Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Металл в строительстве: от меди до стали

Металл в строительстве: от меди до стали

Периодическая система элементов Менделеева насчитывает 82 металла, многие из которых, благодаря своим уникальным свойствам, находят применение в строительстве. Но если когда-то металл использовался, в основном, для изготовления кровельных покрытий и отдельных элементов крепежа, то по мере развития технологий его значимость для стройиндустрии становится все выше. Например, можно смело утверждать, что сегодня стальные конструкции являются основой любой капитальной постройки. Совершив небольшой экскурс, можно проследить эволюцию металла в строительстве.

Исторический экскурс

Медь можно отнести к «ветеранам» строительства и архитектуры. Например, некоторые историки считают, что использовать ее в качестве кровельного покрытия начали задолго до нашей эры: есть мнение, что Пантеон в афинском Акрополе (448-432 вв. до н.э.) когда-то был покрыт небольшими листами меди.

Агнета_1.jpg

Это очень прочный металл, благодаря формированию голубовато-зелёной патины слабо подверженный коррозии, а потому способный служить долго. В качестве кровельного материала листовую медь использовали потому, что она легче деревянной черепицы и уж тем более — глиняной черепицы или свинца. Немаловажно также и то, что медь достаточно легко гнётся, что позволяло использовать ее для облицовки куполов и других фигурных элементов, которыми обычно украшали кровли культовых построек.

Помимо кровли медь издавна используется ещё и в декоративных целях, а также как материал для создания памятников и монументов. В частности, именно она послужила основным материалом для Статуи Свободы. Медные сплавы, широко используемые в архитектуре — это бронза (сплав меди и олова) и латунь (сплав меди и цинка).

К недостаткам меди можно отнести её крайне высокую стоимость, которая растёт год от года, а также свойство со временем терять свой первозданный яркий цвет и характерный блеск: покрываясь патиной, медь стремительно тускнеет и приобретает характерный зелёный оттенок.

Забегая немного вперёд, можно отметить, что решение «медной проблемы» в наши дни найдено: натуральный металл сегодня всё чаще заменяют достоверной имитацией из стали с полимерным покрытием, о которой пойдет речь чуть позже. Например, сталь с двусторонним покрытием Agneta, в точности имитирующим цвет и блеск меди благодаря включённым в состав красителя микросферам, втрое дешевле своего прообраза, но при этом не теряет внешней привлекательности в течение всего срока эксплуатации.

Свинец — ещё один «долгожитель» строительной отрасли. Его широчайшее применение в прошлом было обусловлено прежде всего низкой температурой плавления. Вплоть до конца XIX века из свинца изготавливали водопроводные трубы, пока не стало известно, что это негативно отражается на здоровье людей. Как и медь, свинец на протяжении многих веков был популярным кровельным материалом и одновременно использовался для изготовления водосточных желобов, труб и дымоходов. Правда, из-за своего большого веса свинец лучше всего подходил для низкоскатных крыш, поскольку с крутых со временем неизбежно начинал сползать. Кроме того, свинцовые кровли были не в фаворе в регионах с большими перепадами температур, поскольку быстро приходили в негодность из-за существенных температурных деформаций, которым подвержен этот металл.

Ещё одна ипостась свинца — изготовление красок на его основе: сурик (красный) применялся как антикоррозионный пигмент для железа, а свинцовые белила — для покраски деревянных домов. Эти краски считались одними из самых стойких и долговечных и всегда использовались в качестве защитных покрытий. Однако со временем их применение было приостановлено в связи с распространением случаев отравления свинцом.

Терн, или «тернплате» — ещё один материал, вошедший в строительный обиход начиная с XIX века. Это были стальные или железные листы, покрытые свинцово-оловянным сплавом, которые часто путали с белой жестью.

Олово само по себе в чистом виде никогда не применялось в архитектуре. Обычно его использовали в сплавах, например, с медью для образования бронзы, а также для покрытия более жёстких металлов, например, лужёного железа или стали: при покрытии листового железа оловом как раз и получалась жесть. Из неё обычно делали броню, но иногда использовали и как кровельное покрытие. В конце XIX века в моде были потолки из рельефной металлической плитки, называвшиеся «оловянными», хотя на самом деле они чаще всего изготовлялись из крашеного листового железа или стали.

