Строение меди: Строение атома меди (Cu), схема и примеры

Медь — свойства, характеристики | Cu-prum.ru

Медь – это пластичный золотисто-розовый металл с характерным металлическим блеском. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Сu (Cuprum) и находится под порядковым номером 29 в I группе (побочной подгруппе), в 4 периоде.

---

Латинское название Cuprum произошло от имени острова Кипр. Известны факты, что на Кипре ещё в III веке до нашей эры находились медные рудники и местные умельцы выплавляли медь. Купить медь можно в комании «КУПРУМ».

По данным историков, знакомству общества с медью около девяти тысячелетий. Самые древние медные изделия найдены во время археологических раскопок на местности современной Турции. Археологи обнаружили маленькие медные бусинки и пластинки для украшения одежды. Находки датируются рубежом VIII-VII тыс. до нашей эры. Из меди в древности изготавливали украшения, дорогую посуду и различные инструменты с тонким лезвием.

Великим достижением древних металлургов можно назвать получение сплава с медной основой – бронзы.

Основные свойства меди

1. Физические свойства.

На воздухе медь приобретает яркий желтовато-красный оттенок за счёт образования оксидной плёнки. Тонкие же пластинки при просвечивании зеленовато-голубого цвета. В чистом виде медь достаточно мягкая, тягучая и легко прокатывается и вытягивается. Примеси способны повысить её твёрдость.

Высокую электропроводность меди можно назвать главным свойством, определяющим её преимущественное использование. Также медь обладает очень высокой теплопроводностью. Такие примеси как железо, фосфор, олово, сурьма и мышьяк влияют на базовые свойства и уменьшают электропроводность и теплопроводность. По данным показателям медь уступает лишь серебру.

Медь обладает высокими значениями плотности, температуры плавления и температуры кипения. Важным свойством также является хорошая стойкость по отношению к коррозии. К примеру, при высокой влажности железо окисляется значительно быстрее.

Медь хорошо поддаётся обработке: прокатывается в медный лист и медный пруток, протягивается в медную проволоку с толщиной, доведённой до тысячных долей миллиметра. Этот металл является диамагнетиком, то есть намагничивается против направления внешнего магнитного поля.

2. Химические свойства.

Медь является сравнительно малоактивным металлом. В нормальных условиях на сухом воздухе её окисления не происходит. Она легко реагирует с галогенами, селеном и серой. Кислоты без окислительных свойств не оказывают воздействия на медь. С водородом, углеродом и азотом химических реакций нет. На влажном воздухе происходит окисление с образованием карбоната меди (II) – верхнего слоя платины.

Медь обладает амфотерностью, то есть в земной коре образует катионы и анионы. В зависимости от условий, соединения меди проявляют кислотные или основные свойства.

Способы получения меди

В природе медь существует в соединениях и в виде самородков. Соединения представлены оксидами, гидрокарбонатами, сернистыми и углекислыми комплексами, а также сульфидными рудами. Самые распространённые руды — это медный колчедан и медный блеск. Содержание меди в них составляет 1-2%. 90% первичной меди добывают пирометаллургическим способом и 10% гидрометаллургическим.

1. Пирометаллургический способ включает в себя такие процессы: обогащение и обжиг, плавка на штейн, продувка в конвертере, электролитическое рафинирование.
Обогащают медные руды методом флотации и окислительного обжига. Сущность метода флотации заключается в следующем: частицы меди, взвешенные в водной среде, прилипают к поверхности пузырьков воздуха и поднимаются на поверхность. Метод позволяет получить медный порошкообразный концентрат, который содержит 10-35% меди.

Окислительному обжигу подлежат медные руды и концентраты со значительным содержанием серы. При нагреве в присутствии кислорода происходит окисление сульфидов, и количество серы снижается почти в два раза. Обжигу подвергаются бедные концентраты, в которых содержится 8-25% меди. Богатые концентраты, содержащие 25-35% меди, плавят, не прибегая к обжигу.

Следующий этап пирометаллургического способа получения меди – это плавка на штейн. Если в качестве сырья используется кусковая медная руда с большим количеством серы, то плавку проводят в шахтных печах. А для порошкообразного флотационного концентрата применяют отражательные печи. Плавка происходит при температуре 1450 °С.

В горизонтальных конвертерах с боковым дутьём медный штейн продувается сжатым воздухом для того, чтобы произошли процессы окисления сульфидов и феррума. Далее образовавшиеся окислы переводят в шлак, а серу в оксид. В конвертере образуется черновая медь, которая содержит 98,4-99,4% меди, железо, серу, а также незначительное количество никеля, олова, серебра и золота.

Черновая медь подлежит огневому, а далее электролитическому рафинированию. Примеси удаляют с газами и переводят в шлак. В результате огневого рафинирования образуется медь с чистотой до 99,5%. А после электролитического рафинирования чистота составляет 99,95%.

2. Гидрометаллургический способ заключается в выщелачивании меди слабым раствором серной кислоты, а затем выделении металлической меди непосредственно из раствора. Такой способ применяется для переработки бедных руд и не допускает попутного извлечения драгоценных металлов вместе с медью.

Применение меди

Благодаря ценным качествам медь и медные сплавы используются в электротехнической и электромашиностроительной отрасли, в радиоэлектронике и приборостроении. Существуют сплавы меди с такими металлами, как цинк, олово, алюминий, никель, титан, серебро, золото. Реже применяются сплавы с неметаллами: фосфором, серой, кислородом. Выделяют две группы медных сплавов: латуни (сплавы с цинком) и бронзы (сплавы с другими элементами).

Медь обладает высокой экологичностью, что допускает её использование в строительстве жилых домов. К примеру, медная кровля за счёт антикоррозионных свойств, может прослужить больше ста лет без специального ухода и покраски.

Медь в сплавах с золотом используется в ювелирном деле. Такой сплав увеличивает прочность изделия, повышает стойкость к деформированию и истиранию.

Для соединений меди характерна высокая биологическая активность. В растениях медь принимает участие в синтезе хлорофилла. Поэтому её можно увидеть в составе минеральных удобрений. Недостаток меди в организме человека может вызвать ухудшение состава крови. Она есть в составе многих продуктов питания. К примеру, этот металл содержится в молоке. Однако важно помнить, что избыток соединений меди может вызвать отравление. Именно поэтому нельзя готовить пищу в медной посуде. Во время кипячения в пищу может попасть большое количество меди. Если же посуда внутри покрыта слоем олова, то опасности отравления нет.

В медицине медь используют, как антисептическое и вяжущее средство. Она является компонентом глазных капель от конъюнктивита и растворов от ожогов.

 

Урок 12. медь. цинк. титан. хром. железо. никель. платина — Химия — 11 класс

Химия, 11 класс

Урок № 12. Медь. Цинк. Титан. Хром. Железо. Никель. Платина

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению основных металлов побочной подгруппы или Б-группы: меди, цинка, титана, хрома, железа, никеля и платины, их физическим и химическим свойствам, способам получения и применению.

Глоссарий

Катализатор – вещество, которое ускоряет химическую реакцию.

Пассивация – переход металла в неактивное состояние из-за образования на его поверхности оксидной плёнки. Может усиливаться концентрированными кислотами.

Проскок электрона – отступление от общей для большинства элементов последовательности заполнения электронных оболочек.

Хромирование/никелирование – покрытие поверхности металла другим, более устойчивым, для предотвращения коррозии.

Цинковая обманка (ZnS) – сложно идентифицируемое соединение цинка, подверженное сильному влиянию примесей на ее внешний вид.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тесто по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

• Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Медь

Электронная конфигурация

Медь является металлом, расположенным в I группе побочной подгруппе и имеет следующую электронную конфигурацию:

1s²

Рисунок 1 – Электронная конфигурация атома меди

Мы видим, что у меди наблюдается проскок электрона – отступление от общей для большинства элементов последовательности заполнения электронных оболочек. По принципу наименьшей энергии электронные орбитали должны заполняться в следующем порядке:

1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d …

Но для некоторых атомов энергетически более выгодно иметь наполовину (5 электронов, дальше увидим у хрома) или полностью заполненную (10 электронов, как у меди) 3d-орбиталь.

Медь имеет две валентности: 1 и 2 и проявляет степени окисления +1 и +2.

Физические свойства

Медь обладает следующими физическими свойствами

Таблица 1 – Основные физические свойства меди

Свойство	Значение
Цвет	Светло-розовый
Структура	Тягучая, вязкая, легко прокатывается
Температура плавления, °С	1083

Нахождение в природе

В природе медь встречается в самородном виде, а также в составе некоторых минералов:

• медный блеск, Cu₂S;
• куприт, Cu₂O;
• медный колчедан, CuFeS;
• малахит, (CuOH)₂CO₃.

Способы получения меди

Основными способами получения меди являются:

1. Восстановление коксом и оксидом углерода (II). Таким образом получают медь из куприта:

Cu₂O + С = 2Сu + CO

Cu₂O + CO = 2Cu + CO₂

1. Обжиг в специальных печах до оксидов. Данный способ подходит для сульфидных и карбонатных руд.
2. Электролиз. Единственный из перечисленных способов, который позволяет получить медь без примесей.

Химические свойства

При комнатной температуре медь не вступает в реакции с большинством соединений. При повышенной температуре ее реакционная способность резко возрастает.

Реакции с простыми веществами:

2Cu + O₂ = 2CuO

2Cu + Cl₂ = 2CuCl₂

Cu + S = CuS

Реакции со сложными веществами:

Cu + 2H₂SO_4(конц) = CuSO₄ + SO₂↑ +2H₂O

Cu + 4HNO_3(конц) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

3Cu + 8HNO_3(разб) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

Применение

Широкое применение находит как сама медь, так и её соединения. В чистом виде она используется для производства проводов, кабелей, теплообменных аппаратов, а также входит в состав многих сплавов.

Соединения меди, например, медный купорос CuSO₄∙5H₂O используется для защиты растений, а гидроксид меди является качественным реагентом для определения альдегидной группы у органических соединений, а также наличия глицерина (дает голубое окрашивание раствора).

Цинк

Электронная конфигурация

Цинк является металлом, расположенным в II группе побочной подгруппе, и имеет следующую электронную конфигурацию:

Рисунок 2 – Электронная конфигурация атома цинка

В связи с тем, что 4s-орбиталь заполнена, цинк может находиться в единственной степени окисления, равной +2.

Физические свойства

Цинк обладает следующими физическими свойствами

Таблица 2 – Основные физические свойства цинка

Свойство	Значение
Цвет	Голубовато-серебристый
Структура	Хрупок
Температура плавления, °С	419,5

Нахождение в природе

В природе цинк встречается только в связанном состоянии, а именно в цинковом шпате ZnCO₃ и цинковой обманке ZnS. Свое название цинковая обманка получила за то, что его сложно идентифицировать, поскольку он может выглядеть совершенно по-разному: быть различного цвета и структуры в зависимости от посторонних примесей.

Способы получения цинка

Чистый цинк получают обжигом с последующим восстановлением:

ZnS + O₂ = ZnO + SO₂↑

ZnO + C = Zn + CO↑

Химические свойства

Цинк является довольно устойчивым металлом, поскольку на воздухе покрывается оксидной пленкой, и в дополнение практически не взаимодействует с водой при нормальных условиях. Но так же, как и медь, становится более активным при повышении температуры.

Реакции с простыми веществами:

2Zn + O₂ = 2ZnO

2Zn + Cl₂ = 2ZnCl₂

Zn + S = ZnS

Реакции со сложными веществами:

Zn + 2NaOH_(крист) = NaZnO₂ + H₂↑

Zn + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂↑

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

Применение

Цинк является коррозионно-устойчивым металлом, поэтому он нашёл применение в производстве защитных покрытий металлов, гальванических элементов, а также как компонент сплавов.

Титан

Электронная конфигурация

Титан является элементом IV группы побочной подгруппы и имеет следующее электронное строение:

Рисунок 3 – Электронная конфигурация атома титана

Данная конфигурация позволяет атому титана проявлять две степени окисления: +2 и +4.

Физические свойства

Титан обладает следующими физическими свойствами:

Таблица 3 – Основные физические свойства титана

Свойство	Значение
Цвет	Серебристо-белый
Структура	Высокая прочность и взякость
Температура плавления, °С	1665

Нахождение в природе

В природе титан можно найти в составе таких минералов, как:

• титаномагнетит, FeTiO₃∙Fe₃O₄;
• ильменит, FeTiO₃;
• рутил, TiO₂.

Способы получения титана

В связи с тем, что в природе не существует титановых руд, человеку приходится извлекать его путём хлорирования рудных концентратов с их последующим восстановлением с помощью магния или натрия.

TiCl₄ + 2Mg = Ti + 2MgCl₂

Для удаления примесей магния и его соли полученную смесь продуктов нагревают под вакуумом.

Химические свойства

Титан является очень активным металлом, но его оксидная пленка не даёт ему взаимодействовать при нормальных условиях ни с морской водой, ни даже с «царской водкой». Поэтому все реакции протекают при повышенных температурах.

