Предметы из меди, а также различные изделия, в состав которых она входит, получили широкое распространение в бытовых условиях. Поэтому многие задаются вполне стандартным вопросом: «Как расплавить медь самостоятельно?»

Имея представление о такой технологии, люди научились изготавливать разные предметы из чистого металла, а также получаемых из него сплавов – бронзы и латуни.

Плавление – это процесс, характеризующий постепенный переход металла из стандартного твердого состояния в жидкую консистенцию. Каждому металлическому соединению или металлу в чистом виде свойственная своя температура, под воздействием которой он начинает плавиться.

Немаловажным фактором в данном случае является то, какие примеси входят в состав расплавляемого соединения.

Так, медь начинает плавиться при температуре 1083 градусов по Цельсию. Если к ней добавить олово, то температура плавления снизится и составит примерно 930-1140 градусов по Цельсию.

В данном случае такое колебание обусловлено количеством олова, входящего в сплав. Соединение из меди и цинка плавится при еще более низкой температуре – 900-1050 градусов. Нагревание любых металлов связано с постепенным разрушением решетки, образованной из множества кристаллов.

С нагреванием температура плавления поднимается до максимально необходимой отметки, затем ее рост останавливается и сохраняется на достигнутом уровне до того момента, пока не расплавится весь металл, после чего начинает снижаться.

Остывание – обратный процесс изменения температуры. По мере охлаждения она падает и «замирает» на определенном уровне до тех пор, пока металл полностью не затвердеет.

Медь, разогретая до максимально возможной отметки, закипает при температуре, достигшей отметки в 2560 градусов. По внешнему виду ее кипение схоже с кипением любых жидких веществ, на поверхности которых по мере нагревания появляются пузырьки, и выделяется газ. Так, из меди в процессе кипения выходит углерод, образовавшийся в результате окисления и ее тесного контакта с воздухом.

Технология плавления меди получила широкое применение с древних времен, когда люди с помощью костра расплавляли металл для изготовления стрел, наконечников и другого оружия, и предметов быта.

Плавка меди в домашних условиях также возможна. Для этого понадобятся:

• Тигель, где будет плавиться медь, и щипцы, необходимые для того, чтобы извлечь тигель из печи или снять его с огня.
• Древесный уголь.
• Муфельная печь (лучше, если в ней будет регулироваться температура нагрева).
• Горн.
• Обычный пылесос.
• Форма, в которую выливается расплавленная жидкость.
• Крюк, изготовленный из стальной проволоки.
• Газовая горелка, если нет муфельной печи.

Алгоритм плавления включает несколько поэтапных шагов:

1. Металл измельчить и пересыпать в тигель . Причем чем более мелкие фрагменты будут, тем скорее он достигнет расплавленного состояния. Тигель поставить в печь, раскаленную до максимально высокой температуры, необходимой для начала процесса плавления (здесь кстати придется регулятор температур). Во многих муфельных печах на двери вырезано окошко. Через него можно безопасно осуществлять наблюдение за процессом.
2. По достижении медью жидкого окончательно расплавленного состояния, тигель с помощью щипцов нужно постараться как можно аккуратнее и скорее вынуть из печи . На поверхности жидкого вещества будет образована пленка, ее подвинуть к краю тигля, используя крюк из проволоки. Очищенный от пленки металл максимально быстро перелить в заранее подготовленную форму.
3. Если муфельная печь отсутствует, осуществить плавку меди можно с применением обычной газовой горелки . Но тогда медь будет находиться в тесном контакте с воздухом, а сам процесс окисления пройдет значительно быстрее. Поэтому для предотвращения образования толстой пленки на поверхности металла, медь, когда она достигнет жидкого состояния, присыпают растолченным древесным углем.
4. Расплавить медь и ее сплавы можно также с помощью горна . Для этого древесный уголь нужно хорошо раскалить и поместить на него тигель с металлом (предварительно измельчить медь). Для ускорения нагревательного процесса на уголь направить пылесос, включенный на режиме выдувания. Особое внимание стоит уделить наконечнику трубы. Она должна быть металлической, поскольку пластик расплавится под воздействием высокой температуры.

У чистой меди, в состав которой не входят другие соединения, достаточно плохая текучесть. Поэтому делать из нее сложное литье или мелкие детали не рекомендуется.

