La malléabilité fait référence à la sensibilité des métaux et des alliages au forgeage et à d'autres types de traitement sous pression. Il peut s'agir de dessin, d'estampage, de laminage ou de pressage. La ductilité du cuivre se caractérise non seulement par sa résistance à la déformation, mais également par sa ductilité. Qu'est-ce que la plasticité ? C'est la capacité du métal à modifier ses contours sous pression sans destruction. Les métaux malléables sont le laiton, l'acier, le duralumin et certains autres alliages de cuivre, de magnésium, de nickel et d'aluminium. Ce sont eux qui ont un haut niveau de plasticité combiné à une faible résistance à la déformation.
Cuivre
Je me demande à quoi ressemble la caractéristique du cuivre ? On sait qu'il s'agit d'un élément du 11e groupe de la 4e période du système d'éléments chimiques de D. I. Mendeleïev. Son atome porte le numéro 29 et est désigné par le symbole Cu. En fait, il s'agit d'un métal ductile de transition de couleur or rosé. À propos, il a une couleur rose si le film d'oxyde est absent. Pendant longtemps, cet élément a été utilisé par les gens.
Histoire
Le cuivre est l'un des premiers métaux que les gens ont commencé à utiliser activement dans leur foyer. En effet, il est trop accessible pour être obtenu à partir de minerai et a un petittempérature de fusion. Depuis longtemps, l'espèce humaine connaît les sept métaux, dont fait également partie le cuivre. Dans la nature, cet élément est beaucoup plus commun que l'argent, l'or ou le fer. Des objets anciens en cuivre, des scories, témoignent de sa fusion à partir de minerais. Ils ont été découverts lors des fouilles du village de Chatal-Khuyuk. On sait qu'à l'âge du cuivre, les objets en cuivre se sont répandus. Dans l'histoire du monde, il suit celui de la pierre.
S. A. Semyonov et ses collègues ont mené des études expérimentales, dans lesquelles il a découvert que les outils en cuivre sont supérieurs à ceux en pierre à bien des égards. Ils ont une plus grande vitesse de rabotage, de perçage, de coupe et de sciage du bois. Et le traitement d'un os avec un couteau en cuivre dure aussi longtemps qu'avec un couteau en pierre. Mais le cuivre est considéré comme un métal mou.
Très souvent dans les temps anciens, au lieu du cuivre, on utilisait son alliage avec l'étain - le bronze. Il était nécessaire pour la fabrication d'armes et d'autres choses. Ainsi, l'âge du bronze est venu remplacer l'âge du cuivre. Le bronze a été obtenu pour la première fois au Moyen-Orient en 3000 av. AD: Les gens aimaient la solidité et l'excellente malléabilité du cuivre. De magnifiques outils de travail et de chasse, des ustensiles et des décorations sont sortis du bronze obtenu. Tous ces éléments se trouvent dans les fouilles archéologiques. Ensuite, l'âge du bronze a été remplacé par l'âge du fer.
Comment le cuivre pouvait-il être obtenu dans l'Antiquité ? Initialement, il n'était pas extrait de sulfure, mais de minerai de malachite. En effet, dans ce cas, il n'était pas nécessaire de procéder à un tir préliminaire. Pour ce faire, un mélange de charbon et de minerai était placé dans un récipient en terre cuite. Le navire a été placé dansun trou peu profond et le mélange a été incendié. Ensuite, du monoxyde de carbone a commencé à être libéré, ce qui a contribué à la réduction de la malachite en cuivre libre.
On sait que des mines de cuivre ont été construites à Chypre dès le troisième millénaire avant notre ère, où le cuivre était fondu.
Sur les terres de la Russie et des États voisins, des mines de cuivre sont apparues deux millénaires avant notre ère. e. Leurs ruines se trouvent dans l'Oural, en Ukraine, en Transcaucasie, dans l'Altaï et dans la lointaine Sibérie.