Реакции с простыми веществами:

Ti + 2Cl₂ = TiCl₄

Ti + O₂ = TiO₂

Азотная кислота действует на титан только в форме порошка, в то время как разбавленная серная кислота реагирует с металлом:

2Ti + 3H₂SO₄ = Ti₂(SO₄)₃ + 3H₂↑

Применение

Титан и его сплавы отличает не только коррозионная стойкость, но и лёгкость, прочность. В связи с этим он активно используется при построении космических ракет, самолётов, подлодок и морских судов. Титан не взаимодействует с тканями организмов, из-за чего используется в хирургии.

Хром

Электронная конфигурация

Хром находится в IV группе побочной подгруппе и имеет следующее электронное строение:

Рисунок 4 – Электронная конфигурация атома хрома

Так как для атома хрома энергетически более выгодно иметь наполовину заполненную 3d-орбиталь, у него, как и у меди, наблюдается проскок электрона, что позволяет ему находиться в степенях окисления от +1 до +6, но наиболее устойчивыми являются +2, +3, +6.

Физические свойства

Хром обладает следующими физическими свойствами:

Таблица 4 – Основные физические свойства хрома

Свойство	Значение
Цвет	Серебристо-белый с металлическим блеском
Структура	Твердый
Температура плавления, °С	1890

Нахождение в природе

В природе большая часть хрома заключена в составе хромистого железняка Fe(CrO₂)₂. Иногда может встречаться в виде оксида хрома (III) и других соединениях.

Способы получения хрома

Из хромистого железняка путем восстановлением углем при высоких температурах получают смесь железа и хрома – феррохром:

FeO + Cr₂O₃ + 3C = Fe + 2Cr + 3CO↑

Для получения чистого хрома проводят восстановление оксида хрома (III) алюминием:

Cr₂O₃ + 2Al = 2Cr + Al₂O₃

Химические свойства

Как и все вышеописанные металлы, хром покрыт оксидной плёнкой, которую трудно растворить даже сильными кислотами. Благодаря ней он обладает высокой стойкости к коррозии, поэтому начинает реагировать с разбавленными растворами кислот лишь спустя время. Концентрированные кислоты, такие как HNO₃ и H₂SO₄, пассивируют оксидную пленку (укрепляют ее).

Применение

Благодаря своей коррозионной стойкости, хром используют в качестве защитных покрытий (хромируют поверхности металлов и сплавов). Также используется для создания легированных сталей, речь о которых пойдет в следующем уроке.

Железо

Железо – металл, с которым мы чаще всего сталкиваемся в нашей жизни, поэтому переоценить его значимость для человека невозможно. Он является самым распространенным после алюминия и составляет 5% земной коры. Теперь перейдем к рассмотрению его строения и свойств.

Электронная конфигурация

Железо находится в VII группе Б-подгруппе и имеет такое электронное строение, которое позволяет ему находиться в двух степенях окисления: +2 и +3. Конечно, в теории железо может выступать в качестве шестивалентного металла, но из-за пространственных затруднений ему не удается образовать такое количество связей. Поэтому такое состояние является неустойчивым для данного металла.

Рисунок 5 – Электронная конфигурация атома железа

Физические свойства

Железо обладает следующими физическими свойствами:

Таблица 5 – Основные физические свойства железа

Свойство	Значение
Цвет	Серебристо-белый
Структура	Мягкий, пластичный
Температура плавления, °С	1539

Нахождение в природе

 Встречается железо в виде различных соединений: оксидов, сульфидов, силикатов. В свободном виде железо находят в метеоритах, изредка встречается самородное железо (феррит) в земной коре как продукт застывания магмы.

Способы получения железа

Существует множество способов получения железа, и отличаются они друг от друга степенью его чистоты и требуемым типом конечного продукта.

1. Восстановлением из оксидов (железо пирофорное).
2. Электролизом водных растворов его солей (железо электролитическое).
3. Разложением пентакарбонила железа Fe(CO)5 при нагревании до t 250°С.
4. Методом зонной плавки (получение особо чистого железа).
5. Технически чистое железо (около 0,16% примесей углерода, кремния, марганца, фосфора, серы и др.) выплавляют, окисляя компоненты чугуна в мартеновских сталеплавильных печах и в кислородных конверторах.
6. Сварочное или кирпичное железо получают, окисляя примеси малоуглеродистой стали железным шлаком или путём восстановления руд твёрдым углеродом.

Химические свойства

Под воздействием высоких температур железо взаимодействует с простыми веществами:

2Fe + 3O₂ = Fe₂O₃ ∙FeO

В ходе данной реакции происходит получение смеси оксидов, которую иногда записывают в виде общей формулы Fe₃O₄.

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

Fe + S = FeS

Взаимодействует с разбавленными кислотами, причем с соляной кислотой происходит образование соли только двухвалентного железа:

Fe + 2HCl_(разб) = FeCl₂ + H₂↑

При комнатной температуре железо пассивируется концентрированными кислотами, но при высоких температурах вступает в реакцию окисления:

2Fe + 6H₂SO_4(конц) = Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Вступает в реакцию обмена с солями, образованными катионами более слабых металлов:

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu↓

Применение

Про области применения железа можно говорить достаточно долго, поэтому выделим основные направления:

1. В связи с его способностью быстро намагничиваться, его используют в трансформаторах и электромоторах.
2. Основная масса железа расходуется на производство различных сплавов, таких как чугун и сталь.

Никель и платина

Далее стоит обратить на два металла: никель и платина. Как нам известно, они имеют схожие области применения, но отличаются по цене и качеству, потому предлагаю сравнить их.

Электронная конфигурация

Электронное строение металлов выглядит следующим образом:

Ni …3s² 3p⁶ 3d⁸ 4s²

Характерные степени окисления: + 2 и +3, но последняя является неустойчивой.

Pt …5s² 5p⁶ 5d⁹ 6s¹

Характерные степени окисления: + 2 и +4.

Физические свойства

Таблица 5 – Основные физические свойства железа

Свойство	Значение
	Ni	Pt
Цвет	Серебристо-белый	Белый
Структура	Очень твердый	Пластичный
Температура плавления, °С	1453	1769

Химические свойства

Никель при повышенных температурах реагирует с галогенами с образованием солей, и с кислородом с образованием оксида никеля (II), в то время как платина очень устойчива к любым взаимодействиям. Реагирует с серой и галогенами в мелкораздробленном виде.

Никель медленно взаимодействует с разбавленными кислотами, когда платина реагирует только с «царской водкой».

Применение

Оба металла активно используются в переработке нефти в качестве катализаторов.

Катализатор – вещество, которое ускоряет химическую реакцию.

Каждые 2-3 года закупаются тонны реагентов, в составе которых всего несколько десятых процента платины или никеля, но именно они определяют их стоимость.

Также они используются в составе высококачественных сплавов, а никель – как антикоррозионное покрытие.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Решение задачи на вычисление количества исходного реагента.

Условие задачи: При растворении меди в растворе концентрированной азотной кислоты выделилось 2 л газа. Вычислите массу прореагировавшей меди.

Шаг первый. Напишем уравнение реакции и определим, какой газ выделился, расставим коэффициенты.

Cu + 4HNO_3(конц) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

Шаг второй. Вычислим количество вещества газа:

Шаг третий. Вычислим количество вещества меди:

По уравнению реакции: n(Cu) = 0,5n(NO₂), тогда

n(Cu) = 0,5 ∙ 0,089 = 0,044 (моль)

Шаг четвёртый. Вычислим массу меди:

m(Cu) = 0,044 ∙ 46 = 2,024 (г)

Ответ: 2,024 (г).

1. Решение задачи на выход продукта.

Условия задачи: при обжиге 8,515 г сульфида цинка с последующим восстановлением оксида с помощью угля выделилось 3,45 л газа. Рассчитайте выход реакции обжига, если выход реакции восстановления равен 60%.

Шаг первый. Запишем уравнения реакций и вычислим молярные массы компонентов:

ZnS + O₂ = ZnO + SO₂↑

ZnO + C = Zn + CO↑

M (ZnO) = 81 г/моль

Шаг второй. Вычислим количество вещества газа:

Шаг третий. Вычислим массу оксида цинка:

Так как выход реакции составил 60%, то

n (ZnO) = 0,6n (CO) = 0,6 ∙ 0,154 = 0,0924 (моль)

Шаг четвёртый. Вычислим массу оксида цинка:

Шаг пятый. Вычислим выход реакции:

Ответ: 87, 89%.

Общая характеристика меди, цинка, хрома, железа

Кодификатор ЕГЭ. Раздел 1.2.3. Характеристика переходных элементов (меди, цинка, хрома, железа) по их положению в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностям строения их атомов.

У атомов переходных элементов (меди, цинка, хрома и железа) происходит заполнение энергетического d-подуровня.

Рассмотрим строение электронной оболочки этих элементов. У атомов цинка и железа заполнение электронной оболочки происходит согласно энергетическому ряду орбиталей (подуровней), который рассмотрен в статье Строение атома. Электронная конфигурация атома железа:

+26Fe   [Ar]3d⁶4s²                       [Ar] 4s    3d

У атома цинка на происходит полное заполнение 3d-подуровня:

+30Zn   [Ar]3d¹⁰4s²                       [Ar] 4s    3d

У атомов хрома и меди наблюдается «проскок» или «провал» электрона, когда один электрон переходит с более энергетически выгодного 4s-подуровня на менее выгодный 3d-подуровень. Этот переход обусловлен тем, что в результате образуются более устойчивые электронные конфигурации (3d⁵ у атома хрома и 3d¹⁰ у атома меди). Дело в том, что энергетически более выгодно, когда d-орбиталь заполнена наполовину или полностью.

Элемент	Электронная конфигурация валентной зоны
	Теоретическая	Реальная
Медь +29Cu	[Ar]3d94s2	[Ar]3d104s1          [Ar] 4s    3d
Хром +24Cr	[Ar]3d44s2	[Ar]3d54s1           [Ar] 4s    3d

Мы используем, конечно же, реальную электронную конфигурацию меди и хрома, теоретическая будет неверной.

Обратите внимание! У всех 3d-элементов внешним энергетическим уровнем считается четвертый уровень и 4s-подуровень. При образовании катионов атомы металлов отдают электроны с внешнего энергетического уровня.

Атом	Электронная конфигурация	Характерные валентности	Число электронов на внешнем энергетическом уровне	Характерные степени окисления
Хром	[Ar]3d54s1	II, III. VI	1	+2, +3, +6
Железо	[Ar]3d64s2	II, III. VI	2	+2, +3, +6
Медь	[Ar]3d104s1	I, II	1	+1, +2
Цинк	[Ar]3d104s2	II	2	+2

Рассмотрим характеристики хрома, железа, меди и цинка:

 

Название	Атомная масса, а.е.м.	Заряд ядра	ЭО по Полингу	Мет. радиус, нм	Энергия ионизации, кДж/моль	tпл, оС	Плотность, г/см3
Хром	51,996	+24	1,66	0,130	652,4	1856,9	7,19
Железо	55.845	+26	1.83	0,126	759,1	1538,85	7,874
Медь	63,546	+29	1,90	0,128	745,0	1083,4	8,92
Цинк	65,38	+30	1,65	0,138	905,8	419,6	7,133

Свойства соединений железа, меди, цинка и хрома.

Для хрома характерны степени окисления +2, +3 и +6. Оксид и гидроксид хрома (II) (CrO и Cr(OH)₂) проявляют основные свойства. Степени окисления +3 соответствуют амфотерные  оксид и гидроксид: Cr₂O₃ и Cr(OH)₃ соответственно. Соединения хрома +6 проявляют сильные кислотные свойства: оксид CrO₃ и сразу две сильных кислоты: хромовая H₂CrO₄ и дихромовая H₂Cr₂O₇. Соединения хрома (II) проявляют сильные восстановительные свойства, соединения хрома (VI) проявляют только сильные окислительные свойства.

Характерные степени окисления железа: +2 и +3. Оксид и гидроксид железа (II) — основные (FeO и Fe(OH)₂), а соединения железа (III) проявляют амфотерные свойства (Cr₂O₃ и Cr(OH)₃ соответственно) с преобладанием основных. Соединения железа (II) проявляют также восстановительные свойства.

Для меди характерны степени окисления +1 и +2. Оксид меди (I) CuO и гидроксид меди (I) CuOH — основные. Оксид и гидроксид меди (II) проявляют амфотерные свойства с преобладанием основных: CuO и Cu(OH)₂.

Характерная степень окисления цинка +2. Соединения цинка (II) проявляют амфотерные свойства: ZnO и Zn(OH)₂.

