Le cuivre est l'un des métaux connus depuis l'Antiquité. La connaissance précoce de l'homme avec le cuivre a été facilitée par le fait qu'il se produit dans la nature à l'état libre sous la forme de pépites, qui atteignent parfois des tailles considérables. Le cuivre et ses alliages ont joué un rôle important dans le développement de la culture matérielle. En raison de la réductibilité facile des oxydes et des carbonates, le cuivre était, apparemment, le premier métal que l'homme a appris à réduire à partir des composés oxygénés contenus dans les minerais. Le nom latin de Medi vient du nom de l'île de Chypre, où les anciens Grecs exploitaient le minerai de cuivre. Dans les temps anciens, pour traiter la roche, elle était chauffée sur un feu et rapidement refroidie, et la roche se fissurait. Même dans ces conditions, des processus de restauration étaient possibles. Par la suite, la restauration a été réalisée dans des feux de joie avec une grande quantité de charbon et avec de l'air soufflé à travers des tuyaux et des soufflets. Les incendies ont été entourés de murs, qui ont progressivement augmenté, ce qui a conduit à la création d'un four à cuve. Plus tard, les méthodes de réduction ont cédé la place à la fusion par oxydation des minerais sulfurés de cuivre pour obtenir des produits intermédiaires - la matte (un alliage de sulfures), dans laquelle le cuivre est concentré, et le laitier (un alliage d'oxydes).

Distribution de cuivre dans la nature. La teneur moyenne en cuivre dans la croûte terrestre (Clarke) est de 4,7 × 10 -3% (en poids), dans la partie inférieure de la croûte terrestre, composée de roches basiques, elle est plus (1 × 10 -2%) que dans la partie supérieure (2 × 10 -3%), où prédominent le granite et les autres roches ignées acides. Le cuivre migre vigoureusement à la fois dans les eaux chaudes des profondeurs et dans les solutions froides de la biosphère; Le sulfure d'hydrogène précipite divers sulfures de cuivre dans les eaux naturelles, qui sont d'une grande importance industrielle. Parmi les nombreux minéraux du cuivre, les sulfures, les phosphates, les sulfates, les chlorures prédominent; le cuivre natif, les carbonates et les oxydes sont également connus.

Le cuivre est un élément important de la vie et est impliqué dans de nombreux processus physiologiques. La teneur moyenne en cuivre dans la matière vivante est de 2 · 10 -4%, les organismes sont connus - concentrateurs de cuivre. Dans la taïga et d'autres paysages à climat humide, le cuivre est relativement facilement lessivé des sols acides; ici, on observe une carence en cuivre et des maladies connexes des plantes et des animaux (en particulier sur les sables et les tourbières). Dans les steppes et les déserts (avec des solutions faiblement alcalines caractéristiques), le cuivre est inactif; dans les zones des gisements de cuivre, son excès est observé dans les sols et les plantes, ce qui rend les animaux domestiques malades.

Il y a très peu de cuivre dans l'eau du fleuve, 1 · 10 -7%. Le cuivre introduit dans l'océan avec ruissellement passe relativement rapidement dans les limons marins. Par conséquent, les argiles et les schistes sont quelque peu enrichis en cuivre (5,7 · 10 -3%) et l'eau de mer est nettement sous-saturée en cuivre (3 · 10 -7%).

Dans les mers des époques géologiques passées, il y avait à certains endroits une accumulation importante de cuivre dans les limons, ce qui a conduit à la formation de gisements (par exemple, Mansfeld en Allemagne). Le cuivre migre également vigoureusement dans les eaux souterraines de la biosphère; ces processus sont associés à l'accumulation de minerais de cuivre dans les grès.

Propriétés physiques du cuivre. La couleur du cuivre est rouge, rose à la rupture, bleu verdâtre lorsqu'il est translucide en fines couches. Le métal a un réseau cubique à faces centrées avec un paramètre a \u003d 3,6074 Å; densité 8,96 g / cm 3 (20 ° C). Rayon atomique 1,28 Å; rayons ioniques Cu + 0,98 Å; Cu 2 + 0,80 Â; t pl 1083 ° C; t balle 2600 ° C; chaleur spécifique (à 20 ° C) 385,48 J / (kg K), soit 0,092 cal / (g ° C). Les propriétés les plus importantes et largement utilisées du cuivre: conductivité thermique élevée - à 20 ° C 394,279 W / (m · K), soit 0,941 cal / (cm · sec · ° C); faible résistance électrique - à 20 ° C 1,68 · 10 -8 ohm · m. Coefficient thermique de dilatation linéaire 17,0 · 10 -6. La pression de vapeur sur le cuivre est négligeable, la pression de 133,322 n / m 2 (soit 1 mm Hg) n'est atteinte qu'à 1628 ° C. Le cuivre est diamagnétique; susceptibilité magnétique atomique 5.27 · 10 -6. Dureté Brinell du cuivre 350 MN / m 2 (soit 35 kgf / mm 2); résistance à la traction 220 MN / m 2 (soit 22 kgf / mm 2); allongement relatif 60%, module d'élasticité 132 · 10 3 MN / m 2 (soit 13,2 · 10 3 kgf / mm 2). Par écrouissage, la résistance à la traction peut être augmentée à 400-450 MN / m 2, tandis que l'allongement diminue à 2% et la conductivité électrique diminue de 1 à 3%. Le recuit du cuivre travaillé à froid doit être effectué à 600-700 ° C. De petites impuretés de Bi (millièmes de%) et de Pb (centièmes de%) rendent le cuivre rouge cassant et une impureté S provoque une fragilité au froid.

Propriétés chimiques du cuivre. En termes de propriétés chimiques, le cuivre occupe une position intermédiaire entre les éléments de la première triade du groupe VIII et les éléments alcalins du groupe I du système Mendeleev. Le cuivre, comme Fe, Co, Ni, est sujet à la complexation, donne des composés colorés, des sulfures insolubles, etc. La similitude avec les métaux alcalins est insignifiante. Ainsi, le cuivre forme un certain nombre de composés monovalents, cependant, il est plus caractéristique de l'état 2-valent. Les sels de cuivre monovalents dans l'eau sont pratiquement insolubles et sont facilement oxydés en composés de cuivre 2-valent; Les sels de cuivre 2-valent, au contraire, sont facilement solubles dans l'eau et sont complètement dissociés dans des solutions diluées. Les ions Cu 2+ hydratés sont bleus. On connaît également des composés dans lesquels le cuivre est 3-valent. Ainsi, l'action du peroxyde de sodium sur une solution de cuprite de sodium Na 2 CuO 2 a donné de l'oxyde de Cu 2 O 3, une poudre rouge qui commence à libérer de l'oxygène déjà à 100 ° C. Le Cu 2 O 3 est un oxydant puissant (par exemple, il libère du chlore de l'acide chlorhydrique).

L'activité chimique du cuivre est faible. Le métal compact à des températures inférieures à 185 ° C n'interagit pas avec l'air sec et l'oxygène. En présence d'humidité et de CO 2, un film vert de carbonate basique se forme à la surface du cuivre. Lorsque le cuivre est chauffé à l'air, une oxydation de surface se produit; en dessous de 375 ° C, il se forme du CuO, et dans la gamme 375-1100 ° C, avec une oxydation incomplète du cuivre, une échelle à deux couches, dans la couche superficielle de laquelle se trouve CuO, et dans la couche interne, Cu 2 O Le chlore humide interagit avec le cuivre déjà à température ordinaire, formant du chlorure CuCl 2, hautement soluble dans l'eau. Le cuivre se combine également facilement avec d'autres halogènes. Le cuivre présente une affinité particulière pour le soufre et le sélénium; ainsi, il brûle dans la vapeur de soufre. Le cuivre ne réagit pas avec l'hydrogène, l'azote et le carbone même à des températures élevées. La solubilité de l'hydrogène dans le cuivre solide est insignifiante et à 400 ° C est de 0,06 mg dans 100 g de cuivre. L'hydrogène et les autres gaz combustibles (CO, CH 4), agissant à haute température sur les lingots de cuivre contenant du Cu 2 O, le réduisent en métal avec formation de CO 2 et de vapeur d'eau. Ces produits, insolubles dans le cuivre, en sont libérés, provoquant l'apparition de fissures qui détériorent fortement les propriétés mécaniques du cuivre.

Lorsque NH 3 passe sur le cuivre incandescent, il se forme du Cu 3 N. Déjà à la température de chauffage, le cuivre est exposé à des oxydes d'azote, à savoir NO, N 2 O (avec formation de Cu 2 O) et NO 2 (avec le formation de CuO). Les carbures Cu 2 C 2 et CuC 2 peuvent être obtenus par action de l'acétylène sur des solutions ammoniacales de sels de cuivre. Le potentiel d'électrode normal de cuivre pour la réaction Cu 2+ + 2e -\u003e Cu est de +0,337 V et pour la réaction Cu + + e -\u003e Cu est de +0,52 V. Par conséquent, le cuivre est déplacé de ses sels par des éléments plus électronégatifs (le fer est utilisé dans l'industrie) et ne se dissout pas dans les acides non oxydants. Dans l'acide nitrique, le cuivre se dissout pour former du Cu (NO 3) 2 et des oxydes d'azote, dans du H 2 SO 4 concentré chaud - avec la formation de CuSO 4 et du SO 2, dans du H 2 SO 4 dilué chauffé - lorsque l'air est soufflé à travers le Solution. Tous les sels de cuivre sont toxiques.