Тогда стоит использовать сплавы. Например, латунь, оттенок которой светлее остальных. Это говорит о том, что для ее плавления нужны менее высокие температуры.

С медью можно поставить несколько любопытных опытов, поэтому посвятим ей особую страничку.

Из кусочка медной проволоки сделайте маленькую спиральку и укрепите ее в деревянной держалке (можно оставить свободный конец достаточной длины и намотать его на обычный карандаш). Прокалите спиральку в пламени. Ее поверхность покроется черным налетом оксида меди СuO. Если почерневшую проволоку опустить в разбавленную соляную кислоту, то жидкость окрасится в голубой цвет, а поверхность металла вновь станет красной и блестящей. Кислота, если она не нагрета, не действует на медь, но растворяет ее оксид, превращая его в соль CuCl 2 .

Но вот вопрос: если оксид меди черный, почему старинные медные и бронзовые предметы покрываются не черным, а зеленым налетом, и что это за налет?

Попробуйте найти старый медный предмет, скажем, подсвечник. Соскребите с него немного зеленого налета и поместите в пробирку. Горлышко пробирки закройте пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опустите в известковую воду (как ее готовить, вы уже знаете). Нагрейте содержимое пробирки. На ее стенках соберутся капли воды, а из газоотводной трубки будут выделяться пузырьки газа, от которого известковая вода мутнеет. Значит, это диоксид углерода. В пробирке же останется черный порошок, который при растворении в кислоте дает голубой раствор. Этот порошок, как вы, наверное, догадываетесь,- оксид меди.

Итак, мы узнали, на какие составные части разлагается зеленый налет. Его формула записывается так: CuCO 3 *Сu(ОН) 2 (основной карбонат меди). Он образуется на медных предметах, поскольку в воздухе всегда есть и диоксид углерода, и пары воды. Зеленый налет называют патиной . Такая же соль встречается и в природе - это не что иное, как знаменитый минерал малахит .

Давайте снова обратим внимание на почерневшую медную проволоку. Нельзя ли вернуть ей первоначальный блеск без помощи кислоты?

Налейте в пробирку аптечного нашатырного спирта, раскалите медную проволоку докрасна и опустите ее в пузырек. Спиралька зашипит и вновь станет красной и блестящей. В одно мгновение произойдет реакция, в результате которой образуется медь, вода и азот. Если опыт повторять несколько раз, то нашатырный спирт в пробирке окрасится в синий цвет. Одновременно с этой реакцией идет и другая, так называемая реакция комплексообразования - образуется то самое комплексное соединение меди, которое ранее позволило нам безошибочно определить аммиак по синему окрашиванию реакционной смеси.

Между прочим, способностью соединений меди вступать в реакцию с нашатырным спиртом пользуются с очень давних времен (еще с тех времен, когда науки химии не было и в помине). Раствором аммиака, т. е. нашатырным спиртом, очищали до блеска медные и латунные предметы. Так, кстати, опытные хозяйки поступают и сейчас; для большего эффекта нашатырный спирт смешивают с мелом, который механически оттирает грязь и адсорбирует загрязнения из раствора.

Следующий опыт. Насыпьте в пробирку немного нашатыря-хлорида аммония NH 4 Cl, которым пользуются при пайке (не путайте его с нашатырным спиртом NH 4 OH , который представляет собой водный раствор аммиака). Раскаленной медной спиралькой коснитесь слоя вещества, покрывающего дно пробирки. Снова раздастся шипенье, и вверх взовьется белый дым - это улетучиваются частицы нашатыря. А спиралька вновь засверкает первозданным медным блеском. Произошла реакция, в результате которой образовались те же продукты, что и в прошлом опыте, и впридачу хлорид меди СuСl 2 .

Именно из-за этой способности - восстанавливать металлическую медь из оксида - нашатырь и применяют при паянии. Паяльник обычно изготовлен из меди, которая хорошо проводит тепло; когда его «жало» окисляется, медь теряет способность удерживать на своей поверхности оловянный припой. Немного нашатыря - и оксида как не бывало.