 

Элемент	Степень окисления	Тип и формула оксида	Тип и формула гидроксида	Окислительно-восстановительные свойства
Хром	+2	CrO, основный	Cr(OH)2, основание	восстановитель, слабый окислитель
	+3	Cr2O3, амфотерный	Cr(OH)3, амфотерный гидроксид	окислитель и восстановитель
	+6	CrO3, кислотный	H2CrO4 и H2Cr2O7, кислоты	окислитель
Железо	+2	FeO, основный	Fe(OH)2, основание	восстановитель и слабый окислитель
	+3	Fe2O3, амфотерный	Fe(OH)3, амфотерный гидроксид	окислитель, очень слабый восстановитель
Медь	+1	Cu2O, основный	CuOH, основание	восстановитель и слабый окислитель
	+2	CuO, основный	Cu(OH)2, основание	окислитель
Цинк	+2	ZnO, амфотерный	Zn(OH)2, амфотерный гидроксид	слабый окислитель

 

 

Синтез и строение полимеров меди(II) и марганца(II) с анионами аллилмалоновой кислоты и 1,2-бис-(4-пиридил)этиленом

Актуальность

Синтез координационных полимеров является одним из самых быстроразвивающихся разделов современной координационной химии. Координационные полимеры привлекают интерес как основа создания новых сорбентов, магнитных и люминесцентных материалов, катализаторов различных реакций органических субстратов.

Одними из перспективных объектов для построения координационных полимеров являются поликарбоновые кислоты, в частности, малоновая и её замещённые аналоги. Такие лиганды способны проявлять как мостиковую, так и хелатную функцию. Анионы малоновых кислот занимают одно или два координационных места у атома металла, таким образом, возможна координация дополнительных лигандов, в частности, N-донорных.

Интерес к соединениям с лигандами, содержащими двойные связи, вызван тем, что такие соединения способны вступать в реакцию [2+2]-фотоциклоприсоединения. Изучение реакции фотоприсоединения важно с точки зрения изучения таких природных явлений, как фотосинтез и фототаксис, и, кроме того, позволяет получать материалы для систем оптической записи и хранения информации.

Цель работы: синтез и изучение строения полимеров меди(II) и марганца(II) с анионами аллилмалоновой кислоты и 1,2-бис-(4-пиридил)этиленом.

Содержание работы

Ранее было показано, что соединение цинка(II) [Zn₂(H₂O)₂(2-Amal)₂(bpe)]_n способно вступать в реакцию [2+2]-фотоциклоприсоединения. Использование в синтезе парамагнитных ионов вместо диамагнитных ионов цинка(II) позволит получить соединения, проявляющие магнитные свойства. А способность соединения, содержащего парамагнитные ионы, с фотореакциями является возможностью для получения материала с «переключаемыми» магнитными свойствами.

Координационные соединения были получены методом наслаивания ацетонитрильного раствора 1,2-бис-(4-пиридил)этилена (bpe), соответственно, на водный раствор соли металла и аллилмалоновой кислоты (Amal).

Строение соединений было установлено с помощью метода рентгеноструктурного анализа. Было показано, что соединение марганца(II) является 3D-полимером, а меди(II) – 2D-координационным полимером.

Выводы

1. Впервые синтезированы соединения с анионами аллилмалоновой кислоты и фоточувствительным N-донорным мостиковым гетероароматическим лигандом – 1,2-бис(4-пиридил)этиленом: [Mn₂(H₂O)₂(Amal)₂(bpe)]_n и {[Cu(Amal)(bpe)]∙H₂O}_n.

Строение соединений было установлено с помощью метода рентгеноструктурного анализа. Было показано, что соединение марганца(II) является 3D-полимером, а меди(II) – 2D-координационным полимером

Синтез, строение, биологическая активность и люминесцентные свойства координационных соединений меди(II), никеля(II), кобальта(II), бора(III) и алюминия(III) на основе трикетоноподобных лигандов

Дата размещения: 19 апреля 2019 г.

Совет по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 002.106.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте химии растворов  им. Г.А. Крестова Российской академии наук,

153045, г. Иваново, ул. Академическая, д. 1, тел. (4932) 336259

объявляет, что ХАМИДУЛЛИНА Лилия Альбертовна

представила диссертацию на соискание ученой степени кандидата наук «Синтез, строение, биологическая активность и люминесцентные свойства координационных соединений меди(II), никеля(II), кобальта(II), бора(III) и алюминия(III) на основе трикетоноподобных лигандов»

по специальности 02.00.01 – неорганическая химия, химические науки.

Научный руководитель:

кандидат химических наук, доцент Пестов Александр Викторович, доцент кафедры органической химии и высокомолекулярных соединений Института естественных наук и математики Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Предполагаемая дата защиты: 26 сентября 2019 г. в 14.00

Официальные оппоненты:

Тайдаков Илья Викторович

доктор химических наук

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, отдел люминесценции им. С.И. Вавилова, ведущий научный сотрудник

Вацадзе Сергей Зурабович

доктор химических наук, профессор

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова», кафедра органической химии, профессор кафедры

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук

хром-медь, вольфрам-медь (Cr-Cu, W-Cu). Полема

АО «ПОЛЕМА» — крупнейший в России производитель композиционных материалов системы хром-медь и вольфрам-медь для сильноточных контактов вакуумных дугогасительных камер.

Применение

Контакты из Cr-Cu используются в вакуумных дугогасительных камерах (ВДК) высоконадежных быстродействующих вакуумных выключателей, способных отключать большие токи в электрических сетях высокого напряжения 6-35 кВ.
Контакты являются важнейшим элементом коммутационного устройства (выключателя). Наиболее распространенным в настоящее время материалом контактной пары ВДК являются  композиты из Cr-(50-75%) Cu.

Контакты подвергаются воздействию токов короткого замыкания, расплавляющих металл в отдельных точках поверхности из-за высокой плотности тока в них, вследствие чего в этих зонах образуются участки сварки. Эта проблема была одной из причин, задержавших развитие вакуумной коммутационной техники более чем на двадцать лет. Устойчивость контактов ВДК к свариванию является одним из важнейших ее качеств.  Проблема сваривания была преодолена благодаря разработке специальных контактных накладок из хромо-медных композитов, которые обеспечили высокую отключающую способность выключателей в коммутационных сетях,  износостойкость и устойчивость контактной пары к свариванию.

Контакты системы W-Cu используются в ВДК  вакуумных контакторов на номинальное напряжение 1,14 кВ и выше в системах дистанционного управления электроприводами. Контакты обеспечивают длительный ресурс включения-отключения контакторов в электрических цепях и низкий ток среза в системе.

1. Характеристики заготовок контактов из материала хром-медь

 

Изделия выпускаются 2 типов: в виде дисков из композиционного материала хром-медь и композитов сложного строения, состоящих из контактного хромо-медного слоя и подложки из меди. В производстве изделий используется высококачественный электролитический  рафинированный хром ЭРХ99,95, выпускаемый ПОЛЕМА.  Материалы контактов отличаются высокой чистотой по содержанию газообразующих и металлических примесей, отличными физико-механическими характеристиками, эрозионной стойкостью и надежностью.

 

Марки, строение и химический состав

Марка, стандарт	Форма и строение изделия		Химический состав, масс. %
			Cr	Cu	O max	N max	S max
ЭРХ25Д75-МП ТУ 14-22-146-2002	Диски однослойные из материала хром-медь		24-27	Основа	0,07	0,005	—
ЭРХ50Д50-МП ТУ 14-22-146-2002	Диски однослойные из материала хром-медь		Баланс	48-53	0,07	0,005	—
ЭРХ35Д65-МП ТУ 14-22-187-2003	Диски однослойные из материала хром-медь		33-37	Основа	0,07	0,005	—
ЭРХ30Д70-МП ТУ 14-22-161-2002	Диски из двух слоев: Cr-Cu и Cu	Контактный слой	27-33	Баланс	0,05	0,005	0,007
		Медный слой	<1,0	Основа	0,02	0,005	0,007
ЭРХ50Д50-МП ТУ 14-22-161-2002		Контактный слой	48-53	Баланс	0,05	0,005	0,007
		Медный слой	<1,0	Основа	0,02	0,005	0,007

Размеры

Марка	Номинальные размеры, мм
	Диаметр	Толщина
		Диска	Контактного слоя	Медного слоя
ЭРХ25Д75-МП диски однослойные	90	От 8,0 до 20,0	—
ЭРХ50Д50-МП диски однослойные	48, 56, 66, 70, 80	От 8,0 до 20,0	—
ЭРХ35Д65-МП диски однослойные	От 42,0 до 90,0	От 7,0 до 13,0	—
ЭРХ30Д70-МП диски из двух слоев	32	4,0	2±0,5	2±0,5
	48, 56, 60, 66, 80	6,0	3±0,5	3±0,5
ЭРХ50Д50-МП диски из двух слоев	32	4,0	2±0,5	2±0,5
	48, 56, 60, 66, 80	6,0	3±0,5	3±0,5

По согласованным пожеланиям заказчика возможно изготовление заготовок контактов других размеров.

Физико-механические свойства

Марка	Плотность,  г/см³, не менее	Твердость НВ, не менее*	Электропроводность %, не менее**
ЭРХ25Д75-МП диски однослойные	8,2	65,0	55,0
ЭРХ50Д50-МП диски однослойные	7,8	90,0	40,0
ЭРХ35Д65-МП диски однослойные	8,0	72,0	45,0
ЭРХ30Д70-МП диски из двух слоев	8,35	70	55
ЭРХ50Д50-МП диски из двух слоев	8,35	85	40

* Твердость по Бринеллю НВ 5/250 контактного слоя

**Электропроводность контактного слоя в % от эталонной меди.

Заготовки контактов других типов

1. ЭРХ30Д70-МП из материала  Cr30Cu70.  Диски  однородного строения размерами: Ø 50х16, 70х22 мм.
2. ЭРХ30Д70-МП и ЭРХ50Д50-МП Диски биметаллические с контактным слоем из материала Cr30Cu70 или  Cr50Cu50 и подложками из меди.

Номинальные размеры изделий, мм:
 диаметр 48, 56, 66, 80, толщина (высота) 10. Толщина контактного слоя 4,5±0,5 мм.

По согласованным пожеланиям заказчика возможно изготовление заготовок контактов других размеров.

Контролируемые параметры:
химический состав, размеры, плотность, твердость, электропроводность.

Примеры фактических характеристик заготовок контактов

Изделие		Химический состав, %					ρ, г/см³*	НВ**	σ, %***
		Cr	Cu	O max	N max	S max
ЭРХ30Д70-МП Диск из двух слоев Ø48х10	Контактный слой	30,69	Бал.	0,025	0,002	0,001	8,59	79	59,7
	Подложка из меди	<0,05	Осн.	0,009	0,002	0,001	—	—	—
ЭРХ30Д70-МП Диск из двух слоев Ø56х6	Контактный слой	30,16	Бал.	0,026	0,002	0,002	8,54	77,1	58,7
	Подложка из меди	<0,05	Осн.	0,01	0,002	0,001	—	—	—
ЭРХ50Д50-МП Диск из двух слоев Ø66х6	Контактный слой	50,3	Бал.	0,042	0,002	0,002	8,4	106	41,1
	Подложка из меди	<0,05	Осн.	0,008	0,002	0,001	—	—	—

* ρ — плотность заготовки

**  НВ — твердость по Бринеллю НВ 5/250 контактного слоя

*** σ — электропроводность контактного слоя в % от эталонной меди.

Микроструктура

В изделиях сложного строения контролируется микроструктура материала, в которой не допускаются дефекты, проверяются толщины контактного слоя и подложки, а также качество переходной зоны композита.

Примеры структуры контактов сложного строения

*рис. 1: Структура материала контакта ЭРХ50Д50 сложного строения из 2 слоев (фрагмент). Сr50Cu50 контактный слой и Cu подложка.

*рис. 2:  Структура материала контактного слоя биметаллического контакта ЭРХ70Д30 (фрагмент)

2. Характеристики заготовок электроконтактов из материала вольфрам-медь

Марка, строение и химический состав

Заготовки контактов состоят из двух разнородных слоев  (биметаллическое строение): контактного из материала вольфрам-медь и слоя подложки из меди.

Марка, стандарт	Форма и строение изделия		Химический состав, масс. %
			W	Cu	O max	N max	S max
В70Д30-МП ТУ 14-22-162-2002 (заготовки типа эльсенд)	Диски биметаллические из материалов W30Cu70 + Cu	Контактный слой	Баланс	28-32	0,05	0,005	0,007
		Медный слой	—	Основа	0,02	0,005	0,007

Размеры

Марка	Номинальные размеры, мм
	Диаметр	Толщина
		Диска	Контактного слоя	Медного слоя
В70Д30-МП	32, 48	4+2,0	2±0,5	2±0,5

По согласованным пожеланиям заказчика возможно изготовление заготовок контактов других размеров.

Физико-механические свойства

Марка	Плотность,  г/см³, не менее	Твердость НВ, не менее*	Электропроводность, %, не менее**
В70Д30-МП	11,36	145	55

* Твердость по Бринеллю НВ 5/250 контактного слоя

** Электропроводность контактного слоя в % от эталонной меди.

рис. 3

Пример структуры контактов сложного строения

В изделиях контролируется микроструктура материала, в которой не допускаются дефекты и проверяются толщины слоев и качество переходной зоны композита.

*рис. 3: Структура материала контактного слоя биметаллического контакта В70Д30 (фрагмент).

3. Хромистая порошковая бронза БрХ2-МП

Для оснащения вакуумных дугогасительных камер используются также заготовки  из порошковой бронзы с повышенной температурой разупрочнения (более, чем на 100 ^оС в сравнении с литыми хромистой БрХ07 и хромо-циркониевой БрХЦр бронзами), легированной хромом в количестве 2%: БрХ2-МП диаметром 48, 56, 66, 80 и др. Электропроводность не менее 85%, твердость 115 НВ не менее.