Le cuivre à l'état bivalent et monovalent forme de nombreux composés complexes très stables. Exemples de composés complexes de cuivre monovalent: (NH 4) 2 CuBr 3; K 3 Cu (CN) 4 - complexes du type de sels doubles; Cl et autres. Exemples de composés complexes de cuivre 2-valent: CsCuCl 3, K 2 CuCl 4 - type de sels doubles. Les composés complexes d'ammoniac du cuivre sont d'une grande importance industrielle: [Cu (NH 3) 4] SO 4, [Cu (NH 3) 2] SO 4.

Obtenir du cuivre. Les minerais de cuivre sont caractérisés par une faible teneur en cuivre. Par conséquent, avant la fusion, le minerai finement broyé est soumis à un enrichissement mécanique; dans ce cas, les minéraux précieux sont séparés de la masse principale de stériles; en conséquence, un certain nombre de concentrés commerciaux (par exemple, cuivre, zinc, pyrite) et des résidus sont obtenus.

Dans la pratique mondiale, 80% du cuivre est extrait des concentrés par des méthodes pyrométallurgiques basées sur la fusion de toute la masse du matériau. Dans le processus de fusion, en raison de la plus grande affinité du cuivre pour le soufre et des composants de la gangue et du fer pour l'oxygène, le cuivre est concentré dans le sulfure fondu (matte) et les oxydes forment des scories. La matte est séparée du laitier par décantation.

Dans la plupart des usines modernes, la fusion est réalisée dans des fours réverbérants ou électriques. Dans les fours à réverbération, l'espace de travail est étiré horizontalement; surface du foyer de 300 m 2 et plus (30 mx 10 m); La chaleur nécessaire à la fusion est obtenue en brûlant du combustible carboné (gaz naturel, fioul) dans l'espace gazeux au-dessus de la surface du bain. Dans les fours électriques, la chaleur est obtenue en faisant passer un courant électrique à travers le laitier fondu (le courant est fourni au laitier par des électrodes en graphite immergées dans celui-ci).

Cependant, la fusion réfléchissante et électrique basée sur des sources externes de chaleur sont des processus imparfaits. Les sulfures, qui constituent l'essentiel des concentrés de cuivre, ont un pouvoir calorifique élevé. Par conséquent, des méthodes de fusion sont de plus en plus introduites, dans lesquelles la chaleur de combustion des sulfures est utilisée (l'agent oxydant est de l'air chauffé, de l'air enrichi en oxygène ou de l'oxygène technique). Des concentrés de sulfures fins et pré-séchés sont soufflés avec un courant d'oxygène ou d'air dans un four chauffé à une température élevée. Les particules brûlent en suspension (fusion d'oxygène).

Les minerais sulfurés riches en grumeaux (2-3% Cu) à haute teneur en soufre (35-42% S) sont dans certains cas directement envoyés pour fondre dans des fours à cuve (fours avec un espace de travail vertical). Dans l'une des variétés de fonderie minière (fusion de cuivre-soufre), du coke fin est ajouté à la charge, ce qui réduit le SO 2 dans les horizons supérieurs du four en soufre élémentaire. Le cuivre est également concentré dans la matte dans ce processus.

La matte liquide obtenue lors de la fusion (principalement Cu 2 S, FeS) est versée dans un convertisseur - un réservoir cylindrique en tôle d'acier, revêtu de briques de magnésite de l'intérieur, équipé d'une rangée latérale de tuyères pour souffler de l'air et d'un dispositif pour tournant autour d'un axe. De l'air comprimé est soufflé à travers la couche mate. La conversion matte se déroule en deux étapes. Premièrement, le sulfure de fer est oxydé et du quartz est ajouté au convertisseur pour lier les oxydes de fer; du laitier de convertisseur se forme. Ensuite, le sulfure de cuivre est oxydé pour former du cuivre métallique et du SO 2. Ce cuivre blister est coulé dans des moules. Des lingots (et parfois du cuivre blister fondu directement) afin d'extraire des satellites précieux (Au, Ag, Se, Fe, Bi et autres) et d'éliminer les impuretés nocives sont envoyés au raffinage au feu. Il est basé sur l'affinité des métaux-impuretés pour l'oxygène plus élevée que celle du cuivre: Fe, Zn, Co et en partie Ni et d'autres sous forme d'oxydes passent dans le laitier, et le soufre (sous forme de SO 2) est éliminé avec des gaz. Après avoir enlevé le laitier, le cuivre est «taquiné» pour restaurer le Cu 2 O dissous en immergeant les extrémités des billes de bouleau ou de pin brutes dans le métal liquide, après quoi il est coulé dans des moules plats. Pour le raffinage électrolytique, ces lingots sont mis en suspension dans un bain avec une solution de CuSO 4 acidifiée avec H 2 SO 4. Ils servent d'anodes. Lorsque le courant passe, les anodes se dissolvent et du cuivre pur est déposé sur les cathodes - de fines feuilles de cuivre, également obtenues par électrolyse dans des bains de matrice spéciaux. Des additifs tensioactifs (colle à bois, thiourée et autres) sont ajoutés à l'électrolyte pour isoler les sédiments lisses et denses. Le cuivre cathodique obtenu est lavé à l'eau et refondu. Métaux nobles, Se, Te et autres compagnons précieux Le cuivre est concentré dans la boue anodique, dont ils sont extraits par un traitement spécial. Le nickel est concentré dans l'électrolyte; en prélevant une partie des solutions d'évaporation et de cristallisation, il est possible d'obtenir du Ni sous forme de sulfate de nickel.

Parallèlement aux méthodes pyrométallurgiques, des méthodes hydrométallurgiques pour obtenir du cuivre sont également utilisées (principalement à partir de minerais oxydés et natifs pauvres). Ces méthodes sont basées sur la dissolution sélective de minéraux cuivreux, généralement dans des solutions faibles de H 2 SO 4 ou d'ammoniac. Le cuivre est soit précipité de la solution avec du fer, soit isolé par électrolyse avec des anodes insolubles. Les méthodes d'hydro-flottation combinées sont très prometteuses lorsqu'elles sont appliquées aux minerais mixtes, dans lesquels les composés oxygénés du cuivre sont dissous dans des solutions d'acide sulfurique et les sulfures sont libérés par flottation. Les procédés hydrométallurgiques en autoclave à des températures et des pressions élevées se répandent également.

Application de cuivre. Le grand rôle du cuivre dans la technologie est dû à un certain nombre de ses propriétés précieuses et, surtout, à sa conductivité électrique, sa plasticité et sa conductivité thermique élevées. En raison de ces propriétés, le cuivre est le matériau principal des fils; plus de 50% du cuivre extrait est utilisé dans l'industrie électrique. Toutes les impuretés réduisent la conductivité électrique du cuivre et, par conséquent, dans l'électrotechnique, on utilise du métal des plus hautes qualités, contenant au moins 99,9% de Cu. Une conductivité thermique élevée et une résistance à la corrosion permettent de fabriquer des pièces critiques d'échangeurs de chaleur, de réfrigérateurs, d'appareils à vide, etc. à partir de cuivre.Environ 30 à 40% du cuivre est utilisé sous forme d'alliages divers, parmi lesquels le laiton (de 0 à 50% Zn) et divers types de bronzes: étain, aluminium, plomb, béryllium, etc. Outre les besoins de l'industrie lourde, des communications, des transports, une certaine quantité de cuivre (principalement sous forme de sels) est consommée pour la la préparation de pigments minéraux, la lutte contre les ravageurs et les maladies des plantes, en tant que micronutriments, catalyseurs de processus oxydants, ainsi que dans l'industrie du cuir et de la fourrure et dans la production de soie artificielle.

Le cuivre est utilisé comme matériau artistique depuis l'âge du cuivre (bijoux, sculpture, ustensiles, vaisselle). Les produits forgés et coulés en cuivre et alliages sont décorés de ciselures, gravures et gaufrages. La facilité de traitement du cuivre (en raison de sa douceur) permet aux artisans de réaliser une variété de textures, une étude minutieuse des détails et une modélisation subtile de la forme. Les produits en cuivre se distinguent par la beauté des tons dorés ou rougeâtres, ainsi que par la propriété d'acquérir de la brillance lorsqu'ils sont polis. Le cuivre est souvent doré, patiné, teinté et décoré d'émail. Depuis le XVe siècle, le cuivre est également utilisé pour la fabrication de plaques d'impression.

