Kuparin käyttötarkoitukset ja synteesimenetelmät, mukaan lukien kuparin käyttötarkoitukset ja fysikaaliset ominaisuudet jne.
Tiivistelmä: Kupari on alkuaineiden jaksollisen taulukon 4. jakson ryhmän 1B alkuaine ja tärkeä raskas ei-rautametalli. Alkuaineen symboli on Cu, atomiluku on 29 ja suhteellinen atomimassa on 63,546. Kupari on huoneenlämmössä kiinteää, uusi poikkileikkaus on purppuranpunainen ja hapettuu helposti kuumennettaessa. Kuparilla on erinomainen sähkön- ja lämmönjohtavuus, hyvä korroosionkestävyys, alhainen muodonmuutoskestävyys ja se kestää suurta kylmämuodonmuutosta halkeilematta. Se on tärkeä raskas ei-rautametallimateriaali, jota käytetään pääasiassa elektroniikassa, sähkötekniikassa, koneissa, teollisuusaloilla, kuten rakentamisessa ja kuljetuksissa. Kupariyhdisteitä on satoja, mutta niitä ei valmisteta teollisessa mittakaavassa. Niistä tärkein on kuparisulfaattipentahydraatti eli sappivitrioli (CuSO4·5H2O), jota seuraa Bordeaux-seos (Cu(OH)2·CuSO4), kuparimetaarseniitti (Cu(AsO2)2), kupariasetaatti [Cu(CH3COO) 2] kompleksi, kuparisyanidi (CuCN), kuparikloridi (CuCl2), kuparioksidi (Cu2O), kuparioksidi (CuO), emäksinen kuparikarbonaatti ja kuparinaftenaatti jne. Kuparisuoloja voidaan käyttää maatalouden sienitautien torjunta-aineina. Kuparisulfaattia voidaan käyttää oksennusaineena ja paikallisena vastalääkkeenä keltaisen fosforin aiheuttamiin palovammoihin.
Kupari on alkuaineiden jaksollisen taulukon 4. jakson ryhmän 1B alkuaine, tärkeä raskas ei-rautametalli. Alkuaineen symboli on Cu, atomiluku on 29 ja suhteellinen atomimassa on 63,546. Kupari on huoneenlämmössä kiinteää ja uusi poikkileikkaus on purppuranpunainen ja hapettuu helposti kuumennettaessa. Kuparilla on erinomainen sähkön- ja lämmönjohtavuus, hyvä korroosionkestävyys, alhainen muodonmuutoskestävyys ja se kestää suurta kylmämuodonmuutosta halkeilematta. Se on tärkeä raskas ei-rautametallimateriaali, jota käytetään pääasiassa elektroniikassa, sähkötekniikassa, koneissa, teollisuusaloilla, kuten rakentamisessa ja kuljetuksissa. Kupariyhdisteitä on satoja, mutta niitä ei valmisteta teollisessa mittakaavassa. Niistä tärkein on kuparisulfaattipentahydraatti eli sappivitrioli (CuSO4·5H2O), jota seuraa Bordeaux-seos (Cu(OH)2·CuSO4), kuparimetaarseniitti (Cu(AsO2)2), kupariasetaatti [Cu(CH3COO) 2] kompleksi, kuparisyanidi (CuCN), kuparikloridi (CuCl2), kuparioksidi (Cu2O), kuparioksidi (CuO), emäksinen kuparikarbonaatti ja kuparinaftenaatti jne. Kuparisuoloja voidaan käyttää maatalouden sienitautien torjunta-aineina. Kuparisulfaattia voidaan käyttää oksennusaineena ja paikallisena vastalääkkeenä keltaisen fosforin aiheuttamiin palovammoihin.
Kupari on yksi varhaisimmista ihmisten löytämistä ja käyttämistä metalleista. Noin 10,000 vuotta sitten ihmiset tutustuivat luonnolliseen kupariin ja takoivat sen pieniksi kartioiksi tai nauloksi. Varhaisimmat tähän mennessä löydetyt pronssiesineet ovat Iranin Tepehiyasta löydetyt kaavinet, talttat ja naskit, jotka ovat peräisin noin vuodelta 3800 eaa. Vuonna 1978 Majiayao Chemicalbook -sivustolta Dongxiangissa Gansun maakunnassa kaivettu tinapronssiveitsi on tähän mennessä varhaisin Kiinasta löydetty pronssilaite. Sen ikä on noin 2750 eKr., mikä osoittaa, että Kiina on yksi pronssin maista varhaisin käyttäjä. Kiina hallitsi kuiluuunikuparin sulatuksen tekniikan jo vuonna 770 eaa. Songin ja Yuanfengin (1078) ensimmäisenä vuonna kuparin tuotanto saavutti 7300 tonnia, ja kuparimetallurginen teknologia on saavuttanut huomattavan tason.
