Всё, что необходимо знать про железо и медь

Все металлы обладают определенными физико-механическими свойствами, которые, собственно говоря, и определяют их удельный вес. Чтобы определить, насколько тот или иной сплав черной или нержавеющий стали подходит для производства рассчитывается удельный вес металлопроката . Все металлические изделия, имеющие одинаковый объем, но произведенные из различных металлов, к примеру, из железа, латуни или алюминия, имеют различную массу, которая находится в прямой зависимости от его объема. Иными словами, отношение объема сплава к его массе - удельная плотность (кг/м3), является постоянной величиной, которая будет характерной для данного вещества. Плотность сплава рассчитывается по специальной формуле и имеет прямое отношение к расчету удельного веса металла.

Удельным весом металла называется отношение веса однородного тела из этого вещества к объему металла, т.е. это плотность, в справочниках измеряется в кг/м3 или г/см3. Отсюда можно вычислить формулу как узнать вес металла. Чтобы это найти нужно умножить справочное значение плотности на объем.

В таблице даны плотности металлов цветных и черного железа. Таблица разделена на группы металлов и сплавов, где под каждым наименованием обозначена марка по ГОСТ и соответствующая ей плотность в г/см3 в зависимости от температуры плавления. Для определения физического значения удельной плотности в кг/м3 нужно табличную величину в г/см3 умножить на 1000. Например, так можно узнать какова плотность железа - 7850 кг/м3.

Наиболее типичным черным металлом является железо. Значение плотности - 7,85 г/см3 можно считать удельным весом черного металла на основе железа. К черным металлам в таблице относятся железо, марганец, титан, никель, хром, ваннадий, вольфрам, молибден, и черные сплавы на их основе, например, нержавеющие стали (плотность 7,7-8,0 г/см3), черные стали (плотность 7,85 г/см3) в основном используют , чугун (плотность 7,0-7,3 г/см3). Остальные металлы считаются цветными, а также сплавы на их основе. К цветным металлам в таблице относятся следующие виды:

− легкие - магний, алюминий;

− благородные металлы (драгоценные) - платина, золото, серебро и полублагородная медь;

− легкоплавкие металлы – цинк, олово, свинец.

Таблица. Удельный вес металлов, свойства, обозначения металлов, температура плавления
Наименование металла, обозначение	Атомный вес	Температура плавления, °C	Удельный вес, г/куб.см
Цинк Zn (Zinc)	65,37	419,5	7,13
Алюминий Al (Aluminium)	26,9815	659	2,69808
Свинец Pb (Lead)	207,19	327,4	11,337
Олово Sn (Tin)	118,69	231,9	7,29
Медь Cu (Сopper)	63,54	1083	8,96
Титан Ti (Titanium)	47,90	1668	4,505
Никель Ni (Nickel)	58,71	1455	8,91
Магний Mg (Magnesium)	24	650	1,74
Ванадий V (Vanadium)	6	1900	6,11
Вольфрам W (Wolframium)	184	3422	19,3
Хром Cr (Chromium)	51,996	1765	7,19
Молибден Mo (Molybdaenum)	92	2622	10,22
Серебро Ag (Argentum)	107,9	1000	10,5
Тантал Ta (Tantal)	180	3269	16,65
Железо Fe (Iron)	55,85	1535	7,85
Золото Au (Aurum)	197	1095	19,32
Платина Pt (Platina)	194,8	1760	21,45

Таблица удельного веса сплавов металлов

Удельный вес металлов определяют чаще всего в лабораторных условиях, но в чистом виде они весьма редко применяются в строительстве. Значительно чаще находится применение сплавам цветных металлов и сплавам черных металлов, которые по удельному весу подразделяют на легкие и тяжелые.

Легкие сплавы активно используются современной промышленностью, из-за их высокой прочности и хороших высокотемпературных механических свойств. Основными металлами подобных сплавов выступают титан, алюминий, магний и бериллий. Но сплавы, созданные на основе магния и алюминия, не могут использоваться в агрессивных средах и в условиях высокой температуры.

В основе тяжелых сплавов лежит медь, олово, цинк, свинец. Среди тяжелых сплавов во многих сферах промышленности применяют бронзу (сплав меди с алюминием, сплав меди с оловом, марганцем или железом) и латунь (сплав цинка и меди). Из этих марок сплавов производятся архитектурные детали и санитарно-техническая арматура.

