands og nabolandenes territorium dukkede kobberminer op to årtusinder f.Kr. e. Deres rester findes i Ural (den mest berømte forekomst er Kargaly ), i Transkaukasus, i Sibirien, i Altai, på Ukraines territorium.

I XIII-XIV århundreder. mestrede den industrielle smeltning af kobber. i Moskva i det 15. århundrede. Cannon Yard blev grundlagt , hvor kanoner af forskellige kalibre blev støbt af bronze. Der blev brugt meget kobber til at lave klokker. Sådanne støbekunstværker som tsarkanonen (1586), zarklokken (1735), bronzerytteren (1782) blev støbt af bronze, en statue af den store Buddha blev støbt i Japan ( Todai-ji-templet ) (752) .

Med opdagelsen af ​​elektricitet i XVIII-XIX århundreder. store mængder kobber begyndte at gå til produktion af ledninger og andre relaterede produkter. Og selvom i det XX århundrede. ledninger var ofte lavet af aluminium, kobber har ikke mistet sin betydning i elektroteknik [6] .

Navnets oprindelse

Det latinske navn for kobber Cuprum ( gammelt latinsk aes cuprium , aes cyprium ) kommer fra navnet på øen Cypern , hvor der var en rig forekomst.

Strabo kalder kobber for χαλκός , fra navnet på byen ChalkisEuboea . Mange gamle græske navne på kobber- og bronzegenstande , smedehåndværk, smedeprodukter og støbegods stammer fra dette ord. Det andet latinske navn for kobber aes ( Skt. ayas , gotisk aiz , tysk  erz , engelsk  ore ) betyder malm eller mine.

Ordene kobber og kobber findes i de ældste russiske litterære monumenter: Art.-Slav.  *mědь "kobber" har ikke en klar etymologi, måske det oprindelige ord [7] [8] . V. I. Abaev antog ordets oprindelse fra navnet på landet Midia : * Kobber fra ir. Māda - gennem det græske. Μηδία [9] . Ifølge M. Fasmers etymologi er ordet "kobber" beslægtet med dr-germ. smid "smed", smîda "metal" [9] .

Kobber blev betegnet med det alkymistiske symbol " ♀ " - " spejl af Venus ", og nogle gange blev kobber selv også omtalt af alkymister som "Venus". Dette skyldes, at skønhedsgudinden Venus ( Aphrodite ) var Cyperns gudinde [10] , og spejle var lavet af kobber. Dette symbol på Venus blev også afbildet på mærket af Polevskoy kobbersmelteren , fra 1735 til 1759 mærkede det Polevskaya kobber, og er afbildet på det moderne våbenskjold fra byen Polevskoy [10] [11] . Med Gumeshevsky-minen i Polevskoy , den største forekomst af kobbermalme fra det russiske imperium i Mellem-Ural i det 18.-19. århundrede , er en velkendt karakter i fortællingerne om P. P. Bazhov forbundet  - Kobberbjergets elskerinde , protektor for udvinding af malakit og kobber. Ifølge en af ​​hypoteserne er det billedet af gudinden Venus brudt af folkets bevidsthed [10] .

At være i naturen

Det gennemsnitlige indhold af kobber i jordskorpen (clarke) er (0,78-1,5) 10 −4 [12] % (efter masse) [2] . I hav- og flodvand er kobberindholdet meget lavere: henholdsvis 3·10 −7  % og 10 −7  % (efter masse) [2] .

Kobber findes i naturen både i forbindelser og i naturlig form. Af industriel betydning er chalcopyrit CuFeS 2 , også kendt som kobberkis, chalcocit Cu 2 S og bornit Cu 5 FeS 4 . Andre kobbermineraler findes også sammen med dem: covellin CuS, cuprit Cu 2 O, azurit Cu 3 (CO 3 ) 2 (OH) 2 , malakit Cu 2 CO 3 (OH) 2 . Nogle gange forekommer kobber i naturlig form, massen af ​​individuelle ophobninger kan nå op på 400 tons [13] . Kobbersulfider dannes hovedsageligt i middeltemperatur-hydrotermiske vener. Kobberaflejringer findes også ofte i sedimentære bjergarter  - kobbersandsten og skifer . De mest berømte aflejringer af denne type er Udokan i Trans-Baikal-territoriet , Zhezkazgan i Kasakhstan , kobberbæltet i Centralafrika og Mansfeld i Tyskland . De andre rigeste kobberforekomster er i Chile (Escondida og Collausi) og USA (Morenci) [14] .

Det meste af kobbermalmen udvindes ved åbne brud. Kobberindholdet i malmen varierer fra 0,3 til 1,0%.

Fysiske egenskaber

Kobber er et gylden-pink duktilt metal, hurtigt dækket af en oxidfilm i luften, hvilket giver det en karakteristisk intens gullig-rød nuance. Tynde film af kobber i lyset har en grønlig-blå farve.

Sammen med osmium , cæsium og guld er kobber et af fire metaller, der har en klar farve, der er forskellig fra grå eller sølv i andre metaller. Denne farvenuance forklares ved tilstedeværelsen af ​​elektroniske overgange mellem den fyldte tredje og halvtomme fjerde atomare orbitaler: energiforskellen mellem dem svarer til bølgelængden af ​​orange lys. Den samme mekanisme er ansvarlig for den karakteristiske farve af guld.