fyysiset ominaisuudet
Kupari on erinomainen sähkön- ja lämmönjohdin hopean jälkeen. Kuparin sähkönjohtavuus ja lämmönjohtavuus huoneenlämpötilassa ovat hopeasta 94 % ja 73,2 %. Kupariatomien ulomman elektronikuoren konfiguraatio on [Ar]3d104s1. Kun kupari muodostaa yhdisteen, se voi menettää samanaikaisesti yhden elektronin 4s-radalla ja yhden elektronin 3d-radalla. Siksi kuparilla on pääasiassa kaksi valenssitilaa: +1 ja +2. Kuparin hapetusaste on pääasiassa +2 huoneenlämmössä, ja matalaarvoiset yhdisteet ovat stabiileja korkeissa lämpötiloissa. Kuparissa on kaksi stabiilia luonnollista isotooppia, 63Cu ja 65Cu. 63Cu sisältää 29 protonia ja 34 neutronia ja 65Cu sisältää 29 protonia ja 36 neutronia. Kuparilla tiedetään olevan 9 epästabiilia isotooppia. Kupari voi esiintyä vakaasti kuivassa ilmassa huoneenlämpötilassa, mutta kun se asetetaan kosteaan ilmaan, joka sisältää CO2:ta pitkään, syntyy vihreää alkalista kuparikarbonaattia, joka tunnetaan yleisesti nimellä patina. Kaksiarvoisen kuparin sähkökemiallinen ekvivalentti on 0,329 mg/C. Kupari ei voi korvata vetyä happamissa vesiliuoksissa, eikä se liukene kloorivetyhappoon ja rikkihappoon ilman liuennutta happea, mutta liukenee typpihappoon, jolla on hapettava vaikutus. Kupari reagoi hitaasti alkalisten liuosten kanssa, mutta reagoi helposti ammoniakin kanssa muodostaen komplekseja. Kupari liukenee helposti orgaanisiin happoihin, kuten etikkahappoon. Liukoiset kuparisuolat ovat yleensä myrkyllisiä. Kuparin kiderakenne on kasvokeskeinen kuutiohila. Puhtaalla kuparilla on erittäin hyvä sitkeys ja se voidaan työstää erittäin ohuiksi langoiksi ja ohuiksi levyiksi. Kupari on erinomainen sähkö- ja lämmönjohdin, ja sen sähkö- ja lämmönjohtavuus on metallien joukossa hopean jälkeen toisella sijalla. Epäpuhtauksien jäännös vähentää huomattavasti kuparin johtavuutta.
Päätarkoitus
Koska kuparilla on monia erinomaisia ominaisuuksia, sitä käytetään laajasti useilla teollisuuden aloilla. 1960-luvulle asti kupari oli tärkeydessään ja kulutuksessaan toiseksi raudan jälkeen. 1960-luvun jälkeen se väistyi alumiinille runsaimmilla resursseilla ja halvemmalla hinnalla ja putosi kolmannelle sijalle. Kuparin kulutuksen osuus Kiinassa 1980-luvun lopulla on lueteltu taulukossa 2. Maailmanlaajuisesti yli puolet kuparin tuotannosta käytetään voima- ja elektroniikkateollisuudessa, kuten kaapeleiden, johtojen, moottoreiden ja muun voimansiirron ja tietoliikenteen valmistuksessa. laitteet. 1980-luvun jälkeen osa kuparin käytöstä tietoliikenteessä korvattiin optisilla kuiduilla. Kupari on myös tärkeä materiaali puolustusteollisuudelle. Koska kuparilla on hyvä sähkönjohtavuus, sitä käytetään laajalti sähköteollisuudessa. Johtojen ja kaapeleiden valmistukseen tarvitaan puhdasta kuparia (pitoisuus yli 99,95 %), joka jalostetaan läpipainokuparin elektrolyysillä. Kupari voi muodostaa monia tärkeitä seoksia sinkin, tinan, alumiinin, nikkelin, berylliumin jne. kanssa. Messinkiä (kupari-sinkkiseos) ja pronssia (kupari-tinaseos) käytetään laakereiden, mäntien, kytkimien, öljyputkien, lämmönvaihtimien, jne. Alumiinipronssilla (kupari-alumiiniseos) on vahva tärinänkestävyys ja siitä voidaan tehdä lujuutta ja sitkeyttä vaativia valukappaleita. Kupari-nikkeliseosten joukossa oleva monel-seos on kuuluisa korroosionkestävyydestään ja sitä käytetään enimmäkseen venttiilien, pumppujen ja korkeapaineisten höyrylaitteiden valmistuksessa. Valkokupari on kupari-nikkeliseos, jolla on hyvät mekaaniset ominaisuudet ja korroosionkestävyys, ja sitä käytetään tarkkuuskonevalmistuksessa. Berylliumpronssin (berylliumia sisältävä kupariseos) mekaaniset ominaisuudet ylittävät korkealaatuisen teräksen ominaisuudet ja sitä käytetään laajalti erilaisten mekaanisten komponenttien, työkalujen ja radiolaitteiden valmistuksessa. Kupariyhdisteet ovat tärkeitä raaka-aineita torjunta-aineille, fungisideille, pigmenteille, galvaanisille akuille, väriaineille ja katalyyteille. Happivapaata kuparia käytetään aaltoputkissa, tyhjiöputkissa ja transistorikomponenteissa, lasi- ja metallitiivisteissä, koaksiaalikaapeleissa sekä suprajohtavien magneettikäämien stabiloinnissa sen korkean puhtauden ja vedyn haurastumisongelmien puutteen vuoksi. Kovasta kuparista valmistetaan kuparikiskoja, kontaktoreita, erilaisia johtimia, tutkakomponentteja, kytkimiä ja koskettimia jne. Edellä mainituista kahdesta hopealla käsitellystä kuparista valmistetaan laitteita, jotka vaativat pehmenemiskestävyyttä, kuten muuntajien käämityksiä. , generaattorit ja suuret synkroniset generaattorit. Fosforilla deoksidoitua kuparia käytetään pääasiassa putkien valmistukseen jääkaappiin ja ilmastointilaitteisiin, tasasuuntaajiin, vesi- tai kaasuputkiin (kun vaaditaan sähkö- ja lämmönjohtavuutta, hitsauskykyä tai juotostehoa). Vapaasti leikkaavaa kuparia käytetään pääasiassa kierretuotteiden ja muiden hitsauskärkien, puristimien, liittimien ja kytkinkomponenttien valmistukseen.
