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Metales.

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La posición del cobre en la tabla periódica de elementos químicos y la estructura del átomo.
El cobre es un elemento de un subgrupo secundario del grupo I (grupo IB)

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Estar en la naturaleza.
El cobre se encuentra en la naturaleza principalmente en forma ligada y forma parte de los siguientes minerales: brillo de cobre Cu2S y malaquita CuCO3 Cu(OH)2

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Estar en la naturaleza.
Cuprita Cu2O
Pirita de cobre CuFeS2

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Obtención de cobre.
El proceso de obtención del cobre es muy complejo. Los óxidos son los más adecuados para esto. Con la ayuda de coque y óxido de carbono (II) en la metalurgia no ferrosa, el cobre se obtiene a partir de cuprita Cu2O.

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Propiedades físicas.
El cobre es un metal dúctil de color rosa dorado; en el aire se cubre rápidamente con una película de óxido, lo que le da un característico tono rojo amarillento intenso. Las finas películas de cobre tienen un color azul verdoso cuando se exponen a la luz.

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Punto de fusión 1083 ºС. Un excelente conductor de corriente eléctrica (solo superado por la plata).

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Propiedades químicas.
Interacción con no metales Con el oxígeno, dependiendo de la temperatura de interacción, el cobre forma dos óxidos: a 400-500°C se forma óxido de cobre divalente: 2Cu + O2 = 2CuO; a temperaturas superiores a 1000°C se obtiene óxido de cobre (I): 4Cu + O2 = 2Cu2O.

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Cuando se calienta con flúor, se forman haluros de cloro, bromo y cobre (II): Cu + Br2 = CuBr2; con yodo se forma yoduro de cobre (I): 2Cu + I2 = 2CuI. El cobre no reacciona con hidrógeno, nitrógeno, carbono y silicio.

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Interacción con ácidos.
En la serie de voltaje electroquímico de los metales, el cobre se ubica después del hidrógeno, por lo que no interactúa con soluciones de ácidos y álcalis clorhídrico y sulfúrico diluidos.

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Se disuelve en ácido nítrico diluido para formar nitrato de cobre (II) y óxido de nitrógeno (II): 3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O. Reacciona con soluciones concentradas de ácidos sulfúrico y nítrico para formar sales de cobre (II) y productos de reducción ácida: Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O; Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O. El cobre reacciona con ácido clorhídrico concentrado para formar triclorocuprato de hidrógeno (II): Cu + 3HCl = H + H2.

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Propiedades restauradoras.
El cobre se oxida con óxido de nitrógeno (IV) y cloruro de hierro (III): 2Cu + NO2 = Cu2O + NO; Cu + 2FeCl3 = CuCl2 + 2FeCl2.

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Solicitud.
El cobre puro (99,9% Cu) se utiliza en la industria eléctrica para la fabricación de alambres y cables eléctricos y en intercambiadores de calor.

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El alambre de cobre se usa ampliamente en ingeniería eléctrica y energía, en la industria de las telecomunicaciones, la construcción naval y la industria automotriz, se utiliza para la producción de cables eléctricos, alambres, devanados, terminales de encendido por chispa y dispositivos de seguridad fusibles;

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Las aleaciones que utilizan cobre se utilizan ampliamente en diversos campos de la tecnología, los más extendidos son el bronce y el latón antes mencionados. Por ejemplo, en la composición del llamado metal de cañón, que en los siglos XVI-XVIII. en realidad se usó para la fabricación de armas de artillería, se incluyen los tres metales principales: cobre, estaño, zinc. Hoy en día, se usa en asuntos militares en municiones acumulativas debido a su alta ductilidad, se usa una gran cantidad de latón para la fabricación. de casquillos de armas. Las aleaciones de cobre y níquel se utilizan para acuñar monedas pequeñas. Aleaciones de cobre-níquel, incluidas las denominadas. La aleación "Almirantazgo" se usa ampliamente en la construcción naval y en aplicaciones relacionadas con la posibilidad de exposición agresiva al agua de mar debido a su ejemplar resistencia a la corrosión.

