Oamenii folosesc cuprul în viața de zi cu zi de multă vreme. Un parametru foarte important pentru oamenii moderni este densitatea și greutatea sa specifică.
Aceste date sunt utilizate în calcularea compoziției materialelor în producția diferitelor comunicații, piese, produse și componente din industria tehnică.
Informații de bază despre cupru
Cuprul este cel mai frecvent metal neferos. Numele său în latină - Cuprum - a primit-o în cinstea insulei Cipru. Acolo a fost exploatat de grecii antici cu mii de ani în urmă. Istoricii au inventat chiar epoca cuprului, care a durat din secolul IV până în V î.Hr. e. La acea vreme, oamenii făceau din popularul metal:
- instrument;
- bucate;
- decorațiuni;
- monede.
D.I. Mendeleev, ocupă locul 29. Acest element are proprietăți unice - fizice, chimice și mecanice. În antichitate, cuprul se găsea în mediul natural sub formă de pepite, uneori de dimensiuni foarte mari. Oamenii au încălzit stânca la foc deschis și apoi au răcit-o brusc. Ca urmare, s-a fisurat, ceea ce a făcut posibilă efectuarea recuperării metalului. Această tehnologie simplă a făcut posibilă începerea stăpânirii elementului popular.
Proprietăți
Cuprul este un metal neferos roșiatic cu o nuanță roz.înzestrat cu densitate mare. În natură, există mai mult de 170 de tipuri de minerale care conțin Cuprum. Doar din 17 acest element este exploatat industrial. Cea mai mare parte a acestui element chimic este conținută în compoziția metalelor minereu:
- calcocit - până la 80%;
- bronită - până la 65%;
- covelina - până la 64%.
Cuprul este îmbogățit și topit din aceste minerale. Conductivitatea termică și electrică ridicată sunt proprietățile distinctive ale metalelor neferoase. Începe să se topească la 1063 ° C și fierbe la 2600 ° C. Marca Cuprum va depinde de metoda de producție. Metalul se întâmplă:
- tras la rece;
- rulare;
- distribuție.
Fiecare tip are propriile sale calcule parametrice speciale care caracterizează gradul de rezistență la forfecare, deformarea sub influența sarcinilor și compresiei, precum și elasticitatea la întindere a materialului.
Metalul neferos este oxidat activ în timpul încălzirii. La o temperatură de 385 ° C, se formează oxid de cupru. Conținutul său reduce conductivitatea termică și conductivitatea electrică a altor metale. Când interacționează cu umiditatea, metalul formează cuprit, cu un mediu acid - vitriol.
Datorită proprietăților sale, acest element chimic este utilizat în mod activ la producerea sistemelor electrice și electronice și a multor alte produse în alte scopuri. Cea mai importantă proprietate este densitatea sa în 1 kg per m 3, deoarece acest indicator determină greutatea produsului produs. Densitatea arată raportul dintre masă și volumul total.
Cel mai comun sistem de măsurare a unităților de densitate este de 1 kilogram pe m 3. Acest indicator pentru cupru este de 8,93 kg / m 3. Sub formă lichidă, densitatea va fi de 8,0 g / cm3. Indicele de densitate totală poate varia în funcție de gradul metalului, care are diferite impurități. Pentru aceasta, se folosește greutatea specifică a substanței. Este o caracteristică foarte importantă atunci când vine vorba de producerea materialelor care conțin cupru. Greutatea specifică caracterizează raportul dintre masa cuprului și volumul total al aliajului.
Greutatea specifică a cuprului va fi de 8,94 g / cm3... Parametrii specifici de greutate și greutate pentru cupru sunt aceiași, dar această coincidență nu este tipică pentru alte metale. Greutatea specifică este foarte importantă nu numai în producția de produse cu conținutul său, ci și în prelucrarea resturilor. Există multe tehnici cu ajutorul cărora puteți selecta în mod rațional materiale pentru formarea produselor. În sistemele internaționale SI, parametrul de greutate specifică este exprimat în newtoni pe 1 unitate de volum.
Este foarte important să faceți toate calculele în etapa de proiectare a dispozitivelor și mecanismelor. Greutatea specifică și greutatea sunt valori diferite, dar sunt utilizate în mod necesar pentru a determina masa pieselor de prelucrat pentru diferite părți care conțin Cuprum.