Kobber danner et fladecentreret kubisk gitter , rumgruppe F m3m, a = 0,36150 nm, Z = 4.

Kobber har høj termisk [15] og elektrisk ledningsevne (det ligger på andenpladsen i elektrisk ledningsevne blandt metaller efter sølv ). Specifik elektrisk ledningsevne ved 20 °C: 55,5–58 MSm / m [16] . Kobber har en relativt stor temperaturmodstandskoefficient : 0,4% / ° C og er i et bredt temperaturområde lidt afhængig af temperaturen. Kobber er diamagnetisk .

Der er en række kobberlegeringer : messing  - med zink , bronze  - med tin og andre elementer, cupronickel  - med nikkel og andre.

Atomdensitet af kobber (N0) = (atom/m³).

Isotoper af kobber

Naturligt kobber består af to stabile isotoper - 63 Cu ( isotopoverflod 69,1%) og 65 Cu (30,9%). Der kendes mere end to dusin ustabile isotoper, hvoraf den længstlevende er 67 Cu med en halveringstid på 62 timer [17] .

Henter

Kobber udvindes af kobbermalme og mineraler. De vigtigste metoder til at opnå kobber er pyrometallurgi , hydrometallurgi og elektrolyse .

Pyrometallurgisk metode

Det kalcinerede koncentrat smeltes derefter til mat. Silica tilsættes til smelten for at binde jernoxid:

Det resulterende silikat i form af slagger flyder og adskilles. Den matte, der er tilbage i bunden - en legering af FeS og Cu 2 S sulfider - udsættes for Bessemer-smeltning. For at gøre dette hældes den smeltede matte i en konverter, hvori ilt blæses. I dette tilfælde oxideres det resterende jernsulfid til oxid og fjernes fra processen i form af silikat ved hjælp af silica. Kobbersulfid oxideres delvist til oxid og reduceres derefter til metallisk (blister) kobber:

Det resulterende metalliske (blister) kobber indeholder 90,95% af metallet og udsættes for yderligere elektrolytisk rensning ved anvendelse af en forsuret opløsning af kobbersulfat som en elektrolyt. Det elektrolytiske kobber dannet ved katoden har en høj renhed på op til 99,99% og bruges til fremstilling af ledninger, elektrisk udstyr og legeringer.

Hydrometallurgisk metode

Den hydrometallurgiske metode består i at opløse kobbermineraler i fortyndet svovlsyre eller i en ammoniakopløsning ; fra de resulterende opløsninger fortrænges kobber af metallisk jern:

Elektrolysemetode

Elektrolyse af kobbersulfatopløsning :

Kemiske egenskaber

Mulige oxidationstilstande

I forbindelser udviser kobber to oxidationstilstande: +1 og +2. Den første af dem er tilbøjelig til at disproportionere og er kun stabil i uopløselige forbindelser (Cu 2 O, CuCl, CuI, etc.) eller komplekser (f.eks. [Cu(NH 3 ) 2 ] + ). Dens forbindelser er farveløse. Oxidationstilstanden +2 er mere stabil, hvilket giver blå og blågrønne salte. Under usædvanlige forhold og komplekser kan man opnå forbindelser med en oxidationstilstand på +3, +4 og endda +5. Sidstnævnte findes i salte af cupbororananionen Cu(B 11 H 11 ) 2 3− opnået i 1994.

Simpel sag

Ændrer sig ikke i luften i fravær af fugt og kuldioxid . Det er et svagt reduktionsmiddel , reagerer ikke med vand og fortyndet saltsyre . Oxideret af koncentrerede svovl- og salpetersyrer , " aqua regia ", oxygen , halogener , kalkogener , ikke- metaloxider . Reagerer ved opvarmning med hydrogenhalogenider .

I fugtig luft oxiderer kobber og danner basisk kobber(II)carbonat (ydre lag af patina):

Reagerer med koncentreret kold svovlsyre:

Med koncentreret varm svovlsyre:

Med vandfri varm svovlsyre:

Med fortyndet svovlsyre ved opvarmning i nærvær af ilt i luft:

Med koncentreret salpetersyre:

Med fortyndet salpetersyre:

Med "kongelig vodka":

Med koncentreret varm saltsyre:

Med fortyndet saltsyre i nærvær af oxygen:

Med fortyndet saltsyre i nærværelse af hydrogenperoxid:

Med gasformigt hydrogenchlorid ved 500–600 °C:

Med hydrogenbromid:

Kobber reagerer også med koncentreret eddikesyre i nærvær af oxygen:

Kobber opløses i koncentreret ammoniumhydroxid for at danne ammoniater :

Det oxideres til kobber(I)oxid med iltmangel ved en temperatur på 200 °C og til kobber(II)oxid med et overskud af oxygen ved temperaturer i størrelsesordenen 400-500 °C:

Kobberpulver reagerer med klor , svovl (i flydende kulstofdisulfid ) og brom (i ether) ved stuetemperatur:

Med jod (kobber(II)iodid findes ikke):

Ved 300-400 °C reagerer det med svovl og selen :

Med ikke-metaloxider:

Med koncentreret saltsyre og kaliumchlorat :

Med jern(III)chlorid:

Fortrænger mindre aktive metaller fra deres salte:

Kobber(I) forbindelser

Egenskaberne for kobber (I)-forbindelser ligner dem for sølv (I)-forbindelser. Især CuCl, CuBr og CuI er uopløselige. Der er også vanduopløselige komplekser (for eksempel dichlorcuprat (I) ion [CuCl 2 ] - stabil:

)

Det skal bemærkes, at kobber(I)sulfat er ustabilt. Det nedbrydes øjeblikkeligt og bliver til stabilt kobber(II)sulfat .