Introducción. Dio la casualidad de que en un subgrupo había cobre, plata y oro: elementos contemporáneos de la civilización. Todos ellos en diferentes momentos actuaron como medida última de los valores, es decir, el dinero. Estos metales se utilizaban para forjar armas, fabricar utensilios domésticos y joyas. Hoy en día, el cobre, la plata y el oro están en pleno progreso tecnológico. El físico destacará su insuperable conductividad térmica y eléctrica. El escultor notará la plasticidad y la bella apariencia. El joyero y el acuñador lo apoyarán, y el químico seguramente recordará la noble inercia y la alta resistencia a la corrosión de estos metales. Máscara dorada del faraón Tutankamón. Pepita de oro "Mefistófeles" que pesa 20,25 g, encontrada en Siberia. Fondo de diamantes. Moscú. Gorra de Monomakh con pepita de plata. Bostock, finales del siglo XIII y principios del XIV. Bol. Chernigov de la antigua Rusia, siglo XII. Plata; forja, talla. Perteneció al príncipe Vladimir Davydovich de Chernigov.

Historia del cobre. El cobre se conoce desde tiempos inmemoriales y es uno de los "siete magníficos" de los metales más antiguos utilizados por la humanidad: oro, plata, cobre, hierro, estaño, plomo y mercurio. Según datos arqueológicos, el cobre ya era conocido por la gente hace 600 años. Resultó ser el primer metal que reemplazó a la piedra para el hombre antiguo en las herramientas primitivas. Este fue el comienzo del llamado. la Edad del Cobre, que duró unos 2000 años. Se forjaron hachas, cuchillos, mazas y artículos para el hogar con cobre y luego se fundieron. Según la leyenda, el antiguo dios herrero Hefesto forjó un escudo de cobre puro para el invencible Aquiles. Piedras para la pirámide de Keops de 147 metros. Fresco de Pompeya: Hefesto muestra a Tetis el escudo realizado para Aquiles. DE ACUERDO. 70 n. mi. Museo Nacional. Nápoles.

Ahora es imposible establecer cuándo una persona conoció el cobre por primera vez. En cualquier caso, alrededor del 3000 a.C. mi. Los egipcios ya podían fabricar alambre con él. En la naturaleza, el cobre a veces se encuentra en estado nativo, lo que facilitó su extracción a los antiguos artesanos. Sabían forjar diversos productos de este metal utilizando herramientas de piedra. Posteriormente comenzaron a desarrollarse las minas de cobre, que se encontraban esparcidas por todo el planeta: en América del Norte a orillas de los Grandes Lagos, en Asia en la península del Sinaí y en Europa en el territorio de la actual Austria, y en la isla. de Chipre. Según los expertos, el nombre latino del metal “cuprum” proviene del nombre de esta isla. El nombre del metal, familiar para el oído ruso, "cobre", probablemente proviene del antiguo eslavo "herrero", que significa metal en general. Pepita de cobre.

Aplicación de cobre. El cobre se ha utilizado durante mucho tiempo en la construcción: los antiguos egipcios construían tuberías de agua de cobre; Los tejados de los castillos e iglesias medievales estaban cubiertos con láminas de cobre, por ejemplo, el famoso castillo real de Elsinore (Dinamarca) estaba cubierto con tejados de cobre. Las monedas y las joyas se fabricaban con cobre. Debido a su baja resistencia eléctrica, el cobre es el metal principal en ingeniería eléctrica: más de la mitad de todo el cobre producido se utiliza en la producción de cables eléctricos para transmisiones de alto voltaje y cables de baja corriente. Incluso las impurezas insignificantes en el cobre provocan un aumento de su resistencia eléctrica y grandes pérdidas de electricidad. Los cascos de los barcos están revestidos con estaño de cobre. La alta conductividad térmica y la resistencia a la corrosión permiten fabricar piezas de cobre para intercambiadores de calor, refrigeradores, dispositivos de vacío, tuberías para bombear aceites y combustibles, etc. El cobre también se utiliza ampliamente en galvanoplastia cuando se aplican revestimientos protectores a productos de acero. Entonces, por ejemplo, cuando se niquelan o croman objetos de acero, se deposita previamente cobre sobre ellos; en este caso, la capa protectora dura más y es más eficaz. El cobre también se utiliza en galvanoplastia (es decir, en la replicación de productos mediante la obtención de una imagen especular), por ejemplo, en la fabricación de matrices metálicas para imprimir billetes y reproducir productos escultóricos.

