Bakar

Bakar(lat. Cuprum) - hemijski element grupe I periodični sistem Mendeljejev (atomski broj 29, atomska masa 63.546). U jedinjenjima, bakar obično pokazuje oksidaciona stanja +1 i +2, a poznato je i nekoliko spojeva trovalentnog bakra. Najvažnija jedinjenja bakra: oksidi Cu 2 O, CuO, Cu 2 O 3; hidroksid Cu (OH) 2, nitrat Cu (NO 3) 2. 3H 2 O, sulfid CuS, sulfat (bakar sulfat) CuSO 4. 5H 2 O, CuCO 3 Cu(OH) 2 karbonat, CuCl 2 hlorid. 2H2O.

Bakar- jedan od sedam metala poznatih od davnina. Prijelazni period iz kamenog u bronzano doba (4. - 3. milenijum p.n.e.) je tzv. bakarno doba ili halkolitski(od grčkog chalkos - bakar i lithos - kamen) ili Halkolitik(od latinskog aeneus - bakar i grčkog lithos - kamen). U tom periodu pojavljuju se bakreni alati. Poznato je da su bakreni alati korišteni u izgradnji Keopsove piramide.

Čisti bakar - savitljiv i mekan crvenkasti metal, u lomu Pink color, na mjestima sa smeđom i šarenom nijansom, teška (gustina 8,93 g/cm 3), odličan provodnik topline i električne energije, drugi po tom pitanju iza srebra (tačka topljenja 1083 °C). Bakar se lako uvlači u žicu i valja u tanke listove, ali je relativno malo aktivan. U suhom zraku i kisiku u normalnim uvjetima, bakar ne oksidira. Ali vrlo lako ulazi u reakcije: već kod sobnoj temperaturi sa halogenima, na primjer, sa vlažnim hlorom stvara CuCl 2 hlorid, kada se zagrije sa sumporom stvara Cu 2 S sulfid, sa selenom. Ali bakar ne stupa u interakciju s vodonikom, ugljikom i dušikom čak ni na visokim temperaturama. Kiseline koje nemaju oksidirajuća svojstva ne djeluju na bakar, na primjer, klorovodična i razrijeđena sumporna kiselina. Ali u prisustvu atmosferskog kiseonika, bakar se otapa u ovim kiselinama sa stvaranjem odgovarajućih soli: 2Cu + 4HCl + O 2 = 2CuCl 2 + 2H 2 O.

U atmosferi koja sadrži pare CO 2, H 2 O, itd., postaje prekriven patinom - zelenkastim filmom bazičnog karbonata (Cu 2 (OH) 2 CO 3)), toksične tvari.

Bakar je uključen u više od 170 minerala, od kojih je samo 17 važnih za industriju, uključujući: bornit (raznobojna ruda bakra - Cu 5 FeS 4), halkopirit (bakarni pirit - CuFeS 2), halkocit (bakarni sjaj - Cu 2 S) , kovelin (CuS), malahit (Cu 2 (OH) 2 CO 3). Tu je i prirodni bakar.

Gustina bakra, specifična težina bakra i druge karakteristike bakra

Gustina - 8,93 * 10 3 kg / m 3;
Specifična gravitacija - 8,93 g/cm3;
Specifična toplota na 20 °C - 0,094 cal/deg;
Temperatura topljenja - 1083°C;
Specifična toplota fuzije - 42 cal/g;
Temperatura ključanja - 2600°C;
Koeficijent linearne ekspanzije(na temperaturi od oko 20 ° C) - 16,7 * 10 6 (1 / stepen);
Koeficijent toplotne provodljivosti - 335 kcal / m * sat * tuča;
Otpornost na 20 °C - 0,0167 Ohm * mm 2 / m;

Modul elastičnosti bakra i Poissonov omjer

JEDINJENJA BAKRA

Bakar (I) oksid Cu 2 O 3 i bakrov oksid (I) Cu2O, kao i druga jedinjenja bakra (I), manje su stabilna od jedinjenja bakra (II). Bakar (I) oksid, ili bakar oksid Cu 2 O, prirodno se javlja u obliku minerala kuprita. Osim toga, može se dobiti kao precipitat crvenog bakar (I) oksida zagrijavanjem otopine soli bakra (II) i lužine u prisustvu jakog redukcionog sredstva.

Bakar(II) oksid, ili bakar oksid, CuO- crna tvar koja se nalazi u prirodi (na primjer, u obliku minerala tenerita). Dobija se kalcinacijom bakar (II) hidroksokarbonata (CuOH) 2 CO 3 ili bakar (II) nitrata Cu(NO 2) 2 .
Bakar(II) oksid je dobro oksidaciono sredstvo. Bakar hidroksid (II) Cu (OH) 2 istaložena iz rastvora soli bakra (II) pod dejstvom alkalija u obliku plave želatinozne mase. Već pri slabom zagrijavanju, čak i pod vodom, razgrađuje se, pretvarajući se u crni oksid bakra (II).
Bakar(II) hidroksid je vrlo slaba baza. Stoga su otopine soli bakra (II) u većini slučajeva kisele, a sa slabim kiselinama bakar stvara bazične soli.

Bakar (II) sulfat CuSO 4 u bezvodnom stanju, to je bijeli prah, koji postaje plav kada se voda apsorbira. Stoga se koristi za otkrivanje tragova vlage u organskim tekućinama. Vodena otopina bakar sulfata ima karakterističnu plavo-plavu boju. Ova boja je karakteristična za hidratizirane jone 2+, stoga svi razrijeđeni rastvori soli bakra (II) imaju istu boju, osim ako ne sadrže obojene anione. Iz vodenih otopina, bakar sulfat kristalizira sa pet molekula vode, formirajući prozirne plave kristale. plavi vitriol. Bakar sulfat se koristi za elektrolitičko prevlačenje metala bakrom, za pripremu mineralnih boja, a takođe i kao polazni materijal u pripremi drugih jedinjenja bakra. IN poljoprivreda Razrijeđena otopina bakrenog sulfata koristi se za prskanje biljaka i obrada zrna prije sjetve kako bi se ubile spore štetnih gljiva.

