Kalumas reiškia metalų ir lydinių jautrumą kalimui ir kitokiam apdorojimui slėgiu. Tai gali būti piešimas, štampavimas, valcavimas ar presavimas. Vario plastiškumas pasižymi ne tik atsparumu deformacijai, bet ir plastiškumu. Kas yra plastiškumas? Tai yra metalo gebėjimas pakeisti savo kontūrus esant slėgiui be sunaikinimo. Kalieji metalai yra žalvaris, plienas, duraliuminis ir kai kurie kiti vario, magnio, nikelio, aliuminio lydiniai. Būtent jie pasižymi aukštu plastiškumo lygiu ir mažu atsparumu deformacijai.
Varis
Įdomu, kaip atrodo vario savybė? Yra žinoma, kad tai yra D. I. Mendelejevo cheminių elementų sistemos IV periodo 11-osios grupės elementas. Jo atomo numeris 29 ir žymimas simboliu Cu. Tiesą sakant, tai pereinamasis rausvai auksinės spalvos kalus metalas. Beje, jis yra rausvos spalvos, jei nėra oksido plėvelės. Šį elementą žmonės naudojo ilgą laiką.
Istorija
Vienas pirmųjų metalų, kurį žmonės pradėjo aktyviai naudoti savo namuose, yra varis. Iš tiesų, jis yra per daug prieinamas, kad būtų galima gauti iš rūdos ir turi mažąlydymosi temperatūra. Žmonių rasė ilgą laiką žinojo septynis metalus, tarp kurių yra ir varis. Gamtoje šis elementas yra daug labiau paplitęs nei sidabras, auksas ar geležis. Senovės daiktai, pagaminti iš vario, šlako, liudija jo lydymą iš rūdų. Jie buvo aptikti kasinėjant Chatal-Khuyuk kaimą. Yra žinoma, kad vario amžiuje plačiai paplito variniai daiktai. Pasaulio istorijoje jis seka akmeninį.
S. A. Semjonovas su kolegomis atliko eksperimentinius tyrimus, kurių metu išsiaiškino, kad variniai įrankiai daugeliu atžvilgių pranašesni už akmeninius. Jie pasižymi didesniu medienos obliavimo, gręžimo, pjovimo ir pjovimo greičiu. O kaulo apdirbimas variniu peiliu trunka tiek pat, kiek ir akmeniniu. Tačiau varis laikomas minkštu metalu.
Senovėje labai dažnai vietoj vario buvo naudojamas jo lydinys su alavu – bronza. Tai buvo būtina ginklų ir kitų dalykų gamybai. Taigi bronzos amžius atėjo pakeisti vario amžių. Bronza pirmą kartą buvo gauta Artimuosiuose Rytuose 3000 m. pr. Kr. AD: Žmonėms patiko vario stiprumas ir puikus lankstumas. Iš gautos bronzos išėjo puikūs darbo ir medžioklės įrankiai, indai ir dekoracijos. Visi šie daiktai rasti archeologiniuose kasinėjimuose. Tada bronzos amžių pakeitė geležies amžius.
Kaip senovėje buvo galima gauti vario? Iš pradžių jis buvo kasamas ne iš sulfido, o iš malachito rūdos. Iš tiesų šiuo atveju nereikėjo atlikti išankstinio šaudymo. Tam į molinį indą buvo dedamas anglies ir rūdos mišinys. Laivas buvo įdėtasnegili skylė ir mišinys buvo padegtas. Tada pradėjo išsiskirti anglies monoksidas, kuris prisidėjo prie malachito pavertimo iki laisvo vario.
Žinoma, kad vario kasyklos Kipre buvo statomos jau trečiajame tūkstantmetyje prieš Kristų, kur buvo lydomas varis.
Rusijos ir kaimyninių valstybių žemėse vario kasyklos atsirado du tūkstantmečius prieš Kristų. e. Jų griuvėsiai randami Urale, ir Ukrainoje, ir Užkaukaze, ir Altajuje, ir tolimajame Sibire.