Никель находится в сходном положении с оловом: он периодически использовался в качестве гальванического покрытия архитектурных деталей. А вот в создании сплавов никель занимает, пожалуй, лидирующее место на фоне остальных металлов. Благодаря ему мы имеем нейзильбер, монель-металл и нержавеющую сталь. Вплоть до Первой мировой войны нейзильбер называли «немецким серебром», но затем он стал более известен как «белая латунь», хотя правильнее было бы именовать его «никелевой латунью», так как в классическом варианте этот сплав состоит из 75% меди, 20% никеля и 5% цинка. Разное процентное соотношение даёт разные цвета: серебристо-белый, жёлтый, голубоватый, зелёный или розовый. Изделия из нейзильбера были неизменными атрибутами стиля арт-деко.

Монель-металл представляет собой сплав из двух третей никеля и трети меди, а по цвету он похож на платину. Определённым показателем его успешности можно считать тот факт, что в 1936 году медная кровля Нью-Йоркской городской публичной библиотеки на пересечении Пятой авеню и 42-й улицы была заменена на монельную. Удобство работы с монель-металлом заключалось в том, что его можно было варить и паять прямо на месте строительных работ, что позволяло создать сплошную водонепроницаемую поверхность кровли. Во время Второй мировой войны большое количество никеля и меди шло на военные нужды, в связи с чем производство монеля значительно сократилось. А после войны ему на смену пришли нержавеющая сталь и алюминий, имеющие более низкую себестоимость.

Читайте так же:
Машинка для нанесения дорожной разметки

Цинк в чистом виде использовался как кровельное покрытие в Бельгии, Франции и Германии, где он заменил более дорогие медь и свинец. Начиная с 1820-х годов бельгийский цинковый лист стали импортировать в Америку. Что касается антикоррозионного цинкования, то эта технология была запатентована в 1837 году независимо друг от друга Сорелем во Франции и Крауфордом в Англии. Метод представлял собой процесс «горячего погружения» с целью покрытия железа цинком. Новинка довольно быстро перебралась за океан: Торговая биржа на Манхеттене стала одним из первых зданий, имевших оцинкованную крышу и водостоки.

Свою нишу цинк занял также в области изготовления декоративных элементов благодаря пластичности и приемлемой цене, дававшими ему преимущества по сравнению с камнем. Изделия из цинка легко поддавались покраске, что позволяло имитировать более дорогие металлы. Кстати о красках: в отличие от свинца. краски на основе цинка не токсичны и устойчивы к загрязнению. Они имели коммерческий успех, начиная с 1850-х, а в 1870-х начали использоваться повсеместно. Дополнительным преимуществом было то, что цинковые красители являлись хорошими ингибиторами ржавчины на железе и стали.

Алюминий был недоступен по разумной цене и в достаточных количествах вплоть до начала XX века. Затем он постепенно стал входить в архитектуру, правда, сначала только как материал для изготовления декоративных элементов. Первым громким выходом алюминия на большую строительную арену следует считать Эмпайр Стейт Билдинг, строительство которого было завершено в 1931 году. На долю алюминия пришлась значительная часть элементов отделки небоскрёба, таких как декоративные панно, входной комплекс, двери лифта. Кроме того, наряду со сталью алюминий был использован в несущих конструкциях здания и для облицовки его фасада.

К недостаткам алюминия следует отнести небольшую жесткость (втрое меньше, чем у стали), высокую теплопроводность и низкую температуру плавления (примерно 660°C). Первое свойство заставляет увеличивать площадь сечения алюминиевых конструкций, а в сочетании со вторым делает их источником теплопотерь здания. Например, вентилируемые фасады на алюминиевой подконструкции существенно уступают стальным по показателям теплоизоляции, не давая при этом существенного выигрыша в весе. Третье свойство негативно отражается на пожарной безопасности построек.

Король среди стройматериалов

Железо в архитектуре встречается в четырёх широко распространённых формах: кованое железо, чугун, листовое железо и сталь. «Чугун был главным строительным материалом XIX века — века промышленной революции. Он часто использовался для конструктивных решений: например, для изготовления колонн, фасадов или куполов. Также из чугуна делали лестницы, лифты, решётки, веранды, балконы, перила, заборы, фонари и даже надгробья», — рассказывает архитектор Анисия Борознова. На сегодняшний день чугун используется в основном для изготовления труб и сантехнической арматуры, хотя иногда к его помощи прибегают с целью подражания стилю прежних эпох.

