Kelenturan tembaga. Karakteristik tembaga

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 05:30

Kelenturan mengacu pada kerentanan logam dan paduannya terhadap penempaan dan jenis perlakuan tekanan lainnya. Itu bisa menggambar, mencap, menggulung atau menekan. Daktilitas tembaga dicirikan tidak hanya oleh ketahanan terhadap deformasi, tetapi juga oleh keuletan. Apa itu plastisitas? Ini adalah kemampuan logam untuk mengubah konturnya di bawah tekanan tanpa kehancuran. Logam lunak adalah kuningan, baja, duralumin dan beberapa paduan tembaga, magnesium, nikel, aluminium lainnya. Merekalah yang memiliki tingkat plastisitas tinggi dikombinasikan dengan ketahanan yang rendah terhadap deformasi.

Tembaga

Saya ingin tahu seperti apa karakteristik tembaga itu? Diketahui bahwa ini adalah elemen dari kelompok ke-11 periode ke-4 dari sistem unsur kimia D. I. Mendeleev. Atomnya memiliki nomor 29 dan dilambangkan dengan simbol Cu. Faktanya, ini adalah logam ulet transisi dengan warna emas merah muda. Omong-omong, ia memiliki warna merah muda jika film oksida tidak ada. Untuk waktu yang lama, elemen ini telah digunakan oleh orang-orang.

Sejarah

Salah satu logam pertama yang mulai digunakan secara aktif di rumah tangga adalah tembaga. Memang, itu terlalu mudah untuk diperoleh dari bijih dan memiliki sedikitsuhu leleh. Untuk waktu yang lama, umat manusia telah mengenal tujuh logam, yang juga termasuk tembaga. Di alam, elemen ini jauh lebih umum daripada perak, emas atau besi. Benda kuno yang terbuat dari tembaga, terak, adalah bukti peleburannya dari bijih. Mereka ditemukan selama penggalian desa Chatal-Khuyuk. Diketahui bahwa di Zaman Tembaga, barang-barang tembaga menjadi tersebar luas. Dalam sejarah dunia, dia mengikuti yang batu.

S. A. Semyonov dan rekan-rekannya melakukan studi eksperimental, di mana ia menemukan bahwa alat tembaga lebih unggul dari yang batu dalam banyak hal. Mereka memiliki kecepatan yang lebih tinggi dalam merencanakan, mengebor, memotong dan menggergaji kayu. Dan pemrosesan tulang dengan pisau tembaga berlangsung selama dengan pisau batu. Tapi tembaga dianggap sebagai logam lunak.

Sangat sering di zaman kuno, alih-alih tembaga, mereka menggunakan paduannya dengan timah - perunggu. Itu diperlukan untuk pembuatan senjata dan hal-hal lain. Jadi, zaman perunggu datang untuk menggantikan zaman tembaga. Perunggu pertama kali diperoleh di Timur Tengah pada 3000 SM. AD: Orang-orang menyukai kekuatan dan kelenturan tembaga yang sangat baik. Alat-alat kerja dan berburu yang luar biasa, peralatan, dan dekorasi keluar dari perunggu yang dihasilkan. Semua barang ini ditemukan dalam penggalian arkeologis. Kemudian Zaman Perunggu digantikan oleh Zaman Besi.

Bagaimana tembaga dapat diperoleh pada zaman dahulu? Awalnya, itu ditambang bukan dari sulfida, tetapi dari bijih perunggu. Memang, dalam hal ini, tidak perlu terlibat dalam penembakan pendahuluan. Untuk melakukan ini, campuran batu bara dan bijih ditempatkan di bejana gerabah. Kapal ditempatkan dilubang dangkal dan campuran itu dibakar. Kemudian karbon monoksida mulai dilepaskan, yang berkontribusi pada reduksi perunggu menjadi tembaga bebas.

Sudah diketahui bahwa tambang tembaga sudah dibangun di Siprus pada milenium ketiga SM, di mana tembaga dilebur.