La fusion industrielle du cuivre a été maîtrisée au XIIIe siècle. Et au quinzième à Moscou, le Cannon Yard a été créé. C'est là que des canons de différents calibres ont été coulés en bronze. Une quantité incroyable de cuivre a été utilisée pour fabriquer des cloches. En 1586, le canon du tsar a été coulé en bronze, en 1735 - la cloche du tsar, en 1782, le cavalier de bronze a été créé. En 752, des artisans fabriquèrent une magnifique statue du Grand Bouddha au temple Todai-ji. En général, la liste des œuvres d'art de la fonderie est interminable.
Au XVIIIe siècle, l'homme a découvert l'électricité. C'est alors que d'énormes volumes de cuivre ont commencé à entrer dans la fabrication de fils et de produits similaires. Au XXe siècle, les fils étaient fabriqués à partir d'aluminium, mais le cuivre était encore d'une grande importance dans l'électrotechnique.
Origine du nom
Savez-vous que Cuprum est le nom latin du cuivre, dérivé du nom de l'île de Chypre ? Soit dit en passant, Strabon appelle les chalkos de cuivre - la ville de Chalkis en Eubée est coupable de l'origine d'un tel nom. La plupart des anciens noms grecs du cuivre etles objets en bronze proviennent précisément de ce mot. Ils ont trouvé une large application dans la forge et parmi les produits de forge et les moulages. Parfois, le cuivre est appelé Aes, ce qui signifie minerai ou mine.
Le mot slave "cuivre" n'a pas d'étymologie prononcée. Peut-être est-il ancien. Mais on le retrouve très souvent dans les monuments littéraires les plus anciens de Russie. V. I. Abaev a supposé que ce mot venait du nom du pays Midia. Les alchimistes surnommaient le cuivre "Vénus". Dans des temps plus anciens, elle s'appelait "Mars".
Où trouve-t-on du cuivre dans la nature ?
La croûte terrestre contient (4, 7-5, 5) x 10-3 % de cuivre (en masse). En eau de rivière et en eau de mer, elle est bien inférieure: 10-7 % et 3 x 10-7 % (en masse) respectivement.
Les composés de cuivre sont souvent présents dans la nature. L'industrie utilise la chalcopyrite CuFeS2, appelée pyrite de cuivre, la bornite Cu5FeS4, la chalcocite Cu 2S. Parallèlement, on trouve d'autres minéraux de cuivre: cuprite Cu2O, azurite Cu3(CO3) 2(OH)2, Malachite Cu2CO3 (OH)2 et covelline CuS. Très souvent, la masse des accumulations individuelles de cuivre atteint 400 tonnes. Les sulfures de cuivre se forment principalement dans les filons hydrothermaux de moyenne température. Souvent, dans les roches sédimentaires, on trouve des gisements de cuivre - schistes et grès cuivreux. Les gisements les plus célèbres se trouvent dans le territoire transbaïkal Udokan, Zhezkazgan au Kazakhstan, Mansfeld en Allemagne et la ceinture de miel d'Afrique centrale. Les autres gisements de cuivre les plus riches sont situésau Chili (Colhausi et Escondida) et aux États-Unis (Morenci).
La majeure partie du minerai de cuivre est extraite à ciel ouvert. Il contient 0,3 à 1,0 % de cuivre.
Propriétés physiques
De nombreux lecteurs s'intéressent à la description du cuivre. C'est un métal doré rosé ductile. A l'air, sa surface est instantanément recouverte d'un film d'oxyde, ce qui lui donne une teinte rouge-jaune intense particulière. Fait intéressant, les couches minces de cuivre ont une couleur vert bleuâtre.
L'osmium, le césium, le cuivre et l'or ont la même couleur, différente du gris ou de l'argent des autres métaux. Cette nuance de couleur indique la présence de transitions électroniques entre la quatrième orbitale atomique à moitié vide et la troisième remplie. Entre eux, il existe une certaine différence d'énergie correspondant à la longueur d'onde de l'orange. Le même système est responsable de la couleur spécifique de l'or.
