Vi fortsætter med at gennemgå nogle af de vigtigste materialer inden for varmebehandling og metallurgi.
Kobber (Kemisk symbol: Cu)
Kobber er et blødt, formbart og duktilt metal med en meget høj termisk og elektrisk ledningsevne. Rent kobber har en rødlig-orange farve (fig. 1) og bliver klart grøn-blå, når det oxideres (fig. 2).
Kobber er et af de vigtigste grundstoffer i metallurgiens historie. Det var det første metal, der blev brugt af mennesker. Kobber blev smeltet fra malm ca. 5000 f.Kr., støbt i former omkring 4000 f.Kr. og var det første metal, der blev legeret med tin for at skabe bronze i 3500 f.Kr. og markerede begyndelsen af bronzealderen.
Egypterne brugte det til at fremstille landbrugsredskaber som f.eks. hakke og segl samt kogegrej, fade og håndværkerredskaber som save, mejsler og knive. Egypterne lavede også spejle og barbermaskiner af kobber og fremstillede grøn og blå makeup af malakit og azurit, to kobberforbindelser med strålende grønne og blå farver.
Romererne brugte det i stor udstrækning til mønter og arkitektonisk udsmykning. På et tidspunkt producerede romerne næsten 17.000 tons kobber årligt, hvilket var mere end der ville blive produceret igen indtil den industrielle revolution i Europa.
I moderne metallurgi forbedrer kobber som legeringsmiddel korrosionsbestandigheden over for visse syrer og fremmer en austenitisk mikrostruktur. Det kan også tilsættes for at mindske arbejdshærdningen i rustfrit stål for at forbedre bearbejdeligheden og forbedre formbarheden. Kobbers høje elektriske og termiske ledningsevne skyldes dets atomare struktur. Inden for kobberatomgitteret er der en sky af frie elektroner til rådighed for overførsel af elektrisk strøm. Denne samme elektronsky forbedrer også den effektive overførsel af termisk energi. Kobberatomet ligner meget et atom af guld eller sølv, som sammen med kobber udgør en gruppe i det periodiske system af grundstoffer.
Kobber er essentielt for alle levende organismer som et sporstof. Hos mennesker findes kobber hovedsageligt i lever, muskler og knogler, og den voksne krop indeholder mellem 1,4 og 2,1 mg kobber pr. kg kropsvægt. Et sundt menneske, der vejer 60 kg, indeholder ca. 0,1 g kobber. Hos bløddyr og krebsdyr er kobber en bestanddel af blodpigmentet hæmocyanin, som hos fisk og andre hvirveldyr er erstattet af det jernkomplekse hæmoglobin. Denne lille mængde er imidlertid afgørende for menneskets generelle velbefindende.
Det gennemsnitlige hjem indeholder 400 pund kobber, der bruges til elektriske ledninger, rør og apparater. Den gennemsnitlige bil indeholder 50 pund kobber, og Frihedsgudinden (fig. 3) indeholder over 89 tons kobber. U.S. Geological Survey (USGS) anslår, at hver amerikaner født i 2008 vil bruge 1.309 pund kobber i løbet af sin levetid til fornødenheder, livsstil og sundhed.
Her er et par vigtige fakta om kobber.
- Atomnummer: 29
- Smeltepunkt: 1084,62°C
- Kogningspunkt: 2562°C
- Densitet nær RT: 8,96 g/cm3
- Fusionsvarme: 13,26 kJ/mol
- Fordampevarme: 13,26 kJ/mol
- Fordampevarme: 300,4 kJ/mol
- Molær varmekapacitet: 24,440 J/mol-K
- Thermeudvidelse ved RT: 16.5 µm/(m-K)
- Thermisk ledningsevne: 401 W/(m-K)
- Elektrisk resistivitet ved RT: 16,78 nΩ-m
- Young’s modul: 110-128 GPa
- Skubemodul: 48 GPa