Di tanah Rusia dan negara-negara tetangga, tambang tembaga muncul dua milenium SM. e. Reruntuhan mereka ditemukan di Ural, dan di Ukraina, dan di Transcaucasus, dan di Altai, dan di Siberia yang jauh.

Industri peleburan tembaga dikuasai pada abad ketiga belas. Dan pada tanggal lima belas di Moskow, Cannon Yard dibuat. Di sanalah senjata berbagai kaliber dilemparkan dari perunggu. Jumlah tembaga yang luar biasa digunakan untuk membuat lonceng. Pada 1586, Meriam Tsar dilemparkan dari perunggu, pada 1735 - Lonceng Tsar, pada 1782 Penunggang Kuda Perunggu diciptakan. Pada tahun 752, para pengrajin membuat patung Big Buddha yang megah di Kuil Todai-ji. Secara umum, daftar karya seni pengecoran tidak ada habisnya.

Pada abad kedelapan belas manusia menemukan listrik. Saat itulah sejumlah besar tembaga mulai digunakan untuk pembuatan kabel dan produk serupa. Pada abad kedua puluh, kabel terbuat dari aluminium, tetapi tembaga masih sangat penting dalam teknik listrik.

Asal usul nama

Tahukah Anda bahwa Tembaga adalah nama latin untuk tembaga, berasal dari nama pulau Siprus? Ngomong-ngomong, Strabo menyebut kapur tembaga - kota Chalkis di Euboea bersalah atas asal usul nama seperti itu. Sebagian besar nama Yunani kuno untuk tembaga danbenda perunggu justru berasal dari kata ini. Mereka telah menemukan aplikasi luas dalam pandai besi, dan di antara produk dan coran pandai besi. Kadang-kadang tembaga disebut Aes, yang berarti bijih atau tambang.

Kata Slavia "tembaga" tidak memiliki etimologi yang diucapkan. Mungkin sudah tua. Tetapi sangat sering ditemukan di monumen sastra paling kuno di Rusia. V. I. Abaev berasumsi bahwa kata ini berasal dari nama negara Midia. Para alkemis menjuluki tembaga "Venus". Di zaman yang lebih kuno, itu disebut "Mars".

Di mana tembaga ditemukan di alam?

Kerak bumi mengandung (4, 7-5, 5) x 10^-3% tembaga (berdasarkan massa). Di sungai dan air laut, jauh lebih sedikit: 10^-7% dan 3 x 10^-7% (berdasarkan massa).

Senyawa tembaga sering ditemukan di alam. Industri menggunakan kalkopirit CuFeS₂, disebut pirit tembaga, bornit Cu₅FeS₄, kalkosit Cu 2_{S. Pada saat yang sama, orang menemukan mineral tembaga lainnya: kuprit Cu}2_{O, azurit Cu}3_(CO3) ₂(OH)₂, Malachite Cu₂CO_{3 (OH)}2 _{dan covelline CuS. Sangat sering, massa akumulasi individu tembaga mencapai 400 ton. Tembaga sulfida terbentuk terutama di urat suhu sedang hidrotermal. Seringkali, di batuan sedimen, endapan tembaga dapat ditemukan - serpih dan batupasir tembaga. Deposit paling terkenal adalah di Wilayah Trans-Baikal Udokan, Zhezkazgan di Kazakhstan, Mansfeld di Jerman dan sabuk madu Afrika Tengah. Deposit tembaga terkaya lainnya beradadi Chili (Colhausi dan Escondida) dan Amerika Serikat (Morenci).}

Sebagian besar bijih tembaga ditambang secara terbuka. Ini mengandung 0,3 hingga 1,0% tembaga.

Sifat fisik

Banyak pembaca yang tertarik dengan deskripsi tembaga. Ini adalah logam emas merah muda yang ulet. Di udara, permukaannya langsung ditutupi dengan film oksida, yang memberikan rona merah-kuning yang intens. Menariknya, lapisan tipis tembaga memiliki warna hijau kebiruan.