Qu'y a-t-il d'autre d'incroyable dans le cuivre ? Ce métal forme un réseau cubique à faces centrées, groupe d'espace Fm3m, a=0,36150 nm, Z=4.
Le cuivre est également célèbre pour sa conductivité électrique et thermique élevée. En termes de conduction de courant, il figure parmi les métaux en deuxième position. Soit dit en passant, le cuivre a un coefficient de résistance thermique géant et est presque indépendant de ses performances sur une large plage de températures. Le cuivre est appelé un diamagnet.
Les alliages de cuivre sont divers. Les gens ont appris à combiner le laiton avec le zinc, et le nickel avec le cupronickel, et le plomb avec les babbits,et bronze avec étain et autres métaux.
Isotopes du cuivre
Le cuivre est composé de deux isotopes stables, 63Cu et 65Cu, qui ont des abondances de 69,1 et 30,9 % atomiques respectivement. En général, il y a plus de deux douzaines d'isotopes qui n'ont pas de stabilité. L'isotope ayant la plus longue durée de vie est 67Cu avec une demi-vie de 62 heures.
Comment obtient-on le cuivre ?
La fabrication du cuivre est un processus très intéressant. Ce métal est obtenu à partir de minéraux et de minerais de cuivre. Les principales méthodes d'obtention du cuivre sont l'hydrométallurgie, la pyrométallurgie et l'électrolyse.
Considérons la méthode pyrométallurgique. De cette manière, le cuivre est obtenu à partir de minerais sulfurés, par exemple la chalcopyrite CuFeS2. La matière première de chalcopyrite contient 0,5 à 2,0 % de Cu. Tout d'abord, le minerai d'origine est soumis à un enrichissement par flottation. Ensuite, il est oxydé torréfié à une température de 1400 degrés. Ensuite, le concentré calciné est fondu pour obtenir de la matte. De la silice est ajoutée à la masse fondue pour lier l'oxyde de fer.
Le silicate résultant flotte sous forme de laitier et est séparé. La matte reste au fond - un alliage de sulfures CU2S et FeS. Puis il est fondu selon la méthode d'Henry Bessemer. Pour ce faire, de la matte fondue est versée dans le convertisseur. Le récipient est ensuite purgé à l'oxygène. Et le sulfure de fer qui reste est oxydé en oxyde et, à l'aide de silice, est retiré du processus sous forme de silicate. Le sulfure de cuivre est oxydé en oxyde de cuivre de manière incomplète, mais il est ensuite réduit en cuivre métallique.
Ble cuivre blister résultant contient 90,95% du métal. Ensuite, il est soumis à une purification électrolytique. Fait intéressant, une solution acidifiée de sulfate de cuivre est utilisée comme électrolyte.
Le cuivre électrolytique se forme sur la cathode, qui a une fréquence élevée d'environ 99,99 %. Une variété d'articles sont fabriqués à partir du cuivre obtenu: fils, équipements électriques, alliages.
La méthode hydrométallurgique est un peu différente. Ici, les minéraux de cuivre sont dissous dans de l'acide sulfurique dilué ou dans une solution d'ammoniac. À partir des liquides préparés, le cuivre est remplacé par du fer métallique.
Propriétés chimiques du cuivre
Dans les composés, le cuivre présente deux états d'oxydation: +1 et +2. Le premier d'entre eux tend à se disproportionner et n'est stable que dans les composés ou complexes insolubles. Soit dit en passant, les composés de cuivre sont incolores.
L'état d'oxydation +2 est plus stable. C'est elle qui donne la couleur bleu sel et bleu-vert. Dans des conditions inhabituelles, des composés avec un état d'oxydation de +3 et même +5 peuvent être préparés. Ce dernier se trouve généralement dans les sels d'anion cupbororane obtenus en 1994.