Реставрация старого здания.jpg

Наиболее подробно имеет смысл говорить о стали. Именно появление конструкционной стали в середине XIX века сделало возможным строительство высотных зданий. Произошло это благодаря исследованиям английского изобретателя Генри Бессемера, пришедшего к идее передела жидкого чугуна в литую сталь путём продувки сквозь него сжатого воздуха. Чуть позже была разработана мартеновская печь, которая позволила ускорить процесс и снизить себестоимость получаемого материала. Мосты, железнодорожные комплексы и небоскрёбы были первыми крупномасштабными объектами из конструкционной стали.

Ещё один материал, выведший строительные технологии на новый уровень, был разработан также в конце XIX века. Добавление стальной проволоки в бетон дало рождение железобетону, который вряд ли нуждается в специальном представлении.

В начале XX века появились нержавеющие стали с различными примесями, и их главным достоинством стала устойчивость к коррозии. Одним из памятников этой эпохи является здание корпорации Chrysler, построенное по проекту архитектора Уильяма Ван Элена и признанное самым красивым небоскрёбом Нью-Йорка.

Сегодня практически все капитальные здания построены либо из железобетонных, либо на стальном несущем каркасе. Последнее относится и к так называемым быстровозводимым зданиями, которые практически полностью вытеснили сегодня любые другие строительные технологии из коммерческого и промышленного строительства.

Следующим значимым этапом в развитии строительных технологий стало появление системы навесных вентилируемых фасадов (НВФ) в 40-х годах XX века в странах Скандинавии и затем распространившееся оттуда в Европу и Америку. Подконструкция вентфасадов чаще всего изготовлялась из стали, чуть реже — из алюминия (о недостатках этого решения мы уже говорили). Затем на неё крепилась облицовка, а на несущую стену под ней — утеплитель, с соблюдением обязательного воздушного зазора.

На первых порах в качестве облицовочных материалов использовали всё подряд, особенно когда дело касалось бюджетного частного домостроения. Со временем доминирующие позиции на рынке фасадных облицовок начали занимать дешевый керамогранит и легкие алюминиевые композитные панели. Однако помимо очевидных преимуществ эти решения имеют и серьезные недостатки.

Облицовка линеарными панелям здания.jpg

Так, керамогранитные фасадные плитки массивны, хрупки, и при всем этом отличаются самым ненадежным среди всех облицовочных материалов способом крепления — на кляммеры (защелки). Любое нарушение технологии монтажа, особенно на высотных зданиях, может сделать керамогранитный фасад небезопасным, а целесообразность его использования в сейсмоопасных районах опровергается повседневной практикой.

Что касается композитных панелей, то выбирать их нужно с осторожностью, потому что не любой их тип соответствует требованиям пожарной безопасности для жилищного и гражданского строительства.

Читайте так же:
Заточка пильной цепи на станке видео

Однако с появлением и развитием технологии полимерного покрытия листовой стали популярным до последнего времени фасадным решениям появилась достойная альтернатива: стальные облицовки доказали своё явное преимущество перед другими решениями и начали постепенно вытеснять их с рынка. Технологичность, простота монтажа, энергоэффективность и долговечность НВФ со стальной облицовкой в сочетании с привлекательным внешним видом и множеством цветовых вариаций пленили сердца архитекторов и строителей.

Иногда в адрес стальных облицовок можно услышать нарекания. Например, экономичные варианты, такие как линеарные панели, ввиду небольшой толщины металла и упрощённой технологии формования не обеспечивают безупречной геометрии фасадных элементов, а потому не очень подходят для серьёзного городского строительства. Относящиеся же к среднему ценовому сегменту фасадные кассеты, лишённые означенных недостатков, не всегда вписываются в имеющийся бюджет, например, в рамках муниципальных программ реконструкции жилых зданий.

Primepanel.jpg

Однако сейчас, похоже, решена и эта проблема. Очередным скачком в эволюции стальных фасадов можно считать появление нового поколения облицовок, таких как Primepanel®, сочетающих в себе достоинства фасадных кассет с экономичностью линеарных панелей. «Добиться подобного результата удалось благодаря использованию уникального оборудования финской компании FORMIA. Точную геометрию стальной фасадной панели обеспечивают 27 пар формирующих её валов, а мощная распрямляющая установка снимает остаточные напряжения в металле и исключает эффект «линзы», с которым до сих пор не удавалось справиться большинству производителей», — объясняет Сергей Якубов, руководитель департамента фасадных систем и ограждающих конструкций Группы компаний Металл Профиль. Как отмечает специалист, первая в России линия по изготовлению линеарных панелей столь высокого качества позволяет выпускать не только гладкие, но и рифлёные панели с волнистой поверхностью, трёх типоразмеров по ширине панели, с рустом и без, с закрытыми и открытыми торцами. «Поскольку облицовочный материал даёт высокую точность геометрических параметров и возможность горизонтального, вертикального и диагонального монтажа, его можно использовать для любого типа зданий, в том числе со сложным рельефом. Широкая цветовая палитра, различные варианты полимерных покрытий и невидимые крепления дают простор дизайнерской и архитектурной мысли. Таким образом, сегодня навесной вентилируемый фасад для массового потребителя полностью обратился в сталь, за исключением разве что прослойки утеплителя», — добавляет архитектор Анисия Борознова.