Osmium, cesium, tembaga dan emas memiliki warna yang sama, berbeda dengan abu-abu atau perak dari logam lain. Bayangan warna ini menunjukkan adanya transisi elektronik antara orbital atom keempat setengah kosong dan ketiga terisi. Di antara mereka ada perbedaan energi tertentu yang sesuai dengan panjang gelombang oranye. Sistem yang sama bertanggung jawab atas warna emas tertentu.

Apa lagi yang menakjubkan dari tembaga? Logam ini membentuk kisi kubik berpusat muka, grup ruang Fm3m, a=0,36150 nm, Z=4.

Tembaga juga terkenal dengan konduktivitas listrik dan termalnya yang tinggi. Dalam hal konduksi saat ini, itu adalah salah satu logam di tempat kedua. Omong-omong, tembaga memiliki koefisien resistansi suhu yang sangat besar dan hampir tidak tergantung pada kinerjanya pada rentang suhu yang luas. Tembaga disebut diamagnet.

Paduan tembaga beragam. Orang-orang telah belajar menggabungkan kuningan dengan seng, dan nikel dengan cupronickel, dan timbal dengan babbit,dan perunggu dengan timah dan logam lainnya.

Isotop tembaga

Tembaga terdiri dari dua isotop stabil, ⁶³Cu dan ⁶⁵Cu, yang masing-masing memiliki kelimpahan 69,1 dan 30,9 persen atom. Secara umum, ada lebih dari dua lusin isotop yang tidak memiliki stabilitas. Isotop yang paling lama hidup adalah ⁶⁷Cu dengan waktu paruh 62 jam.

Bagaimana tembaga diperoleh?

Membuat tembaga adalah proses yang sangat menarik. Logam ini diperoleh dari mineral dan bijih tembaga. Metode dasar untuk memperoleh tembaga adalah hidrometalurgi, pirometalurgi dan elektrolisis.

Mari kita pertimbangkan metode pirometalurgi. Dengan cara ini, tembaga diperoleh dari bijih sulfida, misalnya, kalkopirit CuFeS₂. Bahan baku kalkopirit mengandung 0,5-2,0% Cu. Pertama, bijih asli mengalami pengayaan flotasi. Kemudian dioksidasi dipanggang pada suhu 1400 derajat. Selanjutnya, konsentrat yang dikalsinasi dilebur menjadi matte. Silika ditambahkan ke lelehan untuk mengikat oksida besi.

Silikat yang dihasilkan mengapung sebagai terak dan terpisah. Matte tetap di bagian bawah - paduan sulfida CU₂S dan FeS. Kemudian dilebur menurut metode Henry Bessemer. Untuk melakukan ini, matte cair dituangkan ke dalam konverter. Bejana kemudian dibersihkan dengan oksigen. Dan besi sulfida yang tersisa dioksidasi menjadi oksida dan, dengan bantuan silika, dikeluarkan dari proses dalam bentuk silikat. Tembaga sulfida dioksidasi menjadi oksida tembaga secara tidak sempurna, tetapi kemudian direduksi menjadi tembaga logam.

Btembaga melepuh yang dihasilkan mengandung 90,95% logam. Kemudian mengalami pemurnian elektrolitik. Menariknya, larutan asam tembaga sulfat digunakan sebagai elektrolit.

Tembaga elektrolit terbentuk di katoda, yang memiliki frekuensi tinggi sekitar 99,99%. Berbagai barang terbuat dari tembaga diperoleh: kabel, peralatan listrik, paduan.

Metode hidrometalurgi terlihat sedikit berbeda. Di sini, mineral tembaga dilarutkan dalam asam sulfat encer atau dalam larutan amonia. Dari cairan yang disiapkan, tembaga digantikan oleh besi metalik.

Sifat kimia tembaga

Dalam senyawa, tembaga menunjukkan dua keadaan oksidasi: +1 dan +2. Yang pertama cenderung tidak proporsional dan hanya stabil dalam senyawa atau kompleks yang tidak larut. Omong-omong, senyawa tembaga tidak berwarna.

Kondisi oksidasi +2 lebih stabil. Dialah yang memberi warna biru garam dan biru-hijau. Dalam kondisi yang tidak biasa, senyawa dengan keadaan oksidasi +3 dan bahkan +5 dapat dibuat. Yang terakhir ini biasanya ditemukan dalam garam anion cupbororane yang diperoleh pada tahun 1994.