Kobber(I)-ioner i vandig opløsning er ustabile og let ude af proportioner :

Et eksempel på disproportionering er reaktionen af ​​kobber(I)oxid med fortyndet svovlsyre:

Oxidationstilstanden +1 svarer til rød-orange Cu 2 O-oxid, som nedbrydes ved en temperatur på 1800 ° C:

Kan reduceres til elementært kobber:

Processen med aluminothermi forløber også :

Reagerer med koncentrerede alkaliopløsninger:

Med koncentreret saltsyre:

Med fortyndede halogensyrer (Hal = Cl, Br, I):

Med fortyndet saltsyre i nærvær af oxygen:

Med koncentreret salpetersyre:

Med koncentreret svovlsyre:

Med fortyndet svovlsyre:

Med natriumhydrosulfit:

Med ammoniak:

Med ammoniakopløsning:

Med hydrazoesyre under forskellige kølebetingelser:

Med grå:

Med kobber(I)sulfid:

Med ilt:

Med klor:

Med alkalimetaloxider (Me = Li, Na, K, Rb, Cs):

Med bariumoxid:

Det tilsvarende hydroxid CuOH (gul) nedbrydes ved 100°C og danner kobber(I)oxid.

Hydroxid CuOH udviser grundlæggende egenskaber.

Reagerer også med ammoniakopløsning:

Reagerer med kaliumhydroxid:

Kobber(II)-forbindelser

Oxidationstilstand II er den mest stabile oxidationstilstand af kobber. Det svarer til sort oxid CuO, som nedbrydes ved en temperatur på 1100 ° C:

Reagerer med ammoniakopløsning for at danne Schweitzers reagens :

Det opløses i koncentrerede alkalier med dannelse af komplekser:

Ved sammensmeltning med alkalier dannes metalkuprater:

Med salpetersyre:

Reagerer med hydroiodsyre og danner kobber(I)iodid, da kobber(II)iodid ikke eksisterer :

Magnesium og aluminotermiske processer finder sted:

Det kan også reduceres til elementært kobber på følgende måder:

Kobber(II)oxid bruges til at fremstille barium yttrium kobberoxid (YBa 2 Cu 3 O 7-δ ), som er grundlaget for fremstilling af superledere .

Det tilsvarende hydroxid Cu (OH) 2 (blåt), som ved langvarig henstand nedbrydes og bliver til sort kobber(II)oxid:

Også i overskydende fugt er oxidation af kobber mulig, og overgangen til cuprylhydroxid, hvor oxidationstilstanden af ​​kobber er +3:

Når det opvarmes til 70 °C, nedbrydes det:

Reagerer med koncentrerede alkaliopløsninger og danner blå hydroxokomplekser (dette bekræfter den overvejende basiske karakter af Cu(OH)_2):

Med dannelsen af ​​kobber (II) salte opløses det i alle syrer (inklusive oxiderende syrer) undtagen hydroiodic :

Reaktionen med hydroiodsyre adskiller sig ved, at der dannes kobber(I)iodid, da kobber(II)iodid ikke eksisterer:

Reaktionen med en vandig opløsning af ammoniak er en af ​​de vigtigste i kemi, da Schweitzer-reagenset dannes ( celluloseopløsningsmiddel ):

Også en suspension af kobberhydroxid reagerer med kuldioxid for at danne kobber(II)dihydroxocarbonat:

De fleste bivalente kobbersalte er blå eller grønne i farven. Når kobber(II)salte opløses i vand, dannes blå vandkomplekser [Cu(H 2 O) 6 ] 2+ . Kobber(II)forbindelser har svage oxiderende egenskaber, som bruges i analysen (f.eks. brugen af ​​Fehlings reagens). Kobber(II)carbonat har en grøn farve, hvilket er årsagen til grønnere elementer i bygninger, monumenter og produkter lavet af kobber og kobberlegeringer, når oxidfilmen interagerer med kuldioxid i luften i nærvær af vand

Kobber(II)sulfat giver, når det er hydreret, blå krystaller af kobbersulfat CuSO 4 ∙ 5H 2 O, bruges som et fungicid .

Forbindelser af kobber(III) og kobber(IV)

Oxidationstilstandene III og IV er ustabile oxidationstilstande og repræsenteres kun af forbindelser med oxygen, fluor eller i form af komplekser.

Kobber(III)oxid blev ikke opnået. Forskellige cuprates(III) er beskrevet under dette navn.