Pramoninis vario lydymas buvo įvaldytas XIII amžiuje. O penkioliktoje Maskvoje buvo sukurtas patrankų kiemas. Būtent ten iš bronzos buvo liejami įvairaus kalibro ginklai. Neįtikėtinai daug vario buvo panaudota varpams gaminti. 1586 metais iš bronzos buvo nulietas caro pabūklas, 1735 metais - caro varpas, 1782 metais sukurtas bronzinis raitelis. 752 m. Todai-ji šventykloje amatininkai pagamino nuostabią Didžiojo Budos statulą. Apskritai liejyklos meno kūrinių sąrašas yra begalinis.
XVIII amžiuje žmogus atrado elektrą. Tada didžiuliai kiekiai vario pradėjo eiti į laidų ir panašių gaminių gamybą. Dvidešimtajame amžiuje laidai buvo gaminami iš aliuminio, tačiau varis vis dar buvo labai svarbus elektros inžinerijoje.
Vardo kilmė
Ar žinote, kad Cuprum yra lotyniškas vario pavadinimas, kilęs iš Kipro salos pavadinimo? Beje, Strabonas vadina varines chalkos – dėl tokio vardo atsiradimo k altas Eubėjos miestas Chalkis. Dauguma senovės graikų vario pavadinimų irbronziniai daiktai kilo būtent nuo šio žodžio. Jie plačiai naudojami kalvystėje, tarp kalvystės gaminių ir liejinių. Kartais varis vadinamas Aes, o tai reiškia rūdą arba kasyklą.
Slavų kalbos žodis „varis“neturi ryškios etimologijos. Galbūt tai sena. Tačiau jis labai dažnai randamas seniausiuose Rusijos literatūros paminkluose. V. I. Abajevas manė, kad šis žodis kilo iš šalies pavadinimo Midia. Alchemikai varį pavadino „Venera“. Senovėje jis buvo vadinamas „Marsu“.
Kur gamtoje yra vario?
Žemės plutoje yra (4, 7-5, 5) x 10-3% vario (pagal masę). Upių ir jūros vandenyje jis yra daug mažesnis: atitinkamai 10-7% ir 3 x 10-7% (pagal masę).
Vario junginiai dažnai randami gamtoje. Pramonėje naudojamas chalkopiritas CuFeS2, vadinamas vario piritu, bornitas Cu5FeS4, chalkocitas Cu 2S. Tuo pačiu metu žmonės randa ir kitų vario mineralų: kuprito Cu2O, azurito Cu3(CO3) 2(OH)2, Malachitas Cu2CO3 (OH)2 ir covelline CuS. Labai dažnai atskirų vario sankaupų masė siekia 400 tonų. Vario sulfidai daugiausia susidaro hidroterminėse vidutinės temperatūros venose. Dažnai nuosėdinėse uolienose galima rasti vario telkinių – skalūnų ir vario smiltainių. Žymiausi telkiniai yra Trans-Baikalo teritorijoje Udokane, Žezkazgane Kazachstane, Mansfelde Vokietijoje ir Centrinės Afrikos medaus juostoje. Yra ir kitų turtingiausių vario telkiniųČilėje (Colhausi ir Escondida) ir JAV (Morenci).
Didžioji dalis vario rūdos išgaunama atviroje duobėje. Jame yra nuo 0,3 iki 1,0 % vario.
Fizikinės savybės
Daugelis skaitytojų domisi vario aprašymu. Tai kalus rausvai aukso spalvos metalas. Ore jo paviršius akimirksniu pasidengia oksidine plėvele, kuri suteikia savotišką intensyvų raudonai geltoną atspalvį. Įdomu tai, kad plonos vario plėvelės yra melsvai žalios spalvos.
Osmis, cezis, varis ir auksas yra tos pačios spalvos, skiriasi nuo kitų metalų pilkos ar sidabro spalvos. Šis spalvos atspalvis rodo elektroninių perėjimų tarp ketvirtosios pustuštės ir užpildytos trečiosios atominės orbitos buvimą. Tarp jų yra tam tikras energijos skirtumas, atitinkantis oranžinės spalvos bangos ilgį. Ta pati sistema atsakinga už konkrečią aukso spalvą.