Du cuivre dans le corps. Le cuivre est un oligo-élément nécessaire aux plantes et aux animaux. La principale fonction biochimique du cuivre est la participation à des réactions enzymatiques en tant qu'activateur ou en tant que partie d'enzymes contenant du cuivre. La quantité de cuivre dans les plantes varie de 0,0001 à 0,05% (matière sèche) et dépend du type de plante et de la teneur en cuivre du sol. Dans les plantes, le cuivre est un composant des enzymes oxydases et de la protéine plastocyanine. À des concentrations optimales, le cuivre augmente la résistance au froid des plantes, favorise leur croissance et leur développement. Parmi les animaux, certains invertébrés sont les plus riches en cuivre (chez les mollusques et les crustacés, l'hémocyanine contient 0,15-0,26% de cuivre). Venant avec la nourriture, le cuivre est absorbé dans l'intestin, se lie à l'albumine protéique sérique, puis absorbé par le foie, d'où, dans le cadre de la protéine céruloplasmine, il retourne dans le sang et est délivré aux organes et tissus.

La teneur en cuivre chez l'homme varie (pour 100 g de poids sec) de 5 mg dans le foie à 0,7 mg dans les os, dans les liquides organiques - de 100 μg (pour 100 ml) dans le sang à 10 μg dans le liquide céphalo-rachidien; le cuivre total dans le corps d'un adulte est d'environ 100 mg. Le cuivre fait partie d'un certain nombre d'enzymes (par exemple, la tyrosinase, la cytochrome oxydase), stimule la fonction hématopoïétique de la moelle osseuse. De petites doses de cuivre affectent le métabolisme des glucides (diminution de la glycémie), des minéraux (diminution de la quantité de phosphore dans le sang) et autres. Une augmentation de la teneur en cuivre dans le sang conduit à la conversion des composés minéraux du fer en composés organiques, stimule l'utilisation du fer accumulé dans le foie lors de la synthèse de l'hémoglobine.

En l'absence de cuivre, les plantes céréalières sont affectées par la maladie dite de transformation, les plantes fruitières - par l'exanthème; chez les animaux, l'absorption et l'utilisation du fer diminuent, ce qui conduit à une anémie accompagnée de diarrhée et d'émaciation. Des engrais à base de micronutriments de cuivre et l'alimentation des animaux avec des sels de cuivre sont utilisés. L'empoisonnement au cuivre entraîne une anémie, une maladie du foie, la maladie de Wilson. Chez l'homme, l'empoisonnement se produit rarement en raison des mécanismes subtils d'absorption et d'excrétion du cuivre. Cependant, à fortes doses, le cuivre provoque des vomissements; lorsque le cuivre est absorbé, une intoxication générale peut survenir (diarrhée, affaiblissement de la respiration et de l'activité cardiaque, suffocation, coma).

En médecine, le sulfate de cuivre est utilisé comme antiseptique et astringent sous forme de collyre pour la conjonctivite et de crayons oculaires pour le traitement du trachome. La solution de sulfate de cuivre est également utilisée pour les brûlures cutanées avec du phosphore. Parfois, le sulfate de cuivre est utilisé comme émétique. Le nitrate de cuivre est utilisé sous forme de pommade oculaire pour le trachome et la conjonctivite.

LE CUIVRE (lat. Cuprum), Cu (lit "cuprum"), élément chimique du groupe I du tableau périodique de Mendeleev, numéro atomique 29, masse atomique 63,546.

Le cuivre naturel est constitué de deux nucléides stables 63 Cu (69,09% en poids) et 65 Cu (30,91%). La configuration des deux couches électroniques externes de l'atome de cuivre neutre est 3s 2 p 6 d 10 4s 1. Forme des composés aux états d'oxydation +2 (valence II) et +1 (valence I), présente très rarement des états d'oxydation +3 et +4.

Dans le système périodique de Mendeleev, le cuivre est situé dans la quatrième période et est inclus dans le groupe IB, qui comprend des métaux nobles tels que l'argent (Ag) et l'or (Au).

Le rayon de l'atome de cuivre neutre est de 0,128 nm, le rayon de l'ion Cu + est de 0,060 nm (numéro de coordination 2) à 0,091 nm (numéro de coordination 6), et l'ion Cu 2+ est de 0,071 nm (numéro de coordination 2) ) à 0,087 nm (numéro de coordination 6). L'énergie de l'ionisation consécutive de l'atome de cuivre est de 7,726; 20.291; 36,8; 58,9 et 82,7 eV. L'affinité électronique est de 1,8 eV. La fonction de travail de l'électron est de 4,36 eV. Sur l'échelle de Pauling, l'électronégativité du cuivre est de 1,9; le cuivre est un métal de transition. Le potentiel d'électrode standard Cu / Cu 2+ est de 0,339 V. Dans la série de potentiels standard, le cuivre est situé à droite de l'hydrogène (H) et ne déplace l'hydrogène ni de l'eau ni des acides.

La substance simple cuivre est un beau métal ductile rouge rosé.

Nom: le nom latin du cuivre vient du nom de l'île de Chypre (Cuprus), où le minerai de cuivre était extrait dans l'Antiquité; Il n'y a pas d'explication sans ambiguïté de l'origine de ce mot en russe.

Proprietes physiques et chimiques: le réseau cristallin du cuivre métallique est cubique, centré sur la face, le paramètre du réseau est a \u003d 0,36150 nm. Densité 8,92 g / cm 3, point de fusion 1083,4 ° C, point d'ébullition 2567 ° C. Le cuivre parmi tous les autres métaux a l'une des conductivités thermiques les plus élevées et l'une des résistances électriques les plus basses (à 20 ° C résistivité 1,68 · 10 –3 Ohm · m).

Dans une atmosphère sèche, le cuivre ne change pratiquement pas. Dans l'air humide, un film verdâtre de la composition Cu (OH) 2 · CuCO 3 se forme à la surface du cuivre en présence de dioxyde de carbone. Comme il y a toujours des traces de dioxyde de soufre et de sulfure d'hydrogène dans l'air, la composition du film de surface sur le cuivre métallique contient généralement des composés soufrés du cuivre. Un tel film qui se forme au fil du temps sur les produits en cuivre et ses alliages est appelé patine. La patine protège le métal de toute détérioration supplémentaire. Pour créer une "touche d'antiquité" sur les objets d'art, une couche de cuivre leur est appliquée, qui est ensuite spécialement patinée.

Lorsqu'il est chauffé à l'air, le cuivre se ternit et finit par noircir en raison de la formation d'une couche d'oxyde sur la surface. Il se forme d'abord l'oxyde Cu 2 O, puis l'oxyde CuO.

L'oxyde de cuivre (I) brun rougeâtre Cu 2 O, lorsqu'il est dissous dans les acides bromo et iodhydrique, forme respectivement le bromure de cuivre (I) CuBr et l'iodure de cuivre (I) CuI. Lorsque Cu 2 O interagit avec l'acide sulfurique dilué, le cuivre et le sulfate de cuivre apparaissent:

Cu 2 O + H 2 SO 4 \u003d Cu + CuSO 4 + H 2 O.

Lorsqu'il est chauffé à l'air ou à l'oxygène, Cu 2 O est oxydé en CuO, lorsqu'il est chauffé dans un courant d'hydrogène, il est réduit en un métal libre.

L'oxyde de cuivre noir (II) CuO, comme Cu 2 O, ne réagit pas avec l'eau. Lorsque CuO interagit avec des acides, des sels de cuivre (II) se forment:

CuO + H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + H 2 O

Lorsque CuO est fusionné avec des alcalis, des cuprates se forment, par exemple:

CuO + 2NaOH \u003d Na 2 CuO 2 + H 2 O

Le chauffage de Cu 2 O dans une atmosphère inerte conduit à une réaction de disproportionation:

Cu 2 O \u003d CuO + Cu.

Des agents réducteurs tels que l'hydrogène, le méthane, l'ammoniac, le monoxyde de carbone (II) et d'autres réduisent CuO en cuivre libre, par exemple:

CuO + CO \u003d Cu + CO 2.

En plus des oxydes de cuivre Cu 2 O et CuO, on a également obtenu un oxyde de cuivre (III) rouge foncé Cu 2 O 3, qui présente de fortes propriétés oxydantes.

Le cuivre réagit avec les halogènes, par exemple, lorsqu'il est chauffé, le chlore réagit avec le cuivre pour former le dichlorure brun foncé CuCl 2. Il existe également du difluorure de cuivre CuF 2 et du dibromure de cuivre CuBr 2, mais pas le diiodure de cuivre. Le CuCl 2 et le CuBr 2 sont très solubles dans l'eau, tandis que les ions cuivre s'hydratent et forment des solutions bleues.