Bakar (II) hlorid CuCl 2 . 2H2O. Formira tamnozelene kristale, lako rastvorljive u vodi. Veoma koncentrisani rastvori bakar(II) hlorida imaju zelene boje, razrijeđen - plavo-plavi.

Bakar (II) nitrat Cu (NO 3) 2. 3H2O. Dobija se otapanjem bakra u azotnoj kiselini. Kada se zagriju, plavi kristali bakrenog nitrata prvo gube vodu, a zatim se lako razgrađuju oslobađanjem kisika i smeđeg dušikovog dioksida, pretvarajući se u bakrov (II) oksid.

Bakar (II) hidroksokarbonat (CuOH) 2 CO 3. U prirodi se javlja u obliku minerala malahita, koji ima prekrasnu smaragdno zelenu boju. Veštački se dobija dejstvom Na 2 CO 3 na rastvore soli bakra (II).
2CuSO 4 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O \u003d (CuOH) 2 CO 3 ↓ + 2Na 2 SO 4 + CO 2
Koristi se za dobijanje bakar-hlorida (II), za pripremu plavih i zelenih mineralnih boja, kao i u pirotehnici.

Bakar (II) acetat Cu (CH 3 COO) 2. H2O. Dobiva se obradom metalnog bakra ili bakrenog (II) oksida octenom kiselinom. Obično je to mješavina bazičnih soli različitog sastava i boje (zelena i plavo-zelena). Pod nazivom verdigris koristi se za pripremu uljanih boja.

Kompleksna jedinjenja bakra nastaju kao rezultat kombinacije dvostruko nabijenih iona bakra s molekulama amonijaka.
Od soli bakra dobijaju se razne mineralne boje.
Sve soli bakra su otrovne. Stoga, kako bi se izbjeglo stvaranje soli bakra, bakrene posude se iznutra premazuju slojem kalaja (kalajisan).

PROIZVODNJA BAKRA

Bakar se vadi iz oksidnih i sulfidnih ruda. 80% svega iskopanog bakra se topi iz sulfidnih ruda. Rude bakra po pravilu sadrže dosta otpadnih stijena. Stoga se za dobivanje bakra koristi proces obogaćivanja. Bakar se dobija topljenjem iz sulfidnih ruda. Proces se sastoji od niza operacija: prženja, topljenja, pretvaranja, vatre i elektrolitičke rafinacije. Tokom procesa prženja, većina nečistoća sulfida se pretvara u okside. Dakle, glavna nečistoća većine bakrenih ruda pirita FeS 2 pretvara se u Fe 2 O 3. Gasovi koji nastaju tokom pečenja sadrže CO 2 , koji se koristi za proizvodnju sumporne kiseline. Oksidi gvožđa, cinka i druge nečistoće dobijene tokom procesa pečenja se izdvajaju u obliku šljake tokom topljenja. Tečni bakar mat (Cu 2 S sa primesom FeS) ulazi u konvertor, gde se kroz njega uduvava vazduh. Tokom konverzije se oslobađa sumpor dioksid i dobija se blister ili sirovi bakar. Za ekstrakciju vrijednih (Au, Ag, Te, itd.) i za uklanjanje štetnih nečistoća, blister bakar se prvo podvrgava vatri, a zatim elektrolitičkoj rafinaciji. Tokom rafiniranja vatre, tečni bakar je zasićen kiseonikom. U tom slučaju nečistoće željeza, cinka i kobalta oksidiraju, prelaze u šljaku i uklanjaju se. I bakar se sipa u kalupe. Dobiveni odljevci služe kao anode za elektrolitičku rafinaciju.
Glavna komponenta otopine tijekom elektrolitičke rafinacije je bakar sulfat - najčešća i jeftina bakrena sol. Da bi se povećala niska električna provodljivost bakar sulfata, u elektrolit se dodaje sumporna kiselina. A da bi se dobio kompaktni talog bakra, ne veliki broj aditivi. Metalne nečistoće sadržane u sirovom ("blister") bakru mogu se podijeliti u dvije grupe.

1) Fe, Zn, Ni, Co. Ovi metali imaju mnogo više negativnih elektrodnih potencijala od bakra. Stoga otapaju anodu zajedno s bakrom, ali se ne talože na katodi, već se akumuliraju u elektrolitu u obliku sulfata. Stoga se elektrolit mora povremeno mijenjati.

2) Au, Ag, Pb, Sn. Plemeniti metali (Au, Ag) se ne anodno rastvaraju, ali se tokom procesa talože na anodi, formirajući zajedno sa ostalim nečistoćama anodni mulj, koji se povremeno uklanja. Kalaj i olovo se rastvaraju zajedno sa bakrom, ali u elektrolitu stvaraju slabo rastvorljiva jedinjenja koja se talože i takođe se uklanjaju.

LEGURE BAKRA

Legure, koji povećavaju čvrstoću i druga svojstva bakra, dobijaju se uvođenjem aditiva u njega, kao što su cink, kalaj, silicijum, olovo, aluminijum, mangan, nikl. Više od 30% bakra odlazi u legure.

Brass- legure bakra sa cinkom (bakar od 60 do 90% i cink od 40 do 10%) - jače od bakra i manje podložne oksidaciji. Kada se mesingu dodaju silicijum i olovo, povećavaju se njegove antifrikcione kvalitete, a kada se dodaju kalaj, aluminijum, mangan i nikl, povećava se otpornost na koroziju. Limovi i liveni proizvodi se koriste u mašinstvu, posebno u hemijskom inženjerstvu, u optici i instrumentaciji, te u proizvodnji mreža za celulozno i ​​papirnu industriju.