Le cuivre pur ne change pas dans l'air. C'est un agent réducteur faible qui ne réagit pas avec l'acide chlorhydrique dilué et l'eau. Oxydé par les acides nitrique et sulfurique concentrés, les halogènes, l'oxygène, l'eau régale, les oxydes non métalliques, les chalcogènes. Lorsqu'il est chauffé, il réagit avec les halogénures d'hydrogène.
Si l'air est humide, le cuivre s'oxyde pour former du carbonate basique de cuivre(II). Il réagit très bien avec l'acide sulfurique saturé froid et chaud, l'acide sulfurique anhydre chaud.
Le cuivre réagit avec l'acide chlorhydrique dilué en présence d'oxygène.
Chimie analytique du cuivre
Tout le monde sait ce qu'est la chimie. Le cuivre en solution est facile à détecter. Pour ce faire, il est nécessaire d'humidifier le fil de platine avec la solution à tester, puis de l'amener dans la flamme du bec Bunsen. Si du cuivre est présent dans la solution, la flamme sera bleu-vert. Vous devez savoir que:
- Habituellement, la quantité de cuivre dans les solutions légèrement acides est mesurée à l'aide de sulfure d'hydrogène: il est mélangé à la substance. En règle générale, le sulfure de cuivre précipite dans ce cas.
- Dans les solutions où il n'y a pas d'ions interférents, le cuivre est déterminé par complexométrie, ionométrie ou potentiomètre.
- De petites quantités de cuivre dans les solutions sont mesurées par des méthodes spectrales et cinétiques.
Utilisation du cuivre
D'accord, l'étude du cuivre est une chose très amusante. Ainsi, ce métal a une faible résistivité. En raison de cette qualité, le cuivre est utilisé en génie électrique pour la production de câbles électriques et autres, de fils et d'autres conducteurs. Les fils de cuivre sont utilisés dans les enroulements des transformateurs de puissance et des entraînements électriques. Pour créer les produits ci-dessus, le métal est sélectionné très pur, car les impuretés réduisent instantanément la conductivité électrique. Et s'il y a 0,02 % d'aluminium dans le cuivre, sa conductivité électrique diminuera de 10 %.
La deuxième qualité utile du cuivre estexcellente conductivité thermique. En raison de cette propriété, il est utilisé dans divers échangeurs de chaleur, caloducs, dissipateurs de chaleur et refroidisseurs d'ordinateurs.
Et où la dureté du cuivre est-elle utilisée ? On sait que les tubes ronds en cuivre sans soudure présentent une résistance mécanique remarquable. Ils résistent parfaitement aux traitements mécaniques et sont utilisés pour déplacer des gaz et des liquides. Habituellement, ils peuvent être trouvés dans les systèmes d'alimentation en gaz internes, l'approvisionnement en eau, le chauffage. Ils sont largement utilisés dans les unités de réfrigération et les systèmes de climatisation.
L'excellente dureté du cuivre est connue dans de nombreux pays. Ainsi, en France, au Royaume-Uni et en Australie, les tuyaux en cuivre sont utilisés pour l'alimentation en gaz des bâtiments, en Suède - pour le chauffage, aux États-Unis, en Grande-Bretagne et à Hong Kong - c'est le matériau principal pour l'approvisionnement en eau.
En Russie, la production de tuyaux en cuivre pour l'eau et le gaz est réglementée par la norme GOST R 52318-2005, et le code de règles fédéral SP 40-108-2004 réglemente leur utilisation. Les tuyaux en cuivre et ses alliages sont activement utilisés dans l'industrie électrique et la construction navale pour déplacer la vapeur et les liquides.
Savez-vous que les alliages de cuivre sont utilisés dans divers domaines technologiques ? Parmi ceux-ci, le bronze et le laiton sont considérés comme les plus célèbres. Les deux alliages comprennent une famille colossale de matériaux qui, en plus du zinc et de l'étain, peuvent inclure du bismuth, du nickel et d'autres métaux. Par exemple, le bronze à canon, utilisé jusqu'au XIXe siècle pour fabriquer des pièces d'artillerie, était composé de cuivre, d'étain et de zinc. Sa recette changeait selon les lieux ettemps de fabrication de l'outil.