Lorsque CuCl 2 réagit avec la poudre de cuivre métallique, un chlorure de cuivre (I) incolore insoluble dans l'eau CuCl se forme. Ce sel se dissout facilement dans l'acide chlorhydrique concentré et des anions complexes -, 2– et [СuCl 4] 3– se forment, par exemple, en raison du processus:

CuCl + НCl \u003d H

Lorsque le cuivre est fondu avec du soufre, il se forme du sulfure insoluble dans l'eau Cu 2 S. Le sulfure de cuivre (II) CuS précipite, par exemple, lorsque le sulfure d'hydrogène est passé à travers une solution de sel de cuivre (II):

H 2 S + CuSO 4 \u003d CuS + H 2 SO 4

Le cuivre ne réagit pas avec l'hydrogène, l'azote, le graphite, le silicium. Au contact de l'hydrogène, le cuivre devient cassant (la soi-disant «maladie de l'hydrogène» du cuivre) en raison de la dissolution de l'hydrogène dans ce métal.

En présence d'oxydants, principalement d'oxygène, le cuivre peut réagir avec l'acide chlorhydrique et diluer l'acide sulfurique, mais l'hydrogène n'évolue pas dans ce cas:

2Cu + 4HCl + O 2 \u003d 2CuCl 2 + 2H 2 O.

Le cuivre réagit assez activement avec l'acide nitrique à diverses concentrations, tandis que du nitrate de cuivre (II) se forme et divers oxydes d'azote sont libérés. Par exemple, avec 30% d'acide nitrique, la réaction du cuivre se déroule comme suit:

3Cu + 8HNO 3 \u003d 3Cu (NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.

Avec l'acide sulfurique concentré, le cuivre réagit avec un fort chauffage:

Cu + 2H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.

La capacité du cuivre à réagir avec des solutions de sels de fer (III) est d'une importance pratique, le cuivre se dissout et le fer (III) est réduit en fer (II):

2FeCl 3 + Cu \u003d CuCl 2 + 2FeCl 2

Ce procédé de gravure du cuivre au chlorure de fer (III) est notamment utilisé s'il est nécessaire d'enlever à certains endroits la couche de cuivre projetée sur le plastique.

Les ions cuivre Cu 2+ forment facilement des complexes avec l'ammoniac, par exemple de composition 2+. Lorsque l'acétylène C 2 H 2 est passé à travers des solutions ammoniacales de sels de cuivre, le carbure de cuivre (plus précisément l'acétylène) CuC 2 précipite.

L'hydroxyde de cuivre Cu (OH) 2 est caractérisé par la prédominance des propriétés de base. Il réagit avec les acides pour former du sel et de l'eau, par exemple:

Cu (OH) 2 + 2HNO 3 \u003d Cu (NO 3) 2 + 2H 2 O.

Mais Cu (OH) 2 réagit également avec des solutions concentrées d'alcalis, et les cuprates correspondants se forment, par exemple:

Cu (OH) 2 + 2NaOH \u003d Na 2

Si la cellulose est placée dans une solution de cuivre-ammoniac obtenue en dissolvant du Cu (OH) 2 ou du sulfate de cuivre basique dans de l'ammoniac, alors la dissolution de la cellulose est observée et une solution d'un complexe cuivre-ammoniac de cellulose se forme. Cette solution peut être utilisée pour fabriquer des fibres de cuivre-ammoniac, qui sont utilisées dans la production de lin tricoté et de divers tissus.

Être dans la nature: dans la croûte terrestre, la teneur en cuivre est d'environ 5 · 10 –3% en poids. Le cuivre est rarement trouvé sous sa forme native (la plus grosse pépite à 420 tonnes se trouve en Amérique du Nord). Parmi les minerais, les plus répandus sont les minerais sulfurés: chalcopyrite ou pyrite de cuivre, CuFeS 2 (30% de cuivre), covellite CuS (64,4% de cuivre), chalcocite ou lustre de cuivre, Cu 2 S (79,8% de cuivre), bornite Cu 5 FeS 4 (52 à 65% de cuivre). Il existe également de nombreux minerais d'oxydes de cuivre, par exemple: la cuprite Cu 2 O (81,8% de cuivre), la malachite CuCO 3 · Cu (OH) 2 (57,4% de cuivre) et autres. Il existe 170 minéraux cuivreux connus, dont 17 sont utilisés à l'échelle industrielle.

Il existe de nombreux minerais de cuivre différents, mais il y a peu de gisements riches sur le globe, en outre, les minerais de cuivre sont extraits depuis plusieurs centaines d'années, de sorte que certains gisements sont complètement épuisés. Souvent, la source de cuivre est des minerais polymétalliques qui, en plus du cuivre, contiennent du fer (Fe), du zinc (Zn), du plomb (Pb) et d'autres métaux. En tant qu'impuretés, les minerais de cuivre contiennent généralement des oligo-éléments (cadmium, sélénium, tellure, gallium, germanium et autres), ainsi que de l'argent et parfois de l'or. Pour le développement industriel, on utilise des minerais dont la teneur en cuivre est légèrement supérieure à 1% en poids, voire moins. L'eau de mer contient environ 1 · 10 –8% de cuivre.

Réception: la production industrielle de cuivre est un processus complexe en plusieurs étapes. Le minerai extrait est concassé et, en règle générale, la méthode de concentration par flottation est utilisée pour séparer les stériles. Le concentré résultant (contient 18 à 45% en poids de cuivre) est soumis à un grillage dans un haut fourneau à air. À la suite de la cuisson, une cendre se forme - une substance solide contenant, en plus du cuivre, également des impuretés d'autres métaux. La cendre est fondue dans des fours réfléchissants ou des fours électriques. Après cette fusion, en plus du laitier, la soi-disant matte se forme, dans laquelle la teneur en cuivre peut atteindre 40 à 50%. Ensuite, la matte est convertie - de l'air comprimé enrichi en oxygène est soufflé à travers la matte fondue. Un flux de quartz (sable SiO 2) est ajouté à la matte. Au cours du processus de conversion, le sulfure de fer FeS contenu dans la matte en tant qu'impureté indésirable passe dans le laitier et est libéré sous forme de dioxyde de soufre SO 2:

2FeS + 3O 2 + 2SiO 2 \u003d 2FeSiO 3 + 2SO 2

Dans le même temps, le sulfure de cuivre (I) Cu 2 S est oxydé:

2Cu 2 S + 3О 2 \u003d 2Cu 2 О + 2SO 2

2Cu 2 О + Cu 2 S \u003d 6Cu + SO 2

Le résultat est ce qu'on appelle le cuivre blister, dans lequel la teneur en cuivre lui-même est déjà de 98,5 à 99,3% en poids. Ensuite, le cuivre blister est affiné. Le raffinage à la première étape est le feu, il consiste dans le fait que le cuivre blister est fondu et que l'oxygène est passé à travers la fonte. Les impuretés de métaux plus actifs contenus dans le cuivre blister réagissent activement avec l'oxygène et passent dans les scories d'oxydes. Au stade final, le cuivre est soumis à un raffinage électrochimique dans une solution d'acide sulfurique, tandis que le cuivre blister sert d'anode et le cuivre purifié est libéré à la cathode. Avec cette purification, les impuretés de métaux moins actifs présents dans le cuivre blister précipitent sous forme de boue, tandis que les impuretés de métaux plus actifs restent dans l'électrolyte. La pureté du cuivre raffiné (cathode) atteint 99,9% ou plus.

Application: On pense que le cuivre est le premier métal que les humains ont appris à traiter et à utiliser pour leurs besoins. Trouvés dans le cours supérieur du Tigre, les produits du cuivre remontent au dixième millénaire avant JC. Plus tard, l'utilisation généralisée des alliages de cuivre a déterminé la culture matérielle de l'âge du bronze (fin 4e - début 1er millénaire avant JC) et a encore accompagné le développement de la civilisation à toutes les étapes. Le cuivre et le cuivre étaient utilisés pour la fabrication de vaisselle, d'ustensiles, de bijoux et de divers produits d'art. Le rôle du bronze était particulièrement important.

Depuis le 20e siècle, l'utilisation principale du cuivre est due à sa conductivité électrique élevée. Plus de la moitié du cuivre extrait est utilisé en électrotechnique pour la fabrication de divers fils, câbles, pièces conductrices d'équipements électriques. En raison de sa conductivité thermique élevée, le cuivre est un matériau irremplaçable pour divers échangeurs de chaleur et équipements de réfrigération. Le cuivre est largement utilisé dans la galvanoplastie - pour l'application de revêtements de cuivre, pour la production de produits à parois minces de formes complexes, pour la fabrication de clichés dans l'industrie de l'impression, etc.

Les alliages de cuivre sont d'une grande importance - laiton (le principal additif est le zinc (Zn)), bronze (alliages avec différents éléments, principalement des métaux - étain (Sn), aluminium (Al), béryl (Be), plomb (Pb), cadmium (Cd) et autres, à l'exception du zinc (Zn) et du nickel (Ni)) et des alliages cuivre-nickel, y compris le cupronickel et le nickel-argent. Selon la marque (composition), les alliages sont utilisés dans divers domaines technologiques comme matériaux structurels, antidictifs, résistants à la corrosion, ainsi que des matériaux ayant une conductivité électrique et thermique donnée. Alliages dits pièces (cuivre avec aluminium (Al) et le cuivre avec du nickel (Ni)) est utilisé pour frapper des pièces de monnaie - «cuivre» et «argent»; mais le cuivre est inclus dans les pièces en argent et en or.