Bronze. Ranije su bronce nazivane legure bakra (80-94%) i kalaja (20-6%). Trenutno se proizvode bronza bez kalaja, nazvana po glavnoj komponenti po bakru.

Aluminijumske bronze sadrže 5-11% aluminijuma, imaju visoka mehanička svojstva u kombinaciji sa otpornošću na koroziju.

Olovne bronze, koji sadrže 25-33% olova, koriste se uglavnom za proizvodnju ležajeva koji rade pod visoki pritisci i velike brzine klizanja.

silikonske bronze koji sadrže 4-5% silicija koriste se kao jeftine zamjene za limene bronce.

Berilijumske bronze, koji sadrže 1,8-2,3% berilija, odlikuju se tvrdoćom nakon stvrdnjavanja i visokom elastičnošću. Koriste se za proizvodnju opruga i opružnih proizvoda.

Kadmijum bronze- legure bakra sa malom količinom kadmijuma (do 1%) - koriste se za proizvodnju armatura za vodovodne i gasne vodove i u mašinstvu.

Lemovi- legure obojenih metala koje se koriste za lemljenje za dobijanje monolitnog lemljenog šava. Među tvrdim lemovima poznata je legura bakra i srebra (44,5-45,5% Ag; 29-31% Cu; ostatak je cink).

BAKARNE APLIKACIJE

Bakar, njegova jedinjenja i legure su široka primena u raznim industrijama.

U elektrotehnici se bakar koristi u čista forma: u proizvodnji kablovskih proizvoda, guma za gole i kontaktne žice, električnih agregata, telefonske i telegrafske opreme i radio opreme. Izmjenjivači topline, vakuum aparati, cjevovodi su izrađeni od bakra. Više od 30% bakra odlazi u legure.

Legure bakra sa drugim metalima koriste se u mašinstvu, u automobilskoj i traktorskoj industriji (radijatori, ležajevi) i za proizvodnju hemijske opreme.

Visoka viskoznost i duktilnost metala omogućavaju korištenje bakra za proizvodnju različitih proizvoda s vrlo složenim uzorkom. Crvena bakrena žica u žarenom stanju postaje toliko meka i duktilna da se iz nje mogu lako uvijati sve vrste užadi i savijati najsloženiji elementi ornamenta. Osim toga, bakrena žica se lako lemi skeniranim srebrnim lemom, dobro je posrebrena i pozlaćena. Ova svojstva bakra čine ga nezamjenjivim materijalom u proizvodnji filigranskih proizvoda.

Koeficijent linearnog i volumetrijskog širenja bakra pri zagrijavanju je približno isti kao i kod vrućih emajla, pa stoga, pri hlađenju, emajl dobro prianja na bakarni proizvod, ne puca, ne odskače. Zbog toga majstori za proizvodnju emajliranih proizvoda preferiraju bakar od svih ostalih metala.

Kao i neki drugi metali, bakar je jedan od vitalnih elementi u tragovima. Ona je uključena u proces. fotosinteza i asimilaciju azota od strane biljaka, pospešuje sintezu šećera, proteina, skroba, vitamina. Najčešće se bakar unosi u tlo u obliku pentahidrat sulfata - bakar sulfata CuSO 4. 5H 2 O. U velikim količinama je otrovan, kao i mnoga druga jedinjenja bakra, posebno za niže organizme. U malim dozama, bakar je neophodan za sva živa bića.

Istorija bakra

Dobar dan, dragi čitatelju, u ovom članku želim govoriti o bakru i njegovim svojstvima. Šta je bakar? Gotovo svi znaju odgovor na ovo pitanje. Ima oznaku Cu (izgovara se kuprum) u tabeli V.I. je pod atomskim brojem 29. Bakar- hemijski element, je metal. Naziv bakra Cuprum je latinski i dolazi od imena ostrva Kipar.

Ovaj metal se već naširoko koristi od strane ljudi duge godine. Postoje pouzdane činjenice da su Indijanci koji su živjeli u Ekvadoru već u 15. vijeku znali kopati i koristiti bakar. Od njega su pravili novčiće u obliku sjekira.

Dugo vremena, ovaj novčić je bio jedina novčanica koja je postojala na obali Južne Amerike. Ovaj novčić se čak koristio u trgovini sa Inkama. Rudnici bakra su već otkriveni na ostrvu Kipar u 3. veku pre nove ere. Famous zanimljiva činjenica koju su stari alhemičari zvali bakar - Venera.

Poreklo bakra

Bakar u prirodi se javlja ili u grumenima ili u jedinjenjima. Od posebnog značaja u industriji su halkocit, bornit i bakarni pirit. Međutim, takvi ukrasni dragulji popularni u nakitu kao što su lapis lazuli i malahit su gotovo stopostotni bakar.

Bakar ima zlatnu boju. Na zraku, ovaj metal vrlo brzo oksidira i postaje prekriven oksidnim filmom, koji se naziva patina. Upravo zbog patine bakar dobija žućkastocrvenu boju. Ovaj metal je dio mnogih legura koje se široko koriste u industriji.

Uobičajene legure bakra

Najpoznatija legura je duralumin, koji se sastoji od legura bakra i aluminijum. Bakar igra u duraluminiju vodeća uloga. Kupronikl takođe sadrži bakar u kombinaciji sa niklom, bronza - spoj kalaja i bakra, mesing - legura bakra i cinka.