Kas dar nuostabaus varyje? Šis metalas sudaro į paviršių orientuotą kubinę gardelę, erdvės grupę Fm3m, a=0,36150 nm, Z=4.
Varis taip pat garsėja dideliu elektros ir šilumos laidumu. Pagal srovės laidumą jis yra antroje vietoje tarp metalų. Beje, varis turi milžinišką temperatūros atsparumo koeficientą ir beveik nepriklauso nuo jo veikimo plačiame temperatūrų diapazone. Varis vadinamas diamagnetu.
Vario lydiniai yra įvairūs. Žmonės išmoko derinti žalvarį su cinku, nikelį su vario nikeliu ir šviną su babbitais,ir bronza su alavu ir kitais metalais.
Vario izotopai
Varis sudarytas iš dviejų stabilių izotopų: 63Cu ir 65Cu, kurių atomų kiekis yra atitinkamai 69,1 ir 30,9 procentai.. Apskritai yra daugiau nei dvi dešimtys izotopų, kurie neturi stabilumo. Ilgiausiai gyvenantis izotopas yra 67Cu, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 62 valandos.
Kaip gaunamas varis?
Vario gamyba yra labai įdomus procesas. Šis metalas gaunamas iš mineralų ir vario rūdų. Pagrindiniai vario gavimo būdai yra hidrometalurgija, pirometalurgija ir elektrolizė.
Panagrinėkime pirometalurginį metodą. Tokiu būdu varis gaunamas iš sulfidinių rūdų, pavyzdžiui, chalkopirito CuFeS2. Chalkopirito žaliavoje yra 0,5-2,0% Cu. Pirma, pradinė rūda yra sodrinama flotacijos būdu. Tada jis oksiduojamas, skrudinamas 1400 laipsnių temperatūroje. Toliau kalcinuotas koncentratas išlydomas matiniui. Į lydalą pridedama silicio dioksido, kad surištų geležies oksidą.
Gavęs silikatas plūduriuoja kaip šlakas ir yra atskiriamas. Apačioje lieka matinis – sulfidų CU2S ir FeS lydinys. Tada jis išlydomas pagal Henry Bessemer metodą. Norėdami tai padaryti, į keitiklį pilamas išlydytas matinis. Tada indas išvalomas deguonimi. O likęs geležies sulfidas oksiduojamas iki oksido ir silicio dioksido pagalba pašalinamas iš proceso silikato pavidalu. Vario sulfidas nevisiškai oksiduojamas iki vario oksido, bet vėliau redukuojamas į metalinį varį.
Bsusidariusioje pūslėje vario yra 90,95% metalo. Tada jis valomas elektrolitiniu būdu. Įdomu tai, kad parūgštintas vario sulfato tirpalas naudojamas kaip elektrolitas.
Ant katodo susidaro elektrolitinis varis, kurio aukštas dažnis – apie 99,99%. Iš gauto vario gaminami įvairūs gaminiai: laidai, elektros įranga, lydiniai.
Hidrometalurginis metodas atrodo kiek kitaip. Čia vario mineralai ištirpinami praskiestoje sieros rūgštyje arba amoniako tirpale. Iš paruoštų skysčių varis išstumiamas metaline geležimi.
Cheminės vario savybės
Junginiuose varis turi dvi oksidacijos būsenas: +1 ir +2. Pirmasis iš jų yra linkęs į disproporciją ir yra stabilus tik netirpiuose junginiuose ar kompleksuose. Beje, vario junginiai yra bespalviai.
Oksidacijos būsena +2 yra stabilesnė. Būtent ji druskai suteikia mėlyną ir melsvai žalią spalvą. Neįprastomis sąlygomis galima paruošti junginius, kurių oksidacijos laipsnis yra +3 ir net +5. Pastarasis paprastai randamas kupborano anijonų druskose, gautose 1994 m.
