A formálhatóság a fémek és ötvözetek kovácsolásra és más típusú nyomáskezelésre való érzékenységére utal. Lehet húzás, bélyegzés, hengerlés vagy préselés. A réz hajlékonyságát nemcsak az alakváltozással szembeni ellenállás jellemzi, hanem a hajlékonyság is. Mi a plaszticitás? Ez a fém azon képessége, hogy nyomás hatására roncsolás nélkül megváltoztassa a kontúrjait. Temperálható fémek a sárgaréz, acél, duralumínium és néhány más réz, magnézium, nikkel, alumíniumötvözetek. Ők azok, akiknek magas a plaszticitása és alacsony a deformációval szembeni ellenállása.
Réz
Kíváncsi vagyok, hogy néz ki a réz jellemzői? Ismeretes, hogy ez D. I. Mengyelejev kémiai elemrendszerének 4. periódusának 11. csoportjának eleme. Atomjának száma 29, és Cu szimbólummal jelöljük. Valójában ez egy rózsaszínes-arany színű átmeneti képlékeny fém. Mellesleg rózsaszín színű, ha az oxidfilm hiányzik. Ezt az elemet régóta használják az emberek.
Előzmények
Az egyik első fém, amelyet az emberek elkezdtek aktívan használni a háztartásukban, a réz. Valójában túl hozzáférhető ércből való beszerzéshez, és kicsiolvadási hőmérséklet. Az emberi faj régóta ismeri a hét fémet, amelybe a réz is beletartozik. A természetben ez az elem sokkal gyakoribb, mint az ezüst, az arany vagy a vas. A rézből, salakból készült ókori tárgyak a bizonyítékok annak ércekből való kiolvasztására. Chatal-Khuyuk falu ásatásai során fedezték fel őket. Ismeretes, hogy a rézkorban a réz dolgok elterjedtek. A világtörténelemben a köveset követi.
S. A. Szemjonov és munkatársai kísérleti vizsgálatokat végeztek, amelyek során megállapította, hogy a rézszerszámok sok tekintetben jobbak a kőszerszámoknál. Nagyobb sebességgel gyalulnak, fúrnak, vágnak és fűrészelnek faanyagot. A csont rézkéssel való megmunkálása pedig annyi ideig tart, mint a kővel. De a rezet lágy fémnek tekintik.
Az ókorban nagyon gyakran réz helyett annak ötvözetét használták ónnal – bronzzal. Fegyverek és egyéb dolgok gyártásához volt szükség. Tehát a bronzkor váltotta fel a rézkort. A bronzot először a Közel-Keleten szerezték be, ie 3000-ben. AD: Az emberek szerették a réz szilárdságát és kiváló alakíthatóságát. A keletkezett bronzból pompás munka- és vadászati eszközök, edények, díszek kerültek elő. Mindezek a tárgyak régészeti ásatásokon találhatók. Aztán a bronzkort felváltotta a vaskor.
Hogyan lehetett rezet szerezni az ókorban? Kezdetben nem szulfidból, hanem malachit ércből bányászták. Valóban, ebben az esetben nem volt szükség előzetes tüzelésre. Ehhez szén és érc keverékét cserépedénybe helyezték. Az edényt behelyeztékegy sekély lyukat és a keveréket felgyújtották. Ezután szén-monoxid kezdett felszabadulni, ami hozzájárult a malachit szabad rézré redukálásához.
Ismert, hogy Cipruson már a Krisztus előtti harmadik évezredben építettek rézbányákat, ahol a rezet olvasztották.
Oroszország és a szomszédos államok földjén a rézbányák Kr.e. két évezredben keletkeztek. e. Romjaik az Urálban, Ukrajnában, a Kaukázuson, Altajban és a távoli Szibériában találhatók.