Hexafluorkuprater (III) og (IV) opnås ved indvirkning af fluor på salte af kobber og alkalimetaller, når de opvarmes under tryk. De reagerer voldsomt med vand og er stærke oxidationsmidler.

Kobber(III)-komplekser med orthoperiodater og tellurater er relativt stabile og er blevet foreslået som oxidationsmidler i analytisk kemi. Mange komplekser af kobber(III) med aminosyrer og peptider er blevet beskrevet.

Analytisk kemi af kobber

Kobber kan detekteres i opløsning ved den grøn-blå farve af flammen på en Bunsen-brænder , når en platintråd gennemvædet i testopløsningen indføres i den.

Ansøgning

I elektroteknik

På grund af den lave resistivitet (kun næst efter sølv , resistivitet ved 20 °C: 0,01724-0,0180 μΩ m / [16] ), er kobber meget udbredt i elektroteknik til fremstilling af strøm- og andre kabler, ledninger eller andre ledere, f. for eksempel i trykte ledninger . Kobbertråde bruges til gengæld også i viklingerne af elektriske drev ( byt: elektriske motorer ) og krafttransformatorer . Til disse formål skal metallet være meget rent: urenheder reducerer kraftigt den elektriske ledningsevne . For eksempel reducerer tilstedeværelsen af ​​0,02 % aluminium i kobber dets elektriske ledningsevne med næsten 10 % [18] .

Varmeoverførsel

En anden nyttig kvalitet af kobber er dens høje varmeledningsevne. Dette gør det muligt at bruge det i forskellige køleplader , varmevekslere , som omfatter velkendte køling, aircondition og varmeradiatorer , computerkølere , varmerør .

Til produktion af rør

På grund af den høje mekaniske styrke og egnethed til bearbejdning anvendes sømløse runde kobberrør i vid udstrækning til transport af væsker og gasser: i husholdningsvandforsyningssystemer , opvarmning, gasforsyning , klimaanlæg og køleenheder. I en række lande er kobberrør det vigtigste materiale, der anvendes til disse formål: i Frankrig, Storbritannien og Australien til gasforsyning til bygninger, i Storbritannien, USA, Sverige og Hong Kong til vandforsyning, i Storbritannien og Sverige for opvarmning.

I Rusland er produktionen af ​​vand- og gasrør lavet af kobber reguleret af den nationale standard GOST R 52318-2005 [19] , og brugen i denne egenskab af den føderale Code of Rules SP 40-108-2004. Desuden er rørledninger lavet af kobber og kobberlegeringer meget brugt i skibsbygning og energi til transport af væsker og damp.

Legeringer

Kobberbaserede legeringer

Kobberlegeringer er meget udbredt inden for forskellige teknologiområder, hvoraf de mest almindelige er bronze og messing nævnt ovenfor . Begge legeringer er generiske navne for en hel familie af materialer, der kan omfatte nikkel , vismut og andre metaller ud over tin og zink . For eksempel omfatter sammensætningen af ​​kanonbronze , der blev brugt til fremstilling af artilleristykker indtil det 19. århundrede, alle tre grundlæggende metaller - kobber, tin, zink; opskriften ændrede sig fra tidspunkt og sted for fremstilling af værktøjet. En stor mængde messing bruges til fremstilling af granater til artilleriammunition og våbengranater på grund af fremstillingsevne og høj duktilitet. Til maskindele anvendes legeringer af kobber med zink, tin, aluminium, silicium osv. (i stedet for rent kobber) på grund af deres større styrke: 30–40 kgf/mm² for legeringer og 25–29 kgf/mm² for kommercielt rent kobber.

Kobberlegeringer (undtagen berylliumbronze og nogle aluminiumsbronzer) ændrer ikke deres mekaniske egenskaber under varmebehandling, og deres mekaniske egenskaber og slidstyrke bestemmes kun af den kemiske sammensætning og dens virkning på strukturen. Elasticitetsmodulet for kobberlegeringer (900-12000 kgf / mm², lavere end stålets). Den største fordel ved kobberlegeringer er en lav friktionskoefficient (hvilket gør dem særligt rationelle til brug i glidende par), kombineret for mange legeringer med høj duktilitet og god korrosionsbestandighed i en række aggressive miljøer (kobber-nikkel-legeringer og aluminiumsbronzer) ) og god elektrisk ledningsevne. Kobber og dets legeringer med messing og bronze har høj korrosionsbestandighed, elektrisk og termisk ledningsevne og antifriktionsegenskaber. Samtidig er kobber godt svejset og bearbejdet ved skæring. [tyve]

Værdien af ​​friktionskoefficienten er praktisk talt den samme for alle kobberlegeringer, mens de mekaniske egenskaber og slidstyrke samt adfærden under korrosionsforhold afhænger af sammensætningen af ​​legeringerne og derfor af strukturen. Styrken er højere for tofasede legeringer og duktiliteten for enfasede legeringer. Kobber-nikkel legering ( cupronickel ) bruges til at præge små mønter [21] .