Bakar ima prilično visoku toplotnu i električnu provodljivost. U poređenju sa drugim metalima, zauzima drugo mesto posle srebra po električnoj provodljivosti. U proizvodnji nakita često se koriste zlato i bakar. Bakar u ovoj leguri potreban je za povećanje čvrstoće nakita na deformaciju i habanje.

U davna vremena to je bilo poznato legura bakra sa kalajem i cinkom koji se naziva topovski metal. Kao što ste vjerojatno već pretpostavili, od ovoga su se izrađivale topovske kugle, ali razvojem novih tehnologija puške se više nisu koristile i proizvodile, međutim, ova se legura i dalje koristi u proizvodnji čaura za oružje.

Bakar ima baktericidna svojstva i stoga se široko koristi u medicini, koja se vrlo često koristi u medicini. Ova činjenica je dokazana naučnim eksperimentima i studijama. Bakar je posebno dobar u otpornosti na Staphylococcus aureus. Ovaj mikrob uzrokuje veliki broj gnojnih bolesti.

Toksičnost bakra

Istovremeno, poznato je da bakar je vrlo otrovan. Na planeti Zemlji nalazi se jezero Berkeley Pit, nalazi se u SAD-u u državi Montana. Tako se ovo jezero smatra najotrovnijim na svijetu. Razlog tome je rudnik bakra, na čijem se mjestu formiralo jezero.

Voda u jezeru je veoma otrovna, u njoj gotovo da nema živih organizama, a dubina jezera je veća od 0,5 kilometara. Jaku toksičnost vode dokazuje jedan primjer koji se jednom dogodio na jezeru. Jato divljih gusaka, koje se sastojalo od 35 odraslih jedinki, sletjelo je na površinu jezera, a nakon 2,5 sata sve ptice su pronađene mrtve.

Međutim, nedavno su na dnu jezera otkriveni potpuno novi mikroorganizmi i alge koje do sada nisu bile pronađene u prirodi. Kao rezultat mutacija, ovi stanovnici se dobro osjećaju u otrovnoj vodi jezera.

Bakar je element bočne podgrupe prve grupe, četvrtog perioda periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva, sa atomskim brojem 29. Označen je simbolom Cu (lat. Cuprum). Prosta supstanca bakar (CAS broj: 7440-50-8) je duktilni prelazni metal zlatno ružičaste boje (ružičasta u odsustvu oksidnog filma). C prije mnogo vremena naširoko koristi čovek.

Istorijat i porijeklo imena

Bakar je jedan od prvih metala kojim je čovjek široko ovladao zbog svoje komparativne dostupnosti za dobivanje iz rude i niske točke topljenja. U antičko doba koristio se uglavnom u obliku legure s kositrom - bronce za proizvodnju oružja itd. (vidi Bronzano doba).
Latinski naziv za bakar Cuprum (drevni Aes cuprium, Aes cyprium) potiče od naziva ostrva Kipar, gde je već u III milenijumu pr. e. postojali su rudnici bakra i topio se bakar.
Strabon naziva bakrene halke, od imena grada Halkisa na Eubeji. Mnogi starogrčki nazivi predmeta od bakra i bronze, kovačkog zanata, kovačkih proizvoda i odlivaka potiču od ove reči. Drugi latinski naziv za bakar je Aes (sanskrt, ayas, gotski aiz, njemački erz, engleski ore) znači ruda ili rudnik. Zagovornici indogermanske teorije o poreklu evropskih jezika proizvode Ruska reč bakar (poljski miedz, češki med) od staronjemačkog smida (metal) i Schmied (kovač, engleski Smith). Naravno, odnos korijena u ovom slučaju je nesumnjiv, međutim, obje ove riječi su izvedene iz grčkog. moj, moj nezavisno jedan od drugog. Od ove riječi nastala su srodna imena - medalja, medaljon (francuski medaille). Riječi bakar i bakar nalaze se u najstarijim ruskim književnim spomenicima. Alhemičari su bakar nazivali Venerom. U starija vremena nalazi se ime Mars.

Fizička svojstva

Bakar je zlatno-ružičasti duktilni metal, brzo prekriven oksidnim filmom na zraku, što mu daje karakterističnu intenzivnu žućkasto-crvenu nijansu. Tanki slojevi bakra na svjetlu imaju zelenkasto-plavu boju.
Bakar formira kubičnu rešetku centriranu na lice, prostorna grupa F m3m, a = 0,36150 nm, Z = 4.
Bakar ima visoku toplotnu i električnu provodljivost (na drugom mestu po električnoj provodljivosti posle srebra).
Ima dva stabilna izotopa - 63 Cu i 65 Cu, i nekoliko radioaktivnih izotopa. Najdugovječniji od njih, 64 Cu, ima poluživot od 12,7 sati i dvije varijante raspadanja s različitim proizvodima.
Postoji veliki broj legura bakra: mesing - sa cinkom, bronza - sa kalajem i drugim elementima, bakronikl - sa niklom, babiti - sa olovom i druge.

Hemijska svojstva

Ne mijenja se u zraku u odsustvu vlage i ugljičnog dioksida. Slabo je redukcijsko sredstvo, ne reagira s vodom, razrijeđenom hlorovodoničnom kiselinom. Prebacuje se u rastvor sa neoksidirajućim kiselinama ili amonijak hidratom u prisustvu kiseonika, kalijum cijanida. Oksidirano koncentriranom sumpornom i dušičnom kiselinom, carskom vodom, kisikom, halogenima, halkogenima, oksidima nemetala. Reaguje pri zagrijavanju sa halogenovodonikom.