A réz ipari olvasztását a tizenharmadik században sajátították el. A tizenötödikben pedig Moszkvában létrehozták az Ágyúudvart. Ott öntöttek bronzból különféle kaliberű fegyvereket. Hihetetlen mennyiségű rezet használtak fel harangok készítéséhez. 1586-ban bronzból öntötték a cárágyút, 1735-ben a cári harangot, 1782-ben pedig a bronzlovast. 752-ben a kézművesek csodálatos szobrot készítettek a Nagy Buddháról a Todai-ji templomban. Általában véve az öntödei alkotások listája végtelen.
A tizennyolcadik században az ember felfedezte az elektromosságot. Ekkor hatalmas mennyiségű réz kezdett bekerülni a vezetékek és hasonló termékek gyártásába. A huszadik században a vezetékek alumíniumból készültek, de a réznek még mindig nagy jelentősége volt az elektrotechnikában.
A név eredete
Tudja, hogy a Cuprum a réz latin neve, Ciprus szigetének nevéből származik? Amúgy Sztrabón a réz chalkókat nevezi – az euboiai Chalkis városa vétkes az ilyen név eredetében. A legtöbb ókori görög elnevezés a réz ésa bronztárgyak pontosan ebből a szóból származtak. Széleskörű alkalmazást találtak a kovácsmesterségben, valamint a kovácstermékek és öntvények között. Néha a rezet Aes-nek hívják, ami azt jelenti, hogy érc vagy az enyém.
A szláv "réz" szónak nincs kifejezett etimológiája. Talán régi. De nagyon gyakran megtalálható Oroszország legősibb irodalmi műemlékeiben. V. I. Abaev feltételezte, hogy ez a szó Midia ország nevéből származik. Az alkimisták a rezet „Vénusz”-nak nevezték. A régebbi időkben "Mars"-nak hívták.
Hol található réz a természetben?
A földkéreg (4, 7-5, 5) x 10-3 tömeg% rezet tartalmaz. Folyó- és tengervízben sokkal kevesebb: 10-7%, illetve 3 x 10-7% (tömeg szerint).
Rézvegyületek gyakran megtalálhatók a természetben. Az iparban kalkopirit CuFeS2, úgynevezett rézpirit, bornit Cu5FeS4, kalkocit Cu 2S. Ugyanakkor az emberek más réz ásványokat is találnak: kuprit Cu2O, azurit Cu3(CO3) 2(OH)2, Malachite Cu2CO3 (OH)2 és covelline CuS. Nagyon gyakran a réz egyedi felhalmozódásának tömege eléri a 400 tonnát. A réz-szulfidok főleg hidrotermális, középhőmérsékletű vénákban képződnek. Az üledékes kőzetekben gyakran rézlerakódások találhatók - palák és réz homokkő. A leghíresebb lelőhelyek a Bajkál-túli területen Udokan, Zhezkazgan Kazahsztánban, Mansfeld Németországban és Közép-Afrika mézövezetében találhatók. További leggazdagabb rézlelőhelyek találhatókChilében (Colhausi és Escondida) és az USA-ban (Morenci).
A rézérc nagy részét külszíni bányászatban bányászják. 0,3-1,0% rezet tartalmaz.
Fizikai tulajdonságok
Sok olvasót érdekel a réz leírása. Ez egy képlékeny rózsaszínes-arany fém. Levegőben felületét azonnal oxidfilm borítja, ami sajátos intenzív vörös-sárga árnyalatot ad. Érdekes módon a vékony rézfilmek kékes-zöld színűek.
Az ozmium, a cézium, a réz és az arany színe azonos, eltér a többi fém szürkétől vagy ezüstétől. Ez a színárnyalat elektronikus átmenetek jelenlétét jelzi a negyedik félig üres és a kitöltött harmadik atompálya között. Közöttük van egy bizonyos energiakülönbség, amely megfelel a narancssárga hullámhosszának. Ugyanez a rendszer felelős az arany adott színéért.