Любопытно отметить небольшую лексическую трансформацию, которая происходит прямо у нас на глазах. Слово «металл» всё чаще используется как синоним «стали», ведь это именно её по праву можно назвать металлом нового времени. Из стали стало возможным создать любой элемент здания: фундамент, несущие конструкции, облицовку, кровлю, декор, мебель. Если провозгласить металл королём среди стройматериалов, то его корона наверняка будет сделана из стали.

Медь М1

Так называемая бескислородная медь М1 содержит в своём составе 99,9% основного металла (с учётом наличия серебра). Количество прочих примесей в химическом составе не выходит за рамки сотых долей процента.

Состав и характеристики

Прочие элементы в сумме должны составлять не более 0,1%. В составе примесей могут содержаться следующие элементы, не более (ГОСТ 859-2001):

  • железо – 0,005%;
  • никель – 0,002%;
  • сера – 0,004%;
  • мышьяк – 0,002%;
  • свинец – 0,005%;
  • цинк – 0,004%;
  • кислород – 0,05%;
  • сурьма – 0,002%;
  • висмут – 0,001%;
  • олово – 0,002%.

Медный сплав М1 имеет отличные физические характеристики: высокую электропроводность и низкое (0,018 мкОм) удельное электрическое сопротивление, которое после термообработки отжигом снижается ещё на 2,8%. Пластические свойства сплава позволяют применять его для изготовления деталей, использующихся в неподвижных соединениях с эксплуатационной температурой до 250°C

Из-за очень низкого содержания примесей стоимость меди М1 на 20% выше, чем другой популярной марки, М2. Различные виды медного проката, изготовленного из сплава марки М1, широко используются в криогенных производствах. Благодаря термоустойчивости, его вязкость, прочность и пластические свойства в условиях экстремальных температур не изменяются.

Особенности производства и применение

Медь химического состава, аналогичного отечественной марке М1, производится во многих странах с развитой металлургической промышленностью:

  • Япония (стандарт JIS), США – С1100, С1220.
  • Евросоюз (стандарт EN) – Cu-ETP.
  • Англия (стандарт BS) – С106.
  • Франция (стандарт AFNOR) – Cu-B.
  • Италия (стандарт UNI) – Cu-DHP.

Несомненным лидером по производству различных сплавов бескислородной меди – аналогов отечественной марки М1 является металлургическая промышленность Германии. В соответствии со стандартами DIN и WNR на заводах цветной металлургии выпускаются три вида сплавов – Ecu57, ECu58, SF-Cu.

Коэффициент трения металла со смазкой составляет 0,011, без смазки – 0,043. Существует две категории сплавов по ГОСТ 1173-2006 по показателям твёрдости по Бринеллю:

твёрдыйHB 10 -1 95МПа
мягкийHB 10 -1 55МПа

В процессе литья необходимо помнить, что линейная усадка М1 составляет 2,1%. Медь плавится при температуре 1083°C, литьё производится в температурном диапазоне 1150-1250°C.

М1 производится в виде литых (слитки горизонтального литья, ГОСТ 193-79) или деформированных (катанка, ТУ 1844-01003292517-2004; лента, ГОСТ 1173-2006; пруток отожжённый и прессованный, ГОСТ 1535-2006; труба, ГОСТ Р 52318-2005) полуфабрикатов. Листовой прокат в обязательном порядке должен подвергаться изгибным испытаниям. Лента толщиной до 5 мм по стандарту должна выдерживать изгиб до соприкосновения сторон. Более толстые листы (6-12 мм) проверяются до достижения параллельности сторон.

Полуфабрикаты, которые производятся методом холодной прокатки, проверяются на изгиб нагретыми до 90°C. Медные холоднодеформированные трубы (мягкие, полутвёрдые, твёрдые) производятся по технологии, которая не оказывает влияния на дальнейшую работоспособность. Они не размораживаются, устойчивы к разрыву при замерзании жидких сред. Трубы большого сечения изготавливаются по технологии прессования.