Savremene metode rudarenja

90% primarnog bakra dobija se pirometalurškom metodom, 10% - hidrometalurškom metodom. Hidrometalurška metoda je proizvodnja bakra ispiranjem sa slabim rastvorom sumporne kiseline, a zatim odvajanjem metalnog bakra iz rastvora. Pirometalurška metoda se sastoji od nekoliko faza: obogaćivanje, prženje, topljenje u mat, uduvavanje u konverter, rafiniranje.
Za obogaćivanje ruda bakra koristi se metoda flotacije (bazirana na korištenju različite kvačivosti čestica koje sadrže bakar i otpadnih stijena), što omogućava dobivanje koncentrata bakra koji sadrži od 10 do 35% bakra.
Rude i koncentrati bakra s visokim sadržajem sumpora podvrgavaju se oksidativnom prženju. U procesu zagrijavanja koncentrata ili rude na 700-800 °C u prisutnosti atmosferskog kisika dolazi do oksidacije sulfida, a sadržaj sumpora se smanjuje za gotovo polovicu originalnog. Peče se samo loši koncentrati (sa sadržajem bakra od 8 do 25%), dok se bogati koncentrati (od 25 do 35% bakra) tope bez pečenja.
Nakon prženja, ruda i koncentrat bakra se tope u mat, koji je legura koja sadrži bakar i željezo sulfide. Mat sadrži od 30 do 50% bakra, 20-40% gvožđa, 22-25% sumpora, osim toga, mat sadrži nečistoće nikla, cinka, olova, zlata, srebra. Najčešće se topljenje vrši u pećima za odjek plamena. Temperatura u zoni topljenja je 1450 °C.
U cilju oksidacije sulfida i željeza, dobiveni bakreni mat se podvrgava duvanju komprimiranim zrakom u horizontalnim pretvaračima sa bočnim mlazom. Nastali oksidi se pretvaraju u šljaku. Temperatura u pretvaraču je 1200-1300 °C. Zanimljivo je da se toplina u pretvaraču oslobađa zbog protoka hemijske reakcije bez dovoda goriva. Tako se u konvertoru dobija blister bakar koji sadrži 98,4 - 99,4% bakra, 0,01 - 0,04% gvožđa, 0,02 - 0,1% sumpora i malu količinu nikla, kalaja, antimona, srebra, zlata. Ovaj bakar se sipa u kutlaču i sipa u čelične kalupe ili na mašinu za izlivanje.
Dalje, da bi se uklonile štetne nečistoće, blister bakar se rafinira (provodi se vatrena, a zatim elektrolitička rafinacija). Suština vatrogasne rafinacije blister bakra je oksidacija nečistoća, njihovo uklanjanje plinovima i njihovo pretvaranje u šljaku. Nakon vatrenog rafiniranja dobija se bakar čistoće 99,0 - 99,7%. Izliva se u kalupe i dobijaju se ingoti za dalje topljenje legura (bronza i mesing) ili ingoti za elektrolitičku rafinaciju.
Elektrolitičkom rafinacijom se dobija čisti bakar (99,95%). Elektroliza se izvodi u kupkama, gdje je anoda izrađena od vatreno rafiniranog bakra, a katoda od tankih listova čistog bakra. Elektrolit je vodeni rastvor. Kada se prođe jednosmjerna struja, anoda se rastvara, bakar prelazi u otopinu i, pročišćen od nečistoća, taloži se na katode. Nečistoće se talože na dno kupke u obliku šljake, koja se obrađuje za ekstrakciju vrijednih metala. Katode se istovaraju za 5-12 dana, kada njihova masa dostigne 60 do 90 kg. Temeljno se peru, a zatim tope u električnim pećima.

Svojstva bakra, koji se također nalazi u prirodi u obliku prilično velikih grumenova, proučavali su ljudi u davna vremena, kada su se od ovog metala i njegovih legura izrađivali posuđe, oružje, nakit i razni proizvodi za kućanstvo. Aktivna upotreba ovog metala dugi niz godina nije samo zbog njegovih posebnih svojstava, već i zbog lakoće obrade. Bakar, koji je prisutan u rudi u obliku karbonata i oksida, prilično se lako redukuje, što su naučili naši stari preci.

U početku je proces oporavka ovog metala izgledao vrlo primitivno: bakrena ruda je jednostavno zagrijavana na vatri, a zatim podvrgnuta brzom hlađenju, što je dovelo do pucanja komada rude, iz kojih je već bilo moguće izvaditi bakar. Daljnji razvoj ove tehnologije doveo je do toga da su počeli da ubacuju vazduh u požare: to je povećalo temperaturu zagrevanja rude. Tada se zagrijavanje rude počelo provoditi u posebnim projektima, koji su postali prvi prototipovi peći na vratilu.

O činjenici da je bakar čovječanstvo koristilo od davnina svjedoče arheološki nalazi, uslijed kojih su pronađeni proizvodi od ovog metala. Povjesničari su utvrdili da su se prvi proizvodi od bakra pojavili već u 10. mileniju prije nove ere, a počeo je da se kopa, obrađuje i najaktivnije koristi nakon 8-10 hiljada godina. Naravno, preduvjeti za tako aktivnu upotrebu ovog metala nisu bili samo relativna jednostavnost njegove proizvodnje iz rude, već i njegova jedinstvena svojstva: specifična težina, gustoća, magnetna svojstva, električna i specifična vodljivost itd.

Danas ga je već teško pronaći u obliku grumenova, obično se kopa iz rude koja se dijeli na sljedeće vrste.

• Bornit - u takvoj rudi bakar može biti sadržan u količini do 65%.
• Halkozin, koji se još naziva i bakrenim sjajem. Takva ruda bakra može sadržavati i do 80%.
• Bakarni pirit, koji se naziva i halkopirit (sadržaj do 30%).
• Covellin (sadržaj do 64%).

Bakar se takođe može ekstrahovati iz mnogih drugih minerala (malahit, kuprit, itd.). Sadrže ga u različitim količinama.