Grynas varis ore nesikeičia. Tai silpnas reduktorius, nereaguojantis su praskiesta druskos rūgštimi ir vandeniu. Oksiduojamas koncentruotomis azoto ir sieros rūgštimis, halogenais, deguonimi, aqua regia, nemetalų oksidais, chalkogenais. Kaitinamas, jis reaguoja su vandenilio halogenidais.
Jei oras drėgnas, varis oksiduojasi ir susidaro bazinis vario(II) karbonatas. Jis puikiai reaguoja su š alta ir karšta sočiąja sieros rūgštimi, karšta bevandene sieros rūgštimi.
Varis reaguoja su praskiesta druskos rūgštimi, esant deguoniui.
Analitinė vario chemija
Visi žino, kas yra chemija. Vario tirpale aptikti nesunku. Norėdami tai padaryti, platinos vielą reikia sudrėkinti tiriamuoju tirpalu ir įnešti į Bunseno degiklio liepsną. Jei tirpale yra vario, liepsna bus melsvai žalia. Turite žinoti, kad:
- Paprastai vario kiekis šiek tiek rūgštiniuose tirpaluose matuojamas naudojant vandenilio sulfidą: jis sumaišomas su medžiaga. Paprastai šiuo atveju vario sulfidas nusėda.
- Tuose tirpaluose, kuriuose nėra trukdančių jonų, varis nustatomas kompleksometriškai, jonometriškai arba potenciometriškai.
- Nedideli vario kiekiai tirpaluose matuojami spektriniais ir kinetiniais metodais.
Vario naudojimas
Sutinku, vario tyrimas yra labai įdomus dalykas. Taigi, šis metalas turi mažą varžą. Dėl šios kokybės varis elektrotechnikoje naudojamas elektros ir kitų kabelių, laidų ir kitų laidininkų gamybai. Variniai laidai naudojami galios transformatorių ir elektros pavarų apvijose. Norint sukurti minėtus gaminius, metalas parenkamas labai grynas, nes priemaišos akimirksniu sumažina elektros laidumą. O jei varyje yra 0,02 % aliuminio, jo elektrinis laidumas sumažės 10 %.
Antra naudinga vario kokybė yrapuikus šilumos laidumas. Dėl šios savybės jis naudojamas įvairiuose šilumokaičiuose, šilumos vamzdžiuose, radiatoriuose ir kompiuterių aušintuvuose.
O kur naudojamas vario kietumas? Yra žinoma, kad besiūliai apvalūs variniai vamzdžiai turi nepaprastą mechaninį stiprumą. Jie puikiai atlaiko mechaninį apdorojimą ir yra naudojami dujoms ir skysčiams perkelti. Paprastai juos galima rasti vidaus dujų tiekimo sistemose, vandentiekyje, šildyme. Jie plačiai naudojami šaldymo įrenginiuose ir oro kondicionavimo sistemose.
Puikus vario kietumas žinomas daugeliui šalių. Taigi Prancūzijoje, JK ir Australijoje variniai vamzdžiai naudojami dujoms tiekti į pastatus, Švedijoje – šildymui, JAV, Didžiojoje Britanijoje ir Honkonge – tai pagrindinė vandens tiekimo medžiaga.
Rusijoje vandens ir dujų varinių vamzdžių gamybą reglamentuoja GOST R 52318-2005 standartas, o jų naudojimą reglamentuoja federalinis taisyklių kodeksas SP 40-108-2004. Vamzdžiai, pagaminti iš vario ir jo lydinių, aktyviai naudojami energetikos pramonėje ir laivų statyboje garams ir skysčiams perkelti.
Ar žinote, kad vario lydiniai naudojami įvairiose technologijų srityse? Iš jų žinomiausiais laikomi bronza ir žalvaris. Abiejuose lydiniuose yra didžiulė medžiagų šeima, kurioje, be cinko ir alavo, gali būti bismuto, nikelio ir kitų metalų. Pavyzdžiui, ginklinis metalas, naudojamas iki XIX amžiaus artilerijos dalims gaminti, buvo sudarytas iš vario, alavo ir cinko. Jo receptas keitėsi priklausomai nuo vietos irįrankių gamybos laikas.
