铜的性质及用途

    铜，门捷列夫周期表第一族化学元素。铜的拉丁语名称是 Cuprum (Cu)。纯铜为紫红色。铜是人类认识并应用最早的金属之一。它的问世要比铁早1500年，比锌早1600多年，比铝早3000多年，因此，有人把铜称为金属中的“元老”。铜的熔点为1083℃，沸点是2310℃，纯铜的延展性极好，一滴水大小的纯铜，可以被拉成长达2000米的细丝，或者被压延成比床面还要宽的几乎透明的箔片。我国是最早使用铜器的国家之一。我国新石器时代晚期开始使用。夏代已进入青铜时代。湖北大冶铜录山是世界上最早竖炉炼铜的古遗址。当时是采用孔雀石为原料，木炭做还原剂，通过火法鼓风熔炼得到高纯铜的。我国又是世界上最早使用湿法炼铜的国家。

◆ 基本性质
原子序数 29
外观 红棕色金属
地壳中含量 0.0045 %
◆ 原子性能
原子量 (摩尔量) 63.546原子质量单位(g/mol)
原子半径 1.28 Å
电离能(一次电子) 745.0 (7.72) kJ/mol(eV)
电子排列 [Ar] 3d10 4s1
◆ 化学属性
共价半径 1.17 Å
离子半径 (+2e) 0.72 (+1e) 0.96 Å
负电性(波林格) 1.90
电极电位 0
氧化度 2, 1
◆ 物理属性
密度 8.96g/cm3
比热 0.385J/(K·mol)
传热性 401 W/(m·K)
熔化温度 1356.6 K
熔化热 13.01 кJ/моl
沸腾温度 2840 K
汽化热 304.6кJ/моl
克分子容积 7.1 сm³/моl
◆ 晶格
晶格结构 立方面心结构
晶格间距 3.610Ǻ
杰拜温度 315.00 K

    铜一词起源于波兰语miedz和捷克语med。主要有两种解释，一种是古德国的smida — 金属(意指德国、英国、荷兰、瑞典及丹麦的铁匠— Schmied, smith, smid, smed)；另一种是希腊的“含金属矿” — 矿山或矿场。当今的“铜”与“金属”的来历便源于这两种词义。

    拉丁语名称 Cuprum 源于塞浦路斯岛，早在公元前三世纪，在塞浦路斯岛就已经开采铜矿山并从事铜冶炼。当时的古罗马公民将铜称之为cypriumaes — 意指来自塞浦路斯的金属，后来，拉丁语中的cyprium便衍变为cuprum。

    铜是优良的导电体和导热体，特别是，铜的导电和导热性除略逊于银以外，是所有金属中最好的。铜电导率为银的94%，热导率为银的73.2%。铜在干燥空气中不氧化，在含有二氧化碳的湿空气中表面形成一层铜绿；与碱溶液反应很慢，但易与氨形成配合物。铜的标准电极电势为+0.337伏，铜不能置换酸溶液中的氢，但溶于有氧化作用的酸中。二价铜的电化当量为0.0003294克/库仑。

    铜与金和银在元素周期表中同属一族，因而具有与贵金属相似的优异物理和化学性能。它塑性好、易加工、耐腐蚀、无磁性、美观耐用。工程上，把退火纯铜的导电性规定为100％，其它材料与它对比进行标定，称为IACS值（国际退火铜标准值）。因为铜的导电性对微量杂质很敏感，所以在生产上可以用IACS值作为铜纯度的一个指标。高纯铜的IACS值可达 101.5％。高纯铝（99.996％）和工业纯铝（99.5％）的IACS值分别为64.94％和 59％。也就是说，在电气工程应用中，铜材的导电性比铝材高35％以上。

    铜能与其它许多金属形成合金。例如，铜与锌的合金称为黄铜，铜与镍的合金 称为白铜，铜与铝、锡等元素形成的合金称为青铜等等。铜中加入合金元素，可以 提高其强度、硬度、弹性、易切削性、耐磨性以及抗腐蚀等方面的性能，用以满足 不同的使用要求。在所有金属中，铜的再生性能最好。废铜是铜工业的一个重要原料来源。