Читайте так же:
Как отрегулировать строительный степлер

Сплав М1 применяется в криогенном производстве. Из него изготавливают токопроводники, проволоку, прутки и электроды для автоматической сварки, газовой сварки неответственных соединений чугунных и медных деталей. М1 – основной сплав для производства бронзы высокого качества.

Урок 26 Бесплатно Металлы. Общая характеристика

Положение металлов в Периодической системе элементов

металлы

Из всех химических элементов металлы представляют абсолютное большинство, ученые выделяют 94 металла.

Среди них есть элементы, которые проявляют и металлические, и неметаллические свойства.

Алюминий – металл, но его оксид и гидроксид амфотерны.

Алюминий

Мышьяк As очень похож на металл. Он серый, с металлическим блеском ,однако в реакциях проявляет все свойства неметалла.

Деление простых веществ на металлы и неметаллы условно.

Мышьяк

В природе абсолютное количество металлов находятся в виде соединений.

Только некоторые металлы (золото, платина и подобные им) находятся в природе в виде простых веществ (в самородном состоянии).

Есть металлы, которые встречаются и в виде самородков, и в виде соединений (серебро, медь).

Самородки

Получение металлов из их соединений – задача металлургии.

Любой металлургический процесс является процессом восстановления металла различными восстановителями.

В зависимости от условий проведения различают несколько способов получения металлов.

Пирометаллургия – получение металлов из их соединений при высокой температуре с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, других металлов (более активных, чем требуемый). Например, если смешать медную руду с углём и накалить, то уголь, восстанавливая медь, превращается в углекислый газ, а медь выделяется в чистом виде:

Пирометаллургия

Этот способ наиболее распространен в металлургии.

Таким же способом выплавляют железо, при этом избыток углерода растворяется в железе, образуя сталь или чугун.

Чугун содержит более 2 % углерода, сталь – менее 2 %.

Избыток углерода придает чугуну твердость, однако при этом он становится хрупким. Сталь же, наоборот, мягче чугуна, но прочнее.

Например, вилки и ложки делают из стали – здесь нужна прочность. Эти приборы не разбиваются при падении.

Например, при изготовлении напильника нужна твердость, чтобы он смог выполнять свои функции, и поэтому его делают из чугуна или из высокоуглеродистой стали. Но при этом он хрупкий: если напильник уронить на пол, он легко расколется на части.

вилки и ложки делают из стали, напильник делают из чугуна

А в глубокой древности, когда человечество еще не было знакомо с современными технологиями производства стали, железо укреплялось посредством обжига в навозе и лоскутах кожи, за счет чего и происходило обогащение железа углеродом.

Поэтому кузницы с древних времён строились возле конюшен.

железо укреплялось посредством обжига в навозе и лоскутах кожи

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Помимо изготовления из металлов предметов для быта необходимо было ковать и мечи.

Основное требование к мечу — прочность.

До открытия бронзы мечи ковали из меди, но чистая медь очень мягкий металл и не годится для оружия.

Поэтому в медь добавляли в небольших количествах мышьяк (около 2%). Получившаяся смесь была намного прочнее чистой меди.

Но если мышьяка добавить больше, то мечи становились хрупкие как стекло и могли распасться во время боя.

Как следствие таких смешиваний, люди, которые занимались плавкой железной руды, получали мышьяковое отравление.

Недомогание и головную боль норвежские кузнецы объясняли местью горного демона Кобольда, мстящего людям за разорение его рудников.

Кобольд

Позже химики обнаружили в этих минералах новый металл и дали ему название «кобальт».

Да и вообще по имени различных богов названо абсолютное большинство металлов: никель, титан, тантал, ванадий, ниобий, прометий, торий, уран, плутоний, нептуний и многие другие.

Гидрометаллургия – получение металлов из растворов их соединений.

Этот процесс включает два этапа: природное соединение металла растворяют в кислоте, щёлочи или в другом реагенте, и из полученного раствора данный металл восстанавливают более активным металлом.

Этим методом получают редкие и дорогие металлы: серебро, золото, молибден.

Электрометаллургия – получение металлов электролизом расплавов или растворов их соединений.

При электролизе восстановителем является катод (отрицательный электрод).

Этим методом получают активные металлы: щелочные, щёлочно-земельные и некоторые другие.

Металлы I группы побочной подгруппы (Cu, Ag, Au)

Медь, серебро и золото – эти металлы были в числе первых, освоенных человеком. Из них чеканили монеты, изготовляли предметы домашнего обихода, орудия труда и украшения.