Ниже в справочной таблице приведены основные качественные характеристики и удельный вес наиболее распространенных сплавов металлов. В перечне представлены данные по плотности основных сплавов металлов при температуре среды 20°C.

Список сплавов металлов	Плотность сплавов (кг/м 3)
Адмиралтейская латунь - Admiralty Brass (30% цинка, и 1% олова)	8525
Алюминиевая бронза - Aluminum Bronze (3-10% алюминия)	7700 - 8700
Баббит - Antifriction metal	9130 -10600
Бериллиевая бронза (бериллиевая медь) - Beryllium Copper	8100 - 8250
Дельта металл - Delta metal	8600
Желтая латунь - Yellow Brass	8470
Фосфористые бронзы - Bronze - phosphorous	8780 - 8920
Обычные бронзы - Bronze (8-14% Sn)	7400 - 8900
Инконель - Inconel	8497
Инкалой - Incoloy	8027
Ковкий чугун - Wrought Iron	7750
Красная латунь (мало цинка) - Red Brass	8746
Латунь, литье - Brass - casting	8400 - 8700
Латунь, прокат - Brass - rolled and drawn	8430 - 8730
Легкиесплавыалюминия - Light alloy based on Al	2560 - 2800
Легкиесплавымагния - Light alloy based on Mg	1760 - 1870
Марганцовистая бронза - Manganese Bronze	8359
Мельхиор - Cupronickel	8940
Монель - Monel	8360 - 8840
Нержавеющая сталь - Stainless Steel	7480 - 8000
Нейзильбер - Nickel silver	8400 - 8900
Припой 50% олово/ 50% свинец - Solder 50/50 Sn Pb	8885
Светлый антифрикционный сплав для заливки подшипников = штейн с содержанием 72-78% Cu - White metal	7100
Свинцовые бронзы, Bronze - lead	7700 - 8700
Углеродистая сталь - Steel	7850
Хастелой - Hastelloy	9245
Чугуны - Cast iron	6800 - 7800
Электрум (сплав золота с серебром, 20% Au) - Electrum	8400 - 8900

Представленная в таблице плотность металлов и сплавов поможет вам посчитать вес изделия. Методика вычисления массы детали заключается в вычислении ее объема, который затем умножается на плотность материала, из которого она изготовлена. Плотность - это масса одного кубического сантиметра или кубического метра металла или сплава. Рассчитанные на калькуляторе по формулам значения массы могут отличаться от реальных на несколько процентов. Это не потому, что формулы не точные, а потому, что в жизни всё чуть сложнее, чем в математике: прямые углы - не совсем прямые, круг и сфера - не идеальные, деформация заготовки при гибке, чеканке и выколотке приводит к неравномерности ее толщины, и можно перечислить еще кучу отклонений от идеала. Последний удар по нашему стремлению к точности наносят шлифовка и полировка, которые приводят к плохо предсказуемым потерям массы изделия. Поэтому к полученным значениям следует относиться как к ориентировочным.

Медь и железо входят в группу металлов. Поэтому общими признаками для них являются характерный блеск, пластичность, твердость. Оба они хорошие проводники тепла и электричества, что объясняется высокой подвижностью электронов. Оба являются переходными. Однако от объединяющих свойств перейдем к тому, чем отличаются медь и железо.

Некоторые сведения

Номер этого элемента в таблице Менделеева – 29. Буквенное обозначение – Cu. Медь входит в небольшое число металлов, о которых человек узнал раньше всего. Широкое освоение медь получила еще в древности из-за своей доступности, связанной с получением из руды. При работе с деревом медные орудия превосходили каменные.

Медь

Атомный номер элемента – 26. Символ – Fe. Железо находится в числе лидирующих по распространению в земной коре металлов (его опережает только алюминий). Изделия из железа производились еще с древнейших времен.

Железо

Сравнение

А теперь рассмотрим непосредственно отличие меди от железа:

1. Цвет. Железо бело-серебристое, что ставит его в один ряд с большинством металлов. Медь же относится к четверке металлов-исключений, имеющих явный цветовой оттенок. У меди он золотисто-розовый, а при контакте с воздухом металл темнеет до желто- или оранжево-красного.
2. Атомная масса. Эта величина, важная для стехиометрических расчетов, у меди больше – 63,5 а. е. м. Значение у железа – 55,8 а. е. м.
3. Температура плавления. Железо переходит в жидкое состояние при температуре 1539 °С. У меди показатель ниже – 1083 °С.
4. Теплопроводность у меди лучше. То же самое касается и электропроводности – у меди она выше, чем у железа, почти в шесть раз. Благодаря такой способности проводить ток медь широко используется в электропромышленности.
5. Магнитные свойства. У железа они ярко выражены, а у меди отсутствуют.
6. По прочности железо превосходит медь.
7. Удельное сопротивление. По этому показателю выигрывает железо.
8. В самородном виде медь в природе встречается чаще. Железо в чистом виде – редкость.
9. Железо очень восприимчиво к окислению и ржавеет, что называется, насквозь. Медь же характеризуется автозатуханием процессов коррозии. Это свойство меди с успехом используется, к примеру, в архитектуре – кровли и фасады из металла могут прослужить безаварийно до 150 лет.
10. Медь более дорогой металл.

Таковы основные критерии, поясняющие, в чем разница между медью и железом.

(Cu) - металл красного цвета, имеет высокую пластичность, то есть способность деформироваться, при этом не ломаясь. Чистая медь – отличный проводник тока. По проводимости она занимает третье место после золота и серебра.

Медь отлично проводит тепло. При контакте с горячей поверхностью очень быстро нагревается, поэтому не рекомендуется её использовать для переноса горячих предметов.

Чистая медь хорошо окисляется. При длительном пребывании в воде на её поверхности образуется зеленоватый налёт, - это гидроксид меди Cu(OH) 2 и карбонат меди CuCO 3 .

Чистая медь на воздухе быстро покрывается тонкой плёнкой тёмного оксида меди CuO, которая предохраняет её от дальнейшего разрушения. Разбавленная серная кислота и медь практически не реагируют, но концентрированная серная кислота и медь легко взаимодействуют друг с другом с образованием голубого раствора медного купороса CuSO 4 (используем для напыления деревьев), ядовитого сернистого газа SO 2 и воды.

При нагревании меди на воздухе происходит интенсивное окисление. Изделие из меди чернеют, покрываясь слоем оксида меди (II) CuО. При нагреве медных изделий до температуры свыше 1000 °С образуется другой оксид - Cu 2 О.

Находясь долгое время на воздухе, чистая медь покрывается плёнкой малахита, образующегося по химической реакции
2Cu+О 2 +Н 2 О+СО 2 =(CuОН) 2 СО 3 . Именно этому веществу обязаны своим цветом бронзовые памятники и старые крыши городов Западной Европы.

Все соли меди ядовиты. Поэтому не рекомендуется использовать её при приготовлении или употреблении пищи. Азотная кислота и медь реагируют постепенно: сначала чистая медь окисляется до окисла меди, а после реагирует, образуя двуокись азота (NO 2), нитрат меди Cu(NO 3) 2 – голубоватый раствор и воду. Двуокись азота (NO 2) – ещё знакомо это вещество под названием “бурый газ”. Соляная кислота и чистая медь реагируют только при нагревании. Сначала чистая медь окисляется до оксида меди, а дальше образуется зеленоватый хлорид меди CuCl 2 и вода.

С медным купоросом Вам приходилось сталкиваться и в домашних условиях: он представляет собой кристаллики синего цвета, хорошо растворимые в воде. Сама молекула медного купороса уже содержит воду (5 молекул воды соединены с 1 молекулой медного купороса). Если нагреть синие кристаллики, то вскоре мы увидим, что они теряют свою форму и цвет, превращаясь в рыхлую белую безводную массу (безводный сульфат меди CuSO 4).

Медь влияет на цвет и окраску некоторых минералов, таких как малахит (от светло-голубого до тёмно-зелёного цвета), диоптаз (изумрудно-зелёный) и др.

Чистое железо

Что касается чистого железа, то оно используется, в основном, как катализатор в химических реакциях.

Определить наличие ионов железа (2-х или 3-х валентного) можно с помощью Качественной реакции

Железо образует 3 различных оксида железа , отличающихся степенью окисления железа и цветом химического соединения и его активностью.

Для человека медь является очень важным веществом. В организме она концентрируется в мышцах и костях, в мозге, крови, печени и почках. Поэтому, при ее нехватке возможен сбой работы всех жизненно важных органов.
Медь принимает участие в построении необходимых белков и ферментов, в процессах роста клеток и тканей. Она необходима для процесса кроветворения, без меди организму практически невозможно превращать железо в гемоглобин.