Mi még csodálatos a rézben? Ez a fém felületközpontú köbös rácsot alkot, Fm3m tércsoport, a=0,36150 nm, Z=4.
A réz magas elektromos és hővezető képességéről is híres. Áramvezetés szempontjából a fémek között a második helyen áll. A réz egyébként óriási hőmérsékleti ellenállási együtthatóval rendelkezik, és széles hőmérsékleti tartományban szinte független a teljesítményétől. A rezet diamágnesnek hívják.
A rézötvözetek változatosak. Az emberek megtanulták kombinálni a sárgarezet cinkkel, a nikkelt a réz-nikkellel és az ólmot babbittal,és bronz ónnal és más fémekkel.
Réz izotópjai
A réz két stabil izotópból áll: 63Cu és 65Cu, amelyek atomi mennyisége 69,1, illetve 30,9 százalék. Általában több mint két tucat izotóp van, amelyek nem rendelkeznek stabilitással. A leghosszabb életű izotóp a 67Cu, felezési ideje 62 óra.
Hogyan nyerik a rezet?
A réz előállítása nagyon érdekes folyamat. Ezt a fémet ásványokból és rézércekből nyerik. A réz előállításának alapvető módszerei a hidrometallurgia, a pirometallurgia és az elektrolízis.
Vegyük fontolóra a pirometallurgiai módszert. Ily módon a rezet szulfidércekből nyerik, például kalkopirit CuFeS2. A kalkopirit alapanyag 0,5-2,0% Cu-t tartalmaz. Először az eredeti ércet flotációs dúsításnak vetik alá. Ezután 1400 fokos hőmérsékleten oxidálják és pörkölik. Ezután a kalcinált koncentrátumot matttá olvasztják. Az olvadékhoz szilícium-dioxidot adnak a vas-oxid megkötésére.
A kapott szilikát salakként felúszik, és leválik. A matt alul marad – CU2S és FeS szulfidok ötvözete. Ezután Henry Bessemer módszere szerint megolvasztják. Ehhez olvadt mattot öntünk a konverterbe. Az edényt ezután oxigénnel átöblítjük. A visszamaradó vas-szulfidot pedig oxiddá oxidálják, és szilícium-dioxid segítségével szilikát formájában eltávolítják a folyamatból. A réz-szulfid nem teljesen oxidálódik réz-oxiddá, majd fémes rézsé redukálódik.
Ba kapott hólyagréz a fém 90,95%-át tartalmazza. Ezután elektrolitikus tisztításnak vetik alá. Érdekes módon réz-szulfát savanyított oldatát használják elektrolitként.
Elektrolitikus réz képződik a katódon, amelynek nagy, körülbelül 99,99%-os frekvenciája van. A nyert rézből különféle tárgyak készülnek: vezetékek, elektromos berendezések, ötvözetek.
A hidrometallurgiai módszer egy kicsit másképp néz ki. Itt a réz ásványokat híg kénsavban vagy ammóniaoldatban oldják fel. Az előkészített folyadékokból a rezet a fémvas kiszorítja.
A réz kémiai tulajdonságai
A vegyületekben a réz két oxidációs állapotot mutat: +1 és +2. Ezek közül az első hajlamos az aránytalanságra, és csak oldhatatlan vegyületekben vagy komplexekben stabil. A rézvegyületek egyébként színtelenek.
A +2 oxidációs állapot stabilabb. Ő adja a só kék és kékeszöld színét. Szokatlan körülmények között +3, sőt +5 oxidációs állapotú vegyületek is előállíthatók. Ez utóbbi általában az 1994-ben nyert kupbororán anionsókban található.
A tiszta réz nem változik a levegőben. Gyenge redukálószer, amely nem reagál híg sósavval és vízzel. Tömény salétromsav és kénsav, halogének, oxigén, aqua regia, nemfém-oxidok, kalkogének oxidálják. Melegítéskor reakcióba lép hidrogén-halogenidekkel.