Visi žino puikų vario gamybinį ir plastiškumą. Dėl šių savybių neįtikėtinai daug žalvario patenka į ginklų sviedinių ir artilerijos šaudmenų gamybą. Pastebėtina, kad automobilių dalys gaminamos iš vario lydinių su siliciu, cinku, alavu, aliuminiu ir kitomis medžiagomis. Vario lydiniai pasižymi dideliu stiprumu ir terminio apdorojimo metu išlaiko savo mechanines savybes. Jų atsparumą dilimui lemia tik cheminė sudėtis ir jos poveikis konstrukcijai. Atminkite, kad ši taisyklė netaikoma berilio bronzai ir kai kurioms aliuminio bronzoms.
Vario lydinių tamprumo modulis yra mažesnis nei plieno. Pagrindinis jų pranašumas gali būti vadinamas mažu trinties koeficientu, derinamas daugeliui lydinių, pasižyminčių dideliu lankstumu, puikiu elektros laidumu ir puikiu atsparumu korozijai agresyvioje aplinkoje. Paprastai tai yra aliuminio bronzos ir vario-nikelio lydiniai. Beje, jie rado savo pritaikymą poromis.
Praktiškai visi vario lydiniai turi tą patį trinties koeficientą. Tuo pačiu metu atsparumas dilimui ir mechaninės savybės, elgesys agresyvioje aplinkoje tiesiogiai priklauso nuo lydinių sudėties. Vario plastiškumas naudojamas vienfaziuose lydiniuose, o stiprumas – dvifaziuose lydiniuose. Keitimo monetoms kaldinti naudojamas vario-nikelio lydinys. Vario-nikelio lydiniai, įskaitant "Admiralitetą", naudojami laivų statyboje. Iš jų gaminami kondensatorių vamzdeliai, kurie valo turbinos išmetamuosius garus. Pastebėtina, kad turbinas aušina išorinis vanduo. Vario ir nikelio lydiniai pasižymi nuostabiu atsparumu korozijai, todėl yra geidžiami vietovėse, kuriose yra agresyvus jūros vandens poveikis.
Tiesą sakant, varis yra svarbiausias kietųjų lydmetalių komponentas – lydiniai, kurių lydymosi temperatūra yra 590–880 laipsnių Celsijaus. Būtent jie puikiai sukimba su dauguma metalų, todėl yra naudojami tvirtai sujungti įvairias metalines dalis. Tai gali būti vamzdžių jungiamosios detalės arba skysto kuro reaktyviniai varikliai, pagaminti iš skirtingų metalų.
O dabar išvardijame lydinius, kuriuose vario kaliamumas yra labai svarbus. Duralas arba duraliuminis yra aliuminio ir vario lydinys. Čia varis yra 4,4%. Papuošaluose dažnai naudojami vario ir aukso lydiniai. Jie būtini norint padidinti gaminių stiprumą. Juk grynas auksas yra labai minkštas metalas, kuris negali būti atsparus mechaniniam poveikiui. Iš gryno aukso pagaminti daiktai greitai deformuojasi ir nusitrina.
Įdomu, kad vario oksidai naudojami itrio-bario-vario oksidui sukurti. Jis naudojamas kaip aukštos temperatūros superlaidininkų gamybos pagrindas. Varis taip pat naudojamas baterijoms ir vario oksido elektrocheminiams elementams gaminti.
Kitos programos
Ar žinote, kad varis dažnai naudojamas kaip acetileno polimerizacijos katalizatorius? Dėl šios savybės leidžiami variniai vamzdynai, kuriais transportuojamas acetilenasnaudokite tik tada, kai vario kiekis juose neviršija 64%.