Rôle biologique: le cuivre est présent dans tous les organismes et appartient au nombre d'oligo-éléments nécessaires à leur développement normal (voir. Éléments biogéniques). Chez les plantes et les animaux, la teneur en cuivre varie de 10 -15 à 10 -3%. Le tissu musculaire humain contient 1 · 10 –3% de cuivre, le tissu osseux - (1–26) · 10 –4%, le sang contient 1,01 mg / l de cuivre. Au total, le corps d'une personne moyenne (poids corporel 70 kg) contient 72 mg de cuivre. Le rôle principal du cuivre dans les tissus des plantes et des animaux est la participation à la catalyse enzymatique. Le cuivre sert d'activateur d'un certain nombre de réactions et fait partie des enzymes contenant du cuivre, principalement des oxydases, qui catalysent les réactions d'oxydation biologique. La plastocyanine, une protéine contenant du cuivre, est impliquée dans le processus de photosynthèse. Une autre protéine contenant du cuivre, l'hémocyanine, agit comme l'hémoglobine chez certains invertébrés. Puisque le cuivre est toxique, il est lié au corps de l'animal. Une partie importante de celui-ci fait partie de la protéine céruloplasmine formée dans le foie, qui circule avec la circulation sanguine et détruit le cuivre vers les sites de synthèse d'autres protéines contenant du cuivre. La céruloplasmine a également une activité catalytique et est impliquée dans les réactions d'oxydation. Le cuivre est essentiel à la mise en œuvre de diverses fonctions corporelles - respiration, hématopoïèse (stimule l'absorption du fer et la synthèse de l'hémoglobine), le métabolisme des glucides et des minéraux. Une carence en cuivre provoque des maladies chez les plantes, les animaux et les humains. Avec de la nourriture, une personne reçoit 0,5 à 6 mg de cuivre par jour.

Le cuivre est un métal qui a été l'un des premiers à être maîtrisé par l'homme et qui a été largement utilisé en raison de son bas point de fusion. Ce métal se trouve dans la nature encore plus souvent que le fer. L'utilisation généralisée du cuivre a commencé immédiatement après l'âge de pierre. S.A. Semyonov a mené de nombreuses études qui ont montré que l'utilisation d'outils et d'outils en cuivre offre beaucoup plus d'avantages que ceux en pierre.

Dans les temps anciens, le cuivre était utilisé non seulement sous sa forme pure, mais également dans des alliages avec de l'étain, appelant le bronze métallique résultant. Le bronze était utilisé pour fabriquer des outils, des outils, de la vaisselle et des ornements car il était plus durable que le cuivre.
Au départ, le cuivre n'était pas extrait du sulfure, mais du minerai de malachite, car il nécessitait beaucoup moins de traitement supplémentaire. Pour obtenir du cuivre, un mélange de minerai de malachite et de charbon a été placé dans un récipient en terre, le conteneur a été placé dans une petite fosse, puis le charbon a été incendié. Le monoxyde de carbone provenant de la combustion du charbon produit du cuivre libre à partir de la malachite. Déjà vers le 3ème millénaire avant JC. à Chypre, des mines étaient engagées dans l'extraction et la fusion du cuivre.

Pourquoi le cuivre a été nommé de cette façon

En latin, le cuivre sonne comme Cuprum, et ce nom vient de la première mine de l'île de Chypre. Un autre nom latin du cuivre est Aes, qui signifie le mien.
Le mot cuivre se trouve déjà dans les œuvres littéraires les plus anciennes, mais il n'y a pas de désignation claire. V.I. Abaev a suggéré d'appeler le cuivre métallique, basé sur le nom du pays des médias: * Mѣd de ir. Mada.
Les alchimistes appelaient à l'origine le cuivre "Vénus", bien que le nom "Mars" se trouve dans des traités plus anciens.

Propriétés physiques du cuivre

Le cuivre est un métal très ductile de couleur rose doré. Lorsqu'il interagit avec un environnement aérien, le cuivre se recouvre en un temps assez court d'un film d'oxyde, ce qui lui donne une teinte rouge jaunâtre.
Le cuivre est l'un des rares métaux à avoir une couleur, car la plupart des métaux contiennent de l'argent.
Le cuivre a une conductivité thermique élevée et, en termes de conductivité électrique, il se classe deuxième parmi tous les métaux. De plus, ce métal présente un coefficient de résistance à haute température: 0,4% / ° C.
Il existe de nombreux alliages avec le cuivre: alliage avec zinc - laiton, alliage avec étain - bronze, alliage avec nickel - cupronickel, etc.

L'utilisation du cuivre dans la production

L'utilisation du cuivre dans la production est assez étendue, car ce métal présente des avantages significatifs. Le plus souvent, le cuivre est utilisé:

1. En électrotechnique - en raison de la faible résistivité. En électrotechnique, il est utilisé pour la fabrication de câbles et de conducteurs.
2. Système de refroidissement pour caloducs d'ordinateur portable - utilisé en raison de sa conductivité thermique élevée.
3. Pour créer des tuyaux - le cuivre a une résistance élevée et est excellent pour le traitement des produits métalliques. Les tuyaux en cuivre sont excellents pour le transport de gaz et de liquides. Dans certains pays, le cuivre est le principal matériau de fabrication des tuyaux.
4. En joaillerie, ce métal est largement utilisé pour créer des bijoux, car il entre facilement en contact avec d'autres métaux précieux.
5. Le cuivre est un conducteur d'électricité idéal et est donc excellent pour les installations à induction. En règle générale, l'inducteur est en cuivre.

Le champ d'application du cuivre est assez vaste et ne se limite pas aux seuls domaines décrits ci-dessus. Aujourd'hui, le cuivre est un métal répandu qui facilite la tâche de nombreuses entreprises métallurgiques. Le cuivre se prête facilement à ce type de traitement thermique comme chauffage et brasage.

• Depuis le XVe siècle, les Indiens de l'Équateur fondent du cuivre, contenant 99,5%, et en créent des pièces. La pièce, fabriquée par les Indiens, a circulé dans la majeure partie de l'Amérique du Sud, y compris l'utilisation des Incas.
• Au Japon, les tuyaux en cuivre transportant du gaz sont reconnus comme les plus «résistants aux tremblements de terre».
• Le corps d'un adulte peut contenir jusqu'à 80 mg de cuivre.
• Des scientifiques polonais ont découvert que dans les réservoirs contenant du cuivre, les carpes sont particulièrement grosses.

Nous nous sommes donc familiarisés avec un métal aussi polyvalent et populaire que le cuivre. Le prix du cuivre atteint aujourd'hui jusqu'à 8 000 dollars la tonne.

Les gens ont appris à fondre le cuivre en métal dur avant même notre ère. Le nom de l'élément selon le tableau périodique est Cuprum, en l'honneur du premier emplacement de masse de la production de cuivre. C'était sur l'île de Chypre au troisième millénaire avant JC. a commencé à extraire du minerai. Le métal s'est imposé comme une bonne arme et un beau matériau brillant pour faire de la vaisselle et d'autres appareils.

Processus de fusion du cuivre

La fabrication d'articles demandait beaucoup d'efforts en l'absence de technologie. Au cours des premières étapes du développement de la civilisation et de la recherche de nouveaux métaux, les gens ont appris à extraire et fondre le minerai de cuivre. Le minerai a été obtenu à l'état de malachite plutôt qu'à l'état de sulfure. Obtenir du cuivre libre à la sortie, à partir de laquelle les pièces pouvaient être fabriquées, nécessitait un recuit. Pour exclure les oxydes, du métal avec du charbon de bois a été placé dans un récipient en argile. Le métal a été enflammé dans une fosse spécialement préparée, le monoxyde de carbone formé au cours du processus a contribué au processus d'apparition du cuivre libre.

Pour des calculs précis, un graphique de fusion du cuivre a été utilisé. A ce moment, un calcul précis du temps et de la température approximative à laquelle le cuivre a été fondu a été effectué.

Cuivre et ses alliages

Le métal a une teinte jaune rougeâtre en raison du film d'oxyde qui se forme lorsque le métal interagit pour la première fois avec l'oxygène. Le film donne un aspect noble et possède des propriétés anti-corrosion.

Il existe maintenant plusieurs façons de miner le métal. La pyrite et le lustre de cuivre sont courants et se présentent sous forme de minerais sulfurés. Chacune des technologies de production de cuivre nécessite une approche particulière et un suivi du processus.

L'exploitation minière naturelle a lieu sous la forme de recherche de schiste et de pépites de cuivre. Des dépôts volumineux sous forme de roches sédimentaires sont situés au Chili, et des grès et des schistes de cuivre sont situés au Kazakhstan. L'utilisation du métal est due à son bas point de fusion. Presque tous les métaux fondent en brisant le réseau cristallin.