Со временем серебро и особенно золото стали универсальным мерилом материальных ценностей. Получение золота из других металлов составляло предмет алхимии – ярчайшей страницы в истории человеческой мысли, давшей начало современной химии. С тех пор жизнь людей почти до неузнаваемости изменилась, а золото по-прежнему является символом богатства и эталоном ценности…

Медь

Медь

Латинское наименование меди – Cuprum – происходит от названия острова Кипр, где уже в III в до н.э. существовали медные рудники. Русское «медь», вероятно, восходит к слову «смида», обозначавшему металл у древних германцев.

Хоть медь иногда встречается в природе в виде самородков (самый большой из найденных весил 420 т), основная её часть входит в состав сульфидных руд, например халькопирита CuFeS2. Реже встречается минерал малахит – зеленый основной карбонат меди (CuOH)2CO3.

В первых металлургических процессах использовались не сульфидные руды, а именно малахит, не требующий предварительного обжига. Восстановительную плавку проводили в глиняных сосудах, заполненных рудой и углем и помещенных в небольшую яму. Оксид углерода (II), образуется при неполном сгорании угля, восстанавливая малахитовую руду:

Развивающаяся при этом температура (1100 – 1200 о С) позволяет получить расплавленную медь (tпл = 1083 о С).

Медь весьма мягкий металл, поэтому начиная с III тысячелетия до н.э. на смену медным изделиям стали приходить бронзовые – более твёрдые и прочные. Скорее всего, бронзу (сплав меди с оловом) впервые получили случайно, при обработке руды, содержащей оба металла. На протяжении двух тысяч лет (до начала I тысячелетия до н.э.) бронза являлась основным материалом для производства орудий труда. Археологи называют эту эпоху бронзовым веком.

Читайте так же:
Диск для косилки триммер

Малахит

Чистая медь очень хорошо проводит электрический ток, уступая в этом лишь серебру, поэтому из нее делают провода. Сплав меди с никелем – константан (60% Cu,40% Ni), напротив, отличается высоким сопротивлением – он служит основой реостатов. Бронзы (90% Cu, 10% Sn) и латуни (20 – 80% Cu, остальное Zn) твёрже меди, стойки к окислению, обладают малым коэффициентом трения. Они используются в химическом машиностроении и для изготовления подшипников, шестерен, редукторов. Нейзильбер — сплав состава 50% Cu, 25% Zn, 25% Ni – применяется в производстве медицинского оборудования и в ювелирном деле. Медно-никелевый сплав мельхиор (80% Cu, 20% Ni) идет на изготовление медицинских инструментов, монет, посуды.

Медь применяют в гальванопластике – получении точных металлических копий различных предметов путем электролитического осаждения металла на поверхности гипсовой формы.

Ежегодно в мире выплавляют приблизительно 10 млн тонн меди, и потребность в этом металле постоянно возрастает.

В отличие от своих соседей по подгруппе – серебра и золота,- медь непосредственно реагирует с кислородом. При нагревании на воздухе изделия чернеют, покрываясь слоем оксида меди (II) CuO. А при температуре свыше 1000 о С образуется другой оксид – Cu2O.

Находясь долгое время на воздухе, медь покрывается плёнкой малахита, образующегося по реакции 2Cu + O2 + H2O + CO2 = (CuOH)2CO3. Именно этому веществу обязаны своим цветом бронзовые памятники и старые крыши городов Западной Европы.

В ряду напряжений медь стоит правее водорода, поэтому реагирует только с кислотами-окислителями: азотной, концентрированной серной. Исключение составляет йодоводородная кислота, которая вступает в реакцию с медью с выделением водорода и образованием очень устойчивого комплекса меди (I) H[CuI2].

Пожалуй, самое известное соединение меди – медный купорос, или пятиводный сульфат меди (II), CuSO4∙5H2O. В древности это вещество получали при кристаллизации растворов, образующихся в медных рудниках во время дождя. Медный купорос применяли для чернения кожи, в медицине, производстве окрашенных стекол. В наше время медный купорос используется в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений, вытеснив значительно более ядовитую соль 3Cu(AsO2)2∙Cu(CH3COO)2 – швейнфуртскую зелень.