Bronce. Armas fabricadas en bronce del período de junio en China. Los antiguos metalúrgicos aprendieron a extraer cobre de los minerales y agregarle aditivos que mejoraban las propiedades de la aleación. Entonces, mezclando cobre con estaño, obtuvieron bronce. Fue una etapa tan importante en la historia de la humanidad que la llamamos Edad del Bronce. El método inusualmente simple de obtener la aleación (la llama de un fuego derrite una mezcla de estaño y cobre) permitió a los artesanos fabricar diversas herramientas, herramientas y, por supuesto, armas a partir de ella. El bronce es más duro que el cobre, estable al aire, se procesa fácilmente en diversos productos, pero se funde más fácilmente. Los antiguos griegos, mesopotámicos y japoneses pudieron producir aleaciones de especial calidad. Por tanto, no es en absoluto accidental que el ascenso y declive de los estados estuvieran directamente relacionados con el grado de desarrollo de la metalurgia.

Los productos de bronce se utilizaban entre los antiguos egipcios, asirios y etruscos. En Grecia y Roma se fundieron hermosas estatuas de bronce; muchos de ellos han llegado hasta nuestros días, como la famosa estatua ecuestre de Marco Aurelio en Roma o una de las siete maravillas del mundo, el Coloso de Rodas. Para obras escultóricas al aire libre, especialmente en lugares con un clima húmedo, el bronce es preferible porque con el tiempo aparece en su superficie una densa capa de color marrón verdoso, una pátina, que protege el metal de una mayor oxidación. Los escudos de los legionarios romanos también estaban encuadernados en bronce. Escudo de un legionario romano.

De bronce se fundieron el "Jinete de Bronce", glorificado por A. S. Pushkin en San Petersburgo, y el monumento a Minin y Pozharsky en la Plaza Roja de Moscú. Debido a sus propiedades mecánicas especiales y sus buenas cualidades de fundición, el bronce es un metal ideal para fundir campanas con un sonido fuerte y hermoso. Todo el mundo conoce la gigantesca “Campana del Zar” del Kremlin de Moscú, que pesa casi 202 toneladas, realizada por los maestros rusos I. F. y M. F. Matronin. Antiguamente, las armas también se fabricaban de bronce; el mayor de ellos, el Cañón del Zar (39,3 toneladas), estaba destinado a la defensa del Kremlin de Moscú y fue fabricado por el maestro A. Chokhov en 1586 por E. M. Falcone. "Jinete de Bronce". San Petersburgo. La campana del zar fue realizada por orden de la emperatriz Anna Ioannovna en los años. Los fundidores de Moscú Ivan Motorin y su hijo Mikhail reemplazaron la Gran Campana de la Asunción, que se rompió en la ciudad durante un incendio.

Cañón del zar. Año del maestro Andrey Chokhov. El monumento al comerciante Kuzma Minin y al príncipe Dmitry Pozharsky fue creado según el diseño del artista I. P. Martos y fundido en bronce por el maestro fundidor de la Academia de las Artes V. P. Ekimov, inaugurado el 20 de febrero de 1818.

Y ahora se funden esculturas de bronce, se fabrican candelabros, candelabros, candelabros y piezas de diversos mecanismos (por ejemplo, cojinetes). Como hace muchos siglos, el cobre y la chatarra de cobre se fusionan con estaño para producir bronce. Sólo que no en hornos de barro, sino en hornos eléctricos modernos. Para que el cobre y el estaño no se oxiden durante la fusión y el bronce sea especialmente duradero, se añaden compuestos de fósforo a la carga antes de la fundición. Debido a la escasez de estaño y su elevado precio, el bronce al estaño está siendo sustituido paulatinamente por otros bronces, cap. Arr. aluminio. El bronce de aluminio, que contiene hasta un 11% de Al, tiene buenas propiedades mecánicas y es estable en agua de mar e incluso en ácido clorhídrico diluido. Esta aleación muy duradera se utiliza en la fabricación de tuberías, piezas de turbinas de vapor y motores de aviones, etc. Las monedas de “cobre” se acuñaron a partir de bronce de aluminio en Rusia entre 1926 y 1957. Se utilizan cojinetes para locomotoras diésel, motores de barcos y turbinas hidráulicas. hecho de bronce al plomo. El bronce de berilio es excepcionalmente resistente y duradero y, por sus propiedades elásticas, sirve como material para resortes que prácticamente no conocen la fatiga (soportan hasta 20 millones de ciclos de carga). San Petersburgo. Monumento de bronce a Ostap Bender en la calle Italianskaya. Escultor Albert Charkin.