Tembaga murni tidak berubah di udara. Ini adalah agen pereduksi lemah yang tidak bereaksi dengan asam klorida encer dan air. Dioksidasi oleh asam nitrat dan sulfat pekat, halogen, oksigen, aqua regia, oksida non-logam, chalcogens. Saat dipanaskan, ia bereaksi dengan hidrogen halida.

Jika udara lembab, tembaga teroksidasi menjadi tembaga(II) karbonat basa. Bereaksi hebat dengan asam sulfat jenuh dingin dan panas, asam sulfat anhidrat panas.

Tembaga bereaksi dengan asam klorida encer dengan adanya oksigen.

Kimia analitik tembaga

Semua orang tahu apa itu kimia. Tembaga dalam larutan mudah dideteksi. Untuk melakukan ini, perlu untuk membasahi kawat platinum dengan larutan uji, dan kemudian membawanya ke dalam nyala api pembakar Bunsen. Jika tembaga hadir dalam larutan, nyala api akan menjadi biru-hijau. Perlu Anda ketahui bahwa:

• Biasanya, jumlah tembaga dalam larutan yang sedikit asam diukur menggunakan hidrogen sulfida: dicampur dengan zat tersebut. Biasanya, tembaga sulfida mengendap dalam kasus ini.
• Dalam larutan yang tidak memiliki ion pengganggu, tembaga ditentukan secara kompleksometri, ionometri, atau potensiometri.
• Sejumlah kecil tembaga dalam larutan diukur dengan metode spektral dan kinetik.

penggunaan tembaga

Setuju, mempelajari tembaga adalah hal yang sangat menghibur. Jadi, logam ini memiliki resistivitas yang rendah. Karena kualitas ini, tembaga digunakan dalam teknik listrik untuk produksi daya dan kabel lainnya, kabel dan konduktor lainnya. Kabel tembaga digunakan dalam belitan transformator daya dan penggerak listrik. Untuk membuat produk di atas, logam dipilih sangat murni, karena kotoran langsung mengurangi konduktivitas listrik. Dan jika ada 0,02% aluminium dalam tembaga, konduktivitas listriknya akan berkurang 10%.

Kualitas berguna kedua dari tembaga adalahkonduktivitas termal yang sangat baik. Karena sifat ini, ia digunakan di berbagai penukar panas, pipa panas, unit pendingin, dan pendingin komputer.

Dan di mana kekerasan tembaga digunakan? Diketahui bahwa tabung tembaga bulat mulus memiliki kekuatan mekanik yang luar biasa. Mereka sangat tahan terhadap pemrosesan mekanis dan digunakan untuk memindahkan gas dan cairan. Biasanya mereka dapat ditemukan di sistem pasokan gas internal, pasokan air, pemanas. Mereka banyak digunakan di unit pendingin dan sistem pendingin udara.

Kekerasan tembaga yang sangat baik dikenal di banyak negara. Jadi, di Prancis, Inggris, dan Australia, pipa tembaga digunakan untuk pasokan gas ke gedung-gedung, di Swedia - untuk pemanas, di AS, Inggris Raya, dan Hong Kong - ini adalah bahan utama untuk pasokan air.

Di Rusia, produksi pipa tembaga air dan gas diatur oleh standar GOST R 52318-2005, dan Kode Peraturan federal SP 40-108-2004 mengatur penggunaannya. Pipa yang terbuat dari tembaga dan paduannya secara aktif digunakan dalam industri tenaga dan pembuatan kapal untuk memindahkan uap dan cairan.

Tahukah Anda bahwa paduan tembaga digunakan di berbagai bidang teknologi? Dari jumlah tersebut, perunggu dan kuningan dianggap yang paling terkenal. Kedua paduan termasuk keluarga bahan yang sangat besar, yang, selain seng dan timah, mungkin termasuk bismut, nikel, dan logam lainnya. Misalnya, gunmetal, yang digunakan hingga abad kesembilan belas untuk membuat artileri, terdiri dari tembaga, timah, dan seng. Resepnya berubah tergantung tempat danwaktu pembuatan alat.