Ha a levegő nedves, a réz oxidálódik, és bázikus réz(II)-karbonátot képez. Kiválóan reagál hideg és meleg telített kénsavval, forró vízmentes kénsavval.
A réz oxigén jelenlétében reagál híg sósavval.
A réz analitikai kémiája
Mindenki tudja, mi az a kémia. A réz oldatban könnyen kimutatható. Ehhez meg kell nedvesíteni a platinahuz alt a tesztoldattal, majd be kell vinni a Bunsen égő lángjába. Ha az oldatban réz van, a láng kékeszöld lesz. Tudnod kell, hogy:
- Általában enyhén savas oldatokban a réz mennyiségét hidrogén-szulfiddal mérik: az anyaghoz keverik. Ebben az esetben általában réz-szulfid válik ki.
- Azokban az oldatokban, ahol nincsenek zavaró ionok, a rezet komplexometriával, ionometriával vagy potenciometriával határozzák meg.
- Az oldatokban lévő kis mennyiségű réz mérése spektrális és kinetikai módszerekkel történik.
Rézhasználat
Egyetértek, a réz tanulmányozása nagyon szórakoztató dolog. Tehát ennek a fémnek alacsony az ellenállása. Ennek a minőségének köszönhetően a rezet az elektrotechnikában használják erősáramú és egyéb kábelek, vezetékek és egyéb vezetők előállítására. A rézhuzalokat teljesítménytranszformátorok és elektromos hajtások tekercselésében használják. A fenti termékek elkészítéséhez a fémet nagyon tisztán választják ki, mivel a szennyeződések azonnal csökkentik az elektromos vezetőképességet. És ha a rézben 0,02% alumínium van, akkor az elektromos vezetőképessége 10%-kal csökken.
A réz második hasznos minősége azkiváló hővezető képesség. Ennek a tulajdonságának köszönhetően különféle hőcserélőkben, hőcsövekben, hűtőbordákban és számítógép-hűtőkben használják.
És hol használják a réz keménységét? Ismeretes, hogy a varrat nélküli kerek rézcsövek figyelemre méltó mechanikai szilárdsággal rendelkeznek. Tökéletesen ellenállnak a mechanikai feldolgozásnak, és gázok és folyadékok mozgatására szolgálnak. Általában megtalálhatók a belső gázellátó rendszerekben, vízellátásban, fűtésben. Széles körben használják hűtőegységekben és légkondicionáló rendszerekben.
A réz kiváló keménysége számos országban ismert. Tehát Franciaországban, az Egyesült Királyságban és Ausztráliában rézcsöveket használnak az épületek gázellátására, Svédországban - fűtésre, az USA-ban, Nagy-Britanniában és Hongkongban - ez a vízellátás fő anyaga.
Oroszországban a víz- és gázrézcsövek gyártását a GOST R 52318-2005 szabvány szabályozza, használatukat pedig az SP 40-108-2004 szövetségi szabályzat szabályozza. A rézből és ötvözeteiből készült csöveket aktívan használják az energiaiparban és a hajógyártásban gőz és folyadékok mozgatására.
Tudja, hogy a rézötvözeteket a technológia különböző területein használják? Ezek közül a bronz és a sárgaréz a leghíresebb. Mindkét ötvözet kolosszális anyagcsaládot tartalmaz, amely a cink és az ón mellett bizmutot, nikkelt és más fémeket is tartalmazhat. Például a fegyver, amelyet a tizenkilencedik századig használtak tüzérségi darabok készítésére, rézből, ónból és cinkből állt. Receptje helytől függően változott ésszerszámgyártási idő.