Dacă comparăm densitatea cuprului și a aluminiuluivom vedea o mare diferență. Pentru aluminiu, această cifră este de 2698,72 kg / m 3 într-o stare la temperatura camerei. Cu toate acestea, pe măsură ce temperatura crește, parametrii devin diferiți. Când aluminiul se transformă într-o stare lichidă atunci când este încălzit, densitatea acestuia va fi în intervalul 2,55-2,34 g / cm 3. Indicatorul depinde întotdeauna de conținutul elementelor de aliere din aliajele de aluminiu.
Indicatori tehnici ai aliajelor metalice
Cele mai comune aliaje pe bază de cupru alama și bronzul sunt luate în considerare... Compoziția lor este, de asemenea, formată din alte elemente:
- zinc;
- nichel;
- staniu;
- bismut.
Toate aliajele diferă ca structură. Prezența staniuului în compoziție permite realizarea aliajelor de bronz de o calitate excelentă. Aliaje mai ieftine includ nichelul sau zincul. Materiale produse pe bază de Cuprum 
au următoarele caracteristici:
- ductilitate ridicată și rezistență la uzură;
- conductivitate electrică;
- rezistență la mediul agresiv;
- coeficient scăzut de frecare.
Aliajele pe bază de cupru sunt utilizate pe scară largă în producția industrială. Acestea sunt folosite pentru a produce vase, bijuterii, fire electrice și sisteme de încălzire. Materialele cu Cuprum sunt adesea folosite pentru decorarea fațadei caselor, realizarea compozițiilor. Stabilitatea și ductilitatea ridicate sunt principalele calități pentru aplicarea materialului.
Nu există o astfel de persoană care să nu fi văzut metalul galben în întreaga sa viață. Există mai multe minerale găsite în natură care sunt similare ca aspect cu un metal galben. Dar după cum se spune: „nu tot aurul care străluceste”. Pentru a nu confunda metalul prețios cu alte materiale, trebuie să cunoașteți densitatea aurului.
Densitatea metalului nobil
Structura moleculară a aurului.
Una dintre caracteristicile importante ale unui metal prețios este densitatea acestuia. Densitatea aurului se măsoară în kg m3.
Greutatea specifică este foarte semnificativă pentru aur. De obicei, acest lucru nu este luat în considerare, deoarece bijuteriile: inele, cercei, pandantive sunt foarte ușoare. Dar dacă țineți în mâini un lingou de kilogram de metal galben adevărat, puteți fi sigur că este foarte greu. Densitatea semnificativă a aurului o face mai ușoară. Astfel, spălarea la ecluze asigură un nivel ridicat de recuperare a aurului din rocile spălate.
Densitatea aurului este de 19,3 grame pe centimetru cub.
Aceasta înseamnă că, dacă luați un anumit volum de metal prețios, atunci acesta va cântări de aproape 20 de ori mai mult decât același volum de apă simplă. O sticlă de plastic de doi litri de nisip auriu cântărește aproximativ 32 kg. Din 500 de grame de metal prețios, puteți așeza un cub cu o latură de 18,85 mm.
Tabel de densitate a aurului cu diverse probe și culori.
Densitatea aurului original este cu câteva unități mai mică decât cea a metalului deja rafinat și poate varia de la 18 la 18,5 grame pe centimetru cub.
583 finețea aurului este mai puțin densă, deoarece acest aliaj este format din metale diferite.
La domiciliu, puteți determina singur densitatea aurului. Pentru a face acest lucru, este necesar să cântăriți un produs din metal prețios pe cântare convenționale, în care prețul de divizare trebuie să fie de cel puțin 1 gram. După aceea, recipientul cu marcarea volumului trebuie umplut cu lichid, în acest caz apă, în care ar trebui coborât decorul. Trebuie să aveți grijă să nu revărsați lichidul.
După aceea, măsurăm cât s-a schimbat volumul lichidului după coborârea obiectului de aur în recipient. Folosind o formulă specială cunoscută din școală, calculăm densitatea: masa împărțită la volum.
Trebuie să ne amintim că un produs din metal prețios nu constă din aur pur, de aceea este necesar să se facă o ajustare a densității probei de aliaj.