Медь играет важную роль в процессах жизнедеятельности организмов – она входит в состав некоторых ферментов, участвующих в реакциях окисления органических соединений. Медьсодержащий фермент цитохромоксидаза катализирует процессы тканевого дыхания. Белки, в состав которых входит медь, оказывают влияние на углеводный обмен, синтез жиров, образование витаминов Р и В. Ежедневная потребность меди для человека составляет около 2 -3 мг. Особенно богаты этим элементом молоко и дрожжи. Однако в больших количествах соединения меди вредны: приём внутрь 2 г медного купороса может привести к смерти.

Серебро

Серебро в слитках

Латинское название серебра – Argentum – связано с цветом этого металла; оно восходит к греческому «аргос» — «белый», «блестящий». Русское слово «серебро», как считают учёные, происходит от слова «серп» (серп луны). Блеск серебра напоминает таинственное лунное сияние и алхимикам, использовавшим в качестве символа элемента знак луны.

Древнейшие серебряные изделия, обнаруженные в Передней Азии, датируются V тысячелетием до н.э. Они изготовлены из самородного серебра. Часто такие самородки окрашены в светло-желтый цвет, так как представляют собой не чистое серебро, а сплав с золотом (греки называли его «электрон»). Находки серебряных самородков чрезвычайно редки, поэтому неудивительно, что вплоть до конца I тысячелетия до н.э. серебро стоило дороже остальных металлов, даже золота. Ситуация изменилась лишь после того, как примерно в VI в. до н.э. древние умельцы освоили процесс выделения серебра из свинцовых руд.

Некоторые свинцовые сульфидные руды, например галенит PbS, содержат значительные примеси сульфида серебра Ag2S. При обжиге такой руды на воздухе PbS переходит в оксид Pb3O4, а серебро выделяется в свободном виде:

В наши дни основную массу серебра также получают при переработке свинцово-цинковых и медных руд. Часто такая руда содержит всего 0,15 – 0,25% Ag. Выплавленный из свинцово-цинковой руды жидкий металл разделяется на два слоя: в нижнем содержится свинец, а в верхнем – цинк с примесью серебра. При нагревании этого слоя летучий цинк отгоняется в виде паров, а серебро остается.

Серебро – блестящий, серебристо-белый металл (tпл = 962 о С), ковкий и пластичный, легко поддающийся обработке, лучший среди металлов проводник тепла и электричества. В старину из него изготовляли монеты, вазы, кубки, ювелирные изделия, тончайшими серебряными пластинами украшали ларцы и одеяния. На Руси из серебра делали церковные сосуды, оклады икон. В настоящее время применение серебра не ограничивается ювелирным делом – оно идет на производство зеркал, электрических контактов, аккумуляторов, используется в стоматологии.

Серебряная посуда

Серебро не окисляется кислородом, однако, по словам Плиния Старшего, «тускнеет от лечебных вод и от солёных ветров», покрываясь чёрным слоем сульфида серебра:

В ряду напряжений серебро стоит правее водорода, поэтому оно взаимодействует лишь с кислотами-окислителями, легче всего – с азотной кислотой:

Нитрат серебра (ляпис) прекрасно растворим в воде и является исходным веществом для получения других соединений серебра. При 209 о С он плавится, а при нагревании до 300 о С разлагается, образуя серебро: 2AgNO3 = 2Ag + 2NO2↑ + O2↑. Ляпис оказывает на кожу прижигающее и вяжущее действие, его используют в медицине в виде ляписных карандашей.

Читайте так же:
Выбор аккумулятора для шуруповерта

Гидроксид серебра AgOH является сильным основанием, однако, он настолько неустойчив, что при действии на раствор AgNO3 щёлочи выпадает не AgOH, а бурый осадок оксида Ag2O. Бесцветный раствор, образующийся при взаимодействии Ag2O с раствором аммиака: Ag2O + 2NH3 + H2O = 2[Ag(NH3)2]OH, уже в XVII в. использовали для серебрения зеркал.

В 1727 г. немецкий учёный И.Г.Шульце обнаружил, что некоторые соли серебра, например хлорид AgCl, на свету разлагаются с образованием металла. Еще легче этому подвержены AgI и AgBr – они входили в состав эмульсии чёрно-белой фотопленки.

Замечено, что болезнетворные бактерии в воде погибают уже при содержании в ней серебра 10 -9 г/л – такая концентрация ионов Ag + создаётся при внесении в воду серебряных предметов.

Золото

Золотой самородок

Еще в глубокой древности золотистый цвет металла ассоциировался в сознании людей с цветом солнца. Так, по одной из версий, русское название металла происходит от слова «солнце». Латинское название элемента (Aurum) в переводе означает «жёлтый».