Fizička svojstva

Čisti bakar je metal koji može imati boju od ružičaste do crvene.

Radijus iona bakra koji imaju pozitivan naboj može imati sljedeće vrijednosti:

• ako indeks koordinacije odgovara 6 - do 0,091 nm;
• ako ovaj indikator odgovara 2 - do 0,06 nm.

Radijus atoma bakra je 0,128 nm, a karakteriše ga i afinitet prema elektronu od 1,8 eV. Kada je atom jonizovan, ova vrijednost može poprimiti vrijednost od 7,726 do 82,7 eV.

Bakar je prelazni metal sa elektronegativnošću od 1,9 po Paulingovoj skali. Osim toga, njegovo oksidacijsko stanje može poprimiti različite vrijednosti. Na temperaturama u rasponu od 20-100 stepeni, njegova toplotna provodljivost je 394 W / m * K. Električna provodljivost bakra, koju nadmašuje samo srebro, je u rasponu od 55,5-58 MS/m.

Pošto je bakar desno od vodonika u potencijalnoj seriji, on ne može istisnuti ovaj element iz vode i raznih kiselina. Njegova kristalna rešetka je kubičnog tipa sa licem, čija je vrijednost 0,36150 nm. Bakar se topi na temperaturi od 1083 stepena, a njegova tačka ključanja je 26570. Fizička svojstva bakra su određena i njegovom gustinom koja iznosi 8,92 g/cm3.

Od njegovih mehaničkih svojstava i fizičkih pokazatelja, također je vrijedno napomenuti sljedeće:

• termičko linearno širenje - 0,00000017 jedinica;
• vlačna čvrstoća kojoj bakreni proizvodi odgovaraju u napetosti je 22 kgf / mm2;
• tvrdoća bakra na Brinellovoj skali odgovara vrijednosti od 35 kgf / mm2;
• specifična težina 8,94 g/cm3;
• modul elastičnosti je 132.000 MN/m2;
• vrijednost istezanja je 60%.

Magnetska svojstva ovog metala, koji je u potpunosti dijamagnetičan, mogu se smatrati potpuno jedinstvenim. Upravo ta svojstva, zajedno s fizičkim parametrima: specifičnom težinom, specifičnom vodljivošću i drugim, u potpunosti objašnjavaju široku potražnju za ovim metalom u proizvodnji električnih proizvoda. Aluminij ima slična svojstva, koji se također uspješno koristi u proizvodnji raznih električnih proizvoda: žica, kablova itd.

Glavni dio karakteristika koje bakar ima gotovo je nemoguće promijeniti, s izuzetkom vlačne čvrstoće. Ovo svojstvo se može poboljšati gotovo dva puta (do 420–450 MN/m2) ako se izvede takva tehnološka operacija kao što je kaljenje.

Hemijska svojstva

Hemijska svojstva bakra određena su pozicijom koju zauzima u periodnom sistemu na kojoj se nalazi serijski broj 29 i nalazi se u četvrtom periodu. Zanimljivo je da je u istoj grupi sa plemenitim metalima. Ovo još jednom potvrđuje jedinstvenost njegovih hemijskih svojstava, o čemu bi trebalo detaljnije govoriti.

U uslovima niske vlažnosti, bakar praktički ne pokazuje hemijsku aktivnost. Sve se menja ako se proizvod stavi u uslove koje karakteriše visoka vlažnost i visok nivo ugljen-dioksida. U takvim uvjetima počinje aktivna oksidacija bakra: na njegovoj površini se formira zelenkasti film koji se sastoji od CuCO3, Cu(OH)2 i raznih spojeva sumpora. Takav film, koji se zove patina, djeluje važna funkcijaštiti metal od daljeg uništavanja.

Oksidacija se počinje aktivno događati čak i kada se proizvod zagrije. Ako se metal zagrije na temperaturu od 375 stupnjeva, tada se na njegovoj površini formira bakreni oksid, ako je viši (375-1100 stupnjeva), onda dvoslojna skala.

Bakar prilično lako reagira s elementima koji su dio halogene grupe. Ako se metal stavi u paru sumpora, on će se zapaliti. Takođe pokazuje visok stepen srodnosti sa selenom. Bakar ne reaguje sa azotom, ugljenikom i vodonikom čak ni na visokim temperaturama.

Pažnju zaslužuje interakcija bakrenog oksida sa raznim supstancama. Dakle, kada je u interakciji sa sumpornom kiselinom, nastaju sulfat i čisti bakar, sa bromovodonična i jodovodonična kiselina - bakar bromid i jodid.

Reakcije bakrenog oksida s alkalijama, uslijed kojih nastaje kuprat, izgledaju drugačije. Proizvodnja bakra, u kojoj se metal reducira u slobodno stanje, vrši se korištenjem ugljičnog monoksida, amonijaka, metana i drugih materijala.

Bakar pri interakciji s otopinom soli željeza prelazi u otopinu, dok se željezo reducira. Takva reakcija se koristi za uklanjanje nataloženog sloja bakra iz različitih proizvoda.

Jednovalentni i dvovalentni bakar je sposoban za stvaranje kompleksnih spojeva koji su visoko stabilni. Takva jedinjenja su dvostruke soli bakra i mješavine amonijaka. Oba se široko koriste u raznim industrijama.

Primjena bakra

Poznata je upotreba bakra, kao i aluminija, koji mu je najsličniji po svojim svojstvima - ovo je proizvodnja kabelskih proizvoda. Bakrene žice i kablovi odlikuju se malim električnim otporom i posebnim magnetnim svojstvima. Za proizvodnju kablovskih proizvoda koriste se vrste bakra visoke čistoće. Ako se u njegov sastav doda čak i mala količina stranih metalnih nečistoća, na primjer, samo 0,02% aluminija, tada će se električna vodljivost izvornog metala smanjiti za 8-10%.