Kobber-nikkel-legeringer, herunder den såkaldte "Admiralitets"-legering, er meget udbredt i skibsbygning (rør af turbineudstødningsdampkondensatorer afkølet af påhængsvand) og anvendelser forbundet med muligheden for aggressiv havvandseksponering på grund af høj korrosionsbestandighed . Kobber er en vigtig komponent i hårde lodninger  - legeringer med et smeltepunkt på 590-880 ° C, som har god vedhæftning til de fleste metaller og bruges til fast at forbinde en række metaldele, især fra uens metaller, fra rørledningsfittings til væske. raketmotorer.

Legeringer, hvor kobber er signifikant

Dural (duralumin) er defineret som en legering af aluminium og kobber (kobber i duralumin 4,4%).

Smykkelegeringer

I smykker bruges legeringer af kobber og guld ofte til at øge styrken af ​​produkter til deformation og slid, da rent guld er et meget blødt metal og ikke er modstandsdygtigt over for mekanisk belastning.

Kobberforbindelser

Kobberoxider bruges til at opnå yttrium-barium-kobberoxid ( kuprat ) YBa 2 Cu 3 O 7-δ , som er grundlaget for at opnå højtemperatur- superledere . Kobber bruges til fremstilling af elektrokemiske celler og batterier af kobberoxid .

Andre anvendelser

Kobber er den mest udbredte katalysator til polymerisation af acetylen . På grund af det faktum, at kobber er en katalysator for polymerisation af acetylen (danner kobberforbindelser med acetylen), kan kobberrørledninger til transport af acetylen kun anvendes, hvis kobberindholdet i legeringen af ​​rørmaterialet ikke er mere end 64%.

Kobber er meget udbredt i arkitektur. Tage og facader lavet af tyndplade kobber, på grund af den automatiske slukning af korrosionsprocessen af ​​kobberpladen, fungerer problemfrit i 100-150 år. I Rusland er brugen af ​​kobberplader til tage og facader reguleret af det føderale regelsæt SP 31-116-2006 [22] .

Kobber kan bruges til at reducere overførslen af ​​infektion i sundhedsvæsenet gennem overflader, der berøres af den menneskelige hånd. Kobber kan bruges til fremstilling af dørhåndtag, vandafspærringsbeslag, rækværk, sengehest og bordplader. [23]

Kobberdamp bruges som arbejdsvæske i kobberdamplasere ved genereringsbølgelængder på 510 og 578 nm [24] .

Kobber bruges også i pyroteknik til blåfarvning.

Pris

I januar 2008 oversteg kobberpriserne på London Metal Exchange for første gang nogensinde 8.000 dollars pr . ton. I begyndelsen af ​​juli steg priserne til $8.940 per ton, hvilket var en absolut rekord siden 1979, hvor handelen på LME begyndte. Prisen toppede på næsten 10,2 tusind dollars i februar 2011 [25] .

I 2011 var prisen på kobber omkring $8.900 pr. ton [26] . På grund af den globale økonomiske krise faldt prisen på de fleste typer råvarer, og prisen på 1 ton kobber pr. 1. september 2016 oversteg ikke $4.700 [27] . I maj 2021 steg prisen på kobber til $10.307 per ton på børsen. [28]

Biologisk rolle

Kobber er et væsentligt element for alle højere planter og dyr. I blodbanen transporteres kobber primært af proteinet ceruloplasmin . Efter absorption af kobber i tarmene transporteres det til leveren ved hjælp af albumin.

Kobber forekommer i en lang række enzymer , såsom cytochrom c-oxidase , kobber - zink -enzymet superoxiddismutase og det molekylære oxygen -bærende protein hemocyanin . I blodet hos alle blæksprutter og de fleste gastropoder og leddyr er kobber en del af hæmocyanin i form af et imidazolkompleks af kobberionen, en rolle svarende til jernporfyrinkomplekset i hæmoglobinproteinmolekylet i blodet hos hvirveldyr.

Det antages, at kobber og zink konkurrerer med hinanden under absorption i fordøjelseskanalen , så et overskud af et af disse elementer i kosten kan forårsage en mangel på det andet element. En sund voksen har brug for 0,9 mg kobber om dagen.

Ved mangel på kobber i chondro- og osteoblaster falder enzymsystemernes aktivitet, og proteinmetabolismen bremses, som følge heraf bremses knoglevævsvæksten og forstyrres [29] .

Toksicitet

Nogle kobberforbindelser kan være giftige, hvis MPC overskrides i mad og vand. Indholdet af kobber i drikkevand bør ikke overstige 1 mg/l (SanPiN 2.1.4.1074-01), dog er mangel på kobber i drikkevand også uønsket. Verdenssundhedsorganisationen (WHO) formulerede denne regel i 1998 som følger: "Risiciene for menneskers sundhed på grund af mangel på kobber i kroppen er mange gange højere end risiciene fra dets overskud."

I 2003, som et resultat af intensiv forskning, reviderede WHO tidligere vurderinger af kobbertoksicitet. Det er blevet erkendt, at kobber ikke er årsagen til fordøjelsesforstyrrelser [30] .