Latón. El latón es una aleación de cobre y zinc. Aunque el zinc no se descubrió hasta la Edad Media, el latón era conocido por los antiguos romanos, quienes lo obtenían fundiendo minerales de cobre con minerales de zinc sin acceso al aire. Para darle al latón las propiedades deseadas, a menudo se introducen en su composición metales de aleación como Al, Mn, Ni, Fe, etc. en pequeñas cantidades. El latón se funde más fácilmente que el cobre, pero es más duro. El latón está bien forjado, perforado en láminas, estampado, trefilado y muy pulido (hasta obtener un acabado de espejo). Los productos elaborados con él se pueden endurecer. Si es necesario, se puede aplicar latón a la superficie de otros metales mediante el método electroquímico. Es importante que el latón sea mucho más barato que el cobre. El latón se utiliza en ingeniería mecánica y eléctrica; Se utiliza para fabricar piezas de diversos mecanismos, grifos de agua y gas, tuberías de radiadores, manijas de puertas, bisagras y cartucheras. El latón con la adición de aluminio tiene un aspecto similar al oro; de él se fabrican insignias, emblemas y medallas. Si la aleación contiene relativamente poco zinc (hasta un 18%), el latón tiene un tinte rojizo. Por ejemplo, el latón que contiene hasta un 10% de zinc se llama tombac; A partir de esta aleación, de 1961 a 1991, se acuñaron en Rusia monedas de “cobre”, en denominaciones de 1 a 5 kopeks. Las aleaciones con un alto contenido de zinc (hasta un 50%) son de color amarillo y se denominan latones. Se procesan perfectamente mediante laminación, prensado y embutición, y de ellos se obtienen piezas fundidas de alta calidad.

Otras aleaciones. Entre otras aleaciones, cabe destacar que el metal monel (% cobre, % níquel y zinc con adiciones de plomo, estaño y hierro) se utilizaba anteriormente para la fabricación de cubiertos y joyas “como la plata”. Debido a su alta resistencia a la corrosión y resistencia, buena ductilidad, ahora se utiliza en las industrias química, de construcción naval, médica, petrolera, textil y otras. Pero Constantan, Manganin, Chromel y Copel casi no cambian su resistencia con fluctuaciones significativas de temperatura y, por lo tanto, sirven fielmente en ingeniería eléctrica para la fabricación de termopares, dispositivos muy sensibles que miden la temperatura. Los cables de compensación, los reóstatos y las partes de los dispositivos de calefacción también se fabrican a partir de cromel y copel. Mangonin se utiliza para fabricar resistencias de referencia y elementos de instrumentos de medición.

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El cobre es un elemento del subgrupo secundario del primer grupo, el cuarto período del sistema periódico de elementos químicos de D.I. Mendeleev, con número atómico 29. Se designa con el símbolo Cu (lat. Cuprum). La sustancia simple cobre es un metal de transición dúctil de color rosa dorado (rosa en ausencia de una película de óxido). Ha sido ampliamente utilizado por la gente durante mucho tiempo.