Ordre de fusion de base et propriétés:

• aux seuils de température de 20 à 100 °, le matériau conserve pleinement ses propriétés et son aspect, la couche d'oxyde supérieure reste en place;
• le réseau cristallin se désintègre à environ 1082 °, l'état physique devient liquide et la couleur est blanche. Le niveau de température est retardé pendant un certain temps, puis continue d'augmenter;
• le point d'ébullition du cuivre commence vers 2595 °, du carbone est libéré, une ébullition caractéristique se produit;
• lorsque la source de chaleur est éteinte, la température diminue et une transition vers l'étage solide se produit.

La fonte du cuivre est possible à domicile, sous certaines conditions. Les étapes et la complexité de la tâche dépendent du choix de l'équipement.

Propriétés physiques

Caractéristiques de base du métal:

• sous sa forme pure, la densité du métal est de 8,93 g / cm 3;
• bonne conductivité électrique avec un indicateur de 55,5S, à une température d'environ 20⁰;
• transfert de chaleur 390 J / kg;
• l'ébullition se produit vers 2600 °, après quoi le dégagement de carbone commence;
• résistivité électrique dans la plage de température moyenne - 1,78 × 10 Ohm / m.

Les principaux domaines d'exploitation du cuivre sont à des fins électriques. Un transfert thermique et une plasticité élevés permettent de l'utiliser pour diverses tâches. Les alliages de cuivre avec nickel, laiton, bronze rendent le coût plus acceptable et améliorent les performances.

Dans la nature, sa composition n'est pas homogène, car elle contient un certain nombre d'éléments cristallins qui forment une structure stable avec elle, les soi-disant solutions, qui peuvent être divisées en trois groupes:

1. Des solutions solides. Formé si la composition contient des impuretés de fer, de zinc, d'antimoine, d'étain, de nickel et de nombreuses autres substances. De tels événements réduisent considérablement sa conductivité électrique et thermique. Ils compliquent le type de traitement sous pression à chaud.
2. Les impuretés se dissolvent dans la grille de cuivre. Ceux-ci incluent le bismuth, le plomb et d'autres composants. N'altère pas la qualité de la conductivité électrique, mais complique le traitement sous pression.
3. Impuretés qui forment des composés chimiques fragiles. Cela comprend l'oxygène et le soufre, ainsi que d'autres éléments. Ils détériorent les propriétés de résistance, notamment en réduisant la conductivité électrique.

La masse de cuivre avec des impuretés est beaucoup plus grande que sous sa forme pure. De plus, les éléments d'impuretés affectent considérablement les caractéristiques finales du produit fini. Par conséquent, leur composition totale, y compris quantitative, doit être réglementée séparément au stade de la production. Considérons plus en détail l'influence de chaque élément sur les caractéristiques des produits finis en cuivre.

1. Oxygène. L'un des éléments les plus indésirables pour n'importe quel matériau, pas seulement le cuivre. Avec sa croissance, des qualités telles que la plasticité et la résistance aux processus de corrosion se détériorent. Sa teneur ne doit pas dépasser 0,008%. Pendant le traitement thermique, à la suite de processus d'oxydation, la teneur quantitative de cet élément diminue.
2. Nickel. Forme une solution stable et réduit considérablement les valeurs de conductivité.
3. Soufre ou sélénium. Les deux composants ont le même effet sur la qualité du produit fini. Une concentration élevée de tels événements réduit les propriétés plastiques des produits en cuivre. La teneur en ces composants ne doit pas dépasser 0,001% de la masse totale.
4. Bismuth. Cela affecte négativement les caractéristiques mécaniques et technologiques du produit fini. La teneur maximale ne doit pas dépasser 0,001%.
5. Arsenic. Il ne change pas ses propriétés, mais forme une solution stable, c'est une sorte de protecteur contre les effets néfastes d'autres éléments comme l'oxygène, l'antimoine ou le bismuth.

1. Manganèse. Il est capable de se dissoudre complètement dans le cuivre à presque la température ambiante. Affecte la conductivité du courant.
2. Antimoine. Le composant se dissoudra mieux dans le cuivre, lui causant un dommage minimal. Sa teneur ne doit pas dépasser 0,05% en poids de cuivre.
3. Étain. Forme une solution stable avec le cuivre et améliore ses propriétés de conduction thermique.
4. Zinc. Son contenu est toujours minime, il n'a donc pas un tel effet nocif.

Phosphore. Le désoxydant principal du cuivre, dont la teneur maximale à une température de 714 ° C est de 1,7%.

Un alliage à base de cuivre additionné de zinc est appelé laiton. Dans certaines situations, l'étain est ajouté dans de plus petites proportions. James Emerson a décidé de breveter la combinaison en 1781. La teneur en zinc de l'alliage peut varier de 5 à 45%. Les laitons se distinguent en fonction du but et des spécifications:

• simple, composé de deux composants - cuivre et zinc. Le marquage de ces alliages est indiqué par la lettre "L", qui signifie directement la teneur en cuivre de l'alliage en pourcentage;
• laiton multicomposant - contient de nombreux autres métaux, en fonction de l'utilisation prévue. De tels alliages augmentent les propriétés de performance des produits, ils sont également désignés par la lettre "L", mais avec l'ajout de chiffres.

Les propriétés physiques du laiton sont relativement élevées, la résistance à la corrosion est moyenne. La plupart des alliages ne sont pas critiques aux basses températures, il est possible de faire fonctionner le métal dans diverses conditions.
La technologie de production du laiton interagit avec les processus de l'industrie du cuivre et du zinc, le traitement des matières premières secondaires. Une méthode efficace de fusion consiste à utiliser un four électrique de type à induction avec une sortie magnétique et un contrôle de température. Après avoir obtenu une masse homogène, il est coulé dans des moules et subit des processus de déformation.

L'utilisation du matériau dans diverses industries augmente la demande chaque année. L'alliage est utilisé dans la construction de la cour et la fabrication de munitions, de diverses bagues, adaptateurs, boulons, écrous et matériaux de plomberie.

Le métal non ferreux pour la fabrication de produits de différents types est utilisé depuis l'Antiquité. Ce fait est confirmé par les matériaux trouvés lors des fouilles archéologiques. La composition du bronze était à l'origine riche en étain.

L'industrie produit un nombre différent de variétés de bronze. Un artisan expérimenté est en mesure de déterminer son objectif par la couleur du métal. Cependant, tout le monde ne peut pas déterminer la qualité exacte du bronze; le marquage est utilisé à cet effet. Les méthodes de production de bronze sont subdivisées en fonderie, lors de la fusion et de la coulée, et travaillées.

La composition du métal dépend de son utilisation prévue. Le principal indicateur est la présence de béryllium. La concentration accrue de l'élément dans l'alliage soumis à la procédure de durcissement peut concurrencer les aciers à haute résistance. La présence d'étain dans la composition enlève la flexibilité et la ductilité du métal.

La production d'alliages de bronze a changé depuis l'Antiquité par l'introduction de facto d'équipements modernes. La technologie utilisant le charbon de bois comme fondant est encore utilisée aujourd'hui. La séquence d'obtention du bronze:

• le four est chauffé à la température requise, après quoi le creuset y est installé;
• après la fusion, le métal peut s'oxyder, pour éviter cela, un fondant est ajouté sous forme de charbon de bois;
• le cuivre phosphorique sert de catalyseur acide; l'addition se produit après que l'alliage est complètement chauffé.

Fonte du bronze

Les objets en bronze antique sont soumis à des processus naturels - la patine. Une couleur verdâtre avec une teinte blanche apparaît en raison de la formation d'un film qui enveloppe le produit. Les méthodes de patinage artificiel comprennent des méthodes utilisant du soufre et un chauffage parallèle à une température spécifique.

Température de fusion du cuivre

Le matériau fond à une certaine température, qui dépend de la présence et de la quantité d'alliages dans la composition.

Dans la plupart des cas, le processus se déroule à des températures de 1085 °. La présence d'étain dans l'alliage donne un emballement, la fusion du cuivre peut commencer à 950 °. Le zinc dans la composition abaisse également la limite inférieure à 900 °.

Pour une synchronisation précise, vous avez besoin d'un graphique de fusion du cuivre. Sur une feuille de papier ordinaire, un graphique est utilisé, où le temps est marqué horizontalement et les degrés sont indiqués verticalement. Le graphique doit indiquer à quels points la température est maintenue pendant le chauffage pendant le processus de cristallisation complet.

Faire fondre le cuivre à la maison

À la maison, les alliages de cuivre peuvent être fondus de plusieurs manières. Lorsque vous utilisez l'une des méthodes, vous aurez besoin de matériel connexe:

• creuset - un plat en cuivre durci ou autre métal réfractaire;
• le charbon de bois sera nécessaire comme fondant;
• crochet métallique;
• forme du futur produit.

L'option la plus simple pour la fusion est un four à moufle. Des morceaux de matériau tombent dans le conteneur. Après avoir réglé le point de fusion, le processus peut être observé à travers une fenêtre spéciale. La porte installée vous permet d'enlever le film d'oxyde formé au cours du processus, pour cela, vous avez besoin d'un crochet métallique pré-préparé.