Niska i njegova visoka čvrstoća, kao i sposobnost podleganja razne vrste mehanička obrada - to su svojstva koja omogućavaju proizvodnju cijevi od nje koje se uspješno koriste za transport plina, tople i hladne vode i pare. Nije slučajno da se takve cijevi koriste kao dio inženjerskih komunikacija stambenih i upravnih zgrada u većini europskih zemalja.

Bakar, pored izuzetno visoke električne provodljivosti, odlikuje se i sposobnošću da dobro provodi toplotu. Zbog ovog svojstva, uspješno se koristi kao dio sljedećih sistema:

• toplotne cijevi;
• Hladnjaci koji se koriste za hlađenje elemenata osobnih računala;
• sistemi grijanja i hlađenja zraka;
• sistemi koji obezbjeđuju preraspodjelu topline u različitim uređajima (izmjenjivači topline).

Metalne konstrukcije, u kojima se koriste bakreni elementi, odlikuju se ne samo malom težinom, već i izuzetnim dekorativnim efektom. To je bio razlog za njihovu aktivnu upotrebu u arhitekturi, kao i za kreiranje različitih elemenata interijera.

Bakar je jedan od prvih metala koji je čovjek počeo koristiti u tehničke svrhe. Zajedno sa zlatom, srebrom, gvožđem, kalajem, olovom i živom, bakar je poznat ljudima od davnina i zadržao je svoj važan tehnički značaj do danas.

Bakar ili Cu(29)

Bakar je roze-crveni metal, pripada grupi teški metali je odličan provodnik toplote i električna struja. Električna provodljivost bakra je 1,7 puta veća od aluminijuma i 6 puta veća od gvožđa.

Latinski naziv za bakar Cuprum potiče od imena ostrva Kipar, gde je već u 3. veku. BC e. tu su bili rudnici bakra i bakar se topio. Oko II - III veka. topljenje bakra je u velikim razmjerima vršeno u Egiptu, Mezopotamiji, Kavkazu i drugim zemljama antički svijet. Ali, ipak, bakar je daleko od najčešćeg elementa u prirodi: sadržaj bakra u zemljinoj kori je 0,01%, a ovo je tek 23. mjesto među svim pronađenim elementima.

Dobijanje bakra

U prirodi je bakar prisutan u obliku jedinjenja sumpora, oksida, bikarbonata, jedinjenja ugljen-dioksida, kao deo sulfidnih ruda i prirodnog metalnog bakra.

Najzastupljenije rude su bakarni pirit i bakreni sjaj, koji sadrže 1-2% bakra.

90% primarnog bakra dobija se pirometalurškom metodom, 10% - hidrometalurškom metodom. Hidrometalurška metoda je proizvodnja bakra ispiranjem sa slabim rastvorom sumporne kiseline, a zatim odvajanjem metalnog bakra iz rastvora. Pirometalurška metoda se sastoji od nekoliko faza: obogaćivanje, prženje, topljenje u mat, uduvavanje u konverter, rafiniranje.

Za obogaćivanje ruda bakra koristi se metoda flotacije (bazirana na korištenju različite kvačivosti čestica koje sadrže bakar i otpadnih stijena), što omogućava dobivanje koncentrata bakra koji sadrži od 10 do 35% bakra.

Rude i koncentrati bakra s visokim sadržajem sumpora podvrgavaju se oksidativnom prženju. U procesu zagrijavanja koncentrata ili rude na 700-800°C u prisustvu atmosferskog kisika, sulfidi se oksidiraju i sadržaj sumpora se smanjuje za skoro polovicu prvobitnog. Peče se samo loši koncentrati (sa sadržajem bakra od 8 do 25%), dok se bogati koncentrati (od 25 do 35% bakra) tope bez pečenja.

Nakon prženja, ruda i koncentrat bakra se tope u mat, koji je legura koja sadrži bakar i željezo sulfide. Mat sadrži od 30 do 50% bakra, 20-40% gvožđa, 22-25% sumpora, osim toga, mat sadrži nečistoće nikla, cinka, olova, zlata, srebra. Najčešće se topljenje vrši u pećima za odjek plamena. Temperatura u zoni topljenja je 1450°C.

U cilju oksidacije sulfida i željeza, dobiveni bakreni mat se podvrgava duvanju komprimiranim zrakom u horizontalnim pretvaračima sa bočnim mlazom. Nastali oksidi se pretvaraju u šljaku. Temperatura u pretvaraču je 1200-1300°C. Zanimljivo je da se toplota u konvertoru oslobađa usled pojave hemijskih reakcija, bez dovoda goriva. Tako se u konvertoru dobija blister bakar koji sadrži 98,4 - 99,4% bakra, 0,01 - 0,04% gvožđa, 0,02 - 0,1% sumpora i malu količinu nikla, kalaja, antimona, srebra, zlata. Ovaj bakar se sipa u kutlaču i sipa u čelične kalupe ili na mašinu za izlivanje.

Dalje, da bi se uklonile štetne nečistoće, blister bakar se rafinira (provodi se vatrena, a zatim elektrolitička rafinacija). Suština vatrogasne rafinacije blister bakra je oksidacija nečistoća, njihovo uklanjanje plinovima i njihovo pretvaranje u šljaku. Nakon vatrenog rafiniranja dobija se bakar čistoće 99,0 - 99,7%. Izliva se u kalupe i dobijaju se ingoti za dalje topljenje legura (bronza i mesing) ili ingoti za elektrolitičku rafinaciju.