Semua orang tahu kemampuan manufaktur yang sangat baik dan keuletan tembaga yang tinggi. Karena sifat-sifat ini, sejumlah besar kuningan digunakan untuk produksi peluru untuk senjata dan amunisi artileri. Patut dicatat bahwa suku cadang mobil terbuat dari paduan tembaga dengan silikon, seng, timah, aluminium, dan bahan lainnya. Paduan tembaga dicirikan oleh kekuatan tinggi dan mempertahankan sifat mekaniknya selama perlakuan panas. Ketahanan mereka terhadap keausan hanya ditentukan oleh komposisi kimia dan pengaruhnya terhadap struktur. Harap dicatat bahwa aturan ini tidak berlaku untuk perunggu berilium dan beberapa perunggu aluminium.

Paduan tembaga memiliki modulus elastisitas yang lebih rendah daripada baja. Keuntungan utama mereka dapat disebut koefisien gesekan kecil, dikombinasikan untuk sebagian besar paduan dengan keuletan tinggi, konduktivitas listrik yang sangat baik dan ketahanan yang sangat baik terhadap korosi di lingkungan yang agresif. Biasanya, ini adalah perunggu aluminium dan paduan tembaga-nikel. Omong-omong, mereka telah menemukan aplikasi mereka dalam pasangan slip.

Hampir semua paduan tembaga memiliki koefisien gesekan yang sama. Pada saat yang sama, ketahanan aus dan sifat mekanik, perilaku di lingkungan yang agresif secara langsung bergantung pada komposisi paduan. Daktilitas tembaga digunakan dalam paduan fase tunggal, dan kekuatan digunakan dalam paduan dua fase. Cupronickel (paduan tembaga-nikel) digunakan untuk mencetak uang receh. Paduan tembaga-nikel, termasuk "Admir alty", digunakan dalam pembuatan kapal. Mereka digunakan untuk membuat tabung untuk kondensor yang membersihkan uap buang turbin. Patut dicatat bahwa turbin didinginkan oleh air tempel. Paduan tembaga-nikel memiliki ketahanan korosi yang luar biasa, sehingga banyak dicari di area yang terkena dampak agresif air laut.

Faktanya, tembaga adalah komponen terpenting dari solder keras - paduan dengan titik leleh 590 hingga 880 derajat Celcius. Merekalah yang memiliki daya rekat yang sangat baik pada sebagian besar logam, karena itu mereka digunakan untuk menghubungkan berbagai bagian logam dengan kuat. Ini bisa berupa sambungan pipa atau mesin jet berbahan bakar cair yang terbuat dari logam yang berbeda.

Dan sekarang kami membuat daftar paduan di mana kelenturan tembaga sangat penting. Dural atau duralumin adalah paduan aluminium dan tembaga. Di sini tembaga adalah 4,4%. Paduan tembaga dan emas sering digunakan dalam perhiasan. Mereka diperlukan untuk meningkatkan kekuatan produk. Bagaimanapun, emas murni adalah logam yang sangat lunak yang tidak tahan terhadap tekanan mekanis. Barang-barang yang terbuat dari emas murni dengan cepat berubah bentuk dan terkikis.

Menariknya, oksida tembaga digunakan untuk membuat oksida yttrium-barium-tembaga. Ini berfungsi sebagai dasar untuk pembuatan superkonduktor suhu tinggi. Tembaga juga digunakan untuk membuat baterai dan sel elektrokimia oksida tembaga.

Aplikasi lain

Tahukah Anda bahwa tembaga sering digunakan sebagai katalis untuk polimerisasi asetilen? Karena sifat ini, pipa tembaga yang digunakan untuk mengangkut asetilena diperbolehkan untukgunakan hanya jika kandungan tembaga di dalamnya tidak melebihi 64%.