И последний опыт с медной спиралькой. Налейте в пробирку немного одеколона (еще лучше - чистого спирта) и вновь внесите раскаленную медную проволоку. Результат опыта вы, по всей вероятности, уже представляете: проволока вновь очистилась от пленки оксида. На этот раз произошла сложная органическая реакция: медь восстановилась, а этиловый спирт, содержащийся в одеколоне, окислился до уксусного альдегида. Эта реакция в быту никак не используется, но иногда ее применяют в лаборатории, когда из спирта нужно получить альдегид.

О. Ольгин. "Опыты без взрывов"
М., "Химия", 1986

ГРАФИЧЕСКИЕ ТЕСТЫ
ПО ХИМИИ

Окончание. Начало см. в № 37/2004

18. На рисунке представлены изменения количества веществ (, моль) реагентов и продуктов реакции получения оксида серы(VI) из оксида серы(IV) по мере достижения равновесия. Веществами А, Б и В являются соответственно:

1) SO 3 , SO 2 и О 2 ;
2) SO 2 , О 2 и SO 3 ;
3) SO 3 , О 2 и SO 2 ;
4) O 2 , SО 2 и SO 3 .

Ответ . 1).

19. Температура кипения гидрида германия GeH 4 равна –90 °С. Изобразите на графике примерную зависимость температуры кипения t кип гидридов элементов IVa группы периодической системы – СН 4 , SiН 4 , GeН 4 и SnН 4 – от молярной массы M соединений.
Ответ . Значения температур кипения и молярных масс гидридов (см. табл.) позволяют точно построить график зависимости t кип от М .

20. Прочность соединений в ряду

Н 2 О – Н 2 S – Н 2 Sе – Н 2 Те

изменяется, как показано на графике. Укажите верный вариант ответа.

Ответ. 4).

21. Зная, что температура кипения воды при атмосферном давлении равна 100 °С, а теллуроводорода –2 °С, покажите на графике, как примерно будет зависеть t кип гидридов элементов VIa группы – H 2 O, H 2 S, H 2 Se и H 2 Te – от их молярной массы М .
Ответ. Используя точные значения t кип из таблицы, построим заданный график.

22. Изучите представленные на рисунке зависимости растворимости веществ А, Б, В, Г от температуры. Наибольшую растворимость при 30 °С имеет вещество:

1) А;
2) Б;
3) В;
4) Г.

Ответ . 2).

23. Используя приведенный график зависимости выхода SO 3 от температуры, можно определить, что окисление SО 2 в SО 3 будет идти с выходом 60% при температуре... °С.

Ответ . Примерно 680 °С.

24. График показывает зависимость скорости коррозии цинка от рН среды. Наиболее устойчив металлический цинк к коррозии в области значений рН:

1) 2–4;
2) 6–8;
3) 10–12;
4) 12–14.

Ответ . 3). В области значений рН = 10–12 цинк в наименьшей cтепени подвергается коррозии.

25. Медную пластинку внесли в нагретую до температуры красного каления печь. Изменение массы пластинки во времени при окислении меди до оксида меди(II) отражает график (см. с. 6 ):

Ответ . 3). (2Сu + О 2 = 2СuО).

26. Силикатные стекла представляют собой:
а) кристаллические тела;
б) аморфные тела.
Изменению их объема V от температуры t в процессе нагревания соответствует график:

Ответ . б); 2).

27. На приведенном далее графике показаны температуры кипения четырех соединений.
Температура кипения воды значительно отличается от температур кипения других приведенных водородных соединений, т.к.:
1) в молекуле воды между атомами ковалентная связь;
2) в молекуле воды между атомами ионная связь;
3) между молекулами воды возникает водородная связь;
4) между молекулами воды действуют вандерваальсовы силы притяжения.

Ответ. 3).

28. График показывает растворимость вещества X в воде в зависимости от температуры.
Вещество X массой 50 г растворили в 100 г воды при 100 °С, после чего приготовленный раствор стали охлаждать. Раствор становится насыщенным при температуре (°С):

1) 30;
2) 50;
3) 60;
4) 70.

Ответ. 4). Растворимость 50 г вещества в 100 г воды на основании графика отвечает температуре 70 °С.

29. На рисунке показаны энергетические диаграммы двух различных механизмов одной и той же реакции. Энергия активации реакции, идущей в присутствии катализатора, имеет значение, соответствующее:

1) А;
2) Б;
3) В;
4) Г.

Ответ. 2).

30. При взаимодействии 1 моль газообразного водорода с 1 моль кристаллического йода затрачивается примерно 50 кДж теплоты. Представьте графически зависимость изменения энергии замкнутой системы от времени реакции Н 2 с I 2 в случаях:
1) при отсутствии катализатора;
2) в присутствии катализатора.

Ответ .

31. Взаимодействие газообразных водорода и йода описывается уравнением

Н 2 (г.) + I 2 (г.) + Q = 2НI (г.)

и отражено на приведенном далее рисунке в виде зависимостей концентраций с реагирующих и образующегося компонентов от времени . Через 2 мин после начала реакции в системе произошло изменение (укажите какое):
1) повысилось давление;
2) повысилась температура;
3) в реакционную систему добавлен водород;
4) в реакционную систему добавлен йод.

Ответ. 4).

32. Школьник провел следующий опыт. В прибор для измерения электрической проводимости растворов он налил 30 мл децимолярного раствора хлорида бария. Затем он включил прибор в сеть и из бюретки по каплям стал добавлять раствор сульфата натрия такой же концентрации. По мере прибавления сульфата натрия лампочка прибора светила все более тускло, а через некоторое время совсем погасла. При дальнейшем прибавлении раствора сульфата натрия лампочка снова стала светить ярче. Школьник аккуратно фиксировал данные наблюдения в рабочий журнал и получил графическую зависимость. Нарисуйте этот график в виде зависимости электрической проводимости от объема раствора Na 2 SO 4 в см 3 .

Ответ . BaCl 2 + Na 2 SO 4 = BaSO 4 + 2NaCl;
далее при избытке электролита Na 2 SO 4:

Na 2 SO 4 = 2Na + + .

33. Бертолетову соль сильно нагревают в открытой кварцевой трубке до тех пор, пока она полностью не разложится. Правильно показывает изменение массы m вещества в реакционной трубке во времени график:

Ответ . 1).

По уравнению реакции при термическом разложении 1 моль бертолетовой соли масса остатка становится меньше исходной массы почти в полтора раза (122,5/74,5 = 1,64). Газообразный кислород улетает. Таким образом, если на графике отложить исходную массу бертолетовой соли m 1 и массу оставшегося после разложения остатка m 2 , то при нагревании в течение некоторого времени () будет происходить разложение, сопровождающееся уменьшением массы. После полного разложения бертолетовой соли масса остатка не будет меняться, т.к. образовавшийся в результате реакции хлорид калия при нагревании не разлагается.

34. Навеску перманганата калия массой 30 г внесли в печь, нагретую до температуры разложения перманганата. Постройте график, отражающий изменение массы навески m в зависимости от времени прокаливания .
Ответ . Уравнение реакции разложения перманганата калия:

Масса навески уменьшится на массу выделившегося при разложении кислорода, а именно:

Отсюда х = 30 32/316 = 3,0 г.

Строим график, отражающий изменение массы навески m в зависимости от времени
прокаливания .

Медные заготовки

Сегодня медь является одним из самых востребованных металлов. Высокий спрос объясняется отличительными характеристиками, присущими этому металлу. Медь проводит электроток лучше любых других металлов, кроме серебра, благодаря этому ее используют в производстве кабелей и электропроводов. Температура плавления меди не высокая, металл пластичный и легко поддается обработке, благодаря этому качеству стало возможным ее применение в строительстве в качестве водопроводных тр. Этот металл имеет высокое сопротивление к внешним раздражающим факторам, поэтому долговечен и может быть использован несколько раз, после переплавки. Это качество меди высоко ценят экологи, поскольку при повторной обработке металла тратится значительно меньшее количество энергии, чем при добыче и обработки руды, к тому же сохраняются земные недра. Добыча медной руды не проходит бесследно, на месте отработанных рудников появляются токсичные озера, наиболее известное во всем мире такое озеро – Беркли-Пит в штате Монтана в США.

Необходимая температура для плавления меди

Медь не является легкоплавким металлом

Люди нашли применение меди еще в древние времена, тогда ее добывали в виде самородков. Ввиду низкой температуры, необходимой для осуществления процесса плавления ее стали широко применять для изготовления орудий труда и охоты, самородки можно плавить на костре. В наши дни технология получения металла мало чем отличается от придуманной в древние времена, совершенствуются лишь печи, увеличена скорость обжига и объемы обработки. Здесь возникает уместный вопрос — какая температура плавления меди? Ответ на него можно найти в любом учебнике по физике и химии – медь начинает плавиться при температуре нагрева до 1083 о С.

Кипение меди уменьшает ее прочность

В процессе термического воздействия на металл происходит разрушение его кристаллической решетки, это достигается при определенной температуре, которая в течение некоторого времени остается постоянной. В этот момент и происходит плавка металла. Когда процесс разрушения кристаллов полностью завершен, температура металла снова начинает подниматься, и он переходит в жидкую форму и начинает кипеть. Температура плавления меди значительно ниже, чем та, при которой металл кипит. Процесс кипения начинается с появлением пузырьков, по аналогии с водой. На этом этапе любой металл, в том числе и медь, начинает терять свои характеристики, в основном это отражается на прочности и упругости. Температура кипения меди составляет 2560 о С. Во время остывания металла происходит похожая картина, как и при нагреве – сначала температура опускается до определенного градуса, в этот момент происходит затвердевание, которое длится некоторое время, затем продолжается остывание до обычного состояния.

Как изменяется металл под термическим воздействием

Любой нагрев меди влечет за собой изменение ее характеристик, наиболее значимой является величина ее удельного сопротивления. Медь является проводником электрического тока, при этом металл оказывает сопротивление движению носителям заряда. Отношение площади сечения проводника к оказываемому движению и называется удельным сопротивлением.

Так вот, эта величина для чистой меди составляет 0,0172 ОМ мм 2 /м при 20 о С. Этот показатель может измениться после термической обработки, а также вследствие добавления в состав различных примесей и добавок. Здесь наблюдается обратная зависимость сопротивления меди от температуры – чем выше была температура обработки металла, тем ниже будет ее сопротивление электрическому току. Для обеспечения наилучших электролитических характеристик медной проволоки, ее обрабатывают при 500 о С.

Во время термической обработки можно не только придавать металлу нужную форму и размер, но и создавать различные сплавы. Самыми распространёнными медными сплавами является бронза и латунь. Бронза получается путем смешивания меди с оловом, а латунь – с цинком. Добавление алюминия и стали увеличивает прочность материала, а добавление никеля повышает антикоррозийные свойства. Но стоит заметить, что любая примесь снижает главное свойство – электропроводность, поэтому для изготовления жил электрокабеля используют чистый состав металла.

Отжиг меди

Под отжигом меди следует понимать процесс ее нагрева с целью дальнейшей обработки и приданию необходимых форм изделию. В ходе отжига металл становится более пластичным и мягким, поддающимся различным трансформациям. При отжиге меди температура достигает 550 о С, она приобретает темно-красный оттенок. После нагрева желательно быстро производить ковку и оправлять изделие на охлаждение.

Если подвергать материал медленному, естественному охлаждению, то возможно образование наклепа, поэтому чаще применяют мгновенное охлаждение путем помещения заготовки в холодную воду. Если превысить допустимую величину нагрева, металл может стать более хрупким и ломким.

Во время отжига осуществляется процесс рекристаллизации меди, в ходе которого образуются новые зерна или кристаллы металла, которые не искажены решеткой и отделены от прежних зерен угловыми границами. Новые зерна по размеру могут сильно отличаться от предшественников, при их образовании высвобождается большое количество энергии, увеличивается плотность и появляется наклеп. Рекристаллизация осуществляется только после деформации изделия, и только после достижения ее определенного уровня. Для меди критический уровень деформации составляет 5%, если он не достигнут процесс формирования новых зерен не начнется. Температура рекристаллизации меди составляет 270 о С. Следует отметить, что при этой температуре процесс роста кристаллов только начинается, но он достаточно медленный, поэтому для достижения необходимого результата медь необходимо нагреть до 500 о С, тогда времени для остывания хватит для завершения процесса рекристаллизации.

Видео: Плавление меди в микроволновке

Опыты с медной проволокой. С медью можно поставить несколько любопытных опытов. Из кусочка медной проволоки сделайте маленькую спиральку и укрепите ее в деревянной держалке (можно оставить свободный конец достаточной длины и намотать его на обычный карандаш). Прокалите спиральку в пламени. Ее поверхность покроется черным налетом оксида меди СuO. Если почерневшую проволоку опустить в разбавленную соляную кислоту, то жидкость окрасится в голубой цвет, а поверхность металла вновь станет красной и блестящей. Кислота, если она не нагрета, не действует на медь, но растворяет ее оксид, превращая его в соль CuCl 2 .

Но вот вопрос: если оксид меди черный, почему старинные медные и бронзовые предметы покрываются не черным, а зеленым налетом, и что это за налет?

Попробуйте найти старый медный предмет, скажем, подсвечник. Соскребите с него немного зеленого налета и поместите в пробирку. Горлышко пробирки закройте пробкой с газоотводной трубкой, конец которой опустите в известковую воду (как ее готовить, вы уже знаете). Нагрейте содержимое пробирки. На ее стенках соберутся капли воды, а из газоотводной трубки будут выделяться пузырьки газа, от которого известковая вода мутнеет. Значит, это диоксид углерода. В пробирке же останется черный порошок, который при растворении в кислоте дает голубой раствор. Этот порошок, как вы, наверное, догадываетесь,- оксид меди.

Итак, мы узнали, на какие составные части разлагается зеленый налет. Его формула записывается так: СuСО 3 ∙Сu(ОН) 2 (основной карбонат меди). Он образуется на медных предметах, поскольку в воздухе всегда есть и диоксид углерода, и пары воды. Зеленый налет называют патиной. Такая же соль встречается и в природе - это не что иное, как знаменитый минерал малахит.

Cейчас обратим внимание на почерневшую медную проволоку. Нельзя ли вернуть ей первоначальный блеск без помощи кислоты? Налейте в пробирку аптечного нашатырного спирта, раскалите медную проволоку докрасна и опустите ее в пузырек. Спиралька зашипит и вновь станет красной и блестящей. В одно мгновение произойдет реакция, в результате которой образуется медь, вода и азот. Если опыт повторять несколько раз, то нашатырный спирт в пробирке окрасится в синий цвет. Одновременно с этой реакцией идет и другая, так называемая реакция комплексообразования - образуется то самое комплексное соединение меди, которое ранее позволило нам безошибочно определить аммиак по синему окрашиванию реакционной смеси.

Между прочим, способностью соединений меди вступать в реакцию с нашатырным спиртом пользуются с очень давних времен (еще с тех времен, когда науки химии не было и в помине). Раствором аммиака, т. е. нашатырным спиртом, очищали до блеска медные и латунные предметы. Так, кстати, опытные хозяйки поступают и сейчас; для большего эффекта нашатырный спирт смешивают с мелом, который механически оттирает грязь и адсорбирует загрязнения из раствора.

Следующий опыт. Насыпьте в пробирку немного нашатыря-хлорида аммония NH 4 Cl, которым пользуются при пайке (не путайте его с нашатырным спиртом NH 4 OH, который представляет собой водный раствор аммиака). Раскаленной медной спиралькой коснитесь слоя вещества, покрывающего дно пробирки. Снова раздастся шипенье, и вверх взовьется белый дым - это улетучиваются частицы нашатыря, А спиралька вновь засверкает первозданным медным блеском. Произошла реакция, в результате которой образовались те же продукты, что и в прошлом опыте, и впридачу хлорид меди СuСl 2 .

Именно из-за этой способности - восстанавливать металлическую медь из оксида - нашатырь и применяют при паянии. Паяльник обычно изготовлен из меди, которая хорошо проводит тепло; когда его «жало» окисляется, медь теряет способность удерживать на своей поверхности оловянный припой. Немного нашатыря - и оксида как не бывало.

И последний опыт с медной спиралькой. Налейте в пробирку немного одеколона (еще лучше - чистого спирта) и вновь внесите раскаленную медную проволоку. Результат опыта вы, по всей вероятности, уже представляете: проволока вновь очистилась от пленки оксида. На этот раз произошла сложная органическая реакция: медь восстановилась, а этиловый спирт, содержащийся в одеколоне, окислился до уксусного альдегида. Эта реакция в быту никак не используется, но иногда ее применяют в лаборатории, когда из спирта нужно получить альдегид.