Типичные свойства:
плотность 8,86-8,88 г/см³,
электропроводность 87-92%,
твердость 130-140 НВ.

Хромистая дисперсно-упрочненная бронза БрХ2-МП в виде дисков и колец  диаметром до 300 мм применяется также в качестве электродов для шовной контактной сварки углеродистых и низколегированных сталей. Электроды из термомеханически обработанной бронзы БрХ2-МП отличаются от традиционной БрХ1 повышенной твердостью, сопротивлением  схватыванию и эксплуатационной стойкостью при контактной сварке.

Лечение каналов зуба — лечение зубов с исользованием микроскопа — стоимость

Врач, выполняющий эндодонтическое лечение, должен обладать высокой квалификацией и использовать современные технологии — только в этом случае можно достичь положительного результата. Стандартом при лечении корневых каналов во всех клиниках МЕДИ является использование операционного микроскопа.

---

В каких случаях необходимо лечение каналов?

Если кариес не лечить своевременно, образуется пульпит — так называется воспалительный процесс мягкой ткани (пульпы), находящейся в полости зуба. Пульпит проявляется болевым синдромом, возникающим преимущественно в ночное время. Ситуация со временем может усугубляться: инфекция проникает глубже — в корневой канал, а впоследствии процесс распространяется на кость челюсти. Так возникает периодонтит.

Поэтому очень важно своевременно обратиться к врачу, а при появлении болевых ощущений действовать нужно незамедлительно. Иначе велик риск потерять зуб.

---

---

Как происходит лечение каналов?

Эндодонтическое лечение предполагает несколько этапов:

1. На этапе подготовки зуб обезболивают и изолируют, используя специальную латексную пластину (коффердам и др.).
2. Следующий этап — тщательное удаление тканей зуба, пораженных кариесом, и создание доступа к корневым каналам. Работая в канале зуба, специалист полностью удаляет инфицированные ткани, в ряде случаев может понадобиться извлечение старого пломбировочного материала (оставшегося после предыдущего лечения). Длина канала измеряется специальным прибором — апекслокатором. Для контроля полученные показатели сопоставляют с данными конусно-лучевой томографии.
3. Затем врач выполняет инструментальную обработку каналов и проводит их дезинфекцию, используя антисептические растворы.
4. Лечение завершается герметичным пломбированием каналов.
5. В дальнейшем необходимо восстановить коронковую часть зуба. Для этого могут использоваться прямые реставрации (пломбы) или непрямые — коронки и вкладки. Оптимальный способ врач выбирает исходя из клинической ситуации в каждом конкретном случае.

---

---

Использование современных технологий при лечении каналов

Строение системы корневых каналов у каждого человека имеет свои особенности, а доступ к этой области достаточно сложен. Именно поэтому лечение каналов требует применения высокоточного оборудования и соответствующей квалификации врача.

Врачи МЕДИ постоянно совершенствуют свое мастерство в этой области, работают с применением самых современных технологий эндодонтического лечения — и достигают максимально качественного результата.

Лечение предваряет этап диагностики, которая проводится с использованием конусно-лучевой компьютерной томографии. Трехмерный снимок с высоким разрешением дает возможность оценить индивидуальное строение корневых каналов, состояние внутренней части зуба и костной ткани. Полученные данные позволяют врачу спланировать эффективное лечение, не допуская осложнений, которые могут возникать из-за особенностей расположения каналов.

Рентгенодиагностические центры МЕДИ оснащены современными и точными компьютерными томографами, и специалисты перед началом эндодонтического лечения рекомендуют своим пациентам данное обследование.

Во время лечения каналов врачи стоматологи-терапевты используют операционный микроскоп, который в 20 и более раз увеличивает необходимый объект. Микроскоп оснащен системой освещения, которая существенно улучшает видимость во время лечения и позволяет эффективно работать даже в узких пространствах корневых каналов. Такая оптика позволяет обнаружить входы в каналы, тщательно очистить их, удаляя несостоятельный пломбировочный материал, возможные отломки инструментов, и максимально сохранить здоровые ткани зуба.

лечение зубов под микроскопом Операционный микроскоп к клинике стоматологии «МЕДИ на Невском»

Кроме того, при помощи микроскопа можно увидеть перфорации или трещины корня — то есть факторы, при которых лечить зуб нет смысла. В такой ситуации решение об удалении зуба принимается на начальном этапе — и пациент не тратит время на дорогостоящее, но неэффективное лечение.

Врачи имеют значительный опыт работы с операционным микроскопом и уверены: он дает большие преимущества — существенно повышается качество лечения, а вместе с тем появляется возможность сохранить зуб на долгие годы. Операционные микроскопы установлены во всех клиниках МЕДИ, а их применение в эндодонтическом лечении является стандартом.

Обычно все перечисленные выше лечебные манипуляции выполняются под местным обезболиванием. Однако в ряде случаев при лечении каналов оправдано использование общей анестезии. В такой ситуации врач может предложить провести лечение в собственном стационаре МЕДИ.

---

Врачи МЕДИ выполняют все этапы эндодонтического лечения на максимально возможном уровне качества, достигая эффективных результатов даже в самых сложных клинических случаях.

Стандарты и свойства: Металлургия сплавов на основе меди

Уильям Д. Нильсен, младший
Western Reserve Manufacturing Co., Inc.

На основные свойства медных сплавов в значительной степени влияют свойства самой меди. Известно, что медь обладает определенными уникальными качествами, которые делают ее лучшим инженерным материалом для подшипников. Это:

• Высокая теплопроводность
• Превосходная пластичность и вязкость в широком диапазоне температур
• Превосходная коррозионная стойкость в различных средах

Атомная структура меди

Все три вышеуказанных качества напрямую связаны со структурой и поведением структуры меди в атомном масштабе.

Рис. 1. Модель гранецентрированной кубической кристаллической структуры меди, показывающая одну элементарную ячейку. Расстояние между центрами угловых атомов составляет 3,6 ангстрем (ссылка 1). Атом меди очень похож на атом золота или серебра, которые вместе с медью составляют группу в периодической таблице элементов. Всем известна прекрасная электропроводность меди, которая является следствием атомной структуры меди. Внутри решетки атомов меди облако свободных электронов является единственным доступным для передачи электрического тока.Это же облако электронов также увеличивает эффективную передачу тепловой энергии.

Твердая медь может быть описана как расположение атомов меди в гранецентрированной кубической (ГЦК) конфигурации. Атом меди находится в каждом углу и в центре каждой грани куба, как показано на рис. 1 . Это элементарная ячейка, которая повторяется в трехмерном пространстве, составляя кристаллическую структуру металла.

Атомы удерживаются в структуре за счет энергии атомного притяжения между ними.Именно это гранецентрированное кубическое расположение атомов придает меди ее высокую пластичность и прочность. Все металлы деформируются за счет механизма, называемого скольжением. Когда происходит скольжение, сила, действующая на металл, заставляет атомы скользить друг мимо друга группами. В медной ГЦК-структуре это движение происходит предпочтительно в любом или во всех трех направлениях вдоль определенной геометрической плоскости атомов в решетке, как показано на , рис. 2, .

Рис. 2. Единица ГЦК меди с удаленным угловым атомом, чтобы показать плоскость скольжения, на которой происходит преимущественная деформация.Это место воплощает самую плотную упаковку атомов, которая возможна геометрически (Ссылка 1). В медной ячейке таких плоскостей четыре. Если движение может происходить в трех направлениях на всех четырех плоскостях, существует двенадцать возможностей возникновения скольжения. Оказывается, это максимальное количество возможностей скольжения в любой металлической конструкции. Чем больше вероятность того, что металл может подвергнуться значительному скольжению, тем больше вероятность его деформации, а не разрушения и разрушения. Следовательно, медь обладает превосходной пластичностью и вязкостью, а также устойчива к усталости и ползучести.Дополнительным преимуществом является то, что медь, поскольку она является гранецентрированной структурой, не страдает охрупчиванием при низких (минусовых) температурах; явление, обычное для других кристаллических структур.

Сочетание электронной и кристаллографической структур меди придает ей превосходную устойчивость к коррозии. Облако свободных электронов легко доступно для образования когерентных пленок на поверхности металла, которые защищают решетку от дальнейшей коррозии.

ГЦК-структура, образующая плоскости скольжения, придает этим самым плоскостям еще одну характеристику.Атомы на плоскостях скольжения упакованы настолько близко друг к другу, насколько это возможно в любой металлической системе (, рис. 2, ). Такое эффективное расположение атомов упаковывает большую часть материи в определенное пространство (что, кажется, знают пчелы, когда строят соты). Ионам водорода очень трудно найти свой путь через небольшие промежутки между атомами и вызвать коррозионное растрескивание под напряжением, за исключением наиболее агрессивных сред.

Мы видели, как медь, основной металл для литой бронзы, в атомном масштабе придает важные характеристики качественным материалам подшипников.Но подшипники изготавливаются не из чистой меди, а из широкого диапазона доступных сейчас медных сплавов. Каждый из этих сплавов улучшает характеристики чистой меди и дополнительно адаптирует новый материал к конкретным условиям. Давайте рассмотрим некоторые из наиболее распространенных систем сплавов в отношении металлургии материала и его назначения в конструкции подшипников.

Сплавы из литой бронзы

Подшипниковые марки литой бронзы металлургически можно разделить на три категории:

• Однофазные твердые сплавы
• Сплавы полифазные
• Композиционные материалы

Чтобы понять характеристики различных сплавов, мы должны сначала понять, что происходит с основной структурой меди при добавлении небольших количеств легирующих металлов.Реакции происходят во время затвердевания и охлаждения сплавов из их расплавленного состояния.

Проще говоря, окончательное расположение легирующих металлов по отношению к нормальной ГЦК решетке меди определяет свойства материала сплава.

Легирующие металлы находят свое место в решетке меди тремя основными способами:

1. Замещают атомы меди в ГЦК решетке.
2. Они соединяются с медью и образуют локализованные области (фазы), в которых кристаллическая структура имеет форму, отличную от кристалла меди с ГЦК-решеткой.
3. Они отклоняются затвердевающей решеткой меди, но остаются в кристаллах сплава, когда они замерзают и растут.

Исследования привели к графическому изображению того, как реагируют простые бинарные системы сплавов. Такое представление называется фазовой диаграммой. Фазовые диаграммы некоторых бинарных систем, относящихся к бронзе, показывают поведение легирующих элементов, которое обычно приводит к одному из трех случаев, упомянутых ранее. Диаграмма равновесия медь-олово (, рис. 3, ) иллюстрирует случаи (1) и (2).

Рис. 3. Равновесная фазовая диаграмма медь-олово (Ссылка 2).

Дело (1) — Замена

Рис. 4. Микроструктура однофазного (альфа) сплава медь-олово (88Cu-8Sn-4Zn). Структура показывает линии скольжения. Обратите внимание также на следы дельта-фазы (более темные острова) (ссылка 2). На Фигуре 3 видно, что при содержании олова менее 11% (например, при 8% олова) сплав по мере охлаждения затвердевает в определенном диапазоне температур, становясь полностью твердым, когда температура опускается ниже примерно 850 ° C.В равновесных условиях медленного охлаждения образующаяся твердая фаза представляет собой гранецентрированный кубический кристалл (альфа-фаза). Атомы олова замещают непосредственно в решетке атомы меди. Атомы олова фактически усиливают чистую медь, потому что они деформируют решетку, то есть изменяют обычное расстояние между атомами меди. В промышленных условиях довольно медленного затвердевания почти весь металл затвердевает в виде альфа-фазы (, рис. 4, ).Это явление замещения приводит к однофазному твердому раствору олова в меди. Кристаллическая структура, хотя и прочнее, чем у чистой меди из-за деформации решетки, все же имеет ГЦК-структуру. Следовательно, характеристики скольжения остаются очень хорошими. Таким образом, однофазные твердые сплавы меди сохраняют высокую пластичность, несмотря на очень значительное увеличение прочности. Такие материалы находят широкое применение в условиях, когда материал может подвергаться значительному напряжению, но разрушение может быть катастрофическим (например, арматура в системах морской воды ядерных реакторов).

Примером такого однофазного промышленного сплава является сплав C, свойства которого сравниваются с медью в таблице ниже.

		C
Cu	99,9	88,0
Sn	–	8,0
Zn	–	4,0
Т.С., тыс. Кв.	28	45
Ю.С., кси	8	23
Удлинение,% в 2 дюйма	45	25
Твердость, BHN	40	77
(Значения указаны для непрерывно литого материала диаметром менее 3 дюймов)

Корпус (2) — многофазный

Если содержание олова увеличить до 11% или более, некоторая часть альфа-фазы будет преобразовываться, когда металл остынет ниже 400 ° C. Появляется новая фаза, вкрапленная в нормальные альфа-кристаллы с ГЦК.Эта фаза, называемая дельта, может быть сохранена в материале при довольно быстром охлаждении ( Рис. 5, ).