Cum să distingi metalul galben real de un fals
În acest moment, există un procent foarte mare de aur contrafăcut atât pe piețele rusești, cât și pe cele externe. Există un risc imens de a achiziționa bijuterii din aur care conțin până la 5% din metalul prețios sau deloc. Regulile de bază pentru cumpărarea aurului vă vor ajuta să nu vă simțiți înșelați.
În primul rând, ar trebui să aruncați o privire bună asupra produsului. Pe el trebuie să fie prezent un eșantion. Mai mult decât atât, nu ar trebui să fie format din numere strâmbe sau semne murdare. În caz contrar, acesta este primul semn de contrafacere.
Eșantionul unui singur semn distinctiv de stat pentru obiectele din aur.
Următorul semn al unui fals este partea greșită a unei bijuterii din metal prețios. Trebuie făcut la fel de bine ca partea frontală, altfel este un produs necorespunzător. De asemenea, este posibil să se determine calitatea unui produs folosind o caracteristică precum densitatea aurului, dar un astfel de experiment nu poate fi efectuat într-un magazin.
Există, de asemenea, o astfel de metodă de determinare ca test de rezistență. Este adevărat, nu este întotdeauna posibil să zgâriați piesa de aur în fața vânzătorului, astfel încât această metodă nu poate fi implementată.
Verificarea cu iod.
Următoarele metode chimice pot fi utilizate pentru a determina calitatea unui produs. Puteți picura puțin iod pe bijuteriile din metal galben. Dacă pata este de culoare închisă, atunci putem vorbi cu încredere despre calitatea produsului oferit. Oțetul de masă poate ajuta, de asemenea. Dacă, după trei minute petrecute în el, metalul prețios s-a întunecat, atunci puteți duce în siguranță produsul la un depozit de deșeuri.
Aurul cu clor poate fi de mare ajutor în determinarea calității. Din cursul chimiei, nu numai densitatea aurului a devenit cunoscută, ci și faptul că nu poate intra în nicio reacție chimică. Prin urmare, dacă după aplicarea aurului cu clor pe metalul prețios a început să se deterioreze, atunci acesta este un fals real și locul său în coșul de gunoi.
Una dintre cele mai bune modalități de a vă proteja de achiziționarea de mărfuri contrafăcute este achiziționarea de produse din metale prețioase de la magazine cunoscute specializate.
În acest caz, există o mare probabilitate de a cumpăra un produs cu adevărat de înaltă calitate. Deși prețul în ele este puțin mai mare decât în \u200b\u200bdiverse magazine și piețe, dar calitatea merită. În caz contrar, puteți cumpăra un produs contrafăcut și regretați foarte mult banii economisiți.
Gemeni de aur
Există mai multe metale în natură care au aceeași densitate ca aurul. Sunt uraniu, care este radioactiv, și tungsten. Este mai ieftin decât metalul galben, dar densitatea tungstenului și a aurului este aproape aceeași, diferența este de trei zecimi. Ceea ce distinge tungstenul de aur este că are o culoare diferită și este mult mai dur decât metalul galben. Aurul pur este foarte moale și poate fi ușor zgâriat cu unghia.
O bară de aur falsă umplută cu tungsten din interior.
Faptul că densitatea elementelor precum tungstenul și aurul este aceeași este foarte atractiv pentru falsificatori. Înlocuiesc bare de aur cu tungsten de densitate și greutate similară și le acoperă cu un strat subțire de metal prețios deasupra. În același timp, costul ridicat al metalului galben face tungstenul mai popular în rândul tinerilor. Produsele din tungsten sunt mult mai ieftine și mai rezistente la zgârieturi.
Densitatea plumbului
Cu cât aurul este mai pur, cu atât este mai puțin dur, așa că mai devreme a fost mușcat metalul galben pentru testare. Această metodă nu este fiabilă. Bijuteriile pot fi din plumb, placate cu un strat foarte subțire de aur. Și plumbul are, de asemenea, o structură moale. Puteți încerca să zgâriați piesa de pe față și un metal de bază poate fi găsit sub un strat foarte subțire de metal prețios.
Densitatea unui element din tabelul periodic - plumb și omologul său - aurul este diferită. Densitatea plumbului este mult mai mică decât cea a aurului, la 11,34 grame pe centimetru cub. Astfel, dacă luați un metal galben și plumb de același volum, atunci masa de aur va fi mult mai mare decât cea a plumbului.