La deuxième méthode de fusion à domicile consiste à utiliser une torche ou une torche. Propane - Les flammes d'oxygène sont idéales pour les applications de zinc ou d'étain. Des morceaux de matériaux pour le futur alliage sont placés dans un creuset et chauffés par le maître avec des mouvements arbitraires. Le point de fusion maximal du cuivre peut être atteint en interagissant avec une flamme bleue.

La fusion du cuivre à la maison implique de travailler à des températures élevées. La sécurité est une priorité. Des gants de protection ignifuges et des vêtements moulants et complets doivent être portés avant toute intervention.

Valeur de densité de cuivre

La densité est le rapport de la masse au volume. Il est exprimé en kilogrammes par mètre cube de volume total. En raison de l'hétérogénéité de la composition, la valeur de densité peut varier en fonction du pourcentage d'impuretés. Puisqu'il existe différentes qualités de cuivre laminé avec une teneur en composants différente, la valeur de densité sera différente pour eux. La densité du cuivre peut être trouvée dans des tableaux techniques spécialisés, qui est de 8,93x10 3 kg / m 3. Ceci est une valeur de référence. Les mêmes tableaux montrent la densité du cuivre, qui est de 8,93 g / cm 3. Tous les métaux ne sont pas caractérisés par une telle coïncidence des valeurs de densité et de ses indicateurs de poids.

Ce n'est un secret pour personne que la masse finale du produit fabriqué dépend directement de la densité. Cependant, il est beaucoup plus correct d'utiliser la gravité spécifique pour les calculs. Cet indicateur est très important pour la production de produits à partir de cuivre ou de tout autre métal, mais il est plus applicable aux alliages. Il est exprimé par le rapport de la masse de cuivre au volume de l'alliage entier.

Calcul de la gravité spécifique

Actuellement, les scientifiques ont développé un grand nombre de moyens pour aider à trouver les caractéristiques de la densité du cuivre, qui permettent de calculer cet indicateur important même sans se référer à des tableaux spécialisés. Sachant cela, vous pouvez facilement sélectionner les matériaux nécessaires, grâce auxquels vous pouvez finalement obtenir la bonne pièce avec les paramètres requis. Cela se fait au stade de la préparation, lorsqu'il est prévu de créer la pièce nécessaire à partir du cuivre ou de ses alliages contenant.

Comme mentionné ci-dessus, la densité du cuivre peut être espionnée dans un livre de référence spécialisé, mais si ce n'est pas à portée de main, elle peut être calculée à l'aide de la formule suivante: nous divisons le poids par le volume et obtenons la valeur dont nous avons besoin . En termes généraux, ce rapport peut être exprimé comme la valeur pondérale totale à la valeur totale du volume du produit entier.

Ne le confondez pas avec le concept de densité, car il caractérise le métal d'une manière différente, bien qu'il ait les mêmes valeurs d'indicateur.

Considérons comment la gravité spécifique peut être calculée si la masse et le volume du produit de cuivre sont connus.

Par exemple, nous avons une feuille de cuivre propre de 5 mm d'épaisseur, 2 m de largeur et 1 m de longueur.Tout d'abord, calculons son volume: 5 mm * 1000 mm (1 m \u003d 1000 mm) * 2000 mm, soit 10.000.000 mm 3 ou 10 000 cm 3. Pour faciliter les calculs, nous supposerons que la masse de la feuille est de 89 kg 300 grammes ou 89300 grammes. Nous divisons le résultat calculé par le volume et nous obtenons 8,93 g / cm 3. Connaissant cet indicateur, on peut toujours calculer facilement la teneur pondérale en cuivre de l'un ou l'autre alliage. Ceci est pratique, par exemple, pour le traitement du métal.

Unités de gravité spécifique

Différents systèmes de mesure utilisent différentes unités pour indiquer la densité du cuivre:

1. Dans le système de mesure CGS ou centimètre-gramme-seconde, on utilise dyne / cm 3.
2. Le SI International utilise des unités n / m 3.
3. Dans le système MCCS ou bougie mètre-kilogramme-seconde, on utilise le kg / m 3.

Les deux premiers indicateurs sont égaux l'un à l'autre et le troisième, une fois converti, est égal à 0,102 kg / m 3.

Calcul du poids à l'aide des valeurs de gravité spécifique

N'allons pas loin et utilisons l'exemple décrit ci-dessus. Calculons la teneur totale en cuivre en 25 feuilles. Modifions la condition et supposons que les feuilles sont en alliage de cuivre. Ainsi, nous prenons la densité du cuivre du tableau et elle est égale à 8,93 g / cm 3. L'épaisseur de la feuille est de 5 mm, la surface (1000 mm * 2000 mm) est de 2 000 000 mm, respectivement, le volume sera de 10 000 000 mm 3 ou 10 000 cm 3. Maintenant, nous multiplions la gravité spécifique par le volume et nous obtenons 89 kg et 300 grammes. Nous avons calculé la quantité totale de cuivre contenue dans ces feuilles sans tenir compte du poids des impuretés elles-mêmes, c'est-à-dire que la valeur pondérale totale peut être supérieure.

Maintenant, nous multiplions le résultat calculé par 25 feuilles et nous obtenons 2 235 kg. Ces calculs sont appropriés lors du traitement de pièces en cuivre, car ils vous permettent de savoir combien de cuivre est contenu dans les objets d'origine. Les tiges de cuivre peuvent être calculées de la même manière. La section transversale du fil est multipliée par sa longueur, où nous obtenons le volume de la barre, puis, par analogie avec l'exemple ci-dessus.

Comment la densité est déterminée

La densité du cuivre, comme la densité de toute autre substance, est une valeur de référence. Il est exprimé par le rapport masse / volume. Il est très difficile de calculer cet indicateur vous-même, car il est impossible de vérifier la composition sans dispositifs spéciaux.

Exemple de calcul de la densité du cuivre

L'indicateur est exprimé en kilogrammes par mètre cube ou en grammes par centimètre cube. L'indicateur de densité est plus utile pour les fabricants qui, sur la base des données disponibles, peuvent assembler telle ou telle pièce avec les propriétés et caractéristiques requises.

Domaines d'utilisation du cuivre

En raison de ses propriétés physiques et mécaniques, il est largement utilisé dans diverses industries. Le plus souvent, il peut être trouvé dans le champ électrique en tant que composant d'un fil électrique. Il est également populaire dans la production de systèmes de chauffage et de refroidissement, d'électronique et de systèmes d'échange thermique.

Dans l'industrie de la construction, il est principalement utilisé pour créer toutes sortes de structures, qui sont obtenues beaucoup moins en poids que tout autre matériau similaire. Il est souvent utilisé pour les toitures, car ces produits sont légers et en plastique. Un tel matériau est facile à traiter et vous permet de modifier la géométrie du profil, ce qui est très pratique.

Comme mentionné ci-dessus, il trouve sa principale application dans la fabrication de câbles électriques et autres câbles conducteurs, où il est utilisé pour la fabrication de noyaux de fils et de câbles. Possédant une bonne conductivité électrique, il donne une résistance suffisante aux électrons actuels.

Les alliages de cuivre sont également largement utilisés, par exemple un alliage de cuivre et d'or augmente la résistance de ce dernier à plusieurs reprises.

Les dépôts de sel ne se forment jamais sur les parois de cuivre laminé. Cette qualité est utile pour le transport de liquides et de vapeurs.

Les supraconducteurs sont obtenus à base d'oxydes de cuivre et, sous sa forme pure, ils sont utilisés pour la fabrication d'alimentations galvaniques.

Il fait partie du bronze, qui résiste aux milieux agressifs comme l'eau de mer. Par conséquent, il est souvent utilisé dans la navigation. En outre, les produits en bronze peuvent être vus sur les façades des maisons, en tant qu'élément de décoration, car un tel alliage est facilement traité, car il est très plastique.

Le cuivre est l'un des premiers métaux que l'homme a commencé à utiliser à des fins techniques. Avec l'or, l'argent, le fer, l'étain, le plomb et le mercure, le cuivre est connu des hommes depuis l'Antiquité et conserve encore aujourd'hui son importante valeur technique.

Cuivre ou Cu (29)

Le cuivre est un métal rose-rouge, appartient au groupe des métaux lourds, est un excellent conducteur de chaleur et de courant électrique. La conductivité électrique du cuivre est 1,7 fois supérieure à celle de l'aluminium et 6 fois supérieure à celle du fer.

Le nom latin du cuivre Cuprum vient du nom de l'île de Chypre, où déjà au IIIe siècle. avant JC e. il y avait des mines de cuivre et du cuivre fondu. Vers II - III siècle. la fusion du cuivre était pratiquée à grande échelle en Egypte, en Mésopotamie, dans le Caucase et dans d'autres pays du monde antique. Mais, néanmoins, le cuivre est loin d'être l'élément le plus commun dans la nature: la teneur en cuivre de la croûte terrestre est de 0,01%, et ce n'est que la 23e place parmi tous les éléments trouvés.

Obtenir du cuivre

Dans la nature, le cuivre est présent sous forme de composés soufrés, oxydes, hydrocarbonates, composés de dioxyde de carbone, dans la composition des minerais sulfurés et du cuivre métallique natif.