Tout le monde connaît l'excellente fabricabilité et la haute ductilité du cuivre. En raison de ces propriétés, une quantité incroyable de laiton entre dans la production d'obus pour armes et munitions d'artillerie. Il convient de noter que les pièces automobiles sont fabriquées à partir d'alliages de cuivre avec du silicium, du zinc, de l'étain, de l'aluminium et d'autres matériaux. Les alliages de cuivre se caractérisent par une résistance élevée et conservent leurs propriétés mécaniques lors du traitement thermique. Leur résistance à l'usure n'est déterminée que par la composition chimique et son effet sur la structure. Veuillez noter que cette règle ne s'applique pas au bronze au béryllium et à certains bronzes d'aluminium.
Les alliages de cuivre ont un module d'élasticité inférieur à celui de l'acier. Leur principal avantage peut être appelé un faible coefficient de frottement, combiné pour la plupart des alliages à une ductilité élevée, une excellente conductivité électrique et une excellente résistance à la corrosion dans un environnement agressif. En règle générale, il s'agit de bronzes d'aluminium et d'alliages cuivre-nickel. Au fait, ils ont trouvé leur application par paires.
Pratiquement tous les alliages de cuivre ont le même coefficient de frottement. Parallèlement, la résistance à l'usure et les propriétés mécaniques, le comportement en milieu agressif dépendent directement de la composition des alliages. La ductilité du cuivre est utilisée dans les alliages monophasés et la résistance est utilisée dans les alliages biphasés. Le cupronickel (alliage cuivre-nickel) est utilisé pour frapper les pièces de monnaie. Les alliages cuivre-nickel, dont "l'Amirauté", sont utilisés dans la construction navale. Ils sont utilisés pour fabriquer des tubes pour les condenseurs qui nettoient la vapeur d'échappement des turbines. Il est à noter que les turbines sont refroidies par de l'eau extérieure. Les alliages cuivre-nickel ont une résistance à la corrosion étonnante, ils sont donc recherchés dans les zones soumises aux effets agressifs de l'eau de mer.
En fait, le cuivre est le composant le plus important des brasures dures - des alliages avec un point de fusion de 590 à 880 degrés Celsius. Ce sont eux qui ont une excellente adhérence à la plupart des métaux, grâce auxquels ils sont utilisés pour connecter fermement diverses pièces métalliques. Il peut s'agir de raccords de tuyauterie ou de moteurs à réaction à propergol liquide fabriqués à partir de métaux différents.
Et maintenant, nous énumérons les alliages dans lesquels la malléabilité du cuivre est d'une grande importance. Le dural ou duralumin est un alliage d'aluminium et de cuivre. Ici, le cuivre est de 4,4 %. Les alliages de cuivre et d'or sont souvent utilisés dans les bijoux. Ils sont nécessaires pour augmenter la résistance des produits. Après tout, l'or pur est un métal très mou qui ne peut pas résister aux contraintes mécaniques. Les objets en or pur sont rapidement déformés et abrasés.
Il est intéressant de noter que les oxydes de cuivre sont utilisés pour créer de l'oxyde d'yttrium-baryum-cuivre. Il sert de base à la fabrication de supraconducteurs à haute température. Le cuivre est également utilisé pour fabriquer des batteries et des cellules électrochimiques à l'oxyde de cuivre.
Autres applications
Savez-vous que le cuivre est souvent utilisé comme catalyseur pour la polymérisation de l'acétylène ? En raison de cette propriété, les canalisations en cuivre utilisées pour transporter l'acétylène sont autorisées àutiliser uniquement lorsque la teneur en cuivre ne dépasse pas 64 %.
Les gens ont appris à utiliser la malléabilité du cuivre en architecture. Les façades et les toits en tôle de cuivre la plus fine servent sans problème pendant 150 ans. Ce phénomène s'explique simplement: dans les tôles de cuivre, le processus de corrosion s'éteint automatiquement. En Russie, la tôle de cuivre est utilisée pour les façades et les toits conformément aux normes du Code fédéral des règles SP 31-116-2006.