Propiedades físicas del cobre: ​​metal dúctil de color rosa dorado, en el aire se cubre rápidamente con una película de óxido, lo que le confiere un característico tono rojo amarillento intenso. Las finas películas de cobre tienen un color azul verdoso cuando se exponen a la luz. El cobre forma una red cúbica centrada en las caras. El cobre tiene una alta conductividad térmica y eléctrica (ocupa el segundo lugar en conductividad eléctrica después de la plata, conductividad a 20 °). Tiene dos isótopos estables: 63 Cu y 65 Cu, y varios isótopos radiactivos. El más longevo de ellos, el 64 Cu, tiene una vida media de 12,7 horas y dos modos de desintegración con diferentes productos. Hay varias aleaciones de cobre: ​​latón - con zinc, bronce - con estaño y otros elementos.

Contenido en la naturaleza: El cobre se encuentra en la naturaleza tanto en forma compuesta como en forma nativa. La calcopirita CuFeS 2 , la calcocita Cu 2 S y la bornita Cu 5 FeS 4 son de importancia industrial. Junto a ellos, también se encuentran otros minerales de cobre: ​​covelita CuS, cuprita Cu2O. A veces el cobre se encuentra en forma nativa, la masa de los grupos individuales puede alcanzar las 400 toneladas. Los sulfuros de cobre se forman principalmente en vetas hidrotermales de temperatura media. Los depósitos de cobre también se encuentran a menudo en rocas sedimentarias: areniscas cuprosas y lutitas. Los yacimientos más famosos de este tipo son Udokanskaya en la región de Chita, Kazajstán y Alemania. Otros depósitos de cobre más ricos se encuentran en Chile y Estados Unidos. La mayor parte del mineral de cobre se extrae mediante minería a cielo abierto.

Métodos de obtención de cobre Para la obtención de cobre se utilizan procesos piro, hidro y electrometalúrgicos. El proceso pirometalúrgico de obtención de cobre a partir de minerales sulfurados del tipo CuFeS 2 se expresa mediante la ecuación general: 2CuFeS 2 + 5O 2 + 2SiO 2 = 2Cu + 2FeSiO 3 + 4SO 2. Los métodos hidrometalúrgicos para la obtención de cobre se basan en la disolución selectiva de minerales de cobre en soluciones diluidas de ácido sulfúrico o amoniaco, a partir de las soluciones resultantes se sustituye el cobre por hierro metálico: CuSO 4 + Fe = Cu + FeSO 4. El cobre puro se obtiene por electrólisis: 2CuSO 4 + 2H 2 O = 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4; El cobre se libera en el cátodo y el oxígeno en el ánodo.

Propiedades químicas del cobre: ​​El cobre es un metal poco activo. En condiciones normales, no interactúa con agua, soluciones alcalinas, ácido clorhídrico y sulfúrico diluido. Sin embargo, en ácidos oxidantes fuertes (por ejemplo, ácido nítrico y sulfúrico concentrado), el cobre se disuelve: Cu + 8HN0 3 = 3Cu(N0 3) 2 + 2NO + 4H 2 0 Cu diluido + 4HN0 3 = Cu (N0 3) 2 + 2N0 2 + 2H 2 0 concentrado

El polvo de cobre reacciona con cloro, azufre y bromo a temperatura ambiente: A 300-400 °C reacciona con azufre y selenio:

Usos del cobre: ​​En ingeniería eléctrica: El cobre se utiliza ampliamente en ingeniería eléctrica para la fabricación de cables de alimentación, alambres u otros conductores, como en el cableado de circuitos impresos. Los alambres de cobre, a su vez, también se utilizan en los devanados de accionamientos eléctricos y transformadores de potencia que ahorran energía. Para estos fines, el metal debe ser muy puro: las impurezas reducen drásticamente la conductividad eléctrica. Transferencia de calor: Otra cualidad útil del cobre es su alta conductividad térmica. Esto permite su uso en diversos dispositivos de eliminación de calor e intercambiadores de calor, que incluyen radiadores conocidos para refrigeración, aire acondicionado y calefacción.

Utilizado en aleaciones: Aleaciones de joyería: En joyería, las aleaciones de cobre y oro se suelen utilizar para aumentar la resistencia de los productos a la deformación y la abrasión, ya que el oro puro es un metal muy blando y no es resistente a estas influencias mecánicas. Otras aplicaciones: El cobre es el catalizador de polimerización de acetileno más utilizado. El cobre se utiliza ampliamente en arquitectura.