Varis: savybės, panaudojimas ir lydymosi temperatūra
Varis (Cuprum) - vienas iš pirmųjų metalų, kuriuos pradėjo naudoti žmogus, išsiskiriantis savo plačiu pritaikymu įvairiose srityse. Tai raudonai rusvas, kalus metalas, pasižymintis puikiu elektros ir šilumos laidumu bei mažu cheminiu aktyvumu. Šiame straipsnyje aptarsime vario savybes, jo panaudojimo būdus, svarbą organizmams, lydymosi temperatūrą bei kitus svarbius aspektus.
Istorija ir paplitimas
Žmonės varį naudojo jau 8000 m. pr. m. e. Apie 3500 m. pr. m. e. šį metalą naudojo šumerai ir egiptiečiai. Alchemikai tikėjo, kad tarp vario ir planetos Veneros egzistuoja mistinis ryšys, todėl varį ir Venerą vaizdavo tuo pačiu ženklu ♀. Šis ženklas buvo naudojamas chemikų darbuose iki pat XIX a. pradžios, kol buvo įvykdyta cheminės kalbos reforma.
Žemės plutoje vario yra apie 5,5 * 10-3 %. Gamtoje jis dažniausiai randamas sulfidinėse rūdose, tokiuose mineraluose kaip vario piritas, blizgis, kupritas ir malachitas. Didelį vario kiekį turinčių rūdų pasitaiko retai, todėl uolienos, kuriose yra tik 0,5 % vario, jau yra tinkamos perdirbimui.
Vario savybės
- Fizikinės savybės: Varis yra rausvai raudonas, minkštas, kalus ir tąsus metalas, už geležį sunkesnis. Jo tankis yra 8,9 g/cm³, o lydymosi temperatūra - 1083 °C. Varis yra puikus elektros ir šilumos laidininkas, nusileidžiantis tik sidabrui.
- Cheminės savybės: Varis yra chemiškai neaktyvus. Sausame ore jis beveik nekinta, tačiau drėgname ore jo paviršius apsitraukia žalsva Cu(OH)2·CuCO3 plėvele. Kaitinamas ore, varis sudaro vario oksidus. Jis lengvai jungiasi su halogenais, siera ir selenu, bet nereaguoja su vandeniliu. Varis reaguoja tik su stipriai oksiduojančiomis rūgštimis, tokiomis kaip azoto rūgštis ir koncentruota sieros rūgštis, kuriose susidaro mėlynos spalvos Cu2+ jonai.
Vario oksidai
Vario oksidai - tai vario junginiai su deguonimi, iš kurių svarbiausi yra:
- Vario(I) oksidas (Cu2O): Rausvai rudi kubinės gardelės kristalai, kurių lydymosi temperatūra yra 1235 °C, o tankis - 6000 kg/m3. Jis yra puslaidininkis, tirpsta NH3 koncentruotame vandeniniame tirpale, bet netirpsta vandenyje ir organiniuose tirpikliuose. Cu2O gaunamas kaitinant CuO 1100 °C temperatūroje arba redukuojant CuSO4 gliukoze ar hidrazinu šarminėje terpėje. Jis naudojamas stiklui, glazūrai, keramikai dažyti, laivams apsaugoti nuo apaugimo, kaip fungicidas ir elektros srovės lygintuvų gamyboje.
- Vario(II) oksidas (CuO): Juodi monoklininės gardelės kristalai, kurių lydymosi temperatūra yra 1200 °C (skyla), o tankis - 6450 kg/m3. Jis netirpsta vandenyje. Kaitinamas (iki 1100 °C) skyla į Cu2O ir O2. Reaguodamas su rūgštimis sudaro druskas, su NH3 vandeniniame tirpale - Cu(NH3)42, lydomas su hidroksidais - kupratus, pvz., KCuO2. CuO gaunamas CuSO4 reaguojant su KOH arba NaOH (70-90 °C) arba kaitinant Cu drožles ore 400-500 °C temperatūroje. Jis naudojamas oksidiniams katalizatoriams gaminti, stiklui, keramikai, emaliams dažyti (mėlyna, žalia ir raudona spalva), elektrolitų tirpalams gaminti, mikrocheminėje analizėje ir optinei įrangai poliruoti.
Vario gavimas
Variui gauti tinka rūdos, kuriose būna ne mažiau kaip 0,5 % Cu. Sulfidinės rūdos pirmiausia apdeginamos ore, kad pasišalintų kuo daugiau sieros. Pridėjus fliusų (pvz., SiO2), rūdos lydomos. Tuomet dalis geležies oksiduojasi į FeO, kuris su fliusais sudaro šlaką FeSiO3. Šis šlakas išplaukia į viršų, o apačioje kaupiasi šteinas Cu2S · FeS. Jis toliau lydomas konverteriuose, į kuriuos pučiamas oras. Deguonis oksiduoja geležies sulfidą ir dalį vario sulfido iki oksidų.
Taip pat skaitykite: Metos kavos virimo aparato naudojimo patarimai
Juodasis varis (98 % Cu) turi priemaišų, bloginančių mechanines bei elektrines savybes, ir nemažai tauriųjų metalų - sidabro, aukso. Visa tai atskiriama varį rafinuojant elektrolizės būdu. Juodasis varis elektrolizės vonioje būna anodu, katodas - ploni gryno vario lakštai, elektrolitas - parūgštintas vario sulfato tirpalas. Leidžiant tam tikros įtampos elektros srovę, anodas tirpsta, o ant katodo sėda grynas varis. Aktyvesnių už varį metalų jonai (pvz., Ni2+, Fe2+, Zn2+) lieka tirpale, nes jų išlydžio potencialas neigiamesnis negu vario. Mažiau aktyvūs metalai sėda į vonios dugną kaip anodinis dumblas.