Dans un avenir pas trop lointain, les gens envisagent d'utiliser le cuivre comme surfaces germicides dans les cliniques pour empêcher les bactéries de se déplacer à l'intérieur. Toutes les surfaces touchées par la main humaine - portes, poignées, garde-corps, raccords d'eau, plans de travail, lits - seront fabriquées par des spécialistes uniquement à partir de ce métal étonnant.
Marquage sur cuivre
Quelles qualités de cuivre une personne utilise-t-elle pour fabriquer les produits dont elle a besoin ? Ils sont nombreux: M00, M0, M1, M2, M3. En général, les qualités de cuivre sont identifiées par la pureté de leur contenu.
Par exemple, les grades de cuivre M1r, M2r et M3r contiennent 0,04 % de phosphore et 0,01 % d'oxygène, et les grades M1, M2 et M3 - 0,05-0,08 % d'oxygène. Il n'y a pas d'oxygène dans le grade M0b, et dans MO son pourcentage est de 0,02 %.
Regardons donc de plus près le cuivre. Le tableau ci-dessous fournira des informations plus précises:
| Grade de cuivre | M00 | M0 | M0b | M1 | M1p | M2 | M2r | M3 | M3r | M4 |
|
Pourcentage contenu cuivre |
99, 99 | 99, 95 | 99, 97 | 99, 90 | 99, 70 | 99, 70 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 00 |
27 nuances de cuivre
Il existe vingt-sept qualités de cuivre au total. Où une personne utilise-t-elle une telle quantité de matériaux en cuivre ? Considérez cette nuance plus en détail:
- Le matériau Cu-DPH est utilisé pour fabriquer les raccords nécessaires au raccordement des tuyaux.
- AMF est nécessaire pour créer des anodes laminées à chaud et à froid.
- AMPU est utilisé pour la production d'anodes laminées à froid et à chaud.
- M0 est nécessaire pour créer des conducteurs de courant et des alliages haute fréquence.
- Le matériau M00 est utilisé pour la fabrication d'alliages haute fréquence et de conducteurs de courant.
- M001 est utilisé pour la fabrication de fils, pneus et autres produits électriques.
- M001b est requis pour la fabrication de produits électriques.
- M00b est utilisé pour créer des conducteurs de courant, des alliages haute fréquence et des dispositifs pour l'industrie du vide électrique.
- M00k - matière première pour la création d'ébauches déformées et coulées.
- M0b est utilisé pour créer des alliages à haute fréquence.
- M0k est utilisé pour la production d'ébauches moulées et déformées.
- M1 nécessaire pour la fabricationfils et produits de technologie cryogénique.
- M16 est utilisé pour la production d'appareils pour l'industrie du vide.
- M1E est nécessaire pour créer une feuille et une bande laminées à froid.
- M1k est nécessaire pour créer des produits semi-finis.
- M1op est utilisé pour la fabrication de fils et d'autres produits électriques.
- M1p est utilisé pour fabriquer des électrodes utilisées pour le soudage de la fonte et du cuivre.
- M1pE est nécessaire pour la production de bandes et de feuilles laminées à froid.
- M1u est utilisé pour créer des anodes laminées à froid et à chaud.
- M1f est nécessaire pour créer du ruban adhésif, du papier d'aluminium, des tôles laminées à chaud et à froid.
- M2 est utilisé pour fabriquer des alliages à base de cuivre de haute qualité et des produits semi-finis.
- M2k est utilisé pour la production de produits semi-finis.
- M2p est nécessaire pour faire des barres.
- M3 est nécessaire pour la fabrication de produits laminés, d'alliages.
- M3r est utilisé pour créer des produits laminés et des alliages.
- MB-1 est nécessaire pour créer des bronzes contenant du béryllium.
- MSr1 est utilisé pour la fabrication de structures électriques.