Orang telah belajar menggunakan kelenturan tembaga dalam arsitektur. Fasad dan atap yang terbuat dari lembaran tembaga tertipis berfungsi tanpa masalah selama 150 tahun. Fenomena ini dijelaskan secara sederhana: dalam lembaran tembaga, proses korosi padam secara otomatis. Di Rusia, lembaran tembaga digunakan untuk fasad dan atap sesuai dengan norma-norma Federal Code of Rules SP 31-116-2006.

Dalam waktu yang tidak terlalu lama, orang-orang berencana menggunakan tembaga sebagai permukaan kuman di klinik untuk mencegah bakteri berpindah-pindah di dalam ruangan. Semua permukaan yang disentuh oleh tangan manusia - pintu, pegangan, pagar, perlengkapan air, meja, tempat tidur - akan dibuat oleh spesialis hanya dari logam yang menakjubkan ini.

Tanda Tembaga

Tingkat tembaga apa yang digunakan seseorang untuk menghasilkan produk yang dia butuhkan? Ada banyak dari mereka: M00, M0, M1, M2, M3. Secara umum, kadar tembaga dikenali dari kemurnian isinya.

Misalnya, kadar tembaga M1r, M2r dan M3r mengandung 0,04% fosfor dan 0,01% oksigen, dan kadar M1, M2 dan M3 - 0,05-0,08% oksigen. Tidak ada oksigen di kelas M0b, dan di MO persentasenya adalah 0,02%.

Jadi mari kita lihat lebih dekat tembaga. Tabel di bawah ini akan memberikan informasi yang lebih akurat:

Tembaga Grade	M00	M0	M0b	M1	M1p	M2	M2r	M3	M3r	M4
Persentase isi tembaga	99, 99	99, 95	99, 97	99, 90	99, 70	99, 70	99, 50	99, 50	99, 50	99,00

27 nilai tembaga

Ada dua puluh tujuh nilai tembaga secara total. Di mana seseorang menggunakan bahan tembaga sebanyak itu? Pertimbangkan nuansa ini lebih detail:

• Material Cu-DPH digunakan untuk membuat fitting yang dibutuhkan untuk menyambung pipa.
• AMF diperlukan untuk membuat anoda canai panas dan canai dingin.
• AMPU digunakan untuk produksi anoda canai dingin dan canai panas.
• M0 diperlukan untuk membuat konduktor arus dan paduan frekuensi tinggi.
• Material M00 digunakan untuk pembuatan paduan frekuensi tinggi dan konduktor arus.
• M001 digunakan untuk pembuatan kawat, ban dan produk kelistrikan lainnya.
• M001b diperlukan untuk pembuatan produk listrik.
• M00b digunakan untuk membuat konduktor arus, paduan frekuensi tinggi, dan perangkat untuk industri vakum listrik.
• M00k - bahan baku untuk membuat cacat dan cor kosong.
• M0b digunakan untuk membuat paduan frekuensi tinggi.
• M0k digunakan untuk produksi cast dan deformed blank.
• M1 diperlukan untuk manufakturkawat dan produk teknologi kriogenik.
• M16 digunakan untuk produksi perangkat untuk industri vakum.
• M1E diperlukan untuk membuat foil dan strip canai dingin.
• M1k diperlukan untuk membuat produk setengah jadi.
• M1op digunakan untuk pembuatan kawat dan produk listrik lainnya.
• M1p digunakan untuk membuat elektroda yang digunakan untuk mengelas besi tuang dan tembaga.
• M1pE diperlukan untuk produksi cold rolled strip dan foil.
• M1u digunakan untuk membuat anoda canai dingin dan canai panas.
• M1f diperlukan untuk membuat pita, kertas timah, lembaran canai panas dan canai dingin.
• M2 digunakan untuk membuat paduan berbahan dasar tembaga dan produk setengah jadi berkualitas tinggi.
• M2k digunakan untuk produksi produk setengah jadi.
• M2p diperlukan untuk membuat batangan.
• M3 diperlukan untuk pembuatan produk canai, paduan.
• M3r digunakan untuk membuat produk canai dan paduan.
• MB-1 diperlukan untuk membuat perunggu yang mengandung berilium.
• MSr1 digunakan untuk pembuatan struktur listrik.