Рисунок 5 . Микроструктура непрерывнолитого сплава оловянной бронзы С. Указывается дельта-фаза (Ссылка 3).

Дельта-фаза (хотя все еще в основном ГЦК) содержит гораздо больше олова по сравнению с медью, чем в альфа-фазе, и она очень твердая и прочная, но не обладает большой пластичностью. В лучших условиях он выглядит как мелкодисперсные островки по всей микроструктуре материала.Влияние этой второй фазы на механизм скольжения драматично, так как происходит закрепление плоскостей скольжения после небольшой степени движения. Но дельта-фаза также значительно увеличивает износостойкость материала, о чем свидетельствует значительное увеличение твердости. Популярные алюминиевые бронзовые сплавы (C95400 и C95500) и марганцевые бронзы (C86300 и C86400) приобретают высокую прочность и твердость аналогичным образом, хотя действующие лица различны. Тем не менее, эти свойства являются результатом дисперсии другой фазы (или фаз) в основной ГЦК решетке, причем почти во всех случаях дисперсная фаза намного тверже и прочнее, чем основная часть материала окружающей матрицы.Эти «искусственные неоднородности» в материале служат для закрепления плоскостей скольжения и ограничения их движения.

Эти материалы известны как многофазные сплавы и характеризуются более высокой прочностью, твердостью и износостойкостью, чем альфа-сплавы; но они обладают гораздо меньшей пластичностью, как показано в таблице ниже. В результате они лучше всего подходят для деталей поверхности управления, где размерная целостность наиболее важна, и для тяжелых нагрузок и ударных нагрузок на малых скоростях, например, подшипников шасси самолетов.

Дополнительной характеристикой многофазных сплавов является то, что их свойства могут значительно изменяться в зависимости от температуры по сравнению с однофазными материалами. Такие сплавы часто подвергаются термообработке. Путем манипулирования микроструктурой сплава, как показано на диаграмме состояния равновесия, путем «короткого замыкания» равновесия можно получить определенные свойства, которые отсутствуют в состоянии после литья.

	Однофазный		Полифазный
	C		C
C	C95400
Cu	88	89	87	85
Sn	8	11	11
Пб			1
Zn	4
Al				11
Ni			1
Fe				4
Т.С., кси	49	52	50	85
Ю.С., тыс. Фунтов стерлингов	23	29	25	35
Удлинение,% в 2 дюйма	25	18	20	18
Твердость, BHN	77	95	83	170
(Значения приведены для непрерывнолитого материала менее 3 дюймов.диаметра, за исключением C95400, которые являются литыми.)

В любом случае, многофазные материалы, не содержащие значительного количества свинца, следует использовать только в качестве подшипников против стальных сопрягаемых поверхностей, которые сами были закалены термической обработкой. В случае применения алюминиевой бронзы или марганцевой бронзы часто рекомендуется, чтобы вал был хромированным или изготовлен из биметаллического материала, аналогичного тому, который используется для валков сталелитейных станов.

Ящик (3) — Композитные смеси

Рисунок 6. Равновесная фазовая диаграмма медь-свинец (ссылка 2). Наиболее широко используемые материалы для подшипников — это действительно композиты. По сути, они могут иметь однофазные или многофазные структуры, служащие матрицей вокруг частиц или глобул свободного свинца. Взгляд на фазовую диаграмму равновесия медь-свинец (, рис. 6, ) показывает, что свинец почти полностью отвергается решеткой меди, когда он замерзает. Тем не менее инженеры-металлурги и литейщики в равной степени приложили большие усилия для улавливания свинца между кристаллами материала на основе меди, поскольку эти кристаллы замерзают и растут, потому что полученный сплав создает очень тонкие подшипники.Типичная микроструктура, показывающая диспергированный свинец, показана на , рис. 7, .

Сегодня можно производить материал на основе меди с содержанием свинца более 30%, при этом частицы свинца имеют микроскопические размеры. С другой стороны, если применение подшипника указывает на то, что более желательны более крупные частицы свинца, можно также производить сплав в этой форме.

Рисунок 7. Микроструктура непрерывнолитого сплава свинцовой оловянной бронзы C94100 (20% Pb).Указаны частицы свинца (ссылка 3).

Свинец выполняет три важные функции подшипника, каждая из которых служит для защиты вала и повышения производительности оборудования. Первостепенное значение имеет способность частиц свинца уменьшать коэффициент трения между подшипником и валом. Механизм, с помощью которого это достигается, весьма интересен. Частицы свинца могут быть срезаны с поверхности подшипника за счет микроскопических шероховатостей на поверхности вала. Стальной вал покрывается свинцом, который постепенно перераспределяется, заполняя углубления на валу.Как только это будет выполнено, коэффициент трения снова повысится лишь незначительно, как указано в таблице ниже (ссылка 4). Это же явление имеет дополнительное преимущество в том, что температура, развиваемая в точках контакта между подшипником и сопряженной частью, ограничивается температурой плавления провода 327, ° C). Очевидно, что это свойство свинцовых сплавов очень ценно при отсутствии смазки (плановой или случайной) или если рабочая среда машины сама подвержена резким перепадам температур, например, на самолетах или оборудовании арктических нефтяных месторождений.

	Коэффициент трения (скольжения)
Сталь на меди	0,9
Сталь на C94300 (23% Pb)	0,18
Сталь на C94300 после длительного использования	0,30
Сталь на стали	1,00

Вторая важная функция свинца — поглощать грязь, которая попадает в границу раздела, хотя этой проблемы можно избежать за счет конструкции должным образом герметизированных подшипников, когда это возможно.

В-третьих, свинцовые сплавы, имеющие несколько более низкую прочность, чем сплавы медь-олово без свинца, и гораздо более низкую прочность, чем сплавы медь-алюминий или медь-цинк, демонстрируют высокую степень совместимости. То есть подшипник отрегулирует свою форму, чтобы допустить плохую центровку или вибрацию. Эта характеристика в сочетании с характеристиками, описанными ранее, позволяет утверждать, что свинцовые сплавы будут очень хорошо «изнашиваться», что особенно желательно для червячных передач, чтобы назвать один пример.Свинецсодержащие бронзы также легко обрабатываются.

Инженер должен напоминать себе, что эти сплавы не так прочны, как неэтилированные материалы, и при этом они не обладают таким большим сопротивлением ударам и последующей усталости, ведущей к разрушению. Однако одно утешительное соображение состоит в том, что полный отказ подшипника вряд ли приведет к разрушению вала или заклиниванию машины из-за «мягкости» этих сплавов.

Выбрав соответствующую матрицу, в которую будут отливаться частицы свинца, инженер может выбрать из довольно широкого диапазона прочности материала, совместимого с умеренными и легкими нагрузками и высокими скоростями, как показано в таблице ниже.Значения даны для непрерывного литья диаметром менее 3 дюймов.

	C83600	C93200	C93700	C93800	C94300
Cu	85	83	80	78	70
Sn	5	7	10	7	5
Пб	5	7	10	15	25
Zn	5	3
Т.С., кси	45	45	41	34	27
Ю.С., тыс. Фунтов стерлингов	21	24	24	23	13
Удлинение,% в 2 дюйма	28	16	10	12	15
Твердость, BHN	72	72	80	62	48

Свойства литой бронзы

Давайте теперь рассмотрим семейства подшипниковых бронзовых сплавов с помощью двух таблиц, в которых сравниваются некоторые из их наиболее важных инженерных свойств. Таблица 1 суммирует химический состав и свойства применения. В таблице 2 указаны наиболее распространенные применения этих материалов и их рабочие характеристики в тех областях применения, в которых они находят наибольшее применение.

Таблица 1 . Состав и свойства литой подшипниковой бронзы

	Состав%
Семейство сплавов	Cu	Sn	Пб	Zn	Ni	Fe	млн	Al
Красная латунь
C84400	81	3	7	9
C83600	85	5	5	5
Олово-свинцовая бронза
C93200	83	7	7	3
C93700	80	10	10
Олово бронза с высоким содержанием свинца
C93800	78	7	15
C94300	70	5	25
Олово бронза
C		88	8		4
C		88	10		2
C
89	11
C	87	11	1		1
C	88	10	2
C92900	84	10	2.5		3,5
C94700-HT **	88	5		2	5
Алюминиевая бронза
C95400	85					4		11
C95400-HT	85					4		11
C95500	81				4	4		11
C95500-HT	81				4	4		11
Марганцевые бронзы
C86300	63			25		3	3	6
C86400	59		1	40
* БТЕ / фут2 / фут / час / фут ** HT — термообработка

Таблица 1 .Состав и свойства литых подшипниковых бронз (продолжение)

	Свойства непрерывного литья (типовые)
Семейство сплавов	Т.С., тыс. Фунтов	Ю.С., тыс. Фунтов стерлингов	удлинн., %	BHN	Обрабатываемость Индекс	Компрессионный Y.S., тыс. Фунтов на квадратный дюйм	Thermal Проводимость *
Красная латунь
C84400	37	16	23	55	90	28	41
C83600	45	21	18	72	100	34	41
Олово-свинцовая бронза
C93200	45	24	16	72	100	30	33
C93700	41	24	10	80	100	25	27
Олово бронза с высоким содержанием свинца
C93800	34	23	12	62	100	23	30
C94300	27	13	15	48	100	20	36
Олово бронза
C		49	23	25	77	25	36	43
C		51	29	18	92	25	29	43
C
51	29	18	95	20	38	41
C	49	26	17	80	30	32	42
C	48	20	18	80	80	28	40
C92900	53	31	15	100	85	38	34
C94700-HT **	90	66	9	180	20	71	31
Свойства после литья
Алюминиевая бронза
C95400	85	35	18	170	60	50	34
C95400-HT	105	54	8	195	20	75	34
C95500	100	44	12	195	50	60	24
C95500-HT	120	68	10	230	15	80	24
Марганцевые бронзы
C86300	115	70	15	225	8	80	20
C86400	65	25	20	90	65	40	51
* БТЕ / фут2 / фут / час / фут ** HT — термообработка

Таблица 2 .Сравнительное руководство по характеристикам сплавов подшипников в различных средах

	Качественная рабочая среда подшипников
Сплав №	Скорость	нагрузка	Окружающая среда	Твердость вала	Типичные области применения
C94300	(низкий) (высокий)	(нижний) (высший)	(более абразивный) (менее абразивный)	(низкий) (высокий)	Топливные насосы для самолетов
C93800					Шахтный водяной насос, изнашиваемые пластины
C93700					Высоконагруженные высокоскоростные подшипники
C93200					Подшипники общего назначения
C83600					Подшипники вала линейного насоса для глубоких скважин, легкие шестерни
C					Поршневые кольца
C						Шестерни, направляющие клапана, рабочие колеса насоса
C92900					Шестерни, направляющие клапана, заменитель стальной задней стенки
C						Компоненты клапана, паровая арматура
C
Шестерни
C95400					Панели управления
C95500					Панели управления
C86300	Винтовые гайки для прокатных станов

Все сплавы, показанные в таблицах, по существу являются вариациями основных материалов, которые обсуждались.В некоторых случаях свинец мог быть добавлен для улучшения обрабатываемости (C по сравнению с C). Возможно, никель был добавлен для повышения прочности или коррозионной стойкости (C95500 против 95400). Содержание марганца и железа можно варьировать для стабилизации определенных структур (C86300 против C86400). Цинк, возможно, был заменен оловом из соображений экономии (C против C). Один сплав был создан из-за преобладающей доступности металлолома (C93200 от C83600 и C93700) и в настоящее время, пожалуй, является наиболее широко используемым сплавом для подшипников.Это очень хороший компромисс. Тем не менее, каждый материал обладает уникальным набором свойств, которые лучше всего подходят для определенных целей.

Экономика

Несколько слов об относительной экономии материалов сплава. Все компоненты сплава подвержены влиянию мировых рынков, где их уровень цен определяется предложением, спросом, государственным контролем и спекулятивным интересом. Колебания на мировом рынке этих компонентов в конечном итоге сказываются на стоимости композитного металла для сплавов, и это также влияет на стоимость металлолома, когда он выводится из эксплуатации. Таблица 3 показывает приблизительные общие относительные значения меди и основных легирующих материалов на момент написания.

Таблица 3 . Приблизительная зависимость стоимости металла

	Приблизительная Относительная стоимость		Приблизительная Относительная стоимость
Первичные металлы		Вторичный лом
Медь	1.0	Свинец Олово бронза	0,9
Олово	7,8	Олово бронза	1,0
Свинец	0,2	Алюминиевая бронза	0,3
цинк	0,5	Марганцевая бронза	0,3
Никель	4,0
Алюминий	0,9	Предварительно легированный слиток
		C93200	1.2
		C
2,0
		C98400	1,2

Методы производства

Подшипниковые сплавы меди доступны во многих формах, производимых различными методами производства. Методы производства литья кратко изложены в Табл. 4 .