Кроме того, медь снабжает клетки веществами, которые необходимы для нормального обмена: она транспортирует железо из печени, при ее нехватке переносить железо будет некому, оно будет накапливаться, а это может привести к серьёзными последствиями.

Медь делает крепкими и здоровыми наши кости. Людям, которые страдают хрупкостью костей, бывает достаточно начать употреблять добавки с медью, чтобы прекратить переломы. Благодаря меди кровеносные сосуды долго остаются прочными и , так как она способствует образованию эластина.

Вместе с витамином С медь поддерживает иммунную систему, помогает ей защищать организм от инфекций. Упругость и эластичность кожи обеспечивается присутствием , в составе которого тоже есть медь.

Этот микроэлемент стимулирует активность гормонов гипофиза, поддерживая работу эндокринной системы. Медь нормализует процесс пищеварения, защищая пищеварительную систему от различных повреждений и воспалений.

Обычно организму достаточно меди, попадающей с продуктами , а нехватка меди чаще обусловлена природными особенностями человека или нарушением обменных процессов.

Много меди содержат орехи, сырой яичный желток, печень, бобовые, злаки, кисломолочные , овощи, фрукты и ягоды. Медь присутствует в свежем мясе, рыбе, морепродуктах, сое, ржаном хлебе, спарже и картофеле. Достаточно много этого микроэлемента в укропе, лапчатке прямостоячей, сушенице, марене красильной, листьях чайного куста, лобелии. Питьевая вода также содержит медь – около 1 мг на литр.

Людям с темными волосами нужно больше меди, чем светловолосым, так как она необходима для поддержания цвета волос. Нехватка ее проявляется ранней сединой.

Среди необходимых микроэлементов железо является одним из самых важных. Без него не может происходить образование миоглобина и гемоглобина. Многие ферменты образуются с участием железа, оно регулирует работу иммунной системы. Практически все биохимические процессы в наших клетках протекают с участием железа.

Этот незаменимый микроэлемент помогает работе щитовидной железы, поддерживает высокий уровень иммунной защиты. Железо способствует выведению токсинов, участвует в процессах регенерации, оно улучшает состояние кожи, волос и ногтей.

С его помощью контролируется синтез ДНК и холестериновый обмен, протекают окислительно-восстановительные реакции, замедляется образование свободных радикалов.

Обычное сбалансированное питание полностью обеспечивает человека необходимым количеством железа, но его нехватку все-таки испытывают многие люди, так как усвоение железа происходит по-разному.

Железо, которое в красном мясе, называется «органическим», оно усваивается лучше, чем «неорганическое» железо из растений. Всасывание железа в кишечнике замедляется в присутствии щавелевой и фитиновой кислот. Наоборот, лучшему усвоению железа помогают витамины группы В и С.

Основные источники железа - говяжья и телячья печень, рыба, яйца, моллюски, патока, сушеные грибы, какао, крупа, зерна ржи и пшеницы. Довольно много железа в луке, сельдерее, петрушке, в ботве репы, моркови, в салате, щавеле, крапиве, цветной и белокочанной капусте, фасоли, горохе, чечевице, огурцах и помидорах, хрене и чесноке.

Меньшее количество этого элемента содержат земляника, клубника, абрикосы, яблоки, персики, груши, черника, вишня, малина, смородина, сливы, свекла, тыква, картофель.

Дефицит железа может привести к анемии, сильной утомляемости, понижению способности к обучению, чувствительности к холоду, к потере работоспособности и выносливости, нарушению работы щитовидной железы, мышечной слабости, деформации ногтей, потере вкуса и нервным расстройствам.

Сталь получают из железа. Из нее делают множество предметов - от нефтяных вышек до канцелярских скрепок. Наряду с 80 чистыми металлами людям известно немало сплавов - смесей металлов, качества которых отличаются от качеств чистых металлов. Башенные краны, мосты, другие сооружения делают из стали, содержащей до 0,2% углерода. Углерод делает сталь прочнее, причем она сохраняет ковкость. Сталь покрывают краской для защиты от коррозии.

Железо и сталь

Важнейшие металлы и сплавы

Алюминий . Очень легкий серебристо-белый металл, не подверженный коррозии. Его получают из бокситов путем электролиза. Из алюминия делают электропровода, самолеты, корабли (см. статью « «), автомобили, банки для напитков, фольгу для приготовления пищи. Алюминиевые банки для напитков очень легкие и прочные.

Латунь . Ковкий сплав меди и цинка. Из латуни делают украшения, орнаменты, музыкальные инструменты, винты, кнопки для одежды.