Taip pat naudojamas ekologiškesnis hidrometalurginis būdas - elektrolizės būdu varis išskiriamas iš rūdos tirpalo praskiestoje sieros rūgštyje arba amoniako tirpale.
Vario panaudojimas
Varis yra plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose dėl savo puikių savybių:
- Elektrotechnika: Daugiau kaip 50 % vario sunaudojama elektrotechnikos pramonėje (folija, laidai, elektriniai kontaktai, kabeliai). Varis yra pagrindinis metalas laidų, kabelių, šynų, kontaktų ir kitų srovei laidžių detalių gamybai.
- Lydiniai: Daug vario naudojama lydiniuose, nes jis gerai tirpsta kituose metaluose. Svarbiausi vario lydiniai yra bronza (vario ir alavo lydinys) ir žalvaris (vario ir cinko lydinys). Bronza pasižymi dideliu atsparumu korozijai, o žalvaris yra geltonos spalvos, atsparus korozijai lydinys.
- Statyba: Varis (cheminis simbolis Cu) plačiai naudojamas statybų pramonės srityje: vamzdynų sistemose, stogų dangose ir elektros instaliacijose. Vieno vidutinio dydžio privataus gyvenamojo namo elektros instaliacijos sistemos įrengimui gali būti panaudota apie 10-20 kilogramų vario.
- Kasdieninė buitis: Didesni vario kiekiai randami šaldytuvuose (~0,5 kg).
- Transportas ir medicina: Varis plačiai naudojamas įvairių transporto priemonių bei medicininės įrangos gamyboje.
- Chemijos pramonė: Varis naudojamas chemijos pramonėje.
- Juvelyrika ir dekoratyvinė apdaila: Varis naudojamas juvelyrikoje, įvairiems lydiniams gaminti, dangoms, papuošalams, dekoratyvinei apdailai.
Vario svarba organizmams
Varis yra būtinas mineralinis elementas, reikalingas visiems aukštesniesiems augalams, gyvūnams ir žmonėms jų gyvybinėms funkcijoms palaikyti. Žmogaus organizme yra apie 110 mg vario, daugiausia kepenyse, smegenyse, kraujyje, griaučiuose ir kaulų čiulpuose, griaučių raumenyse. Didžiausia dalis vario organizme yra susijungusi su baltymais.
Varis, dėl gebėjimo egzistuoti vienvalente ir dvivalente formomis, dalyvauja oksidacijos-redukcijos reakcijose. Jis prisideda prie raudonųjų kraujo kūnelių gamybos ir kraujotakos sistemos, nervų, imuninės sistemos ir kaulų formavimosi. Žmogaus organizmui reikia maždaug 2 miligramų vario per dieną. Vario perteklius organizme arba jo trūkumas yra žalingas.
Taip pat skaitykite: Sveiki neskrudinti grikiai: paruošimo gidas
Augalai ima varį iš dirvožemio, o žmogus ir gyvūnai jo gauna su maistu. Daug vario turi ankštinių šeimos augalai, burokėliai, lapinės daržovės, jūros gėrybės, riešutai.
Žalvaris: vario ir cinko lydinys
Žalvaris - tai vario ir cinko lydinys (10-50 % cinko). Priklausomai nuo apdirbimo metodo, žalvaris gali atskleisti skirtingas spalvų gamas bei blizgesį. Paminėtųjų metalų kintančios proporcijos žalvariui suteikia skirtingas mechanines ir elektrines savybes. Dažnai žalvarį galima supainioti su bronza, todėl, kad šių lydinių cheminės sudėtys mažai kuo skiriasi, tik keliais procentais vario-cinko proporcijoje.
Dėl žemos lydymosi temperatūros, apdirbimo (tiek su rankiniais įrankiais, tiek su moderniomis staklėmis) galimybių, ilgaamžiškumo, elektros šilumos laidumo, metalas plačiai naudojamas įvairių indų gamyboje. Taip pat ten, kur reikalingas mažas atsparumas trinčiai ar korozijai - užtrauktukams, spynoms, vyriams, guoliams, krumpliaračiams, amunicijos korpusams, santechnikai, žarnų jungtims, elektros kištukams bei lizdams ir vožtuvams.
Žalvario lydymosi taškas yra nuo 900 iki 940 °C priklausomai nuo sudėties. Atitinkamai parinkus vario ir cinko proporcijas galima išgauti kietesnį arba minkštesnį metalą.
Žalvario laužas yra perdirbamas. Surinktas žalvario laužas gabenamas į liejyklą, kur išlydyto metalo ruošiniams suteikiama norima forma bei dydis. Žalvarį sumaišius su aliuminiu liejinys tampa atsparesnis korozijai.
Taip pat skaitykite: Kaip išsirinkti tinkamą kavos virimo aparatą
Vario korozija ir apsauga
Grynas varis vandenyje nekoriduoja ir iš rūgščių neišstumia vandenilio. Vario korozija vyksta tik tada, kai jį veikia stiprūs oksidatoriai. Rūgščių tirpaluose visada būna ištirpusio deguonies, todėl tokiose tirpaluose varis koroduoja. Atmosferiniai korozijai varis atsparus, nes netirpus korozijos produktas CuCO3 . Cu(OH)2 trukdo tolesniam korozijos procesui.
Jei ore būna sieros junginių, tai vario korozijos procesas suintensyvėja, nes paviršiuje susidariusi CuSO4 . 2Cu(OH)2 plėvelė neapsaugo jo nuo tolesnės korozijos. Gėlame ir jūrų vandenyje varis koroduoja tada, kai vandenyje būna deguonies. Ypač pavojingas variui vanduo, kuriame yra ištirpusio amoniako.
tags: #vario #lydymosi #temperatūra