Die Verwendungen und Synthesemethoden von Kupfer, einschließlich der Verwendungen und physikalischen Eigenschaften von Kupfer usw.
Zusammenfassung: Kupfer ist ein Element der Gruppe 1B der 4. Periode des Periodensystems der Elemente und ein wichtiges schweres Nichteisenmetall. Das Elementsymbol ist Cu, die Ordnungszahl ist 29 und die relative Atommasse beträgt 63,546. Kupfer ist bei Raumtemperatur fest, der neue Querschnitt ist purpurrot und oxidiert beim Erhitzen leicht. Kupfer hat eine ausgezeichnete elektrische und thermische Leitfähigkeit, eine gute Korrosionsbeständigkeit, einen geringen Verformungswiderstand und kann einem hohen Grad an Kaltverformung ohne Rissbildung standhalten. Es ist ein wichtiges schweres Nichteisenmetallmaterial, das hauptsächlich in der Elektronik, Elektrotechnik, im Maschinenbau und in Industriezweigen wie Bauwesen und Transportwesen verwendet wird. Es gibt Hunderte von Kupferverbindungen, aber nicht viele werden im industriellen Maßstab hergestellt. Das wichtigste davon ist Kupfersulfat-Pentahydrat oder Gallenvitriol (CuSO4·5H2O), gefolgt von der Bordeaux-Mischung (Cu(OH)2 ·CuSO4), Kupfermetaarsenit (Cu(AsO2)2) und Kupferacetat [Cu(CH3COO) 2]-Komplex, Kupfercyanid (CuCN), Kupferchlorid (CuCl2), Kupferoxid (Cu2O), Kupferoxid (CuO), basisches Kupfercarbonat und Kupfernaphthenat usw. Kupfersalze können als landwirtschaftliche Fungizide verwendet werden. Kupfersulfat kann als Brechmittel und als topisches Gegenmittel bei Verbrennungen durch gelben Phosphor eingesetzt werden.
Kupfer ist ein Element der Gruppe 1B der Periode 4 des Periodensystems der Elemente und ein wichtiges schweres Nichteisenmetall. Das Elementsymbol ist Cu, die Ordnungszahl ist 29 und die relative Atommasse beträgt 63,546. Kupfer ist bei Raumtemperatur fest, der neue Querschnitt ist purpurrot und oxidiert beim Erhitzen leicht. Kupfer hat eine ausgezeichnete elektrische und thermische Leitfähigkeit, eine gute Korrosionsbeständigkeit, einen geringen Verformungswiderstand und kann einem hohen Grad an Kaltverformung ohne Rissbildung standhalten. Es ist ein wichtiges schweres Nichteisenmetallmaterial, das hauptsächlich in der Elektronik, Elektrotechnik, im Maschinenbau und in Industriezweigen wie Bauwesen und Transportwesen verwendet wird. Es gibt Hunderte von Kupferverbindungen, aber nicht viele werden im industriellen Maßstab hergestellt. Das wichtigste davon ist Kupfersulfat-Pentahydrat oder Gallenvitriol (CuSO4·5H2O), gefolgt von der Bordeaux-Mischung (Cu(OH)2 ·CuSO4), Kupfermetaarsenit (Cu(AsO2)2) und Kupferacetat [Cu(CH3COO) 2]-Komplex, Kupfercyanid (CuCN), Kupferchlorid (CuCl2), Kupferoxid (Cu2O), Kupferoxid (CuO), basisches Kupfercarbonat und Kupfernaphthenat usw. Kupfersalze können als landwirtschaftliche Fungizide verwendet werden. Kupfersulfat kann als Brechmittel und als topisches Gegenmittel bei Verbrennungen durch gelben Phosphor eingesetzt werden.
Kupfer ist eines der frühesten Metalle, die vom Menschen entdeckt und genutzt wurden. Vor etwa 10000 Jahren lernten die Menschen natürliches Kupfer kennen und hämmerten es zu kleinen Kegeln oder Nägeln. Die frühesten bisher entdeckten Bronzeartefakte sind die Schaber, Meißel und Ahlen, die in Tepehiya, Iran, ausgegraben wurden und aus der Zeit um 3800 v. Chr. stammen. Das 1978 am Majiayao Chemicalbook-Standort in Dongxiang in der Provinz Gansu ausgegrabene Zinnbronzemesser ist das älteste bisher in China entdeckte Bronzegerät. Sein Alter liegt bei etwa 2750 v. Chr., was darauf hinweist, dass China der früheste Nutzer von Bronze war. China beherrschte bereits 770 v. Chr. die Technologie der Kupferverhüttung im Schachtofen. Im ersten Jahr von Song und Yuanfeng (1078) erreichte die Kupferproduktion 7300 t, und die kupfermetallurgische Technologie hat ein beachtliches Niveau erreicht.