Mindenki ismeri a réz kiváló gyárthatóságát és nagy rugalmasságát. Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően hihetetlen mennyiségű sárgaréz kerül a fegyverek és tüzérségi lőszerek gyártásába. Figyelemre méltó, hogy az autóalkatrészek rézötvözetekből készülnek szilíciummal, cinkkel, ónnal, alumíniummal és más anyagokkal. A rézötvözeteket nagy szilárdság jellemzi, és a hőkezelés során megőrzik mechanikai tulajdonságaikat. Kopásállóságukat csak a kémiai összetétel és annak szerkezetre gyakorolt hatása határozza meg. Felhívjuk figyelmét, hogy ez a szabály nem vonatkozik a berillium bronzra és egyes alumíniumbronzokra.
A rézötvözetek rugalmassági modulusa alacsonyabb, mint az acélé. Fő előnyük kis súrlódási együtthatónak nevezhető, amelyet a legtöbb ötvözethez kombinálnak, amelyek nagy rugalmassággal, kiváló elektromos vezetőképességgel és kiváló korrózióállósággal rendelkeznek agresszív környezetben. Általában ezek alumíniumbronzok és réz-nikkel ötvözetek. Mellesleg csúszáspárban találták meg alkalmazásukat.
Gyakorlatilag minden rézötvözetnek azonos a súrlódási együtthatója. Ugyanakkor a kopásállóság és a mechanikai tulajdonságok, az agresszív környezetben való viselkedés közvetlenül függ az ötvözetek összetételétől. A réz hajlékonyságát egyfázisú ötvözetekben, szilárdságát pedig kétfázisú ötvözetekben használják. A kupronikkelt (réz-nikkel ötvözet) váltóérmék verésére használják. A réz-nikkel ötvözeteket, köztük az "Admiralitást" használják a hajógyártásban. Kondenzátorok csöveinek készítésére használják, amelyek a turbina kipufogógázát tisztítják. Figyelemre méltó, hogy a turbinákat külső víz hűti. A réz-nikkel ötvözetek elképesztő korrózióállósággal rendelkeznek, ezért a tengervíz agresszív hatásának kitett területeken keresettek.
Valójában a réz a keményforrasz legfontosabb alkotóeleme – az 590–880 Celsius fokos olvadáspontú ötvözetek. Ők azok, akik kiválóan tapadnak a legtöbb fémhez, aminek köszönhetően a különféle fémalkatrészek szilárdan összekapcsolására szolgálnak. Ezek lehetnek különböző fémekből készült csőszerelvények vagy folyékony hajtóanyagú sugárhajtóművek.
És most felsoroljuk azokat az ötvözeteket, amelyekben a réz alakíthatósága nagy jelentőséggel bír. A dural vagy duralumínium alumínium és réz ötvözete. Itt a réz 4,4%. Az ékszerekben gyakran használják a réz és az arany ötvözeteit. Ezek szükségesek a termékek szilárdságának növeléséhez. Végül is a tiszta arany egy nagyon puha fém, amely nem tud ellenállni a mechanikai igénybevételnek. A tiszta aranyból készült tárgyak gyorsan deformálódnak és kopnak.
Érdekes módon réz-oxidokat használnak ittrium-bárium-réz-oxid előállítására. Ez szolgál alapul a magas hőmérsékletű szupravezetők gyártásához. A rezet akkumulátorok és réz-oxid elektrokémiai cellák gyártására is használják.
Egyéb alkalmazások
Tudja, hogy a rezet gyakran használják katalizátorként az acetilén polimerizációjához? Ennek a tulajdonságnak köszönhetően az acetilén szállítására használt rézvezetékek megengedettekcsak akkor használja, ha a réztartalom nem haladja meg a 64%-ot.
Az emberek megtanulták használni a réz alakíthatóságát az építészetben. A legvékonyabb rézlemezből készült homlokzatok és tetők 150 évig zavartalanul szolgálnak. Ezt a jelenséget egyszerűen magyarázzák: a rézlemezekben a korróziós folyamat automatikusan kialszik. Oroszországban az SP 31-116-2006 szövetségi szabályzat előírásai szerint rézlemezt használnak homlokzatokhoz és tetőkhöz.