Les minerais les plus courants sont la pyrite et le lustre de cuivre, contenant 1 à 2% de cuivre.

90% du cuivre primaire est obtenu par méthode pyrométallurgique, 10% - par méthode hydrométallurgique. La méthode hydrométallurgique consiste à produire du cuivre par lixiviation avec une solution faible d'acide sulfurique puis en séparant le cuivre métallique de la solution. La méthode pyrométallurgique se compose de plusieurs étapes: enrichissement, torréfaction, fusion de la matte, soufflage dans un convertisseur et raffinage.

Pour la valorisation des minerais de cuivre, on utilise la méthode de flottation (basée sur l'utilisation de différentes mouillabilité des particules contenant du cuivre et des stériles), qui permet d'obtenir un concentré de cuivre contenant de 10 à 35% de cuivre.

Les minerais et concentrés de cuivre à haute teneur en soufre subissent une torréfaction oxydative. Lors du chauffage du concentré ou du minerai à 700-800 ° C en présence d'oxygène atmosphérique, les sulfures sont oxydés et la teneur en soufre est presque divisée par deux par rapport à l'original. Seuls les concentrés pauvres (avec une teneur en cuivre de 8 à 25%) sont cuits et les concentrés riches (25 à 35% de cuivre) sont fondus sans cuisson.

Après le grillage, le minerai et le concentré de cuivre sont fondus en matte, qui est un alliage contenant des sulfures de cuivre et de fer. La matte contient de 30 à 50% de cuivre, 20 à 40% de fer, 22 à 25% de soufre.De plus, la matte contient des impuretés de nickel, de zinc, de plomb, d'or et d'argent. Le plus souvent, la fusion est réalisée dans des fours à réverbération de flamme. La température dans la zone de fusion est de 1450 ° C.

Afin d'oxyder les sulfures et le fer, la matte de cuivre résultante est soufflée avec de l'air comprimé dans des convertisseurs horizontaux à soufflage latéral. Les oxydes résultants sont transférés au laitier. La température dans le convertisseur est de 1200-1300 ° C. Fait intéressant, la chaleur dans le convertisseur est libérée en raison de l'apparition de réactions chimiques, sans alimentation en carburant. Ainsi, dans le convertisseur, on obtient du cuivre blister contenant 98,4 - 99,4% de cuivre, 0,01 - 0,04% de fer, 0,02 - 0,1% de soufre et une petite quantité de nickel, étain, antimoine, argent, or. Ce cuivre est versé dans une louche et versé dans des moules en acier ou une machine à couler.

En outre, pour éliminer les impuretés nocives, le cuivre blister est raffiné (un feu puis un raffinage électrolytique sont effectués). L'essence du raffinage au feu du cuivre blister est l'oxydation des impuretés, leur élimination avec des gaz et leur transfert dans les scories. Après affinage au feu, le cuivre est obtenu avec une pureté de 99,0 à 99,7%. Il est versé dans des moules et des lingots sont obtenus pour la fusion ultérieure des alliages (bronze et laiton) ou des lingots pour le raffinage électrolytique.

Un affinage électrolytique est effectué pour obtenir du cuivre pur (99,95%). L'électrolyse est réalisée dans des bains, où l'anode est en cuivre affiné au feu et la cathode est constituée de fines feuilles de cuivre pur. L'électrolyte est une solution aqueuse. Lors du passage du courant continu, l'anode se dissout, le cuivre se met en solution et, sans impuretés, se dépose sur les cathodes. Les impuretés se déposent au fond du bain sous forme de laitier, qui est recyclé pour récupérer les métaux précieux. Les cathodes sont déchargées après 5 à 12 jours, lorsque leur masse atteint 60 à 90 kg. Ils sont soigneusement lavés puis refondus dans des fours électriques.

En outre, il existe des technologies de production de cuivre à partir de ferraille. En particulier, le cuivre affiné est obtenu à partir de ferraille par affinage au feu.
Par pureté, le cuivre est divisé en grades: M0 (99,95% Cu), M1 (99,9%), M2 (99,7%), M3 (99,5%), M4 (99%).

Propriétés chimiques du cuivre

Le cuivre est un métal de faible activité qui n'interagit pas avec l'eau, les solutions alcalines, l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique dilué. Cependant, le cuivre se dissout dans les oxydants forts (par exemple, nitrique et sulfurique concentré).

Le cuivre est très résistant à la corrosion. Cependant, dans une atmosphère humide contenant du dioxyde de carbone, la surface métallique se recouvre d'un revêtement verdâtre (patine).

Propriétés physiques de base du cuivre

Propriétés mécaniques du cuivre

Aux températures négatives, le cuivre a des propriétés de résistance et une ductilité plus élevées qu'à 20 ° C. Le cuivre commercial ne présente aucun signe de fragilité à froid. Lorsque la température diminue, la limite d'élasticité du cuivre augmente et la résistance à la déformation plastique augmente fortement.

Application de cuivre

Les propriétés du cuivre telles que la conductivité électrique et la conductivité thermique ont déterminé le principal domaine d'application du cuivre - l'industrie électrique, en particulier, pour la fabrication de fils, d'électrodes, etc. À cette fin, du métal pur est utilisé (99,98-99,999% ), raffiné électrolytiquement.

Le cuivre possède de nombreuses propriétés uniques: résistance à la corrosion, bonne fabricabilité, longue durée de vie, se marie bien avec le bois, la pierre naturelle, la brique et le verre. En raison de ses propriétés uniques, ce métal est utilisé dans la construction depuis l'Antiquité: pour la toiture, la décoration des façades de bâtiments, etc. La durée de vie des structures en cuivre est estimée à des centaines d'années. De plus, des pièces d'équipement chimique et des outils pour travailler avec des substances explosives ou inflammables sont en cuivre.

Un domaine d'application très important du cuivre est la production d'alliages. L'un des alliages les plus utiles et les plus couramment utilisés est le laiton (ou laiton). Ses principaux composants sont le cuivre et le zinc. L'ajout d'autres éléments permet d'obtenir du laiton aux propriétés très diverses. Le laiton est plus dur que le cuivre, il est malléable et ductile, il est donc facilement enroulé en feuilles minces ou estampé dans une grande variété de formes. Un problème: il devient noir avec le temps.

Le bronze est connu depuis l'Antiquité. Il est intéressant de noter que le bronze est plus fusible que le cuivre, mais dans sa dureté, il surpasse le cuivre pur et l'étain pris séparément. Si il y a encore 30 à 40 ans, seuls les alliages cuivre-étain étaient appelés bronze, on connaît aujourd'hui les bronzes d'aluminium, de plomb, de silicium, de manganèse, de béryllium, de cadmium, de chrome, de zirconium.

Les alliages de cuivre, ainsi que le cuivre pur, sont utilisés depuis longtemps pour la production de divers outils, ustensiles, appliqués à l'architecture et à l'art.

Des menthes en cuivre et des statues en bronze ornent les maisons des gens depuis l'Antiquité. Des objets en bronze de maîtres de l'Égypte ancienne, de la Grèce et de la Chine ont survécu à ce jour. Les Japonais étaient de grands maîtres dans le domaine de la fonte du bronze. La figure géante du Bouddha du temple Todaiji, créée au 8ème siècle, pèse plus de 400 tonnes. Jeter une telle statue nécessitait une compétence vraiment exceptionnelle.

Parmi les marchandises que les marchands alexandrins échangeaient dans l'Antiquité, le «vert cuivre» était très populaire. Avec l'aide de cette peinture, les femmes à la mode ont résumé des cercles verts sous les yeux - à l'époque, elle était considérée comme une manifestation de bon goût.

Depuis les temps anciens, les gens ont cru aux propriétés miraculeuses du cuivre et ont utilisé ce métal pour traiter de nombreux maux. On croyait qu'un bracelet en cuivre, porté au poignet, apporte chance et santé à son propriétaire, normalise la pression artérielle et empêche le dépôt de sels.

De nombreux peuples attribuent même maintenant des propriétés curatives au cuivre. Les habitants du Népal, par exemple, considèrent le cuivre comme un métal sacré, qui favorise la concentration des pensées, améliore la digestion et traite les maladies gastro-intestinales (les patients reçoivent de l'eau à boire dans un verre contenant plusieurs pièces de cuivre). L'un des plus grands et des plus beaux temples du Népal s'appelle "Copper".

Il y a eu un cas où le minerai de cuivre est devenu ... le coupable de l'accident subi par le cargo norvégien Anatina. Les cales du navire à destination des côtes du Japon étaient remplies de concentré de cuivre. Soudain, une alarme retentit: le navire fuyait.

Il s'est avéré que le cuivre contenu dans le concentré formait une paire galvanique avec le corps en acier de l'Anatina et que la vapeur d'eau de mer servait d'électrolyte. Le courant galvanique résultant a corrodé la coque du navire à un tel point que des trous y sont apparus, dans lesquels l'eau de l'océan s'est précipitée.