physikalische Eigenschaften
Kupfer ist nach Silber ein ausgezeichneter Strom- und Wärmeleiter. Die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer betragen bei Raumtemperatur 94 % bzw. 73,2 % von Silber. Die äußere Elektronenhüllenkonfiguration von Kupferatomen ist [Ar]3d104s1. Wenn Kupfer eine Verbindung bildet, kann es gleichzeitig ein Elektron in der 4s-Umlaufbahn und ein Elektron in der 3d-Umlaufbahn verlieren. Daher hat Kupfer hauptsächlich zwei Valenzzustände: +1 und +2. Der Oxidationszustand von Kupfer ist bei Raumtemperatur hauptsächlich +2, und niedervalente Verbindungen sind bei hohen Temperaturen stabil. Kupfer hat zwei stabile natürliche Isotope, 63Cu und 65Cu. 63Cu enthält 29 Protonen und 34 Neutronen, und 65Cu enthält 29 Protonen und 36 Neutronen. Es ist bekannt, dass Kupfer 9 instabile Isotope hat. Kupfer kann in trockener Luft bei Raumtemperatur stabil existieren, aber wenn es längere Zeit in feuchter, CO2-haltiger Luft gelagert wird, entsteht grünes alkalisches Kupfercarbonat, das allgemein als Patina bekannt ist. Das elektrochemische Äquivalent von zweiwertigem Kupfer beträgt 0,329 mg/C. Kupfer kann Wasserstoff in sauren wässrigen Lösungen nicht ersetzen und ist in Salzsäure und Schwefelsäure ohne gelösten Sauerstoff nicht löslich, wohl aber in Salpetersäure, die eine oxidierende Wirkung hat. Kupfer reagiert langsam mit alkalischen Lösungen, reagiert jedoch leicht mit Ammoniak unter Bildung von Komplexen. Kupfer ist in organischen Säuren wie Essigsäure leicht löslich. Lösliche Kupfersalze sind im Allgemeinen giftig. Die Kristallstruktur von Kupfer ist ein kubisch flächenzentriertes Gitter. Reines Kupfer weist eine sehr gute Duktilität auf und lässt sich zu sehr feinen Drähten und dünnen Blechen verarbeiten. Kupfer ist ein ausgezeichneter elektrischer und thermischer Leiter und seine elektrische und thermische Leitfähigkeit ist unter den Metallen nach Silber an zweiter Stelle. Das Vorhandensein von Spurenverunreinigungen verringert die Leitfähigkeit von Kupfer erheblich.
Der Hauptzweck
Da Kupfer über viele hervorragende Eigenschaften verfügt, wird es in verschiedenen Industriebereichen häufig eingesetzt. Bis in die 1960er Jahre war Kupfer hinsichtlich Bedeutung und Verbrauch nach Eisen das zweitgrößte. Nach den 1960er-Jahren wich es dem Aluminium mit größeren Ressourcen und günstigeren Preisen und verwies es auf den dritten Platz. Der Anteil des Kupferverbrauchs in China in den späten 1980er Jahren ist in Tabelle 2 aufgeführt. Weltweit wird mehr als die Hälfte der Kupferproduktion in der Energie- und Elektronikindustrie verwendet, beispielsweise für die Herstellung von Kabeln, Drähten, Motoren und anderen Energieübertragungs- und Telekommunikationsgeräten Ausrüstung. Nach den 1980er Jahren wurden einige Kupferanwendungen in der Telekommunikation durch Glasfasern ersetzt. Kupfer ist auch ein wichtiger Werkstoff für die Verteidigungsindustrie. Da Kupfer über eine gute elektrische Leitfähigkeit verfügt, wird es häufig in der Elektroindustrie verwendet. Zur Herstellung von Drähten und Kabeln wird reines Kupfer (Gehalt über 99,95 %) benötigt, das durch Elektrolyse von Blisterkupfer veredelt wird. Kupfer kann mit Zink, Zinn, Aluminium, Nickel, Beryllium usw. viele wichtige Legierungen bilden. Messing (Kupfer-Zink-Legierung) und Bronze (Kupfer-Zinn-Legierung) werden zur Herstellung von Lagern, Kolben, Schaltern, Ölleitungen, Wärmetauschern usw. verwendet. usw. Aluminiumbronze (Kupfer-Aluminium-Legierung) weist eine hohe Vibrationsbeständigkeit auf und kann zur Herstellung von Gussteilen verwendet werden, die Festigkeit und Zähigkeit erfordern. Die Monel-Legierung ist eine der Kupfer-Nickel-Legierungen, die für ihre Korrosionsbeständigkeit bekannt ist und hauptsächlich bei der Herstellung von Ventilen, Pumpen und Hochdruckdampfgeräten verwendet wird. Weißes Kupfer ist eine Kupfer-Nickel-Legierung mit guten mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit und wird im Präzisionsmaschinenbau verwendet. Berylliumbronze (berylliumhaltige Kupferlegierung) verfügt über mechanische Eigenschaften, die die von hochwertigem Stahl übertreffen, und wird häufig bei der Herstellung verschiedener mechanischer Komponenten, Werkzeuge und Funkgeräte verwendet. Kupferverbindungen sind wichtige Rohstoffe für Pestizide, Fungizide, Pigmente, Galvanik, galvanische Batterien, Farbstoffe und Katalysatoren. Sauerstofffreies Kupfer wird aufgrund seiner hohen Reinheit und des Fehlens von Wasserstoffversprödungsproblemen in Wellenleitern, Vakuumröhren und Transistorkomponenten, Glas- und Metalldichtungen, Koaxialkabeln und zur Stabilisierung supraleitender Magnetwicklungen verwendet. Zähes Kupfer wird zur Herstellung von Kupfersammelschienen, Schützen, verschiedenen Leitertypen, Radarkomponenten, Schaltern und Kontakten usw. verwendet. Die beiden oben genannten mit Silber behandelten Kupferarten werden zur Herstellung von Geräten verwendet, die Erweichungsbeständigkeit erfordern, wie beispielsweise Wicklungen von Transformatoren , Generatoren und große Synchrongeneratoren. Mit Phosphor desoxidiertes Kupfer wird hauptsächlich zur Herstellung von Rohren für Kühlschränke und Klimaanlagen, Gleichrichtern, Wasserrohren oder Gasrohren verwendet (wenn elektrische und thermische Leitfähigkeit, Schweißleistung oder Lötleistung erforderlich sind). Automatenkupfer wird hauptsächlich zur Herstellung von Gewindeprodukten und anderen Schweißspitzen, Klemmen, Anschlüssen und Schalterkomponenten verwendet.
