Kontynuujemy przegląd niektórych z najważniejszych materiałów w obróbce cieplnej i metalurgii.
Miedź (Symbol chemiczny: Cu)
Miedź jest miękkim, plastycznym i ciągliwym metalem o bardzo wysokiej przewodności cieplnej i elektrycznej. Czysta miedź ma kolor czerwono-pomarańczowy (rys. 1), a po utlenieniu staje się jaskrawo zielono-niebieska (rys. 2).
Miedź jest jednym z najważniejszych pierwiastków w historii metalurgii. Był to pierwszy metal, który został użyty przez człowieka. Miedź była wytapiana z rudy około 5000 lat p.n.e., odlewana w kształty około 4000 lat p.n.e. i była pierwszym metalem, który został stopiony z cyną w celu stworzenia brązu w 3500 roku p.n.e., co wyznaczyło początek epoki brązu.
Egipcjanie używali jej do produkcji narzędzi rolniczych, takich jak motyki i sierpy, a także naczyń kuchennych, naczyń i narzędzi rzemieślniczych, takich jak piły, dłuta i noże. Egipcjanie robili również lustra i brzytwy z miedzi i produkowali zielony i niebieski makijaż z malachitu i azurytu, dwóch związków miedzi o genialnych zielonych i niebieskich kolorach.
Rzymianie używali jej na szeroką skalę do produkcji monet i ozdób architektonicznych. W pewnym momencie Rzymianie produkowali prawie 17 000 ton miedzi rocznie, więcej niż byłoby produkowane ponownie do czasu rewolucji przemysłowej w Europie.
W nowoczesnej metalurgii, miedź jako środek stopowy zwiększa odporność na korozję niektórych kwasów i promuje mikrostrukturę austenityczną. Może być również dodany do zmniejszenia pracy hartowania w stali nierdzewnej w celu poprawy obrabialności i poprawy formowalności. Wysoka przewodność elektryczna i cieplna miedzi wynika z jej struktury atomowej. W obrębie siatki atomu miedzi, chmura wolnych elektronów jest dostępna dla transferu prądu elektrycznego. Ta sama chmura elektronów wspomaga również efektywne przenoszenie energii cieplnej. Atom miedzi jest dość podobny do atomu złota lub srebra, które razem z miedzią tworzą grupę w układzie okresowym pierwiastków.
Miedź jest niezbędna dla wszystkich organizmów żywych jako pierwiastek śladowy. U ludzi miedź znajduje się głównie w wątrobie, mięśniach i kościach, a ciało dorosłego człowieka zawiera od 1,4 do 2,1 mg miedzi na kilogram masy ciała. Zdrowy człowiek ważący 60 kg zawiera około 0,1 g miedzi. U mięczaków i skorupiaków miedź jest składnikiem barwnika krwi – hemocyaniny, zastępowanej przez hemoglobinę złożoną z żelaza u ryb i innych kręgowców. Jednakże, ta niewielka ilość jest niezbędna dla ogólnego dobrobytu człowieka.
Przeciętny dom zawiera 400 funtów miedzi, która jest używana do instalacji elektrycznej, rur i urządzeń. Przeciętny samochód ma 50 funtów miedzi, a Statua Wolności (Rys. 3) zawiera ponad 89 ton miedzi. U.S. Geological Survey (USGS) szacuje, że każdy Amerykanin urodzony w 2008 roku zużyje 1,309 funtów miedzi w ciągu swojego życia na potrzeby, styl życia i zdrowie.
Oto kilka ważnych faktów na temat miedzi.
- Liczba atomowa: 29
- Punkt topnienia: 1084,62°C
- Punkt wrzenia: 2562°C
- Gęstość w pobliżu RT: 8,96 g/cm3
- Ciepło syntezy: 13,26 kJ/mol
- Ciepło parowania: 300,4 kJ/mol
- Molarna pojemność cieplna: 24,440 J/mol-K
- Rozszerzalność termiczna w RT: 16.5 µm/(m-K)
- Przewodność cieplna: 401 W/(m-K)
- Oporność elektryczna w RT: 16.78 nΩ-m
- Moduł Younga: 110-128 GPa
- Moduł ścinania: 48 GPa
.