Aurul alb este un aliaj de metal prețios galben cu platină sau alte metale, care îi conferă o culoare albă, mai precis mată-argintie. În viața de zi cu zi există opinia că „aurul alb” este unul dintre numele pentru platină, dar nu este cazul. Acest tip de aur este puțin mai scump decât de obicei. Metalul alb este similar ca aspect cu argintul, care este mult mai ieftin. Densitatea unor astfel de elemente din tabelul periodic precum aurul și argintul este diferită. Cum se distinge aurul alb de argint? Aceste metale prețioase au densități diferite.
Argintul este materialul cel mai puțin dens dintre toate cele discutate în articol.
Densitatea aurului este mai mare decât cea a argintului. Densitatea sa este de 10,49 grame pe centimetru cub. Argintul este mult mai moale decât metalul alb. Prin urmare, dacă treceți o bucată de argint peste o foaie albă, va rămâne o urmă. Dacă faceți același lucru cu metalul prețios alb, atunci nu va mai exista nicio urmă.
DEFINIȚIE
Densitatea materiei este raportul dintre masa și volumul său:
M / V, [g / cm 3, kg / m 3]
Densitatea solidă este o valoare de referință. Densitatea cuprului este de 9,0 g / cm3. În starea sa elementară, cuprul este un metal roșu (Fig. 1). Cele mai importante constante ale sale sunt prezentate în tabelul de mai jos:
Tabelul 1. Proprietățile fizice ale cuprului.
Cuprul se caracterizează prin densitate semnificativă, punct de topire destul de ridicat și duritate scăzută. Ductilitatea și maleabilitatea sa sunt excepțional de mari: cuprul poate fi tras într-un fir de 0,001 mm în diametru (de aproximativ 50 de ori mai subțire decât un fir de păr uman).
Figura: 1. Cupru. Aspect.
Găsirea cuprului în natură
Cuprul este mult în urma metalelor alcaline corespunzătoare în prevalența în natură. Conținutul său în scoarța terestră este estimat la aproximativ 0,003% (masă). Cuprul se găsește în principal sub formă de compuși sulfuroși și mai des împreună cu minereuri sulfuroase din alte metale. Dintre mineralele individuale de cupru, cele mai importante sunt calcopirita (CuFeS 2) și calcocita (Cu 2 S). Mineralele care conțin oxigen, cupritul (Cu 2 O) și malachitul ((CuOH) 2 CO 3), au o importanță mult mai mică din punct de vedere industrial.
Rezumatul proprietăților chimice și densității cuprului
Cuprul formează aliaje cu multe metale. În special, este aliat cu aur, argint și mercur.
Reactivitatea cuprului este redusă. În aer, este acoperit în mod constant cu o peliculă densă de culoare verzui-cenușie, cu săruri de carbonat de bază. Se combină cu oxigenul sub presiune normală și la încălzire:
4Cu + O 2 \u003d 2CuO;
2Cu + O 2 \u003d 2CuO.
Nu reacționează cu hidrogen, azot și carbon chiar și la temperaturi ridicate.
La temperaturi normale, cuprul se combină încet cu halogenii clor, brom și iod:
Cu + Cl2 \u003d CuCl2;
Cu + Br 2 \u003d CuBr 2.
Cuprul este un agent reductor slab; nu reacționează cu apă și acid clorhidric diluat. Se transferă în soluție cu acizi neoxidanți sau hidrat de amoniac în prezența oxigenului sau a cianurii de potasiu. Se oxidează cu acizi concentrati sulfurici și nitrici, aqua regia, calcogeni și oxizi nemetali. Reacționează atunci când este încălzit cu halogenuri de hidrogen.