Бронза . Известный с древнейших времен ковкий, не подверженный коррозии сплав меди и олова.

Кальций . Мягкий серебристо-белый металл. Входит в состав известняка и мела, а также костей и зубов животных. Кальций в человеческом организме содержится в костях и зубах. Он использует­ся в производстве цемента и высоко качественной стали.

Хром . Твердый серый металл. Ис­пользуется в производстве нержавеющей стали. Хромом покрывают металлические изделия в защитных целях и для придания им зеркального блеска.

Медь . Ковкий красноватый металл. Из меди делают электропровода, резервуары для горячей . Медь входит в со­став латуни, бронзы, мельхиора.

Мельхиор . Сплав меди и никеля. Из него делают почти все «серебряные» монеты.

Золото . Мягкий неактивный ярко-желтый металл. Используется в и в ювелирном деле.

Железо . Ковкий серебристо-белый ферромагнетик. Добывается в основном из руды в доменных печах. Используется в инженерных конструкциях, а также в производстве стали и сплавов. В нашей тоже есть железо.

Свинец . Тяжелый ковкий ядовитый синевато-белый металл. Добывается из минерала гале­нита. Из свинца делают электрические батареи, крыши и экраны, защищающие от рентгеновских лучей.

Магний . Легкий серебри­сто-белый металл. Горит ярко-белым пламенем. Используется для сигнальных огней и фейерверков. Входит в состав легких сплавов. В праздничных ракетах есть магнии и другие металлы.

Ртуть . Тяжелый серебристо-белый ядовитый жидкий металл. Используется в термометрах, входит в состав зубной амальгамы и взрывчатых веществ.

Платина . Ковкий се­ребристо-белый неактивный металл. Ис­пользуется в качестве катализатора, а так­же в электронике и в производстве ювелирных изделий. Платина не вступает в реакции. Из нее делают украшения.

Калий . Легкий серебристый металл. Очень химически активен. Калиевые соединения входят в состав удобрений.

Припой . Сплав олова и свинца. Плавится при сравнительно низкой температуре. Используется для спайки проводов в электронике.

Натрий . Мягкий серебристо-белый хими­чески активный металл. Входит в состав поваренной . Используется в производстве натриевых ламп и в химической промышленности.

Олово . Мягкий ковкий серебристо-белый металл. Слоем олова сталь защищают от коррозии. Входит в состав таких сплавов, как бронза и припой.

Титан . Прочный белый ковкий металл, не подверженный коррозии. Из титановых сплавов делают космические аппараты, са­молеты, велосипеды.

Вольфрам . Твердый серовато-белый металл. Из него изготавливают нити ламп накаливания и детали электронных приборов. Из стали с Нить вольфрамом делают накаливания режущие инструменты.

Серебристо-белый радиоактивный металл, источник ядерной энергии. При­меняется при создании ядерного оружия.

Ванадий . Твердый ядовитый белый металл. Придает прочность стальным сплавам. Используется как катализатор при производстве серной кислоты.

Цинк . Синевато-белый металл. Добывает­ся из цинковой обманки. Используется для гальванизации железа, производства электробатареек. Входит в состав латуни.

Переработка металлов

Переработка - это повторное использование сырья, способ сохранить природные ресурсы. Металлы легко поддаются переработке, т.к. их можно переплавить и получить металл такого же качества, как и тот, что получается непосредственно из руды. Переплавлять сталь и алюминий несложно и выгодно. Медь, олово, свинец также подвергают­ся переплавке. Железные и стальные предметы можно извлечь из кучи отходов при помощи сильного магнита. Большую часть стали для переработки добывают из старых автомобилей и станков, но часть ее получают из фабричных металлических опилок и даже бытовых отходов. Стальной лом смешивают с расплавленным железом и получают новую сталь.

Алюминий - не ферромагнетик, но алюминиевые отходы можно отделить от железного лома при помощи электромагнита. Больше половины банок для напитков делают из алюминия, полученного пу­тем переработки. Чтобы узнать, сделана банка из стали или алюминия, возьми магнит. К стальной банке он прилипнет, а к алюминиевой - нет. Переработка металлолома требует значительно меньше , чем получение металла из руды, и отходов при переработке меньше. Теоретически металл можно перерабатывать сколько угодно раз. Для переработки алюминиевых банок необходимо в 20 раз меньше энергии, чем для производства нового алюминия.