Продукты для песка и охлаждения

Таблица 4 . Способы производства семейств подшипниковых сплавов

	Метод производства
Семейство сплавов	Песок	Охладитель Форма	Центробежный	непрерывный	Кованые
Красная латунь	Х	Х	Х	Х	НЕТ
Олово-свинцовая бронза	Х	Х	Х	Х	Х *
Олово-бронза с высоким содержанием свинца S = сегрегация свинца может быть проблемой	S	S	S	Х	НЕТ
Олово бронза	Х	Х	Х	Х	Х **
Алюминиевая бронза	Х	Х	Х	Х	Х
Марганцевые бронзы	Х	Х	Х	Х	Х
* Ограничено примерно 4% Pb ** Деформируемые сплавы C51000, C52100, C52400.

Литье в песчаные формы или кокильные формы — идеальные методы производства, идеально подходящие для очень небольших серий или очень мелких деталей, а иногда и обязательные для очень больших деталей, таких как гребные винты судов.

Все обсуждаемые сплавы доступны в этих формах, хотя могут возникнуть проблемы с серьезной сегрегацией свинца, когда содержание свинца приближается к 16%. Можно отливать широкий диапазон размеров и сложных форм. Красные латуни, которые очень популярны в качестве материалов для сантехнического оборудования, производятся этими методами, в основном в виде корпусов клапанов и фитингов.

Изделия центробежного литья

Опять же, все рассматриваемые сплавы легко производятся методом центробежного литья, за исключением оловянных бронз с высоким содержанием свинца, в которых содержание свинца приближается к 20%. Проблемы сегрегации свинца зависят от размера отливки. Этим методом изготавливаются втулки очень большого размера. Вероятно, что большинство вводов с наружным диаметром более 14 дюймов. и примерно до 100 дюймов. центробежные отливки. Такие отливки могут быть длиной более 100 дюймов.Тем не менее, небольшие центробежные отливки также являются крупносерийными. Многие из более крупных фланцевых подшипников или зубчатых передач изготавливаются этим методом. Несмотря на то, что они чувствительны к количеству продукции, небольшие тиражи могут быть очень экономичными. Дистрибьюторы складских запасов поддерживают запасы полуфабрикатов центробежного литья, в основном стандартных размеров и особенно из сплавов C95400 и C93200.

Продукция непрерывного литья

Все сплавы доступны в виде непрерывнолитых прутков; сегрегация свинца обычно не проблема.Может потребоваться снятие напряжений с некоторых отливок с очень тонкими стенками, особенно если используется сплав C95400, C95500 или C86300, чтобы предотвратить потерю зазора или допусков при изготовлении и использовании. Доступен широкий диапазон размеров цельных, трубчатых и изготавливаемых на заказ стержней поперечного сечения. Диаметр варьируется от менее 0,500 дюйма до примерно 14 дюймов по внешнему диаметру, длина — примерно до 13 футов. Возможно изготовление стержней с очень тонкими стенками, иногда менее 1/4 дюйма, в зависимости от наружного диаметра. Эти изделия идеально подходят для дальнейшего изготовления на автоматических станках.

Большие партии изделий непрерывного литья значительно более экономичны, но, опять же, дистрибьюторы складских запасов берут на себя большую часть этой нагрузки, особенно в том, что касается сплавов C95400, C93200 и C.

Кованые изделия

Деформируемые сплавы фосфористой бронзы (C51000, C52100, C52400, C54400) иногда используются в подшипниках. Эти сплавы также доступны в виде непрерывных отливок в отожженном состоянии. Кованая фосфористая бронза обычно ограничивается размером около 3 дюймов.О. и под. C54400 имеет самое высокое доступное содержание свинца, около 4%. Сплавы с более высоким содержанием свинца экструдируются или прокатываются.

Сплавы алюминия и марганцевой бронзы также имеют кованые аналоги. Деформируемые сплавы обладают очень хорошими механическими свойствами, подвергались тяжелой обработке экструзией, волочением, прокаткой или ковкой и широко используются в аэрокосмической промышленности. Некоторые из этих сплавов используются в качестве сварочных материалов. Эти сплавы также доступны в различных экструдированных формах, хотя доступное разнообразие в значительной степени зависит от количества.Термическая обработка литых сплавов дает механические свойства, аналогичные деформируемым материалам, как и при непрерывной разливке алюминиевых бронз. Вообще говоря, для обеспечения экономичности кованых изделий требуются большие объемы производства, хотя дистрибьюторы, занимающиеся складскими запасами, взяли на себя это бремя для конечного пользователя меньших объемов.

Готовые подшипники

Некоторые производители, а также многие дистрибьюторы на складе и подшипниковые центры имеют запасы стандартных готовых втулок, особенно из сплава C93200.Эти детали выпускаются серийно и легко доступны.

Специальные подшипники

Ряд механических цехов специализируется на производстве подшипников, в частности подшипников нестандартных конструкций и критических сплавов на заказ. В этих цехах работают сложные обрабатывающие центры. Используя лучшее доступное оборудование, они обеспечивают высочайшую степень точности при производстве деталей и поддерживают высокие стандарты контроля качества материалов. Такие предприятия обслуживают те предприятия OEM и отделы технического обслуживания крупных корпораций, которые предпочитают не производить свои собственные подшипники.Они обеспечивают экономичное обслуживание и хорошо осведомлены о технологии и источниках сплавов подшипникового класса, которые лучше всего подходят для производства данного подшипника.

Сводка

Металлургическое машиностроение — это в большей степени наука, но и искусство. Исследования, обширный опыт и глубокое понимание свойств, которые легирующие элементы могут придавать медному основному металлу, необходимы для хорошего дизайна материала. Не менее важно понимание экономики, связанной с материалами, производством деталей и работой конечного оборудования.Замечательные свойства меди, латуни и бронзы принесли пользу отраслям во всем мире благодаря их надежной работе, общедоступности и экономическому качеству.

Список литературы

1. Р.А. Флинн , Отливки из меди, латуни и бронзы, Общество учредителей цветных металлов, Кливленд (1961 г.).
2. R. Hultgren и P.D. Desai , Избранные термодинамические значения и фазовые диаграммы для меди и некоторых из ее бинарных сплавов, Монография I Incra, Международная ассоциация исследований меди, Inc., Нью-Йорк (1971).
3. W.A. Glaeser и K.F. Дюфран , Конструкция подшипников из литой бронзы с граничной смазкой, Институт подшипников из литой бронзы, Inc. (1978).
4. F. Bowden и D. Tabor , Трение и смазка твердых тел, Clarendon Press, Oxford (1950).

медь | Области применения, свойства и факты

Возникновение, использование и свойства

Самородная медь обнаруживается во многих местах в качестве основного минерала в базальтовых лавах, а также восстанавливается из соединений меди, таких как сульфиды, арсениды, хлориды и карбонаты.(Для минералогических свойств меди см. таблицу самородных элементов.) Медь встречается в сочетании со многими минералами, такими как халькоцит, халькопирит, борнит, куприт, малахит и азурит. Он присутствует в золе морских водорослей, во многих морских кораллах, в печени человека, а также во многих моллюсках и членистоногих. Медь играет такую ​​же роль в переносе кислорода в гемоцианине голубых моллюсков и ракообразных, как железо в гемоглобине краснокровных животных. Медь, присутствующая в организме человека в качестве микроэлемента, помогает катализировать образование гемоглобина.Медно-порфировое месторождение в Андах в Чили — самое известное месторождение этого минерала. К началу 21 века Чили стала ведущим производителем меди в мире. Другие крупные производители включают Перу, Китай и США.

медь

Медь с полуострова Кевино, штат Мичиган, США

Фотография Сэнди Гримм. Хьюстонский музей естествознания

Британская викторина

118 Названия и символы из таблицы Менделеева

Периодическая таблица Менделеева состоит из 118 элементов.Насколько хорошо вы знаете их символы? В этой викторине вам будут показаны все 118 химических символов, и вам нужно будет выбрать название химического элемента, который представляет каждый из них.

Медь коммерчески производится в основном плавлением или выщелачиванием, обычно с последующим электроосаждением из сульфатных растворов. Для более подробной информации о производстве меди, см. обработка меди. Основная часть производимой в мире меди используется в электротехнической промышленности; большая часть остатка объединяется с другими металлами с образованием сплавов.(Это также технологически важно в качестве гальванического покрытия.) Важным рядом сплавов, в которых медь является основным компонентом, являются латуни (медь и цинк), бронзы (медь и олово) и никелевое серебро (медь, цинк и никель, нет. серебро). Есть много полезных сплавов меди и никеля, включая монель; два металла полностью смешиваются. Медь также образует важную серию сплавов с алюминием, называемых алюминиевой бронзой. Бериллиевая медь (2 процента Be) — необычный медный сплав, поскольку его можно упрочнять с помощью термической обработки.Медь входит в состав многих чеканных металлов. Спустя долгое время после того, как бронзовый век перешел в железный, медь оставалась вторым по значению металлом после железа. Однако к 1960-м годам более дешевый и более доступный алюминий занял второе место в мировом производстве.

Производство и запасы меди

страна	добыча рудника в 2016 г. (метрические тонны) *	% мировой добычи рудника	продемонстрированные запасы 2016 г. (метрические тонны) *	% мировых продемонстрированных запасов
*Оцененный.
** Из-за округления данные не суммируются с приведенной суммой.
Источник: Министерство внутренних дел США, Mineral Commodity Summaries 2017.
Чили	5 500 000	28,4	210 000 000	29,2
Перу	2 300 000	11.9	81 000 000	11,3
Китай	1,740,000	9.0	28 000 000	3.9
Соединенные Штаты	1 410 000	7.3	35 000 000	4.9
Австралия	970 000	5.0	89 000 000	12,4
Конго (Киншаса)	910 000	4,7	20 000 000	2,8
Замбия	740 000	3.8	20 000 000	7,4
Канада	720 000	3,7	11 000 000	1.5
Россия	710 000	3,7	30 000 000	4.2
Мексика	620 000	3.2	46 000 000	6.4
другие страны	3 800 000	19,6	150 000 000	20,8
всего мира	19 400 000 **	100 **	720 000 000	100 **

Медь — один из самых пластичных металлов, не особенно прочный или твердый.Прочность и твердость заметно увеличиваются при холодной обработке из-за образования удлиненных кристаллов той же гранецентрированной кубической структуры, которая присутствует в более мягкой отожженной меди. Обычные газы, такие как кислород, азот, диоксид углерода и диоксид серы, растворимы в расплавленной меди и сильно влияют на механические и электрические свойства затвердевшего металла. Чистый металл уступает только серебру по теплопроводности и электропроводности. Природная медь представляет собой смесь двух стабильных изотопов: медь-63 (69.15 процентов) и медь-65 (30,85 процента).

медные кабели

медные электрические кабели. Из-за высокой электропроводности меди она широко используется в электротехнической промышленности.

© Pegasus / Fotolia Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Поскольку медь находится ниже водорода в электродвижущем ряду, она не растворяется в кислотах с выделением водорода, хотя она будет реагировать с окисляющими кислотами, такими как азотная и горячая концентрированная серная кислота.Медь сопротивляется воздействию атмосферы и морской воды. Однако длительное пребывание на воздухе приводит к образованию тонкого зеленого защитного покрытия (патины), которое представляет собой смесь гидроксокарбоната, гидроксосульфата и небольших количеств других соединений. Медь — умеренно благородный металл, на нее не действуют неокисляющие или не образующие комплекс разбавленные кислоты в отсутствие воздуха. Однако он легко растворяется в азотной кислоте и в серной кислоте в присутствии кислорода. Он также растворим в водном растворе аммиака или цианида калия в присутствии кислорода из-за образования очень стабильных цианокомплексов при растворении.Металл реагирует при нагревании красным с кислородом с образованием оксида меди CuO и, при более высоких температурах, оксида меди Cu ₂ O. При нагревании он реагирует с серой с образованием сульфида меди Cu ₂ S.

Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Медь и медные сплавы — Общая информация

Введение в медь и ее сплавы

Медь — самый старый металл, используемый человеком. Его использование восходит к доисторическим временам.Медь добывалась более 10 000 лет, а медный кулон, найденный в Ираке, датируется 8700 годом до нашей эры. К 5000 г. до н.э. медь выплавлялась из простых оксидов меди.

Медь встречается как самородный металл и в минералах куприте, малахите, азурите, халькопирите и борните. Это также часто является побочным продуктом производства серебра. Сульфиды, оксиды и карбонаты — самые важные руды.

Медь и медные сплавы — одни из самых универсальных доступных технических материалов.Сочетание физических свойств, таких как прочность, проводимость, коррозионная стойкость, обрабатываемость и пластичность, делают медь подходящей для широкого спектра применений. Эти свойства могут быть дополнительно улучшены за счет изменений в составе и методах производства.

Наибольшее конечное использование меди приходится на строительную промышленность. В строительной индустрии широко используются материалы на основе меди. Применения меди, связанные со строительной промышленностью, включают:
~ Кровля
~ Облицовка
~ Водосточные системы
~ Системы отопления
~ Водопроводные трубы и фитинги
~ Нефтегазовые трубопроводы
~ Электропроводка

---

Использование меди

Строительная промышленность является крупнейшим потребителем медных сплавов.Следующий список представляет собой разбивку потребления меди по отраслям на годовой основе:
~ Строительная промышленность — 47%
~ Электронные изделия — 23%
~ Транспорт — 10%
~ Потребительские товары — 11%
~ Промышленное оборудование — 9%

Существует около 370 коммерческих составов для медных сплавов. Наиболее распространенным сплавом является C106 / CW024A — стандартная марка меди для водяных труб.