A nem túl távoli jövőben az emberek azt tervezik, hogy rezet használnak baktériumölő felületként a klinikákon, hogy megakadályozzák a baktériumok beltéri mozgását. Minden emberi kéz által megérinthető felületet - ajtókat, kilincseket, korlátokat, vízszerelvényeket, munkalapokat, ágyakat - szakemberek készítenek csak ebből a csodálatos fémből.
Réz jelölés
Milyen minőségű rezet használ az ember a számára szükséges termékek előállításához? Sok van belőlük: M00, M0, M1, M2, M3. A rézminőségeket általában tartalmuk tisztasága alapján azonosítják.
Például az M1r, M2r és M3r minőségű réz 0,04% foszfort és 0,01% oxigént, az M1, M2 és M3 osztályú réz pedig 0,05-0,08% oxigént tartalmaz. Az M0b osztályban nincs oxigén, MO-ban pedig 0,02%.
Nézzük meg közelebbről a rezet. Az alábbi táblázat pontosabb információkat nyújt:
| Rézminőség | M00 | M0 | M0b | M1 | M1p | M2 | M2r | M3 | M3r | M4 |
|
Százalék tartalom réz |
99, 99 | 99, 95 | 99, 97 | 99, 90 | 99, 70 | 99, 70 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 00 |
27 rézminőség
Összesen huszonhét minőségű réz létezik. Hol használ az ember ekkora mennyiségű rézanyagot? Fontolja meg ezt az árnyalatot részletesebben:
- Cu-DPH anyagból készülnek a csövek csatlakoztatásához szükséges szerelvények.
- AMF szükséges a melegen hengerelt és hidegen hengerelt anódok létrehozásához.
- Az AMPU-t hidegen hengerelt és melegen hengerelt anódok gyártására használják.
- M0 szükséges áramvezetők és nagyfrekvenciás ötvözetek létrehozásához.
- Az M00 anyagot nagyfrekvenciás ötvözetek és áramvezetők gyártásához használják.
- M001-et huzalok, gumiabroncsok és egyéb elektromos termékek gyártására használják.
- M001b szükséges az elektromos termékek gyártásához.
- M00b-t áramvezetők, nagyfrekvenciás ötvözetek és az elektrovákuum-iparban használt eszközök létrehozására használják.
- M00k - alapanyag deformált és öntött nyersdarabok készítéséhez.
- M0b nagyfrekvenciás ötvözetek készítésére szolgál.
- M0k öntött és deformált nyersdarabok gyártására szolgál.
- M1 szükséges a gyártáshozhuzal és kriogén technológiai termékek.
- M16-ot vákuumipari eszközök gyártására használják.
- M1E szükséges a hidegen hengerelt fólia és szalag létrehozásához.
- M1k szükséges a félkész termékek elkészítéséhez.
- M1op-t vezetékek és egyéb elektromos termékek gyártására használják.
- M1p-ből öntöttvas és réz hegesztésére szolgáló elektródákat készítenek.
- M1pE szükséges a hidegen hengerelt szalag és fólia gyártásához.
- M1u hidegen hengerelt és melegen hengerelt anódok létrehozására szolgál.
- M1f szükséges szalag, fólia, melegen és hidegen hengerelt lapok készítéséhez.
- M2-t kiváló minőségű rézalapú ötvözetek és félkész termékek előállítására használják.
- M2k-t félkész termékek gyártására használják.
- M2p szükséges a rudak készítéséhez.
- M3 hengerelt termékek, ötvözetek gyártásához szükséges.
- M3r hengerelt termékek és ötvözetek készítésére szolgál.
- MB-1 szükséges a berilliumtartalmú bronzok készítéséhez.
- MSr1-et elektromos szerkezetek gyártására használják.
A
A
A
Az
Az
Az
Az
A
A
Az
A
Az
Az
Az