Elektrolitičkom rafinacijom se dobija čisti bakar (99,95%). Elektroliza se izvodi u kupkama, gdje je anoda izrađena od vatreno rafiniranog bakra, a katoda od tankih listova čistog bakra. Elektrolit je vodeni rastvor. Kada se prođe jednosmjerna struja, anoda se rastvara, bakar prelazi u otopinu i, pročišćen od nečistoća, taloži se na katode. Nečistoće se talože na dno kupke u obliku šljake, koja se obrađuje za ekstrakciju vrijednih metala. Katode se istovaraju za 5-12 dana, kada njihova masa dostigne 60 do 90 kg. Temeljno se peru, a zatim tope u električnim pećima.

Osim toga, postoje tehnologije za dobivanje bakra iz otpada. Konkretno, rafinirani bakar se dobija iz otpada rafinacijom vatre.
Po čistoći bakar se dijeli na razrede: M0 (99,95% Cu), M1 (99,9%), M2 (99,7%), M3 (99,5%), M4 (99%).

Hemijska svojstva bakra

Bakar je niskoaktivan metal koji ne stupa u interakciju s vodom, alkalnim otopinama, hlorovodoničnom i razrijeđenom sumpornom kiselinom. Međutim, bakar se otapa u jakim oksidantima (na primjer, dušik i koncentrirani sumpor).

Bakar ima prilično visoku otpornost na koroziju. Međutim, u vlažnoj atmosferi koja sadrži ugljični dioksid, metalna površina postaje prekrivena zelenkastim premazom (patina).

Osnovna fizička svojstva bakra

Mehanička svojstva bakra

Na negativnim temperaturama bakar ima veće karakteristike čvrstoće i veću duktilnost nego na temperaturi od 20°C. Tehnički bakar nema znakova hladnokrtosti. Sa smanjenjem temperature, granica popuštanja bakra raste, a otpornost na plastičnu deformaciju naglo raste.

Upotreba bakra

Takva svojstva bakra kao što su električna provodljivost i toplotna provodljivost odredila su glavno polje primene bakra - elektroindustriju, posebno za proizvodnju žica, elektroda itd. U tu svrhu koristi se čisti metal (99,98-99,999%), podvrgnut elektrolitičkoj rafinaciji.

Bakar ima brojna jedinstvena svojstva: otpornost na koroziju, dobru obradivost, dug vijek trajanja i savršeno se kombinira s drvetom, prirodnim kamenom, ciglom i staklom. Zbog svojih jedinstvenih svojstava, ovaj metal se od davnina koristio u građevinarstvu: za pokrivanje krovova, ukrašavanje fasada zgrada itd. Vek trajanja bakra građevinske konstrukcije stara je stotinama godina. Osim toga, dijelovi hemijske opreme i alata za rad sa eksplozivnim ili zapaljivim materijama izrađeni su od bakra.

Vrlo važno područje primjene bakra je proizvodnja legura. Jedna od najkorisnijih i najčešće korištenih legura je mesing (ili žuti bakar). Njegove glavne komponente su bakar i cink. Aditivi drugih elemenata omogućavaju dobijanje mesinga sa širokim spektrom svojstava. Mesing je tvrđi od bakra, savitljiv je i viskozan, pa se lako valja u tanke listove ili štanca u najrazličitije oblike. Jedan problem: vremenom pocrni.

Bronza je poznata od davnina. Zanimljivo je da je bronza topljiva od bakra, ali njena tvrdoća nadmašuje čisti bakar i kalaj odvojeno. Ako su se prije 30-40 godina broncom nazivale samo legure bakra i kositra, danas su poznate bronce aluminija, olova, silicija, mangana, berilijuma, kadmijuma, hroma, cirkonijuma.

Legure bakra, kao i čisti bakar, dugo se koriste za proizvodnju raznih alata, pribora, koriste se u arhitekturi i umjetnosti.

Bakarni novac i bronzane statue od davnina su ukrašavale stanove ljudi. Brončani proizvodi majstora preživjeli su do danas. drevni egipat, Grčka, Kina. Japanci su bili veliki majstori u oblasti livenja bronze. Džinovska figura Bude u hramu Todaiji, nastala u 8. veku, teška je preko 400 tona. Za izlijevanje takve statue bilo je potrebno zaista izvanredno umijeće.

Među robom kojom su aleksandrijski trgovci trgovali u antičko doba, "bakarno zelenilo" bilo je veoma popularno. Uz pomoć ove boje, fashionistice su donijele zelene krugove ispod očiju - u ono vrijeme to se smatralo manifestacijom dobrog ukusa.

Od davnina ljudi su vjerovali u čudesna svojstva bakra i koristili ovaj metal u liječenju mnogih bolesti. Vjerovalo se da bakrena narukvica koja se nosi na ruci donosi sreću i zdravlje svom vlasniku, normalizira krvni tlak i sprječava taloženje soli.

Mnogi narodi još uvijek pripisuju ljekovita svojstva bakru. Stanovnici Nepala, na primjer, bakar smatraju svetim metalom, koji pomaže u koncentraciji misli, poboljšava probavu i liječi gastrointestinalne bolesti (pacijentima se daje voda za piće iz čaše u kojoj se nalazi nekoliko bakrenih novčića). Jedan od najvećih i najljepših hramova u Nepalu zove se "Bakar".

Postojao je slučaj kada je ruda bakra postala ... krivac nesreće koju je pretrpio norveški teretni brod "Anatina". Prihvati broda koji je krenuo ka obali Japana bili su napunjeni koncentratom bakra. Odjednom se oglasio alarm: brod je procurio.

Ispostavilo se da je bakar sadržan u koncentratu formirao galvanski par sa čeličnim tijelom Anatine, a isparavanje morske vode služilo je kao elektrolit. Nastala galvanska struja do te mjere je korodirala trup broda da su se u njemu pojavile rupe u koje je šikljala oceanska voda.