Continuăm să trecem în revistă unele dintre cele mai importante materiale din tratamentul termic și metalurgie.
Cupru (simbol chimic: Cu)
Cuprul este un metal moale, maleabil și ductil, cu o conductivitate termică și electrică foarte ridicată. Cuprul pur are o culoare roșiatică-portocalie (Fig. 1) și devine verde-albastru strălucitor atunci când este oxidat (Fig. 2).
Cuprul este unul dintre cele mai importante elemente din istoria metalurgiei. A fost primul metal care a fost folosit de oameni. Cuprul a fost topit din minereu în jurul anului 5000 î.Hr., turnat în forme în jurul anului 4000 î.Hr. și a fost primul metal care a fost aliat cu staniu pentru a crea bronzul în anul 3500 î.Hr. marcând începutul Epocii Bronzului.
Egiptenii îl foloseau pentru a face unelte agricole, cum ar fi sape și securi, precum și ustensile de gătit, vase și unelte artizanale, cum ar fi ferăstraie, dălți și cuțite. Egiptenii făceau, de asemenea, oglinzi și lame de ras din cupru și produceau machiaj verde și albastru din malachit și azurit, doi compuși ai cuprului cu culori strălucitoare verzi și albastre.
Romanii l-au folosit pe scară largă pentru monede și ornamente arhitecturale. La un moment dat, romanii produceau aproape 17.000 de tone de cupru anual, mai mult decât se va mai produce până la Revoluția Industrială din Europa.
În metalurgia modernă, cuprul ca agent de aliere îmbunătățește rezistența la coroziune la anumiți acizi și promovează o microstructură austenitică. De asemenea, poate fi adăugat pentru a diminua călirea la lucru în oțelul inoxidabil pentru o mai bună prelucrabilitate și pentru a îmbunătăți capacitatea de formare. Conductivitatea electrică și termică ridicată a cuprului rezultă din structura sa atomică. În cadrul rețelei atomice de cupru, un nor de electroni liberi este disponibil pentru transferul de curent electric. Același nor de electroni îmbunătățește, de asemenea, transferul eficient de energie termică. Atomul de cupru este destul de asemănător cu un atom de aur sau de argint, care împreună cu cuprul alcătuiesc un grup în tabelul periodic al elementelor.
Cuprul este esențial pentru toate organismele vii ca oligoelement. La om, cuprul se găsește în principal în ficat, mușchi și oase, iar organismul adult conține între 1,4 și 2,1 mg de cupru pe kilogram de greutate corporală. Un om sănătos care cântărește 60 kg conține aproximativ 0,1 g de cupru. La moluște și crustacee, cuprul este un constituent al pigmentului sanguin hemocianină, înlocuit de hemoglobina complexată cu fier la pești și alte vertebrate. Cu toate acestea, această cantitate mică este esențială pentru bunăstarea generală a omului.
O casă medie conține 400 de kilograme de cupru care este folosit pentru cabluri electrice, țevi și aparate. Mașina medie are 50 de livre de cupru, iar Statuia Libertății (Fig. 3) conține peste 89 de tone de cupru. U.S. Geological Survey (USGS) estimează că fiecare american născut în 2008 va folosi 1.309 livre de cupru în timpul vieții pentru necesități, stil de viață și sănătate.
Iată câteva date importante despre cupru.
- Numărul atomic: 29
- Punctul de topire: 1084,62°C
- Punctul de fierbere: 2562°C
- Densitatea în apropierea RT: 8,96 g/cm3
- Căldura de fuziune: 13,26 kJ/mole
- Căldura de vaporizare: 13,26 kJ/mole
- Căldura de vaporizare: 300,4 kJ/mole
- Capacitate termică molară: 24,440 J/mole-K
- Dilatație termică la RT: 16.5 µm/(m-K)
- Conductibilitate termică: 401 W/(m-K)
- Rezistivitate electrică la RT: 16,78 nΩ-m
- Modulul lui Young: 110-128 GPa
- Modul de forfecare: 48 GPa
.