    铜系列相关名词

    紫铜：紫铜即纯铜，呈玫瑰红色，因表面形成氧化铜膜呈紫色而得名。通常由电解法制得，也称电解铜。有时为改善材质和性能，加入少量脱氧元素，如无氧铜、磷脱氧铜也归入纯铜中。

    黄铜：以锌为主要添加元素的铜基合金。其外观颜色随含锌量的增加由金黄变成浅黄，故名黄铜。

    白铜：以镍为主要添加元素的铜基合金。因其外观为银白色而得名。

    青铜：以锌、镍以外的元素为主要添加元素的铜基合金，也可以说是除了黄铜和白铜以外的铜基合金。因其外观颜色为青灰色而得名。

    铜的资源

    自然界中的天然铜矿石很少，它都是以化合物形态存在于多金属的矿石中。至今已经发现的铜矿物有近180种。分布最广的铜矿物主要是硫化物铜矿石和氧化物铜矿石，全世界的铜产量大部分是从处理硫化物铜矿石得到的。自然界中主要有黄铜矿、辉铜矿和孔雀石等。

    铜的制取

    金属铜的生产有火法及湿法二种。火法炼铜是以铜精矿为原料，经过焙烧、熔炼、吹炼、精炼而生产电解铜。湿法炼铜是用溶剂浸出铜矿石或精矿，而后从浸出液中提取铜的。主要过程包括浸出、净化、提取等工序。目前世界上湿法炼铜的产量约占总量的12%。该法主要用于处理氧化铜矿。

    铜的用途

    铜容易与锌、铅、镍、铝和钛组合成合金。铜及其合金被广泛地应用于电器、机械、车辆、船舶工业民用器具等方面，是现代工业、农业、国防和科学技术不可缺少的有色金属。

    世界上每年生产的铜约有一半用于电气工业，因此铜被人们称为电气化的支柱。制造电线、电开关、电铃、电扇和电话等都需要铜。在机械工业中，铜可用于生产开关、阀门、轴承、轴瓦、泵类以及高压蒸气设备等。在军事工业中，铜广泛用于制造各种炮弹、子弹、舰船上的冷凝器、热交换器以及航空仪表中的各种弹性元件等。铜的盐类是化学、制革、染织、农药等生产部门的重要原料。

    铜在生命系统中有重要作用，人体中有30多种蛋白质和酶含有铜元素，现已知铜的最重要生理功能是人血清中的铜蓝蛋白，它有催化铁的生理代谢过程功能。铜还可以提高白细胞消灭细菌的能力，增强某些药物的治疗效果。铜虽然是生命攸关的元素，但如果摄入过多，会引起多种疾病。

    工业纯铜的性质、分类及用途

    纯铜外观呈玫瑰紫色，又称紫铜，相对密度8,.9，熔点1083℃，具有面心立方晶格，无同素异构转变。纯铜有优良的导热性，仅次于银而居第二位，具有高塑性σ=50%，ψ=70%，强度低σ0=240Mpa，可加工成板、带、线材，还可加铜箔。纯铜在常温下与干燥或湿润空气均不起氧化作用，但在含CO2的潮湿空气中，表面将产生性碳酸盐的绿色薄膜【CuCO3.Cu(OH)2或 2CuO3 . Cu(OH)s】，又称铜锈、铜绿。工业纯铜中常含0.1%~0.5 %的杂质。当铜与低熔点杂质形成共晶体时，如(Cu + Pb)，(Cu + Bi)，在热加工时产生热脆性。当铜与硫、氧形成共晶体时，如(Cu + Cu2S)，(Cu + Cu2O)，在冷加工时易产生脆断，称为冷脆性。

    根据工业纯铜中杂质含量多少，我国工业纯铜有四个牌号：T1 (99.95%Cu)、T2 (99.90%Cu)、T3 (99.7%Cu)、T4 (99.5%Cu)。

    工业纯铜按氧的含量和生产方式不同还可以分成以下三类：