Мировое потребление меди и медных сплавов в настоящее время превышает 18 миллионов тонн в год.

---

Приложения

Медь и медные сплавы могут использоваться в самых разных областях. Некоторые из приложений для меди включают:

~ Линии электропередачи

~ Архитектурные приложения

~ Кухонная утварь

~ Свечи зажигания

~ Электропроводка, кабели и шины

~ Провода с высокой проводимостью

~ Электроды

~ Теплообменники

~ Холодильные трубки

~ Сантехника

~ Медные тигли с водяным охлаждением

Кроме того, есть еще много применений для медных сплавов — латунь и бронза

---

Структура

Медь имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую структуру.Медь и ее сплавы имеют желтый / золотой / красный цвета и при полировке приобретают яркий металлический блеск.

---

Переработка

Медные сплавы хорошо подходят для вторичной переработки. Около 40% годового потребления медных сплавов приходится на переработанные медные материалы.

Скорость вторичного использования латуни с произвольной обработкой (CZ121 / CW614N) особенно высока, если чистая / сухая стружка имеет высокое значение, что способствует расчету рентабельности при выборе материала.

---

Свойства медных сплавов

Основные свойства медных сплавов

Медь — прочный, пластичный и податливый материал. Эти свойства делают медь чрезвычайно подходящей для формования труб, волочения проволоки, прядения и глубокой вытяжки. Другие ключевые свойства, демонстрируемые медью и ее сплавами, включают:

~ Отличная теплопроводность

~ Отличная электропроводность

~ Хорошая коррозионная стойкость

~ Хорошая устойчивость к биологическому обрастанию

~ Хорошая обрабатываемость

~ Сохранение механических и электрических свойств при криогенных температурах

~ немагнитный

Другая недвижимость

~ Медь и медные сплавы имеют специфический запах и неприятный вкус.Они могут передаваться при контакте, поэтому их следует хранить вдали от пищевых продуктов, хотя в некоторых кастрюлях используются эти металлы.

~ Большинство коммерчески используемых металлов имеют металлический белый или серебристый цвет. Медь и медные сплавы имеют диапазон желтого / золотого / красного цветов.

Температура плавления

Температура плавления чистой меди составляет 1083 ° C.

---

Коррозионная стойкость

Все медные сплавы устойчивы к коррозии пресной водой и паром.В большинстве сельских, морских и промышленных помещений медные сплавы также устойчивы к коррозии. Медь устойчива к солевым растворам, почвам, неокисляющимся минералам, органическим кислотам и щелочным растворам. Влажный аммиак, галогены, сульфиды, растворы, содержащие ионы аммиака и окисляющие кислоты, такие как азотная кислота, разрушают медь. Медные сплавы также обладают плохой стойкостью к неорганическим кислотам.

Коррозионная стойкость медных сплавов обусловлена ​​образованием липких пленок на поверхности материала.Эти пленки относительно устойчивы к коррозии, поэтому защищают основной металл от дальнейшего воздействия.

Медно-никелевые сплавы, алюминиевая латунь и алюминиевая бронза демонстрируют превосходную стойкость к коррозии в морской воде.

---

Электропроводность

По электропроводности медь уступает только серебру. Электропроводность меди составляет 97% от электропроводности серебра. Из-за своей гораздо более низкой стоимости и большего количества медь традиционно использовалась в качестве стандартного материала для передачи электроэнергии.

Однако из-за веса следует, что большая часть воздушных линий электропередач высокого напряжения теперь использует алюминий, а не медь. По весу проводимость алюминия примерно в два раза выше, чем у меди. Используемые алюминиевые сплавы действительно имеют низкую прочность и должны быть усилены оцинкованной или покрытой алюминием высокопрочной стальной проволокой в ​​каждой пряди.

Хотя добавление других элементов улучшит такие свойства, как прочность, произойдет некоторая потеря электропроводности.Например, добавление 1% кадмия может увеличить прочность на 50%. Однако это приведет к соответствующему снижению электропроводности на 15%.

---

Поверхностное окисление / патинирование

У большинства медных сплавов появляется сине-зеленая патина при воздействии элементов на открытом воздухе. Типичным для этого является цвет Медной статуи Свободы в Нью-Йорке. Некоторые медные сплавы темнеют после длительного воздействия элементов и приобретают цвет от коричневого до черного.

Лаковые покрытия могут использоваться для защиты поверхности и сохранения первоначального цвета сплава. Акриловое покрытие с бензотриазолом в качестве добавки прослужит несколько лет в большинстве наружных условий без истирания.

---

Предел текучести

Предел текучести для медных сплавов четко не определен. В результате о нем обычно сообщают либо о расширении на 0,5% под нагрузкой, либо о смещении на 0,2%.

Чаще всего 0.Предел текучести при растяжении 5% отожженного материала составляет примерно одну треть от предела прочности. Упрочнение путем холодной обработки означает, что материал становится менее пластичным, а предел текучести приближается к пределу прочности на разрыв.

---

Присоединение к

Обычно используемые процессы, такие как пайка, сварка и пайка, могут использоваться для соединения большинства медных сплавов. Для электрических соединений часто используется пайка. Сплавы с высоким содержанием свинца непригодны для сварки.

Медь и медные сплавы также можно соединять с помощью механических средств, таких как заклепки и винты.

---

Горячая и холодная обработка

Несмотря на то, что медь и медные сплавы могут подвергаться деформационной закалке, они могут подвергаться как горячей, так и холодной обработке.

Пластичность можно восстановить путем отжига. Это можно сделать либо с помощью специального процесса отжига, либо путем случайного отжига с помощью процедур сварки или пайки.

---

Характер

Сплавы меди могут быть указаны в соответствии с уровнями отпуска.Состояние придается холодной обработкой и последующими степенями отжига.

Типичный темперамент для медных сплавов —

~ Мягкий

~ Полутвердый

~ Жесткий

~ Весна

~ Экстра-пружина.

Предел текучести закаленного медного сплава составляет примерно две трети прочности материала на разрыв.

---

Кастинг

Характер процесса литья означает, что большинство литых медных сплавов имеют больший диапазон легирующих элементов, чем деформируемые сплавы.

---

Деформируемые медные сплавы

Деформируемые медные сплавы производятся с использованием различных производственных методов. Эти методы включают такие процессы, как прокатка, экструзия, волочение и штамповка. Такие процессы могут сопровождаться отжигом (размягчением), холодной обработкой, закалкой путем термообработки или снятием напряжения для достижения желаемых свойств.

Медь — Информация об элементе, свойства и использование

Расшифровка:

Химия в ее элементе: медь

(Promo)

Вы слушаете Химию в ее стихии, представленную вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.

(Конец промо)

Крис Смит

Здравствуйте, на этой неделе монеты, проводимость и медь. Чтобы рассказать об элементе, который перенес нас из каменного века в информационный век, вот Стив Милон.

Steve Mylon

Плохая медь, до недавнего времени казалось, что она буквально и фигурально выделялась среди своих собратьев из переходных металлов, Серебра и Золота. Я предполагаю, что это совокупный результат, которого история в изобилии.Практически никогда не бывает таких популярных элементов из-за их полезности и интересного химического состава. Но для Золота и Серебра все так поверхностно. Они популярнее, потому что красивее. Моя жена, например, не химик, и не мечтала носить медное обручальное кольцо. Возможно, это связано с тем, что оксид меди имеет раздражающую привычку окрашивать вашу кожу в зеленый цвет. Но если бы она только нашла время, чтобы узнать о меди, чтобы немного ее узнать; может быть, тогда она отвернется от других и с гордостью будет носить его.

Некоторые сообщают, что медь — это первый металл, который добывают и обрабатывают люди. Независимо от того, так это или нет, существуют свидетельства существования цивилизаций, использующих медь, еще 10 000 лет назад. Для перехода культур от каменного века к бронзовому веку им была нужна медь. Бронза состоит из 2 частей меди и одной части олова, а не серебра или золота. Важность меди для цивилизации никогда не снижалась, и даже сейчас из-за ее превосходной проводимости медь пользуется большим спросом во всем мире, поскольку быстро развивающиеся страны, такие как Китай и Индия, создают инфраструктуру, необходимую для подачи электричества в дома своих граждан.Например, за последние пять лет цена на медь выросла более чем в четыре раза. Возможно, самая большая пощечина этому важному металлу — его использование в монетах во многих странах мира. Оранжево-коричневые монеты, как правило, имеют низкий номинал, в то время как блестящие, более похожие на серебро монеты, занимают место наверху. Даже в 5-центовой монете Соединенных Штатов никель выглядит блестящим и серебристым, но на самом деле он содержит 75% меди и только 25% никеля. Но мы даже не называем это медью.

Конечно, я мог бы продолжать и отмечать много интересных фактов и фактов о меди и о том, почему другие должны относиться к ней с симпатией. Они легко могли бы, потому что это отличный проводник тепла, но я нахожу этот металл таким интересным и по многим другим причинам. Медь — один из немногих металлов-индикаторов, который важен для всех видов. По большей части биологические потребности в меди довольно низки, поскольку только некоторые ферменты, такие как цитохромоксидаза и супероксиддисмутаза, нуждаются в меди в своих активных центрах.Обычно они основаны на цикле окисления-восстановления и играют важную роль в дыхании. Для людей потребность также довольно низкая, всего 2 мг меди в день для взрослых. Однако слишком мало меди в вашем рационе может привести к высокому кровяному давлению и повышению уровня холестерина. Интересно, что для меди зазор, разделяющий необходимое количество и токсичное количество, довольно мал. Он может быть самым маленьким для всех необходимых следов металлов. Вероятно, поэтому он обычно используется в качестве пестицида, фунгицида и альгицида, потому что такие небольшие количества могут выполнить работу.

На мой взгляд, вы вряд ли найдете в периодической таблице металл, который обладает универсальностью меди и до сих пор не пользуется уважением среди аналогов, которого он заслуживает. Хотя он гораздо более распространен, чем золото и серебро, его значение в истории не имеет себе равных, и его полезность на макроуровне сопоставима только с его полезностью в микромасштабе. Никакой другой металл не может конкурировать.

Я постараюсь объяснить это своей жене, когда подарию ей пару медных сережек или красивое медное ожерелье в этот праздничный сезон.Я предполагаю, что она задирает нос, потому что подумает, что это тот материал, из которого сделаны гроши, хотя в наши дни на самом деле это не так.

Крис Смит

Мужчина, женатый на меди, это Стив Милон. В следующий раз мы углубимся в открытие элемента с очень ярким темпераментом.

Питер Уотерс

Его младший двоюродный брат Эдмунд Дэви помогал Хамфри в то время, и он рассказывает, как, когда Хамфри впервые увидел, как мельчайшие шарики калия прорвались сквозь корку поташа и загорелись, он не мог сдержать своей радости.Дэви имел полное право восхищаться этим удивительным новым металлом. Он выглядит так же, как другие яркие блестящие металлы, но его плотность меньше плотности воды. Это означало, что металл будет плавать по воде. По крайней мере, так было бы, если бы он не взорвался при контакте с водой. Калий настолько реактивен; он даже среагирует и прожигёт дыру во льду.

Крис Смит

Питер Уотерс с историей элемента номер 19, калия. Это в Химии на следующей неделе в своем элементе .Я надеюсь, ты сможешь присоединиться к нам. Я Крис Смит, спасибо за внимание и до свидания!

(Промо)

(Окончание промо)

Рентгеновские структуры высокоаффинного переносчика меди Ctr1

1.

Ким Б.-Э., Невитт Т. и Тиле Д. Дж. Механизмы приобретения, распределения и регулирования меди. Нат. Chem. Биол. 4 , 176–185 (2008).

CAS Статья Google Scholar

2.

Мэдсен, Э. и Гитлин, Дж. Д. Медь и железо. Заболевания головного мозга. Annu. Rev. Neurosci. 30 , 317–337 (2007).

CAS Статья Google Scholar

3.

де Би П., Мюллер П., Вейменга К. и Кломп Л. В. Дж. Молекулярный патогенез болезни Вильсона и Менкеса: корреляция мутаций с молекулярными дефектами и фенотипами заболевания. J. Med. Genet. 44 , 673–688 (2007).

Артикул Google Scholar

4.

Ли Дж., Пена М. М. О., Нос Ю. и Тиле Д. Дж. Биохимическая характеристика переносчика меди Ctr1 человека. J. Biol. Chem. 277 , 4380–4387 (2002).

CAS Статья Google Scholar

5.

Dancis, A. et al. Молекулярная характеристика белка транспорта меди в S.cerevisiae : неожиданная роль меди в транспорте железа. Cell 76 , 393–402 (1994).

CAS Статья Google Scholar

6.

Zhou, B. & Gitschier, J. hCTR1: человеческий ген поглощения меди, идентифицированный путем комплементации в дрожжах. Proc. Natl Acad. Sci. США 94 , 7481–7486 (1997).

ADS CAS Статья Google Scholar

7.

