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/copper/
条目作者米绪军黄国杰
条目作者米绪军

米绪军

黄国杰

黄国杰

最后更新 2023-04-04
浏览 552
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化学元素,元素符号为Cu,周期系IB族元素,原子量63.54。

英文名称
copper
所属学科
材料科学与工程

铜是人类最早使用的金属之一。早在公元前8000年的新石器时代,铜作为石头的替代品被首次使用,并用获取的铜制造武器、工具和其他器皿,铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。中国使用铜的历史年代悠久,大约在六七千年以前发现并开始使用铜。公元前4000年,埃及首次对铜进行铸造,在公元前3500年,用火与木炭将矿石冶炼成金属,并有意地添加锡做成青铜合金。

马首铜像马首铜像

铜是一种存在于地壳和海洋中的金属。铜在地壳中的含量约为0.01%,在个别铜矿床中,铜的含量可以达到3%~5%。自然界中的铜多数以化合物即铜矿石存在。从铜矿中开采出来的铜矿石,经过选矿成为含铜品位较高的铜精矿或者铜矿砂,铜精矿需要经过冶炼提纯才能成为精铜及铜制品。最早的铜矿石来源是孔雀石。世界铜矿资源比较丰富,已探明的铜约为3.5亿~5.7亿吨,其中斑岩铜矿约占全部总量的76%,但可开采的矿藏相对稀少。智利安第斯山脉的含铜斑岩矿床是已知最大的铜矿床,21世纪初智利已经成为世界领先的铜生产地,其他主要生产地包括秘鲁、美国和澳大利亚。

铜还广泛分布于生物组织中,大部分以有机复合物存在。铜是人体必需的微量矿物质,是机体内蛋白质和酶的重要组成部分,许多重要的酶需要微量铜的参与和活化。铜在人体内有助于促进血红蛋白的形成。

铜的密度为8.92克/厘米3,熔点1083℃,常温下单质呈紫红色。延展性好,导热性和导电性高。铜的化学稳定性较强,抗拉强度大,耐腐蚀、可塑性好,易加工、无磁性。能与锌、锡、铅、锰、镍、铝、铁等金属形成合金,进一步提高其强度、硬度、弹性、易切削性、耐磨性和抗腐蚀性等性能。

铜在电位序上低于氢,因此不能置换稀酸中的氢,铜会被硝酸、浓硫酸(需加热)等氧化性酸氧化而溶解。铜能抵抗大气和海水的侵蚀,在潮湿的空气中放久后,铜表面会慢慢生成一层铜绿(碱式碳酸铜),铜绿可防止金属进一步腐蚀。铜在加热时会与氧气反应生成黑色的氧化铜(CuO),在更高的温度会生成红色的氧化亚铜(Cu2O)。加热时,铜与硫直接反应生成硫化亚铜(Cu2S)。

铜形成化合物铜常见的价态是一价(+1)和二价(+2),在特殊情况下可以制备出三价铜的化合物。一价铜通常称为亚铜,常见的一价铜化合物包括氯化亚铜(CuCl)、Cu2O、Cu2S。二价铜是铜常见价态,它可以和绝大部分常见的阴离子形成盐,如硫酸铜式(CuSO4)、碱式碳酸铜(又称铜绿),氯化铜(CuCl2)和硝酸铜[Cu(NO3)2]也是重要的铜盐。二价铜可以形成一系列的配离子,如蓝色的 [Cu(H2O)4]2+、黄绿的(CuCl4)2-、深蓝的 [Cu(NH3)4]2+等。

铜的冶炼一般分为火法炼铜和湿法炼铜。火法炼铜是通过熔融冶炼和电解精火炼生产出阴极铜,也即电解铜,一般适于高品位的硫化铜矿。湿法炼铜一般适于低品位的氧化铜,生产出的精铜称为电积铜。铜可用于制造多种合金,铜的主要合金有黄铜(铜和锌)、青铜(铜和锡)、白铜(铜和镍)等。

铜及铜合金具有优良的导电性、导热性、延展性和可塑性,用作导电和导热材料广泛应用于房屋建筑业、电子电器产品、工业机器和设备、交通车辆及日常和军用品等领域,铜还以各种化合物的形式应用于农药、轻工、化工及医疗方面。


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