Золото, не изменяющееся при хранении на воздухе, не поддающееся ржавлению, являлось символом вечности. Алхимики называли его царем металлов, совершеннейшим из всех веществ. Превращение неблагородным металлов в золото было заманчивой мечтой многих средневековых ученых. Интересно, что сегодня это превращение стало возможным с помощью ядерных реакций, однако искусственное золото оказывается намного дороже природного. Образец такого золота, полученный при облучении нейтронами изотопа ртути 196 Hg, хранится в Чикаго в Музее науки и промышленности. Алхимики удивились бы еще сильней, узнай они, что само золото в ядерных реакциях служит сырьем для получения изотопов франция и астата – элементов, которых практически нет в природе.

Золото представляет собой золотисто-желтый металл (tпл = 1064 о С), настолько мягкий и пластичный, что легко раскатывается в тончайшую фольгу, которую можно растереть в порошок. «Золото через свой изрядно жёлтый цвет и блещущую светлость от прочих металлов отлично», — писал о нем М.В.Ломоносов.

В природе золото встречается в виде мелких зёрен, перемешанных с песком или гравием – продуктами разрушения золотоносных пород. Правда, иногда находят и крупные самородки – массой несколько десятков килограммов.

Древние египтяне выделяли золото из золотоносных жил, пронизывающих кварцевые породы. Многократно раскаляя скалу в огне и обливая ее холодной водой, люди дробили камень, затем толкли его в ступах, мололи и лишь после этого промывали водой, раскладывая на наклонной плоскости. Отмытое золото сплавляли в слитки. Во времена Древнего Рима главным поставщиком золота была Испания, где его вымывали из земли, извлекаемой из рудников.

Золотая маска Тутанхамона

Добычу золота в Средние века подробно описал немецкий ученый Георг Агрикола. Золотоносную руду перемалывали в муку и перемешивали в специальных бочках, на дне которых находилась ртуть. Ртуть смачивала и частично растворяла золото с образованием амальгамы. Её отделяли от остальной породы и разлагали нагреванием. Ртуть при этом улетучивалась, а золото оставалось в перегонном аппарате.

С XIX в. для извдечения драгоценного металла стали применять цианистый метод: на воздухе золото взаимодействует с раствором цианида натрия, образуя комплексную соль – дицианоаурат (I) натрия:

а при обработке такого раствора цинком выделяется в свободном виде:

Сегодня золотоносными считаются породы с содержанием золота более 0,0001%. Ученые установили, что некоторые микроорганизмы способны поглощать золото. На этом открытии основан перспективный биохимический метод извлечения золота из отвальных пород.

Около половины производимого в мире золота используется в ювелирном деле. Ювелиры никогда не работают с чистым металлом, ведь он настолько мягок, что легко царапается и деформируется. Золото, содержащее примеси других металлов – меди, серебра, железа, — часто имеет тот или иной цветовой оттенок: от жёлтого и красновато-коричневого до розоватого или даже зеленоватого.

Благодаря высокой электропроводности и химической инертности золото активно используется в современной технике: тонким слоем этого металла покрывают контакты, электронагреватели, корпусы часов. На изготовление американского космического корабля «Колумбия» было израсходовано около 40 кг золота.

Еще одна область применения этого металла – медицина. В конце XIX в. немецкий микробиолог Роберт Кох обнаружил, что тетрацианоаурат (III) калия K[Au(CN)4] прекращает рост туберкулезных бактерий, а с 20-х гг. XX в. препараты золота, например санокризин Na3[Au(S2O3)2]∙2H2O, стали применять для лечения туберкулёза, артрита, а также в качестве противоспалительного средства.

Золото необычайно устойчиво к действию большинства окислителей: оно не реагирует с кислородом и не вытесняет водород из кислот. Однако говорить о полной инертности золота неверно: о его способности взаимодействовать с царской водкой знали уже алхимики. Наиболее традиционным методом окисления золота является обработка золотой фольги хлором в среде концентрированной соляной кислоты: 2Au + 3Cl2 + 2HCl = 2H[AuCl4]. Из образующейся при этом золотохлороводородной кислоты получают другие соединения золота. Все они легко могут быть восстановлены до металла.

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему: «Медь» МЕДЬ.docx (252 Загрузки)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Золото» Золото.docx (270 Загрузок)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Золото и его переработка» Золото-и-его-переробка.docx (Одна Загрузка)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Серебро» СЕРЕБРО.docx (256 Загрузок)

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector