Cupru
De la Publicitate Enciclopedica
Bibliografie
Cuprins |
Caracteristicile cuprului
Z=29,A=63,542
Valenta : I, II
Sarcina: 1+,2+;
Configuratia electronica : 1s22s22p63s23p64s13d10;[2]
Istoria cuprului
Cuprul era cunoscut si folosit inca din Antichitate la fabricarea armelor si a diferitelor ustensile.
Acest metal a aparut cu 5000 de ani i. Hr. in Egipt si, cu un mileniu mai tarziu, in regiunea dintre Tigru si Eufrat, unde se dezvoltase civilizatia sumeriana. Cu 2000 de ani i. Hr., cuprul era folosit numai la fabricarea bronzului si, mai tarziu, la confectionarea unor podoabe, iar combinatii ale cuprului la colorarea sticlei in albastru. Incepand cu anul 1500 i. Hr., grecii si, apoi romanii extrageau din insula Cypru. Homer povesteste despre arme, obiecte de arta si diferite vase din bronz. In jurul anului 900 i. Hr., unele saruri de cupru se foloseau la zugravitul locuintelor scumpe, colorand huma si varul. In scrierile alchimstilor, cuprul este denumit Venus, fiind simbolizat de aceasta planeta.
Cuprul a jucat un rol insemnat in istoria civilizatiei omenesti, fiind primul metal fabricat pe scara mai mare si utilizat pentru scopuri practice. Din sapaturile facute la Suza si in orasele sumeriene, rezulta ca aurul si argintul au fost cunoscute dupa cupru. Dupa cunostintele noastre actuale, cuprul a fost descoperit pe la anul 6000 i. Hr., de un popor locuind in Turkestan sau pe versantul sudic al Caucazului. De aici a patruns in Mesopotamia, Egipt, Creta si in cele din urma si in Europa. Minereuriole de cupru folosite de popoarele antice proveneau din Asia Mica si din Cypru (de la numele metalului fabricat pe aceasta insula aes cyprium, se trage cuvantul latinesc cuprum; cuvantul romanesc arama vine de la aes, aeris). Un progres tehnic important s-a realizat prin descoperirea bronzului (pe la 2750 i. Hr., la Suza), mai dur si mai rezistent decat cuprul. Din acest aliaj (chalcos, ramas in limba greaca cu sensul de arama) erau facute armele eroilor lui Homer.[3]
Starea naturala a cuprului
In natura cuprul se gaseste in stare pura sau sub forma de combinatii iu diferite minerale.Cuprul nativ s-a format in decursul diferitelor procese biologice , prin reducerea combinatiilor lor din natura .Cele mai impotante minerale sunt:
• Calcozina Cu2S : contine 79,8% cupru si se intalneste sub forma de mase compacte formate din cristale prismatice bipiramidale ,cenusii-negre cu densitatea 5,7g/cm3 si duritatea 2-3 in scara Mosh;
• Calcopirita CuFeS2 : contine 34,75% cupru si se gaseste in cristale tetraedrice , galbene ,de densitate 4,2g/cm3 si duritate 3-4 in scara Mosh;
• Bornitul 3Cu2S·FeS2·FeS : contine 63,3% Cu si se afla sub mase compacte de culoare rosie-aramie, fragile , cu densitatetea de 5g/cm3 si duritatea 3 in scara Mosh;
• Covelina CuS : contine 66,5% Cu si se intalneste sub forma de lame mici si colorate in indigo-albastru, cu duritatea 1,5-2 in scara Mosh ;
• Cupritul Cu2O : contine 88,8% Cu si se afla sub cristale rosii-cenusii;de denistate 5,85-6,16g/cm3 si duritatea de 3,5-5 in scara Mosh; Cuprul se mai gaseste si in alte minerale precum : melaconitul (CuO);malachitul (Cu2CO3(OH)2); azuritul si crisocolul.In natura in general combinatiile cuprului se gasesc in minereuri alturi de combinatiile altor metale formand minereuri poliatomice.[4]
Obtinerea cuprului
Minereurile (sulfuroase) de metale neferoase contin de obicei 2-4% rareori peste 7% Cu. De aceea, inainte de a proceda la obtinerea propriu-zisa a metalului, este necesara o concetrare. Aceasta consta intr-o prajire partiala, cu aer insuficient. Cuprul are o afinitate mult mai mare pentru sulf decat fierul, in schimb, se oxideaza mai greu decat acesta. De aceea, in timpul prajirii partiale, pirita (FeS2) se transforma in parte in FeS, in parte se oxideaza pana la FeO si Fe2 O3, care se combina cu nisipul de cuart adaugat anume, dand silicat de fier, usor fuzibil, care trece in zgura. In partea de jos a cuptorului se aduna astfel o mata cuproasa, topita, compusa in cea mai mare parte din Cu2S si FeS, cu un continut de 30-45% Cu.
Mata cuproasa este apoi prelucrata intr-un convertizor captusit cu caramizi de silice sau mai bine din magnezita. Aerul se introduce prin deschideri larerale. In convertizor, sulfura feroasa se oxideaza in oxid de fier, care se combina cu nisipul adaugat, dand silicati ce se aduna in partea superioara, in stare topita. O parte din sulfura cuproasa trece in oxid cupros, care reactioneaza cu restul de sulfura:
Cu2S + 2Cu2O 6Cu +SO2
Metalul topit se aduna in partea inferioara a convertizorului. Stratul de mata, dintre stratul de metal si cel de zgura, se micsoreaza in timpul procesului si dispare la sfarsit. Gazele degajate din convertizor, cu 10-14% SO2, se folosesc pentru fabricarea acidului sulfuric. Cuprul brut obtinut(94-97%) mai contine: fier, plumb, zinc, stibiu, aur si argint, precum si cantitati mici de sulf si arsen, ce nu s-au volatizat in convertizor. Indepartarea acestora se face fie printr-o noua topire in cuptoare cu flacara, obtinandu-se un cupru rafinatde 99,5-99,8%, fie prin electroliza, catre duce la un cupru electrolitic, de peste 99,9%.
Metalurgia pe cale umeda a cuprului pentru minereurile care, nici prin operatii de floatatie, nu pot fi aduse la o concentratie suficienta pentru formarea matei cuproase se aplica o prelucarea pe cale umeda. In acest scop se extrage minereul cu un lichid care transforma cuprul intr-o combinatie solubila, iar apoi cuprul este precipitat din solutie ca metal sau sub forma de componenta principala din minetreu: apa, solutie de amoniac, de cianura sau mai frecvent, acid sulfuric diluat, eventual cu un mic adaos de sulfat feric pentru realizarea unei actiuni oxidante.
Precipitarea cuprului metalic din aceste solutii acide se face de obiceiprin deslocuire cu span de fier (cimentare) sau pe cale electrolitica.
Proprietatile fizice si chimice ale cuprului
In stare compacta ,cuprul este un metal de culoare rosie-aramie, cu stalucire metalica vie si cu structura cristlina cubica,de duritate 2,5-3 in scara Mosh si densitate 8,96g/cm3.
Se cunosc un numar mare de aliaje pe care le formeaza Cu cu elementele: Zn,Sn,Al,Ni, Be,Fe,Mg,Ag,Au,Si,etc.. Aliajele cu zincul poarta denumirea de alame , cele cu staniul de bronzuri,cele cu nichelul de nicheline, cu Al si Zn dewarada.
Cuprul e un metal cu activitate chimica redusa.Cu toate acestea el se combina cu oxigwenul,sulful,haogenii,sau cu alte elemente si reactioneaza cu acidul azotic,sulfuric (conc.), sulfhidric, Cu NaCl,NaCN, cu sulfati sau azotati alcalini.
In aer umed, cuprul se acopera cu o pelicula protectoare de cupru metalic si oxid de cupru monovalent dupa ecuatiile:
2Cu + O2 + 2H2O = 2Cu(OH)2 | Cu(OH)2 + Cu = Cu2O + H2O
Solutiile concentrate ale hidracizilor reactioneaza cu pulberea de cupru la cald ,in prezenta aerului sau a oxigenului :
2Cu + 4HCl + O2 = 2CuCl2 + 2 H2O
Cuprul reactioneaza cu hidrogenul sulfurat in prezenta sulfuri de carbon cu formare de sulfura de cupru si metan :
8Cu + H2S + CS2 = 4Cu2S + CH4
Cuprul nu se combina direct cu azotul dar prin actiunea amoniacului asupra Cu incazit la rosu rezulta nitrura de Cu3N.La temperatura obisnuita Cu reduce dioxidul de azot conform ecuatie:
2Cu + NO2 = Cu2O + NO.
Cu metalic se dizolva in HNO3, in H2SO4 conc. la cald , in solutiile cianurilor alcaline sau in solutiile sarurilor de amoniu sau de fier trivalent:
3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Cu + H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O
2Cu + 4KCN + H2O + 1/2O2 = 2K[Cu(CN)2] + 2KOH
Cu + 4NH4OH + 1/2O2 =[Cu(NH3)4](OH)2 + 3H2O
Cu + Fe2(SO4)3 = Cu SO4 + 2FeSO4
Cuprul are o impotanta deosebita din punct de vedere biologic si este probabil catalizatorul oxidarilor intracelulare
Proprietatile cuprului metalic