Exemple de rezolvare a problemelor
EXEMPLUL 1
| Sarcina | Când un amestec de cupru și fier cu o greutate de 20 g a fost expus la un exces de acid clorhidric, s-au eliberat 5,6 litri de gaz (NU). Determinați fracția de masă a metalelor din amestec. |
| Decizie | Cuprul nu reacționează cu acidul clorhidric, deoarece este printre activitatea metalelor după hidrogen, adică eliberarea de hidrogen are loc numai ca urmare a interacțiunii acidului cu fierul. Să scriem ecuația reacției: Fe + 2HCl \u003d FeCl2 + H2. Să găsim cantitatea de substanță hidrogenată: n (H 2) \u003d V (H 2) / V_m \u003d 5,6 / 22,4 \u003d 0,25 mol. Conform ecuației reacției: n (H 2) \u003d n (Fe) \u003d 0,25 mol. Găsiți masa de fier: m (Fe) \u003d n (Fe) × M (Fe) \u003d 0,25 × 56 \u003d 14 g. Să calculăm fracția de masă a metalelor din amestec: w (Fe) \u003d m (Fe) / m amestec \u003d 14/20 \u003d 0,7 \u003d 70%. w (Cu) \u003d 100% - w (Fe) \u003d 100 - 70 \u003d 30%. |
| Răspuns | Fracția de masă a fierului din aliaj este de 70%, cuprul - 30%. |
Tabelul prezintă proprietățile termofizice ale cuprului, în funcție de temperatura cuprinsă între 50 și 1600 Kelvin.
Densitatea cuprului este de 8933 kg / m 3 (sau 8,93 g / cm 3) la temperatura camerei... Cuprul este de aproape patru ori mai greu și. Aceste metale vor pluti pe suprafața cuprului lichid. Valorile densității cuprului din tabel sunt indicate în unități de kg / m 3.
Dependența densității cuprului de temperatura acestuia este prezentată în tabel. Trebuie remarcat faptul că densitatea cuprului atunci când este încălzit scade atât în \u200b\u200bmetalul solid, cât și în cuprul lichid. O scădere a densității acestui metal se datorează expansiunii sale la încălzire - volumul de cupru crește. Trebuie remarcat faptul că cuprul lichid are o densitate de aproximativ 8000 kg / m 3 la temperaturi de până la 1300 ° C.
Conductivitatea termică a cuprului este de 401 W / (m · deg) la temperatura camerei, care este o valoare destul de mare, care este comparabilă cu.
La 1357K (1084 ° C), cuprul se transformă într-o stare lichidă, care se reflectă în tabel printr-o scădere bruscă a valorii conductivității termice a cuprului. Este clar că conductivitatea termică a cuprului lichid este de aproape două ori mai mică decât cea a metalului solid.
Când este încălzit, conductivitatea termică a cuprului tinde să scadă, cu toate acestea, la temperaturi peste 1400 K, valoarea conductivității termice începe să crească din nou.
Tabelul prezintă următoarele proprietăți termofizice ale cuprului la diferite temperaturi:
- densitatea cuprului, kg / m 3;
- capacitate termică specifică, J / (kg · deg);
- difuzivitate termică, m 2 / s;
- conductivitatea termică a cuprului, W / (m · K);
- funcția Lorentz;
- raportul dintre capacitățile de căldură.
Proprietățile termofizice ale cuprului: CTE și căldura specifică a cuprului
Cuprul are călduri de fuziune și fierbere relativ ridicate: căldura specifică de fuziune a cuprului este de 213 kJ / kg; căldura de fierbere specifică a cuprului este de 4800 kJ / kg.
Tabelul de mai jos prezintă unele dintre proprietățile termofizice ale cuprului în funcție de temperatura cuprinsă între 83 și 1473K. Valorile proprietății cuprului sunt indicate la presiunea atmosferică. Trebuie remarcat faptul că capacitatea specifică de căldură a cuprului este de 381 J / (kg deg) la temperatura camerei, iar conductivitatea termică a cuprului este de 395 W / (m · deg) la o temperatură de 20 ° C.
Din valorile coeficientului de expansiune termică și a capacității termice a cuprului din tabel, se poate observa că încălzirea acestui metal duce la o creștere a acestor valori. De exemplu, capacitatea termică a cuprului la o temperatură de 900 ° C devine egală cu 482 J / (kg · deg).
Tabelul prezintă următoarele proprietăți termofizice ale cuprului:
- densitatea cuprului, kg / m 3;
- capacitatea termică specifică a cuprului, kJ / (kg · K);
- coeficientul de conductivitate termică al cuprului, W / (m · deg);
- rezistență electrică specifică, Ohm · m;
- coeficient liniar de expansiune termică (CTE), 1 / deg.
Surse:
1.
2. .
