Базовые проводниковые материалы Материалы с высокой электропроводностью

К ним относятся медь, алюминий и благородные металлы.

Медь Общие сведения

Медь (лат. Cuprum) ‒ один из семи металлов, известных с глубокой древности. По некоторым археологическим данным ‒ медь была хорошо известна египтянам еще за 4000 лет до Рождества Христова. Знакомство человечества с медью относится к более ранней эпохе, чем с железом; это объясняется с одной стороны более частым нахождением меди в свободном состоянии на поверхности земли, а с другой ‒ сравнительной легкостью получения ее из соединений. Древняя Греция и Рим получали медь с острова Кипра (Cyprum), откуда и название ее Cuprum. Особенно важна медь для электротехники.

По электропроводности медь занимает второе место среди всех металлов, после серебра. Однако в наши дни во всем мире электрические провода, на которые раньше уходила почти половина выплавляемой меди, все чаще делают из алюминия. Сравнительная характеристика основных свойств меди и алюминия приведена в таблице 2. Алюминий хуже проводит ток, но легче и доступнее. Медь же, как и многие другие цветные металлы, становится все дефицитнее. Если в XIX в. медь добывалась из руд, где содержалось 6-9% этого элемента, то сейчас пятипроцентные медные руды считаются очень богатыми, а промышленность многих стран перерабатывает руды, в которых всего 0,5% меди.

Таблица 2

Свойства меди и алюминия

Материал	Медь	Алюминий
Общее описание	Мягкий металл красноватого оттенка	Серебристо-белый металл, отличающийся малой твердостью и другими невысокими механическими свойствами
Удельное сопротивление при 20ºС, Ом·м	1,7·10-8	2,8·10-8
Температурный коэффициент сопротивления, 1/К	4,3·10-3	4·10-3
Плотность при 20 ºС , кг/м3	8890	2700
Теплопроводность, Вт/(м·К)	400	200
Температура плавления, ºС	1083	660
Прочность при растяжении, МПа	200	80

Свойства меди

Медь - химический элемент I группы периодической системы Менделеева (приложение 1) с основными характеристиками:

- атомный номер 29;

- природная медь состоит из двух нечетных изотопов ⁶³Cu (69,09%) и ⁶⁵Cu (30,91%);

- в соединениях медь проявляет валентность: +1 (глубинные соединения, первичные сульфиды и минерал куприт - Cu₂O); +2 (все остальные минералы, около сотни); известны также немногочисленные соединения трехвалентной меди (искусственный окисел Cu₂O₃).

В сухом воздухе и кислороде при нормальных условиях медь не окисляется. Она достаточно легко вступает в реакции с галогенами, серой, селеном. А вот с водородом, углеродом и азотом медь не взаимодействует даже при высоких температурах. Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, на медь не действуют.

Медь в природе

Медь входит более чем в 200 минералов, из которых для промышленности важны только 17, преимущественно сульфидов, фосфатов, силикатов, карбонатов, сульфатов. Главными рудными минералами являются:

- сульфиды - халькопирит CuFeS₂, ковеллин CuS, борнит Cu₅FeS₄, халькозин Cu₂S;

- окислы: тенорит (CuO), куприт (Cu₂O);

- карбонаты: малахит (Сu₃(OH)₂CO₃), лазурит (Сu₂(OH)₂CO₃);

- сульфаты: халькантит, брошантит.

Чистая медь - тягучий, вязкий металл красного, в изломе розового цвета, в очень тонких слоях на просвет медь выглядит зеленовато-голубой. Эти же цвета характерны и для многих соединений меди, как в твердом состоянии, так и в растворах. Понижение окраски при повышении валентности видно из следующих двух примеров: CuCl (валентность +1) ‒ белый, Cu₂O (валентность +1) ‒ красный, CuCl₂+H₂O (валентность +2) ‒ голубой, CuO (валентность +2) ‒ черный. Карбонаты характеризуются синим и зеленым цветом при условии содержания воды, чем намечается интересный практический признак для поисков.

Содержание меди в земной коре сравнительно невелико – 0,007%. Это в 1000 раз меньше, чем алюминия, в 600 раз меньше, чем железа. Однако медь входит в состав 200 минералов. Многие из них отличаются яркой и красивой окраской. Борнит Cu₅FeS₄ и лазурит Сu₃(OH)₂CO₃ синего цвета, халькопирит CuFeS₂ золотистого, темно-зеленый малахит Сu₂(OH)₂CO₃. Главные источники меди – сульфидные руды и медистые песчаники. В Африке сосредоточены огромные залежи медистых песчаников – песчаников со значительными вкраплениями соединений меди. Разведанные запасы меди в этих странах значительно больше, чем в Чили – традиционном экспортере медной руды.