Hassett, R. & Kosman, D. J. Доказательства снижения Cu (II) как компонента поглощения меди Saccharomyces cerevisiae . J. Biol. Chem. 270 , 128–134 (1995).

CAS Статья Google Scholar

8.

Georgatsou, E., Mavrogiannis, L.A., Fragiadakis, G. S. & Alexandraki, D. Дрожжевые редуктазы меди Fre1p / Fre2p способствуют поглощению меди и регулируются модулированным медью активатором Mac1p. J. Biol. Chem. 272 , 13786–13792 (1997).

CAS Статья Google Scholar

9.

Martins, L.J. et al. Металлорегуляция гомологов FRE1 и FRE2 в Saccharomyces cerevisia e. J. Biol. Chem. 273 , 23716–23721 (1998).

CAS Статья Google Scholar

10.

Ли, Дж., Прохаска, Дж.Р. и Тиле, Д. Дж. Важная роль переносчика меди Ctr1 млекопитающих в гомеостазе меди и эмбриональном развитии. Proc Natl. Акад. Sci. США 98 , 6842–6847 (2001).

ADS CAS Статья Google Scholar

11.

Kuo, Y. M., Zhou, B., Cosco, D. & Gitschier, J. Транспортер меди CTR1 обеспечивает важную функцию в эмбриональном развитии млекопитающих. Proc Natl. Акад. Sci.США 98 , 6836–6841 (2001).

ADS CAS Статья Google Scholar

12.

Нос, Ю., Ким, Б. Э. и Тиле, Д. Дж. Ctr1 управляет абсорбцией меди в кишечнике и необходим для роста, метаболизма железа и сердечной функции новорожденных. Cell. Метаб. 4 , 235–244 (2006).

CAS Статья Google Scholar

13.

Ким, Х., Сон, Х.-Й., Бейли, С. М. и Ли, Дж. Делеция печеночного Ctr1 показывает его функцию в приобретении меди и компенсаторных механизмах для гомеостаза меди. Am. J. Physiol. Гастроинтест. Liver Physiol. 296 , G356 – G364 (2009).

CAS Статья Google Scholar

14.

Kim, B. E. et al. Дефицит меди в сердце активирует системный сигнальный механизм, который взаимодействует с органами накопления и хранения меди. Cell. Метаб. 11 , 353–363 (2010).

CAS Статья Google Scholar

15.

Луценко С. Гомеостаз меди человека: сеть взаимосвязанных путей. Curr. Opin. Chem. Биол. 14 , 211–217 (2010).

CAS Статья Google Scholar

16.

Исида, С., Ли, Дж., Тиле, Д. Дж. И Херсковиц, И.Поглощение противоопухолевого лекарственного средства цисплатина, опосредованного переносчиком меди Ctr1, у дрожжей и млекопитающих. Proc Natl Acad. Sci. США 99 , 14298–14302 (2002).

ADS CAS Статья Google Scholar

17.

Синани, Д., Адл, Д. Дж., Ким, Х. и Ли, Дж. Четкие механизмы Ctr1-опосредованного транспорта меди и цисплатина. J. Biol. Chem. 282 , 26775–26785 (2007).

CAS Статья Google Scholar

18.

Аллер, С. Г. и Унгер, В. М. Проекционная структура человеческого транспортера меди CTR1 при разрешении 6 Å показывает компактный тример с новой канальной архитектурой. Proc Natl. Акад. Sci. США 103 , 3627–3632 (2006).

ADS CAS Статья Google Scholar

19.

Де Фео, К. Дж., Аллер, С. Г., Силувай, Г. С., Блэкберн, Н. Дж. И Унгер, В. М. Трехмерная структура человеческого переносчика меди hCTR1. Proc Natl Acad. Sci. США 106 , 4237–4242 (2009).

ADS Статья Google Scholar

20.

Puig, S., Lee, J., Lau, M. & Thiele, D. J. Биохимические и генетические анализы дрожжевых и человеческих переносчиков меди с высоким сродством предполагают консервативный механизм поглощения меди. J. Biol. Chem. 277 , 26021–26030 (2002).

CAS Статья Google Scholar

21.

Эйссес, Дж. Ф. и Каплан, Дж. Х. Молекулярная характеристика hCTR1, человеческого белка, поглощающего медь. J. Biol. Chem. 277 , 29162–29171 (2002).

CAS Статья Google Scholar

22.

Кломп, А. Е. М., Топс, Б. Б. Дж., Ван Денберг, И. Е. Т., Бергер, Р. и Кломп, Л. В. Дж. Биохимическая характеристика и субклеточная локализация переносчика меди 1 человека (hCTR1). Biochem. Дж. 364 , 497–505 (2002).

CAS Статья Google Scholar

23.

Chun, E. et al. Набор инструментов партнера слияния для стабилизации и кристаллизации рецепторов, связанных с g-белками. Структура 20 , 967–976 (2012).

CAS Статья Google Scholar

24.

Пенья, М. М., Кох, К. А. и Тиле, Д. Дж. Динамическая регуляция поглощения меди и генов детоксикации в Saccharomyces cerevisiae . Мол. Клетка. Биол. 18 , 2514–2523 (1998).

Артикул Google Scholar

25.

Aller, S. G., Eng, E. T., De Feo, C. J. и Unger, V. M. Эукариотические переносчики поглощения меди CTR требуют двух сторон третьего трансмембранного домена для упаковки спирали, олигомеризации и функционирования. J. Biol. Chem. 279 , 53435–53441 (2004).

CAS Статья Google Scholar

26.

Kim, S. et al. Трансмембранные глициновые застежки-молнии: физиологические и патологические роли в мембранных белках. Proc Natl Acad. Sci. США 102 , 14278–14283 (2005).

ADS CAS Статья Google Scholar

27.

Doyle, D. A. et al. Строение калиевого канала: молекулярные основы проводимости и селективности K ⁺ . Science 280 , 69–77 (1998).

ADS CAS Статья Google Scholar

28.

Мэрион, Э. Б., Моллой, С. А., Айви, К., Ю, Х. и Каплан, Дж. Х. Скорость и регуляция транспорта меди человеческим транспортером меди 1 (hCTR1). J. Biol. Chem. 288 , 18035–18046 (2013).

CAS Статья Google Scholar

29.

Logeman, B. L. и Thiele, D. J. Восстановление термофильного импортера Cu ⁺ in vitro выявляет присущий им высокоаффинный медленный транспорт, приводящий к накоплению необходимого иона металла. J. Biol. Chem. 293 , 15497–15512 (2018).

CAS Статья Google Scholar

30.

Гэдсби, Д. К. Ионные каналы и ионные насосы: принципиальная принципиальная разница. Нат. Rev. Mol. Cell Biol. 10 , 344–352 (2009).

CAS Статья Google Scholar

31.

Смарт, О. С., Недувелил, Дж. Г., Ван, X., Wallace, B. A. & Sansom, M. S. HOLE: программа для анализа размеров пор структурных моделей ионных каналов. J. Mol. График. 14 , 354–360 (1996). 376.

CAS Статья Google Scholar

32.

Эйссес, Дж. Ф. и Каплан, Дж. Х. Механизм поглощения меди, опосредованный человеческим CTR1: мутационный анализ. J. Biol. Chem. 280 , 37159–37168 (2005).

CAS Статья Google Scholar

33.

Ларсон, К.А., Адамс, П.Л., Блэр, Б.Г., Сафаеи, Р. и Хауэлл, С.Б. Роль метионинов и гистидинов в трансмембранном домене переносчика меди 1 млекопитающих в накоплении цисплатина в клетках. Мол. Pharmacol. 78 , 333–339 (2010).

CAS Статья Google Scholar

34.

Kahra, D., Kovermann, M. & Wittung-Stafshede, P. С-конец человеческого импортера меди Ctr1 действует как сайт связывания и передает медь к Atox1. Biophys. J. 110 , 95–102 (2016).

ADS CAS Статья Google Scholar

35.

Хоши, Т., Заготта, В. Н. и Олдрич, Р. В. Биофизические и молекулярные механизмы инактивации калиевых каналов шейкер. Наука 250 , 533–538 (1990).

ADS CAS Статья Google Scholar

36.

Вс, С.-C. и другие. Кристаллическая структура комплекса оттока тяжелых металлов CusBA Escherichia coli. Природа 470 , 558–562 (2011).

ADS CAS Статья Google Scholar

37.

Vita, N. et al. Пучок с четырьмя спиралями хранит медь для окисления метана. Природа 525 , 140–143 (2015).

ADS CAS Статья Google Scholar

38.

Рубино, Дж. Т. и Франц, К. Дж. Координационная химия медных белков: как природа обращается с токсичным грузом для выполнения основных функций. J. Inorg. Biochem. 107 , 129–143 (2012).

CAS Статья Google Scholar

39.

Петрис, М. Дж., Смит, К., Ли, Дж. И Тиле, Д. Дж. Стимулированный медью эндоцитоз и деградация человеческого переносчика меди, hCtr1. J. Biol. Chem. 278 , 9639–9646 (2003).

CAS Статья Google Scholar

40.

Haas, K. L., Putterman, A. B., White, D. R., Thiele, D. J. & Franz, K. J. Модельные пептиды позволяют по-новому взглянуть на роль остатков гистидина как потенциальных лигандов в приобретении меди клетками человека через Ctr1. J. Am. Chem. Soc. 133 , 4427–4437 (2011).

CAS Статья Google Scholar

41.

Du, X. et al. Кинетика и термодинамика связывания металла с N-концом переносчика меди человека hCTR1. Chem. Commun. (Камб.). 49 , 9134–9136 (2013).

CAS Статья Google Scholar

42.

Pushie, MJ, Shaw, K., Franz, KJ, Shearer, J. & Haas, KL Исследования модельных пептидов выявили сайт связывания смешанного гистидин-метионин Cu (I) на N-конце меди человека. транспортер 1. Неорг. Chem. 54 , 8544–8551 (2015).

CAS Статья Google Scholar

43.

Schwab, S., Shearer, J., Conklin, SE, Alies, B. & Haas, KL Близость последовательностей между сайтами связывания Cu (II) и Cu (I) модельных пептидов переносчика меди 1 человека определяет реакционная способность с аскорбатом и O2. J. Inorg. Biochem. 158 , 70–76 (2016).

CAS Статья Google Scholar

44.

Санкова Т. П. и др. Внеклеточный домен высокоаффинного переносчика меди человека (hNdCTR1), синтезированный e. coli, хелатирует ионы серебра и меди in vivo. Биомолекулы 7 , E78 (2017).

Артикул Google Scholar

45.

Maryon, E. B., Molloy, S. A. и Kaplan, J. H. О-связанное гликозилирование по треонину 27 защищает переносчик меди hCTR1 от протеолитического расщепления в клетках млекопитающих. J. Biol. Chem. 282 , 20376–20387 (2007).

CAS Статья Google Scholar

46.

Öhrvik, H. et al. Ctr2 регулирует биогенез расщепленной формы переносчика металла Ctr1 млекопитающих, лишенного медь- и цисплатин-связывающего экто-домена. Proc. Natl Acad. Sci USA 110 , E4279 – E4288 (2013).

Артикул Google Scholar

47.

Öhrvik, H., Logeman, B., Turk, B., Reinheckel, T. & Thiele, D. J. Катепсиновая протеаза контролирует накопление меди и цисплатина посредством расщепления эктодомена, связывающего металл Ctr1. J. Biol. Chem. 291 , 13905–13916 (2016).

Артикул Google Scholar

48.

Смит, А. Д., Логеман, Б. Л. и Тиле, Д. Дж. Приобретение и использование меди в грибах. Annu. Rev. Microbiol. 71 , 597–623 (2017).

CAS Статья Google Scholar

49.

Брюер, Г. Дж. Ацетат цинка для лечения болезни Вильсона. Эксперт. Opin. Фармакотер. 2 , 1473–1477 (2001).

CAS Статья Google Scholar

50.

Otwinowski, Z. & Minor, W. Обработка данных дифракции рентгеновских лучей, собранных в колебательном режиме. Methods Enzymol. 276 , 307–326 (1997).

CAS Статья Google Scholar

51.

Adams, P. D. et al. PHENIX: комплексная система на основе Python для решения макромолекулярных структур. Acta Crystallogr. D. Biol. Кристаллогр. 66 , 213–221 (2010).

CAS Статья Google Scholar

52.

Strong, M. et al. К структурной геномике комплексов: кристаллическая структура белкового комплекса PE / PPE из Mycobacterium tuberculosis . Proc. Natl Acad. Sci. США 103 , 8060–8065 (2006).

ADS CAS Статья Google Scholar

53.

Эмсли П., Локамп Б., Скотт В. Г. и Коутан К. Особенности и развитие Coot. Acta Crystallogr. D. Biol. Кристаллогр. 66 , 486–501 (2010).

CAS Статья Google Scholar

54.

Муршудов, Г.Н., Вагин А. А., Додсон Э. Дж. Уточнение макромолекулярных структур методом максимального правдоподобия. Acta Crystallogr. D. Biol. Кристаллогр. 53 , 240–255 (1997).

CAS Статья Google Scholar

55.

Ху, Ю. К. и Каплан, Дж.