Žmonės išmoko panaudoti vario kaliumą architektūroje. Iš ploniausio vario lakšto pagaminti fasadai ir stogai be rūpesčių tarnauja 150 metų. Šis reiškinys paaiškinamas paprastai: vario lakštuose korozijos procesas automatiškai užgęsta. Rusijoje vario lakštai naudojami fasadams ir stogams pagal Federalinio taisyklių kodekso SP 31-116-2006 normas.
Netolimoje ateityje žmonės planuoja naudoti varį kaip baktericidinį paviršių klinikose, kad bakterijos nejudėtų patalpose. Visi paviršiai, kuriuos liečia žmogaus ranka – durys, rankenos, turėklai, vandens furnitūra, stalviršiai, lovos – bus gaminami specialistų tik iš šio nuostabaus metalo.
Varinis žymėjimas
Kokių rūšių varį žmogus naudoja jam reikalingiems gaminiams gaminti? Jų yra daug: M00, M0, M1, M2, M3. Paprastai vario rūšys atpažįstamos pagal jų turinio grynumą.
Pavyzdžiui, M1r, M2r ir M3r rūšių varyje yra 0,04 % fosforo ir 0,01 % deguonies, o M1, M2 ir M3 klasėse – 0,05–0,08 % deguonies. M0b klasėje deguonies nėra, o MO jo procentas yra 0,02%.
Taigi, pažvelkime į varį atidžiau. Toliau pateiktoje lentelėje bus pateikta tikslesnė informacija:
| Vario laipsnis | M00 | M0 | M0b | M1 | M1p | M2 | M2r | M3 | M3r | M4 |
|
Procentas turinys varis |
99, 99 | 99, 95 | 99, 97 | 99, 90 | 99, 70 | 99, 70 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 00 |
27 vario markės
Iš viso yra dvidešimt septynios vario rūšys. Kur žmogus naudoja tokį kiekį varinių medžiagų? Apsvarstykite šį niuansą išsamiau:
- Cu-DPH medžiaga naudojama jungiamosioms detalėms, reikalingoms vamzdžiams sujungti, gaminti.
- AMF reikalingas karštojo ir š altojo valcavimo anodams kurti.
- AMPU naudojamas š alto ir karštojo valcavimo anodams gaminti.
- M0 reikalingas srovės laidininkams ir aukšto dažnio lydiniams sukurti.
- Medžiaga M00 naudojama aukšto dažnio lydiniams ir srovės laidininkams gaminti.
- M001 naudojamas vielos, padangų ir kitų elektros gaminių gamybai.
- M001b reikalingas elektros gaminiams gaminti.
- M00b naudojamas srovės laidininkams, aukšto dažnio lydiniams ir elektrovakuuminės pramonės prietaisams kurti.
- M00k – žaliava deformuotiems ir liejiniams ruošiniams kurti.
- M0b naudojamas aukšto dažnio lydiniams kurti.
- M0k naudojamas lietų ir deformuotų ruošinių gamybai.
- M1 reikalingas gamybaiviela ir kriogeninės technologijos gaminiai.
- M16 naudojamas vakuuminės pramonės prietaisams gaminti.
- M1E.
- M1k reikia pusgaminiams sukurti.
- M1op naudojamas laidams ir kitiems elektros gaminiams gaminti.
- M1p naudojamas ketaus ir vario suvirinimui naudojamiems elektrodams gaminti.
- M1pE reikalingas š altai valcuotų juostų ir folijos gamybai.
- M1u naudojamas š alto ir karštojo valcavimo anodams kurti.
- M1f reikalingas norint sukurti juostą, foliją, karšto ir š alto valcavimo lakštus.
- M2 naudojamas aukštos kokybės vario lydiniams ir pusgaminiams gaminti.
- M2k naudojamas pusgaminiams gaminti.
- M2p reikalingas strypams gaminti.
- M3 reikalingas valcuotų gaminių, lydinių gamybai.
- M3r naudojamas valcuotiems gaminiams ir lydiniams kurti.
- MB-1 reikalingas norint sukurti bronzą, kurioje yra berilio.
- MSr1 naudojamas elektros konstrukcijų gamybai.
Norint sukurti š altai valcuotą foliją ir juostelę, reikia