Der var frygt for, at hepatocerebral dystrofi (Wilson-Konovalovs sygdom) er ledsaget af ophobning af kobber i kroppen, da det ikke udskilles af leveren til galde . Denne sygdom forårsager skader på hjernen og leveren. En årsagssammenhæng mellem sygdommens opståen og kobberindtagelse blev dog ikke bekræftet [30] . Kun en øget følsomhed hos personer diagnosticeret med denne sygdom over for et øget indhold af kobber i mad og vand er blevet påvist.

Baktericide

De bakteriedræbende egenskaber af kobber og dets legeringer har været kendt af mennesket i lang tid. I 2008, efter langvarig forskning, udpegede U.S. EPA officielt kobber og flere kobberlegeringer som bakteriedræbende midler [31] (agenturet understreger, at brugen af ​​kobber som bakteriedræbende middel kan supplere, men ikke bør erstatte, standardpraksis for infektionskontrol). . Den bakteriedræbende virkning af kobberoverflader (og dets legeringer) er især udtalt i forhold til den methicillin -resistente stamme af Staphylococcus aureus , kendt som "supermikrobe" MRSA [32] . I sommeren 2009 blev kobber og kobberlegeringers rolle i inaktiveringen af ​​A/ H1N1 influenzavirus (den såkaldte " svineinfluenza ") [33] fastslået .

Organoleptiske egenskaber

En for høj koncentration af kobberioner giver vandet en tydelig " metallisk smag ". Hos forskellige mennesker er tærsklen for den organoleptiske bestemmelse af kobber i vand cirka 2-10 mg / l . Den naturlige evne til at påvise høje niveauer af kobber i vand på denne måde er en naturlig forsvarsmekanisme mod indtagelse af vand med for højt kobberindhold.

Produktion, minedrift og reserver af kobber

Verdens kobberproduktion i 2000 var omkring 15 millioner tons, og i 2004 - omkring 14 millioner tons [34] [35] . Ifølge eksperter udgjorde verdensreserverne i 2000 954 millioner tons, hvoraf 687 millioner tons var dokumenterede reserver [34] , Rusland tegnede sig for 3,2 % af de samlede og 3,1 % af de bekræftede verdensreserver [34] . Med den nuværende forbrugshastighed vil kobberreserverne således holde i omkring 60 år.

Produktionen af ​​raffineret kobber i Rusland i 2006 beløb sig til 881,2 tusinde tons, forbrug - 591,4 tusinde tons [36] . De vigtigste kobberproducenter i Rusland var:

Selskab tusind tons %
Norilsk nikkel 425 45 %
Uralelektromeret 351 37 %
Russisk kobberselskab 166 atten %

Metalloinvest Holding sluttede sig til disse kobberproducenter i Rusland i 2009 efter at have købt rettighederne til at udvikle en ny kobberforekomst Udokanskoye [37 ] . Verdensproduktionen af ​​kobber i 2007 var [38] 15,4 millioner tons, og i 2008 - 15,7 millioner tons. De førende inden for produktionen var:

  1.  Chile (5.560 Mt i 2007 og 5.600 Mt i 2008),
  2.  USA (1.170/1.310)
  3.  Peru (1.190/1.220)
  4.  Kina (0,946/1,000),
  5.  Australien (0,870/0,850)
  6.  Rusland (0,740/0,750),
  7.  Indonesien (0,797/0,650),
  8.  Canada (0,589/0,590),
  9.  Zambia (0,520/0,560),
  10.  Kasakhstan (0,407/0,460),
  11.  Polen (0,452/0,430),
  12.  Mexico (0,347/0,270).

Med hensyn til verdensproduktion og -forbrug ligger kobber på tredjepladsen efter jern og aluminium.

Kobbersmeltning i 2019 forventes at være 25,5 millioner tons [39]

Ved udgangen af ​​2008 beløb de udforskede verdenskobberreserver sig til 1 milliard tons, hvoraf 550 millioner tons blev bekræftet. Desuden anslås det, at de globale verdensreserver på land beløber sig til 3 milliarder tons, og dybvandsressourcer anslås til 700 millioner tons.

Moderne minedriftsmetoder

Nu kendes mere end 170 mineraler indeholdende kobber, men kun 14-15 af dem er af industriel betydning. Disse er chalcopyrit (aka kobberkis), malakit, og der findes også naturligt kobber. I kobbermalme findes molybdæn, nikkel, bly, kobolt ofte som urenheder, sjældnere guld, sølv. Typisk beriges kobbermalme på fabrikker, før de sendes til kobbersmeltere. Kobber er rigt i Kasakhstan, USA, Chile, Canada, afrikanske lande - Zaire, Zambia, Sydafrika. Escondida  er verdens største stenbrud, hvor der udvindes kobbermalm (beliggende i Chile ). Afhængig af forekomstdybden udvindes malmen ved en åben eller lukket metode. [40]

90% af primært kobber opnås ved pyrometallurgisk metode, 10% - ved hydrometallurgisk metode. Den hydrometallurgiske metode er fremstilling af kobber ved at opløse det i en svag opløsning af svovlsyre og derefter adskille metallisk (blister) kobber fra opløsningen. Den pyrometallurgiske metode består af flere trin: berigelse, ristning, smeltning til mat, blæsning i konverteren, raffinering.

Til berigelse af kobbermalme anvendes flotationsmetoden (baseret på brug af forskellig befugtning af kobberholdige partikler og gråbjerg), hvilket gør det muligt at opnå kobberkoncentrat indeholdende fra 10 til 35 % kobber.

Kobbermalm og koncentrater med højt svovlindhold udsættes for oxidativ ristning. I processen med at opvarme koncentratet eller malmen til 700-800 °C i nærvær af atmosfærisk oxygen, oxideres sulfider, og svovlindholdet reduceres med næsten halvdelen af ​​det oprindelige. Kun fattige koncentrater (med et kobberindhold på 8 til 25 %) brændes, mens rige koncentrater (fra 25 til 35 % kobber) smeltes uden brænding.

Efter ristningen smeltes malmen og kobberkoncentratet til mat, som er en legering indeholdende kobber og jernsulfider. Matten indeholder fra 30 til 50% kobber, 20-40% jern, 22-25% svovl, derudover indeholder måtten urenheder af nikkel, zink, bly, guld, sølv. Oftest udføres smeltning i flamme efterklangsovne. Temperaturen i smeltezonen er 1450 °C.

For at oxidere sulfider og jern udsættes den resulterende kobbersten for at blæse med trykluft i vandrette omformere med sideblæsning. De resulterende oxider omdannes til slagger. Temperaturen i konverteren er 1200-1300 °C. Det er interessant, at varmen i konverteren frigives på grund af forekomsten af ​​kemiske reaktioner uden brændstofforsyning. Således opnås blisterkobber i konverteren, indeholdende 98,4-99,4% kobber, 0,01-0,04% jern, 0,02-0,1% svovl og en lille mængde nikkel, tin, antimon, sølv, guld. Dette kobber hældes i en øse og hældes i stålforme eller på en hældemaskine.

Yderligere, for at fjerne skadelige urenheder, raffineres blisterkobber (brand og derefter elektrolytisk raffinering udføres). Essensen af ​​brandraffinering af blisterkobber er oxidation af urenheder, deres fjernelse med gasser og deres omdannelse til slagge. Efter brandraffinering opnås kobber med en renhed på 99,0–99,7 %. Det hældes i forme, og barrer opnås til yderligere smeltning af legeringer (bronze og messing) eller barrer til elektrolytisk raffinering.

Elektrolytisk raffinering udføres for at opnå rent kobber (99,95%). Elektrolyse udføres i bade, hvor anoden er lavet af ildraffineret kobber, og katoden er lavet af tynde plader af rent kobber. Elektrolytten er en opløsning af svovlsyre med kobbersulfat. Under elektrolyse opstår en stigning i koncentrationen af ​​svovlsyre. Når en jævnstrøm passerer, opløses anoden, kobber går i opløsning, og renset for urenheder aflejres på katoderne. Urenheder sætter sig på bunden af ​​badet i form af slam, som bearbejdes til at udvinde værdifulde metaller. Ved modtagelse af 1000 tons elektrolytisk kobber kan du få op til 3 kg sølv og 200 g guld. Katoderne aflæses på 5-12 dage, når deres masse når 60 til 90 kg. De vaskes grundigt og smeltes derefter ned i elektriske ovne [41] .

Miljøpåvirkning

Med en åben metode til minedrift bliver stenbruddet efter dets ophør en kilde til giftige stoffer. Den giftigste sø i verden - Berkeley Pit  - blev dannet i en kobbermine.

Se også

Noter

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Grundstoffernes atomvægte 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Bd. 85 , nr. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
  2. 1 2 3 Redaktion: Knunyants I. L. (chefredaktør). Chemical Encyclopedia: i 5 bind - M. : Soviet Encyclopedia, 1992. - T. 3. - S. 7. - 639 s. — 50.000 eksemplarer.  — ISBN 5-85270-039-8 .
  3. Spiridonov, 1989 , s. 5-8.
  4. Spiridonov, 1989 , s. 20-22.
  5. Waldemar Espinoza Soriano. Etnohistoria ecuatoriana: estudios y documentos  (spansk) . - Quito: Abya-Yala, 1988. - S. 135.
  6. Spiridonov, 1989 , s. 172.
  7. Etymologisk ordbog over slaviske sprog, bind 18. - M . : Nauka, 1993. - S. 144−146.
  8. Otkupshchikov Yu. V. Essays om etymologi. - St. Petersburg: St. Petersburg University Publishing House. - 2001. - S. 127−130.
  9. 1 2 kobber  // Etymologisk ordbog over det russiske sprog  = Russisches etymologisches Wörterbuch  : i 4 bind  / udg. M. Vasmer  ; om. med ham. og yderligere Tilsvarende medlem USSR Academy of Sciences O. N. Trubachev , red. og med forord. prof. B. A. Larina [bd. JEG]. - Ed. 2., sr. - M .  : Fremskridt , 1986-1987.
  10. 1 2 3 Perfilyev A.V. Våbenskjold og symboler for Polevskoy // Polevskoy-regionen: Historisk og lokalhistorisk samling. - Jekaterinburg: Uraltrade, 1998. - Udgave. 1, nr. 3. - (Ural lokalhistorie).
  11. Officielle symboler Arkivkopi dateret 15. oktober 2016 på Wayback Machine , på webstedet for administrationen af ​​Polevskoy City District
  12. Grigoriev N.A. Fordeling af kemiske grundstoffer i den øverste del af den kontinentale skorpe/huller. udg. d.g.-m.s. Sazonov V.N. - Jekaterinburg: Ural-grenen af ​​det russiske videnskabsakademi, 2009. - S. 36. - 383 s. - ISBN isbn 978-5-7691-2038-1.
  13. Indfødt kobber - artikel fra Great Soviet Encyclopedia
  14. De største monominerale aflejringer (malmområder, bassiner) (utilgængeligt link) . Hentet 29. november 2010. Arkiveret fra originalen 19. juni 2010. 
  15. ved 20 °C: 394.279 W/(m K), dvs. 0,941 cal/(cm sek. °C)
  16. 1 2 Elektroteknisk opslagsbog. T. 1. / Udarbejdet af I. I. Aliev. - M.  : IP RadioSoft, 2006. - C. 246. - ISBN 5-93037-157-1
  17. Håndbog for en kemiker / Redaktion: Nikolsky B.P. m.fl. - 2. udg., rettet. - M. - L .: Kemi, 1966. - T. 1. - 1072 s.
  18. Brugen af ​​kobber Arkiveret 14. september 2010  på Wayback  Machine
  19. GOST R 52318-2005 Runde kobberrør til vand og gas. Specifikationer . Hentet 24. juli 2008. Arkiveret fra originalen 14. september 2008.
  20. Grudev A.P., Mashkin L.F., Khanin M.I. Teknologi for rullende produktion . - M . : Metallurgi, 1994. - S. 441. - 656 s. — ISBN 5-229-00838-5 .
  21. Smiryagin A.P., Smiryagina N.A., Belova A.V. Industrielle ikke-jernholdige metaller og legeringer. - 3. udg. - Metallurgi, 1974. - S. 321-488.
  22. SP 31-116-2006 Design og montering af tage af kobberplade . Dato for adgang: 25. december 2009. Arkiveret fra originalen 8. november 2009.
  23. Hannah Bloch. En kobber sengeliste kunne skære ned på infektioner for hospitalspatienter . Hentet 11. november 2020. Arkiveret fra originalen 8. november 2020.
  24. Isaev A. A. Kobberdamplaser . Dato for adgang: 6. januar 2015. Arkiveret fra originalen 4. marts 2016.
  25. ↑ Råvarepriserne faldt til det laveste niveau siden krisen i 2008 / News / Finance.UA . Hentet 26. april 2015. Arkiveret fra originalen 6. oktober 2014.
  26. Prisen på kobber . Dato for adgang: 28. maj 2011. Arkiveret fra originalen 1. april 2013.
  27. Kobberprisdiagrammer for forskellige perioder . Hentet 1. september 2016. Arkiveret fra originalen 29. august 2016.
  28. Prisen på kobber nåede rekordhøje under auktionen - Økonomi og forretning - TASS . Hentet 13. september 2021. Arkiveret fra originalen 13. september 2021.
  29. Kobber og menneskelig vækst // Videnskab og liv . - M . : "Pravda", 1990. - Nr. 1 . - S. 17 .
  30. 1 2 KEMISKE  FAKTABLAD . Dato for adgang: 29. december 2009. Arkiveret fra originalen 22. august 2011.
  31. US EPA . Hentet 25. juli 2008. Arkiveret fra originalen 29. september 2015.
  32. USA ser MRSA-udbrud uden for hospitaler . Hentet 25. juli 2008. Arkiveret fra originalen 12. oktober 2008.
  33. Britisk videnskabsmand deler ekspertise om svineinfluenzakontrol i Beijing (link ikke tilgængeligt) . Hentet 11. januar 2010. Arkiveret fra originalen 23. september 2012. 
  34. 1 2 3 Kobberproduktion . Hentet 17. november 2007. Arkiveret fra originalen 5. oktober 2008.
  35. I 2005 vil verdens kobberproduktion stige med 8 % til 15,7 millioner tons - Nyheder om metallurgi
  36. Strategi for udvikling af metallurgisk industri i Den Russiske Føderation for perioden frem til 2020 (utilgængeligt link) . Ministeriet for industri og energi i Den Russiske Føderation (18. marts 2009). Hentet 29. december 2009. Arkiveret fra originalen 18. oktober 2010. 
  37. Metallinvest betalte for licensen til Udokan
  38. SAMMENFATNING AF MINERALVARE 2009 . Hentet 30. september 2009. Arkiveret fra originalen 6. august 2011.
  39. Verdensmarkedet vil stå over for mangel på kobber i 2019 - Vedomosti . Hentet 10. marts 2020. Arkiveret fra originalen 24. juni 2020.
  40. Metoder og steder for kobberminedrift . promzn.ru. Hentet 25. august 2018. Arkiveret fra originalen 26. august 2018.
  41. Anskaffelse af kobber . Dato for adgang: 29. januar 2011. Arkiveret fra originalen 11. februar 2011.

Litteratur

Links